Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 5 - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 5 sau khi học xong chương này người học có thể hiểu khái quát về máy điện. Bài giảng trình bày định nghĩa máy điện, phân loại máy điện, các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện, nguyên lý máy phát và động cơ điện - Tính thuận nghịch của máy điện và định luật mạch từ. Để nắm rõ những kiến thức nằm trong bài giảng, mời các bạn cùng tham khảo.

KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG V KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN I Định nghĩa phân loại Định nghĩa Máy điện: - Thiết bị điện, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ - Biến đổi dạng lượng khác thành điện (máy phát điện) ngược lại, biến đổi điện thành (động điện) - Biến đổi thông số điện biến đổi điện áp, dòng điện, số pha v.v CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Phân loại a) Máy điện tĩnh: Sự làm việc máy dựa tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thơng cuộn dây khơng có chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thơng số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi máy có tính chất thuận nghịch CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Ví dụ, máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số U1, f thành hệ thống điện có thơng số U2, f ngược lại CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN b) Máy điện có phần động - Thường gọi máy điện quay chuyển động thẳng - Nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ từ trường dòng điện cuộn dây có chuyển động tương gây - Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng, ví dụ biến đổi thành điện (máy phát điện) biến đổi điện thành (động điện) - Q trình biến đổi có tính chất thuận nghịch CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện khơng đồng Máy biến áp, biến dòng Động khơng đồng Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy điện Đồng Động điện đồng Máy phát điện đồng Động điện Một chiều Máy phát điện chiều CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN II Các định luật điện từ dùng máy điện 2.1 Định luật cảm ứng điện từ a Trường hợp từ thông  biến thiên xun qua vòng dây Từ thơng  biến thiên xun qua vòng dây dẫn, vòng dây cảm ứng sức điện động Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều từ thông theo quy tắc vặn nút chai, sức điện động cảm ứng vòng dây (theo cơng thức Mắcxoen): e d dt e  CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Nếu cuộn dây có W vòng, sức điện động cảm ứng: d d e  w  dt dt   w Từ thơng móc vòng Đơn vị từ thông Webe (Wb), sức điện động vôn (V) CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN b) Trường hợp dẫn chuyển động từ trường Khi dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, dẫn cảm ứng sức điện động e: e  B.l.v B – cường độ từ cảm, đơnvị T (Tesla) l – chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường), đơn vị (m) v – tốc độ dẫn đơn vị (m/s) Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 2.2 Định luật lực điện từ Khi dẫn có dòng điện chạy qua đặt thẳng góc với đường sức từ trường, dẫn chịu tác dụng lực điện từ có trị số: F  B.l.i B - cường độ từ cảm đo T l - chiều dài hiệu dụng dẫn (m) i - dòng điện đo A F - lực điện từ đo N (Niutơn) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái CHƯƠNG V : KHÁI QT VỀ MÁY ĐIỆN 4.2 Tính tốn mạch từ a) Bài tốn thuận: thơn g số biết trước từ thơng, thơng số cần tính dòng điện từ hố (hoặc số vòng dây) sinh từ thơng Ví dụ: Mạch từ có vật liệu có cho bảng sau: Cho biết từ cảm khe hở B2 = 1,3T cuộn dây có W = 1000 vòng Tính dòng điện cuộn dây B(T) 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 H(A/m) 58 65 76 90 110 132 165 B(T) 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 H(A/m) 220 300 600 900 1200 3000 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Bài giải: l1=400mm Áp dụng định luật mạch từ: I H1l1  H2l2  w.i W Cường độ từ trường khe hở khơng khí (đoạn l2) B2 1,3 H2    1034507 A / m 7 0 4 10 l2=1mm Cường độ từ trường đoạn thép từ B1=1,3 T, tra bảng ta có H1=600 A/m CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Thay giá trị vào phương trình mạch từ: H1l1  H 2l  w.i 600.400.103  1034507.1.103  1000.i i  1,275 A CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Thuật giải toán thuận: - Khi biết từ cảm B (hoặc biết từ thông  B =  / S) - Tính cường độ từ trường H H + Với đoạn mạch khe hở khơng khí: B 0 + Với đoạn mạch từ vật liệu sắt từ, ta phải tra đường cong từ hoá B=f(H) tra bảng ứng với loại thép n - Tính từ áp tổng mạch  Hk lk  H1l1  H2l2   Hn ln k 1 - Tính dòng điện số vòng dây: n i  H k lk k 1 w n w  H k lk k 1 i CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN a) Bài toán thuận: Thơng số biết trước: số vòng dây, dòng điện Thơng số cần tính: từ thơng (từ cảm) Loại toán phức tạp nhiều so với toán thuận Để giải toán này, người ta thường dùng phương pháp dò phương pháp đồ thị, phương pháp số giải mạch phi tuyến Do vậy, giáo trình này, ta hạn chế tốn thuận CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN VI Bài tập Bài số 5.1 Mạch từ nam châm điện gồm đoạn: Đoạn thép có độ dài l1 Đoạn khe hở khơng khí có độ dài l2 Cuộn dây có w vòng có dòng i qua hình.Giả thiết hệ số từ thẩm thép vơ lớn Tính từ cảm B2 khe hở CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Bài giải: Vì từ thẩm thép vơ lớn nên từ áp đoạn mạch nhỏ, từ áp mạch tập trung khe hở khơng khí H2l2  i.w B2 0 l2  i.w i.w B2   l2 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Bài số 5.2 Một dẫn có chiều dài l nằm khe hở nam châm điện hình bên Thanh dẫn chuyển động thẳng góc với từ trường với tốc độ v Cuộn dây có w vòng có dòng I qua Coi lõi thép nam châm có độ từ thẩm vô lớn a) Xác định trị số chiều sức điện động cảm ứng e b) Xác định trị số chiều lực điện từ tác dụng lên dẫn (khi dẫn đứng yên có dòng điện i) CHƯƠNG V : KHÁI QT VỀ MÁY ĐIỆN Bài giải: Vì từ thẩm thép vơ lớn nên từ áp đoạn mạch nhỏ, từ áp mạch tập trung khe hở khơng khí H2l2  i.w B2 0 l2  i.w i.w B2   l2 Trị số sđđ cảm ứng dẫn i.w e  B2 l.v  0 l.v l2 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Căn vào chiều dòng điện cuộn dây, chiều từ thông khe hở khơng khí hường từ xuống Theo qui tắc bàn tay phải ta tìm chiều sđ đ cảm ứng dẫn CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Theo qui tắc bàn tay trái ta tìm chiều lực điện từ tác động lên dẫn Trị số lực điện từ i.w Fđt  B2 l.i  0 l.i l2 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN l,  Bài số 5.3 Một mạch từ hình bên W1 = 200 vòng, i1 = 0,5 A W2= 400 vòng, i2 = A W3= 1000 vòng, Chiều dài mạch: l = 50 cm Tiết diện: S = 10 cm2 i1 i2 W1 W2 W3 i3 Đường cong từ hoá vật liệu từ B=f(H) cho bảng ví dụ tốn thuận Biết từ thông lõi thép =1,5 10-3Wb Xác định dòng điện i3 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN l,  Bài giải: Lõi thép có tiết diện không đổi, nên từ i1 cảm lõi thep không đổi theo chiều dài W1 i2 W2  1,5.10 3 B   1,5(T) 4 S 10.10 Tra bảng B=f(H) tìm H=1200 A/m Từ áp mạch từ H.l  1200 50.10 2  600 W3 i3 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN l,  Theo chiều dòng điện cuộn dây qui tắc vặn nút chai, stđ mạch từ: i1 i1w1  i w  i3w Vậy ta có phương trình i2 H.l  i1w1  i w  i3w H.l  i1w1  i w i3  w3 600  0,5.200  1.400 i3   0,9(A) 1000 W1 W2 W3 i3 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN ... H.l  w.i H - cường độ từ trường mạch từ đo A/m, l - chiều dài trung bình mạch từ đo m W - số vòng dây cuộn dây, I - dòng từ hố (tạo từ thơng cho mạch từ) đo A wi - sức từ động Hl - từ áp rơi... điện cuộn dây B(T) 0,4 0 ,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 H(A/m) 58 65 76 90 110 132 1 65 B(T) 1,1 1,2 1,3 1,4 1 ,5 1,6 H(A/m) 220 300 600 900 1200 3000 CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Bài giải: l1=400mm Áp... 600.400.103  103 450 7.1.103  1000.i i  1,2 75 A CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN Thuật giải toán thuận: - Khi biết từ cảm B (hoặc biết từ thơng  B =  / S) - Tính cường độ từ trường H H + Với