KHÁI NIỆM cơ bản về MẠCH từ

CHƯƠNG 1KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH TỪ 1.1 Vật liệu sắt từ _Sắt từ là các chất có tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắtFe, và tê

CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH TỪ

1.1 Vật liệu sắt từ

_Sắt từ là các chất có tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ từ

trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt(Fe), và tên gọi "sắt từ" được đặt cho nhóm các chất có tính chất từ giống với sắt Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài.

Đường cong từ hóa

Trong hình vẽ trên đây, nếu ta tăng dần cường độ từ trường thì đường cong từ hóa sẽ lớn dần Nếu

ta giảm dần cường độ từ trường thì đường cong từ hóa sẽ bé dần cho đến khi biến mất.

***Từ hóa và từ khử:

_Vật liệu sắt từ cứng có từ dư B t lớn, có mắt từ trễ “béo”.

_Vật liệu sắt từ mềm có từ dư B t nhỏ, có mắt từ trễ “gầy”.

1.2-Từ trường của nam châm vĩnh cửu

1.3-Từ trường của dòng điện chạy qua thanh dẫn và chạy qua vòng dây

_Cách xác định từ trường xung quanh thanh dẫn có dòng điện chạy qua

***Quy tắc bàn tay phải:

***Nếu giữ thanh dẫn trong lòng bàn tay phải, ngón tay cái chỉ chiều dòng điện, thì các các ngón tay còn lại sẽ chỉ chiều đường sức từ trường.

Sức từ động:

_Gọi N là số vòng dây của cuộn dây.

I là dòng điện chạy qua cuộn dây.

=>Tích số N.I đặc trưng cho khả năng sinh ra sức từ động (đơn vị: AMPE.Vòng).

Để tăng sức từ động cần tăng số vòng dây hoặc cường độ dòng điện.

1.4-Định luật toàn dòng điện

Dòng điện qua dây quấn phần cảm tạo ra từ trường chính trong máy.Khi dây quấn phần ứng chuyển động trong từ trường sẽ tạo ra SĐĐ, tỉ lệ với độ lớn của từ trường và tốc độ của roto, nhờ chổi than

và vành đổi chiều máy được nối với tải sẽ cung cấp dòng điện 1 chiều cho tải, máy làm việc ở chế độ máy phát.Khi dây quấn phần ứng có dòng điện chạy qua tác động tương hỗ với từ trường trong máy tạo ra momen điện từ kéo roto quay, máy làm việc ở chế độ động cơ.

_Cường độ từ trường H có quan hệ với Stđ NI theo công thức:

_Cường độ từ trường không thay đổi dọc đường cong tích phân:

_Quan hệ cường độ từ trường và cường độ từ cảm:

***Trong đó: B : cường độ từ cảm (Wb/m2) hoặc Tesla (T)

***Từ thông qua mặt phẳng S được tính bằng công thức:

(W )

S

BdS b

φ = ∫

***Từ thông móc vòng tính bằng công thức:

N φ

Ψ=

***Trong đó:

_ɸ : Từ thông

_B : Từ cảm

_N : Số vòng dây

1.5-Tính mạch từ không có khe hở không khí

_Xuất phát từ công thức:

F = ΦR

_Nghịch đảo từ trở là từ dẫn: G=1/R

_Khi đó từ thông được tính bằng công thức:

***Trong đó:

R gọi là từ trở

� gọi là hệ số từ thẩm

l:là chiều dài

S:là tiết diện

***Chú ý:Từ trở tương đương của mạch từ nối tiếp và mạch từ song song có

công thức tính tương tự như điện trở tương đương trong mạch điện nối tiếp và mạch điện nối song song

***Từ trở tương đương của mạch từ nối tiếp: Rtđ=R1+R2+R3+…+Rn

***Từ trở tương đương của mạch từ nối song song: 1/Rtđ=1/R1+1/R2+1/R3+… +1/Rn hoặc Gtđ=G1=G2=G3=…=Gn

_Từ thông móc vòng:

_Điện cảm( hệ số tự cảm) của cuộn dây được định nghĩa bằng biểu thức:

2

N

Ψ

_Tổng quát có thể viết:

2

2G R

N

***Trong đó:

R gọi là từ trở

� gọi là hệ số từ thẩm

l:là chiều dài

S:là tiết diện

1.6-Mạch từ có khe hở không khí

***Người ta sử dụng vật liệu sắt từ để chế tạo mạch từ của máy điện, chúng thường có khe hở không khí

_Khe hở không khí mạch từ của máy điện nằm giữa roto và stato

_Khe hở không khí mạch từ của máy biến áp nằm ở giữa các mối ghép giữ các

lá tôn

***Về khả năng dẫn từ của khe hở không khí, cần chú ý:

_Khe hở không khí có từ trở lớn hơn từ trở của vật liệu sắt từ nhiều lần

_Khi cường độ từ cảm đủ lớn, lõi thép bị bão hòa Trong khi khe hở không khí không có tính bão hòa,quan hệ B&H là tuyến tính

Từ thông trong lõi thép được tính bằng công thức

N

I

đó:

_Rg : Từ trở phần khe hở không khí

_Rc : Từ trở phần vật liệu sắt từ

1.7-Tổn hao trong lõi thép

*Máy phát điện một chiều cần quan tâm đến tổn hao lõi thép trong phần ứng (roto)

*Máy điện xoay chiều cần quan tâm đến tổn hao lõi thép ở cả roto và stato

*Máy biến áp cần quan tâm đên tổn hao lõi thép

***Tổn hao Phuco:

=>Nguyên nhân: Từ trường biến thiên trong lõi thép (Gọi là biến thiên dòng điện xoáy)

⇒ Tác hại: Làm giảm khả năng dẫn từ của lõi thép

***Tổn hao phuco ghép từ các lá thép mỏng được tính theo công thức gần đúng:

_Trong đó: _kx:là hằng số phụ thuộc vào bản chất vật liệu

_t:chiều dày lá thép

***Tổn hao từ trễ.

_Tổn hao từ trễ là tổn hao công suất tạo ra từ trường dùng để khử từ trễ và được tính theo công thức gần đúng:

, W

tr t

n m r

vfk B

P =

_Trong đó:

v-thể tích vật liệu sắt từ

f-tần số

ktr-hằng số phụ thuộc vào bản chất vật liệu sắt từ

Bm-Biên độ cường độ từ cảm

n-số mũ steinmetz, có giá trị trong khoảng (1,5-2,5), phụ thuộc vào mã hiệu vật liệu, trường hợp vật liệu chưa xác định thường chọn bằng 2

1.8-Xác định từ thông khi đã biết sức từ động

Phương pháp dần đúng

Phương pháp sử dụng đường cong từ hóa

Phương pháp đồ thị

A-Phương pháp dần đúng

_Bước 1: Chọn một giá trị từ thông ɸ1 bất kì và tìm stđ tương ứng, so sánh với giá trị stđ đã cho

_Bước 2: Chọn tiếp giá trị ɸ2,tìm stđ tương ứng…làm tiếp tục cho tới khi chọn được giá trị từ thông tương ứng với stđ bằng giá trị stđ đã cho

B-Phương pháp sử dụng đường cong từ hóa

_Bước 1: Chọn cường độ từ cảm trong lõi thép

_Bước 2: Tìm Hc và Hg

_Bước 3: Tính Fc, Fg và F

_Bước 4: Tính I=F/N

_Bước 5: So sánh I nếu không đúng giá trị đã cho, chọn tiếp giá trị từ thông mới

và lặp lại phép tính từ bước 1 đến bước 5, cho tới khi nào có dòng điện gần đúng giá trị dòng điện chạy qua trong dây quấn

C-Phương pháp đồ thị

_Bước 1: Giả thiết toàn bộ Stđ tập trung từ hóa khe hở không khí, nghĩa là Hc=0.Từ thông khe hở không khí được tính:

0

lg

g

NI

B = µ

lg : Chiều dài phần khe hở không khí

lc : Chiều dài phần lõi thép

*Bg chính là điểm cắt giữa đường quan hệ phụ tải và trục B

_Bước 2: Giả thiết toàn bộ stđ tập trung từ hóa lõi thép, nghĩa là Bg=0 Cường

độ từ trường của lõi thép được tính:

c

NI H

l

=

*Hc chính là điểm cắt giữa đường quan hệ phụ tải và trục H 1.9-Nam châm vĩnh cửu

***Bỏ qua từ thông móc vòng khe hở không khí:

0 0( )c

g

B B H

l H

l

= = = −

***Biểu diễn qua giá trị từ cảm

0

g

C c c

c c

S l H

l

B S

µ

−

=

***Từ thông qua lõi thép là:

B B

φ = =

***Thể tích lõi thép thỏa mãn biểu thức:

2

0

g C

g

C c

V

V B

B H

µ

=