Bài giảng khí cụ điện chương 5 cơ cấu điện từ và nam châm điện

KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪKhi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dây có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thànhphần : Từ thông chính  : là từ thông đi qua

CHƯƠNG 5 :

CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

VÀ NAM CHÂM ĐIỆN

KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Các thiết bị như rơle, công tắc tơ, khởi động từ,áptômát, đều có bộ phận làm nhiệm vụ biến đổi từ điệnnăng ra cơ năng Bộ phận này gồm có : cuộn dây và mạch

từ gọi chung là cơ cấu điện từ

Mạch từ chia làm các phần chính sau đây :

 Thân mạch từ

 Nắp mạch từ

 Khe hở không khí chính 

KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dây

có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thànhphần :

Từ thông chính  : là từ thông đi qua khe hở không khíchính, đó cũng là từ thông làm việc của cơ cấu điện từ

Từ thông tản t : là từ thông đi ra ngoài khe hở khôngkhí chính

Từ thông rò r : là từ thông khép vòng qua cuộn dây làthành phần không đi qua khe hở không khí chính mà khépkín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ

PHÂN LOẠI CƠ CẤU ĐIỆN TỪ

Phân theo tính chất của nguồn điện

 Cơ cấu điện một chiều

 Cơ cấu điện từ xoay chiều

Theo cách nối cuộn dây vào nguồn điện

 Nối nối tiếp

 Nối song song

Theo hình dạng mạch từ:

 Mạch từ hút chập (thẳng)

 Mạch từ hút xoay (quanh một trục hay một cạnh),

mạch từ hút kiểu pittông

CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ

1 Định luật Ôm : Trong một phân đoạn của mạch từ, từ

áp rơi trên nó bằng tích giữa từ thông và từ trở hoặcthương giữa từ thông và từ dẫn :

2 Định luật Kiếckhốp I : Trên mọi điểm của mạch từ,

tổng từ thông vào bằng tổng từ thông ra :

3 Định luật Kiếckhốp II : Trong một mạch từ khép kín,

tổng từ áp của các đoạn mạch bằng tổng sức từ động :

CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ

4 Định luật bảo toàn dòng điện : Tích phân đường

của cường độ từ trường theo vòng từ khép kín bằngtổng s.t.đ của vòng từ đó :

Định luật toàn dòng điện có thể biến đổi như sau :

hoặc :

và đây cũng chính là định luật Kiếckhốp II với mạch

từ khép kín

NAM CHÂM ĐIỆN

ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN

Nam châm điện

ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN

Dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường.Vật liệu sắt từ đặt trong từ trường này sẽ bị từ hóa và cócực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bịhút về phía cuộn dây

Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trườngtrong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu sắt từ bị từ hóa cócực tính ngược với cực tính cuộn dây, cho nên chiều lực hútkhông đổi

Trong quá trình làm việc nắp mạch từ chuyển động,khe hở không khí giữa nắp và lõi thay đổi nên lực hút điện

từ cũng thay đổi

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN

Lực hút điện từ cuả nam châm điện một chiều thườngđược tính theo 2 phương pháp :

1 Tính theo công thức maxwell

2 Tính theo phương pháp cân bằng năng lượng

TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ

THEO CÔNG THỨC MAXWELL

Khi khe hở không khí từ thông rò nhiều :

Với Kđc= 3 5 là hệ điều chỉnh

THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG



S

THEO PHƯƠNG PHÁP

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta có phương trìnhcân bằng điện áp :

Nhân 2 vế của phương trình cho idt, ta có :

Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có:

Trong đó ta có:

: là năng lượng nguồn cung cấp

: là năng lượng tiêu hao trên điện trở cuộn dây w

:là năng lượng tích lũy trong từ trường

THEO PHƯƠNG PHÁP

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa từ thông móc vòng vàdòng điện i, có tính phi tuyến

Tính lực hút điện :

Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắpcủa mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ởgiữa nắp và lõi giảm dần

Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từ có:

Ứng với vị trí cuối có:

THEO PHƯƠNG PHÁP

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Năng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là:

:= diện tíchVậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào để nắp mạch từchuyển động là:

: = diện tích hình thangTheo định luật cân bằng năng lượng có:

Trong đó là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1đến vị trí 2

= diện tích tam giác cong oadNếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính chỉxét ở đoạn tuyến

THEO PHƯƠNG PHÁP

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Ta xét hai trường hợp sau:

a Trường hợp khi I = const thì

THEO PHƯƠNG PHÁP

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

b Trường hợp khi  = const thì

Ta có :

nên

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

Nam châm điện xoay chiều

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

Để chống hiện tượng

rung này, ta phải làm

sao cho lực hút điện từ

Fdt ở mọi thời điểm phải

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

Nguyên lí làm việc của vòng chống rung :

Khi từ thông  đi qua cực từ sẽ chia làm hai thành phần 1 và 2.

qua, trong vòng chống rung sẽ xuất hiện dòng

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU

VÀ VÒNG CHỐNG RUNG

Lực điện từ sinh ra sẽ có hai thành phần :

Từ thông 1 sinh ra lực: F1 = F10 - F10 cos2t

Từ thông 2 sinh ra lực : F2 = F20 - F20 cos(2t-2 )

NAM CHÂM ĐIỆN XOAY CHIỀU