Bài giảng điện - Điện tử: Cơ cấu điện từ và nam châm điện

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

322
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong cơ cấu điện từ chấp hành nam châm điện là bộ phận chủ yếu. Nó sinh ra lực điện từ cần thiết để cho các cơ cấu đó làm việc. Nam châm điện một chiều có cuộn dây điện áp được dùng rộng rãi hơn cả bởi nó có những ưu điểm sau:Khi làm việc không gây ra rung, ồn vì lực điện từ không thay đổi theo thời gian.Mạch từ không bị phát nóng do tổn hao sắt từ gây ra, lực điện từ lớn gấp hai lần so với lực điện từ ở mạch từ có dòng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng điện - Điện tử: Cơ cấu điện từ và nam châm điện

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHƢƠNG 3 : CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN Ths. Trần Đình Cương Khí cụ điện hạ áp: 401030 1
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 điện năng 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  . Khí cụ điện hạ áp: 401030 2
KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ 2 t  r 1 3 Hình : Kết cấu mạch từ 1.Thân mạch từ; 2. Nắp mạch từ ;3. Cuộn dây Khí cụ điện hạ áp: 401030 3
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 thành phần : Từ thông chính  : là từ thông đi qua khe hở không khí chính, đó là từ thông làm việc của cơ cấu điện từ . Từ thông tản t : là từ thông đi ra ngoài khe hở không khí chính. Từ thông rò r : là từ thông khép vòng qua cuộn dây là thành phần không đi qua khe hở không khí chính mà khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ. Khí cụ điện hạ áp: 401030 4
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. Khí cụ điện hạ áp: 401030 5
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ Định luật Ôm : Trong một phân đoạn của mạch từ, từ áp rơi trên nó bằng tích giữa từ thông và từ trở hoặc thƣơng giữa từ thông và từ dẫn :  U   .R    G Định luật Kiếckhốp I : Trên mọi điểm của mạch từ, tổng từ thông vào bằng tổng từ thông ra : n   0 i 1 Định luật Kiếckhốp II : Trong một mạch từ khép kín, tổng từ áp của các đoạn mạch bằng tổng sức từ động : n n   R   F i .i i 1 1 Khí cụ điện hạ áp: 401030 6
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ Định luật bảo toàn dòng điện : Tích phân đường của cường độ từ trường theo vòng từ khép kín bằng tổng s.t.đ của vòng từ đó :  H .dl   F i l Định luật toàn dòng điện có thể biến đổi như sau : B.S dl    .dR   Fi  H .dl   dl    .S  .S l l l l hoặc :  H .dl   .dR   F i l l và đây cũng chính là định luật Kiếckhốp II với mạch từ khép kín. Khí cụ điện hạ áp: 401030 7
NAM CHÂM ĐIỆN Khí cụ điện hạ áp: 401030 8
ĐẠI CƢƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN  i N S S i N N S Nam châm điện Khí cụ điện hạ áp: 401030 9
ĐẠI CƢƠNG 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 có cực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bị hút về phía cuộn dây Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường trong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn dây, cho nên chiều lực hút không 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 Khí cụ điện hạ áp: 401030 10
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN Khí cụ điện hạ áp: 401030 11
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN Lực hút điện từ cuả nam châm điện một chiều thường được tính theo 2 phương pháp : Tính theo công thức maxwell Tính theo phương pháp cân bằng năng lượng Khí cụ điện hạ áp: 401030 12
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL Theo Maxell thi khi cho một vật dẫn từ trường thì vật dẫn từ sẽ chịu một lực tác dụng :     1 1 s  F B.n .B  B 2 .n ds 0   2 Trong đó:  : vec tơ từ cảm ở khe hở KK bề mặt cực từ B  : Vec tơ phâp tuyến đơn vị ở bề mặt cực từ n S: diện tích bề mặt vật dẫn. μ0 = 1,25.10-8 [H/cm] lă độ từ thẩm của không kh. Vì hệ số từ dẫn của vật liệu sắt từ lớn hơn nhiều của không khí ( >>0) nín xem như cùng phương n ( =0) ( B.n) B  B2 .n Khí cụ điện hạ áp: 401030 13
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL Và ta có : F  1  B 2 n.ds 2 0 S Khi khe hở không khí bé, từ trường có thể xem như phân bố đều trên bề mặt cực từ B = const, bên coi ds  s thì ta B .S N  12 co : F 2 0 B: đơn vị [Wb/cm2]. S: diện tích từ thông qua [cm2].  0 = 1,25.10-8 [Wb/A.cm] 2 Nếu B tính theo Tesla thì : F  4 B 2 S  4  kg  S Khí cụ điện hạ áp: 401030 14
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL Khi khe hở không khí từ thông rò nhiều : 1  kg  F  4.B 2 .S 1  K d / c. Với Kđc= 3 5 là hệ điều chỉnh. Khí cụ điện hạ áp: 401030 15
THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG  S i N Khí cụ điện hạ áp: 401030 16
THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta có phương trình cân bằng điện áp : u  R.i  d dt Nhân 2 vế của phương trình cho idt, ta có : d uidt  R.i 2 .dt  i dt dt Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có: Trong đó ta có:  uidt   i Rdt   i d dt t t t 2 t dt  : là năng lượng nguồn cung cấp. 0 0 0 uidt 0 t : là năng lượng tiêu hao trên điện trở cuộn  R dt 2 i 0 dây w.  d t :là năng lượng tích lũy trong từ trường  dt  Wt   id i 0 0 Khí cụ điện hạ áp: 401030 17
THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG  c d 2 2 1 0 1 b a i2 i 0 i1 Khí cụ điện hạ áp: 401030 18
THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa từ thông móc vòng và dòng điện i, có tính phi tuyến. Tính lực hút điện : Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắp của mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ở giữa nắp và lõi giảm dần. Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từ có:   1; I=I1;  = 1 Ứng với vị trí cuối có:    2 ; I=I2;  = 2 Khí cụ điện hạ áp: 401030 19
THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG Năng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là:  := diện tích oab 1 W   id t1 Vậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào để nắp mạch từ 0 chuyển động là:  2 : = diện tích hình thang w   id abcd t  Theo định luật cân bằng năng lượng có: Wt  Wt  Wt  A 1 1 2 Trong đó là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1 đến vị trí 2. A  Wt  W  Wt = diện tích tam giác cong oad 1 2 Nếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính chỉ xét ở đoạn tuyến Khí cụ điện hạ áp: 401030 20