Tóm tắt công thức máy điện 1 - Chương 1 Tổng quan về máy điện

Từ thơng biến thiên xuyên qua vịng dây ❖ Chiều của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thơng theo quy tắc vặn nút chai.. Thanh dẫn chuyển động trong từ trường ❖ Khi thanh dẫ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HCM Trang 1

Chương mở đầu

1 Các định luật điện từ trong máy điện

1.1 Định luật cảm ứng điện từ (Faraday)

1.1.1 Từ thơng biến thiên xuyên qua vịng dây

❖ Chiều của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thơng theo quy tắc vặn nút chai

❖ Từ thơng biến thiên xuyên qua vịng dây:   − 



d e

❖ Nếu cuộn dây cĩ N vịng dây: e = − N d = −d

dt dt Với:  là từ thơng mĩc vịng (Wb.vịng) và  là từ thơng (Wb)

1.1.2 Thanh dẫn chuyển động trong từ trường

❖ Khi thanh dẫn cĩ chiều dài (m), chuyển động với vận tốc v (m/s) vuơng gĩc với từ cảm

B (T) Trong thanh dẫn sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

e v.B e B .v

❖ Chiều của sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải

KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 2

1.2 Định luật lực điện từ

❖ Khi thanh dẫn có chiều dài (m), mang dòng điện i (A) vuông góc với từ cảm B (T), nó

sẽ chịu 1 lực điện từ F (N) tác dụng là:

F i.B F B.i

❖ Nếu dây dẫn không đặt vuông góc với đường sức thì:

F B.i .sin

❖ Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái

2 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

2.1 Chế độ máy phát điện

❖ Công suất điện của máy cấp cho tải là: P ui ei= =

❖ Mà dòng điện i trong thanh dẫn đặt trong từ trường sẽ xuất hiện lực điện từ :

Fđt = B.i.l

❖ Khi máy quay với vận tốc không đổi thì:

Pcơ = Fcơ.v = Pđt = e.i

❖ Tóm lại: Ta thấy là cơ năng biến thành điện năng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 3

2.2 Chế độ động cơ điện

❖ Công suất điện đưa vào động cơ là: Pđt = u.i = e.i = Blv.i = Fđt.v = Pcơ

❖ Tóm lại: Ta thấy là điện năng biến thành cơ năng

2.3 Định luật mạch từ và tính toán mạch từ

2.3.1 Định luật mạch từ (Định luật Ohm từ)

❖ Định luật Ohm từ suy từ định luật

Amper, phát biểu như sau:

Nếu H là từ trường do tập hợp

dòng điện i1, i2,… tạo ra

Nếu C là vòng khép kín trong

không gian có chiều dài là l thì ta

có thể viết:

= 

C

H.d i

2.3.2 Một số bài toán về định luật Ohm từ

2.3.2.1 Bài toán 1: Khảo sát mạch từ như hình vẽ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 4

Áp dụng định luật Ohm từ, ta có: H =N.i (1)

Mà: B H

S



Thay (1) vào (2): B I 1 N.i

S

 

 =   =

Đặt R 1

S

= 

 Sau đó thay vào (3), ta được: H. =  =R N.i=F , suy ra:

F R

 = (4)

Với: R: Từ trở của mạch từ, (At/Wb)

H: Cường độ từ trường trong mạch từ (At/m)

S: Tiết diện thẳng của mạch từ (m2)

F = Ni: Sức từ động, tạo ra từ thông (At)

N: Số vòng dây của cuộn dây

: Chiều dài trung bình của mạch từ (m)

i: Dòng điện từ hoá, tạo ra từ thông  (A)

Với: µ: Từ thẩm tuyệt đối

µr: Từ thẩm tương đối

µo = 4π.10–7 (H/m): Từ thẩm tương đối của không khí

2.3.2.2 Bài toán 2: Khảo sát 1 mạch từ như hình vẽ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 5

Áp dụng định luật Ohm từ ta suy ra:

Hay: (R1+R2) = −F1 F2 (2) Với: H1, H2: Cường độ từ trường trong đoạn 1, 2 của mạch từ (At/m)

1, 2: Chiều dài trung bình đoạn 1, 2 của mạch từ (m)

i1, i2: Dòng điện từ hóa đi vào cuộn dây 1, 2 (A)

- Lưu ý:

+ Tích số N2i2 mang dấu (-) do chiều i2 không phù hợp với chiều của từ thông đã chọn theo qui tắc văn nút chai

+ Một cách tổng quát: Với mạch từ có n đoạn và m cuộn dây theo định luật mạch từ ta có thể viết:

H N i

+ Dòng điện ij nào có chiều phù hợp với từ thông φ đã chọn theo qui tắc vặn nút chai mang dấu (+) và ngược lại thì mang dấu (-)

+ k: chỉ số tên đoạn của mạch từ

+ j: chỉ số tên cuộn dây dòng điện

2.3.3 Tính toán mạch từ

2.3.3.1 Công thức tính toán mạch từ

❖ Từ thông: B.S B

S



 =  = Trong đó: B: Từ cảm (T)

S: Diện tích thẳng của mạch từ (m2)

❖ Từ cảm: B= .H

2.3.3.2 Bài toán thuận

Cho từ thông φ, tìm dòng điện từ hóa i (số cuộn dây)

❖ Cách giải: Gồm các bước sau:

Bước 1: Tính từ cảm j

j

B S



= trong phần tử j

Suy ra từ trường Hj như sau:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 6

✓ Nếu phần tử là vật liệu sắt từ, tra đường cong từ hóa B = f(H) hoặt tra bảng của vật liệu sắt đó

o Lưu ý: Nếu ta tìm được giá trị của B không nằm trong bảng từ hoá thì ta phải lấy giá trị nằm ở hai đầu của B vừa tìm được sau viết phương trình tìm

H

✓ Nếu phần tử là khe hở không khí thì o

o o

B

H =

 Với : µo = 4π.10–7 (H/m) Bước 2: Tùy theo bài toán cho số vòng dây hoặc dòng điện của cuộn dây ta suy ra dòng điện hoặc số vòng cần có theo công thức sau:

H N i

= 

❖ Ví dụ minh hoạ:

Cho mạch từ như hình vẽ sau:

Biết: N1 = 2000 vòng; I1 = 4,5A; N2 = 400 vòng; I2 = 2A; N3 = 1000 vòng; φ = 1,5 mWb;

S = 12 cm2

Tính dòng điện trong cuộn dây thứ 3

Biết đường cong từ hóa B = f(H) cho ở bảng sau:

B(T) 0,6 0,7 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7

H (A/m) 76 90 132 165 220 300 600 1200 3000 6000 4000

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 7

Bài giải

❖ Ta có: 1,5.10 43 ( )

−

−



Do B = 1,25 (T) không nằm trong bảng từ hoá

Nên ta phải xét 2 điểm: M 1,2;300( ) và N(1,3;600)

Đường thẳng đi qua 2 điểm M và N có dạng: H B.a b= +

Ta được hệ phương trình sau: 1, 2a b 300 a 3000



Suy ra: Từ trường: H=3300.1,25 3300− =450 A / m( )

❖ Theo định luật Ohm từ, ta có:

( )

3

3

3 3

H N i H N i N i N i

N i N i H

i

N 2000.4,5 400.2 450.2 0, 25 0,1 i

1000

i 7,885 A

− −

 =

 =

 =

2.3.3.3 Bài toán nghịch

❖ Cho dòng điện cần tính từ thông φ

❖ Thường dùng phương pháp dò để tìm φ