Giáo trình kỹ thuật điện phần 2 đào xuân dần

Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần Chương ĐIỆN TỪ 4.1 NHỮNG KHAI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ TRƯỜNG 4.1.1 Từ trường dòng điện Một tượng quan trọng dòng điện việc tạo từ trường xung quanh Điều thể ta đặt nam châm gần dây dẫn mang dòng điện kim nam châm chuyển đến vị trí Nếu thay kim nam châm dây dẫn mang dòng điện khác ta thấy lực tương tác (hút đẩy) hai dây dẫn Như xung quanh dây dẫn mang dòng điện tồn từ trường, biểu tương tác lên kim nam châm hay dây dẫn mang dòng điện khác, mà ta gọi lực từ Từ ta có định nghĩa: Từ trường dạng vật chất, có biểu hịên đặc trưng tác dụng lực điện từ lên kim nam châm hay dây dẫn mang dòng điện đặt Thực nghiệm chứng tỏ xung quanh dây dẫn mang dòng điện, hay nói xác xung quanh điện tích chuyển động tồn điện trường ngược lại từ trường xuất nơi có điện tích chuyển động N N N S S S I Để biểu diễn từ trường hình ảnh ta dùng khái niệm đường sức từ Đường sức từ đường cong vẽ từ trường mà tiếp tuyến điểm trùng với kim nam châm đặt điểm đó, chiều đường sức từ chiều hương từ cực bắc(N) đến cực nam(S) kim nam châm Trong thực tế ta làm lên đường sức từ cách: rắc mạt sắt lên bìa cứng, đặt vào từ trường, gõ nhẹ lên bìa Khi mạt sắt nhiễm từ trở thành kim nam châm, nối đường sức từ Bằng phương pháp người ta thấy đường sức từ đường cong khép kín Để đặc trưng cho khả gây từ dòng điện, tức độ mạnh yếu từ trường người ta dùng khái niệm cường độ từ trường, ký hiệu H Cưòng độ từ trường đại lượng véc tơ, véc tơ cường độ từ trường điểm có phương tiếp tuyến với đường sức qua điểm đó, có chiều thuận với chiều đường sức, có độ Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần lớn tỷ lệ với dòng điện tạo từ trường hình dạng cấu tạo dây dẫn, có đơn vị V/m 4.1.2 Từ trường số dòng điện - Từ trường dây dẫn mang dòng điện Đường sức từ vòng tròn đồng tâm mặt phẳng vuông góc với dây dẫn, tâm trục dây dẫn Chiều đường sức xác định theo quy tắc vặn nút chai Về độ lớn: cường độ từ trường H điểm M cách trục dây dẫn khoảng cách a là: I H (3-1) 2a 4.1.3 Từ trường ông hình trụ có dòng điện Nếu chiều dài ống đủ lớn so với đường kính, đường sức từ ông dây song song với nhau, chiều đường sức xác định theo quy tắc vặn nút chai: Quay nút chai theo chiều dòng điện ống chiều tiến nút chai chiều đường sức ống dây Trong trường hợp cường độ từ trường điểm ống Từ trường ống dây gọi từ trường có tri số: I.W H (3-2) l Trong đó: I dòng điện chạy dây dẫn W số vòng dây ống L chiều dài ống dây 4.1.4 Từ trường nam châm vĩnh cửu Đường sức từ nam châm vĩnh cửu từ cực bắc(N) đến cực nam(S) Nếu hai cực nam châm phẳng gần đường sức khoảng hai cực song song cách nhau, ta bảo từ trường 4.1.5 Cường độ từ cảm hệ số từ thẩm - Cường độ từ cảm Cùng nguồn từ trường sinh đặt môi trường khác mức độ tương tác lực điện từ mạnh yếu khác Đại lượng đặc trưng cho từ trường phương diện tác dụng lực cường độ từ cảm Cường độ từ cảm đại lượng véc tơ, véc tơ từ cảm phương chiều với véc tơ cường độ từ trường Trị số cường độ từ cảm trị số lực điện từ tác dụng lên dây dẫn dài đơn vị, mang dòng điện đơn vị đặt vuông góc với đường sức từ điểm Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần B F I l - Trong hệ SI: F: lực điện từ tính đơn vị Niutơn I: cường độ dòng điện tính Ampe L: chiều dài dây dẫn tình mét B: Cường độ từ cảm tính Tesla, ký hiệu T Ngoài đơn vị Tesla người ta dung đơn vị Gauser(1 gao-xơ = 104 Tesla) 1N 1J V.S 1T    2 1A.1m 1A.1m m Ý nghĩa tesla sau: Một điểm từ trường có cường độ từ cảm Tesla nghĩa đặt điểm dây dẫn dài 1m, có dòng điện 1A lực từ tác dụng lên dây dẫn 1Niutơn - Hệ số từ thẩm Cường độ từ cảm B đại lượng phụ thuộc vào môi trường Gọi cường độ từ cảm từ trường dòng điện chân không B0 môi trường B ta có: μ gọi hệ số từ thẫm tương đối môi trường Tỉ số véctơ cường độ từ cảm cường độ từ trường gọi hệ số từ thẩm tuyệt đối môi trường:  a  B  H   Vì B H phương chiều nên ta có: B a  H Hệ số từ thẫm chân không ký hiệu  cường độ từ cảm chân không B0 = μ0.H Từ (3-5) (3-8) ta có: B= μ.B0 = μ.μ0.H So sánh với (3-7) ta có:   . μ0 phụ thuộc đơn vị chọn hệ dơn vị SI người ta xác định được: μ0 = 4.10-7 H/m 4.1.6 Từ thông Để đặc trưng cho số đường sức xuyên qua vuông góc với diện tích S người ta sử dụng từ thông (ký hiệu Φ)   B.S Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần Trong đó: B: từ cảm đơn vị 1Tesla S: diện tích từ trường xuyên qua đơn vị m2 Φ: Từ thông đơn vị vêbe (ký hiệu: Wb) Ngoài vêbe người ta sử dụng đơn vị Maxwell(Mắc – Xoen ký hiệu Mx) 1Mx = 10-8 Wb (3-13) 4.1.7 Lực từ trường tác dung lên dây dẫn mang dòng điện - Lực điện từ Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật, sở để chế tạo máy điện khí cụ điện Trường hợp đơn giản lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện Thực nghiệm chứng tỏ đặt dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức từ trường xuất lực điện từ tác dụng lên dây dẫn xác định sau: Về trị số tỉ lệ với cường độ từ cảm B, cường độ dòng điện chay dây dẫn chiều dài tác dụng dây dẫn ( chiều dài phần dây đắt từ trường) (3-14) F  B.I.l Trường hợp tổng quát từ trường B tạo với dẫn góc α ta có F = B.I.l.sinα (3-15) Về phương chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái b) Công lực từ: Dưới tác dụng lực từ dẫn dịch chuyển đoạn b, ta có công lực điện từ tác dụng lên dẫn là: A = F.b = B.I.l.b =B.I.S = I.Φ (3-16) Trong S= l.b phần diện tích dây đẫn mang dòng điện quét qua Như vây công lực điện từ tác dụng lên dây dẫn làm dẫn dịch chuyển băng tích dòng điện với từ thông dây dẫn quét qua 3.3 Vật liệu sắt từ, đường cong từ hoá 3.3.1 Căn vào hệ số từ thẩm tương đối người ta chia vật liệu từ làm ba loại sau:  Vật liệu thuận từ có  >1 không vượt đơn vị nhiều Ví dụ: Nhôm, thiếc, mănggan,…  Vật liệu nghịch từ có  [...]... các dòng điện vòng chạy qua các nhánh ấy Thuật toán giải mạch điện theo phương pháp dòng điện vòng như sau: - Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh và dòng điện vòng - Lập m-n+1 phương trình dòng vòng 20 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần - Giải hệ m-n+1 phương trình các dòng điện vòng - Từ các dòng điện vòng giải ra các dòng điện nhánh § 3.6 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN ÁP HAI NÚT Phương pháp này dung cho mạch điện có... giữa trị số hiệu dụng của dòng điện và điện áp là : UC  X C I XC  + Dòng điện và điện áp có cùng tần số song lệch pha nhau một góc vượt lên trước điện áp một góc   2 Dòng điện Đồ thị véc tơ biểu diễn quan hệ dòng điện và 2 điện áp được biểu diễn như hình sau - Biểu diễn dưới dạng số phức + Phức dòng điện I  I0  I  j 0 15 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần + Phức điện áp U  U  90 0  0  jU... dòng điện i  I max sin t đi qua mạch điện Điện áp rơi trên cuộn cảm, tụ điện và điện trở là: Tổng trở của nhánh là: Z  R 2  ( X L  X C )2 Quan hệ giữa trị số hiệu dụng của dòng điện và điện áp là: U U = Z.I hoặc I = Z Dòng điện và điện áp có cùng tần số và lệch pha nhau một góc  Đồ thị véc tơ dòng điện và điện như hình vẽ 16 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần - Góc lệch pha: X L  XC ; R R Cos... sau điện áp một góc  2  2 Dòng điện Đồ thị véc tơ dòng điện và điện áp biểu diễn như hình vẽ - Biểu diễn dưới dạng số phức + Phức dòng điện I  I0  I  j 0 + Phức điện áp U  U90 0  0  jU + Phức tổng trở Z  Z90  0  jX L - Công suất tức thời của điện cảm : 14 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần p L (t )  u L i  U L max I max sin( t   2 ) sin t  U L I sin 2 t - Công suất tác dụng trên điện. . .Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN § 5.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC CHƯNG CHO DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN 5.1.1 Khái niệm dòng điện hình sin Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện biến thiên một cách chu kỳ theo quy luật hình sin đối với thờ gian, được biều diễn bằng đồ thị hình sin thời gian 5.1 .2 Trị số tức thời của dòng điện và điện áp ở một thời điểm t : - Trị số của dòng điện, điện áp... của dòng điện Imax, Umax – trị số cực đại của dòng điện và điện áp (t   i ), (t   u ) - góc pha của dòng điện và điện áp  i ,  u là pha ban đầu của dòng điện và điện áp - Hiệu số    u   i gọi là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện - Góc  phụ thuộc vào các thông số của mạch điện   0 điện áp vượt trước dòng điện   0 điện áp chậm sau dòng điện   0 điện áp trùng pha dòng điện  -... kiếchốp 2 :  U  0 - Dựa vào cách biểu diễn các đại lượng và hai định luật kiếchốp bằng véc tơ, ta có thể giải mạch điện bằng đồ thị § 5.4 BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC 5.4.1 Khái niệm về số phức Một số phức z là tổng của hai số : số thực a và số ảo jb : 12 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần z = a + jb j2 = -1 Với j là đơn vị ảo : ví dụ : z1 =2+ j3 , z2 =6, z3 =-j7 5.4 .2 Cách biểu diễn một phức 2. 10.4... U 2  U n  ( Z 1  Z 2  Z 3 ) I suy ra Z td  Z 1  Z 2  Z n   Z Tổng trở tương đương đương của các phần tử mắc nối tiếp bằng tổng các tổng trở của các phần tử 19 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần 3.3 .2 Mắc song song Giả thiết có n các tổng trở mắc song song được biến đổi tương đương theo định luật Kiếchốp1 ta có : 1 1 1 I  I1  I 2  In  U (   ) Z1 Z 2 Z z  U (Y  Y  Y )  UY 1 2. .. phương trình đã viết 2 Số phương trình Kiếchốp2 cần viết là m-(n-1)=(m-n+1) Vậy phải chọn (mn+1) vòng độc lập Giả hệ phương trình đã viết, ta tìm được dòng điện nhánh Tóm lại thuật toán giải mạch điện theo phương pháp dòng điện nhánh như sau : - Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh - Viết n-1 phương trình Kiếchốp cho nút - Viết m-n+1 Phương trình Kiếchốp2 cho mắt lưới - Giải hệ m phương trình tìm dòng điện. .. tơ dòng điện và điện áp được biểu diễn như hình vẽ - Biểu diễn dưới dạng số phức + Phức dòng điện I  I0  I  j 0 + Phức điện áp U  U0  U  j 0 + Phức tổng trở Z  Z0  R  j 0 Công suất tức thời của điện trở là : p R (t )  u R i  U max I max sin 2 t  U R I (1  cos 2 t ) Công suất tác dụng : 13 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần 1 T 1 T p R dt   U R I (1  cos 2 t )dt  U R I  RI 2  T 0 ... dòng điện vòng sau: - Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh dòng điện vòng - Lập m-n+1 phương trình dòng vòng 20 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần - Giải hệ m-n+1 phương trình dòng điện vòng - Từ dòng điện. .. hệ trị số hiệu dụng dòng điện điện áp là: U U = Z.I I = Z Dòng điện điện áp có tần số lệch pha góc  Đồ thị véc tơ dòng điện điện hình vẽ 16 Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần - Góc lệch pha: X L... từ tạo Kỹ Thuật Điện GV: Đào Xuân Dần cường độ từ cảm lớn nhiều lần Vì vật liệu sắt từ ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện Những vật liệu sắt từ thông dụng là: Sắt, côban, niken, … 3.3 .2 Chu trình