Xem mẫu
- GIÁO TRÌNH
KỸ THUẬT ĐIỆN
1
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.0 GIỚI THIỆU
2
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.0 GIỚI THIỆU
3
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.0 GIỚI THIỆU
4
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.0 GIỚI THIỆU
5
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1 Định nghĩa và các công thức cơ bản
1.1.1.1 Định nghĩa
Mạch từ trong các thiết bị kỹ thuật điện (TBKTĐ) là tập
hợp các vật chất và môi trường nhằm mục đích tạo thành
đường khép kín cho từ thông.
1.1.1.2 Các phương trình mô tả
∫ Hdl = ∫ JdS (1.1)
C S
(1.2)
∫ BdS = 0
S
6
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Các nhận xét
- Từ (1.1) thấy rằng nguồn sinh ra cường độ từ trường H là
mật độ dòng điện J.
- Từ (1.2) mô tả rằng mật độ từ thông B được bảo toàn, có
nghĩa là tổng từ thông đi vào và đi ra khỏi một bề mặt khép
kín S bất kỳ bằng zero.
- Giá trị của từ trường có thể được xác định bởi giá trị tức
thời của các dòng điện nguồn.
- Tần số biến thiên của các từ trường phụ thuộc vào sự biến
thiên của dòng điện nguồn.
7
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Các nhận xét
- Khi tính toán mạch từ, có thể áp dụng các luật cơ bản của
mạch điện bởi vì giữa chúng tồn tại sự tương tự qua lại.
1.1.1.3 Các định luật cơ bản
a. Định luật kirchoff I
- Đối với một nút bất kỳ trong mạch từ, tổng các từ thông đi vào
(có chiều về phía điểm nút) và đi ra (có chiều đi ra khỏi điểm
nút) bằng zero.
n
∑φ =0 (1.3)
i
i =1
8
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.3 Các định luật cơ bản
b. Định luật Kirchoff II
Đối với một mạch vòng khép kín trong
mạch từ, tổng các từ áp rơi trên mạch
vòng đó và các sức từ động (s.t.đ) là bằng
zero.
n m
∑F + ∑φ (1.4)
R mk = 0
i K
i =1 k =1
9
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.3 Các định luật cơ bản
c. Định luật Ohm
- Đối với một nhánh bất kỳ trong mạch từ tích số giữa từ thông
chảy qua và tổng trở từ bằng từ áp rơi giữa hai đầu của nhánh từ
đó.
φ i Z mi = U mi (1.5)
trong đó: Φi - từ thông chảy qua các nhánh của mạch từ ( wb );
Fi - sức từ động của các nhánh từ tương ứng ( A.t );
Rmk - từ trở của nhánh từ tương ứng ( 1/H );
Zmi - tổng trở từ các nhánh (1/H);
Umi - từ áp rơi trên các nhánh từ (A) 10
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
- Tổng trở từ Zmi của nhánh từ bao gồm hai thành phần là từ trở
Rmi và từ kháng Xmi, giữa chúng có quan hệ tam giác vuông.
(1.6)
Z mi = R 2 + X 2
mi mi
- Đối với mạch từ một chiều DC không tồn tại thành phần từ
kháng Xmi, vì vậy trong đó chỉ bao gồm các thành phần từ trở Rmi.
li
R mi = (1.7)
µ i Si
li - chiều dài của nhánh từ tương ứng (m);
trong đó:
Si - tiết diện của nhánh từ đó ( m2);
µi - là từ thẩm vật liệu từ của nhánh từ tương ứng
( H/m).
11
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.4 Phân loại
Về phương diện kết cấu, mạch từ trong các thiết bị kỹ
thuật điện (TBKTĐ) được phân biệt theo ba loại chính như sau:
1- Mạch từ tĩnh, là mạch từ thường có trong các máy biến áp,
trong trường hợp lý tưởng có thể được xem như trong đó không
có các khe hở không khí, mặc dù sự chuyển đổi năng lượng của
nó không phải là điện - cơ, nhưng lại đóng vai trò hết sức quan
trọng trong sự chuyển đổi năng lượng nói chung.
12
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
2- Mạch từ có phần ứng chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động
xoay. Đó là loại mạch từ thường có trong các thiết bị điện đóng -
cắt mạch điện như contactor, áptomát, relay, máy ngắt cao áp
v.v… Ở đây khe hở không khí đóng vai trò chính trong việc
chuyển đổi năng lượng điện - cơ và sự chuyển đổi năng lượng
điện này luôn đi kèm với sự thay đổi độ lớn của khe hở không khí.
13
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
3- Mạch từ có phần ứng hoặc phần cảm quay. Đó là loại mạch từ
thường gặp trong các máy điện quay. Trong các mạch từ loại này,
sự biến đổi năng lượng cũng diễn ra trong khe hở không khí,
nhưng trong quá trình làm việc của chúng khe hở không khí hầu
như không thay đổi về độ lớn.
14
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.5 Ví dụ về mạch từ
- Ví dụ đơn giản về mạch từ được trình bày trong Hình 1.1. Lõi
được làm từ vật liệu từ có từ thẩm µ lớn hơn rất nhiều so với từ
thẩm của chân không µ0 với µ0 = 4π.10-7 (H/m).
- Lõi có tiết diện không đổi và được
kích từ bởi cuộn dây có N vòng, trong
đó có dòng điện i (A) chạy qua. Cuộn
dây N sẽ sinh ra từ trường trong lõi thép
như được biểu diễn trong Hình 1.1.
15
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.5 Ví dụ về mạch từ
- Từ thông φ đi qua bề mặt S bằng tích phân mặt của các thành
phần pháp tuyến của từ cảm B, như vậy:
(Wb) (1.8)
Φ = ∫ BdS
- Khi từ cảm là đồng nhất bên trong một mặt cắt bất kỳ của lõi
thép, công thức (1.8) có thể được biểu diễn:
φi = Bi.Si (1.9)
16
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1.5 Ví dụ về mạch từ
- Từ (1.1), quan hệ giữa s.t.đ và cường độ từ trường H có thể được
biểu diễn:
F = NI = ∫ Hdl (1.10)
Lõi thép có chiều dài trung bình chính bằng chiều dài khép kín của
đường sức từ bất kỳ li. Kết quả là tích phân đường (1.10) trở
thành tích của các đại lượng vô hướng Hi li. Từ đó phương trình
(1.10) có thể viết lại:
F = NI = H i L i
17
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
- Chiều của Hi trong lõi thép được xác định theo quy tắc bàn tay
phải, hay quy tắc vặn nút chai.
- Trong mỗi nhánh từ của mạch từ, quan hệ giữa từ cảm Bi(T)
và cường độ từ trường Hi (A/m), được biểu diễn bằng đường
cong từ hóa B = f(H) của vật liệu từ, nhận được từ thực
nghiệm.
- Đối với các vật liệu phi từ tính như đồng, nhôm v.v.., các vật
liệu cách điện như Fibre, Bakelite.... và không khí, quan hệ này
được biểu diễn như sau:
B = µ0.H
(1.11)
Với: µ0 - là từ thẩm của chân không (H/m).
18
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Trong mạch từ ta phân biệt các từ thông sau:
1. Từ thông làm việc φlv, là từ thông đi qua khe hở không khí chính
của mạch từ.
2. Từ thông rò φσ là từ thông không đi qua khe hở không khí chính
của mạch từ mà khép kín theo các đường khác.
3. Từ thông tổng φ0, là tổng của hai từ thông φlv và φσ, và thường
đi qua phần gông của mạch từ Hình 1.1.
19
- CHƯƠNG 1
MẠCH TỪ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Tỷ số giữa từ thông tổng và từ thông làm việc được định
nghĩa là hệ số rò δ của một mạch từ cho trước.
Φ o Φ lv + Φ σ Φ
=1+ σ
σ= = (1.12)
Φ lv Φ lv Φ lv
Khi tính toán mạch từ thường gặp hai dạng bài toán cơ bản sau đây:
Bài toán thuận: cho trước từ thông Φ hoặc từ cảm B, hình dạng,
kích thước của mạch từ, cần xác định s.t.đ cần thiết để sinh ra từ
thông đó.
20
nguon tai.lieu . vn
