Slide CHƯƠNG 4 lực điện ĐỘNG (môn KHÍ cụ điện)

 Lực đó gọi là lực điện động, chiều của lực điện động được xác định theo quy tắc bàn tay trái  Ở trạng thái làm việc bình thường, trị số của dòng điện không lớn nên LĐĐ sinh ra không

Trang 1

CHƯƠNG 4

LỰC ĐIỆN ĐỘNG

Trang 2

KHÂI NIỆM CHUNG

 Một vật dẫn đặt trong từ trường, khi có dòng điện I

chạy qua sẽ chịu tác động của một lực.

 Lực này có xu hướng làm biến dạng hoặc chuyển

dời vật dẫn để từ thông xuyên qua nó là lớn nhất

 Lực đó gọi là lực điện động, chiều của lực điện

động được xác định theo quy tắc bàn tay trái

 Ở trạng thái làm việc bình thường, trị số của dòng

điện không lớn nên LĐĐ sinh ra không đủ lớn để có thể làm ảnh hưởng đến độ bền vững kết cấu của thiết bị

Trang 3

 Nhưng khi ở chế độ ngắn mạch, dòng tăng lên rất lớn

(có lúc tới hàng chục lần Iđm), lực điện động đạt trị số lớn nhất khi trị số tức thời của dòng điện đạt lớn nhất, và được gọi là dòng điện xung kích

 Với dòng điện xoay chiều, dòng điện xung kích được

tính theo công thức như sau :

Trang 4

 Trong đó : KXK là hệ số xung kích của dòng điện, tính

đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ và thường lấy KXK = 1.8; Inm là trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập

 Do vậy chúng ta phải tính toán LĐĐ tác động lên thiết

bị trong trường hợp này để khi tính chọn thiết bị phải đảm bảo độ bền điện động Độ bền điện động của thiết

bị là khả năng chịu được LĐĐ do dòng ngắn mạch sinh

ra

Trang 5

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Trang 7

TÍNH TOÁN THEO ĐỊNH LUẬT

i1β

M

dl2

i2

d H

Trang 8

TÍNH TOÂN THEO ĐỊNH LUẬT

BIO-XAVA-LAPLACE

Xét một đoạn mạch vòng dl1(m) có dòng điện i1 (A)

đi qua, được đặt trong từ trường với từ cảm B (T) như hình , thì sẽ có một lực dF (N) tác động lên dl1:

Trong đó : β là góc giữa B và dl1, hướng đi của dl1theo chiều của dòng điện i1

Lực điện động tác dụng lên đoạn mạch vòng với chiều dài l1 (m) bằng tổng các lực thành phần

β

sin

1B dl i

dl B

i dF

Trang 9

Nếu mạch vòng nằm trong môi trường có độ từ thẩm cố định µ = const, như trong chân không hoặc không khí, việc xác định từ camí B tương đối thuận tiện khi sử dụng định luật Bio - Xava - Laplace

Trang 10

Theo định luật này cường độ từ trường dH tại điểm M bất kỳ cách dây dẫn dl2 có dòng điện i2 chạy qua một khoảng r, được xác định theo công thức :

Trong đó α là góc giữa vectơ dl2 2 và bán kính r

2

4

π

α

=

Trang 11

Từ cảm ở điểm M sẽ là :

Thay µ0 = 4.π.10-7 (H/m) và tích phân hai vế của ta có :

Thay từ cảm B vào ta có :

2

2 2

0 0

.4

2

2 7

10

l l

r

dl

dl i

i

Trang 12

Đặt = KC : Hệ số kết cấu của mạch vòng

Vậy :

Hướng của lực F được xác định theo tích vectơ của

i và B Trong trường hợp đơn giản, hướng của vectơ từ cảm xác định theo quy tắc vặn nút chai, còn hướng lực điện động theo quy tắc bàn tay trái

Lực điện động sẽ được tính bằng phương pháp này nếu dễ dàng tính được hệ số kết cấu KC

l l

r

dl dl

β α

C

K i

i

F = 10−7. 1. 2 .

Trang 13

TÍNH TOÂN THEO PHƯƠNG PHÂP

CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Năng lượng điện từ của một hệ mạch vòng gồm 2 dây dẫn có dòng điện đi qua được mô tả bằng phương trình

Trong đó : L1, L2 là điện cảm của 2 mạch vòng (H)

i1,i2 là dòng điện trong 2 mạch vòng (A)

M là hỗ cảm của 2 mạch vòng (H)

2 1

2 2 2

2 1

2

1 2

1

i i M i

L i

L

Trang 14

TÍNH TOÂN THEO PHƯƠNG PHÂP

CĐN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Nếu chỉ có mạch vòng với điện cảm L và dòng điện

i thì LĐĐ tác dụng lên mạch vòng (do dòng điện chạy trong nó sinh ra) được tính theo công thức :

Thay Li = ϕ = W.φ vào ta có :

Trong đó : ϕ là từ thông móc vòng, φ từ thông, w số vòng dây

Với hệ số hỗ cảm M, lực điện động tương tác giữa hai mạch vòng sẽ là :

x

L i

x

W F

x

iW x

W F

x

M i

i x

W F

Trang 15

HƯỚNG CỦA LỰC ĐIỆN ĐỘNG

F

i1F

i1

Trang 16

TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG GIỮA

2 THANH DẪN SONG SONG CÓ DÒNG ĐIỆN

Trang 17

TÍNH TOÂN LỰC ĐIỆN ĐỘNG GIỮA

Trường hợp l1 = l2 = l :

Thì lực điện động tác dụng

lên hai dây dẫn là :

l

a l

a a

l i i F

2 2

1

7 2 1 10

C

K i i

=

l

a l

a a

l

K c

2

1 2

1

<<

l

a

Trang 18

TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG GIỮA

D

K C = 1 + 2 − 1 − 2

CK i

i

F = 10−7 1 2

Trang 19

XOAY CHIỀU

Trang 20

TÍNH TOÂN LỰC ĐIỆN ĐỘNG

XOAY CHIỀU 1 PHA

Ở chế độ xác lập, dòng điện chỉ có thành phần chu kỳ theo quy luật :

thì LĐĐ giữa hai dây dẫn có dạng :

trong đó là trị biên độ của LĐĐ, Im là trị biên độ của dòng điện.

Ta nhận thấy rằng, LĐĐ có hai thành phần, thành phần không đổi F1 và thành phần biến đổi F2 :

t I

i = 2 sin ω = m sin ω

) 2 cos 1

( 2

1

sin

2 7

F

2 2

2

=

Trang 21

Trong đó thành phần biến đổi F2 có tần số gấp đôi tần số của dòng điện Trong một chu kỳ, trị số trung bình của LĐĐ là :

Đồ thị của LĐĐ và dòng điện theo thời gian được cho

ở hình

Ở chế độ quá độ, dòng điện gồm 2 thành phần : chu kỳ và không chu kỳ :

2 7

0

10 10

2

1 2

2

1

I K I

K

F dt

F

T tb

I

i = m −t T − ω

Trang 22

Sau thời gian , dòng điện trong mạch đạt trị số lớn nhất, còn là trị số xung kích của dòng điện :

trong đó hệ số xung kích :

ta nhận thấy rằng, khi tần số không đổi, KXK phụ thuộc vào T; nếu T lớn (L lớn, R bé ) thì KXK lớn Thông thường khi tính toán lấy KXK = 1,8 Vì vậy với trị số dòng xung kích, LĐĐ

T m

10 24 , 3 )

(

m C m

XK C

F

Trang 23

Quan hệ giữa dòng điện, LĐĐ theo thời gian được trình bày ở hình khi kể đến thành phần không chu kỳ của dòng điện

Từ (**) ta nhận thấy rằng, LĐĐ khi có cả thành phần không chu kỳ tăng lên 3,24 lần so với LĐĐ chỉ có thành phần chu kỳ

Sau khi thành phần không chu kỳ tắt (sau khoảng từ 4 đến 5 chu kỳ), LĐĐ chỉ còn do dòng điện chu kỳ tạo

Trang 24

Xét ba dây dẫn của ba pha nằm trong cùng một mặt phẳng có các dòng điện iA, iB ,iC với IA = IB = IC Nếu không kể đến thành phần không chu kỳ thì dòng điện ở các pha lệch một góc 2π/3 :

Lực điện động tác dụng lên từng dây dẫn được tính như sau :

FA = FAB + FAC ; FB = FBA + FBC; FC = FCA + FCB

Trong đó : Fpq = Fqp là lực giữa các dây dẫn pha q và pha p

) 3

4

sin(

) 3

2

sin(

sinω = ω − π = ω − π

Trang 25

trong đó : , với l là chiều dài của dây dẫn; a là khoảng cách giữa hai pha cạnh nhau

) 3

2

sin(

sin

2 1

π ω

4

sin(

.

sin 2

1

π ω

4

sin(

) 3

2

sin(

2 1

π ω

−

=

2 1

2

805 ,

, C I F C I

F = − = −

Trang 26

ĐỘ BỀN ĐIỆN ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ

Khi bị ngắn mạch, LĐĐ do dòng ngắn mạch sinh ra khá lớn, có thể gây ra hỏng hóc các thiết

bị điện Khả năng chịu LĐĐ lớn nhất của thiết bị điện chính là độ bền điện động của thiết bị điện :

FTBĐ : khả năng chịu lực (độ bền) của thiết bị điện.

FLĐĐmax : là trị số lớn nhất của LĐĐ do dòng điện ngắn, mạch sinh ra khi đi qua thiết bị điện.

LDDmã TBD F

Trang 27

ĐỘ BỀN ĐIỆN ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ

Vậy độ bền điện động của thiết bị điện được cho dưới dạng dòng ngắn mạch xung kích

Khi chọn thiết bị điện đóng cắt, phải kiểm tra xem dòng ngắn mạch đi qua thiết bị đó, có bé hơn dòng xung kích cho phép hay không, nếu không đạt phải chọn thiết bị có dòng xung kích lớn hơn.

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	393 KB