
1Phần 1
Bài giảng
Chương 1: Các nguyên lý
Biến đổi Năng lượng Điện cơ
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 1
Trong môn học này, chúng ta quan tâm đến quá trình biến
đổi năng lượng điện cơ, diễn ra thông qua điện trường hoặc
từ trường của thiết bịbiến đổi.
Mặc dù các thiết bịhoạt động theo nguyên tắc tương tự,
cấu trúc của chúng có thểkhác nhau tùy theo chức năng.
Các thiết bịphục vụ đo lường và điều khiển thường được gọi
là transducer, hoạt động ởvùng tuyến tính và với tín hiệu nhỏ
Nhóm thứhai là các thiết bịsinh lực, ví dụsolenoid, và
nam châm điện. Nhóm thứba là các thiết bịbiến đổi năng
lượng liên tục, như động cơ và máy phát.
BDNLDC – Giới thiệu

3Phần 1
Chương này ôn lại các nguyên tắc biến đổi năng lượng
điện cơ, và phân tích các thiết bịdựa trên nguyên tắc này,
đặc biệt là các thiết bịsửdụng từ trường.
Việc phân tích sẽgiúp: (1) hỗtrợviệc tìm hiểu cách thức
biến đổi năng lượng, (2) cung cấp các kỹthuật thiết kếvà tối
ưu thiết bịcho mục đích cụthể, và (3) phát triển mô hình của
các thiết bịBDNLDC, từ đó sửdụng chúng để phân tích hiệu
năng của chúng như các thành phần của hệthống kỹthuật.
Các khái niệm và kỹthuật được giới thiệu ở đây là khá
mạnh, và có thể được áp dụng vào các hệthống BDNLDC.
BDNLDC – Giới thiệu (tt)
4Phần 1
Định luật Lorentz
Từ đó có thểthấy lực sinh ra trong trường thuần điện và
thuần từ, trong đó với trường thuần từthì hệthống sẽphức
tạp hơn. Trong trường thuần từ, lực sinh ra sẽvuông góc với
cảchiều chuyển động của điện tích lẫn chiều của từ trường.
Nếu có nhiều điện tích cùng chuyển động trong trường
Lực và mômen trong hệcác mạch từ
(
)
BvEqF
r
r
r
r
×+=
(
)
BvEFv
r
r
r
r
×+=
ρ
(1.1)
(1.2)

5Phần 1
Có thểdùng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều của
thành phần liên quan đến từ trường của lực Lorentz (lực từ).
Lực và mômen trong hệcác mạch từ(tt)
6Phần 1
Lực từ trong trường hợp nhiều điện tích cùng chuyển động
Với dòng điện chạy trong vật dẫn, pt trên có thể được dùng
để tìm mật độ lực tác dụng lên vật dẫn. Chú ý rằng hiện
tượng vật lý phía sau phát biểu này là khá phức tạp.
Xét ví dụmột rôto phi từtính có 1 vòng dây nằm trong từ
trường đều với độ lớn B
0
(hình 3.2 sách Fitzgerald). Tìm mô
men theo phương θvới I = 10 A, B
0
= 0,02 T, R = 0,05 m, và l
= 0,3 m.
Lực và mômen trong hệcác mạch từ(tt)
BJBvFv
r
r
r
r
r
×=×=
ρ
(1.3)

7Phần 1
Lực và mômen trong các hệmạch từ(tt)
Pt (1.3) chỉthích hợp cho trường hợp đơn giản nhất, hiếm
khi gặp trong thực tế.
Các kỹthuật tính toán lực cục bộchi tiết là rất phức tạp và
đòi hỏi phải biết rõ phân bốcủa trường trên toàn bộcấu trúc.
Thông thường, chỉcần tính toán lực hay mômen tổng để xác
định hiệu năng của các hệthống thực.
Môn học này sẽdùng phương pháp năng lượng, đã được
giới thiệu trong môn học BDNLDC, để tính toán lực và mômen
trong các máy điện.
8Phần 1
Lực và mômen trong các hệmạch từ(tt)
Xét hệthống không tổn hao như trong hình 3.3a (sách
Fitzgerald).
Hai phương trình nền tảng cho phương pháp năng lượng
dt
dx
fei
dt
dW
e
m
−=
dxfiddW e
m−=
λ
(1.4)
(1.5)
Hai pt (1.4) và (1.5) cho phép xác định lực f
e
như một hàm
sốcủa từthông và biến cơ học x.

9Phần 1
Nguyên tắc bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng
lượng không tựnhiên sinh ra hay mất đi, nó chỉbiến đổi từ
dạng này sang dạng khác.
Với các hệthống cách ly với biên được xác định rõ ràng,
điều này cho phép chúng ta theo dõi năng lượng theo quy tắc
đơn giản: tổng năng lượng đi vào hệthông qua biên của nó
sẽbằng tổng độ thay đổi năng lượng dựtrữbên trong hệ.
Kết quảnày (thực tếlà định luật thứnhất của nhiệt động
lực học) là khá tổng quát.
Cân bằng năng lượng
10Phần 1
Xét hệthống điện cơ với từ trường là cơ chế lưu trữ năng
lượng chủyếu. Ởchế độ động cơ, ta có
Chú ý điều kiện hệ lưu trữ không tổn hao, (1.6) có thể
được viết lại thành
với dW
elec
= idλ, dW
mech
= f
e
dx, dW
m
là độ thay đổi năng
lượng dựtrữtrong từ trường.
Cân bằng năng lượng (tt)
Điện năng
từnguồn
Cơ năng
đầu ra
Tăng năng
lượng trường
Nhiệt năng
tiêu tán
= + +
(1.6)
mmechelec dWdWdW
+
=
(1.7)