Bài giảng khí cụ điện chương 5 cơ cấu điện từ và nam châm điện

CHƯƠNG : CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ Các thiết bị rơle, công tắc tơ, khởi động từ, áptômát, có phận làm nhiệm vụ biến đổi từ điện Bộ phận gồm có : cuộn dây mạch từ gọi chung cấu điện từ Mạch từ chia làm phần sau :  Thân mạch từ  Nắp mạch từ  Khe hở khơng khí  KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ t  r Hình : Kết cấu mạch từ 1.Thân mạch từ; Nắp mạch từ ;3 Cuộn dây KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây cuộn dây có từ thông  qua, từ thông chia làm thành phần : Từ thơng  : từ thơng qua khe hở khơng khí chính, từ thông làm việc cấu điện từ Từ thông tản t : từ thông ngồi khe hở khơng khí Từ thơng rị r : từ thơng khép vịng qua cuộn dây thành phần không qua khe hở không khí mà khép kín khơng gian lõi thân mạch từ PHÂN LOẠI CƠ CẤU ĐIỆN TỪ Phân theo tính chất nguồn điện  Cơ cấu điện chiều  Cơ cấu điện từ xoay chiều Theo cách nối cuộn dây vào nguồn điện  Nối nối tiếp  Nối song song Theo hình dạng mạch từ:  Mạch từ hút chập (thẳng)  Mạch từ hút xoay (quanh trục hay cạnh), mạch từ hút kiểu pittông CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ Định luật Ôm : Trong phân đoạn mạch từ, từ áp rơi tích từ thơng từ trở thương từ thông từ dẫn : Định luật Kiếckhốp I : Trên điểm mạch từ, tổng từ thông vào tổng từ thông : Định luật Kiếckhốp II : Trong mạch từ khép kín, tổng từ áp đoạn mạch tổng sức từ động : CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ Định luật bảo tồn dịng điện : Tích phân đường cường độ từ trường theo vịng từ khép kín tổng s.t.đ vịng từ : Định luật tồn dịng điện biến đổi sau : : định luật Kiếckhốp II với mạch từ khép kín NAM CHÂM ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN i  N S N i S N S Nam châm điện ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN Dòng điện chạy cuộn dây sinh từ trường Vật liệu sắt từ đặt từ trường bị từ hóa có cực tính ngược lại với cực tính cuộn dây, bị hút phía cuộn dây Nếu đổi chiều dòng điện cuộn dây từ trường cuộn dây đổi chiều vật liệu sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn dây, chiều lực hút khơng đổi Trong q trình làm việc nắp mạch từ chuyển động, khe hở khơng khí nắp lõi thay đổi nên lực hút điện từ thay đổi THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG c d b a i1 i2 i THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Từ đồ thị ta thấy quan hệ từ thơng móc vịng dịng điện i, có tính phi tuyến Tính lực hút điện : Khi cung cấp lượng cho cấu điện từ nắp mạch từ hút phía lõi, khe hở khơng khí nắp lõi giảm dần Ứng với vị trí ban đầu nắp mạch từ có: Ứng với vị trí cuối có: THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Năng lượng từ trường vị trí đầu là: := diện tích Vậy lượng lấy thêm từ vào để nắp mạch từ chuyển động là: : = diện tích hình thang Theo định luật cân lượng có: Trong lượng làm nắp chuyển động từ vị trí đến vị trí = diện tích tam giác cong oad Nếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính xét đoạn tuyến THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Ta có: Vì có: Đặt: Dạng vi phân : Vậy lực hút điện từ là: THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Ta xét hai trường hợp sau: a Trường hợp I = const Ta có : Có : L = W2G Trong : G từ dẫn mạch từ W số vịng cuộn dây Ta có : THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG b Trường hợp  = const Ta có : nên NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Nam châm điện xoay chiều NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Khi cung cấp dòng điện xoay chiều i = Imsin(wt) mach xuất : Ta có : Ta thay : suy : Đặt thành phần lực hút không đổi theo thời gian :là thành phần lực thay đổi theo thời gian Ta có: Fdt = Fkd + Fbd NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Vậy lực hút điện từ biến đổi theo tần số gấp đôi tần số nguồn điện (2w) Ở thời điểm B = Fdt = lực lị xo Flx > Fdt nắp bị kéo nhả Ở thời điểm Flx < Fdt nắp hút phía lõi Như chu kỳ nắp bị hút nhả hai lần nghĩa nắp bị rung với tần số 100Hz tần số nguồn điện 50Hz NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Để chống tượng rung này, ta phải cho lực hút điện từ Fdt thời điểm phải lớn lực Flx Muốn Fdt> Flx người ta tạo từ thông lệch pha mạch từ, cách đặt vòng chống rung thường đồng có vịng Vịng ngắn mạch Nam châm điện xoay chiều NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VỊNG CHỐNG RUNG Ngun lí làm việc vịng chống rung : Khi từ thơng  qua cực từ chia làm hai thành phần 1 2 1 thành phần không qua phần cực từ có vịng chống rung, 2 qua phần có vịng chống rung Khi có từ thơng 2 biến thiên qua, vòng chống rung xuất dòng điện cảm ứng icứ chạy khép mạch vòng Dòng icứ sinh từ trường có tác dụng chống lại biến thiên 2 nên làm 2 chậm pha so với 1 góc  NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG  n  NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Lực điện từ sinh có hai thành phần : Từ thông 1 sinh lực: F1 = F10 - F10 cos2t Từ thông 2 sinh lực : F2 = F20 - F20 cos(2t-2 ) Lực hút điện từ tổng F : F = F1 + F2 = (F01 + F02) - [F01cos2t + F02 cos(2t - 2)] Qua ta thấy lực hút điện từ F1 F2, không đồng thời qua trị số 0, lực hút điện từ tổng F nâng cao làm cho thời điểm t, lực F > Flx nên nắp mạch từ không rung NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ VÒNG CHỐNG RUNG Điều kiện chống rung:  Thành phần lực không đổi: Fkđ = F01 + F02  Thành phần lực hút biến đổi : Trong trường hợp lý tưởng Fbđ = cấu khơng cịn rung Muốn ta phải thoả mãn hai điều kiện F01 = F02 : góc lúc hệ số rung Trong thực tế tạo  = 50o-80o ... mạch từ  Nắp mạch từ  Khe hở khơng khí  KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ t  r Hình : Kết cấu mạch từ 1.Thân mạch từ; Nắp mạch từ ;3 Cuộn dây KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ Khi cho dòng điện. .. điện từ thay đổi TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN Lực hút điện từ cuả nam châm điện chiều thường tính theo phương pháp : Tính theo cơng thức maxwell Tính theo... luật tồn dịng điện biến đổi sau : : định luật Kiếckhốp II với mạch từ khép kín NAM CHÂM ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN i  N S N i S N S Nam châm điện ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN Dòng điện chạy