Chương 5 của bài giảng Khí cụ điện sẽ trình bày các nội dung liên quan đến cơ cấu điện từ và nam châm điện như: Khái niệm chung cơ cấu điện từ, phân loại cơ cấu điện từ, các định luật cơ bản của mạch từ, đại cương về nam châm điện, tính lực hút điện từ nam châm điện,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung Text: Bài giảng Khí cụ điện - Chương 5: Cơ cấu điện từ và nam châm điện
CHƯƠNG 5 :
CƠ CẤU ĐIỆN TỪ
VÀ NAM CHÂM ĐIỆN
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 .
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
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 cũng 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.
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.
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ
1. Định luật Ôm : Trong một phân đoạn của mạch từ, từ
áp rơi trên nó bằng tích giữa từ thông và từ trở hoặc
thương giữa từ thông và từ dẫn :
2. Định luật Kiếckhốp I : Trên mọi điểm của mạch từ,
tổng từ thông vào bằng tổng từ thông ra :
3. Định luật Kiếckhốp II : Trong một mạch từ khép kín,
tổng từ áp của các đoạn mạch bằng tổng sức từ động :
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
CỦA MẠCH TỪ
4. 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 :
Định luật toàn dòng điện có thể biến đổi như sau :
hoặc :
và đây cũng chính là định luật Kiếckhốp II với mạch
từ khép kín.
NAM CHÂM ĐIỆN
ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN
i
N S
S i N
N
S
Nam châm điện
ĐẠI CƯƠNG 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
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ
NAM CHÂM ĐIỆN
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 :
1. Tính theo công thức maxwell
2. Tính theo phương pháp cân bằng năng lượng
TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ
THEO CÔNG THỨC MAXWELL
Khi khe hở không khí từ thông rò nhiều :
Với Kđc= 3 5 là hệ điều chỉnh.
THEO PHƯƠNG PHÁP
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
S
i N
THEO PHƯƠNG PHÁP
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta có phương trình
cân bằng điện áp :
Nhân 2 vế của phương trình cho idt, ta có :
Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có:
Trong đó ta có:
: là năng lượng nguồn cung cấp.
: là năng lượng tiêu hao trên điện trở cuộn dây w.
:là năng lượng tích lũy trong từ trường
THEO PHƯƠNG PHÁP
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
c d
0
b
a
0 i1 i2 i
THEO PHƯƠNG PHÁP
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
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:
Ứng với vị trí cuối có:
THEO PHƯƠNG PHÁP
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Năng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là:
:= diện tích
Vậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào để nắp mạch từ
chuyển động là:
: = diện tích hình thang
Theo định luật cân bằng năng lượng có:
Trong đó là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1
đến vị trí 2.
= diện tích tam giác cong oad
Nếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính chỉ
xét ở đoạn tuyến
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
