mang dòng điện đặt trong từ trường.
2.1. Hệ thống cửa tự động:
Trong một số loại cửa tự động người ta dùng cơ cấu điện từ gồm: khung dây có nhiều vòng lắp vào bản lề và hệ thống nam châm điện để
tạo từ trường. Tùy theo chiều dòng điện trong khung dây hoặc chiều dòng
điện dây dẫn quấn nam châm điện (nhằm thay đổi từ trường Br
) mà cửa
đóng hoặc mở theo ý muốn.
Sau đây ta sẽ xét mô hình đơn giản của hệ thống này :
Xét khung dây chữ nhật ABCD cạnh a, b có AB được gắn vào
đường bản lề (∆) và khung có thể quay quanh trục ∆ này. Hệ thống nam châm điện tạo từ trường Bv(không vẽ trên hình) hướng ra mặt giấy.
∆ b B A C a D nr α Laplace Fr Br Hình 3.4 Giả sử lúc đầu cửa mở một góc α.
Ta cho dòng điện một chiều vào khung như hình vẽ. Nếu chọn chiều dòng điện này làm chiều dương thì ta cũng xác định được chiều của pháp vectơ cnr ủa khung.
Theo bài toán 3: khung chịu tác dụng của momen lực từ:
Mr
= [Prm Br
, ] với Prm
= ISnr = Iabnr
Momen Mr
có khuynh hướng quay khung sao cho pháp vectơ ↑↑
nr Br, nghĩa là cửa sẽđóng lại.
Để thay đổi chiều của momen Mr
ta có thể đổi chiều dòng điện trong khung hoặc chiều dòng điện của dây quấn phần ứng trên nam châm
điện. Dưới tác dụng của momen này cửa sẽ mở ra. Cần chú ý : khi cửa đóng, pháp vectơ nr↑↑Br.
Nếu ta thay đổi chiều của Br
thì nr↑↓Br.
Lúc này momen có độ lớn: M = PmBsin(nr,Br) = PmBsinπ = 0
Khung dây ở vị trí cân bằng không bền nên cửa không mở ra.
Để khắc phục chúng ta có thểđặt hệ thống nam châm điện sao cho từ trường Br tạo với Ox một góc (0< γ < π2). γ B x O y Hình 3.5
Khi đó momen có độ lớn M = PmBsinγ > 0 cửa sẽ mở ra.
2.2. Động cơ điện:
Các động cơđiện hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Tùy thuộc vào trường hợp cảm ứng: cảm ứng Lorentz (mạch điện chuyển
động trong một từ trường không đổi), cảm ứng Newmann (mạch điện cố định trong một từ trường biến thiên) và tốc độ quay của Roto so với từ
trường mà ta phân ra nhiều loại động cơ.
Xét động cơ điện một chiều: dựa vào hiện tượng mạch điện kín mang dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của momen quay.
Cấu tạo:
+ Stato: gồm vỏ, cực từ và các cuộn dây. Vỏ và cực từ được cấu tạo bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Cực từ một mặt được gắn chặt vào vỏ động cơ, một mặt có dạng cong theo dạng của roto, tạo giữa cực từ và roto khe hởđều.
+ Roto: gồm lõi từ và cuộn dây. Lõi được làm bằng các lá thép kỹ
thuật điện tròn ghép lại. Trên lõi có xẻ rãnh để quấn dây. Dây quấn của roto làm thành nhiều khung dây mà hai đầu của mỗi khung được nối đến hai phiến của vòng góp (colectơ). Cách nối dây đến các phiến của vòng góp được chọn sao cho lực tác động lên tất cả các khung dây đều cho momen cùng chiều và theo các yêu cầu cụ thể khác của động cơ.
+ Vòng góp, chổi góp:
Vòng góp gồm các phiến đồng gắn trên trụ tròn bằng vật liệu cách
điện. Các phiến đồng cách điện với nhau, và được nối đến các đầu khung dây tương ứng.
Chổi góp thường làm bằng than chì (graphít), được đặt trong giá đỡ cách điện với vỏ. Một đầu của chổi than tiếp xúc với các phiến của vòng góp, một đầu nối đến các điện cực của động cơ (đầu cực roto). 5 4 2 1 S N N S 1.cực từ 2.cuộn dây kích từ 3.cực từ phụ 4.cuộn dây cực từ phụ 5.vỏ 3 Hình 3.6
Ta xét mô hình đơn giản của động cơđiện một chiều.
K H H D C B A S N Hình 3.7
Một khung dây gồm đoạn dây dẫn quấn quanh ABCD (roto) một vòng, hai đầu được nối với vòng góp. Khung có cạnh a, b quay xung
quanh trục ∆. Dây dẫn được nối với nguồn nhờ chổi góp H và K, cứ mỗi nửa vòng lại chuyển mạch. Một nam châm tạo từ trường gần xuyên tâm (nhờ sử dụng hình dạng của cực nam châm và đặt trong một hình trụ
bằng sắt lên trục của cuộn dây), và có chuẩn Br
là đều ở ngang mức các sợi AD và BC.
Khi trong mạch có dòng điện i, khung chịu tác của các lực Laplace.
B Laplace Laplace Fr i A Br Laplace Fr Br Hình 3.8
Các lực từ tác dụng lên các cạnh AB và CD đều song song với ∆. Momen của chúng đối với ∆ sẽ triệt tiêu.
Các lực từ tác dụng lên các cạnh BC và AD đều có độ lớn: F = = ∫ = iBb (do ( AD iBdl Br ,dlr )=π2) ∫ BC iBdl
Nhờ có vòng góp, chiều dòng điện qua các khung dây thay đổi sao cho phần dây dẫn nằm dưới một cực từ luôn có một chiều nhất định, tức momen điện từ tác động lên roto luôn có chiều cốđịnh.
M∆ = Bib
2
a
Khung ABCD có momen: M = Biba làm roto quay. Nếu trên roto ta quấn N vòng dây thì momen tổng cộng là:
MLapace = Nbiab = iΦ0 với Φ0 = Nbab
Momen lực MLaplace có mặt phẳng tác dụng chính vuông góc và qua trung điểm của các cạnh song song BC và AD. Do đó khi quấn các vòng dây trên roto nhất thiết phải song song với BC và AD để các momen có cùng mặt phẳng tác dụng.
Mặt khác nếu trục của roto đặt không đúng (stato và roto không
đồng tâm). Ở nơi roto sát vào stato, từ trường mạnh hơn nơi roto xa stato. Từ lực tác động lên roto không đều, làm roto bị hút lệch, ép chặt vào một
phía. Roto bị lệch tâm mà ở tốc độ cao, lực li tâm có thể làm cong trục, phá hỏng ổđỡ.
Trong công nghiệp cũng như trong các thiết bị sinh hoạt, người ta sử dụng rộng rãi loại động cơ có vành góp dùng được với dòng điện một chiều và cả dòng điện xoay chiều. Vì nếu ta đổi chiều riêng cho dòng điện roto hay cho cuộn dây kích từ, chiều của momen sẽ thay đổi. Nhưng nếu ta đổi chiều đồng thời dòng điện qua cả cuộn dây kích từ và roto, chiều của momen điện từ không thay đổi, chiều quay của động cơ sẽ không thay đổi.