Khái niệm chung về thiết bị điện

5 PHÁƯN THỈÏ NHÁÚT LÊ THUÚT CÅ SÅÍ KHẠI NIÃÛM CHUNG VÃƯ THIÃÚT BË ÂIÃÛN Thiãút bëû âiãûn âỉåüc âãư cáûp åí âáy l cạc loải thiãút bë lm cạc nhiãûm vủ: âọng càõt, âiãưu khiãøn, âiãưu chènh, bo vãû, chuøn âäøi, khäúng chãú v kiãøm tra mi sỉû hoảt âäüng ca hãû thäúng lỉåïi âiãûn v cạc loải mạy âiãûn. Ngoi ra thiãút bëû âiãûn cn âỉåüc sỉí dủng âãø kiãøm tra, âiãưu chènh v biãún âäøi âo lỉåìng nhiãưu quạ trçnh khäng âiãûn khạc. Thiãút bëû âiãûn l mäüt loải thiãút bë âang âỉåüc sỉí dủng ráút phäø biãún cọ màût trong háưu hãút cạc lnh vỉûc sn xút ca nãưn kinh tãú, tỉì cạc nh mạy âiãûn, trảm biãún ạp, hãû thäúng truưn ti âiãûn, âãún cạc mạy phạt v âäüng cå âiãûn trong cạc xê nghiãûp cäng nghiãûp, näng nghiãûp, giao thäng, . v trong c lnh vỉûc an ninh qúc phng. Thiãút bëû âiãûn sỉí dủng åí nỉåïc ta hiãûn nay âỉåüc nháûp tỉì ráút nhiãưu nỉåïc, ráút nhiãưu hng sn xút khạc nhau v â cạc thãú hãû. Cọ c cạc thiãút bë â cọ thåìi gian sỉí dủng 40 âãún 50 nàm, ráút lảc háûu v cạc thiãút bë ráút hiãûn âải måïi nháûp. Chênh vç váûy cạc quy cạch khäng thäúng nháút, gáy khọ khàn cho váûn hnh, bo dỉåỵng v sỉía chỉỵa. Do qụa nhiãưu chng loải thiãút bëû âiãûn våïi cạc tiãu chøn kiỵ thût ráút khạ c nhau, nãn trong sỉí dủng hiãûn nay nhiãưu khi khäng sỉí dủng hãút tênh nàng v cäng sút ca thiãút bë hồûc sỉí dủng khäng âụng gáy hỉ hng nhiãưu, lm thiãût hải khäng nh cho nãưn kinh tãú. Chênh vç váûy viãûc âo tảo v cáûp nháûp náng cao kiãún thỉïc vãư thiãút bë âiãûn âàûc biãût l cạc thiãút bë måïi cho cạc cạn bäü kiỵ thût qun lê v váûn hnh thiãút bë âiãûn l mäüt âi hi ráút cáúp thiãút. Giạo trçnh ny nhàòm trang bë nhỉỵng lê lûn cå bn, âãø hiãøu ngun lê lm viãûc, âàûc âiãøm cáúu tảo cạc loải thiãút bëû âiãûn thỉåìng dng trong tỉû âäüng truưn âäüng, trong hãû thäúng âiãûn v trong cạc liỵnh vỉûc âiãưu khiãøn mạ y âiãûn, .nhàòm giụp sinh viãn cạc ngnh nàng lỉåüng khi ra trỉåìng cọ thãø lỉûa chn, váûn hnh, sỉía chỉỵa, ci tiãún thiãút bëû âiãûn hồûc mäüt säú bäü pháûn ca thiãút bëû âiãûn, âàûc biãût cung cáúp nhỉỵng kiãún thỉïc lm cå såí âãí tiãúp cáûn cạc thiãút bë hiãûn âải. 1. Phán loải thiãút bë âiãûn Âãø thûn låüi cho viãûc nghiãn cỉïu, váûn hnh sỉí dủng v sỉía chỉỵa thiãút bëû âiãûn ngỉåìi ta thỉåìng phán loải nhỉ sau: a) Phán theo cäng dủng + Thiãút bëû âiãûn khäúng chãú: dng âãø âọng càõt, âiãưu chènh täúc âäü chiãưu quay ca cạc mạy phạt âiãûn, âäüng cå âiãûn (nhỉ cáưu dao, ạp tä mạt, cäng tàõ c tå, .). + Thiãút bëû âiãûn bo vãû: lm nhiãûm vủ bo vãû cạc âäüng cå, mạy phạt âiãûn, lỉåïi âiãûn khi cọ quạ ti, ngàõn mảch, sủt ạp, .( nhỉ råle, cáưu chç, mạy càõt, .). + Thiãút bëû âiãûn tỉû âäüng âiãưu khiãøn tỉì xa: lm nhiãûm vủ thu nháûn phán têch v khäúng chãú sỉû hoảt âäüng ca cạc mảch âiãûn nhỉ khåíi âäüng tỉì, . + Thiãút bëû âiãûn hản chãú dng ngàõn mảch (nhỉ âiãûn tråí phủ, cün khạng, .). + Thiãút bëû âiãûn lm nhiãûm vủ duy trç äøn âënh cạc tham säú âiãûn (nhỉ äøn ạp, bäü tỉû âäüng âiãưu chènh âiãûn ạp mạy phạt, .) + Thiãút bëû âiãûn lm nhiãûm vủ âo lỉåì ng (nhỉ mạy biãún dng âiãûn, biãún ạp âo lỉåìng, .). b) Phán theo tênh cháút dìng âiãûn + Thiãút bëû âiãûn dng trong mảch mäüt chiãưu. + Thiãút bëû âiãûn dng trong mảch xoay chiãưu. c) Phán theo ngun lê lm viãûc Thiãút bëû âiãûn loải âiãûn tỉì, âiãûn âäüng, cm ỉïng, cọ tiãúp âiãøm, khäng cọ tiãúp âiãøm, . 6 d) Phán theo âiãưu kiãûn lm viãûc + Loải lm viãûc vng nhiãût âåïi khê háûu nọng áøm, loải åí vng än âåïi, cọ loải chäúng âỉåüc khê chạy näø, loải chëu rung âäüng, . e) Phán theo cáúp âiãûn ạp cọ + Thiãút bëû âiãûn hả ạp cọ âiãûn ạp dỉåïi 3kV. + Thiãút bëû âiãûn trung ạp cọ âiãûn ạp tỉì 3kV âãún 36 kV. + Thiãút bëû âiãûn cao ạp cọ âiãûn ạp tỉì 36kV âãún nh hån 400 kV. + Thiãút bëû âiãûn siãu cao ạp cọ âiãûn ạp tỉì 400 kV tråí lãn. 2. Cạc u cáưu cå bn ca thiãút bë âiãûn - Phi âm bo sỉí dủng âỉåüc láu di âụng tøi th thiãút kãú khi lm viãûc våïi cạc thäng säú k thût åí âënh mỉïc. - Thiãút bëû âiãûn phi âm bo äøn âënh lỉûc âiãûn âäüng v äøn âënh nhiãût âäü khi lm viãûc bçnh thỉåìng, âàûc biãût khi sỉû cäú trong giåïi hản cho phẹp ca dng âiãûn v âiãûn ạp. - Váût liãûu cạch âiãûn chëu âỉåüc quạ ạp cho phẹp. - Thiãút bëû âiãûn phi âm bo lm viãûc tin cáûy, chênh xạc an ton, gn nhẻ, dãù làõp rạp, dãù kiãøm tra, sỉía chỉỵa. - Ngoi ra cn u cáưu phi lm viãûc äøn âënh åí âiãưu kiãûn khê háûu mäi trỉåìng m khi thiãút kãú â cho phẹp. 7 Chỉång 1. HÄƯ QUANG ÂIÃÛN 1.1. ÂẢI CỈÅNG VÃƯ HÄƯ QUANG ÂIÃÛN 1. Khại niãûm chung Häư quang âiãûn thỉûc sỉû cọ êch khi âỉåüc sỉí dủng trong cạc lénh vỉûc nhỉ hn âiãûn, luûn thẹp, .nhỉỵng lục ny häư quang cáưn âỉåüc duy trç chạy äøn âënh. Nhỉng trong cạc thiãút bëû âiãûn nhỉ cáưu chç, cáưu dao, mạy càõt, .häư quang lải cọ hải cáưn phi nhanh chọng âỉåüc loải trỉì. Khi thiãút bëû âiãûn âọng, càõt (âàûc biãût l khi càõt) häư quang phạt sinh giỉỵa cạc càûp tiãúp âiãøm ca thiãút bëû âiãûn khiãún mảch âiãûn khäng âỉåüc ngàõt dỉït khoạt. Häư quang chạy láu sau khi thiãút bëû âiãûn â âọng càõt s lm hỉ hải cạc tiãúp âiãøm v bn thán thiãút bëû âiãû n. Trong trỉåìng håüp ny âãø âm bo âäü lm viãûc tin cáûy ca thiãút bëû âiãûn u cáưu phi tiãún hnh dáûp tàõt häư quang cng nhanh cng täút. Bn cháút ca häư quang âiãûn l hiãûn tỉåüng phọng âiãûn våïi máût âäü dng âiãûn ráút låïn (tåïi khong 10 4 âãún 10 5 A/cm 2 ), cọ nhiãût âäü ráút cao (tåïi khong 5000 ÷ 6000 0 C) v âiãûn ạp råi trãn cỉûc ám bẹ (chè khong 10 ÷ 20V) v thỉåìng km theo hiãûn tỉåüng phạt sạng. Sỉû phán bäú ca âiãûn ạp v cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng dc theo chiãưu di häư quang âỉåüc biãøu diãùn trãn hçnh 1-1a. Dc theo chiãưu di häư quang âỉåüc chia lm ba vng l: vng xung quanh cỉûc ám (cạch cỉûc ám khong 10 -4 âãún 10 -5 cm) vng ny tuy âiãûn ạp nh chè 8 âãún 10V nhỉng khong cạch cng ráút bẹ nãn cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng ráút låïn cåỵ 10 5 âãún 10 6 V/cm. Cn vng cọ chiãưu di gáưn hãút häư quang l vng thán, vng ny cọ cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng chè khong 10 âãún 50 V/cm. Vng cn lải cn âỉåüc gi l vng cỉûc dỉång cọ cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng låïn hån vng thán nhỉng cạc úu täú xy ra åí âáy theo cạc lê thuút hiãûn âải thç êt nh hỉåíng âãún quạ trçnh phạt sinh v dáûp häư quang nãn khäng âỉåüc âãư cáûp. Âàûc tênh u(i) ca häư quang mäüt chiãưu cọ thãø biãøu âiãùn theo cäng thỉïc Kapzow cọ dảng: u hq = a+ bl + n i dlc + Våïi: a, b, c, d l cạc hàòng säú phủ thüc váût liãûu lm tiãúp âiãøm v cạc úu täú bãn ngoi (vê dủ tiãúp âiãøm âäưng cọ a= 30; b=17; c=41; d=33). Cọ n l säú m, phủ thüc vo nhiãût âäü váût liãûu dỉång cỉûc, theo thỉûc nghiãûm thỉåìng láúy n = 2,62.T.10 -4 , trong âọ T l nhiãût âäü ca váût liãûu dỉång cỉûc. Âàûc tênh u(i) våïi l l chiãưu di häư quang cọ dảng hypẹcbän nhỉ hçnh 1-1b. a) b) Hçnh 1-1: a) Häư quang mäüt chiãưu; b)ì Âàûc tênh K A U A U Th U K E[V] E K E th E A Vn g K Vng thán Vng A l hq [m] I U hq l 50mm 20 0 0 2 4 6 8 10 12 50 100 150 200 8 2. Qụa trçnh phạt sinh v dáûp tàõt häư quang a) Quạ trçnh phạt sinh Häư quang âiãûn phạt sinh l do mäi trỉåìng giỉỵa cạc âiãûn cỉûc (hồûc giỉỵa cạc càûp tiãúp âiãøm) bë ion họa (xút hiãûn cạc hảt dáùn âiãûn). Ion họa cọ thãø xy ra bàòng cạc con âỉåìng khạc nhau dỉåïi tạc dủng ca ạnh sạng, nhiãût âäü, âiãûn trỉåìng mảnh, Trong thỉûc tãú quạ trçnh phạt sinh häư quang âiãûn cọ nhỉỵng dảng ion họa sau: - Quạ trçnh phạt xả âiãûn tỉ í nhiãût; Quạ trçnh tỉû phạt xả âiãûn tỉ.í - Quạ trçnh ion họa do va chảm. - Quạ trçnh ion họa do nhiãût . a.1) Sỉû phạt xả âiãûn tỉí nhiãût Âiãûn cỉûc v tiãúp âiãøm chãú tảo tỉì kim loải, m trong cáúu trục kim loải ln täưn tải cạc âiãûn tỉí tỉû do chuøn âäüng vãư mi hỉåïng trong qu âảo ca cáúu trục hảt nhán ngun tỉí. Khi tiãúp âiãøm bàõt âáưu måí ra lỉûc nẹn vo tiãúp âiãøm gim dáưn khiãún âiãûn tråí tiãúp xục tàng lãn chäù tiãúp xục dng âiãûn bë thàõt lải máût âäü dng tàng ráút låïn lm nọng cạc âiãûn cỉûc (nháút l åí cỉûc ám nhiãưu e). Bë âäút nọng, âäüng nàng ca cạc âiãûn tỉí tàng nhanh âãún khi cäng nháûn âỉåüc låïn hån cäng thoạt liãn kãút hảt nhán thç âiãûn tỉí s thoạt ra khi bãư màût cỉûc ám tråí thnh âiãûn tỉí tỉû do. Quạ trçnh ny âỉåüc g i l phạt xả âiãûn tỉí nhiãût. a.2) Sỉû tỉû phạt xả âiãûn tỉí Khi tiãúp âiãøm hay âiãûn cỉûc vỉìa måí ra lục âáưu khong cạch cn ráút bẹ dỉåïi tạc dủng ca âiãûn ạp ngưn ngoi thç cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng ráút låïn, nháút l vng cỉûc ám cọ khong cạch nh cọ thãø tåïi hng triãûu V/ cm. Våïi cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng låïn åí cỉûc ám mäüt säú âiãûn tỉí cọ liãn kãút úu våïi hảt nhán trong cáúu trục s bë kẹo báût ra khi bãư màût ca täút tråí thnh cạc âiãûn tỉí tỉû do, hiãûn tỉåüng ny gi l tỉû phạt xả âiãûn tỉí . Khi cọ âiãûn tỉí tỉû phạt xả v phạt xả âiãûn tỉí nhiãût nàng lỉåüng âỉåüc gii phọng ráút låïn lm nhiãût âäü khu vỉûc häư quang tàng cao v phạt sạng, âàûc biãût khi càõt mảch åí âiãûn ạp cao v cọ dng ti låïn thç häư quang chạy v phạt sạng ráút mnh liãût. a.3) Ion họa do va chảm Sau khi tiãúp âiãøm måí ra, dỉåïi tạc dủng ca nhiãût âäü cao hồûc ca âiãûn trỉåìng låïn (m thäng thỉåìng l c hai) thç cạc âiãûn tỉí tỉû do s phạt sinh chuøn âäüng tỉì cỉûc dỉång sang cỉûc ám. Do âiãûn trỉåìng ráút låïn nãn cạc âiãûn tỉí chuøn âäüng våïi täúc âäü ráút cao. Trãn âỉåìng âi cạc âiãû n tỉí ny bàõn phạ cạc ngun tỉí v phán tỉí khê s lm báût ra cạc âiãûn tỉí v cạc ion dỉång. Cạc pháưn tỉí mang âiãûn ny lải tiãúp tủc tham gia chuøn âäüng v bàõn phạ tiãúp lm xút hiãûn cạc pháưn tỉí mang âiãûn khạc. Do váûy m säú lỉåüng cạc pháưn tỉí mang âiãûn tàng lãn khäng ngỉìng, lm máût âäü âiãûn têch trong khong khäng gian giỉỵa cạc tiãúp âiãøm ráút låïn, âọ l quạ trçnh ion họa do va chảm. a.4) Ion họa do nhiãût Do cọ cạc quạ trçnh phạt xả âiãûn tỉí v ion họa do va chảm, mäüt lỉåüng låïn nàng lỉåüng âỉåüc gii phọng lm nhiãût âäü vng häư quang tàng cao v thỉåìng km theo hiãûn tỉåü ng phạt sạng. Nhiãût âäü khê cng tàng thç täúc âäü chuøn âäüng ca cạc pháưn tỉí khê cng tàng v säú láưn va chảm do âọ cng cng tàng lãn. Khi tham gia chuøn âäüng cng cọ mäüt säú pháưn tỉí gàûp nhau s kãút håüp lải phán li thnh cạc ngun tỉí. Cạc ngun tỉí khúch tạn vo mäi trỉåìng xung quanh, gàûp nhiãût âäü tháúp s kãút håüp lải thnh phán tỉí, hiãûn tỉåüng ny gi l hiãûn tỉåüng phán li (phn ỉïng phán li thu nhiãût lm gim nhiãût âäü ca häư quang, tảo âiãưu kiãûn cho khỉí ion). Cn lỉåüng cạc ion họa tàng lãn do va chảm khi nhiãût âäü tàng thç gi âọ l lỉåüng ion họa do nhiãût. Nhiãût âäü âãø cọ hiãûn tỉåüng ion họa do nhiãû t cao hån nhiãưu so våïi nhiãût âäü cọ hiãûn tỉåüng phán li. Vê dủ khäng khê cọ nhiãût âäü phán li khoàng 4000 0 K cn nhiãût âäü ion họa khong 8000 0 K. Tọm lải, häư quang âiãûn phạt sinh l do tạc dủng ca nhiãût âäü cao v cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng låïn sinh ra hiãûn tỉåüng phạt xả âiãûn tỉí nhiãût v tỉû phạt xả âiãûn tỉí v tiãúp theo l quạ trçnh ion họa do va chảm v ion họa do nhiãût. Khi cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng cng tàng (khi tàng âiãûn ạp ngưn), nhiãût âäü cng cao v máût âäü dng cng låïn thç häư quang chạy cng mnh liãût. Quạ trçnh cọ thoạt nàng lỉåüng hảt nhán nãn 9 thỉåìng km theo hiãûn tỉåüng phạt sạng chọi la. Nãúu tàng ạp lỉûc lãn mäi trỉåìng häư quang thç s gim âỉåüc täúc âäü chuøn âäüng ca cạc pháưn tỉí v do váûy hiãûn tỉåüng ion họa s gim. b) Quạ trçnh häư quang tàõt Häư quang âiãûn s bë dáûp tàõt khi mäi trỉåìng giỉỵa cạc âiãûn cỉûc khäng cn dáùn âiãûn hay nọi cạch khạc häư quang âiãûn s tàõt khi cọ quạ trçnh phn ion họa xy ra mảnh hån quạ trçnh ion họa. Ngoi quạ trçnh phán li â nọi trãn, song song våïi quạ trçnh ion họa cn cọ cạc quạ trçnh phn ion gäưm hai hiãûn tỉåüng sau: b.1) Hiãûn tỉåüng tại håüp Trong quạ trçnh chuøn âäüng cạc hảt mang âiãûn l ion dỉång v âiãû n tỉí gàûp âỉåüc cạc hảt têch âiãûn khạc dáúu l âiãûn tỉí hồûc ion dỉång âãø tråí thnh cạc hảt trung ha (hồûc êt dỉång hån). Trong lê thuút â chỉïng minh täúc âäü tại håüp tè lãû nghëch våïi bçnh phỉång âỉåìng kênh häư quang, v nãúu cho häư quang tiãúp xục våïi âiãûn mäi hiãûn tỉåüng tại håüp s tàng lãn. Nhiãût âäü häư quang cng tháúp täúc âäü tại håüp cng tàng. b.2) Hiãûn tỉåüng khúch tạn Hiãûn tỉåüng cạc hảt têch âiãûn di chuøn tỉì vng cọ máût âäü âiãûn têch cao(vng häư quang) ra vng xung quanh cọ máût âäü âiãûn têch tháúp l hiãûn tỉåüng khúch tạn. Cạc âiãûn tỉí v ion dỉång khúch tạn dc theo thán häư quang, âiãûn tỉí khú ch tạn nhanh hån ion dỉång. Quạ trçnh khúch tạn âàûc trỉng bàòng täúc âäü khúch tạn. Sỉû khúch tạn cng nhanh häư quang cng nhanh bë tàõt. Âãø tàng quạ trçnh khúch tạn ngỉåìi ta thỉåìng tçm cạch kẹo di ngn lỉía häư quang. 1.2. HÄƯ QUANG ÂIÃÛN MÄÜT CHIÃƯU 1. Khại niãûm chung Chụng ta kho sạt åí âáy mäüt quạ trçnh xút hiãûn häư quang giỉỵa hai âiãûn cỉûc trong mäüt mảch âiãûn mäüt chiãưu nhỉ hçnh 1-2. Gi âiãûn ạp ngưn l U 0 ,âiãûn tråí mảch l R, âiãûn cm mảch l L v r hq âàûc trỉng cho âiãûn tråí häư quang våïi âiãûn ạp trãn häư quang l u hq . Theo âënh lût Kiãúc khäúp II, ta cọ phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp trong mảch khi måí tiãúp âiãøm v häư quang bàõt âáưu chạy nhỉ sau: U 0 = i.R + u hq + L dt di (1.1) Khi häư quang chạy äøn âënh thç dng âiãûn khäng âäøi i=I v cọ dt di = 0 phỉång trçnh cán bàòng ạp s l : U 0 = u R + u hq = I.R+ I.r hq (1.2) Cạc thnh pháưn âiãûn ạp trong phỉång trçnh (1.1) âỉåüc thãø hiãûn trãn hçnh 1-2. Våïi: âỉåìng 1-l âiãûn ạp ngưn; âỉåìng 2- l âiãûn ạp råi trãn âiãûn tråí R v âỉåìng 3- l âàûc tênh u(i) ca häư quang. Theo âäư thë cạc âỉåìng âàûc tênh 2 v 3 giao nhau åí hai âiãøm A v B. Tải A v B phỉång trçnh (1.2) âỉåüc tha mn, cạc âiãøm A, B âỉåüc gi l hai âiãøm chạy ca häư quang . -Xẹt tải B: Häư quang âang chạy nãúu vç mäüt lê do no âọ lm dng âiãûn i tàng låïn hån I B thç theo âäư thë ta nháûn tháúy sỉïc âiãûn âäüng tỉû cm trãn L l L dt di < 0 (ngỉåüc chiãưu dng tàng) s lm dng âiãûn i gim xúng lải I B . Cn ngỉåüc lải nãúu i gim nh hån I B thç L dt di > 0 s lm i tàng tråí lải giạ trë I B , do váûy âiãøm B âỉåüc gi l âiãøm häư quang chạy äøn âënh. -Nãúu cng tỉång tỉû ta xẹt tải âiãøm A, khi häư quang âang chạy äøn âënh våïi i= I A nãúu vç mäüt lê do no âọ i gim nh hån I A thç L dt di < 0 nãn dng tiãúp tủc gim âãún 0 v häư quang tàõt. Cn nãúu i tàng låïn hån I A thç 10 trãn âàûc tênh ta tháúy L dt di > 0 nãn dng tiãúp tủc tàng âãún I B v häư quang chạy äøn âënh tải âiãøm B, váûy âiãøm A gi l âiãøm häư quang chạy khäng äøn âënh. 2. Âiãưu kiãûn âãø dáûp tàõt häư quang âiãûn mäüt chiãưu Âãø cọ thãø dáûp tàõt âỉåüc häư quang âiãûn mäüt chiãưu cáưn loải b âỉåüc âiãøm häư quang chạy äøn âënh (âiãøm B). Trãn âàûc tênh ta nháûn tháúy s khäng cọ âiãøm chạy äøn âënh khi âỉåìng âàûc tênh 3(âiãûn ạp trãn häư quang) cao hån âỉåìng âàûc tênh 2 (l âàûc tênh âiãûn ạp råi trãn âiãûn tråí R) nhỉ hçnh 1-2b (tỉïc l häư quang s tàõt khi U hq > U 0 - U R ). Âãø náng cao âỉåìng âàûc tênh 3 thỉåìng thỉûc hiãûn hai biãûn phạp l tàng âäü di häư quang(tàng l) v gim nhiãût âäü vng häư quang xúng, âàûc tênh nhỉ hçnh 1-3. 3. Quạ âiãûn ạp trong mảch âiãûn mäüt chiãưu Khi càõt mảch âiãûn mäüt chiãưu thỉåìng xy ra quạ âiãûn ạp, khi åí mảch cọ âiãûn cm låïn nãúu täúc âäü càõt cng nhanh thç quạ âiãûn ạp cng låïn. Nãúu tải thåìi âiãøm càõt cọ I= 0 thç : U 0 = L dt di + u hq , hay ta cọ: u hq - U 0 = - L dt di = U ∆ (1.3) ∆ U l trë säú quạ âiãûn ạp xoay chiãưu. Trong mảch mäüt chiãưu lm viãûc våïi cäng sút låïn lải cọ nhiãưu vng dáy khi dáûp häư quang âiãûn quạ âiãûn ạp s xy ra ráút låïn cọ thãø gáy âạnh thng cạch âiãûn v hỉ hng thiãút bë. Âãø hản chãú hiãûn tỉåüng quạ âiãûn ạp ngỉåìi ta thỉåìng dng thãm mäüt mảch âiãûn phủ màõc song song våïi phủ ti. Mảch ny cọ thãø l âiãûn tråí, âiãûn tråí v tủ näúi tiãúp hồûc mäüt chènh lỉu màõc ngỉåüc. Hçnh 1-2: Âàûc tênh häư quang mäüt chiãưu v âiãưu kiãûn tàõt I[A] U[V] U 0 1 2 3 U R U hq Ldi/dt>0 Ldi/dt< 0 Ldi/dt< 0 I[A] U [V] 2 3 c ) a) +- U o R r hq L I b ) T 1 T 2 <T 1 U [V] b ) I [A] U [V] L 1 L 2 >L 1 a ) I[A] Hçnh 1-3: Âàûc tênh khi kẹo di v gim nhiãût âäüü häư quang 11 1.2. HÄƯ QUANG ÂIÃÛN XOAY CHIÃƯU 1. Khại niãûm chung Âàûc âiãøm ca mảch xoay chiãưu l trong mäüt chu kç biãún thiãn dng âiãûn cọ hai láưn qua trë säú i= 0. Khi cọ häư quang thç tải thåìi âiãøm khi i= 0 quạ trçnh phn ion họa xy ra mảnh hån quạ trçnh ion họa. Khi i= 0 häư quang khäng dáùn âiãûn v âáy l thåìi âiãøm täút âãø dáûp tàõt häư quang âiãûn xoay chiãưu. Khi häư quang âiãûn xoay chiãưu âang chạy ta âỉa dng âiãûn v âiãûn ạp ca häư quang vo dao âäüng kê ta s âỉåüc dảng sọng ca dng âiãûn v âiãûn ạp häư quang nhỉ hçnh 1-4. Dng âiãûn cọ dảng sọng gáưn giäúng sọng hçnh sin cn âiãûn ạp thç trong mäüt nỉía chu kç cọ hai âènh nh n tỉång ỉïng våïi hai giạ trë âiãûn ạp chạy ( U ch ) v âiãûn ạp tàõt (U t ) ca häư quang âiãûn. Tỉì dảng sọng thu âỉåüc trãn mn hçnh dao âäüng kê ta xáy dỉûng âỉåüc âàûc tênh Vän -Am pe (V-A) ca häư quang âiãûn xoay chiãưu nhỉ hçnh 1-4. Ta nháûn tháúy åí thåìi âiãøm dng âiãûn qua trë säú 0 nãúu âiãûn ạp ngưn nh hån trë säú âiãûn ạp chạy (U ch ) thç häư quang s tàõt. Do váûy quạ trçnh dáûp häư quang âiãûn xoay chiãưu phủ thüc ráút nhiãưu vo tênh cháút ca phủ ti. Ta nháûn tháúy trong mảch cọ phủ ti âiãûn tråí thưn dãù dáûp häư quang hån trong mảch cọ ti âiãûn cm, båíi åí mảch thưn tråí khi dng âiãûn qua trë säú khäng (thåìi gian i=0 thỉûc tãú kẹo di khong 0,1 µ s ) thç âiãûn ạp ngưn cng bàòng khäng (trng pha), cn åí mảch thưn cm khi dng bàòng khäng thç âiãûn ạp ngưn âang cọ giạ trë cỉûc âải (âiãûn ạp vỉåüt trỉåïc dng âiãûn mäüt gọc 90 0 ). 2. Dáûp tàõt häư quang âiãûn xoay chiãưu Häư quang âiãûn xoay chiãưu khi dng âiãûn qua trë säú 0 thç khäng âỉåüc cung cáúp nàng lỉåüng. Mäi trỉåìng häư quang máút dáưn tênh dáùn âiãûn v tråí thnh cạch âiãûn. Nãúu âäü cạch âiãûn ny â låïn v âiãûn ạp ngưn khäng â duy trç phọng âiãûn lải thç häư quang s tàõt hàón. Âãø âạnh giạ mỉïc âäü cạch âiãûn ca âiãûn mäi vng häư quang l låïn hay bẹ ngỉåìi ta dng khại niãûm âiãûn ạp chc thng. Âiãûn ạp chc thng ( U ch.t ) cng låïn thç mỉïc âäü cạch âiãûn ca âiãûn mäi cng cao. Quạ trçnh dáûp tàõt häư quang âiãûn xoay chiãưu khäng nhỉỵng ty thüc vo tỉång quan giỉỵa âäü låïn ca âiãûn ạp chc thng våïi âäü låïn ca âiãûn ạp häư quang m cn phủ thüc tỉång quan giỉỵa täúc âäü tàng ca chụng. Nãúu täúc âäü tàng âiãûn ạp chc thng låïn hån täúc âäü phủc häưi âiãûn ạp ngưn (hçnh 1-5: âỉåìng 1 v âỉåìng 2 khäng giao nhau åí âiãøm no) thç häư quang s tàõt hon ton. Trong cạc thiãút bë âiãûn khi tiãúp âiãøm måí ra khong cạch tàng dáưn lm cạch âiãûn âiãûn mäi tàng dáưn (âỉåìng 1), nỉía chu kç sau cng däúc hån nỉía chu kç trỉåïc. Hçnh 1-4: Âàûc tênh ca häư quang xoay chiãưu i (t ) 1 2 U ch U t U[V] ωt a) U I U ch U t b) 12 Ngỉåüc lải, täúc âäü phủc häưi âiãûn ạp m nhanh hån täúc âäü tàng ca âiãûn ạp chc thng ( lm âỉåìng 1 v âỉåìng 2 giao nhau) thç häư quang s chạy lải. Tọm lải : âãø dáûp tàõt häư quang âiãûn xoay chiãưu hon ton thç ta phi lm sao âãø âäü tàng âiãûn ạp chc thng (âỉåìng 1) vỉåüt cao hån âènh ca âỉåìng biãøu diãùn âiãûn ạp phủc häưi häư quang (âỉåìng 2). Khi âiãûn ạp ngưn l1000V thç trong lục dng âiãûn qua trë säú 0 sau khong 0,1 µ s mỉïc âäü cạch âiãûn khu vỉûc ny âảt âãún giạ trë xun thng tỉïc thåìi khong 150 âãún 250V. 1.4. QUẠ TRÇNH PHỦC HÄƯI ÂIÃÛN ẠP CA HÄƯ QUANG ÂIÃÛN 1. Khại niãûm Giạ trë tỉïc thåìi ca âiãûn ạp ngưn xút hiãûn giỉỵa cạc tiãúp âiãøm sau khi â ngàõt mảch trong quạ trçnh quạ âäü âỉåüc gi l âiãûn ạp phủc häưi. a) Trong mảch âiãûn mäüt chiãưu Ty thüc tênh cháút ca ti l âiãûn tråí, âiãûn cm hay âiãûn dung m âiãûn ạp phủc häưi cng khạc nhau. Thỉûc tãú täưn tải âiãûn dung giỉỵa cạc dáy dáùn khạc nhau, dáy dáùn våïi âáút hay giỉỵa cạc bäúi dáy våï i nhau. Trong mảch khi cọ c R, L, C thç âiãûn ạp phủc häưi ty theo giạ trë âiãûn tråí R m cọ thãø dao âäüng tưn hon hay khäng. Khi mảch R, L, C m cọ màõc thãm tủ âiãûn song song våïi häư quang thç trỉåïc khi dng âiãûn triãût tiãu tủ â âỉåüc nảp v phọng âiãûn tråí lải, âiãûn ạp phủc häưi s dao âäüng tưn hon khi R nh. Nhỉng nãúu trë säú âiãûn tråí R låïn s khäng thãø cọ dao âäüng tưn hon âỉåüc. b) Trong mảch âiãûn xoay chiãưu Nãúu häư quang âỉåüc dáûp tàõt vénh viãùn thç quạ trçnh phủc häưi âiãûn ạp cọ dảng biãún thiãn våïi táưn säú nh dáưn vãư bàòng 0. Nãúu häư quang xút hiãûn lải thç quạ trçnh phủc häư i bë ngàõt v âiãûn ạp gim nhanh tỉì giạ trë U ch âãún giạ trë bẹ nháút ỉïng våïi âiãûn ạp råi trãn häư quang. Nãúu mảch âiãûn cọ âiãûn tråí â låïn thç âiãûn ạp phủc häưi trãn tiãúp âiãøm khi cọ häư quang s khäng cn xút hiãûn lải (cọ dảng khäng tưn hon). ÅÍ mảch âiãûn xoay chiãưu thç táưn säú âiãûn ạp ngưn f ngưn thäng thỉåìng ráút tháúp so våïi táưn säú dao âäüng riãng ca mảch cọ L v C. f ngưn << = ÷ ∏ 1 2 100 10 000 (.)[] LC Hz (1.4) Giạ trë bẹ nháút ph håüp våïi lỉåïi cọ âiãûn ạp cao. Quạ trçnh phủc häưi âiãûn ạp xy ra åí hai trỉåìng håüp giåïi hản sau : + Ngàõt mảch cm ỉïng låïn ( 0 90≈ϕ ) thỉåìng xy ra khi ngàõn mảch. + Ngàõt mảch thưn âiãûn tråí ( 0 0≈ϕ ). Trãn hçnh 1-6a biãøu diãùn trỉåìng håüp phủ ti thưn âiãûn cm ( 0 90≈ϕ ) âiãûn ạp phủc häưi khäng tưn hon, kãút qu l : xmamaxph EU ≤ . Hçnh 1-6b âiãûn ạp phủc häưi dao âäüng (tưn hon) v trãn thỉûc tãú xmamaxph E.2U ≤ . Trãn hçnh 1-6c l trỉåìng håüp phủ ti âiãûn tråí ( 0 0≈ϕ ), khi âọ dng âiãûn v sỉïc âiãûn âäüng ngưn e (t) trng pha nhau, chụng âäưng thåìi qua giạ trë 0, âiãûn ạp phủc häưi s bàòng 0. Kãút qu l mảch thưn âiãûn tråí, häư quang dãù bë dáûp tàõt vénh viãùn hån l mảch âiãûn cm. Tỉì âọ gii thêch khi thỉí nghiãûm thiãút bë âiãûn âọng måí mảch dng xoay chiãưu cáưn phi thỉûc hiãûn trong mảch cọ hãû säú cäng sút ϕcos tháúp )2.0cos( ≤ϕ . Hçnh 1-5: Âiãưu kiãûn tàõt häư quang xoay chiãưu I[A] U[V] 1 2 150÷250V 13 Trón hỗnh 1-6d bióứu dióựn õióỷn aùp phuỷc họửi khi ngừt maỷch õổồỡng dỏy khọng taới. 2. Nng lổồỹng họử quang a) Doỡng mọỹt chióửu ỷc tờnh dỏỷp từt họử quang phuỷ thuọỹc vaỡo nng lổồỹng họử quang. Nng lổồỹng họử quang doỡng mọỹt chióửu tờnh theo : + t 0 2 hq dt.i).i.RU( 2 I L=W (1.5) Tổỡ phổồng trỗnh thỏỳy rũng toaỡn bọỹ nng lổồỹng 2 I.L 2 õaợ tờch luợy trong maỷch trổồùc luùc ngừt cọỹng vồùi nng lổồỹng nguọửn sau khi õaợ bồùt phỏửn nng lổồỹng tọứn hao trón õióỷn trồớ R nũm trong maỷch chờnh laỡ nng lổồỹng họử quang (W hq ). Do vỏỷy ồớ maỷch mọỹt chióửu, õióỷn caớm cuớa maỷch caỡng lồùn thỗ nng lổồỹng họử quang seợ caỡng lồùn, khi õoù họử quang seợ khoù dỏỷp từt. b) Doỡng õióỷn xoay chióửu Họử quang xoay chióửu dỏỷp từt luùc i = 0, do õoù nng lổồỹng õióỷn tổỡ xem nhổ bũng 0 vaỡ ta coù : n. =t 0 hq R.i)i.dt.-(u=W (1.6) Vồùi n laỡ sọỳ lổồỹng baùn chu kỗ trong khoaớng thồỡi gian chaùy cuớa họử quang. Kóỳt quaớ laỡ ồớ doỡng xoay chióửu thỗ nng lổồỹng họử quang laỡ nng lổồỹng nguọửn trổỡ bồùt õi phỏửn tọứn hao taùc duỷng. Khaùc vồùi doỡng mọỹt chióửu toaỡn bọỹ nng lổồỹng õổồỹc õổa trồớ vóử nguọửn. Nóỳu doỡng õióỷn õổồỹc ngừt trổồùc luùc õi qua trở sọỳ 0 thỗ mọỹt phỏửn cuớa nng lổồỹng tổỡ seợ khọng õổa vóử nguọửn maỡ cung cỏỳp cho họử quang. Do õoù õổùng trón quan Hỗnh 1-6: Caùc õổồỡng õỷc tờnh õióỷn aùp phuỷc họửi sau khi cừt maỷch trong caùc trổồỡng hồỹp: a,b) phuỷ taới õióỷn caớm, c)phuỷ taới õióỷn trồớ , d)phuỷ taới dung e(t) i(t) u t t U phm E m =90 L e(t) i(t) u t t U m =2E m E m =90 L U phm =0 e(t) i(t) u t t R e(t) i(t) u t t C i=0 =90 d)c) b) a) 14 âiãøm nàng lỉåüng m xẹt thç ngàõt mảch dng xoay chiãưu dãù dng hån ngàõt mảch dng mäüt chiãưu cng mäüt cäng sút. Âäưng thåìi ta cn tháúy mún gim nàng lỉåüng häư quang (mäüt chiãưu v xoay chiãưu) thç phi cáưn gim thåìi gian âäút chạy ca häư quang. 3. Cäng thỉïc qui ỉåïc vãư cäng sút ngàõt Âãø âàûc trỉng cho kh nàng ngàõt låïn nháút ca thiãút bë âọng måí mảch, ngỉåìi ta âỉa vo khại niãûm cäng sút ngàõt (S ngàõt ) âỉåüc xạc âënh theo qui ỉåïc theo cäng thỉïc sau : )MVA(I.CS âmngàõt ngàõt = (1.7) Trongâọ: C=m.U âm =3.U âmfa = pha bacho trỉngâàûc: âmdáy U.3 . [kA].mảch, måí âọng thiãút bëca mỉïcâënh t âiãûn ngàõ dng dủng hiãûu trëgiạ l âmngàõt I dủng). hiãûu trë(giạ dáy mỉïcâënh ạpâiãûn l âmdáy U dủng). hiãûu trë(giạ phamỉïcâënh ạpâiãûn l âmfa U I ngàõtâm l dng âiãûn låïn nháút ỉïng våïi lục âáưu tiãn cạc tiãúp âiãøm råìi xa nhau åí âiãûn ạp âënh mỉïc ca thiãút bë âọng måí mảch. Trong cạc cäng thỉïc trãn xẹt trë säú ca cạc thäng säú cå bn âãø khi ngàõt åí giạ trë âọ thiãút bë âiãûn khäng bë xy ra hỉ hng. 1.5. BIÃÛN PHẠP V TRANG BË DÁÛP HÄƯ QUANG TRONG THIÃÚT BË ÂIÃÛN 1. Cạc biãûn phạp v trang bë âãø dáûp häư quang trong thiãút bë âiãûn cáưn phi âm bo u cáưu -Trong thåìi gian ngàõn phi dáûp tàõt âỉåüc häư quang, hản chãú phảm vi chạy häư quang l nh nháút. -Täúc âäü âọng måí tiãúp âiãøm phi låïn. -Nàng lỉåüng häư quang sinh ra phi bẹ , âiãûn tråí häư quang phi tàng nhanh. -Trạnh hiãûn tỉåüng quạ âiãûn ạp khi dáûp häư quang. 2. Cạc ngun tàõc cå bn âãø dáûp häư quang âiãûn -Kẹo di ngn lỉía häư quang. -Dng nàng lỉåüng häư quang sinh ra âãø tỉû dáûp. -Dng nàng lỉåüng ngưn ngoi âãø dáûp. -Chia häư quang thnh nhiãưu pháưn ngàõn âãø dáûp. -Màõc thãm âiãûn tråí song song âãø dáûp. 3. Trong thiãút bë âiãûn hả ạp thỉåìng dng cạc biãûn phạp v trang bë sau a) Kẹo di häư quang âiãûn bàòng cå khê Âáy l biãûn phạp âån gin thỉåìng dng åí cáưu dao cäng sút nh hồûc åí råle. Kẹo di häư quang lm cho âỉåìng kênh häư quang gim, âiãûn tråí häư quang s tàng dáùn âãún tàng quạ trçnh phn ion âãø dáûp häư quang. Tuy nhiãn biãûn phạp ny chè thỉåìng âỉåüc dng åí mảng hả ạp cọ âiãûn ạp nh hån hồûc bàòng 220V v dng âiãûn tåïi 150 A. b) Dng cün dáy thäøi tỉì kãút håüp bưng dáûp häư quang Ngỉåìi ta dng mäüt cün dáy màõc näúi tiãúp våïi tiãúp âiãøm chênh tảo ra mäüt tỉì trỉåìng tạc dủng lãn häư quang âãø sinh ra mäüt lỉûc âiãûn tỉì kẹo di häư quang. Thäng thỉåìng biãûn phạp ny kãút håüp våïi trang bë thãm bưng dáûp bàòng amiàng. Lỉûc âiãûn tỉì ca cün thäøi tỉì s thäøi häư quang vo tiãúp giạp amiàng lm tàng quạ trçnh phn ion. [...]... gian chạy ca häư quang, âọ l cạc hao mn vãư âiãûn (do dng âiãûn gáy ra) Ngoi ra cn hao mn vãư cå, thäng 3)% hao mn âiãûn thỉåìng hao mn vãư cå bàòng (1 24 PHẠT NỌNG Chỉång 3 3.1 ÂẢI CỈÅNG 1 Khại niãûm chung Nhiãût lỉåüng sinh ra do dng âiãûn chảy qua trong cün dáy hay váût dáùn âiãûn khi thiãút bëû âiãûn lm viãûc s gáy phạt nọng Ngoi ra trong thiãút bëû âiãûn xoay chiãưu cn do täøn hao dng xoạy v tỉì... nhiãût : âiãûn tråí sút khi = 0; 0 K nm 2 = 2 m : hãû säú nhiãût âiãûn tråí Thay vo (3.28) ta âỉåüc: 0 0 [1 0 ( äâ c 0 [1 b 0 ( äâ nm )] I nm )] S 2 dt (3.29) 30 LỈÛC ÂIÃÛN ÂÄÜNG Chỉång 4 4.1 KHẠI NIÃÛM CHUNG Mäüt váût dáùn âàût trong tỉì trỉåìng, cọ dng âiãûn I chảy qua s chëu tạc âäüng ca mäüt lỉûc Lỉûc cå hc ny cọ xu hỉåïng lm biãún dảng hồûc chuøn dåìi váût dáùn âãø tỉì thäng xun qua nọ l låïn nháút . 5 PHÁƯN THỈÏ NHÁÚT LÊ THUÚT CÅ SÅÍ KHẠI NIÃÛM CHUNG VÃƯ THIÃÚT BË ÂIÃÛN Thiãút bëû âiãûn âỉåüc âãư cáûp åí âáy l cạc loải. Chỉång 1. HÄƯ QUANG ÂIÃÛN 1.1. ÂẢI CỈÅNG VÃƯ HÄƯ QUANG ÂIÃÛN 1. Khại niãûm chung Häư quang âiãûn thỉûc sỉû cọ êch khi âỉåüc sỉí dủng trong cạc lénh vỉûc