Phương pháp tính lực điện động.(DC.AC) ppt

BÀI TẬP LỚN• Đề tài: Phương pháp tính lực điện động khi vật dẫn mang dòng điện một chiều, khi vật dẫn mang dòng điện xoay chiều?. Cách xác định lực điện động, chiều của lực điện động:• M

KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ

VÀ CÁC BẠN !

BÀI TẬP LỚN

• Đề tài: Phương pháp tính lực điện động khi vật dẫn mang dòng điện một chiều, khi vật dẫn mang dòng điện xoay chiều?

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Lê Ngọc Tấn

NHÓM THỰC HIỆN

Lê Minh Thân Lớp (N02)

Nội dung 1:

I khái niêm chung:

a Lực điện động là gì ?:

b Cách xác định lực điện động, chiều của lực điện

động:

b Cách xác định lực điện động, chiều của lực điện động:

• Một vật dẫn mang dòng điện sẽ sinh ra từ trường và từ

trường tác dụng với dòng điện sinh ra nó Lực sinh ra do dòng điện và từ trường sinh ra này đều được gọi là lực điện động.

_ Xác định lực điện động.

I khái niêm chung:

a Lực điện động là gì ?:

• Là lực sinh ra khi vật dẫn mang dòng điện, đặt trong từ

trường, lực đó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng thay đổi hình dáng của vật dẫn sao cho từ thông vòng qua nó, xuyên qua nó là lớn nhất.

_ Chiều của lực điện động.

• Được xác định bằng quy tắc bàn tay trái"Đặt bàn tay trái sao cho

các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay

giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực điện từ " hay xác định bằng nguyên tắc chung chiều của lực tác dụng lên vật dẫn hay dòng điện Là chiều biến đổi hình học hình dạng của mạch vòng dẫn điện sao cho từ

thông qua nó tăng lên, nghĩa là tăng diện tích nơi có từ cảm

B đi qua.

Chú ý: Trong điều kiện làm việc bình thường, I chạy trong vật dẫn không lớn lắm, Ldd không gây biến dạng các chi tiết mang dòng điện Trong một số trường hợp dòng lớn Ldd max Lực làm biến dạng đôi khi có thể làm phá vỡ kết cấu thiết bị Do đó cần phải nghiên cứu lực điện động để ngăn ngừa tác hại của nó khi lựa chọn, tính toán và thiết kế thiết bị điện

Fdd của 2 dây dẫn có dòng điện cùng chiều

Fdd của 2 dây dẫn có dòng điện ngược chiều

Nội dung 2:

II Phương pháp tính lực điện động:

1 Khi vật dẫn mang dòng điện một chiều (DC):

2 Khi vật dẫn mang dòng điện xoay chiều (AC):

a.Phương pháp sử

dụng định luật

Bio-Xavar-Laplax

b.Phương pháp dùng theo định luật cân bằng năng

lượng:

a Dòng điện xoay chiều (AC) một

pha:

b Dòng điện xoay chiều (AC) ba

pha:

II Phương pháp tính lực điện động:

1 Khi vật dẫn mang dòng điện một chiều (DC):

Ta có thể tính lục điện động bằng hai phương pháp Phương pháp thứ nhất dùng định luật Biot-Savart-Laplace hoặc dùng theo định luật cân bằng năng lượng

a.Phương pháp sử dụng định luật Bio-Xavar-Laplax

• phương pháp này lực điện động là kết quả tương tác lẫn nhau của dây dẫn l mang dòng điện I và từ trường do dây dẫn khác tạo nên

-Xét một đoạn mạch dl (m) co dòng điện I (A) đi qua, được đặt trong từ

trường với từ cảm B (T) như hình, thì có một lực tác động lên dl:

Dạng vi phân

dFuuur

dF uuu r = I dlxB uu r ur

.sin

uuur Khi vectơ dl có chiều theo dòng i thì Ldd dF thẳng góc với hai vecto dl và B có tốc độ lớn là:

Trong đó: (α là góc giữa hai vectơ dl và B)

Nếu từ trường B không đổi tại mọi điểm dòng điện i chạy trên toàn bộ chiều

dài l của dây dẫn thẳng thì Ldd có giá trị như sau:

Khi thì:

F=i.l.B F=i.l.B.sin α

Công thức Biot-Savart-Laplace dùng để xác định Ldd khi ta có thể biểu diễm từ cảm B bằng một biểu thức phân tích phụ thuộc vào kích thước hình dạng mạch vòng dẫn điện

0

90

σ =

b.Phương pháp dùng theo định luật cân bằng năng lượng:

Hiện tượng phát sinh Fdd là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ tích trong mạch điện thành cơ năng

Lực điện động là lực cơ học Có nghĩ rằng sự biến đổi cơ năng lên 1 đoạn chuyển dịch Từ đó định nghĩa Ldd là sự biến đổi năng lượng từ trên 1 đoạn dịch chuyển của mạch điện

onst

WM

I c

d F

=

Trong đó: WM: năng lượng điện từ của mạch điện ( Ws)

dx: đoạn dịch chuyển của mạch điện

Biết rằng năng lượng điện từ trong 1 mạch điện:

2

W (W )

M = L I = I φ s

với: I: cường độ dòng điện (A)

L: điện cảm của mạch (H)

φ

Từ đó, ta có: 1 2 1

dL

αφ

Trường hợp có 2 mạch điên:

M = I L + I L I I M +

trong đó: I1,I2: cường độ dòng chạy trong mạch 1 và 2

L1, L2: điện cảm trong mạch 1 và 2

M: hỗ cảm giữa mạch 1 và 2

Lực điện động sẽ là:

Nếu mỗi mạch không bị biến dạng mà chỉ dịch chuyển so với nhau thi

L1=L2=const và khi đó:

F = I I

2 Khi vật dẫn mang dòng điện xoay chiều (AC):

I

2

Những cộng thức của dòng DC đều đúng khi ta áp dụng tính với dòng điện AC nhưng giá trị i ở đây là giá trị tức thời của dòng AC Ldd max khi i=Imax= do vậy Ldd của dòng AC sẽ lớn hơn khi dẫn dòng DC

a Dòng điện xoay chiều (AC) một pha:

khi xét hình sin đều hòa: i ( t ) = Im sin ω t

Công thức tổng quát:

F=C.i2 ( với C= 10-7.Kvkhd)

Vì i chính là giá trị tức thời nên:











 −

=

=

2

2

1

.

I C t

Sin I

C

Lực tác động lớn nhất:

Lực tác động tức thời:

Lực tác động trung bình:

2

2 2 I C I C

2

2 Cos2 t F

F

2

.

1

CI I

C dt F

F = ∫ = m = Hinh 1.2 đồ thị Ldd và động điện

Từ đồ thị Hinh 1.1 cho ta thấy lực F biến đổi tuần hoàn có giá trị từ (0 Fm)

và có tần số gấp 2 lần tần số dòng điện Với tần số này lực tác động cơ khí sẽ gây ra tiếng ồn

Hình 1.2 trình bày dòng điện ngắn mạch

÷

b Dòng điện xoay chiều (AC) ba pha:

Các dây bố trí trên mặt phẳng song song:

Dòng điện ba pha lệch nhau 1200:

) 240 sin

Im

) 120 (sin

Im

sin Im

0

0

+

=

+

=

=

t i

t i

t i

C

B

A

ω ω ω

Lực tác dụng lên dây pha có dạng:

F1=F12+F13

F12: Lực điện động giữa pha1 và pha 2

F : Lực điện động giữa pha1 và pha 3

Đối với dây 1 pha:

Sau khi biến đổi lượng giác ta có cực trị của hàm F1 sẽ tương ứng với ωt = −150vàωt =750

Tại ω t = 750 lực lúc đó đạt cực đại sẽ có giá trị (+) tương ứng với lực hút:

0 15

−

=

t

ω

2

1 0 , 805 C Im

2

1 0 , 055 C Im

F = −

Đối với dây 3 pha: Có kết quả ngược lại với dây 1 pha

Lực đẩy ứng với giá trị (+):

Lực hút ứng với giá trị (-):

2

1 0 , 805 C Im

2

1 0,055C.I m

F =−

Đối với dây 2 pha:

) 150 2

(

866 0

) 240 (

).

120 (

.

0 2

2

0 0

2 2

−

=

−

−

−

=

t Cos

I C F

t Sin t

Sin t

Sin I

c F

m

m

ω

ω ω

ω

Tại lực lúc đó đạt cực đại sẽ có giá trị (-) tương ứng với lực đẩy:

Giá trị cực đại sẽ tương ứng với ωt =750 là:

2

2 0.866.C.I m

F =

Vì vậy Ldd tác dụng lên 2 dây là lớn nhất nên giá trị này được sử dụng trong kỹ thuật để tính toán:

2

866 ,

Các dây dẫn bố trí trên đỉnh tam giác đều:

Ta có:

t Sin I

C F

F F

F

2

2 1

2 1 1

1

Sự thay đổi về vị trí và hướng của Ldd tác dụng lên dây dẫn 1 có thể biểu diễn bằng vectơ OM mà quỹ tích ngon vectơ là vòng tròn đường kính bằng trên trục Ox như trên hình vẽ Ldd ở các dây khác cũng tính toán

tương tự và ta có giá trị lớn nhất của Ldd khi xét dây dẫn bố trí trên 3 đỉnh tam giác cũng giống như bố trí trên 1 mặt phẳng:

2

866 ,

Khi xét dòng 3 pha có chứa thành phần không chu kỳ, trong cả 2 trường hợp ta phải xét thêm hệ số xung kích Kxk:

2 2

2( 1 , 8 ) 5 , 61

.

Cám ơn Xin giáo viên và các bạn cho ý

kiến