BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN - LÊ NGỌC TẤN

Chia sẻ: Lê Minh Thân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

0
190
lượt xem
115
download

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN - LÊ NGỌC TẤN

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để điều khiển, kiểm tra, điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp sự cố. Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác nhau.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN - LÊ NGỌC TẤN

  1. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n TRÖÔØNG CAO ÑAÚNG COÂNG NGHIEÄP HUEÁ TRÖÔØ KHOA ÑIEÄN TOÅ BOÄ MOÂN: CUNG CAÁP ÑIEÄN TAÄP BAØI GIAÛNG TAÄ MOÂN: LYÙ THUYEÁT KHÍ CUÏ ÑIEÄN MOÂ (LÖU HAØNH NOÄI BOÄ) Ngöôøi daïy: Leâ Ngoïc Taán Hueá, thaùng 6 naêm 2012 TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 1
  2. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Lôøi töïa Lôø Do trình ñoä vaø thôøi gian soaïn coøn nhieàu haïn cheá, neân trong taäp lieäu naøy vaãn coøn raát nhieàu sai xoùt raát mong söï ñoùng goùp giuùp ñôõ cuûa caùc thaày coâ. Chaân thaønh caùm ôn | Taøi lieäu tham khaûo Taø Taø * Taøi lieäu chính: 1. Khoa Ñieän - Tröôøng CÑCN Hueá, Giaùo trình Khí cuï ñieän, löu haønh noäi boä 2. Phaïm Vaên Chôùi, Khí cuï ñieän, NXB Khoa hoïc KT. 3. Giaùo trình khí cuï ñieän, NXB Giaùo duïc, 2002. khaû * Taøi lieäu tham khaûo: 1. Leâ Thaønh Baéc, Giaùo trình thieát bò ñieän, NXB Khoa hoïc KT. 2. Khí cuï ñieän & thieát bò tieâu thuï ñieän haï aùp, NXB Khoa hoïc KT. 3. Toâ Ñaèng - Nguyeãn Xuaân Phuù, Söû duïng vaø söõa chöõa khí cuï ñieän haï theá, 2007. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 2
  3. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n CHÖÔNG CHÖÔNG 1 LYÙ KHÍ LYÙ THUYEÁT CÔ SÔÛ KHÍ CUÏ ÑIEÄN 1.1 Khaùi nieäm, phaân loaïi vaø caùc yeâu caàu cô baûn cuûa khí cuï ñieän 1.1 1.1.1. 1.1.1. Khaùi nieäm Khí cuï ñieän (KCÑ) laø thieát bò ñieän duøng ñeå ñieàu khieån, kieåm tra, ñieàu chænh, khoáng cheá caùc ñoái töôïng ñieän cuõng nhö khoâng ñieän vaø baûo veä chuùng trong tröôøng hôïp söï coá. Khí cuï ñieän coù raát nhieàu chuûng loaïi vôùi chöùc naêng, nguyeân lyù laøm vieäc vaø kích côõ khaùc nhau. Noù ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû caùc nhaø maùy phaùt ñieän, caùc traïm bieán aùp, trong caùc xí nghieäp… vaø trong moïi lónh vöïc cuûa cuoäc soáng. 1.1.2. 1.1.2. Phaân loaïi KCÑ raát ña daïng, raát nhieàu chuûng loaïi vaø ñöôïc söû duïng ôû moïi lónh vöïc. Do ñoù, ñeå tieän cho vieäc söû duïng vaø söûa chöõa, ngöôøi ta chia KCÑ thaønh nhieàu nhoùm nhö sau: a. a. Theo chöùc naêng - Nhoùm KCÑ ñoùng caét Chöùc naêng chính cuûa nhoùm naøy laø ñoùng caét töï ñoäng hoaëc baèng tay löôùi ñieän, maïch ñieän ôû cheá ñoä laøm vieäc khaùc nhau. Caùc KCÑ ñoùng caét goàm caàu dao, dao caùch ly, dao phuï taûi, maùy caét töï ñoäng (aùptomaùt), caàu chì, caùc boä chuyeån ñoåi nguoàn. Ñaëc ñieåm cuûa nhoùm KCÑ ñoùng caét laø taàn soá thao taùc thaáp (thænh thoaûng môùi phaûi thao taùc). Do ñoù, tuoåi thoï veà thao taùc cuûa chuùng thöôøng khoâng cao (ñeán khoaûng haøng chuïc ngaøn laàn ñoùng caét). Dao caùch ly duøng ñeå ñoùng caét doøng khoâng taûi cuûa maïch ñieän, maùy bieán aùp, ñöôøng daây. Dao phuï taûi duøng ñeå ñoùng caét maïch ñieän khi coù taûi. Caàu chì, maùy caét duøng ñeå töï ñoäng caét maïch ñieän khi bò söï coá nhö ngaén maïch, quaù taûi. - Nhoùm KCÑ duøng ñeå haïn cheá doøng ñieän, ñieän aùp. Nhoùm naøy coù chöùc naêng haïn cheá doøng ñieän, ñieän aùp trong maïch khoâng taêng quaù cao khi bò söï coá. Khaùng ñieän duøng ñeå haïn cheá doøng ngaén maïch. Van choáng seùt duøng ñeå haïn cheá ñieän aùp. - Nhoùm KCÑ duøng ñeå môû maùy, ñieàu khieån. Nhoùm naøy goàm caùc loaïi KCÑ nhö caùc boä môû maùy, boä khoáng cheá, ñieän trôû môû maùy, contactor, khôûi ñoäng töø… Ñaëc ñieåm cuûa nhoùm naøy laø taàn soá thao taùc cao (coù theå leân tôùi 1500 laàn/giôø). Vì vaäy, tuoåi thoï veà thao taùc cuûa chuùng cao (coù theå tôùi haøng trieäu laàn ñoùng caét). - Nhoùm KCÑ kieåm tra, theo doõi Nhoùm naøy coù chöùc naêng kieåm tra, theo doõi söï laøm vieäc cuûa caùc ñoái töôïng vaø bieán ñoåi caùc tín hieäu khoâng ñieän thaønh tín hieäu ñieän. Noù goàm caùc loaïi rôle, caùc boä caûm bieán… Ñaëc ñieåm cuûa nhoùm naøy laø coâng suaát thaáp, thöôøng ñöôïc noái maïch ôû thöù caáp ñeå bieán ñoåi, truyeàn tín hieäu. - Nhoùm KCÑ bieán ñoåi doøng ñieän, ñieän aùp. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 3
  4. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Nhoùm naøy goàm maùy bieán doøng ñieän vaø maùy bieán ñieän aùp, vôùi chöùc naêng bieán ñoåi doøng ñieän, ñieän aùp cao (hoaëc thaáp) thaønh doøng ñieän, ñieän aùp coù trò soá thích hôïp, an toaøn cho vieäc ño löôøng, ñieàu khieån, baûo veä. b. Theo nguyeân lyù laøm vieäc. KCÑ ñöôïc chia theo caùc nhoùm vôùi nguyeân lyù nhö: ñieän töø, ñieän ñoäng, ñieän cô, töø ñieän, nhieät, coù tieáp xuùc vaø khoâng tieáp xuùc. c. Theo nguoàn ñieän. KCÑ ñöôïc chia theo nguoàn ñieän maø noù hoaït ñoäng nhö: KCÑ moät chieàu vaø KCÑ xoay chieàu. d. Theo ñoä lôùn cuûa ñieän aùp laøm vieäc Döïa vaøo ñieän aùp laøm vieäc cuûa khí cuï ñieän, ngöôøi ta chia laøm caùc loaïi sau: - KCÑ haï aùp: laøm vieäc vôùi ñieän aùp döôùi 1000V. - KCÑ trung aùp: laøm vieäc vôùi ñieän aùp töø 1000V ñeán 36KV. - KCÑ cao aùp: laøm vieäc vôùi ñieän aùp töø 36KV ñeán 400KV. - KCÑ sieâu cao aùp: laøm vieäc vôùi ñieän aùp treân 400KV. e. Theo ñieàu kieän moâi tröôøng Döïa vaøo moâi tröôøng laøm vieäc chia laøm caùc loaïi nhö: KCÑ laøm vieäc trong nhaø, KCÑ laøm vieäc ngoaøi trôøi, KCÑ laøm vieäc trong moâi tröôøng deã chaùy noå… Toùm laïi, tuyø theo chöùc naêng vaø ñieàu kieän laøm vieäc, caùc KCÑ coù caùc yeâu caàu cuï theå, rieâng bieät, nhöng yeâu caàu cô baûn nhaát vaãn laø caùc yeâu caàu veà kyõ thuaät vaø kinh teá. 1.1.3. Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa khí cuï ñieän - KCÑ phaûi ñaûm baûo söû duïng laâu daøi vôùi caùc thoâng soá ñònh möùc. Nghóa laø ñöôïc söû duïng ôû doøng ñieän, ñieän aùp, taàn soá… khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp. - KCÑ phaûi oån ñònh nhieät vaø oån ñònh ñieän ñoäng. Vaät lieäu phaûi chòu noùng toát vaø coù cöôøng ñoä cô khí cao, vì khi bò quaù taûi hay ngaén maïch, doøng ñieän lôùn, phaùt sinh nhieät cao coù theå laøm hö hoûng hay bieán daïng KCÑ. - Vaät lieäu caùch ñieän phaûi toát ñeå khi xaûy ra quaù ñieän aùp trong phaïm vi cho pheùp, KCÑ khoâng bò hö hoûng. - KCÑ phaûi ñaûm baûo laøm vieäc ñöôïc chính xaùc, an toaøn, song phaûi goïn nheï, reû tieàn vaø deã gia coâng, laép raùp, kieåm tra vaø söûa chöõa. - Ngoaøi ra, KCÑ phaûi laøm vieäc oån ñònh ôû caùc ñieàu kieän khí haäu vaø moâi tröôøng yeâu caàu. 1.2 1.2. HOÀ QUANG ÑIEÄN. Hoà quang ñieän laø söï phoùng ñieän maïnh vaø duy trì trong chaát khí, noù ñaït giaù trò doøng ñieän töông ñoái lôùn vaø ñieän aùp rôi treân thaân hoà quang töông ñoái nhoû. Do ñaëc ñieåm phoùng ñieän treân hoà quang cuõng phaûi tuaân thuû nhöõng nguyeân taéc cô baûn cuûa söï phoùng ñieän veà ñieàu kieän ñieän aùp vaø moâi tröôøng. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 4
  5. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n 1.2 1.2.1. Ñaëc tính phoùng ñieän trong chaát khí. 1. Phoùng ñieän trong chaát khí laø toaøn boä caùc hieän töôïng daãn ñeán söï xuaát hieän doøng ñieän xuyeân qua khoaûng caùch khí döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng. Hình 1.12 bieåu dieãn quan heä giöõa doøng vaø aùp qua caùc giai ñoaïn phaùt trieån phoùng ñieän cuûa moät khoaûng caùch khoâng khí giöõa hai ñieän tröôøng. Söï phoùng ñieän trong khoâng khí goàm caùc giai ñoaïn nhö sau: C D E Hình 1.12. Ñaëc tính phoùng ñieän trong khoâng khí. Söï daãn ñieän trong chaát khí laø söï phoùng ñieän giöõa caùc ñieän cöïc khi ñieän aùp ñaït tôùi moät giaù trò nhaát ñònh. Quan saùt söï phoùng ñieän giöõa doøng ñieän phoùng vaø ñieän aùp giöõa hai ñieän cöïc vôùi moät khoaûng caùch nhaát ñònh chuùng ta thaáy: - ÔÛ ñoaïn OA: töông öùng vôùi söï phoùng ñieän duy trì do caùc haït mang ñieän gaây ra töø söï ion hoaù töï nhieân, ñoaïn naøy doøng ñieän taêng tuyeán tính vôùi ñieän aùp. - Ñoaïn AB: coù söï phaùt sinh caùc ion hoaù do söï va ñaäp trong quaù trình di chuyeån cuûa caùc ion. Doøng ñieän haàu nhö khoâng taêng theo ñieän aùp vì caùc haït ñieän tích sinh ra töø hieän töôïng ion hoaù töï nhieân ñeàu taùi hôïp taïi ñieän cöïc. - Ñoaïn BC: töông öùng vôùi söï phoùng ñieän choïc thuûng trong moâi tröôøng khí khi coâng suaát nguoàn ñuû lôùn, doøng ñieän ñaït vaøi mA. Söï choïc thuûng baây giôø laø söï phoùng ñieän laïnh. - Ñoaïn CD: töông öùng vôùi söï taêng nhanh cuûa doøng ñieän so vôùi ñieän aùp vaø phaùt sinh hieän töôïng vôùi söï phoùng ñieän laø caùc tia saùng nhö tia löûa, goïi laø tia löûa ñieän. Tia löûa ñieän coù maät ñoä doøng nhoû, ñieän aùp treân hai cöïc raát cao khoaûng vaøi traêm Volt. - Taïi ñieåm D: söï phoùng ñieän maïnh khoaûng 0,1A vaø ñieän aùp suït theo doøng ñieän phoùng moät caùch nhanh choùng. Ñoù laø quaù trình hình thaønh söï phoùng ñieän hoà quang (maät ñoä doøng ñieän lôùn, ñieän aùp nhoû khoaûng vaøi chuïc Votl). - Ñoaïn DE: töông öùng vôùi hieän töông phoùng tia löûa ñieän neáu coâng suaát nguoàn nhoû vaø hoà quang chæ thöïc söï phaùt sinh khi coâng suaát nguoàn vaø cöôøng ñoä ñieän tröôøng ñuû lôùn. 1.2 1.2.2. Quaù trình hình thaønh vaø ñaëc ñieåm cuûa hoà quang ñieän. a. Ñoài vôùi tieáp ñieåm coù doøng nhoû. Ñoà Ban ñaàu khoaûng caùch tieáp ñieåm raát beù, Do ñoù ñieän tröôøng ñaët leân ñieän cöïc raát cao. Neáu ñaït E > 3.107 V/m daãn ñeán phaùt xaï electron töï do. Khi maät ñoä electron phaùt xaï lôùn coù theå phaùt sinh hoà quang töø söï phoùng ñieän. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 5
  6. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n f. Ñoá f. Ñoái vôùi tieáp ñieåm coù doøng lôùn. Hình 1.13. quaù trình ion hoaù do hoà quang sinh ra. Luùc môû tieáp ñieåm löïc eùp tieáp ñieåm giaûm. Tieát dieän tieáp xuùc thöïc teá nhoû daàn daãn tôùi maät ñoä doøng ñieän taêng cao khoaûng vaøi traêm A/mm2. Söï phaùt noùng do maät ñoä cao laøm kim loaïi taïi ñieåm tieáp xuùc chaûy loûng thaønh gioït. Khi caùc tieáp ñieåm tieáp tuïc rôøi xa nhau gioït chaát loûng bò keùo caêng thaønh caùc caàu chaát loûng. Nhieät ñoä tieáp xuùc caøng taêng cao daãn ñeán chaát loûng kim loaïi boác hôi vaø quaù trình phaùt noùng raát nhanh gaây noå cuøng söï ion hoùa phaùt trieån nhanh do ñieän tröôøng lôùn daãn ñeán hình thaønh hoà quang. Quaù trình naøy thöôøng keùo theo söï maøi moøn tieáp ñieåm. Ñaë g. Ñaëc ñieåm cuûa hoà quang ñieän. Hoà quang ñieän laø söï phoùng ñieän maïnh vaø duy trì trong chaát khí noù ñaït giaù trò doøng ñieän töông ñoái lôùn vaø ñieän aùp treân thaân hoà quang töông ñoái nhoû. Coù theå neâu ra moät soá ñaëc ñieåm ñaëc bieät cuûa hoà quang laø: - Giöõa hai ñieän cöïc hình thaønh luoàng saùng choùi loaø vaø coù phaân bieät roõ raøng. - Nhieät ñoä hoà quang raát cao 5.000 ÷ 50.000 0K. - Maät ñoä doøng raát lôùn töø 10 – 106 A/cm2. 1.2 1.2.3. Tính chaát chung cuûa hoà quang. Söï phaân boá ñieän aùp treân toaøn boä chieàu daøi hoà quang khoâng ñeàu. Chieàu daøi hoà quang coù theå phaân thaønh 3 ñoaïn: - Veät Cathode: chieám moät khoaûng caùch raát beù tính töø ñieän cöïc cathode coù chieàu daøi ∆l vaøo khoaûng 106m vaø ñieän aùp rôi ∆UC vaøo khoaûng (10 ÷ 20)V vaø khoâng phuï thuoäc chieàu daøi hoà quang, ñieän tröôøng ôû ñaây raát lôùn (107 ÷ 108 V/m). Veät cathode coù theå laøm kim loaïi noùng Hình 1.14. phaân boá ñieän aùp hoà quang. chaûy, veät saùng choùi loøa. Chuû yeáu nhieät ñoä sinh ra do söï va ñaäp giöõa caùc ñieän tích e phaùt xaï töø cathode vaø khoái ion döông di chuyeån veà ñieän cöïc naøy. - Veät anode: coù ñoä daøi khoaûng 10-6m coù ñieän aùp rôi ∆UA ≈ ∆UC khoaûng (10 ÷ 20V). Söï hình thaønh caùc veät anode laø do caùc ñieän tích e- taäp trung veà quanh anode vaø e- giaûi phoùng nhieät luôïng cuûa mình tích luyõ trong quaù trình di chuyeån. Veät anode cuõng saùng choùi loaø nhö veät cathode vaø nhieät ñoä ôû ñaây coøn cao hôn ôû cathode. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 6
  7. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n - Thaân hoà quang: khoaûng saùng coøn laïi giöõa hai veät choùi saùng ôû ñieän cöïc ñöôïc goïi laø thaân hoà quang.Thaân hoà quang coù ñieän tröôøng vaøo khoaûng (1.000 ÷ 5.000 )V/m. Ñieän aùp thaân hoà quang laø phaàn coøn laïi cuûa ñieän aùp hoà quang sau khi tröø ñi ñieän aùp rôi treân 2 veät ñieän cöïc. Töø hình 1.14 cuõng cho thaáy do cöôøng ñoä ñieän tröôøng phaân boá khoâng ñoàng nhaát treân chieáu daøi cuûa hoà quang, laøm cho quaù trình chaùy cuûa hoà quang phöùc taïp hôn. Trong thöïc teá ñeå deã daøng daäp taét hoà quang, ngöôøi ta duøng phöông phaùp phaân boá laïi hoà quang baèng caùc vaùch ngaên kim loaïi. ÔÛ hoà quang ngaén 2 veät anode vaø cathode chieám gaàn heát ñieän aùp vaø chieàu daøi hoà quang neân phaàn thaân hoà quang gaàn nhö khoâng coøn phaân bieät roõ. Hoà quang ngaén: Un = ∆UA + ∆UC (∆Uth ≈ 0). Ñoái vôùi hoà quang ngaén caùc ñieàu kieän chaùy vaø daäp taét hoà quang ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu bôûi caùc hieän töôïng xaûy ra ôû caùc ñieän cöïc. ÔÛ hoà quang daøi 2 veät saùng choùi nhoû chieám ôû 2 phía ñaàu ñieän cöïc, coøn veät saùng keùo daøi giöõa hai veät choùi loøa goïi laø thaân hoà quang, chieàu daøi thaân hoà quang chieám haàu heát chieàu daøi hoà quang. Ñoái vôùi hoà quang daøi caùc ñieàu kieän duy trì vaø daäp taét hoà quang ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu do moâi tröôøng chaùy ôû thaân hoà quang. Ngöôøi ta phaân bieät hoà quang ngaén, daøi phuï thuoäc vaøo ñieän aùp hoà quang so vôùi ñieän aùp rôi treân caùc phaàn cuûa hoà quang, hoaøn toaøn khoâng do khoaûng caùch hình hoïc. 1.2 1.2.4. Ñaëc tính volt-amper cuûa hoà quang. volt- Ñaëc tính V-A cuûa hoà quang bieåu dieãn quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa hoà quang U = f(i) nhö hình 1.15. Ñaëc tính V-A cuûa hoà quang coù moät soá ñaëc ñieåm sau: Hình 1.15. Ñaëc tính Volt – ampe cuûa hoà quang xoay chieàu. - Toàn taïi giôùi haïn ñieän aùp maø ôû ñoù hoà quang baät chaùy xaùc ñònh ñöôïc goïi laø Uc. Neáu nguoàn thaáp hôn Uc thì söï phoùng ñieän hoà quang khoâng theå xaûy ra. - Ñöôøng ñaëc tính cuûa hoà quang khoâng tuyeán tính, khoâng ñoàng nhaát ôû hai chieàu taêng giaûm. ÔÛ chieàu giaûm doøng qua hoà quang ñieän aùp taêng trôû laïi, nhöng giôùi haïn ñieän aùp giöõa hai ñieän cöïc khi hoà quang taét thaáp hôn giôùi haïn chaùy goïi laø Ut . - Ñaëc tính hoà quang phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch giöõa hai ñieän cöïc, khi khoaûng caùch taêng ñöôøng ñaëc tính taêng cao toàn taïi Uc vaø Ut cao hôn. - Ñaëc tính hoà quang coøn phuï thuoâïc ñaëc tính moâi tröôøng vaät lyù giöõa hai ñieän cöïc, khi cöôøng ñoä khöû ion caøng maïnh thì ñöôøng ñaëc tính caøng naâng cao hôn. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 7
  8. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Ñaëc tính volt-amper cuûa hoà quang aûnh höôûng bôûi nhieàu yeáu toá nhö doøng ñieän, chieàu daøi hoà quang, vaät lieäu laøm tieáp ñieåm vaø moâi tröôøng chaùy cuûa hoà quang. Taát caû quan heä naøy ñöôïc bieåu dieãn qua heä thöùc Ayrton: Uhq= A + Bl + (C + Dl)/ iaT (1.68) trong ñoù: A,B,C,D laø nhöõng heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu tieáp ñieåm. B,D coøn phuï thuoäc vaøo moâi tröôøng chaùy. a: laø heä soá nhieät. T:laø nhieät ñoä 0K. Ta coù theå xem xeùt moät vaøi giaù trò A,B, C, D cuûa moät soá vaät lieäu moâi truôøng chaùy khoâng khí töï nhieân. Vaät lieäu A (V) B (V/cm) C (VA) D (VA/m) Graphit 38,8 20,7 11,6 10,34 Cu 21,4 30 10,7 15,2 Ag 14,2 36 11,4 19 Au 20,82 4,62 12,17 20,97 Ni 17,14 3,89 12,17 17,48 Fe 15,73 2,52 9,44 15,02 Platin (Pt) 24,29 4,8 9,44 20,33 - Khi chieàu daøi l ≈ 0 luùc ñoù ta coù theå tính: Uhoà quang = A + C/ in (1.69) vôùi n = aT; n = 0.45 ÷ 0.72; nCu = 0,67. - Khi chieàu daøi l = const. ñaët: A+ Bl = A’ Uhoà quang = A’+ C’/ in C + Dl = C’ → - Khi I > 20A in →∞. [(C + Dl) / in] → 0 Do ñoù: Uhoà quang = A + Bl → 1.2 1.2.5. Daäp taét hoà quang ñieän cuûa doøng ñieän moät chieàu. 1. a. Ñieàu kieän chaùy vaø daäp taét cuûa hoà quang. Ñieà Xeùt hoà quang sinh ra vaø bò daäp taét trong tieáp ñieåm nhö maïch ñieän vôùi nguoàn ñieän DC nhö hình 1.16. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 8
  9. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Hình 1.16. sô ñoà maïch Phöông trình caân baèng ñieän aùp coù daïng nhö sau: u = iR + Ldi/dt + uh (1.70) Khi hoà quang chaùy oån ñònh: di/dt = 0 Phöông trình coù daïng: u = iR+ uh (1.71) Töø caùc phöông trình treân, xaây döïng ñoà thò ñieån hình maïch ñieän hoà quang (hình 1.17). Ñöôøng 1 u = f(i) = const Ñöôøng 2 u = f(i) = u- iR Ñöôøng 3 uh = f(i) Vuøng gaïch cheùo laø vuøng di/dt: Daáu ( + ) vuøng di/dt > 0, Daáu ( – ) vuøng di/dt < 0. Hai ñöôøng 2, 3 coù theå khoâng giao nhau, tieáp xuùc nhau hay giao caét nhau taïi hai ñieåm A, B. Khi hoà quang chaùy oån ñònh di/dt = 0 vaø hai ñöôøng 2, 3 caét nhau taïi hai ñieåm A, B. Hình 1.17. Xeùt taïi ñieåm A: Neáu iA bieán thieân moät löôïng +∆i → Ldi/dt > 0 laøm cho doøng ñieän trong maïch hoà quang taêng töø iA → iB . Neáu iA giaûm moät löôïng -∆i seõ daãn tôùi di/dt < 0 laøm cho doøng ñieän trong maïch caøng giaûm hôn vaø giaûm veà 0, ñoàng thôøi uh > u – iR. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 9
  10. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Töø nhaän xeùt treân ta thaáy A laø ñieåm chaùy khoâng oån ñònh cuûa hoà quang vaø ñieàu kieän taét cuûa hoà quang laø i giaûm veà 0 vaø u – iR ≤ uh . Xeùt taïi ñieåm B Xeù B: Neáu iB taêng moät löôïng +∆i → Ldi/dt < 0 laøm doøng giaûm trôû laïi iB . Neáu iB giaûm moät löôïng -∆i seõ daãn tôùi Ldi/dt > 0 laøm doøng I taêng trôû laïi iB . Töø nhaän xeùt treân ta thaáy ñieåm B laø ñieåm chaùy oån ñònh cuûa hoà quang. Do ñoù ñieàu kieän chaùy oån ñònh cuûa hoà quang laø hai ñöôøng 2, 3 phaûi caét nhau vaø chæ coù ñieåm B laø chaùy oån ñònh maø thoâi. Khi hoà quang chaùy oån ñònh di/dt = 0 vaø hai ñöôøng 2, 3 tieáp xuùc nhau taïi ñieåm C. Xeùt taïi ñieåm C: Hai ñöôøng 2, 3 tieáp xuùc nhau vaø hai vuøng Ldi/dt ñeàu coù giaù trò aâm vì uh > u – IR . Neáu vì lyù do naøo ñoù maø iC taêng moät löôïng +∆i→ Ldi/dt < 0 seõ laøm doøng i giaûm veà giaù trò iC cuûa hoà quang. Neáu vì lyù do naøo ñoù maø iC giaûm moät löôïng -∆i → Ldi/dt < 0 laïi laøm giaûm doøng i veà 0 vaø hoà quang bò taét. Hình 1.18. Töø nhaän xeùt treân, ta thaáy ñieåm C goïi laø ñieåm tôùi haïn. Taïi ñaây neáu ñöôøng 3 thay ñoåi haï xuoáng caét ñöôøng 2 seõ duy trì hoà quang oån ñònh taïi B vaø neáu laøm cho ñöôøng 3 naâng leân khoâng tieáp xuùc nöõa seõ khoâng theå sinh ra hoà quang ñöôïc vì uh > u – iR. Vaäy u – iR ≤ uh laø ñieàu kieän taét cuûa hoà quang. Ñieàu naøy ñoàng nghóa vôùi vieäc laøm giaûm . doøng i → 0 trong ñieàu kieän ñaït tôùi cheá ñoä tôùi haïn vaø ñieåm tôùi haïn. Toùm laïi: - Vôùi maïch chæ coù R: ñieàu kieän ñeå taét hoà quang laø uhoà quang = u0 ñieän aùp nguoàn. (uhoà quang ñöôïc tính bôûi coâng thöùc quan heä ñieän aùp hoà quang). - Vôùi maïch ñieän coù R vaø L khi doøng i daàn veà 0, iR = 0, coøn Ldi/dt < 0 thì ñieàu kieän daäp taét hoà quang laø: Uh = U0 – Ldi/dt > U0 (1.79) TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 10
  11. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n h. Hieä h. Hieän töôïng quaù ñieän aùp khi daäp taét hoà quang ñieän DC. Hình 1.19. söï phuïc hoài ñieän aùp khí daäp taét hoà quang. Khi hoà quang taét, doøng ñieän trong maïch giaûm daàn veà giaù trò 0. Khi ñoù, ñieän aùp coù xu höôùng taêng leân tôùi giaù trò ñieän aùp nguoàn, quaù trình naøy goïi laø quaù trình phuïc hoài ñieän aùp. Tuy nhieân khi taêng töø Uh ñeán U0 tuøy thuoäc vaøo toác ñoä suy giaûm doøng ñieän vaø giaù trò töï caûm L maø maïch coù theå xaûy ra quaù ñieän aùp: Uh = U0 – Ldi/dt > U0 (1.80) Ñieàu naøy coù nghóa laø ñieän aùp xuaát hieän treân hai ñieän cöïc hoà quang lôùn hôn giaù trò ñieän aùp nguoàn. - Ñöôøng 3 ñoà thò ñieän aùp ñaët leân phuï taûi R-L. - Ñöôøng 2 ñoà thò doøng ñieän hoà quang. - Ñöôøng 1 ñoà thò ñieän aùp hoà quang ñaët treân hai ñieän cöïc tieáp ñieåm. lhq = vcñ. τ (1.81) vcñ: vaän toác chuyeån ñoäng cuûa tieáp ñieåm. τ: thôøi gian maø doøng ñieän giaûm töø giaù trò ñang laøm vieäc veà tôùi 0 hay laø thôøi gian daäp taét hoà quang. 1.2 1.2.6. Daäp taét hoà quang ñieän cuûa doøng ñieän xoay chieàu. Ñoái vôùi doøng ñieän AC hình sin, doøng ñieän trong maïch khoâng ngöøng thay ñoåi trong moãi chu kyø veà caû ñoä lôùn vaø caû chieàu doøng ñieän. Vì vaäy, khi phaân tích hoà quang ñieän AC ta phaûi xeùt ñaëc tính ñoäng cuûa hoà quang, nghóa laø xeùt caû ôû goùc phaàn tö thöù nhaát vaø goùc phaàn tö thöù ba cuûa ñoà thò khi doøng ñieän, ñieän aùp ñoåi chieàu. Nhö ñaõ bieát, quaù trình sinh ra hoà quang xuaát hieän khi ngaét maïch ñieän. Vôùi maïch ñieän xoay chieàu, doøng ñieän vaø ñieän aùp khoâng truøng pha vôùi nhau laø do coù söï coù maët cuûa toång trôû Z cuûa taûi. Ñeå thuaän lôïi, ta coù theå xem xeùt töø hai tröôøng hôïp ñaëc bieät: TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 11
  12. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Taûi thuaàn trôû, doøng ñieän vaø ñieän aùp truøng pha. Taûi thuaàn khaùng, doøng ñieän vaø ñieän aùp leäch pha 90o. a. Xeùt vôùi taûi thuaàn trôû (xem nhö l = const). Xeù Hình 1.20. hoà quang khi taûi thuaàn trôû. Hoà quang taûi thuaàn trôû: Ñeå ñôn giaûn ta xeùt thôøi ñieåm t = 0 khi baét ñaàu ngaét maïch ñieän cuõng laø luùc doøng ñieän vaø ñieän aùp qua ñieåm 0. Do hoà quang chæ phaùt sinh khi lôùn hôn giôùi haïn Uc neân trong khoaûng thôøi gian t1 ñaàu chu kyø, ñieän aùp hoà quang taêng daàn theo ñuùng nhö ñieän aùp cuûa nguoàn vaø doøng ñieän hoà quang laø doøng phoùng ñieän qua hai tieáp ñieåm ngaét maïch taêng raát ít theo ñieän aùp. Chaám döùt thôøi gian t1, ñieän aùp ñaët leân hai tieáp ñieåm ñaït tôùi Uc, daãn ñeán phaùt sinh hoà quang, laøm ñöôøng ñieän aùp hoà quang giaûm xuoáng nhö ñaëc tính hoà quang, doøng ñieän hoà quang taêng theo söï taêng cuûa nguoàn. ÔÛ gaàn cuoái baùn kyø ñaàu, ñieän aùp nguoàn giaûm xuoáng vaø doøng ñieän hoà quang giaûm theo. Truôùc ñoù, doøng Ihoà quang giaûm daàn vaø Uhq taêng daàn tôùi Ut.. Khi tôùi thôøi ñieåm t= π⁄ω - t2, ñieän aùp ñaët treân 2 tieáp ñieåm vaø doøng hoà quang giaûm xuoáng giôùi haïn, doøng vaø ñieän aùp hoà quang giaûm daàn veà 0 theo ñieän aùp nguoàn. Xeù i. Xeùt vôùi taøi thuaàn khaùng: Trong tröôøng hôïp naøy, doøng ñieän trong maïch leäch pha so vôùi ñieän aùp nguoàn 1 goùc π/2. Giaû söû hoà quang ñang chaùy taïi thôøi ñieåm t = 0, trong maïch coù doøng ñieän laø ihq. Taïi thôøi ñieåm t = π /2ω, doøng ñieän trong maïch giaûm xuoáng 0. Luùc naøy, ñieän aùp nguoàn ñang ñaït giaù trò cao nhöng ngöôïc laïi vôùi höôùng doøng ñieän luùc tröôùc ñoù, hoà quang buøng chaùy laïi sau thôøi gian t1 phuï thuoäc ñieän aùp phuïc hoài vaø taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa maïch. Thoâng thöôøng, taàn soá dao ñoäng rieäng naøy cao hôn raát nhieàu so vôùi taàn soá cuûa nguoàn. Vì nhöõng lyù do ñoù neân thôøi gian nghæ cuûa hoà quang raát ngaén vaø ñieän aùp phaùt chaùy laïi cuûa hoà quang cuõng thaáp. Do ñoù vôùi taûi thuaàn caûm raát thuaän lôïi cho hoà quang chaùy beàn vöõng. Vì vaäy, khi caàn thieát phaûi duy trì hoà quang ñieän AC, ngöôøi ta thöôøng maéc noái tieáp vôùi ñieän cöïc caùc phaàn töû coù L cao. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 12
  13. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Hình 1.21. hoà quang khi taûi thuaàn caûm. Trong thöïc teá, caùc taûi AC khoâng ñôn thuaàn laø thuaàn trôû hay thuaàn caûm maø keát hôïp caû 2 yeáu toá trôû vaø caûm neân ta xaùc ñònh trò soá cosϕ cuûa taûi. Trong ñoù ϕ laø goùc leäch pha giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp, neân söï chaùy laïi cuûa hoà quang ôû caùc chu kyø tieáp theo ñöôïc xaùc ñònh khi ñieän aùp phuïc hoài Ufh ñuû ñaùnh thuûng ñoä beàn ñieän cuûa moâi tröôøng giöõa 2 ñieän cöïc Ub. Naê j. Naêng löôïng hoà quang ñieän xoay chieàu: Veà nguyeân lyù hoà quang AC coù theå bò daäp taét bôûi phöông phaùp sau: - Hoà quang bò daäp taét cöôõng böùc trong 1 thôøi gian raát ngaén. Trong tröôøng hôïp naøy maïch ñieän xaûy ra caùc hieän töôïng gaén lieàn vôùi söï cöôõng böùc, doøng haï xuoáng trò soá 0 gaàn nhö ôû hoà quang DC. Do vaäy, luoân xuaát hieän hieän töôïng quaù aùp nhö ñaõ nghieân cöùu ôû phaàn hoà quang DC. - Hoà quang coi nhö bò daäp taét neáu taïo ñöôïc ñieàu kieän ñeå noù khoâng phaùt sinh trôû laïi trong nöûa chu kyø tieáp theo, vì taïi thôøi ñieåm hoà quang taét doøng ñieän ñi qua trò soá 0. Do vaäy, naêng löôïng ñieän töø döï tröõ trong maïch cuõng baèng 0. Quaù ñieän aùp trong tröôøng hôïp naøy laø do ñieän dung cuûa maïch ñieän. Trong tröôøng hôïp xaáu nhaát, bieân ñoä ñieän aùp giöõa caùc ñieän cöïc coù theå baèng 2 laàn ñieän aùp phuïc hoài. Nhö vaäy, ñoái vôùi caùc thieát bò ñoùng ngaét haï aùp, quaù ñieän aùp lôùn nhaát ∆U ôû taûi thuaàn khaùng cuõng khoâng lôùn hôn 2.U . Naêng löôïng hoà quang ñöôïc tính: n.π t= ω ∫ (U − Ri).i .dt Whq = (1.82) 0 Vôùi n laø soá löôïng baùn kyø trong khoaûng thôøi gian chaùy cuûa hoà quang. Khaùc vôùi doøng DC, ôû ñaây toaøn boä naêng löôïng ñieän töø ñöôïc ñöa trôû veà nguoàn. Vôùi tröôøng hôïp (a), doøng ñöôïc ngaét tröôùc khi qua trò soá 0 thì 1 phaàn naêng löôïng ñieän töø seõ khoâng ñöôïc ñöa trôû veà nguoàn maø cung caáp cho hoà quang. Do ño,ù ñöùng treân quan ñieåm naêng löôïng maø xeùt thì ngaét maïch doøng AC deã hôn ngaét maïch doøng DC cuøng moät coâng suaát. 1.2 1.2.7. daäp taét hoà quang. a. Yeâu caàu: Yeâ TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 13
  14. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Hoà quang phaûi ñöôïc daäp taét trong khu vöïc haïn cheá vôùi thôøi gian ngaén nhaát, toác ñoä môû tieáp ñieåm phaûi lôùn maø khoâng laøm hö hoûng caùc boä phaän cuûa khí cuï ñieän. Ñoàng thôøi, naêng löôïng hoà quang phaûi ñaït giaù trò beù nhaát. Nhieät do hoà quang phaûi ñöôïc tieâu taùn nhanh, ñieän trôû hoà quang phaûi taêng nhanh. Vieäc daäp taét hoà quang khoâng ñöôïc keùo theo quaù ñieän aùp nguy hieåm, tieáng keâu nhoû vaø aùnh saùng khoâng quaù maïnh. Thieát bò daäp hoà quang phaûi goïn nheï deã laép ñaët vaø giaù thaønh thaáp. Bieä k. Bieän phaùp: Laøm tieâu taùn nhieät löôïng cuûa hoà quang: - Duøng töø tröôøng thoåi hoà quang chuyeån ñoäng nhanh. - Duøng khí hay daøn thoåi daäp hoà quang. - Duøng khe hôû heïp ñeå hoà quang coï saùt vaøo vaùch taám giaûi nhieät. Taêng ñoä daøi cuûa hoà quang: - Taïo thaønh chaân khoâng khoâng gian hoà quang. - Phaùt sinh khí khöû ion ñeå daäp taét hoà quang. Thay ñoåi ñieän aùp hoà quang baèng caùch phaân hoà quang thaønh nhieàu hoà quang ngaén nhôø caùc vaùch kim loaïi. Thöôøng thì aùp duïng ñoàng thôøi nhieàu bieän phaùp ñeå daäp hoà quang hieäu quaû hôn. Cuï theå nhö sau: - Keùo daøi hoà quang baèng bieän phaùp cô khí: Ñaây laø phöông phaùp khaù ñôn giaûn. Khoaûng caùch giöõa caùc ñaàu tieáp xuùc taêng nhanh, hoà quang bò keùo daøi, khoâng khí bò hoà quang ñoát noùng boác leân, laøm hoà quang bò thoåi leân phía treân. Luùc ñoù, ôû hai phaàn hoà quang seõ xuaát hieän taùc duïng töông hoã (löïc ñieän ñoäng), ñaåy vaø laøm ñöùt hoà quang. - Phöông phaùp thoåi baèng töø tröôøng: Ngöôøi ta ñaët cuoän daây thoåi töø caïnh 2 ñaàu tieáp xuùc noái tieáp vôùi doøng ñieän trong maïch, löïc ñieän töø seõ keùo vaø thoåi taét hoà quang - Phöông phaùp thoåi baèng caùch sinh khí vaø khí neùn: Khe hôû sinh ra hoà quang ñaët trong moät hoäp cheá taïo baèng vaät lieäu sinh khí. Khi hoà quang phaùt sinh, thaønh hoäp bò ñoát noùng ra sinh khí aùp suaát cao thoåi daäp taét hoà quang. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 14
  15. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n - Phöông phaùp chia nhoû hoà quang baèng caùch töû: Ñaët khe hôû sinh hoà quang trong moät hoäp khí, phía trong hoäp coù ñaët caùc taám theùp chòu nhieät. Khí trong hoà quang phaùt sinh döôùi aùp löïc cuûa khoâng khí bò ñoát chaùy ñaåy hoà quang vaøo saâu trong caùc taám caùch töû, bò chia nhoû, laøm nguoäi vaø daäp taét. - Phöông phaùp daäp taét hoà quang trong moâi tröôøng daàu bieán aùp, aùp duïng maùy caét nhieàu daàu vaø ít daàu. - Phöông phaùp daäp taét hoà quang baèng khí neùn, aùp duïng maùy caét khí neùn. - Phöông phaùp daäp taét hoà quang baèng khí SF6, aùp duïng maùy caét khí SF6 - Phöông phaùp daäp taét hoà quang baèng chaân khoâng, aùp duïng maùy caét chaân khoâng. CAÙC TIEÂU CHUAÅN COÙ LIEÂN QUAN ÑEÁN KHÍ CUÏ ÑIEÄN. COÙ KHÍ * Tieâu chuaån IEC (International Electrotechnical Committee): tieâu chuaån kyõ thuaät ñieän cuûa theá giôùi. Tieâu chuaån ANSI vaø CSA (American and canadian National Standard Institute): tieâu chuaån cuûa Myõ. Tieâu chuaån NEMA vaø CEMA (National Electrical Manufacturer Association): tieâu chuaån cuûa hieäp hoäi coâng nghieäp saûn xuaát saûn phaåm ñieän. Tieâu chuaån CENELEC (European Committee): tieâu chuaån cuûa Chaâu AÂu. Tieâu chuaån UTE (French Committee): tieâu chuaån cuûa nöôùc Phaùp. 1.3 1.3. LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG. 1.3 1.3.1. Toång quan. Löïc ñieän ñoäng (LÑÑ) laø löïc sinh ra khi vaät daãn mang doøng ñieän ñaët trong töø tröôøng. Löïc ñoù taùc duïng leân vaät daãn vaø coù xu höôùng laøm thay ñoåi hình daùng vaät daãn ñeå töø thoâng xuyeân qua maïch voøng coù giaù trò cöïc ñaïi. Nhö chuùng ta ñaõ bieát khi doøng ñieän chuyeån ñoäng trong vaät daãn thì luoân luoân sinh ra xung quanh noù töø tröôøng chuyeån ñoäng. Töø tröôøng naøy coù theå taùc duïng vôùi taát caû vaät daãn doøng ñieän naèm trong vuøng aûnh höôûng cuûa noù vaø töø tröôøng naøy cuõng taùc duïng ngay vôùi chính doøng ñieän sinh ra noù. Löïc taùc duïng do doøng ñieän vaø töø tröôøng sinh ra naøy ñeàu ñöôïc goïi laø löïc ñieän ñoäng. Chieàu cuûa löïc ñieän ñoäng ñöôïc xaùc ñònh baèng quy taéc baøn tay traùi hay baèng nguyeân lyù chung: chieàu cuûa löïc taùc duïng leân vaät daãn mang doøng ñieän laø chieàu bieán ñoåi hình hoïc hình TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 15
  16. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n daïng cuûa maïch voøng daãn ñieän sao cho töø thoâng maéc voøng qua noù taêng leân nghóa laø taêng vuøng dieän tích nôi coù töø caûm B ñi qua. Hình 1.4: löïc ñieän ñoäng do hai vaät daãn coù doøng ñieän cuøng chieàu vaø ngöôïc chieàu. Trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng, doøng ñieän chaïy trong vaät daãn khoâng lôùn laém, löïc ñieän ñoäng khoâng gaây neân bieán daïng caùc chi tieát mang doøng ñieän. Nhöng khi coù söï coá ngaén maïch, caùc LÑÑ naøy seõ raát lôùn gaây bieán daïng vaät theå mang ñieän laøm aûnh höôûng ñeán ñieàu kieän laøm vieäc cho pheùp cuûa khí cuï ñieän. Do vaäy nghieân cöùu vaø tính toaùn löïc ñieän ñoäng laø raát caàn thieát cho vieäc thieát keá vaø söû duïng hieäu quaû khí cuï ñieän. 1.3 1.3.2. Tính toaùn löïc ñieän ñoäng khi caùc vaät daãn mang doøng DC. Coù theå tính löïc ñieän ñoäng baèng hai phöông phaùp. Phöông phaùp thöù nhaát duøng ñònh luaät Biot-Savart-Laplace hoaëc duøng ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng. Phöông Biot-Savart- a. Phöông phaùp thöù nhaát duøng ñònh luaät Biot-Savart-Laplace. Trong tröôøng hôïp chung nhaát coù theå xem LÑÑ ñöôïc sinh ra khi coù söï taùc ñoäng töông hoã giöõa doøng ñieän vaø töø tröôøng. Theo ñònh luaät Biot-Savart-Laplace, vi phaân LÑÑ taùc duïng leân doøng ñieän i treân chieàu daøi cuûa ñoaïn dl naèm trong töø tröôøng coù töø caûm B ñöôïc xaùc ñònh bôûi tích vectô dl vaø vectô B: r rr (1.33) df = idl xB Khi vectô dl coù chieàu theo doøng i thì LÑÑ dF thaúng goùc vôùi caû hai vectô dl vaø B, coù ñoä lôùn laø: dF = i.B.sinϕ. dl (1.34) (ϕ: laø goùc giöõa vectô dl vaø vectô B) Neáu töø tröôøng B khoâng ñoåi taïi moïi ñieåm doøng ñieän i chaïy treân toaøn boä chieàu daøi l cuûa daây daãn thaúng thì LÑÑ coù giaù trò nhö sau: F = i.l.B.sinϕ (1.35) 0 khi ϕ = 90 thì: F = i.l.B (1.36) Coâng thöùc Biot-Savart-Laplace duøng ñeå xaùc ñònh LÑÑ khi ta coù theå bieåu dieãn töø caûm B baèng moät bieåu thöùc phaân tích phuï thuoäc vaøo kích thöôùc hình daïng maïch voøng daãn ñieän. b, Phöông phaùp tính löïc ñieän ñoäng theo ñònh luaät caân baèng naêng löôïng. Hieän töôïng phaùt sinh LÑÑ laø hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø tích trong maïch ñieän thaønh cô naêng. Löïc ñieän ñoäng laø löïc cô hoïc. Ñònh nghóa löïc cô hoïc laø söï bieán ñoåi cô naêng treân 1 ñoaïn chuyeån dòch. Töø ñoù ñònh nghóa löïc ñieän ñoäng laø söï bieán ñoåi cuûa naêng löôïng ñieän töø treân 1 ñoaïn dòch chuyeån cuûa maïch ñieän. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 16
  17. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n dWM F= (1.37) dx I =const Trong ñoù: WM: naêng löôïng ñieän töø cuûa maïch ñieän ( Ws ). dx: ñoaïn dòch chuyeån cuûa maïch ñieän. Bieát raèng naêng löôïng ñieän töø trong 1 maïch ñieän: 1 1 WM = .L.I 2 = I .Φ (Ws) (1.38) 2 2 vôùi: I: cöôøng ñoä doøng ñieän (A). L: ñieän caûm cuûa maïch (H). Φ: töø thoâng trong maïch (Vs). Töø ñoù, ta coùù: 1 2 dL 1 dΦ (1.39) I. = I. (N) F= 2 dx 2 dx Tröôøng hôïp coù 2 maïch ñieän: 1 12 (1.40) WM = I 12 .L1 + I 2 .L2 + I 1 .I 2 .M (Ws ) 2 2 trong ñoù: I1, I2: cöôøng ñoä doøng chaûy trong maïch 1 vaø 2. L1, L2: ñieän caûm trong maïch 1 vaø 2. M: hoã caûm giöõa maïch 1 vaø 2. Löïc ñieän ñoäng seõ laø: 1 2 dL1 1 2 dL2 dM (1.41) F= + I2 + I 1 .I 2 I1 . dx 2 dx dx 2 Neáu moãi maïch khoâng bò bieán daïng maø chæ dòch chuyeån so vôùi nhau thì L1= L2 = const vaø khi ñoù: dM (1.42) F = I 1 .I 2 dx 1.3 1.3.3. Tính toaùn löïc ñieän ñoäng khi caùc vaät daãn mang doøng ñieän AC. Taát caû caùc coâng thöùc xeùt ôû phaàn treân ñoái vôùi doøng DC ñeàu ñuùng khi ta aùp duïng tính vôùi doøng ñieän AC nhöng phaûi chuù yù raèng giaù trò i ñöôïc tính ôû ñaây laø giaù trò töùc thôøi cuûa doøng xoay chieàu. LÑÑ seõ ñaït giaù trò lôùn nhaát khi i = Imax = 2 .I. Do vaäy LÑÑ ôû doøng AC seõ lôùn hôn khi daãn doøng DC. a. Doøng ñieän AC moät pha: Doø TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 17
  18. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Khi chæ xeùt hình sin ñieàu hoaø: i(t) = Im.sinω.t. Hình 1.5. ñoà thò cuûa löïc ñieän ñoäng vaø doøng ñieän. Coâng thöùc toång quaùt: F = C i2 (vôùi C = 10 – 7 .Kv.Khd ) (1.43) Vì i chính laø giaù trò töùc thôøi neân: F = C.I m .Sin 2ω.t = 2 2  1 − Cos 2ω.t  (1.44) C.I m .    2 Löïc taùc ñoäng lôùn nhaát: Fm = C.I m = 2.C.I2 2 (1.45) Löïc taùc ñoäng töùc thôøi: Fm − Fm .Cos 2 2ω.t F= 2 (1.46) Löïc taùc ñoäng trung bình: T C .I m 2 1 Ftb= T∫ F .dt = = CI 2 Hình 1.6. ñoà thò löïc ñieän ñoäng vaø 2 0 (1.47) doøng ñieän khoâng chu kyø. Ñoà thò (hình 1.5), LÑÑ theo giaù trò töùc thôøi cho ta thaáy löïc F bieán ñoåi tuaàn hoaøn coù giaù trò töø (0 ÷Fm) vaø coù taàn soá gaáp 2 laàn taàn soá doøng ñieän. Vôùi taàn soá naøy taùc ñoäng cô khí seõ gaây ra tieáng oàn. xeù Khi xeùt doøng AC coù chöùa thaønh phaàn khoâng chu kyø: Khi ñoùng ngaét maïch ñieän, seùt ñaùnh hay xaûy ra söï coá treân löôùi ñieän nhö ngaén maïch baát ngôø thì luùc naøy ngoaøi thaønh phaàn chu kyø sin ñieàu hoaø coøn coù thaønh phaàn khoâng chu kyø laøm cho giaù trò doøng ñieän ñaëc bieät laø giaù trò Im taêng voït. Giaù trò doøng ñieän luùc naøy tuyø thuoäc vaøo thôøi ñieåm xaûy ra söï coá so vôùi thôøi ñieåm maø thaønh phaàn chu kyø ñi qua ñieåm 0. Noù ñaëc bieät lôùn khi thôøi ñieåm xaûy ra söï coá ñuùng thôøi ñieåm π/ω cuûa chu kyø sin ñieàu hoøa. Ñoù chính laø tröôøng hôp LÑÑ naëng neà nhaát caàn phaûi xeùt ñeán. Hình 1.6 trình baøy daïng doøng ñieän ngaén maïch. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 18
  19. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Ñöôøng 1: i1 = IMsinωt R − .t I M .e Ñöôøng 2: i2 = L  − R.t  Ñöôøng 3: i 3 = I M  e − cosω .t  L     Coù theå moâ taû doøng ñieän khi coù thaønh phaàn khoâng chu kyø bôûi bieåu thöùc sau: i = Im  e L − cosω .t  − R .t (1.48)     Trong ñoù R vaø L laø giaù trò ñieän trôû vaø ñieän caûm cuûa löôùi ñieän, T0 ñöôïc goïi laø thôøi haèng: T0 = L/R. Taïi thôøi ñieåm t = π/ω doøng ñieän ñaït tôùi ñænh cao nhaát vaø ñöôïc goïi laø doøng xung kích Ixk : −π   1 + e ω .T0  = K .I = Im. I xk (1.49)   xk m   Heä soá Kxk phuï thuoäc vaøo coâng suaát nguoàn ñieän, vò trí ñaët cuûa thieát bò vaø hình daïng cuûa löôùi ñieän, giaù trò R vaø L cuûa maïch. Thieát bò caøng gaàn nguoàn thì heä soá Kxk caøng lôùn. Trong tính toaùn ta thöôøng chaáp nhaän giaù trò Kxk = 1,8. Do vaäy: Fxk = C(Ixkmax)2 = C (1,8)2I2m = CI2m = 6,48.C.I2 3,24 (1.50) Nhö vaäy khi coù thaønh phaàn khoâng chu kyø thì LÑÑ seõ lôùn gaáp 3,24 laàn so vôùi doøng bieán thieân ñieàu hoøa vaø lôùn gaáp 6,48 laàn so vôùi doøng DC cuøng ñieàu kieän. Khi xaûy ra söï coá ngaén maïch, doøng ngaén maïch ñaõ raát lôùn gaáp haøng chuïc laàn ñònh möùc, neáu tính tôùi thaønh phaàn xung kích thì doøng coøn lôùn hôn nöõa gaáp caû traêm laàn Iñm. Do vaäy, khi xeùt LÑÑ ñeå tính toùan cho an toaøn thieát bò chuùng Hình 1.7. ta phaûi tính ñeán ñieàu kieän coù doøng xung kích naøy. b, Doøng ñieän xoay chieàu ba pha: Caùc daây daãn boá trí treân maët phaúng song song: boá Doøng ñieän 3 pha leäch nhau 120 0: iA = Im.sin ωt iB = Im.(sin ωt +1200) iC = Im.sin ωt +2400 ) Löïc taùc duïng treân daây pha coù daïng: F1 = F12 + F13 (1.51) F12 : LÑÑ giöõa pha 1 vaø pha 2. F13 : LÑÑ giöõa pha 1 vaø pha 3. TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 19
  20. g: T p baøi giaûng: LT - Khí Cuï Ñieän Ngư i gi ng: Lê Ng c T n Ñoái vôùi daây pha 1: Ñoá ( )  sin ω.t − 240 0  2.l 2 ( ) .I m .Sin(ω.t ). Sin ω.t − 120 0 + (1.52) F1 = 10 −T .  a 2   Sau khi bieán ñoåi löôïng giaùc ta ñöôïc keát quaû: 2.l 2 ( ) F1 = −0,866.10 −T . .I m .Sin(ω.t ).Sin ω.t − 30 0 (1.53) a Khi ñoù caùc cöïc trò cuûa haøm F1 seõ töông öùng vôùi ωt = -150 vaø ωt = 750. Taïi ωt = 750 löïc luùc ñoù cöïc ñaïi seõ coù giaù tri (-) töông öùng löïc ñaåy: F1 = - 0,805 C.I2m (1.54) 0 Taïi ωt = -15 löïc luùc ñoù cöïc ñaïi seõ coù giaù tri (+) töông öùng löïc huùt: F1 = 0,055 C.I2m (1.55) Ñoái vôùi daây pha 3: keát quaû coù daïng ngöôïc laïi pha 1. F1 = 0,805 C.I2m Löïc ñaåy öùng vôùi giaù trò (+): F1 = - 0,055 C.I2m Löïc huùt öùng vôùi giaù trò (-): Ñoái vôùi daây pha 2: Ñoá F2 = C.I2m.Sin(ωt -1200). [Sinωt – Sin(ω t - 2400) ] F2 = 0,866.C.I2m Cos (2ωt – 1500) (1.56) 0 Giaù trò cöïc ñaïi seõ töông öùng vôùi ωt = 75 laø: F2 = 0,866.C.I2m Nhö vaäy, LÑÑ taùc duïng leân daây 2 laø lôùn nhaát neân giaù trò naøy ñöôïc söû duïng trong kyõ thuaät ñeå tính toaùn: F MAX = 0,866.C.I2m = (1.57) 3.C.I 2 Caùc daây daãn boá trí treân ñænh tam giaùc ñeàu: Hình 1.8. ñoà thò löïc ñieän ñoäng 3 pha boá trí treân ñænh tam giaùc ñeàu. Löïc ñieän ñoäng taùc duïng leân daây 1 ñöôïc phaân tích thaønh 2 thaønh phaàn: F1 = F1x + F1y (1.58) Trong ñoù: TBM. TBM. Cung Caáp Ñieän – Khoa Ñieän – CÑCNHueá Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản