Tài liệu Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ - Phần 3 ppt

Châm đánh dâu chiêu quan cuộn dây > Luat Lenz qui định: áp cảm ứng sẽ có chiêu sao cho dòng tạo ra sinh từ thông ngược với chiêu từ thông tạo ra áp cảm ứng đó.. Qui tắc chung như sau:

BÀI GIẢNG

Biên Đôi Năng Lượng Điện Cơ

TS Hô Phạm Huy Ảnh

March 2010

ntto://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.htm|

Giới Thiệu Chung

> Cách vận hành của các hệ thông điện và cơ điện được giài thích dựa

trên lý thuyết trường điện từ

> Dựa trên nên tang chung là các hệ thông điện trường và từ trường,

ta vận dụng chủ yêu hệ thông từ trường

> Đâu tiên ta khảo sát các phương trình Maxwell

$ H sdi= i, °nda Ampere law

$ J ,enda = 0 Luật bảo toàn điện tích

> B en da = 0 Gauss’s law

Lecture 3

Mạch tư tĩnh

> Là mạch từ không có phân tử cơ nào di động

> Hình vẽ minh họa lõi từ có dạng vòng xuyên với N vòng dây rạ và r, lần

lượt là bán kính trong và ngoài của lõi từ

Gọi r là bán kính trung bình r = (rạ + r;) “2, giả thiệt cường độ từ trường !, là

đông nhất trong lõi thép Dùng định luật Ampere ta có: H,(2zr) = Ni Hay,

H1 =Ni

Trong đó í_ = 2zr là chiêu dài đường sức trung bình

trong lõi Giả sử mật độ từ B trong lõi thay đồi tuyên

tính theo H, ta có công thức:

NI

B, = WH, = M— (Wb )/m?

Mach tw tinh (tt)

Ta xác định tiêp từ thông œc

Q — B.A — = A —

R R | LA,

Với ø là giá trị từ thâm của vật liệu từ, A là tiết diện cắt ngang của lõi

Wb

Ta dinh nghia Ni la strc tle d6ng (magneto motive force-mmf), con từ trễ được định nghĩa dựa trên định luật Ohm Từ:

Ni mm l

AI HH _ L_ _ 3 (At/wb)

ộ flux LA

?= 1/ gọi là từ dẫn Từ thông liên kết 2 = Nø, = #N2¡ Cũng từ định

nghĩa, tự cảm L của cuộn dây được xác đi6nh bỡi: L=—= GN? = =

Lecture 3

Mach tw tinh (tt)

»> Như vậy có sự tương đông rât lớn giữa mạch điện và mạch từ

mmf <> voltage flux < current

reluctance <> resistance

Dermeance —_—> conductance

> Xét mạch từ có khe hở không khí (bỏ qua từ tản): Cân tìm chính xác

cường độ từ trường H trong lỏi thép cũng như H qua khe hở Gọi |, —

độ rộng khe hở không khi, |, — chiêu dài đường sức trung bình qua lõi

Lt aid 5 B

Taco ket qua: Ni=H, 1, +H_l, = ¬) +——=],

Hy HH Hy

Trong đó hạ = 4x x 10-7 H/m là từ thâm tuyệt đôi của không khí, còn pu,

là giá trị từ thâm tương đôi của vật liệu từ

Mach tw tinh (tt)

Ap dung dinh luat Gauss’s cho mat cac cu tir Idi thép, BZA, = B.A,

VỚI, A, = A Nên, By = B Chia suc tu dong mmf cho từ thông ta xác

định được từ trỡ tương đương:

Ni Ì [

—=——+——~=, +9,

Trong đó &, và &, lần lượt là từ trỡ của khe hở không khí và của lỏi

thép Chúng được thê hiện nồi tiễp trong mạch từ tương đương

»> Trường hợp khe hở bị toe canh “fringing”, ¡.e., lúc này từ tản xuât hiện Giả sử, A.„ > A,, i.e., phân diện tích khe hở hiệu dụng tăng lên Lúc này ta có thê dùng công thức kinh nghiệm,

A =ab,A, =(a+1, \b+1, }

Lecture 3

Cac Vi Du va Bai Tap:

> BT 3.1: Tìm sức từ động cân có đề bảo đảm mật độ từ B mong

muon Đã biệt tiệt diện khe hở và tiết diện mặt cắt lõi thép

0.06

Ki = (103 Yan x07 lo *] = 47.7x10° At/Wb

°- (4zx107|I.IxI0')- /.23x10° AUWb

ó= BA, =(0.5/I.1x10 *]=5.5x10* Wb

Cuôi cùng ta được,

Ni =(, + %, }$ = (47.7 +7230) 10° x 5.510 = 400 At

Cac Vi Du va Bai Tap (tt):

> BT 3.2: Vac định từ thông qua cuộn dây Các khe hở không khí có

cùng chiêu dài và tiết diện Xem từ thâm của thép bằng vô cùng cũng

như bỏ qua tu tan va tu ro

Sa ca cac — l01x102)

dị CĐ =I = I= (40 x 10-7 \4 x 10

Tử mạch tương đương ta xác định được “900 R

tông của 3 từ thông tại nút a sẽ bằng zero p ( - K a

2

Gọi F là sức từ động từ a đên b, ta được: 1500 2

CUÔI cùng ta được, F = 500 ó, _ 103 Wb,ó, _ 0 ó _ —10 3 Wh

Cac Vi Du va Bai Tap (tt):

> Bai Tap 1: Một lõi từ dạng xuyên có bán kính mạch từ trung bình 500

mm, mật độ từ thông trong khe hở là 0.6 Wb/m2, quân cuộn dây 100

vòng Độ rộng khe hở là 2mm Cho a = 20 mm Bỏ qua từ trỡ lỏi thép (=zero)

a) Xác định dòng kích tử qua cuộn dây

b) Xác định từ cảm L của cuộn dây

»> Câu hỏi tự luận: SV được yêu câu thiết kê cuộn cảm có tự cảm biên

thiên tuyên tính Hãy trình bày hướng thiết kê của mình, có xét đên từ

rò và từ trỡ của lõi thép?

Điện cảm tương hồ

»> Điện cảm tương hồ là thông số liên quan đến điện áp cảm ứng trên 1 cuộn dây do dòng biên thiên qua 1 cuộn dây khác

»> Khảo sát 2 cuộn dây quân trên cùng 1 mạch từ, cuộn 1 đề kích thích

trong khi cuộn 2 đề hở Từ thông móc vòng qua cuộn 1 được tính bằng

địi Py, + Py,

Trong do ¢,, (con goi la tu’ ro) chi moc vòng qua cuộn 1; trong khi, ¢,, la

từ thông móc vòng tương hồ qua cả hai cuộn dây, nên sẽ hình thành từ thông liên kết qua cuộn 2 nhờ tác động của dòng chảy qua cuộn 1

> Vì cuộn 2 hở mạch nên từ thông móc vòng của cuộn này sẽ bằng

Ay = N59,

Điện cảm tương hồ (tt)

> go, fÏ lệ tuyên tính với dòng í;„ nên A,=N,¢,=M,i,

> Điện áp cảm ứng v; (do biễn thiên của từ thông liên kết) xác định bởi:

—= M —

M„ được gọi là điện cảm tương hồ giữa 2 cuộn dây Tương tự, Điện áp

v, =

cảm ứng v, trên cuộn 1 được xác định như sau

ớ,„ tỉ lệ với i„ nên 24, =N,G, = Li, do dé

Với L¿ là giá trị tự cảm của cuộn 1, như ta đã biết

Vì

Điện cảm tương hồ (tt)

> Ta lại xét trường hợp cuộn 1 hở và cuộn 2 được kích thích Ta lại

tiên hành các bước tương tự đề xác định các điện áp cảm ứng

Trong đó L; là giá trị tự cảm của cuộn 2, như ta đã biết

> Theo qui tắc cân bằng năng lượng ta có: M›„ = M,„ = M

> Cuôi cùng ta xét trường hợp cả 2 cuộn dây cùng được kích thích

Ộ, — Py, T D>, T > — D, T > ~, — D>, T D> T ~> — D>, T D>

Điện cảm tương hồ (tt)

> Luu y rang M,, =M,,=M

> Lay phi phan 2 biéu thtrc trén ta xác định được các giá trị điện áp cảm

> Từ đó ta có hệ sô ghép cặp giữa 2 cuộn dây : & = ILL

> Dé thay rang0<k<1, hay tuong ng la, OX M <J/LL,

> Cac bién thé Idi không khí thường có hệ sô ghép cặp nhỏ (k < 0.5),

trong khi biên thê lỏi sắt từ thường có hệ sô ghép cặp lớn (k > 0.5, và

có thê tiên đến 1)

VI Dụ:

> BT 3.4: Mạch từ minh họa từ trỡ tương ứng với 3 khe hở không khí Dùng mạch từ tương đương xác định từ thông liên kêt và tự cảm tương ứng

NL, =9 (ø =ó, )+ 9,0, N51, = R50, — 9, (Ø ~ ¢,)

Giải hệ 2 phương trình ta tìm được @, va ø,

ớ, =(25i, +12.5i,)x10°- ø, =(12.5¡, +31.25i,)x10

Đồng thời 4, = M;Ø =(25¡ +12.5¡,)x10”

Â, =N.,ø, =(I2.5¡ +31.25¡, )x10”

Nên ta tìm được L, =25x10~ H =2.5 mH

L, =31.25x10~ H =3.125 mH M =12.5x10~ H =1.25 mH

Châm đánh dâu chiêu quan cuộn dây

> Luat Lenz qui định: áp cảm ứng sẽ có chiêu sao cho dòng tạo ra sinh

từ thông ngược với chiêu từ thông tạo ra áp cảm ứng đó

»> Chiêu áp hình thành qua 2 đâu các cuộn dây tác động tương hỗ được

xác định nhờ Chấm đánh dấu chiều quấn cuộn dây Qui tắc chung như

sau: Dòng ¡ chảy vào đâu có đánh dâu (đầu không đánh dấu ) của 1 cuộn

sẽ cảm ứng áp Mdi/dt với cực tính dương ở đâu có đánh dâu (đầu không

đánh dấu ) của cuộn tương hồ

> Hai vân đê đặt ra là: (1) với cuộn dây có sẵn hãy xác định châm đánh dâu chiêu quân (2) với cuộn dây có sắn châm đánh dâu, hãy thiết lập hệ

phương trinh cho mạch điện tương ứng

Cách xác định châm đánh dâu chiêu quân cuộn day

> Cac bước cụ thê:

= Chon ngau nhién 1 đâu cuộn dây so dé danh dau cham

= Gia st ddng chay vao dau cu6én day co danh dau cham, xac dinh

chiêu từ thông hình thành trong lõi

= Chọn ngâu nhiên 1 đầu cuộn dây thứ đề cho dòng thử chảy vào : Xác định chiêu từ thông do dòng thử tạo ra

“ Nêu hai từ thông cùng chiêu, đánh dâu châm vào đâu cuộn dây

thứ có dòng thử chảy vào

“ Nêu hai từ thông ngược chiêu, đánh dâu châm vào đâu cuộn dây

thứ có dòng thử chảy ra

Phương pháp thực nghiệm xác định dau châm đánh dâu

> Đề xác định chiêu quân của 2 cuộn dây sơ và thứ của biên thê, ta áp

dụng phương pháp thực nghiệm sau:

Dùng nguôn DC kích thích cuộn

Dat dau cham vao đâu cuộn sơ nồi

vào nguôn + của nguôn DC

Đóng khóa K: ghi nhận nêu kim volt kê quay thuận => đặt dâu châm vào đầu cuộn thứ nồi vào nguôn + của volt kê Ngược lại nêu kim volt kê quay ngược => đặt dâu châm vào đâu cuộn thứ nôi vào nguôn - của volt ké

Lập phương trình vòng kín cho mạch điện có cuộn dây tương hồ

»> Cho 2 cuộn dây ghép cặp tương hồ Hãy lập phương trình vòng kín

Đâu tiên cho chọn chiêu cho dòng bên sơ và thứ cấp

QUI TÁC: Dòng chọn chảy vào đâu có châm (không châm) của cuộn dây,

sẽ cảm ứng điện áp dương ở đâu có châm (không châm) của cuộn

dây tương hồ Tương tự Dòng chọn chảy vào đâu có châm (không

châm) của cuộn dây, sẽ cảm ứng điện áp âm ở đâu có châm (không

châm) của cuộn dây tương hồ

| ai di

V» = LÊ, + Ly + M

Bai Tap trong lop

»> BT 3.6: Lập phương trình vòng kín cho mạch điện có cuộn dây tương hồ Giả thiệt điện áp ban đâu qua tụ bằng zero

Vy, =U +(i, —i, )R, Lv 2|

0=— fidt +L, Tê " =l,)+ bị (in ~i,)

di

tM —* + (i, ~i JR,

Bai Tap trong lop

> BI 3.15