Cơ sở Khí cụ điện

Chia sẻ: Tranhoanthuc Thuc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

306
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khí cụ điện là các thiết bị điện dùng để đóng, cắt, bảo vệ, điều khiển, ổn mạch điện, điện áp, công suất theo chức năng được sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu truyền động , công tắc tơ ,…, thiết bị bảo vệ ngắn mạch trong máy cách điện ,dùng trong điều khiển ,các cơ cấu phân ly , phân loại cơ cấu điện từ chấp hành ( phanh hãm điện từ ).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ sở Khí cụ điện

Giáo Trình Cơ sở Khí cụ điện
Contents ............................................................................................................................................................1 Contents...................................................................................................................................................... 2 §1.1 :Bài Mở đầu...................................................................................................................................... 6 Chương I : Nam châm điện .............................................................................................................. 8 §1.1: Đ ại cương nam châm điện ...................................................................................................... 8 1,Sơ đồ:...................................................................................................................................................... 8 2,Các định luật cơ bản:............................................................................................................................10 2.1, Định luật Ôm :...................................................................................................................................10 2.2, Định luật Kirchoff 1 : .....................................................................................................................10 2.3, Định luật Kirchoff 2 : ..................................................................................................................10 2.4, Dòng điện toàn phần : ......................................................................................................................10 4, Tính toán nam châm điên :....................................................................................................................10 1, Phân chia từ trường : ..........................................................................................................................11 2, Tính bằng công thức thực nghiệm ( kinh nghiệm ):...........................................................................12 3, Tính bằng hình vẽ :..............................................................................................................................12 1,Mạch từ 1 chiều bỏ qua từ thông rò :.................................................................................................. 13 2,Mạch từ 1 chiều có xét tới từ thông rò :.............................................................................................. 15 §1.5 : Cuộn dây nam châm điện ............................................................................................. 21 1, Cuộn dây nam châm điện 1 chiều :.....................................................................................................22 3, Tính lại cuộn dây khi thay đổi điện áp :............................................................................................ 23 §1.6 : Lực hút điện từ của nam châm điện 1 chiều .............................................................................24 1, Dùng công thức Maxoen :....................................................................................................................24 2, Tính lực điện từ bằng cân bằng năng lượng :....................................................................................24 I, Đặc tính động của NCĐ 1 chiều : ...................................................................................................... 30 1, Thời gian tác động t1 :......................................................................................................................... 31 2,Thời gian khởi động khi nhả t3 ( cắt điện ):U=0................................................................................32 3, Thời gian chuyển động khi đóng t2 :...................................................................................................32 4.Thời gian chuyển động khi nhả t4....................................................................................................... 33 §3.Các chế độ làm việc của khí cụ điện ............................................................................................ 34 1.Chế độ làm việc dài hạn : ................................................................................................................... 35 2. Chế độ làm việc ngắn hạn .................................................................................................................36 3.Chế độ ngắn hạn lặp lại......................................................................................................................37 § 2.4 Sự phát nóng của thiết bị điện ở chế độ ngắn mạch .......................................................... 38 1.Đo bằng nhiệt kế thủy ngân.................................................................................................................38 2. Đo băng điện trở ................................................................................................................................ 38 3.Đo bằng cặp nhiệt điện (nhiệt ngẫu).................................................................................................38
4.Đo bằng bức xạ hồng ngoại ............................................................................................................... 39 Chương 3 : Lực điện động ở khí cụ điện .....................................................................................39 §3.1 Đại cương về lưc điện động .......................................................................................... 39 §3.2 Tính toán lực điện động ở các trường hợp thường gặp ............................... 40 1.Lực điện động ở các thanh dẫn song song .........................................................................................40 2.Lực giữa dòng điện và môi trường sắt từ ...........................................................................................41 §3.4 Lực điện động ở điện xoay chiều .............................................................................41 Chương 3 : Hồ quang điện ..........................................................................................................42 §3.1 Đại cương về hồ quang điện ................................................................................ 42 §3.2 Hồ quang điện 1 chiều ....................................................................................43 §3.3 Hồ quang điện xoay chiều ................................................................................43 §3.4 Các biện pháp dập hồ quang ......................................................................... 44 1.Kéo dài hồ quang ..................................................................................................................................44 2.Hồ quang cháy trong môi trường đặc biệt ..........................................................................................45 3.Phân loại hồ quang ...............................................................................................................................46 4.Dóng cắt đồng bộ (cho dòng α)........................................................................................................... 46 Chương 5 : Tiếp xúc điện ........................................................................................................... 47 §5.1 Khái niệm chung về tiếp xúc điện .................................................................................47 §5.2 Điện trở tiếp xúc .........................................................................................................47 §5.3 Các chế độ làm việc của tiếp điểm...............................................................................................48 1.Các thống số của tiếp điểm:................................................................................................................48 2.Các chế độ cắt (xác lập).......................................................................................................................48 3.Chế độ đóng (xác lập ).........................................................................................................................48 4.Quá trình đóng ...................................................................................................................................... 49 5.Quá trình cắt..........................................................................................................................................49 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU .................................................................................................56 1. P= 55 kw.............................................................................................................................................. 56 2. xác định chiều cao tâm trục 2p = 4 ( 230 )........................................................................................ 56 3. Xác định D........................................................................................................................................... 56 4. Công suất tính toán .............................................................................................................................56 5. chiều dài tính toán lõi sắt Stato............................................................................................................56 7. Hệ số kinh tế .......................................................................................................................................57 8.Dòng điện pha định mức ......................................................................................................................57 THIẾT KẾ STATO...................................................................................................................................57 9.Số rãnh Stato .........................................................................................................................................57 10.Bước rãnh Stato...................................................................................................................................57 11. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh ....................................................................................................58
12. Số vòng dây nối tiếp 1 pha................................................................................................................ 58 13.Tiết diện và đường kính dây dẫn.......................................................................................................58 14.Kiểu dây quấn.....................................................................................................................................58 15.Hệ số dây quấn...................................................................................................................................59 16.Từ thông khe hở không khí.................................................................................................................59 17.Mật độ từ thông khe hở không khí ....................................................................................................59 18.Sơ bộ xác định chiều rộng răng .........................................................................................................59 19. Sơ bộ xác định chiều cao gông Stato................................................................................................60 20.Chọn rãnh hình quả lê ........................................................................................................................60 21.Bề rộng răng Stato............................................................................................................................. 61 22. Chiều cao gông Stato.........................................................................................................................61 23.khe hở không khí ............................................................................................................................... 61 24.Số rãnh Rôt ( 246 ).............................................................................................................................. 61 25.Đường kính ngoài R ..........................................................................................................................61 26. Bíc r¨ng R............................................................................................................................................62 27.Sơ bộ chiều rộng răng R.....................................................................................................................62 28.Dường kình trục R............................................................................................................................. 62 29.Dßng trong thanh dÉn R...................................................................................................................... 62 30.Dòng điện trong vành nm...................................................................................................................62 31.Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm ........................................................................................................62 33. Chọn kích thước sơ bộ Roto............................................................................................................. 65 35.Diện tích vành nm............................................................................................................................... 65 36.Bề rộng răng ở 1/3 chiều cao răng.....................................................................................................66 37.chiều cao gông R.................................................................................................................................66 38 Làm nghiêng rãnh ở R......................................................................................................................... 66 39.Hệ số khe hở không khí .....................................................................................................................66 40.Chọn thép 2212....................................................................................................................................67 41.Sưc từ động khe hở không khí ...........................................................................................................67 42.Mật độ từ thông ở răng Stato ............................................................................................................ 67 43. Cường độ tư thông ở răng Stato........................................................................................................67 44. STĐ trên răng Stato........................................................................................................................... 67 45.Mật độ từ thông ở răng R..................................................................................................................67 46.Cường độ từ trường trên rằng R........................................................................................................68 47.STĐ trên răng R..................................................................................................................................68 48.Hệ số bão hòa răng ............................................................................................................................68 49.Mật độ từ thông trên gông Stato .......................................................................................................68 50. Cường độ tư trường trên gông S.......................................................................................................68
51.chiều dài mạch từ ở gông Stato..........................................................................................................68 52.STĐ ở gông R......................................................................................................................................68 53.Mật độ từ thông trên gông R.............................................................................................................. 68 54.Cường độ từ trường gông R..............................................................................................................69 55.Chiều dài mạch từ gông R..................................................................................................................69 56.STĐ trên gông R.................................................................................................................................. 69 57. STĐ tổng............................................................................................................................................ 69 58.Hệ số bão hòa toàn mạch................................................................................................................... 69 59.Dòng điện từ hóa ................................................................................................................................69 60.Chiều dài phần dầu nối S..................................................................................................................70 61.Chiều dài trung bình ½ vòng dây của dây quấn S.............................................................................70 62.Chiều dài dây quấn 1 pha Stato..........................................................................................................70 63.Điện trở tác dụng của dây quấn S..................................................................................................... 70 64.Điện trở tác dụng dây quấn R............................................................................................................70 65.Điện trở vành nm................................................................................................................................ 70 66.Điện trở R............................................................................................................................................71 67.Hệ số qui đổi ......................................................................................................................................71 68 .Điện trở R đã qui đổi ........................................................................................................................ 71 69. Hệ số từ dẫn tản Stato ..................................................................................................................... 71 70.Hệ số từ dẫn tản tạp S.......................................................................................................................71 71.Hệ số từ tản phần dầu nối ................................................................................................................72 72. Hệ số từ dẫn tản ...............................................................................................................................72 73.Điện kháng dây quấn S......................................................................................................................72 74.Hệ số từ dẫn tản rãnh R.....................................................................................................................72 75.Hệ số từ dẫn tản táp R.......................................................................................................................73 76.Hệ số từ dẫn tản phần dầu nối ........................................................................................................ 73 77.Hệ số từ dẫn tản do rãnh nghiêng......................................................................................................73 78.Hệ số từ tản Roto............................................................................................................................... 73 79. Điện kháng tản dây quấn Roto..........................................................................................................73 80.Điện kháng R đã qui đổi ....................................................................................................................73 81.Điện kháng hỗ cảm ............................................................................................................................74 82.Tính lại kE...........................................................................................................................................74 TÍNH TỔN HAO .....................................................................................................................................74 82.Trọng lượng răng Stato.......................................................................................................................74 83.Trọng lượng gông Stato......................................................................................................................74 84.Tổn hao trong lõi sắt ..........................................................................................................................74 85.Tổn hao bề mặt trên răng R................................................................................................................74
86.Tổn hao đập mạch trên răng R..........................................................................................................74 87.Tổn hao tổng thép .............................................................................................................................. 74 88.Tổn hao cơ ..........................................................................................................................................75 89. Tổn hao không tải ............................................................................................................................ 75 Môn Cơ sở Khí cụ điện Giáo trình : Khí cụ điện –Phạm Văn Chới Bùi Tín Nguyễn Tôn §1.1 :Bài Mở đầu * Khí cụ điện là các thiết bị điện dùng để đóng ,cắt , bảo vệ , điều khiển, ổn định các mạch điện (đo lường) điện áp ,công suất (theo chức năng ). - Điều khiển: Tin cậy ,chọn lọc,tự động lập lại. - Đóng cắt là chức năng quan trọng ,không dòng điện (an toàn ) ,nhìn thấy khoảng cách (dao cách ly) . +Ngắn mạch rất khó khăn khi cắt dòng ,dùng cầu chì , máy cắt ,aptômát (hạ áp). + Quá tải có thời gian(rơ le nhiệt).
-Điều khiển : các thiết bị công tác làm việc với các chế độ khác nhau . • Khí cụ điện theo điện áp : - Khí cụ điện cao áp Uđmức >1000V - Khí cụ điện hạ áp Uđmức 400 kV) * Khí cụ điện dạng dòng : +Khí cụ điện một chiều + Khí cụ điện xoay chiều • Khí cụ điện nguyên lý làm việc : + Điện cơ + Điện từ + Điện nhiệt
Chương I : Nam châm điện . §1.1: Đ ại cương nam châm điện . 1,Sơ đồ: 5 4 3 2 δ Φδ + U Φr Φo 1 1-mạch từ tĩnh ; 2-cuộn dây; 3-mạch từ động( nắp); 4-lò xo nhỏ; 5-cứ chặn Φ0 từ thông ∑; Φδ :từ thông làm việc ; Φr :từ thông rò; δ :khe hở làm việc ; Định nghĩa : Nam châm điện l à một cơ cấu điện từ biến điện→ từ →cơ (lực ,mô men). - Đóng K → xuất hiện I trong cuộn dây ư vòng . F = ιω :sức từ động [Avòng ] F sinh ra từ thông : +Φδ →lực điện từ hút nắp (không phụ thuộc chiều i) m à € δ + Φr -μ : [ H/m ] đặc trưng cho độ dẫn điện. μ0 = 4π 10 −7 H/m (chân không , không khí ) →tuyệt đối.
μx - Độ dẫn từ tương đối μ0 φ - Mật độ từ thông B = ;S : tiết diện cực từ; B [ Wb/m2 ] , [ T ] . S B - Cường độ từ trường : H = [ T/H/m ] , [ A/m ], [Tm/H ]. μ 1l - Từ trở : Rμ = [ H-1 ] μS 1 S - Từ dẫn : G= =μ [H] Rμ l B III II I H dB I _tuyến tính; μ= dH III _bão hoà ; II _phi tuyến → tính toán phức tạp. * Phân loại : - Nam châm điện nối tiếp :cuộn dây nối tiếp với phụ tải →dòng điện phụ thuộc phụ tải . - Nam châm điện song song :cuộn dây song song với phụ tải .
- Nam châm điện xoay chi ều ( AC ) Nam châm điện một chiều ( DC ). 2,Các định luật cơ bản: 2.1, Định luật Ôm : Uμ Φ= = U μG Rμ 2.2, Định luật Kirchoff 1 : ∑Φ = 0 i 2.3, Định luật Kirchoff 2 : F = ∑ U μi = Φ(R + ... + R μn ) μ1 2.4, Dòng điện toàn phần : F = ∫ Hdl l 3, Ứng dụng: sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu truyền động , công tắc tơ ,…, thiết bị bảo vệ ngắn mạch trong máy cách điện ,dùng trong điều khiển ,các cơ cấu phân ly , phân loại cơ cấu điện từ chấp hành ( phanh hãm điện từ ). 4, Tính toán nam châm điên : - Mạch từ phi tuyến →tuyến tính hoá . 1l -Khó xác định chính xác từ trở của mạch từ : Rμ = chỉ đúng cho tuyến tính đều. μS §1.2 : Từ dẫn mạch từ. * Phần sắt từ :phụ thuộc điểm làm việc trên đồ thị B(H) S Vd: G Fe = μ Fe l nếu điểm làm việc thuộc vùng tuyến tính μ= const , μFe >> μ0 →bỏ qua từ trở sắt từ .
* Phần không khí : - Ở khe hở không khí lam việc + Từ dẫn rò. Φ - Công thức chung : Gδ = δ U μδ → không khí không phụ thuộc vào điểm làm việc B(H) . - δ < < S → coi trường điện từ ở δ là trường song phẳng (đều) Φδ BS S b Gδ = = = μ0 [H] m a U μδ Hδ δ δ →bỏ qua từ thông tản m δ Điều kiện :  d ≤ 0.2 d - đường kính nêú hình trụ δ  ≥ 0.2 d 1, Phân chia từ trường : → Chia từ trường thành các vùng đơn giản Tính dần các trường thành phần Tổng hợp lại a2 * Với hình hộp chữ nhật : G δ0 = μ 0 δ -1/2 trụ đặc :
δ tb G δ2 = μ 0 S tb V ⇒ G δ2 = μ 0 = 0.26μ 0 a δ2 tb a δ 2a G δ3 = μ 0 - ½ trụ rỗng : δ  ( m=1:2δ ) π + 1 m  - ¼ cầu đặc : G δ4 = 0.077μ 0 δ m - ¼ cầu rỗng : G δ5 = μ 0 4 G δ = G δ0 + G δ2 + G δ3 + G δ4 + G δ5 16 G δ − G δ0 = ∑ G δi →từ dẫn tản 2 Gδ G + Gt G Hệ số từ tản : δ t = = δ0 = 1+ t G δ0 G δ0 G δ0 Khi δ nhỏ ;a,b lớn → G t 〈〈 G δ0 → δ t = 1 δ càng lớn δ t ↑ → Kết quả tương đối chính xác nhưng phức tạp → dùng tính toán kiểm ngiệm. 2, Tính bằng công thức thực nghiệm ( kinh nghiệm ): Bảng ( 1-3) 3, Tính bằng hình vẽ : Khi cực từ khức tạp không dùng 2 loại trên thì vẽ bức tranh từ trường
+Đường sức từ → dẫn +Đường đẳng thế §1.3 : Mạch từ một chiều . - F = ιω # f ( t) . U, I không phụ thuộc vào t → Mạch không tổn hao do xoáy , từ trễ - Hai bài toán : + Thuận : Cho Φ tính F +Ngược : Cho F tính Φ Khó khăn : +Từ dẫn khó tính chính xác . +Phi tuyến vật liệu từ . +Thông số rải →tập trung. 1,Mạch từ 1 chiều bỏ qua từ thông rò : -Khi Φ ro 〈〈 Φ . - Mạch từ hìh xuyến . A, Thuận : i δ S ltb
biết Φ δ tìm F = ιω ⇒ mạch từ thay thế : Φ δ = Φ Fe vì Φ rò = 0 F = Φ δ ( R µFe + R δ ) R µFe Rδ S Gδ = µ0 F δ 1 l tb Rµ = B µ S Bh Φ ⇒ B= →H S H Mạch từ một chiều I=const →F= const không phụ thuộc vào δ UFe ↑ →bão hòa . b, Ngược : biết F F = IW = Φ( R μFe + R δ ) → tính được R δ ⇒ Phương pháp dò trên cơ sở bài toán thuận : có thể dựng hình →kết quả trường hợp đặc biệt . IW = Φ(R μFe +R δ ) = Hl tb + BS GS IW BS =H+ l tb G δ l tb
B M Bδ α H 0 H - Lấy OA= IW/ltb ; 1 - Từ A dựng α ; tgα = . G δ l tb 2,Mạch từ 1 chiều có xét tới từ thông rò : a, Bỏ qua từ trở sắt từ : μ Fe 〉〉μ 0 ⇒ R Fe → 0 - Khi nghiệm nằm trong vùng tuyến tính của B( H ) IW x Φδ δ Φ δl − Φ δx IW U µ = F = Hl x l d Uμ
Φδ x x Φδ Φδ Mạch từ thay thế : Φδ G δ1 Grò G δ2 Φ0 IW Gr =kgrl gr : dẫn suất từ dò ; k
ιω l 2 1 ⇒ Φ rx = gr ⇒ Φ rl = ιω lg r = ιωG r l 2 2 1 ⇒ G r = lg r từ dẫn rò qui đổi theo Φ ( Nam châm 1 chiều ) 2 Sức từ động F ~ điện áp Từ thông Φ ~ dòng điện - Từ thông móc vòng Φω = ψ Iω 2 dψ rx = ω x dΦ rx = 2 g r x 2 dx l Iω 2 Iω ψr = g r l = ω g r l = ωΦ 3 3 1 ⇒ G r = g r l →Nam châm diện 3 - Hệ số từ rò : Φ Φ + Φr Φ δr = 0 = δ = 1+ r Φδ Φδ Φδ b, Không bỏ qua từ trở sắt từ : - Điểm làm việc ở vùng bão hòa của B( H) x δ Uμδ 1 1’ 2 2’ l12 3 3’ l23 4 4’ l34 Uμ
nắ p Φn Rδ Φδ R′ δ 1′ x R 12 Φr1 ′ Φδ R 12 2′ R 23 Φr2 R′ 23 3′ Φ R 34 Φr3 R′ 34 4′ Φd - Giải bằng phương pháp đoạn mạch từ (tại sao 3 đoạn ) - Tính từ trở (dẫn ) của không khí ( chia1 đoạn sai số lớn hơn ) n ( Iω) ∑ = ∑ ( Iω) i i =1 * Thuận : cho Φ δ → F Φδ Φδ Φ δ = BnSn ⇒ Bn = = → H → µn Sn S B (H ) 1 ln Rn = → U11' → R r1 µ n Sn Φ 11' = Φ r1 + Φ δ → Φ 11'
Φ 11' B11' = → B( H ) S μ 11' → R 12 * Ngược : cho F → Φ δ dùng phương pháp dò - Dùng hệ số từ rò Tại bất cứ điểm α ;  Φ  Φ x = Φ δ + Φ rx = Φ δ 1 + rx  = Φ δ σ rx   Φδ  - Từ dẫn và điện cảm : L = w2G ; G- từ dẫn w –số vòng dây L –điện cảm XL = wl =2лfl ; f # 0 §1.4 : Mạch từ xoay chiều . + I biến thiên → tổn hao do từ trễ và dòng xoáy . U U I= = Z R2 + X 2 L U U I= = ωl 2πfω 2 G R
dδ Wn.m :vòng ngắn mạch làm cho từ thông và từ áp lệch pha về từ →chống rung nam châm điện xoay chiều . Wn.m U~ Φr w1 → Giản đồ véc tơ : IR -E U Uμ Φxμ In.m ΦRμ Xác định Xμ –từ kháng ιω = Φ δ R δ = ι n ω n