bài giảng biến đổi năng lượng

1Lecture 1 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng TS. Hồ Phạm Huy Ánh Jan 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture 1 ¾ Cho áp và dòng xoay chiều hình sin: Các Tóm Tắt cần thiết () ( ) vm tVtv θ ω + = cos ( ) ( ) im tIti θ ω + = cos ¾ Giá trị công suấttứcthời được tính bởi(với i = I m khi t = 0) () () ( ) ( ) ( ) ttIVtitvtp ivmm ω θ θ ω coscos − + = = ¾ Giá trị công suấttácdụng trung bình trong chu kì T = 2π/ ω () () ivrmsrmsiv mm IV IV P θθθθ −=−= coscos 2 Với V rms và I rms lầnlượtlàgiátrị dòng và áp hiệudụng. θ = θ v −θ i được gọi là góc hệ số công suất, và cos( θ ) gọilàhệ số công suất (PF). 3Lecture 1 Các Tóm Tắt về Đại Lượng phức Tảicảmcóhệ số công suấttrễ, trong khi Tải dung có hệ số công suất sớm. ¾ Các đại lượng điện trong mạch xoay chiều có thể được thể hiện dưới dạng phức như sau: vrms VV θ ∠= irms II θ ∠= Góc pha Độ lớn (Magnitude) + V I v θ i θ Hệ số công suấttrễ V I v θ i θ Hệ số công suấtsớm + 4Lecture 1 Các ví dụ: ¾ Ex. 2.1: Thể hiện dưới dạng phức các đại lượng v(t) & i(t) sau, và xác định tiếp công suất tác dụng P () ( ) 00 301030cos102 ∠=⇒+= Vttv ω () ( ) 00 20520cos52 −∠=⇒−= Itti ω ( ) 0 502030 =−−=−= iv θθθ (hệ số công suấttrễ) ( ) ( ) ( ) W14.3250cos510 0 ==P ¾ Ex. 2.2: Xác định lại công suất tác dụng P với giá trị mới của i(t) () ( ) 00 90590cos52 −∠=⇒−= Itti ω ()() ( ) W25120cos510 0 −==P (phát P lên lưới!) 5Lecture 1 Các Tóm Tắt về Công suất Phức ¾ Ngoài công suất tác dụng, công suất phản kháng được tính bởi: () () ivrmsrmsiv mm IV IV Q θθθθ −=−= sinsin 2 ¾ Còn thành phần công suất tức thời được xác định như sau: () ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) tQtPtQtPPtp ω ω ω ω 2sin2cos12sin2cos − + = − += ¾ Với và , ta có kết quả: v j rms eVV θ = i j rms eII θ = ( ) () ivrmsrms IVIVP θθ −=⋅= cosRe * ( ) () ivrmsrms IVIVQ θθ −=⋅= sinIm * ¾ Cuối cùng ta xây dựng được công thức xác định công suất phức ( ) jQPIVS +=⋅= * 6Lecture 1 ¾ Các đại lượng điện xoay chiều đều được khai thác qua giá trị hiệu dụng, nên để đơn giản ta có thể lượt bỏ chỉ số rms ¾ Độ lớn công suất phức sẽ được tính bởi ( ) iv VIP θ θ − = cos ( ) iv VIQ θ θ − = sin VIS = ¾ Ba thành phần S, P, và Q, có đơn vị đo khác nhau lần lượt là volt- amperes (VA), watts (W), và volt-ampere reactive (VAR). ¾ Khai thác định luật Joule, ta có thể xác định công suất phức như sau: jXRZ += IZV = ( ) jQPjXRIZIIIZS +=+=== 22* Từ đó R I P 2 = XIQ 2 = Các Tóm Tắt về Công suất Phức (tt) 7Lecture 1 Các ví dụ: ¾ Ex. 2.4: Xác định công suất phức của đại lượng điện có v(t) và i(t) đi qua: () ( ) 00 101010cos102 ∠=⇒+= Vttv ω () ( ) 00 202070sin202 −∠=⇒+= Itti ω W2.173=P ¾ Ex. Sửa BT 2.5 và 2.6 trong GT ( ) ( ) ( ) VA 1002.1733020020201010 000* jIVS +=∠=∠∠== VAR 100 = Q 8Lecture 1 Định luật Bảo Toàn Công Suất Phức ¾ Với mạch nối tiếp ¾ Với mạch song song ¾ Như vậy công suất phức tổng sẽ bằng tổng các công suất phức thành phần, với 2 thành phần P tổng và Q tổng được xác định bởi: ¾ Từ đóta xây dựng được Tam Giác Công Suất (Giải BT 2.7 trong GT) ( ) nn SSSIVVVIVS +++=+++=⋅= 21 * 21 * ( ) nn SSSIIIVIVS +++=+++=⋅= 21 * 21 * n PPPP + + += 21 n QQQQ + + + = 21 9Lecture 1 ¾ Ex. 2.7: Xây dựng tam giác công suất ¾ Ex. Giải các BT 2.8, 2.9 và 2.10: xem sách GT P = 800 W Q = 600 VAR S = 1 000 V A 36.8 0 ( ) ( ) VA 6008008.3610008.261010100 000* jVIS +=∠=−∠∠== Với W800=P VAR 600 = Q VA 1000=S Vì θ > 0, dòng chậm pha hơn áp nên tải có tính cảm. Các ví dụ: 10Lecture 1 Đặc tả công suất qua Tải ¾ Công suất cấp cho Tải được thể hiện qua 6 thông số: V, I, Hệ Số Công Suất (sớm hay trễ), S, P và Q. ¾ Với và phức có thể thay cho V, I, và Hệ Số Công Suất (sớm hay trễ) V I ¾ Ta còn cách khác để mô tả V, Hệ Số Công Suất , và P ¾ Cách thứ ba để mô tả V, Hệ Số Công Suất , và P: ta tính I từ V and S, sau đó Q được tính từ S và Hệ Số Công Suất . θ cosV P I = θ sinVIQ = jQPS + = ¾ Cách cuối cùng để mô tả V, Hệ Số Công Suất , và P: S được tính từ P và Q, sau đó HSCS được tính từ P và S [...]...BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html Lecture 2 1 Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha Điện áp ba pha trong lưới điện xoay chiều ba pha cân bằng... bao nhiêu kVAR nhằm nâng HSCS là 1? Câu hỏi suy luận: Nguồn ba pha cân bằng cấp điện cho tải đấu Y có HSCS bằng 1 Công suất tải ba pha sẽ là bao nhiêu nếu chuyển tải về đấu Δ? Lecture 2 11 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html Lecture 3 1 Giới Thiệu Chung Cách vận hành của các hệ thống điện và cơ điện được giài thích dựa trên... cos(θ ) Tóm lại, các bài toán giải mạch ba pha cân bằng có thể đưa về mạch 1 pha Ex 2.12 và 2.13: xem GT Lecture 2 7 Mạch Một Pha Tương Đương Biến đổi Δ-Y conversion Cho tải 3 pha đấu Δ với tổng trở pha là ZΔ, tải Y tương đương sẽ có tổng trở pha là ZY = ZΔ/3 Kết quả này dễ dàng được chứng minh bằng cách dùng định luật Ohm quen thuộc Như vậy thay vì khảo sát tải 3 pha đấu Δ, ta chuyển đổi về Mạch ba pha... Lecture 3 8 Các Ví Dụ và Bài Tập (tt): Bài Tập 1: Một lõi từ dạng xuyến có bán kính mạch từ trung bình 500 mm, mật độ từ thông trong khe hở là 0.6 Wb/m2, quấn cuộn dây 100 vòng Độ rộng khe hở là 2mm Cho a = 20 mm Bỏ qua từ trỡ lỏi thép (=zero) a) Xác định dòng kích từ qua cuộn dây b) Xác định từ cảm L của cuộn dây Câu hỏi tự luận: SV được yêu cầu thiết kế cuộn cảm có tự cảm biến thiên tuyến tính Hãy... ic Lecture 2 2 ) Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) Với đấu Δ, a’ được đấu với b, b’ được đấu với c Vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, như đã kiểm chứng qua biểu thức lượng giác, nên c’ được đấu với a ia c’ a Các đại lượng DÂY và PHA − Vì cả nguồn và tải ba pha đều có thể + được Đấu Y hay Đấu Δ , lưới điện xoay + chiều ba pha có tổng cộng bốn kiểu kết b’ + − c − a’ ib b ic nối (nguồn-tải):... điện áp cảm ứng φ22 = φl 2 + φ12 λ1 = N1φ12 = M 12i2 dλ1 di2 v1 = = M 12 dt dt dλ2 di2 v2 = = L2 dt dt λ2 = N 2φ22 = L2i2 Trong đó L2 là giá trị tự cảm của cuộn 2, như ta đã biết Theo qui tắc cân bằng năng lượng ta có: M21 = M12 = M Cuối cùng ta xét trường hợp cả 2 cuộn dây cùng được kích thích φ1 = φl1 + φ 21 + φ12 = φ11 + φ12 φ 2 = φ 21 + φl 2 + φ12 = φ 21 + φ 22 Lecture 3 12 Điện cảm tương hổ (tt)... di1 +M v1 = L1 dt dt di2 di1 + L2 v2 = M dt dt Từ đó ta có hệ số ghép cặp giữa 2 cuộn dây : k = Dễ thấy rằng 0 ≤ k ≤ 1, hay tương ứng là, M L1 L 2 0 ≤ M ≤ L1 L2 Các biến thế lỏi không khí thường có hệ số ghép cặp nhỏ (k < 0.5), trong khi biến thế lỏi sắt từ thường có hệ số ghép cặp lớn (k > 0.5, và có thể tiến đến 1) Lecture 3 13 Ví Dụ: BT 3.4: Mạch từ minh họa từ trỡ tương ứng với 3 khe hở không khí... độ từ trường Hc là đồng nhất trong lõi thép Dùng định luật Ampere ta có: Hc(2πr) = Ni Hay, H c l c = Ni Trong đó lc = 2πr là chiều dài đường sức trung bình trong lõi Giả sử mật độ từ B trong lõi thay đổi tuyến tính theo H, ta có công thức: Ni (Wb )/m 2 Bc = μH c = μ lc Lecture 3 3 Mạch từ tĩnh (tt) Ta xác định tiếp từ thông Φc φ c = Bc Ac = μNi lc Ni Ac = Wb l c μAc Với μ là giá trị từ thẩm của vật... tuyến tính Hãy trình bày hướng thiết kế của mình, có xét đến từ rò và từ trỡ của lõi thép? Lecture 3 9 Điện cảm tương hổ Điện cảm tương hổ là thông số liên quan đến điện áp cảm ứng trên 1 cuộn dây do dòng biến thiên qua 1 cuộn dây khác Khảo sát 2 cuộn dây quấn trên cùng 1 mạch từ, cuộn 1 để kích thích trong khi cuộn 2 để hở Từ thông móc vòng qua cuộn 1 được tính bằng φ11 = φl1 + φ 21 Trong đó φl1 (còn gọi... qua cuộn 1 Vì cuộn 2 hở mạch nên từ thông móc vòng của cuộn này sẽ bằng λ2 = N 2φ 21 Lecture 3 10 Điện cảm tương hổ (tt) φ21 tỉ lệ tuyến tính với dòng i1, nên λ2 = N 2φ21 = M 21i1 Điện áp cảm ứng v2 (do biến thiên của từ thông liên kết) xác định bởi: dλ2 di1 = M 21 v2 = dt dt M21 được gọi là điện cảm tương hổ giữa 2 cuộn dây Tương tự, Điện áp cảm ứng v1 trên cuộn 1 được xác định như sau φ11 tỉ lệ với . 1Lecture 1 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng TS. Hồ Phạm Huy Ánh Jan 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture. Công Suất , và P: S được tính từ P và Q, sau đó HSCS được tính từ P và S 1Lecture 2 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture. số công suất (PF). 3Lecture 1 Các Tóm Tắt về Đại Lượng phức Tảicảmcóhệ số công suấttrễ, trong khi Tải dung có hệ số công suất sớm. ¾ Các đại lượng điện trong mạch xoay chiều có thể được thể hiện