KHÍ CỤ ĐIỆN - CHƯƠNG 5 Cơ cấu điện từ và nam châm điện pot

KHÂI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪKhi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thìtrong cuộn dây có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thành phần : Từ thông chính  : là từ thông đi qua

CHƯƠNG 5 :

CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

VÀ NAM CHÂM ĐIỆN

KHÂI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Các thiết bị như rơle, công tắc tơ, khởi động từ, áptômát, đều có bộ phận làm nhiệm vụ biến đổi từ điện năng ra cơ năng Bộ phận này gồm có : cuộn dây và mạch từgọi chung là cơ cấu điện từ

Mạch từ chia làm các phần chính sau đây :

 Thân mạch từ

 Nắp mạch từ

 Khe hở không khí chính 

KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

KHÂI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thìtrong cuộn dây có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thành phần :

Từ thông chính  : là từ thông đi qua khe hởkhông khí chính, đó cũng là từ thông làm việc của cơ cấu điện từ

Từ thông tản t : là từ thông đi ra ngoài khe hởkhông khí chính

Từ thông rò r : là từ thông khép vòng qua cuộn dây là thành phần không đi qua khe hởkhông khí chính mà khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ

PHĐN LOẠI CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Phân theo tính chất của nguồn điện

 Cơ cấu điện một 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 một trục hay

một cạnh), mạch từ hút kiểu pittông

CÂC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ

1 Định luật Ôm : Trong một phân đoạn của

mạch từ, từ áp rơi trên nó bằng tích giữa từ thông và từ trở hoặc thương giữa từthông và từ dẫn :

2 Định luật Kiếckhốp I : Trên mọi điểm

của mạch từ, tổng từ thông vào bằng tổng từ thông ra :

3 Định luật Kiếckhốp II : Trong một mạch

từ khép kín, tổng từ áp của các đoạn mạch bằng tổng sức từ động :

n

iR F

1

1





CÂC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

CỦA MẠCH TỪ

4 Định luật bảo toàn dòng điện : Tích

phân đường của cường độ từ trường theo vòng từ khép kín bằng tổng s.t.đ của vòng từ đó :

Định luật toàn dòng điện có thể biến đổi như sau :

F

dR S

dl dl

S

S B dl

l

i l

F dR

dl

NAM CHÂM ĐIỆN

ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHĐM ĐIỆN

Nam châm điện

ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHĐM ĐIỆN

Dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường Vật liệu sắt từ đặt trong từtrường này sẽ bị từ hóa và có cực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bị hút về phía cuộn dây

Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường trong cuộn dây cũng đổi chiều vàvật liệu sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn dây, cho nên chiều lực hút không đổi

Trong quá trình làm việc nắp mạch từchuyển động, khe hở không khí giữa nắp và lõi thay đổi nên lực hút điện từ cũng thay đổi

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ

NAM CHÂM ĐIỆN

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ

NAM CHĐM ĐIỆN

Lực hút điện từ cuả nam châm điện một chiều thường được tính theo 2 phương pháp :

1 Tính theo công thức maxwell

2 Tính theo phương pháp cân bằng năng

lượng

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL

Theo Maxell thì khi có một vật dẫn từtrường thì vật dẫn từ sẽ chịu một lực tác dụng :

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL

Và ta có :

Khi khe hở không khí bé, từ trường có thểxem như phân bố đều trên bề mặt cực từ B = const, bên coi thì ta co ï:

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL

Khi khe hở không khí từ thông rò nhiều :

Với Kđc= 3 5 là hệ điều chỉnh

THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG



S

THEO PHƯƠNG PHÂP CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta cóphương trình cân bằng điện áp :

Nhân 2 vế của phương trình cho idt, ta có :

Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có:

Trong đó ta có:

: là năng lượng nguồn cung cấp

: là năng lượng tiêu hao trên điện trởcuộn dây w

:là năng lượng tích lũy trong

id

W dt

d i

t

t

THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

THEO PHƯƠNG PHÂP CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa từ thông móc vòng và dòng điện i, có tính phi tuyến

Tính lực hút điện :

Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắp của mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ở giữa nắp và lõi giảm dần

Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từcó:

Ứng với vị trí cuối có:

1 ; I=I = 1; 1

    

2 ; I=I = 2; 2

THEO PHƯƠNG PHÂP CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Năng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là:

:= diện tíchVậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào đểnắp mạch từ chuyển động là:

: = diện tích hình thangTheo định luật cân bằng năng lượng có:

Trong đó là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1 đến vị trí 2

= diện tích tam giác cong oadNếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính chỉ xét ở đoạn tuyến

THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

THEO PHƯƠNG PHÂP CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Ta xét hai trường hợp sau:

a Trường hợp khi I = const thì

Ta có :

Có : L = W2G

Trong đó : G là từ dẫn của mạch từ

W là số vòng của cuộn dây

F  5 ,. 2

THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG



2

m

W 

 

2 2

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Nam châm điện xoay chiều

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Khi cung cấp dòng điện xoay chiều i =

Imsin(wt) thì trong mach sẽ xuất hiện :

F dt  4 2 sin2  .

) 2 cos(

2

4 2

4 2 2

t S

B S

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Vậy lực hút điện từ biến đổi theo tần số gấp đôi tần số của nguồn điện (2w)

Ở thời điểm B = 0 thì Fdt = 0 lực lò xo Flx >

Fdt thì nắp bị kéo nhả ra Ở những thời điểm

Flx < Fdt thì nắp được hút về phía lõi

Như vậy trong một chu kỳ nắp bị hút nhả

ra hai lần nghĩa là nắp bị rung với tần số100Hz nếu tần số nguồn điện là 50Hz

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Nguyên lí làm việc của vòng

chống rung :

Khi từ thông  đi qua cực từ sẽ

chia làm hai thành phần 1 và 2.

1 là thành phần không đi qua phần

cực từ có vòng chống rung, 2 đi qua

phần có vòng chống rung Khi

có từ thông 2 biến thiên đi qua, trong

vòng chống rung sẽ xuất hiện dòng

điện cảm ứng icứ chạy khép mạch

trong vòng

Dòng icứ sẽ sinh ra một từ trường

có tác dụng chống lại sự biến



2

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Lực điện từ sinh ra sẽ có hai thành phần : Từ thông 1 sinh ra lực: F1 = F10 - F10 cos2t Từ thông 2 sinh ra lực : F2 = F20 - F20 cos(2t-

2 )

Lực hút điện từ tổng F là :

F = F1 + F2

= (F01 + F02) - [F01cos2t + F02 cos(2t 2)]

-Qua đó ta thấy rằng lực hút điện từ F1 và F2, không đồng thời đi qua trị số 0, do đólực hút điện từ tổng F được nâng cao làm cho mọi thời điểm t, lực F > Flx nên nắp

NAM CHĐM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VĂ VÒNG CHỐNG RUNG

Điều kiện chống rung:

 Thành phần lực không đổi:

Fkđ = F01 + F02

 Thành phần lực hút biến đổi là :

Trong trường hợp lý tưởng Fbđ = 0 thì cơcấu không còn rung Muốn vậy ta phải thoả mãn hai điều kiện

1. F01 = F02 thì :

2. góc lúc đó hệ số rung

Trong thực tế chỉ có thể tạo được  = 50o

-

2 cos

2 01 02

2 02

2

01 F F F F