100 A; P= 15KW
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA ĐIỆN
Khi từ thơng φ biến thiín xuyín qua vịng dđy dẫn , trong vịng dđy sẽ cảm ứng sđđ . Nếu chọn chiều sđđ cảm ứng phù hợp với chiều của từ thơng theo quy tắc vặn nút chai thì sđđ cảm ứng trong một vịng dđy , được viết theo cơng thức Mắcxoen như sau :
e = -
dt dφ
Dấu ⊗ trín hình bín chỉ chiều φ đi từ phía ngoăi văo trong trang giấy .
Nếu cuộn dđy cĩ W vịng thì sđđ cảm ứng của cuộn dđy sẽ lă :
e = - dt d . W φ = - dt dψ
Trong đĩ : ψ = W.φ lă từ thơng mĩc vịng của cuộn dđy . Từ thơng tính bằng Wb ( Víbe ) , sđđ tính bằng V ( Vơn ) . b) Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường Khi thanh dẫn chuyển động thẳng gĩc
với đường sức từ trường , trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sđđ e , cĩ trị số lă :
e = B.l.v
Trong đĩ : B lă cường độ từ cảm , tính bằng T ( Tesla ) ; l lă chiều dăi hiệu dụng của thanh dẫn , tính bằng m ( mĩt ) ; v lă tốc độ thanh dẫn , tính bằng m/s ( mĩt/giđy ) .
Chiều của sđđ cảm ứng được xâc định theo quy tắc băn tay phải .
2. Định luật lực điện từ
Khi thanh dẫn mang dịng điện đặt thẳng gĩc với đường sức từ trường , thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tâc dụng , cĩ trị số lă :
F = B.I.l
Trong đĩ : B lă cường độ từ cảm , tính bằng Tesla ( T ) ; I lă cường độ dịng điện , tính bằng Ampe ( A ) ; l chiều dăi tâc dụng của thanh dẫn , tính bằng mĩt ( m ) ; F lă lực điện từ , tính bằng Niutơn ( N ) .
Chiều của lực điện từ được xâc định theo quy tắc băn tay trâi .
3. Định luật mạch từ . Tính tôn mạch từ a) Định luật mạch từ
Lõi thĩp của mây điện lă mạch từ . Mạch từ lă mạch khĩp kín dùng để dẫn từ thơng . Ví dụ , một mạch từ đơn giản vẽ ở hình dưới dđy , lă mạch từ đồng nhất lăm bằng thĩp kỹ thuật điện , vă cĩ một dđy quấn .
Định luật dịng điện toăn phần : ∫H.dl = ∑i
Aùp dụng văo mạch từ đang xĩt , ta cĩ : H.l = W.i
Trong đĩ : H lă cường độ từ trường trong mạch từ , tính bằng A/m ; l lă chiều dăi trung bình của mạch từ , tính bằng m ; W lă số vịng dđy của cuộn dđy ; i lă dịng điện tạo ra từ thơng cho mạch từ , gọi lă dịng điện từ hĩa .
Tích số W.i được gọi lă sức từ động ; Tích số H.l được gọi lă từ âp rơi trong mạch từ
Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dđy vă nhiều đoạn khâc nhau ( câc đoạn lăm bằng vật liệu khâc nhau , hoặc cĩ tiết diện khâc nhau ) , ví dụ mạch từ cho ở hình sau
Định luật mạch từ được viết như sau : H1.l1 + H2.l2 = W1.i1 – W2.i2
Trong đĩ : H1 , H2 tương ứng lă cường độ từ trường trong đoạn 1 , 2 ; l1 , l2 lă chiều dăi trung bình câc đoạn 1 , 2 ; W1.i1 , W2.i2 lă sức từ động của dđy quấn 1 , 2 .
Cĩ dấu trừ trước W2.i2 vì chiều dịng điện i2 khơng phù hợp với chiều từ thơng đê chọn theo quy tắc vặn nút chai .
Một câch tổng quât , định luật mạch từ được viết như sau : ∑ = n 1 k k k. H l = ∑ = n 1 j j j.i W
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA ĐIỆN
Trong đĩ : Dịng điện i năo cĩ chiều phù hợp với chiều của φ đê chọn theo quy tắc vặn nút chai sẽ mang dấu dương ; khơng phù hợp sẽ mang dấu đm .
k lă chỉ số tín đoạn mạch từ .
j lă chỉ số tín cuộn dđy vă dịng điện từ hĩa . b) Tính tôn mạch từ
* Băi tôn thuận : Biết từ thơng , tính dịng điện từ hô ( hoặc số vịng dđy) để sinh ra từ thơng ấy .
Ví dụ : cho mạch từ khơng phđn nhânh như hình trín , từ thơng ở câc đoạn đều giống nhau , do đĩ cường độ từ cảm của mỗi đoạn mạch từ ấy lă :
B1 = 1 1 S φ ; B2 = 2 S φ
Trong đĩ : S1 , S2 lă tiết diện câc đoạn mạch từ 1 , 2 .
Từ trị số cường độ từ cảm B ở từng đoạn mạch , ta tính được cường độ từ trường H tương ứng với mỗi đoạn mạch ấy như sau :
- Đối với đoạn mạch 2 lă khe hở khơng khí , cường độ từ trường H2 trong khe khơng khí cho bởi : H2 =
o 2
B µ
Với µo lă độ từ thẩm tuyệt đối của chđn khơng : µo ≈ 4π.10-7
Ω.s/m ≈ 125.10-8 H/m
- Đối với đoạn mạch 1 lă vật liệu sắt từ , ta phải tra đường cong từ hĩa( hoặc bảng ) đối với câc loại thĩp . Từ trị số B1 ta tra ra trị số H1 tương ứng .
Sau cùng , ta tính tổng : ∑Hk.lk = H1.l1 + H2.l2
Từ đĩ ta tính ra được dịng điện từ hĩa ( hoặc số vịng dđy ) .
* Băi tôn nghịch : Biết dịng điện , cần tính từ thơng . Loại băi tôn năy phức tạp hơn , thường dùng phương phâp dị hoặc câc phương phâp tính mạch phi tuyến để tính .
♣ ♣ ♣
♣ 5.3 CÂC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÂY ĐIỆN
Vật liệu chế tạo mây điện bao gồm : vật liệu dẫn điện , vật liệu dẫn từ , vật liệu câch điện vă vật liệu kết cấu .
1. Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo câc bộ phận dẫn điện . Vật liệu dẫn điện tốt nhất dùng trong mây điện lă đồng vì đồng khơng đắt lắm vă cĩ điện trở suất bĩ . Ngoăi ra cịn dùng nhơm vă câc hợp kim khâc như đồng thau , đồng phốt pho . Dđy quấn trong mây điện thường lă dđy đồng hoặc dđy nhơm , cĩ tiết diện trịn hoặc chữ nhật , cĩ bọc câch điện khâc nhau như sợi vải , sợi thủy tinh , giấy , nhực hĩa học , sơn ímay . Với câc mây điện cơng suất nhỏ vă trung bình < 300 KW , điện âp < 700 V , thường dùng dđy ímay vì lớp câch điện của dđy mỏng , đạt độ bền yíu cầu . Đối với câc bộ phđn khâc như vănh đổi chiều , lồng sĩc hoặc vănh trượt , ngoăi đồng ,
nhơm , người ta cịn dùng cả câc hợp kim của đồng hoặc nhơm , hoặc cĩ chỗ cịn dùng cả thĩp để tăng độ bền cơ vă giảm kim loại mău .
2. Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo câc bộ phận của mạch từ , bao gồm câc vật liệu sắt từ khâc nhau như : thĩp lâ kỹ thuật điện , thĩp lâ thường , thĩp đúc , thĩp rỉn ... Ở đoạnmạch từ cĩ từ thơng biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng thĩp lâ kỹ thuật điện dăy 0,35 ÷ 0,5 mm , trong thănh phần thĩp cĩ 2 ÷ 5 % Si để tăng điện trở của thĩp , giảm dịng điện xôy . Ở tần số cao hơn , dùng thĩp lâ kỹ thuật điện dăy 0,1 ÷ 0,2 mm . Tổn hao cơng suất trong thĩp lâ do hiện tượng từ trễ vă dịng điện xôy được đặc trưng bằng suất tổn hao . Thĩp lâ kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương phâp cân nĩng vă cân nguội . Với mây biến âp vă mây điện cơng suất lớn thường dùng thĩp cân nguội để cĩ độ từ thẩm cao hơn vă cơng suất tổn hao nhỏ hơn loại cân nĩng . Ở đoạn mạch từ cĩ từ trường khơng đổi thường dùng thĩp đúc , thĩp rỉn hoặc thĩp lâ
3. Vật liệu câch điện
Vật liệu câch điện dùng câch ly câc bộ phận dẫn điện vă khơng dẫn điện , hoặc câch ly câc bộ phận dẫn điện với nhau . Trong mây điện , vật liệu câch điện phải cĩ cường độ câch điện cao , chịu nhiệt tốt , tản nhiệt tốt , chống ẩm vă bền về cơ học . Độ bền vững về nhiệt của chất câch điện bọc dđy dẫn quyết định nhiệt độ cho phĩp của dđy vă do đĩ quyết định tải của dđy. Tính năng chất câch điện cao dẫn đến lớp câch điện mỏng , từ đĩ kích thước của mây giảm .
Chất câch điện của mây điện chủ yếu ở thể rắn , vă gồm 4 nhĩm : * Chất hữu cơ thiín nhiín như giấy , vải lụa .
* Chất vơ cơ như amiăng , mica , sợi thủy tinh . * Câc chất tổng hợp .
* Câc loại men , sơn câch điện .
Chất câch điện tốt nhất lă mica , nhưng đắt , nín chỉ dùng trong câc mây điện cĩ điện âp cao . Câc vật liệu câch điện cĩ sợi như giấy , vải ...cĩ độ bền cơ tốt , mềm , rẽ , nhưng dẫn nhiệt xấu , hút ẩm , câch điện kĩm . Vì vậy dđy dẫn câch điện sợi cần phải được sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu câch điện .
Dựa văo độ bền nhiệt , vật liệu câch điện được chia ra nhiều loại :
Vật liệu câch điện cấp A gồm bơng , tơ , giấy vă câc chất hữu cơ tương tự được
tẩm dầu vă câch điện dđy dẫn bằng sơn ímay . Nhiệt độ cho phĩp của chúng khoảng 90o
÷ 105oC .
Vật liệu câch điện cấp B gồm câc sản phẩm của mica , amiăng , sợi thủy tinh , nhiệt độ cho phĩp 105o
÷ 140oC .
Vật liệu câch điện cấp E lă cấp trung gian giữa A vă B .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA ĐIỆN
Ngoăi ra cịn cĩ chất câch điện ở thể khí ( khơng khí , khinh khí ) , hoặc thể lỏng ( dầu mây biến âp )
4. Vật liệu kết cấu
Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo câc chi tiết chịu tâc động cơ học như trục , ổ trục , vỏ mây , nắp mây . Trong mây điện , vật liệu kết cấu thường dùng lă gang , thĩp lâ , thĩp rỉn , kim loại mău vă hợp kim của chúng , câc chất dẽo .
♣ ♣ ♣
♣ 5.4 PHÂT NĨNG VĂ LĂM MÂT MÂY ĐIỆN
Trong quâ trình lăm việc cĩ tổn hao cơng suất . Trong mây điện , tổn hao bao gồm tổn hao sắt từ trong thĩp ( do hiện tượng từ trễ vă dịng điện xôy ) , tổn hao đồng trong điện trở dđy quấn , tổn hao do ma sât ( ở mây điện quay ) . Tất cả tổn hao năng lượng năy đều biến thănh nhiệt năng lăm nĩng mây điện .
Để lăm mât mây điện , phải cĩ biện phâp tản nhiệt ra mơi trường xung quanh . Sự tản nhiệt khơng những phụ thuộc văo bề mặt lăm mât của mây , mă cịn phụ thuộc văo sự đối lưu của khơng khí xung quanh hoặc của mơi trường lăm mât khâc như dầu mây biến âp ... Thường vỏ mây điện được chế tạo cĩ câc cânh tản nhiệt vă mây điện cĩ hệ thống quạt giĩ để lăm mât mây .
Kích thước mây , phương phâp lăm mât , tất cả phải được tính tôn , lựa chọn sao cho độ tăng nhiệt của vật liệu câch điện trong mây khơng vượt quâ độ tăng nhiệt cho phĩp , đảm bảo cho vật liệu câch điện lăm việc lđu dăi ( khoảng 20 năm )
Khi mây điện lăm việc ở chế độ định mức , độ tăng nhiệt của câc phần tử khơng vượt quâ độ tăng nhiệt cho phĩp . Khi mây quâ tải , độ tăng nhiệt sẽ vượt quâ nhiệt độ cho phĩp , do đĩ khơng cho phĩp quâ tải lđu dăi .
♣ ♣ ♣
♣ 5.5 PHƯƠNG PHÂP NGHIÍN CỨU MÂY ĐIỆN Nghiín cứu mây điện lă lăm câc cơng việc sau :
* Nghiín cứu câc hiện tượng vật lý xảy ra trong mây điện .
* Dựa văo câc định luật vật lý , viết hệ phương trình tôn học diễn tả sự lăm việc của mây điện . Đĩ lă mơ hình tôn của mây điện .
* Từ mơ hình tôn , thiết lập mơ hình mạch , đĩ lă mạch điện ( sơ đồ ) thay thế của mây điện .
* Từ mơ hình tôn vă mơ hình mạch , tính tôn câc đặc tính vă nghiín cứu mây điện , khai thâc , sử dụng theo yíu cầu cụ thể .
CHƯƠNG 6
6.1 KHÂI NIỆM CHUNG
Để biến đổi điện âp của dịng điện xoay chiều từ cao xuống thấp hoặc ngược lại, ta dùng mây biến âp. Cĩ nhiều loại mây biến âp khâc nhau: mây biến âp một pha, ba pha , hai dđy quấn, ba dđy quấn .v.v... nhưng đều dựa trín một nguyín lý, đĩ lă nguyín lý cảm ứng điện từ .