maydien c1 nlbdnldc 458

Bài giảng Chương 1: Các nguyên lý Biến đổi Năng lượng Điện TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 BDNLDC – Giới thiệu Trong môn học này, quan tâm đến trình biến đổi lượng điện cơ, diễn thông qua điện trường từ trường thiết bị biến đổi Mặc dù thiết bị hoạt động theo nguyên tắc tương tự, cấu trúc chúng khác tùy theo chức Các thiết bị phục vụ đo lường điều khiển thường gọi transducer, hoạt động vùng tuyến tính với tín hiệu nhỏ Nhóm thứ hai thiết bị sinh lực, ví dụ solenoid, nam châm điện Nhóm thứ ba thiết bị biến đổi lượng liên tục, động máy phát Phần BDNLDC – Giới thiệu (tt) Chương ôn lại nguyên tắc biến đổi lượng điện cơ, phân tích thiết bị dựa nguyên tắc này, đặc biệt thiết bị sử dụng từ trường Việc phân tích giúp: (1) hỗ trợ việc tìm hiểu cách thức biến đổi lượng, (2) cung cấp kỹ thuật thiết kế tối ưu thiết bị cho mục đích cụ thể, (3) phát triển mơ hình thiết bị BDNLDC, từ sử dụng chúng để phân tích hiệu chúng thành phần hệ thống kỹ thuật Các khái niệm kỹ thuật giới thiệu mạnh, áp dụng vào hệ thống BDNLDC Phần Lực mômen hệ mạch từ Định luật Lorentz ( r r r r F = q E+v×B ) (1.1) Từ thấy lực sinh trường điện từ, với trường từ hệ thống phức tạp Trong trường từ, lực sinh vng góc với chiều chuyển động điện tích lẫn chiều từ trường Nếu có nhiều điện tích chuyển động trường ( r r r r Fv = ρ E + v × B Phần ) (1.2) Lực mômen hệ mạch từ (tt) Có thể dùng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều thành phần liên quan đến từ trường lực Lorentz (lực từ) Phần Lực mômen hệ mạch từ (tt) Lực từ trường hợp nhiều điện tích chuyển động r r r r r Fv = ρv × B = J × B (1.3) Với dòng điện chạy vật dẫn, pt dùng để tìm mật độ lực tác dụng lên vật dẫn Chú ý tượng vật lý phía sau phát biểu phức tạp Xét ví dụ rơto phi từ tính có vịng dây nằm từ trường với độ lớn B0 (hình 3.2 sách Fitzgerald) Tìm mơ men theo phương θ với I = 10 A, B0 = 0,02 T, R = 0,05 m, l = 0,3 m Phần Lực mômen hệ mạch từ (tt) Pt (1.3) thích hợp cho trường hợp đơn giản nhất, gặp thực tế Các kỹ thuật tính tốn lực cục chi tiết phức tạp đòi hỏi phải biết rõ phân bố trường toàn cấu trúc Thơng thường, cần tính tốn lực hay mômen tổng để xác định hiệu hệ thống thực Môn học dùng phương pháp lượng, giới thiệu môn học BDNLDC, để tính tốn lực mơmen máy điện Phần Lực mômen hệ mạch từ (tt) Xét hệ thống không tổn hao hình 3.3a (sách Fitzgerald) Hai phương trình tảng cho phương pháp lượng dx dWm = ei − f e dt dt (1.4) dWm = idλ − f e dx (1.5) Hai pt (1.4) (1.5) cho phép xác định lực fe hàm số từ thông biến học x Phần Cân lượng Nguyên tắc bảo toàn lượng phát biểu lượng không tự nhiên sinh hay đi, biến đổi từ dạng sang dạng khác Với hệ thống cách ly với biên xác định rõ ràng, điều cho phép theo dõi lượng theo quy tắc đơn giản: tổng lượng vào hệ thơng qua biên tổng độ thay đổi lượng dự trữ bên hệ Kết (thực tế định luật thứ nhiệt động lực học) tổng quát Phần Cân lượng (tt) Xét hệ thống điện với từ trường chế lưu trữ lượng chủ yếu Ở chế độ động cơ, ta có Điện từ nguồn = Tăng + lượng trường Cơ + đầu Nhiệt (1.6) tiêu tán Chú ý điều kiện hệ lưu trữ khơng tổn hao, (1.6) viết lại thành dWelec = dWmech + dWm (1.7) với dWelec = idλ, dWmech = fedx, dWm độ thay đổi lượng dự trữ từ trường Phần 10 Cân lượng (tt) Gọi e điện áp cảm ứng cực điện lượng từ trường lưu trữ bị thay đổi, ta có dλ = e ⋅ dt (1.8) Do đó, dWelec = i.e.dt, từ dWelec = e ⋅ i ⋅ dt = dWmech + dWm Phần (1.9) 11 Năng lượng hệ nguồn kích từ Đối tượng khảo sát: mạch từ có khe hở phần đứng yên phần chuyển động, với lượng đáng kể lưu trữ từ trường Xét hệ relay điện từ hình 3.4 (sách Fitzgerald) có nguồn kích từ Điện cảm phụ thuộc vào biến học x λ = L( x )i (1.10) dWm = idλ − dWmech = idλ − f e dx (1.11) Phần 12 Năng lượng hệ nguồn kích từ (tt) Như Wm hàm biến λ x Do đó, λ x gọi biến trạng thái Vì hệ lưu trữ lượng từ khơng tổn hao, việc xác định hàm lượng Wm thực theo đường lấy tích phân Lấy tích phân dọc theo trục x, theo đường song song với trục λ, ta có λ0 Wm = ∫ i(λ , x0 )dλ (1.12) Phần 13 Năng lượng hệ nguồn kích từ (tt) Với hệ tuyến tính điện (nghĩa từ thơng móc vịng tỷ lệ thuận với dịng điện, với giá trị biến học x), xác định hàm lượng theo λ λ 0 Wm = ∫ i (λ ′, x )dλ ′ = ∫ λ′ λ2 dλ ′ = L( x ) L( x ) (1.13) Cũng xác định hàm lượng thể tích V từ trường theo mật độ lượng B  Wm = ∫  ∫ H ⋅ dB′ dV V  Phần (1.14) 14