1Phn 1
Bài ging
Chương 1: Các nguyên lý
Biến đổi Năng lượng Đin cơ
TS. Nguyn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phn 1
Trong môn hc này, chúng ta quan tâm đến quá trình biến
đổi năng lượng đin cơ, din ra thông qua đin trường hoc
từ trường ca thiết bbiến đổi.
Mc dù các thiết bhot động theo nguyên tc tương t,
cu trúc ca chúng có thkhác nhau tùy theo chc năng.
Các thiết bphc vụ đo lường và điều khin thường được gi
transducer, hot động vùng tuyến tính và vi tín hiu nh
Nhóm thhai là các thiết bsinh lc, ví dsolenoid, và
nam châm đin. Nhóm thba là các thiết bbiến đổi năng
lượng liên tc, như động cơ máy phát.
BDNLDC – Gii thiu
3Phn 1
Chương này ôn li các nguyên tc biến đổi năng lượng
đin cơ, phân tích các thiết bda trên nguyên tc này,
đặc bit là các thiết bsdng từ trường.
Vic phân tích sgiúp: (1) htrvic tìm hiu cách thc
biến đổi năng lượng, (2) cung cp các kthut thiết kế ti
ưu thiết bcho mc đích cth, và (3) phát trin hình ca
các thiết bBDNLDC, tđó sdng chúng để phân tích hiu
năng ca chúng như các thành phn ca hthng kthut.
Các khái nim kthut được gii thiu đây là khá
mnh, và thể được áp dng vào các hthng BDNLDC.
BDNLDC – Gii thiu (tt)
4Phn 1
Định lut Lorentz
Tđó ththy lc sinh ra trong trường thun đin
thun t, trong đó vi trường thun tthì hthng sphc
tp hơn. Trong trường thun t, lc sinh ra svuông góc vi
cchiu chuyn động ca đin tích ln chiu ca từ trường.
Nếu có nhiu đin tích cùng chuyn động trong trường
Lc và mômen trong hc mch t
(
)
BvEqF
r
r
r
r
×+=
(
)
BvEFv
r
r
×+=
ρ
(1.1)
(1.2)
5Phn 1
thdùng quy tc bàn tay phi để xác định chiu ca
thành phn liên quan đến từ trường ca lc Lorentz (lc t).
Lc và mômen trong hc mch t(tt)
6Phn 1
Lc từ trong trường hp nhiu đin tích cùng chuyn động
Vi dòng đin chy trong vt dn, pt trên thể được dùng
để tìm mt độ lc tác dng lên vt dn. Chú ý rng hin
tượng vt lý phía sau phát biu này là khá phc tp.
Xét dmt rôto phi ttính 1 vòng dây nm trong t
trường đều vi độ ln B
0
(hình 3.2 sách Fitzgerald). Tìm
men theo phương θvi I = 10 A, B
0
= 0,02 T, R = 0,05 m, và l
= 0,3 m.
Lc và mômen trong hc mch t(tt)
BJBvFv
r
r
r
r
r
×=×=
ρ
(1.3)
7Phn 1
Lc và mômen trong các hmch t(tt)
Pt (1.3) chthích hp cho trường hp đơn gin nht, hiếm
khi gp trong thc tế.
Các kthut tính toán lc cc bchi tiết rt phc tp
đòi hi phi biết phân bca trường trên toàn bcu trúc.
Thông thường, chcn tính toán lc hay mômen tng để xác
định hiu năng ca các hthng thc.
Môn hc này sdùng phương pháp năng lượng, đã được
gii thiu trong môn hc BDNLDC, để tính toán lc mômen
trong các máy đin.
8Phn 1
Lc và mômen trong các hmch t(tt)
Xét hthng không tn hao như trong hình 3.3a (sách
Fitzgerald).
Hai phương trình nn tng cho phương pháp năng lượng
dt
dx
fei
dt
dW
e
m
=
dxfiddW e
m=
λ
(1.4)
(1.5)
Hai pt (1.4) (1.5) cho phép xác định lc f
e
như một hàm
sca tthông và biến cơ hc x.
9Phn 1
Nguyên tc bo toàn năng lượng phát biu rng năng
lượng không tnhiên sinh ra hay mt đi, chbiến đổi t
dng này sang dng khác.
Vi các hthng cách ly vi biên được xác định ràng,
điu này cho phép chúng ta theo dõi năng lượng theo quy tc
đơn gin: tng năng lượng đi vào hthông qua biên ca
sbng tng độ thay đổi năng lượng dtrbên trong h.
Kết qunày (thc tế định lut thnht ca nhit động
lc hc) là khá tng quát.
Cân bng năng lượng
10Phn 1
Xét hthng đin cơ vi ttrường chế lưu trữ năng
lượng chyếu. chế độ động cơ, ta có
Chú ý điều kin h lưu trữ không tn hao, (1.6) th
được viết li thành
vi dW
elec
= idλ, dW
mech
= f
e
dx, dW
m
độ thay đổi năng
lượng dtrtrong từ trường.
Cân bng năng lượng (tt)
Đin năng
tngun
Cơ năng
đầu ra
Tăng năng
lượng trường
Nhit năng
tiêu tán
= + +
(1.6)
mmechelec dWdWdW
+
=
(1.7)