giao trinh may dien co so dien tu 8094

GT Máy Điện – Cơ sở điện từ lý thuyết máy điện Trang 1 CƠ SỞ ĐIỆN TỪ TRONG LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 1.1 Khái quát chung Máy điện định nghĩa thiết bị chuyển hoá lượng điện thành dạng lượng khác, ngược lại Máy điện định nghĩa thiết bị chuyển đổi lượng điện cấp điện áp sang cấp điện áp khác Từ định nghĩa, dựa công dụng đặc điểm làm việc, phân loại máy điện sau : Máy điện tĩnh : Máy biến áp (máy biến áp ba pha, máy biến áp pha) Máy điện Quay : o Máy điện chiều (máy điện DC) : Máy phát động o Máy điện xoay chiều (máy điện AC) : Máy điện đồng không đồng : Máy phát động - Máy phát : Biến đổi dạng lượng khác thành điện - Động : Biến đổi lượng điện thành - Máy biến áp : Biến đổi nguồn điện từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác Được sử dụng thông dụng truyền tải phân phối điện Cho dù loại máy điện có khác cấu trúc, tính , nguyên lý chung cho tất máy điện dựa nguyên lý điện từ Do trước vào phân tích máy điện ta nên phân tích qua tượng điện từ liên quan GT Máy Điện – Cơ sở điện từ lý thuyết máy điện Trang 1.2 Các định luật điện từ: Trong phần phân tích tượng điện từ liên quan làm sở phân tích máy điện chương sau I.2.1 Lực Lorentz Lực điện từ tác động lên điện tích chuyển động trường điện từ Hình 1.1 Lực Lorentz Xét điện tích Q chuyển r động trường từ có mật độ từ thơng B với vận tốc r v hình vẽ (Hình 1.1) Dưới tác động từ trường, điện tích Q chịu tác động r lực từ Fm định nghĩa: + Q θ r V r E r B r Fe r Fm r Fdt r r r Fm = Q.v xB (1-1) r r Lưu ý : vxB tích có hướng hai vectơ vectơ r r r Lực Fm có phương vng góc với mặt phẳng chứa v B có độ lớn: (1-2) Fm = Q v.B sin θ r Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải r θ : góc nhỏ hai vectơ v B vx B r Chiều Fm xác định theo chiều tiến địnhr ốc thuận cho đinh ốc quay từ r v đến B theo chiều góc nhỏ (hoặc dùng quy tắc bàn tay phải Hình 1.2) Nếu mơi trường xét, có điện r r trường E ngồi lực từ Fm điện tích Q cịn chịu tác động lực điện trường r r Fe = QE an r v θ O B (1-3) Và lực Lorentz định nghĩa : r r r r r r Fdt = Fe + Fm = Q E + v xB ( ) (1-4) Như hat mang điện tích, dịch chuyển trường điện từ có lực tác động lên điện tích đó, lực gọi lực Lorentz I.2.2 Lực từ tác động lên phần tử mang dòng điện Xét dây dẫn l mang dòng điện I đặt từ trường ngồi có mật r độ từ thơng B hình vẽ (Hình 1.3) Trên l xét đoạn vi phân GT Máy Điện – Cơ sở điện từ lý thuyết máy điện Trang dl, mang điện tích dQ dQ dịch chuyển đoạn dl khoảng thời gian dt với vận tốc v, dl = v.dt Lực từ tác động lên phần tử dịng dQ: Hình 1.3 r r r dF = dQ v xB ( ) Lực từ tác động lên dây dẫn Với dQ xem điện tích dịch chuyển trường điện từ l ta có : dQ = I dt r r r ⇒ dF = I dt.v xB r r r ⇔ dF = I v dtxB r r r ⇔ dF = I dl xB r Trong : d l véctơ chiều dài vi phân r dl r B r dF I dọc theo l, có chiều theo chiều dòng điện r Nếu dây dẫn thẳng, từ trường B dọc theo dây dẫn lực tác động lên dây dẫn tính : r r r F = I l xB (1-4) r l vectơ chiều dài l, có hướng chiều dịng điện I Độ lớn lực từ : F = I l.B.sin θ r r θ : góc nhỏ hình thành l với B I.2.3 Moment – Moment từ cuộn dây I.2.3.a Moment r Moment lực F điểm O hình vẽ (Hình 1.4) định nghĩa : r r r T = r xF (1-5) r Điểm P đặt lực rF nằm mặt phẳng xy, lực F nằm r r mặt phẳng xy moment T F gây điểm Or trùng với trục z Như vậy, trục T trục mà cánh tay đòn r quay quanh bị tác r động lực F r Gọi α góc hình thành rr r F Ta thấy moment lực F tạo Hình 1.4 Moment z r T y r r x P α r F GT Máy Điện – Cơ sở điện từ lý thuyết máy điện Trang r để quay cánh tay đòn r quanh điểm O lớn F thẳng góc r r r với r O F song song với r I.2.3.b Moment từ cuộn dây Xét cuộn dây phẳng hình chữ nhật, có vịng dây nằm mặt phẳng xy cho tâm cuộn dây trùng với gốc O (Hình 1.5) Cuộn r dây đặt từ trường có mật độ từ thơng B Lực từ tác động lên cạnh khung dây : Hình 1.5 Moment r (Các cạnh song song với B khơng có lực tác dụng) r r r r Ft = Il (− a y )x(Ba x ) = BIla z r r r r Fp = Il (a y )x(Ba x ) = − BIlaz r Lực Ft có điểm đặt lực trung điểm z r Ft l r −d r cạnh trái, cánh tay đòn rt =  ax y r B I x I r Fp d   r Lực Fp có điểm đặt lực trung điểm cạnh phải, cánh tay đòn r  d r rp =  a x 2 Moment tổng lực gốc O : r r r  d r  r r d r  T = Tp + Tt =  − ax  x(BIla z ) +  a x  x(− BIla z )   2  r r r T = (BIld )a y = BISa y (1-6) S : diện tích cuộn dây Công thức (1-6) cuộn dây có hình dạng Tổng qt : Mộtr cuộn dây phẳng có N vịng, mang dịng điện I, đặt từ trường B moment từ định nghĩa (Hình 1.6): Hình 1.6 r r m = N I S an Moment từ (1-7) Là vectơ thẳng góc với diện tích S vịng dây, chiều theo quy tắc đinh ốc thuận quy tắc bàn tay phải Với moment từ, từ trường có r r m = N I S an r r r T = mxB I r B N vòng dây GT Máy Điện – Cơ sở điện từ lý thuyết máy điện Trang moment tác động lên cuộn dây suy từ công thức (1-6) r r r T = mxB (1-8) Khung dây có khuynh hướng quay đến moment từ có r hướng với mật độ từ thông B Từ thông xuyên qua khung dây lớn nhất, moment tác động lên khung dây không Điều cho thấy, ta đặt khung dây mang dòng điện I từ trường, khung dây có xu hướng chuyển động cho từ thông xuyên qua khung dây cực đại Đây nguyên lý để hình thành trình chuyển động động điện I.3 Độ tự cảm cuộn dây Xét cuộn dây có N vịng, mang dịng điện I có chiều hình vẽ (Hình1.7 ) Φ từ thơng dòng điện chạy vòng dây cuộn dây gây Từ thơng móc vịng cuộn dây định : Hình 1.7 ψ = N φ Độ tự cảm cuộn dây (Wb – vòng) (1-9) Φ Độ tự cảm cuộn dây định nghĩa : L= ψ N.Φ = I I (H ) I (1-10) I.4 Định luật Faraday Từ định nghĩa lực Lorentz, Khi điện tích chuyển động với vận tốc v vùng có từ trường B lực từ tác động lên điện tích (xem lại I.2.1): r r r r Fm = Q.v xB = QxEm Ta định nghĩa cường độ trường điện chuyển động : r r F r r = v xB Em = Q (1-11) Như vậy, dẫn mang nhiều điện tích tự chuyển động r r từ trường B , điện trường Em làm cho điện tích dịch chuyển, tạo hiệu điện hai đầu dẫn Độ lớn điện GT Máy Điện – Máy Điện Một Chiều (DC) Trang 40 V.8.6 Dây quấn hỗn hợp: y1x = y1s y2x y2s yGx yGs Điều kiện dây quấn hỗn hợp: y1x= y1s y2x= y2s 2ax= 2as 2mxp= 2ms mxp = ms Neáu xếp đơn : mx = ms ∈ p Khi p=1 xếp đơn - sóng đơn p= xếp đơn - sóng đôi p= xếp đơn - song ba Ví dụ: vẽ sơ đồ khai triển dây quấn hổn hợp có: Znt = S = G = 24 2p = Giải Xếp đơn sóng + Z nt 24 = 2p y x = y Gx = y x = y 1x − y x = y 1x = + soùng ba: y1s = = y1x y s = y Gs = G − 24 − = =7 p y2s = ys – y1s = = y2x → Sơ đồ nối phần tử Bộ Mơn Thiết Bị Điện GT Máy Điện – Máy Điện Một Chiều (DC) Trang 41 V.8.7 Dây cân điện thế: Trong tất loại dây quấn, trừ dây quấn hỗn hợp, a≠ phải đặt dây cân điện để làm cho điều kiện đổi chiều tốt Có hai loại dây cân điện Dây cân điện loại dùng để triệt tiêu không đối xứng hệ thống mạch từ máy điện thường dùng dây quấn xếp; loại hai dùng để triệt tiêu không đối xứng phân bố điện áp cổ góp Dây cân điện nối liền điểm dây quấn lý thuyết đẳng Các điểm đẳng xác định nhờ đa giác sức điện động dây quấn Số dây cân điện đặt cáng nhiều tốt, để giảm giá thành chế tạo, thường không đặt toàn số dây cân điện Trong máy điện cực công suất lớn, thường đặt đến dây cân điện Trong máy điện công suất vừa lớn (Pđm> 100kw), số dây cân điện 20-30% tổng số phần tử dây quấn phần ứng Chỉ máy lớn quan trọng động điện dùng cán thép máy phát điện kích từ máy phát điện tua bin hơi… dùng toàn dây cân điện Tiết diện dây cân baống ủieọn theỏ chổ laỏy baống ẳ ủeỏn ẵ tieỏt diện dây quấn phần ứng Bộ Mơn Thiết Bị Điện ... lý thuyết máy điện Trang r để quay cánh tay đòn r quanh điểm O lớn F thẳng góc r r r với r O F song song với r I.2.3.b Moment từ cuộn dây Xét cuộn dây phẳng hình chữ nhật, có vòng dây nằm mặt... trường có mật độ từ thông B Lực từ tác động lên cạnh khung dây : Hình 1.5 Moment r (Các cạnh song song với B khơng có lực tác dụng) r r r r Ft = Il (− a y )x(Ba x ) = BIla z r r r r Fp = Il (a... sóng đôi p= xếp đơn - song ba Ví dụ: vẽ sơ đồ khai triển dây quấn hổn hợp có: Znt = S = G = 24 2p = Giải Xếp đơn sóng + Z nt 24 = 2p y x = y Gx = y x = y 1x − y x = y 1x = + so? ?ng ba: y1s = = y1x