Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn PHẦN : KHÍ CỤ ĐIỆN H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B 208 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CHƯƠNG I : MẠCH TỪ VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ § 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG I Nam châm điện từ: Nam châm điện từ (NCĐ) thiết bị biến đổi điện thàn h Nam châm điệ n từ sử dụ ng rộng rãi truyền động rơle điện, contactor, thiết bị đóng cắt, bảo vệ, cấu chấp hành van điện từ, khớp nối, ly hợp từ , phanh hãm, nam châm lấy hàng,… Trong thực tế hình dáng kích thước nam châm điện đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất công dụng Hình 1-1 trình bày kết cấu phổ biến NCĐ sử dụn g rơle bảo vệ H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Cấu tạo nam châm thường gồm hai phần chính: phần mạch từ phần cuộn dây (mạch điện) - Mạch từ: phận dẫn từ thông NC điệ n gồm hai phần: phần làm vật liệu sắt từ (L1) phần lại khe hở không khí ( 2) - Cuộn dây: gồm có w vòng dây quấn mạch từ tónh Bình thường mạch từ động lò xo kéo lên Khi có dòng điện I chạy cuộ n dây sinh từ thông, phần từ thông móc vòng qua mạch từ khe hở không khí (gọi từ thô ng chính) sinh lực điện từ làm hút mạch từ động II Những định luật áp dụng mạch từ: Việc nghiên u mạch từ riêng biệt vấn đề phức tạp mối quan hệ thực tế tồn điện trường từ trường Để tiện lợi cho việc nghiên cứu, giống mạch điện, người ta sử dụng mô hình mạch từ tương đương Vấn đề mấu chốt chuyển đổi lượng mạch điện mạch từ Năng lượng chuyển đổi giải từ hệ phương trình Maxwell hay gọi định luật toàn dòng điện 209 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Định luật toàn dòng điệ n: Tích phân đường cong khép kín theo chiều dài mạch từ tổng dòng điện móc vòng qua mạch từ đó: Hdl I IN đó: I: dòng điện chạy cuộn dây quấn quanh mạch từ N: số vòng dây F = IN gọi sức từ động [A.vòng] Xét mạch từ hình 1-2 : H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an Áp dụng định luật toàn dòB g điện, ta có: n L1H1+ L2H2 + 2H = I1N1 Với : L1, L2, độ dài đoạn mạch từ tương ứng H1, H2, H cường độ từ trường đoạn mạch từ tương ứng L1H1, L2 H2, H : từ áp rơi đoạn mạch từ Định luật kirckhoff - Định luật kirckhoff 1: Đối với nút mạch từ, tổng từ thông vào nút n i 0 i 1 - Định luật kirckhoff 2: Đối với mạch vòng khép kín mạch từ, tổng từ áp rơi mạch vòng sức từ động n m Fi k Rmk i 1 k 1 Hay : n m Fi k Rmk i 1 Trong đó: Rmi k 1 li gọi từ trở đoạn mạch từ tương ứng i S i li : chiều dài nhánh mạch từ ( m ) Si : tiết diện nhánh từ ( m2 ) i : từ thẩm vật liệu 210 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Nghịch đảo giá trị từ trở: G = 1/Rmi gọi từ dẫn Định luật ohm cho mạc h từ: Đối với nhánh mạch từ, tích số từ thôn g chảy qua tổng trở từ gọi từ áp rơi đầu nhánh mạch từ .Z m U m Tổng trở từ nhánh mạch từ cũn g bao gồm thành phần mạch điệ n phần tử từ kháng Xm từ trở Rm 2 Z m Rm X m Sự đồn g dạng đại lượng điện- từ : Từ phân tích ta xem mạch từ dạng mạch điện Từ ta thay phần tử mạch từ thành phần tử đồng dạng mạch điện áp dụng phương pháp tính toán tính toán phần mạch điện mà ta biết Có thể tóm tắt đại lượng đồng dạng liên quan Điện Từ sau : STT 10 11 Đại lượng Điện Dòng điệ n Điện áp Sức điện độ ng Mật độ dòng Điện trườn g Điện trở Điện trở suất Điện dẫn Điện dẫn suất Tổng trở Điện kháng K.H Đơn vị Đại lượng Từ K.H I A Từ thông U V Từ áp Um E V Sức từ động F; Em MB J A/mm Từ cảm P HC uat T g E V/m Cường độ từ trườn H y th am K R Rm ph uTừ trở DH S Từ trở suất 1/ uong rm n © T 1/ Từ dẫn G uy qG e Ban 1/m Từ dẫn suất Z Tổng trở từ Zm X Từ kháng Xm Đơn vị Vs;Wb A A T A/m 1/H m/H H H/m 1/H 1/H Các công thức tương quan mạch điện mạch từ : Từ n Ñieä U m i Rmi H i li U Z.I B I J q S q S B E J H III PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MẠCH TỪ Cũng giống toán mạch điện toán mạch từ tìm tham số mạch từ xác định trước, cụ thể hình dạng kích thước Bài toán thuận : Là dạng từ yêu cầu cho trước từ thông từ cảm B Vấn đề đặt phải tính sức từ động F, đồng nghóa với việc tìm số vòng dây phải quấn dòng điệ n phải cấp qua cuộn dây Bài toán nghịch : Là dạng tìm giá trị từ cảm B sở số vòng dây cường độ dòng điện biết mạch từ xác định ban đầu Để giải hai toán mạch từ nêu trên, vấn đề quan trọng phải xác định từ dẫn khe hở không khí 211 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CÂU HỎI Định nghóa nam châm điện từ ? Nêu cấu tạo ứng dụng nam châm điện từ ? Nêu định luật áp dụng mạch từ ? H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B 212 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.2 TỪ DẪN TRONG KHE HỞ KHÔNG KHÍ Xác định từ dẫn khe hở khô ng khí mạch từ công việc cần thiết trình tính toán toán toán mạch từ Với loại vật liệu dẫn từ vật liệu sắt từ, dựa vào đường cong từ hóa B = f(H), việc tính toán từ trở từ dẫn trở nên đơn giản: Rm l S Trong đó: l: đoạn dẫn mạch từ S: tiết diện mạch từ thẳng góc với đường dẫn từ thông Và từ dẫn nghịch đảo giá trị từ trở: Gm Rm Như biết, không khí môi trường dẫn từ với độ từ thẩm lấy giá trị độ từ thẩm chân không 0 Khác hoàn toàn với vật liệu dẫn từ tốt sắt non, thép kỹ thuật điện, nam châm vónh cửu … môi trường không khí định hình hình dạng l trực tiếp sử dụng côn g thức: Rm Vì công việc khó khăn, có S liên quan giải toán phân bố từ trường khu vực xem xét Trong nhữn g tính toán gần HCM dùng phương pháp thực nghiệm sau TP huat Ky t pham Phương pháp thực nghiệm: H Su ng D Ở việc xác định từ dẫnnđượruxác định nhờ công thức thực nghiệm Phương pháp Tc o e © cho kết nhữn g uy n g hợp xác định khảo sát thực nghiệm Các hệ a n q trườ B số đưa với nhữ ng trường hợ p ứng với điều kiện đưa Ví dụ: Khảo sát cực từ hình 1-3 : Hình 1-3 Đối với cực từ hình chữ nhật mặt phẳng ngăn cách khe hở Từ dẫn khe hở tính theo công thức sau: a 1 x1 .b1 x2 G 0 Đối với khe hở cực từ hình chữ nhật, từ dẫn tính sau: 213 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn G 0 a 1 y1 .b1 y2 Trong công thức tham số x, y tính: x1 1 ; x2 1 a b y1 ; y a b Các hệ số xác định từ thực nghiệm cho baûng sau: (mm) 1 2 1,3 1,42 0,78 H Su ng D ruo 1,04 0,575 K pham 10 0,74 0,525 M P HC uat T y th n©T quye an B 214 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.3 NAM CHÂM ĐIỆN TỪ MỘT CHIỀU I Lực hút nam châm điệ n chiều Lực hút điện từ lực hút nội tác dụng trực tiếp lên vật thể dẫn từ nhằm mục đích thu hẹp đườ ng dẫn từ trườn g Vì mạch từ bao gồm nhữ ng vật liệu dẫn từ vật thể rắn môi trường chất lỏng hay khí nên lực điện từ tác dụng thu hẹp đường dẫn từ trường làm thay đổi độ lớn khe hở mạch từ thể rắn lực từ khô ng đủ lớn để làm biến dạng vật thể dẫn từ rắn thiết bị điện Theo công thức Maxwell lực hút điện từ tính: Fdt Trong đó: 2 B n B B n dS S B : Vector từ cảm bề mặt cực từ n : Vector đơn vị pháp tuyến bề mặt cực từ S : Diện tích bề mặt cực từ Bề mặt cực từ nơi tác động lực điệ n từ bề mặt phân chia môi trườn g có HCM TP độ từ thẩm khaùc huat Ky t pham B2 dS có H S tính: Fdt Khi n B trùng phương lúc ta g Dthể u 2 S ruon n©T Nếu có thêm điều kiện utừe thông phân bố khu vực khe hở không khí công q y Ban thức đơn giản hóa sau: Fdt 2 B2 S Fñt = 39,8 104 B S (N ) Fñt = 4,06 104 B S (KGf ) Trong đó: B : từ cảm ( T ); S : tất diện tích bề mặt cực từ chịu tác động (m2); 0 = 4.10-7H/m : độ từ thẩm chân khôn g; Fđt : lực hút điện từ (N) Hình 1-4 215 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn II Tính toán cuộn dây nam châm điệ n chiều: Tính toán cuộn dây mạch từ chiều chủ yếu xác định số vò ng dây đường kính dây Tính toán cuộn dây dòng điện: Là cuộn dây gây tác động lực hút NCĐ có dòng điện I Igh mà người ta xác định trước Đặc điểm cuộn dòng thông thường có số vòng dây tiết diện dây lớn Tiết diện dây tính từ giá trị dòng giới hạn cho trước điều kiện làm việc I cuộn dây: sdd J cp Trong đó: I: dòng giới hạn cần bảo vệ; Jcp: giới hạn mật độ cho phé p tùy thuộc vào điều kiện làm việc cuộn dây Jcp: ( ) A/mm2 Jcp: ( 12 ) A/mm2 Jcp: ( 13 30 ) A/mm2 Khi cuộn dây làm việc chế độ dài hạn Khi cuộn dây làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Khi cuộn dây làm việc chế độ ngắn hạn Số vòng dây phải quấn tính từ kết tính STĐ F cần thiết mạch từ để có lực CM F hút điện từ theo yêu câu cấu khí cụ điện Số vò ng dây P H c tính: N T đượ uat I y th am K Tính toán cuộn dây điện áp u ph DH S ng Là cuộn dây gây tác động lực©húruNCĐ điện áp đặt trê n cuộn dây lớn điện áp yêu t o n T quye Ban áp có số vòng dây quấn nhiều tiết diện dây dẫn nhỏ Khi cầu U Ugh Đặc điểm cuộn làm việc ổn định điện áp DC cuộn dây phải đảm bảo sức từ động F theo yêu cầu Do điện trở cuộn dây định đến dòng điện làm việc ổn định cuộn dây - Tiết diện dây dẫn : Từ phương trình: F = I.N ta viết lại sau: U U N U N sdd U s dd F N l R ltb N ltb sdd F ltb Từ suy tiết diện dây dẫn cần thiết : sdd U - Số vòng dây : Số vòng dây N không ản h hưở ng đến sức từ động F mà tác động làm thay đổi mật độ dòng điện chảy dây dẫn (ảnh hưởng nhiệt tổn hao phát nóng) I F F I N mật độ dòng điện: j sdd N s dd Đối với cuộn áp thường làm việc chế độ dài hạn nên mật độ dòng cho phép Jcp nên chọn khoaûng ( ) A / mm2 Từ tính số vòng cần thiết phải quaán N F J cp sdd 216 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Để bảo đảm phù hợp cuộn dây với kích thước mạch từ cho ta phải kiểm tra xem với số vòng dây, tiết diện dây vừa tính sau quấn xong có vào lọt cửa sổ mạch từ không s dd N S cuaso k ld kld: Hệ số lấp đầy tỉ lệ phần đồng dây quấn tiết diện thực cửa sổ, tùy thuộc vào kỹ thuật quấn việc gia cố cách điện thêm vào lớp dây cuộn dây kld = ( 0,55 0,75 ) khôn g sử dụng cách điện lớp kld = ( 0,36 0,46 ) sử dụng thêm cách điện lớp Bảo đảm cuộn dây thật làm việc phù hợp ta cần phải kiểm tra lại vấn đề phát nóng tăng nhiệt cuộn dây phải nằm giới hạn cho phép P P cp KT Fi K T Fngoai Ftrong Trong đó: ltb N I N l tb sdd k ld S cuaso HCM TP uat P: Tổn hao công suất cuộn dây tính P I R I KT : Hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt th Fi : Các bề mặt tỏa nhiệt thành phần cuộnadây.y mK u ph DH S : Là hệ số tính toán tính đến usự g c điều kiện tỏa nhiệt bề mặt bên r on n©T e so với bề mặt bên ngoàiquy kết khảo sát thực nghiệm ta thu giá trị hệ số Ban Từ sau: 1/- = Đối với cuộn dây khô ng có lõi cách điện 2/- = 1,7 Đối với cuộn dây quấn lõi kim loại 3/- = 2,7 Đối với cuộn dây quấn trực tiếp lõi từ 4/- = Đối với cuộn dây quấn lõi cách điện điều kiện tỏa nhiệt cuộn dây dùng nguồn xoay chiều CÂU HỎI Trình bày lực hút nam châm điện chiều ? Tính toán cuộn dây dòng điệ n cuộn dây điện áp nam châm điện chiều ? 217 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.4 NAM CHÂM ĐIỆN TỪ XOAY CHIỀU I Lực hút nam châm điện xoay chiều: Khi dòng điện biến thiê n tuần hoàn theo qui luật hình sin : i = Im Sin .t Giả sử tổn hao không đáng kể từ thông biến thiên theo qui luật hình sin : = msint Khi lực hút điện từ xác ñònh: Fdt 2 m m m Sin 2 t Cos2.t 20 S 40 S 4 S H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 1-5 - Thành phần thứ 1: 2 m thành phần lực điệ n từ không đổi theo thời gian; Giá trị trung 4 S bình lực điện từ xoay chiều chu kỳ giá trị thành phần không đổi Khi xét từ thông mạch từ chưa bão hòa m = Bm = B thì: Ftb 20 B S 2 2 S Với cách tính cho ta thấy tác dụng Ftb lực điện từ xoay chiều có giá trị lực điện từ dòng chiều mạch từ chưa bão hòa ta sử dụng giá trị hiệu dụng dòng xoay chiề u m - Thành phần thứ 2: Cos2 t thành phần biến thiên theo thời gian có tần số gấp 4 S lần tần số từ thông xoay chiều giá trị cực đại là: 218 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn FMAX m 2 B S B S 2 20 S 0 0 S m Đồ thị biế n thiên lực điện từ biểu diễ n thành phần lực điện từ xoay chiều trình bày hình Nhận xét từ đồ thị ta thấy lực điện từ xoay chiều có dạng đập mạch có tần số gấp lần tần số dòng điện nguồn xoay chiều Điều đáng ý lực điện từ chu kỳ có lần giá trị giảm 0, lực điện từ khôn g tác động Do cấu tác động khí hút đẩy thiết bị sử dụng nam châm điện tác đông đóng ngắt mạch điện có lò xo phản lực nên cần Fđt < Fflực cấu tự động nhả tiếp xúc điện nắp nam châm điện mở tác động lực lò xo Từ gây tượ ng rung nam châm điện không an toàn sử dụng đóng ngắt tiếp điểm, tần số rung lần tần số lưới nguồn II Biện pháp chống rung nam châm điệ n xoay chiều: Căn vào đồ thị lực điện từ xoay chiều thành phần đồ thị hình 1-5 Ta thấy dùng biện pháp để chia từ thông thành CMnh phần 1 2 có P Hthà uat T th biên độ 1 = 2 = ½ lệch pha 900 đồ thịham điện từ biể u diễn hình 1-6 lực Ky up DH S g ruon n©T quye Ban Hình 1-6 Khi lực điện từ tổng hợp lực điện từ thành phần gây số thời điểm : Fđt = Fđt1 + Fđt2 = Const Lực điện từ tổng có giá trị không đổi vừa thành phần LĐT trung bình chu kỳ thành phần lực điện từ khôn g đổi theo thời gian từ thông gây nên Để phâ n chia từ thông ý định trên, ta thực biệ n pháp sau: 219 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Dùng cuộn dây mạch từ có số vòng không đổi cung cấp dòng cho cuộn có giá trị ½ giá trị ban đầu dòng điện lệch pha 900 (Hay chia cuộn dây thành nửa cuộn cung cấp dòng điện có giá trị không đổi lệch pha 900 ) Chia mạch từ thành nửa phần mạch từ đặt cuộ n dây riêng có số vòng không đổi cung cấp dòng điệ n có giá trị không đổi lệch pha 900 Đặt vòng ngắn mạch ôm lấy ½ bề mặt cực từ khe hở khô ng khí H Su K pham M P HC uat T y th Hình 1-7 Mạruong D đặt vòng ngắn mạch ch từ có n©T quye Ban Hai biện pháp đầu phức tạp yêu cầu nguồ n cung cấp lệch pha Biện pháp thứ đơn giản hơn, dễ thực lại rẻ tiền nên áp dụn g rộn g rãi nam châm điện xoay chiều dùng khí cụ điện III Tính toán cuộn dây nam châm điện xoay chiều Số liệu ban đầu để tính toán cho cuộn dây NCĐ xoay chiều biên độ sức từ động F, biên độ từ thông m Nguồn điện nguồn áp hay nguồn dòng tác động Tính toán cuộn dây dòng điệ n - Số vòng dây N: Khi cuộn dây cuộn dòng, dòng điện chảy qua cuộn dây phụ thuộc vào phụ tải, số vòng dây N xác định N = F / I - Tiết diện dây dẫn: s dd I J cp Tính toán cuộn dây điện áp Có thể tính số vòng theo công thức sau: N = ( 0,7 0,8 ) Khi đó: I I m N U 4, 44 f m Fm N N Tieát diện dây dẫn xác định sơ cách chọn mật độ dòng giới hạn cho phép J = (2 4) A/mm2 220 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CÂU HỎI Trình bày lực hút nam châm điện xoay chiều ? Tại có tượng rung nam châm điện xoay chiều? Nêu biện pháp chống rung nam châm điện xoay chiều ? Tính toán cuộn dây dòng điệ n cuộn dây điện áp nam châm điện xoay chiều ? H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B 221 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.5 NAM CHÂM VĨNH CỬU Để tính tốn nam châm vĩnh cửu, dựa vào hai hệ số sau : k1 : hệ số mát xét tới biến dạng đường sức từ bên nam châm, cực từ thành phần lại mạch từ : F k1 M F ks : hệ số xét tới tản rò từ : ks t hi Trong : FM : sức từ động nam châm F : sức từ động tương ứng với khe hở khơng khí t : từ thơng tổng hi : từ thơng có ích Hệ số k1 thay đổi giới hạn 1,05 1,25 Hệ số ks thay đổi giới hạn HCM TP I Độ từ dư huat Nếu sau từ hoá nam châm, ta ngắt dịng điện kích m Ky nam châm có cường độ từ cảm thích t a u ph H Ssắt từ độ từ dư giảm đến trị số B1 ứng với Br gọi độ từ dư Khi có khe hở vật D ng liệu Truo © điểm P1 hình 1-8 uyen an q B Hình 1-8 Đường cong khử từ đường cong phục hồi Nếu có từ trường He tác dụng lên nam châm, điểm làm việc hạ từ P1 xuống P2 Đường thẳng hP2 song song với đường OP1 Khi không cho từ thơng ngồi tác dụng điểm làm việc khơng trở điểm P1 mà đếm điểm P8, dời chuyển theo đường cong gọi đường 222 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn cong từ hố nội (cịn gọi đường cong phục hồi) Độ dốc đường cong từ hóa nội gọi độ từ thẩm phục hồi Đối với nam châm vĩnh cửu, vấn đề từ hoá trước hay từ hoá sau láp ráp thêm má cực từ ảnh hưởng đến trị số cường độ từ cảm Từ hoá trước láp ráp thêm má cực từ cường độ từ cảm bé Giả dụ từ hố sau láp ráp thêm má cực từ có điểm làm việc P (ứng với trị số B1) từ hố trước láp ráp thêm má cực từ điểm làm việc P5 (ứng với trị số B5) Trên hình 1-8, ta thấy B5 < B1 II Hệ số phẩm chất Tích số BH biểu thị lượng đơn vị thể tích có giá trị lớn điểm định đường cong từ trễ Giá trị lớn tích số (BH)max gọi hệ số phẩm chất vật liệu đánh giá tính chất vật liệu nam châm tốt hay xấu Nếu (BH)max vật liệu lớn vật liệu tốt Nhà sản xuất vật liệu nam châm thường cho trị số hệ số phẩm chất, độ từ dư lực giữ từ Những giá trị cường độ từ cảm lực giữ từ ứng với hệ số phẩm chất (BH)max ghi với kí hiệu Bro, Hco Nếu nhà sản xuất không cung cấp số liệu trên, ta tìm thấy CM cách gần từ độ H thị đường cong từ trễ hình 1-9 TP huat Ky t pham H Su ng D Truo © uyen an q B Hình 1-9 Cách xác định hệ số phẩm chất đồ thị Từ điểm Hc vẽ đường song song với trục tung OB từ điểm Br vẽ đường song song với trục hoành OH Nối điểm giao N đường vừa vẽ với gốc toạ độ O, đường thẳng ON cắt đường cong từ trễ P Điểm P điểm phải tìm III Hệ số lấp đầy Hệ số lấp đầy biểu thị biểu thức sau : BH max BrH c = 0,25 0,65 Hcơ/Hc Bro/Br = 0,5 0,8 Ta có : 223 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn H cô B ro Hc Br Do : Hco = Hc Bro = Br IV Tính tốn nam châm Khi tính tốn nam châm cần phải : - Lựa chọn thép thích hợp với mục đích sử dụng - Bố trí nam châm cho có lợi khơng gian sẵn có - Chọn sử dụng hợp lý vật liệu từ trở bé Đối với vật liệu sắt từ nên chọn điểm làm việc tốt Từ thông qua tiết diện nam châm tính sau : BS (mắcxuen) với B : cường độ từ cảm sắt từ (gauxơ) S : tiết diện sắt từ (cm2 ) Từ thông tổng nam châm từ thông kẽ hở (từ thơng hữu ích) P HCM qua từ thơng tản bỏ uat T rò y th Nếu kể đến từ thơng tản rị ta có : am K h Su p H S ngS DH k (mắcxuen) (1) Truo với H : cường độ từ trường yen © kẽ hở (ớctét) qu Ban ) S : tiết diện kẽ hở (cm kS : hệ số xét tới tản rò từ Áp dụng định luật mạch từ : HL + H l = Nếu kể đến từ thơng tản rị : (2) HL = H l k1 với : H, L : cường độ từ trường sắt từ (ớctét) chiều dài sắt từ (cm) l : chiều dài kẽ hở (cm) k1 : hệ số xét tới biến dạng đường sức Ở khơng kể đến dấu “-“ dấu cho biết chiều cường độ từ trường sắt từ ngược với chiều cường độ từ trường kẽ hở Nhân biểu thức (1) với (2) vế với vế ta : SLBH = S l H 2 k S k với SL thể tích nam châm V sau S l thể tích khe hở V Khi : V H 2k k V S (cm3) BH Từ công thức ta thấy : thể tích nam châm V bé BH lớn Vậy thiết kế ta chọn (BH)max Tiết diện nam châm : 224 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn S HS kS B Chiều dài nam châm : L H l k H (cm2) (3) (cm) (4) Từ (3) (4) ta có : B LS k S H Sl k CÂU HỎI Trình bày độ từ dư, hệ số phẩm chất, hệ số lấp đầy nam châm vónh cửu ? Khi tính toán nam châm cần ý điều ? So sánh nam châm điện nam châm vónh cửu ? H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B 225 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.6 LỰC ĐIỆN ĐỘNG I Khái niệm Lực điện động lực sinh vật dẫn mang dòng điện đặt từ trường Lực tác dụng lên vật dẫn có xu hướng làm thay đổi hình dáng vật dẫn để từ thông xuyên qua mạch vòng có giá trị cực đại Như biết dòng điện chuyển động vật dẫn luôn sinh xung quanh từ trường chuyển động Từ trường tác dụng với tất vật dẫn dòng điện nằm vùng ảnh hưởng từ trườ ng cũn g tác dụng với dòng điện sinh Lực tác dụng dòng điện từ trườn g sinh gọi lực điện động Chiều lực điện động xác định bằn g quy tắc bàn tay trái hay nguyên lý chung: “chiều lực tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện chiều biến đổi hình học hình dạng mạch vòng dẫn điện cho từ thông mắc vòng qua tăng lên nghóa tăng vùng diện tích nơi có từ cảm B qua” H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 1-11 Lực điện động hai vật dẫ n có dòng điện cù ng chiều ngược chiều Trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện chạy vật dẫn không lớn lực điện động khôn g gây nên biến dạng chi tiết mang dòng điện Nhưng có cố ngắn mạch LĐĐ lớn gây biến dạng vật thể mang điện làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc cho phép khí cụ điện Do nghiên cứu tính toán lực điện động cần thiết cho việc thiết kế sử dụng hiệu khí cụ điện Tính toán lực điện động dòng điện chiều: Có thể tính lực điện động hai phương pháp Phương pháp thứ dùng định luật Biot-Savart-Laplace dùng định luật bảo toàn lượng a Phương pháp dùng định luật Biot-Savart-Laplace Trong trườn g hợp chung xem LĐĐ sinh có tác động tương hỗ dòng điện từ trường Theo định luật Biot-Savart-Laplace vi phân LĐĐ tác dụng lên dò ng điện i chiều dài đoạn dl nằm từ trường có từ cảm B xác định tích vectơ dl vectô B df idl xB Khi vectơ dl có chiều theo dòng i LĐĐ dF thẳng góc với vectơ dl B, có độ lớn : dF = idl B sin (: góc vectơ dl vectơ B) 226 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Nếu từ trường B không đổi điểm dòng i chảy toàn chiều dài l dây dẫn thẳng LĐĐ có giá trị sau: F = i l B sin = 900 thì: F = i l B Công thức Biot-Savart-Laplace dùng để xác định LĐĐ ta biểu diễn từ cảm B biểu thức phân tích phụ thuộc vào kích thước hình dạng mạch vòng dẫn điện Ngoài phương pháp tính lực điện động theo định luật Biot-Savart-Laplace, dùng phương pháp tính lực điện động theo định luật cân lượng b Phương pháp tính lực điện động theo định luật cân lượng Hiện tượng phát sinh LĐĐ tượ ng biế n đổi lượng điện từ tích mạch điện thành Lực điện động lực học Định nghóa lực học biến đổi đoạn chuyển dịch Từ định nghóa lực điện động biến đổi lượ ng điện từ đoạn dịch chuyển mạch điện F dWM dx I const Ở đó: WM: lượng điệ n từ mạc h điện ( Ws ) Dx: đoạn dịch chuyển mạch điện Biết lượng điện từ mạch điện: HCM TP t thua am Ky WM I L u ph (Ws) I g DH S ruon n©T ye Trong đó: I: cườngqu dòng điện (A) Ban độ L: điện cảm mạch (H) : từ thông mạch (Vs) dL d F I I (N ) dx dx từ đó: Trường hợp có mạch điện: 1 WM I Í2 L1 I L2 I Í I M (Ws) 2 I1, I2: cườn g độ dòng chảy mạch Trong đó: L1, L2: điện cảm mạch M: hỗ cảm mạch Lực điện động là: dL dL dM F I Í2 I 2 I Í I 2 dx dx dx Nếu mạch không bị biến dạng, mà dịch chuyển so với L1 = const = L2 và: F I Í I dM dx c Tính lực điện động bằ ng phương pháp thực nghiệm 227 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Có thể tính lực điện động biể u thức: F = 10 –7 i1 i2 Kv.Khd Trong đó: Khd hệ số phụ thuộc vào hình dáng vật dẫn Kv gọi hệ số mạch vòng phụ thuộc vào hình dạng mạch vòng dẫn điện - Nếu gọi l chiều dài vật dẫn, a khoảng cách hai vật dẫn, hệ số mạch vòng xác định sau: + Khi xét (a/l) < 0,1 dây dẫn song song tiết diện nhỏ: Kv = (2.l/ a) + Khi xét (a/l) < 0,1 dây dẫn song song tiết diện bán kính r: Kv = 2.l / (a-r ) + Khi xét với dạng mạch vòng hình sau ta có caùc giaù tri Kv : Kv = d d S1 S a H Su ng D b) ruo K pham y th n©T quye an B Kv = ln d1 d12 d d 22 S1 S12 S S 22 c) Kv = ln 2b 1 c2 đó: b = a/r; M P HC uat T 0,25 c = a/h 228 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn d) Kv = ln L l e) Kv = 2( ln 2b 1 c2 0,25 ) Kv = ln (a/r) + 0,5 f) Đây trường hợp máy cắt c