BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chuyển đổi điện từ Là chuyển đổi trong đó đại l-ợng không điện (th-ờng là các di chuyển thẳng hay góc ) dẫn đến thay đổi điện cảm, hỗ cảm hoặc xuất hiện sức điện động cảm ứng ở cuộn dây. Bài 1. Chuyển đổi điện cảm Chuyển đổi điện cảm là chuyển đổi biến đổi giá trị đại l-ợng đo thành trị số điện cảm a. Một số loại chuyển đổi th-ờng gặp nh- sau:

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 3

UR T Ta cã: U T = R T + R1 XÐt khi cã biÕn d¹ng (sù dao ®éng víi tÇn sè cao) (1 + ξ R sin ωt ) , ω lµ tÇn sè dao ®éng cña ®èi t−îng U T = URTo R1 + RTo (1 + ξ R sin ωt ) Th«ng th−êng ξ R
Bµi 1. ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m lµ chuyÓn ®æi biÕn ®æi gi¸ trÞ ®¹i l−îng ®o thµnh trÞ sè ®iÖn c¶m a. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi th−êng gÆp nh− sau: P W W δ (b) (c) (a) P R P δ2 δ1 (e) (d) U≈ H×nh 3.14 Mét sè chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m th−êng gÆp -H×nh a lµ chuyÓn ®æi ®¬n kh¸ phæ biÕn, d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc P vÝ dô nh− lùc, ¸p xuÊt, sù di chuyÓn v.v sÏ lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ nªn lµm thay ®æi tõ trë toµn bé m¹ch tõ. Nh− vËy sÏ lµm thay ®æi tæng trë Z còng nh− ®iÖn c¶m L cña cuén d©y. H×nh b, c d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc P sÏ lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ. ChuyÓn ®æi nµy th−êng dïng ®Ó ®o nh÷ng di chuyÓn tõ 5 ÷ 20mm hoÆc di chuyÓn gãc. H×nh d lµ chuyÓn ®æi lµm thay ®æi dßng ®iÖn xo¸y, gåm mét cuén d©y kh«ng lâi thÐp ®−îc m¾c vµo ®iÖn ¸p cã tÇn sè rÊt cao(cì vµi Mhz). Khi ta di chuyÓn tÊm kim lo¹i hoÆc vßng d©y ng¾n m¹ch sÏ lµm thay ®æi tæn hao tõ trong cuén d©y, do vËy ®iÖn c¶m L cña cuén d©y còng thay ®æi theo. H×nh a, b, c, d cßn gäi lµ chuyÓn ®æi ®iÖn tõ ®¬n. H×nh e lµ chuyÓn ®æi lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ kiÓu vi sai, gåm hai cuén d©y gièng hÖt nhau. Khi chuyÓn ®æi ch−a lµm viÖc th×: δ1 = δ2 =δ0, Z1 = Z2 =Z0 NÕu chuyÓn ®æi lµm viÖc th×: δ1 ≠ δ2, Z1 = Z0 ± ΔZ, Z2 = Z ± ΔZ b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m NÕu ta bá qua tõ trë cña m¹ch tõ th×: http://www.ebook.edu.vn 15
w 2 μ 0 w 2S δ L= = , víi R μ = δ μ 0S Rμ w: lµ sè vßng d©y, μ0 = 4π.10-7 lµ hÖ sè dÉn tõ cña kh«ng khÝ, δ lµ chiÒu dµi khe hë kh«ng khÝ, S tiÕt diÖn hiÖu dông cña khe hë kh«ng khÝ, Rμ lµ tõ trë cña khe hë kh«ng khÝ VËy L phô thuéc vµo S vµ δ, sù biÕn thiªn cña L theo S vµ δ nh− sau: ∂L ∂L Ta cã: dL = dS + dδ ∂S ∂δ víi l−îng thay ®æi h÷u h¹n Δδ vµ ΔS th× μ0w 2 μ w 2S0 ΔL = ΔS − 0 Δδ δ0 (δ 0 + Δδ) 2 Trong ®ã S0, δ0 lµ gi¸ trÞ ban ®Çu cña S vµ δ khi chuyÓn ®æi ch−a lµm viÖc +§é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi tiÕt diÖn thay ®æi (δ = δ0 =const) ΔL w 2 μ 0 w 2 μ 0 S 0 L 0 = = = = const Ss = Δδ δ0 δ 0S0 S0 μ 0 w 2S0 Víi L0 = lµ gi¸ trÞ ®iÖn c¶m ban ®Çu cña chuyÓn ®æi δ0 + §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi δ thay ®æi lµ (S = S0 =const): μ 0 w 2S 0 ΔL L0 Sδ = = =− (δ 0 + Δ δ )2 Δδ 2 ⎡ ⎛ Δδ ⎞⎤ δ 0 ⎢1 + ⎜ ⎜ δ ⎟⎥ ⎟ ⎝ 0 ⎠⎦ ⎣ Δδ Ta thÊy ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi phô thuéc vµo δ0 NhËn xÐt: §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi S thay ®æi b»ng h»ng sè, cßn khi δ thay ®æi Δδ , vËy quan hÖ gi÷a L=f(δ) lµ phi tuyÕn. Thùc tÕ cho thÊy quan hÖ th× phô thuéc vµo δ0 Δδ Δδ L = f(δ) lµ tuyÕn tÝnh khi ≤ 0.2 ®èi víi chuyÓn ®æi ®¬n, vµ ≤ 0.4 ®èi víi δ0 δ0 chuyÓn ®æi vi sai. http://www.ebook.edu.vn 16
L L1 = f1(δ) L L = f(δ) Δδ Δδ δ L1-L2=f3(δ) L2 = f2(δ) δ δ0 ChuyÓn ®æi ®¬n ChuyÓn ®æi vi sai H×nh 3.15 Quan hÖ gi÷a ®iÖn c¶m vµ sù biÕn thiªn δ cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m c. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi Sù biÕn thiªn ®iÖn c¶m sÏ lµm biÕn thiªn trë kh¸ng trong toµn m¹ch. M¹ch ®o cã nhiÖm vô biÕn ®æi tiÕp tÝn hiÖu thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ®ñ lín ®Ó cã thÓ ph¸t ra c¸c tÝn hiÖu khèng chÕ mét c¸ch ch¾c ch¾n, biÕn thiªn ®iÖn c¶m trong m¹ch cã thÓ dÉn ®Õn biÕn thiªn vÒ biªn ®é hoÆc pha hoÆc tÇn sè cña ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn ®Çu ra. M¹ch ®o cã tªn t−¬ng øng lµ m¹ch ®iÒu biªn, ®iÒu pha hoÆc ®iÒu tÇn. Ta sÏ nghiªn cøu m¹ch th«ng dông lµ m¹ch ®iÒu biªn. M¹ch nµy th−êng lµ m¹ch cÇu vi sai nh− sau: Z1, Z2 lµ trë kh¸ng cña chuyÓn ®æi vi sai. Zb lµ trë kh¸ng phèi hîp víi Z1 vµ Z2 Z1 Zb Z0 trë kh¸ng cña dông cô ®o. Ur Uh U nguån cung cÊp, Z0 E Zb Z2 +Khi trôc ®o n»m ë vÞ trÝ c©n b»ng δ1 = δ2 = δ0, Z1 = Z2 = Z H×nh 3.16 M¹ch cÇu vi sai chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m CÇu c©n b»ng vµ Ura = 0 +Khi trôc ®o lÖch khái vÞ trÝ c©n b»ng tøc lµ δ1 vµ δ2 biÕn thiªn ng−îc nhau 1 l−îng lµ Δδ, khi ®ã Z1 vµ Z2 còng biÕn thiªn mét l−îng lµ ΔZ. Ta gi¶ sö Z1 = Z + ΔZ, Z2 = Z - ΔZ Ta ®i t×m quan hÖ gi÷a sù biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p Ur theo sù biÕn thiªn ΔZ nh− sau: + Gäi Uh lµ ®iÖn ¸p khi hë m¹ch ®o ( Z0 = ∞ ) EZ b EZ b Uh = − ( Z − ΔZ) + Z b ( Z + ΔZ) + Z b http://www.ebook.edu.vn 17
EZ b Z + EZ b Δ Z + EZ 2 − EZ b Z − EZ b Δ Z + EZ 2 = b b (Z + Z b )2 − (Δ Z )2 2EZ b ΔZ 2EZ b ΔZ = 2 EZ b Δ Z2 ≈ = (Z + Z b ) − (ΔZ) (Z + Z b ) 2 2 2 (Z + Z b ) + Gäi Uz lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn c¸c phÇn tö cña chuyÓn ®æi vi sai khi chuyÓn ®æi ch−a Z2 Z1 EZ lµm viÖc: Uz = Z + Zb 2Z b ΔZU z VËy ta cã Uh = (Z + Z b )Z Zb Zb + Trë kh¸ng trong cña cÇu Z0 I0 Zi = Z 1 Z b + Z 2 Z b Z1 + Z b Z 2 + Z b Uh H×nh 3.17 M¹ch thay thÕ cña chuyÓn ®æi vi sai Thay Z1 = Z + ΔZ, Z2 = Z - ΔZ, quy ®ång mÉu sè vµ rót gän ta ®−îc 2 2 Zi = 2 Z Z b + 2 ZZ2b − 2 Z b ΔZ 2 (Z + Z b ) − ΔZ 2 V× ΔZ kh¸ nhá cho nªn ta cã thÓ bá qua ΔZ2 Zi ≈ 2 ZZ b (Z + Z b ) = 2 ZZ b (Z + Z b ) Z + Zb 2 +Quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn I0 vµ ®iÖn ¸p Ura theo sù biÕn thiªn ΔZ lµ: 2Z b ΔZ U0 1 = Uz VËy I0 = Zi + Z0 Z + Z b Z Zi + Z0 Z 0 ΔZ 2Z b Hay U '0 = U ra = I 0 Z 0 = UZ Z + Z b Zi + Z0 Z + §é nh¹y vÒ dßng vµ ¸p cña cÇu: I0 2Z b 1 K SI = = Uz ΔZ Z Z + Z 0 Z i + Z 0 U 0' 2Zb Z0 = = U z = Z o .K SI K SU ΔZ Z Z + Z 0 Zi + Z 0 B»ng c¸ch tÝnh t−¬ng tù ta cã thÓ tÝnh ®−îc ®é nh¹y dßng vµ ¸p cña nhiÒu m¹ch chuyÓn ®æi d. ¦u nh−îc ®iÓm vµ øng dông http://www.ebook.edu.vn 18
Nh−îc ®iÓm cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m lµ ph¶n t¸c dông lªn ®èi t−îng ®o rÊt lín. Tuy nhiªn nã vÉn ®−îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ®Ó ®o c¸c di chuyÓn tõ vµi chôc μm ®Õn vµi chôc cm. Ngoµi ra cßn dïng ®Ó ®o lùc, ¸p xuÊt, ®é bãng cña chi tiÕt. ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m dÔ m¾c sai sè do ®iÖn ¸p nguån thay ®æi, tÇn sè, nhiÖt ®é thay ®æi. V× vËy khi thiÕt kÕ ta ph¶i chó ý ®Õn ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè trªn. http://www.ebook.edu.vn 19
Bµi 2. ChuyÓn ®æi hç c¶m Lµ chuyÓn ®æi biÕn gi¸ trÞ ®o thµnh trÞ sè hç c¶m a. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi hç c¶m th−êng gÆp: U≈ U≈ P x x δ E W2 E W1 E1 E2 U≈ U≈ d a b H×nh 3.18 Mét sè chuyÓn ®æi hç c¶m H×nh a lµ chuyÓn ®æi biÕn ¸p cã lâi di ®éng, cuén d©y w1 ®−îc cung cÊp b»ng nguån xoay chiÒu. Khi ®¹i l−îng c¬ häc P t¸c dông lªn chuyÓn ®æi th× sÏ lµm cho tõ trë cña khe hë kh«ng khÝ thay ®«Ø dÉn tíi tõ trë cña m¹ch tõ thay ®æi, ®iÒu nµy lµm cho tõ th«ng mãc vßng qua m¹ch tõ thay ®æi lµm xuÊt hiÖn sù thay ®æi søc ®iÖn ®éng E ë cuén d©y w2 H×nh b: d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng ®o sÏ lµm di chuyÓn vßng ng¾n m¹ch, tõ th«ng mãc vßng qua vßng d©y nhiÒu hay Ýt tuú thuéc vµo vÞ trÝ cña nã trong khe hë kh«ng khÝ. V× vËy khi di chuyÓn vßng ng¾n m¹ch sÏ lµm cho tõ th«ng chÝnh mãc vßng qua c¸c cuén d©y w1 vµ w2 thay ®æi nªn dÉn tíi E2 thay ®æi H×nh c: lµ chuyÓn ®æi vi sai kiÓu thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ, khi P t¸c dông lªn chuyÓn ®æi sÏ lµm cho δ1 vµ δ2 biÕn thiªn ng−îc nhau, do vËy tõ trë cña hai m¹ch tõ thay ®æi ng−îc nhau, dÉn ®Õn lµm cho E1 vµ E2 biÕn thiªn ng−îc nhau. b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi hç c¶m Khi chiÒu dµi hoÆc tiÕt diÖn khe hë kh«ng khÝ thay ®æi lµm cho tõ th«ng cña m¹ch tõ thay ®æi vµ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng e. Ta biÕt r»ng søc ®iÖn ®éng E sinh ra trªn cuén d©y w2 do tõ th«ng φ mãc vßng qua lµ: Tõ th«ng tøc thêi ®−îc tÝnh nh− sau: iw 1 w 1μ 0 Si φt = = δ Rδ i lµ gi¸ trÞ dßng tøc thêi trong cuén d©y kÝch thÝch w1 http://www.ebook.edu.vn 20
Søc ®iÖn ®éng t¹o thµnh trong cuén d©y ®o w2 dφ t w w μ S di e = −w 2 =− 2 1 0 δ dt dt w2 lµ sè vßng d©y cuén d©y ®o Khi lµm viÖc víi dßng xoay chiÒu i = Imsinωt w 2 w 1μ 0S e=− ωI m cos ωt Ta cã: δ Gi¸ trÞ hiÖu dông cña søc ®iÖn ®éng w 2 w 1μ 0 S S E= ωI = K δ δ §©y lµ ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi hç c¶m, I lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn Víi K = w1w2μ0ωI Víi w1, w2, μ0, ω vµ I b»ng h»ng sè ta cã: ∂E ∂E dE = ds + dδ ∂S ∂δ ΔS Δδ ΔE = K − KS Hay (δ 0 + Δδ)2 δ0 §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi chiÒu dµi khe hë kh«ng khÝ thay ®æi lµ (S =const): ΔE E0 KS Sδ = =− = Δδ 2 2 ⎛ Δδ ⎞ ⎡ ⎛ Δδ ⎞⎤ δ ⎜1 + ⎜ δ⎟ δ 0 ⎢1 + ⎜ ⎟⎥ 2 ⎟ ⎜⎟ 0 ⎣ ⎝ δ 0 ⎠⎦ ⎝ 0⎠ §é nh¹y khi tiÕt diÖn khi khe khÝ thay ®æi (δ = const) ΔE K E 0 Ss = = = ΔS δ 0 S0 KS 0 Víi E 0 = lµ søc ®iÖn ®éng hç c¶m ban ®Çu trong cuén d©y ®o w2 khi Xv =0 δ0 NhËn xÐt: §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi S thay ®æi b»ng h»ng sè, cßn khi δ thay ®æi Δδ th× phô thuéc vµo tû sè δ0 http://www.ebook.edu.vn 21
c. M¹ch ®o vµ øng dông §a sè m¹ch ®o cña chuyÓn ®æi hç c¶m gièng nh− chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m, trong ®ã chñ yÕu ng−êi ta sö dông m¹ch cÇu. Ngoµi ra thùc tÕ ng−êi ta cßn dïng m¹ch cÇu nh− sau (cÇu vi sai 6 nh¸nh): §iÖn trë Rc vµ C dïng ®Ó R R0 R c©n b»ng thµnh phÇn ¶o (gãc Rc pha). ~U L + ΔL R0 c©n b»ng thµnh phÇn C thùc (biªn ®é). R0
HiÖu øng ¸p tõ lµ hiÖn t−îng mµ d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc sÏ lµm cho hÖ sè dÉn tõ μ vµ mét sè tÝnh chÊt kh¸c cña vËt liÖu tõ thay ®æi dÉn ®Õn thay ®æi tæng trë cña chuyÓn ®æi. Mét sè d¹ng cña chuyÓn ®æi ¸p tõ nh− trªn H×nh 3.20 a vµ h×nh 3.20 b lµ chuyÓn ®æi ¸p tõ kiÓu ®iÖn c¶m vµ hç c¶m, nã th−êng dïng ®Ó ®o c¸c lùc rÊt lín, d−íi t¸c dông cña lùc c¬ häc Fx sÏ lµm cho ®é dÉn tõ μ cña vËt liÖu s¾t tõ thay ®æi dÉn ®Õn thay ®æi tõ trë m¹ch tõ Rμ lµm cho tæng trë thay®æi còng nh− ®iÖn c¶m thay ®æi. H×nh 3.20 c lµ chuyÓn ®æi ¸p tõ dßng xoay chiÒu d¹ng biÕn ¸p. Søc ®iÖn ®éng cña cuén thø cÊp phô thuéc vµo sù hç c¶m gi÷a hai cuén d©y mµ chÝnh lµ do sù biÕn thiªn hÖ sè μ cña lâi thÐp. C¸c cuén d©y w1 vµ w2 cña chuyÓn ®æi ®−îc quÊn trªn mét 1 lâi s¾t tõ ®Æc vµ ®−îc bè trÝ ®Æt vu«ng gãc víi nhau. Cuén d©y w1 ®−îc cung cÊp b»ng nguån xoay chiÒu ®iÖn ¸p U. Khi lùc t¸c dông Fx = 0 ®−êng søc tõ cña cuén w1 ®−îc bè trÝ ®èi xøng nªn sÏ kh«ng mãc vßng qua cuén w2 lµm cho E2 =0. Khi Fx ≠ 0 (cã lùc t¸c dông) do sù thay ®æi cña tõ thÈm μ nªn tõ tr−êng cña cuén d©y w1 mÊt ®èi xøng v× vËy nã sÏ mãc vßng qua cuén w2 nªn t¹o ra E2 ≠ 0 vµ phô thuéc vµo lùc t¸c dông Fx b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi ¸p tõ V× chuyÓn ®æi nµy lu«n cã m¹ch tõ kÝn. V× vËy ®iÖn trë cña cuén d©y rÊt nhá so víi trë kh¸ng cña nã (R < 5% XL). V× vËy ta cã thÓ bá qua, cho nªn ta cã, bá qua tæn hao dßng xo¸y vµ tõ trÔ, ®iÖn c¶m cña chuyÓn ®æi ¸p tõ sÏ lµ: w 2 w 2 μS L= = (*) Rμ l w: sè vßng cuén d©y, Rμ lµ tõ trë cña m¹ch tõ, S lµ tiÕt diÖn c¾t ngang m¹ch tõ, l lµ chiÒu dµi trung b×nh cña ®−êng søc tõ, μ ®é tõ thÈm cña lâi thÐp Tõ (*) ta cã (víi w= const) ∂L ∂L ∂L dL = dμ + dS + dl ∂μ ∂S ∂l ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ΔS Δμ ⎟ 2 2 2 μw ΔS w SΔμ μw SΔl Δl ΔL = + − = L0⎜ + − ⎟ (l + Δ l ) 2 μ 2 l l S Δl ⎞ ⎛ ⎜ ⎟ l⎜ 1 + ⎟ ⎜ ⎟ l⎠ ⎝ ⎝ ⎠ μw 2 S Víi L0 = : gi¸ trÞ ®iÖn c¶m ban ®Çu khi ch−a cã lùc t¸c dông l http://www.ebook.edu.vn 23
§é nh¹y cña chuyÓn ®æi nh− sau: Khi chÞu biÕn d¹ng th× chiÒu dµi ®−êng søc tõ thay ®æi, ®é nh¹y lµ: ΔL / L 0 MËt dé diÖn c¶ m Sl = = Δl / l ChiÒu dµi d−ßng søc tõ S / S Δμ / μ 1 =Δ + − Δl / l Δl / l ⎛ Δl ⎞ 2 ⎜1 + ⎟ l⎠ ⎝ ΔS / s §Æt Kp =- : HÖ sè po¸t x«ng Δl / l Δμ / μ Sμ = : hÖ sè ¸p tõ, ®Æc tr−ng cho tõng lo¹i vËt liÖu Δl / l V× Δl/l > Kp Víi ®é chÝnh x¸c t−¬ng ®èi, cã thÓ coi ®é nh¹y t−¬ng ®èi cña chuyÓn ®æi nh− sau: Δμ / μ = Sμ Sl = Δl / l Tæng trë cña chuyÓn ®æi: ωw 2 μS Z = ωL = l T−¬ng tù ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi ¸p tõ ®èi víi tæng trë Z b»ng ®é nh¹y ¸p tõ cña nã: ΔZ / Z = S l = Sμ SZ = Δl / l C¸c hÖ sè Kp, Sμ tra trong sæ tay kü thuËt Fx c. M¹ch ®o, sai sè vµ øng dông C§1 M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ¸p tõ gièng nh− m¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m vµ chuyÓn ®æi hç V C§2 c¶m song nã cã thÓ ®o ®−îc c¸c ®aÞ l−îng biÕn thiªn nhanh tíi hµng chôc KHz VÝ dô: S¬ ®å cÇu nh− sau H×nh 3.21 M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ¸p tõ http://www.ebook.edu.vn 24
Nguyªn nh©n g©y ra sai sè c¬ b¶n lµ do hiÖn t−îng tõ trÔ trong qu¸ tr×nh t¨ng t¶i vµ gi¶m t¶i. Sù biÕn thiªn cña hÖ sè dÉn tõ. Δμ = f (Fx ) trong chu kú ®Çu tiªn lóc t¨ng t¶i vµ gi¶m t¶i cã thÓ lªn tíi 10%. Sau μ nhiÒu lÇn t¨ng vµ gi¶m th× sai sè cßn l¹i kho¶ng 1% Mét nguyªn nh©n g©y ra sai sè lµ sù dao ®éng cña dßng ®iÖn kÝch tõ trong chuyÓn ®æi. Khi dßng ®iÖn kÝch tõ thay ®æi sÏ lµm thay ®æi hÖ sè dÉn tõ cña lâi thÐp dÉn tíi thay ®æi Sμ Khi thiÕt kÕ ph¶i tÝnh to¸n sao cho chuyÓn ®æi lµm viÖc ë miÒn cã c¶m øng tõ cùc ®¹i. Khi ë ®iÒu kiÖn nµy th× sai sè sÏ nhá h¬n 0.4% Khi nhiÖt ®é thay ®æi sÏ dÉn tíi thay ®æi ®iÖn trë thuÇn cña cuén d©y, dÉn ®Õn thay ®æi hÖ sè dÉn tõ μ vµ dÉn ®Õn Sμ thay ®æi, sai sè nµy th−êng trong kho¶ng 0.5 ÷ 1% khi nhiÖt ®é biÕn thiªn trong kho¶ng 100C + øng dông: chuyÓn ®æi ¸p tõ th−êng dïng ®Ó ®o c¸c lùc lín tíi 10N. §o ¸p xuÊt trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt (c«ng nghiÖp dÇu khÝ). MÆc dï gÆp sai s« lín nh−ng cÊu t¹o ®¬n gi¶n lµm viÖc tin cËy nªn chuyÓn ®æi nµy th−êng ®−îc øng dông réng r·i trong kü thuËt. Bµi 4. ChuyÓn ®æi c¶m øng a. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc §©y lµ chuyÓn ®æi ph¸t ®iÖn. Nguyªn lý lµm viÖc cña nã lµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn lµm thay ®æi tõ th«ng mãc vßng qua c¸c cuén d©y nªn t¹o ra søc ®iÖn ®éng: dφ e =− w dt Theo nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi c¶m øng ®−îc chia thµnh hai nhãm: +Nhãm 1: Tõ trë ®−îc gi÷ kh«ng ®æi trªn ®−êng ®i cña tõ th«ng 1 chiÒu. Søc ®iÖn ®éng c¶m øng ®−îc sinh ra b»ng sù di chuyÓn th¼ng hoÆc chuyÓn ®æi quay cña cuén d©y trong tõ tr−êng cña nam ch©m vÜnh cöu. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi th× cuén d©y ®øng yªn vµ nam ch©m chuyÓn ®éng. §¹i diÖn cho nhãm nµy nh− lµ m¸y ph¸t tèc (m¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu). §Çu vµo lµ ω, ®Çu ra lµ E = Kφω n Trong ®ã ω = , n lµ sè vßng quay / phót 9.55 http://www.ebook.edu.vn 25
+ Nhãm 2: Nam ch©m vÜnh cöu vµ cuén d©y ®øng yªn. Søc ®iÖn ®éng c¶m øng ra b»ng c¸ch thay ®æi tõ th«ng do sù dao ®éng cña toµn bé tõ trë m¹ch tõ. Sù dao ®éng nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi kho¶ng c¸ch hoÆc diÖn tÝch khe hë kh«ng khÝ (®«i khi thay ®æi μ) VÝ dô mét sè chuyÓn ®æi th−êng gÆp nh− sau: N N x x S S b N N a Fx φ N 1 N ϕx c S 1 S H×nh 3.22 Mét sè chuyÓn ®æi c¶m øng H×nh 3.22 a lµ lo¹i thay ®æi tõ th«ng b»ng c¸ch thay ®æi vÞ trÝ cña cuén d©y trong tõ tr−êng, h×nh 3.22 b lµ lo¹i thay ®æi tõ trë cña m¹ch tõ, h×nh 3.22 c lµ lo¹i thay ®æi tõ th«ng b»ng c¸ch thay ®æi hÖ sè dÉn tõ d−íi hiÖn t−îng ¸p tõ. +§èi víi chuyÓn ®æi cã cuén d©y chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng th× søc ®iÖn ®éng c¶m øng lµ: dx dx dx = -BπDW e = -Bl = S1 dt dt dt Trong ®ã B: c¶m øng tõ trong khe hë kh«ng khÝ. l = πDW lµ chiÒu dµi thùc cña cuén d©y W: Sè vßng d©y x: l−îng di chuyÓn +§èi víi chuyÓn ®æi lµm thay ®æi m¹ch tõ ta cã: dφ wF dRμ F dF dx Ta cã: φ = , vËy e = − w = − w =2 =S Rμ dt dt R μ R μ dt dt S ®−îc gäi lµ ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi. http://www.ebook.edu.vn 26
F: søc tõ ®éng cña nam ch©m ®iÖn +§èi víi chuyÓn ®æi lµm thay ®æi hÖ sè dÉn tõ μ vµ do ®ã lµm thay ®æi tõ trë m¹ch tõ: ⎛ dl1−1 ⎞ ' df ⎟ = Sμ x e = Sμ ⎜ ⎝ dt ⎠ dt l1-1 lµ chiÒu dµi ®o¹n m¹ch tõ bÞ biÕn d¹ng Sμ vµ S’μ ®é nh¹y t−¬ng øng khi l thay ®æi vµ fx thay ®æi • Tæng qu¸t ta cã ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi c¶m øng lµ: dx e=S dt S: lµ ®é nh¹y phô thuéc cÊu tróc cña chuyÓn ®æi, x lµ ®¹i l−îng vµo. b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi c¶m øng §Ó t¹o ra søc ®iÖn ®éng, trong c¸c chuyÓn ®æi c¶m øng ph¶i cã bé phËn dao ®éng. Sù biÕn thiªn dao ®éng dÉn tíi sù biÕn thiªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong chuyÓn ®æi, do vËy ta ph¶i xÐt ®Õn ®iÒu nµy. M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng cña chuyÓn ®æi c¶m øng nh− sau: e: søc ®iÖn ®éng cña chuyÓn ®æi, L ®iÖn c¶m cña cuén d©y, R ®iÖn trë cña cuén d©y, Rt ®iÖn trë m¹ch lÊy tÝn hiÖu, Ura ®iÖn ¸p ra. Ta cã: Hµm truyÒn ®¹t cña m¹ch lµ: Ura ( p) W(p) = , ta cã ph¶i ®i t×m quan hÖ nµy X (p) Søc ®iÖn ®éng e trong m¹ch ®−îc tÝnh di L R e = (R + Rt)i + L dt e Rt Ura ChuyÓn sang to¸n tö Laplatx¬ E(p) = (R + Rt)I(p) + pLI(p) U ra ( p) Vµ Ura(p) = Rt I(p) ⇒ I(p) = H×nh 3.23 M¹ch thay thÕ chuyÓn ®æi c¶m øng Rt U ra ( p ) [(R + R t ) + pL ] E(p) = Rt dx ⇒ E ( p) = SpX ( p) Theo phÇn 1 ta cã v× e = S dt http://www.ebook.edu.vn 27
U ra (p) [(R + R t ) + pL] SpX(p) = Rt SpR t / (R + R t ) U ra (p) SpR t = = Suy ra L R + R t + pL X ( p) 1+ p R + Rt L §Æt τ = : H»ng sè thêi gian tÝch ph©n R + Rt SR t S0 = : HÖ sè khuyÕch ®¹i L U ra ( p) S 0 τp = Cuèi cïng ta cã: , ®©y lµ kh©u vi ph©n thùc 1 + τp X ( p) +Khi x = A, ®¹i l−îng dÞch chuyÓn x = 0 S 0τ p A Ura = lim U ra (t ) = lim pU ra (p) = lim p =0 1+τ p p t →∞ p→0 p→ 0 + Khi x = At, ®¹i l−îng dÞch chuyÓn x biÕn thiªn theo t S 0τ p A Ura = lim U ra (t ) = lim pU ra (p) = lim p = A S 0τ 1+τ p p2 t →∞ p→0 p→ 0 ChuyÓn ®æi c¶m øng cã thÓ coi gÇn ®óng lµ kh©u vi ph©n. §Æc tÝnh ®éng cña nã chñ yÕu phô thuéc vµo qu¸n tÝnh cña m¹ch ®iÖn chuyÓn ®æi. Søc ®iÖn ®éng ®Çu ra tØ lÖ víi tèc ®é biÕn thiªn cña ®¹i l−îng ®Çu vµo. V× vËy muèn nhËn l¹i gi¸ trÞ x ta ph¶i l¾p thªm bé tÝch ph©n cña chuyÓn ®æi. dx U’ = ∫ edt = ∫ S dt = Sx dt Khi ®¹i l−îng vµo biÕn thiªn cã tÇn sè cao ta cÇn ph¶i xÐt ®Õn qu¸n tÝnh cña hÖ c¬ khÝ, nh− vËy ë tÇn sè cao ph−¬ng tr×nh lµm viÖc cña chuyÓn ®æi cã thÓ lµ ph−¬ng tr×nh bËc ba hay bËc cao h¬n. c. Sai sè vµ øng dông ChuyÓn ®æi c¶m øng cã ®é nh¹y rÊt cao, v× vËy cã thÓ dïng ®Ó ®o ®−îc nh÷ng di chuyÓn nhá nh− lµ tèc ®é, gia tèc vµ c¸c ®¹i l−îng biÕn thiªn kh¸c. Tuy nhiªn chuyÓn ®æi nµy ®−îc øng dông réng r·i nhÊt trong kü thuËt ®Ó ®o ®é chÊn ®éng. Sai sè cña chuyÓn ®æi c¶m øng kh¸ nhá. Sai sè cña lo¹i cuén d©y chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng nam ch©m vÜnh cöu lµ (0.2 ÷ 0.5)% http://www.ebook.edu.vn 28