Kỹ thuật điện đại cương - Chương 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

KHÁI NIỆM VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu: - Mạch từ. - Phương pháp nghiên cứu máy điện. §3-1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1. Định nghĩa. Máy điện là thiết bị điện từ, có nguyên lý làm việc theo định luật cảm ứng điện từ. Về cơ bản máy điện chỉ có mạch từ và mạch điện, chúng có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền tải năng lượng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điện đại cương - Chương 3

KHÁI NIỆM VỀ MÁY ĐIỆN Chương 3. Mục tiêu: - Mạch từ. - Phương pháp nghiên cứu máy điện. §3-1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1. Định nghĩa. Máy điện là thiết bị điện từ, có nguyên lý làm việc theo định luật cảm ứng điện từ. Về cơ bản máy điện chỉ có mạch từ và mạch điện, chúng có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền tải năng lượng. 2. Phân loại máy điện. Theo nguyên lý biến đổi năng lượng máy điện có 2 loại. - Máy điện tĩnh. Loại này thường để biến đổi các thông số của dòng điện như máy biến áp, máy biến tần... - Máy điện có phần động. Loại này thường để biến đổi năng lượng. - Các máy điện làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ và lực điện từ. - Máy điện có tính chất thuận nghịch. Sơ đồ phân loại máy điện Máy điện Máy điện tĩnh MĐ quay M.xoay chiều M.một chiều Máy KĐB Máy ĐB Máy BA ĐC ĐC ĐC MF MF MF http://www.ebook.edu.vn 37 Lª B¸ Tø 2008
§3-2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN ỨNG DỤNG CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Các máy điện làm việc dựa vào 2 định luật cảm ứng và lực điện từ. 1. Định luật cảm ứng điện từ. + Trường hợp 1: Khi có từ thông biến thiên trong 1 cuộn dây thì trong cuộn dΦ dây xuất hiện sđđ cảm ứng: e = - WΦ’= - W . Chiều của dòng điện cảm dt ứng được xác định theo định luật Len-Xơ. + Khi thanh r ẫn chuyển động với vận tốc v và vuông góc với mặt phẳng được d r xác định bằng B và v thì: e = Blvsinα Trong đó α là góc giữa véc tơ B và véc tơ v. Khi α = 90o thì e = Blv. Chiều của sức điện được xác định theo qui tắc bàn tay phải. 2. Định luật lực điện từ. Khi thanh dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường thì chịu tác dụng 1 lực: F = BlIsinα, trong đó α là góc xác định bởi l và véc tơ B. Nếu α = 90o thì F = BlI. l 3. Định luật mạch từ. Lõi thép của máy điện là mạch từ. rr n Định luật mạch từ viết là: ∫ H.d l = ∑ I i i W i =1 l Lưu số véc tơ cường độ từ trường doc theo 1 đường cong kín bất kỳ bằng tổng đại số cường độ dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi đường H3-1 cong đó. a. Mạch từ đồng nhất, chỉ có 1 dây quấn(H3-1). Định luật mạch từ viết là: WI = Hl. - H là cường độ điện trường tính bằng A/m - l chiều dài trung bình của mạch từ. H1 l1, S1 - W số vòng cuộn dây. - Dòng điện I là dòng từ hoá để tạo ra từ i1 H2 l2 ; S2 trường. W1 W2 - Tích số WI là sức từ động F - Hl gọi là từ áp rơi trên mạch từ. b. Mạch từ có nhiều đoạn và nhiều cuộn dây. i2 H3-2 Ví dụ mạch từ trên hình 3-2. - Định luật mạch từ là: H1l1+ H2l2 = W1I1- W2I2 http://www.ebook.edu.vn 38 Lª B¸ Tø 2008
- Trong đó: H1, H2 là cường độ từ trường trong đoạn 1 và đoạn 2. - l1, l2 là chiều dài trung bình đoạn 1 và 2. - I2W2 có dấu âm vì có từ thông ngược với từ thông do W1I1 tạo ra. n m ∑ H k l k = ∑ Wj I j . + Định luật mạch từ tổng quát là: k =1 j=1 Tổng đại số các từ áp trên một mạch từ bằng tổng đại số các sức từ động của mạch từ đó. Dòng điện ij nào có chiều phù hợp với Φ theo qui tắc caí đinh ốc thì lấy dấu dương, và ngược lại lấy dấu âm. 4. Tính toán mạch từ. B Có 2 bài toán mạch từ. a. Bài tóan thuận. Cho biết Φ tìm dòng điện i B1 hoặc W để sinh ra từ thông đó. Cách giải: Trường hợp mạch từ không phân nhánh.Từ thông trong toàn mạch từ là như nhau nên từ H1 H O cảm trong các đoạn là: H3-3 B1= Φ/S1 và B2= Φ/S2. • Tính H. + Trong đoạn không khí: H2 = B2/µo Với µo= 4π.10-7H/m l1 ; S1 + Trong đoạn mạch vật liệu sắt từ, tìm H từ đường cong từ hoá B = f(H) hình 3-3. Từ trị H1 số B1 ta tra được H1. l • Tìm tổng ∑Hklk= H1l1 - H2l2 • Từ đó tìm được i hoặc W. i i1 W1 l2;S2 H2 v Ví dụ1: Một thanh dẫn ab có chiều dài l nằm trong khe hở của 1 nam châm điện, lõi thép có độ từ thẩm vô cùng lớn. Cho thanh dẫn chuyển động vuông góc với đường cảm ứng từ xác H3- 4 định trị số và chiều Sđđ cảm ứng (hình 3-4). Bài giải: Φ B2 trong khe hở không khí là: B2= µoWi/l2. Chiều B2 xác định theo qui tắc vặn i2 nút chai. Trị số Sđđ cảm ứng là: e = B2lv = W1 W2 µolvWi/l2. Dùng qui tắc bàn tay phải xác định i1 chiều của e. W3 Ví dụ 2. i3 H3-5 39 http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008
Cho mạch từ hình 3-5 có: W1 = 2000 vòng, W2= 400 vòng; W3 = 1000 vòng. I1 = 0,5A ; I1 = 1A. Đường cong từ hoá cho như hình 3-3; l = 50 cm, S = 10cm2. Từ thông trong lõi thép Φ = 1,5.10-3Wb. Xác định I3. Bài giải. Từ cảm trong lõi thép: B = Φ/S= 0,0015/0,001= 1,5T Bảng 3-5 quan hệ B=f(H) của vật liệu sắt từ. B(T) H(A/m) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1 110 132 165 220 300 52 58 65 76 90 B(T) 1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 H(A/m) 10000 14000 1200 2000 3000 4500 6000 380 600 900 Từ trị số B=1,5T tra bảng 3-5 được H =3000A/m. Áp dụng định luật mạch từ: Hl = W1I1- W2I2 + W3I3. I3 = Hl - W1I1 + W2I2 I3 = ( 3000.0,5 - 2000.0,5 + 400.1):1000 = 0,9A b. Bài toán nguợc. Cho biết dòng điện từ hoá phải tính từ thông, loại bài toán này phức tạp hơn, thường dùng các phương pháp dò hoặc các phương pháp khác. §3-3. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Các vật liệu chế tạo máy điện gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, và vật liệu cách điện. 1. Vật liệu dẫn điện Dùng chế tạo các bộ phận dẫn điện như đồng, nhôm, hợp kim đồng thau, đồng phốt pho. Để chế tạo dây quấn thường dùng dây đồng hoặc dây nhôm. Dây đồng hoặc nhôm được bọc cách điện gọi là dây điện từ. http://www.ebook.edu.vn 40 Lª B¸ Tø 2008
Máy điện có công suất nhỏ và điện áp nhỏ hơn 700V thường dùng day êmai. Các bộ phận cổ góp, vành trượt làm bằng hợp kim đồng. 2.Vật liệu đẫn từ. Dùng để chế tạo các bộ phận dẫn từ như mạch từ. Vật liệu dẫn từ gồm: thép lá kỹ thuật điện, thép lá, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ kém. Ở đoạn mạch có từ thông biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng thép lá KTĐ có chiều dày 0,35 ÷ 0,5 mm, trong thành phần có 2 ÷ 5 % Si để tăng từ trở nhằm giảm dòng điện xoáy. Ở tần số cao hơn dùng thép lá KTĐ có chiều dày 0,1 ÷ 0,2 mm. Tổn thất trong lõi thép do dòng điện Phucô và hiện tượng từ trễ được đặc trưng bằng suất tổn hao: 1, 3 2⎛ f ⎞ ∆Pst = P1.0 / 50 B ⎜ ⎟ m ⎝ 50 ⎠ Trong ®ã P1.0/50 lµ tæn hao trong thÐp KT§ ë f= 50Hz vµ B = 1T; m khèi l−îng lâi thÐp. Ở đoạn mạch có từ thông không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn, thép lá. 3. Vật liệu cách điện. Dùng để cách li các bộ phận dẫn điện và bộ phận không dẫn điện, giữa các bộ phận dẫn điện với nhau.Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt nhanh, chống ẩm và bền về cơ học. Độ bền nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và tải của nó. Cách điện tốt thì kích thước máy giảm. Chất cách điện có 4 nhóm: - Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải .. - Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh ... - Các chất tổng hợp - Các loại sơn, men cách điện. Chất cách điện tốt là mica. Các vật liệu giấy, vải, sợi có độ bền cơ tốt, mềm, nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm nhiều, cách điện kém. Do đó sau khi chế tạo dây quấn và máy điện cần phải tẩm sấy để tăng cường khả năng cách điện. Căn cứ vào độ bền nhiệt vật liệu cách điện được chia thành các cấp sau đây: A, E, B, F, H. Bảng cấp cách điện toC vl toC dq Vật liệu c¸ch ®iÖn Cấp A Sợi xenlulô, bông, tơ tẩm trong vật liệu hữu cơ lỏng 105 100 E Màng tổng hợp 120 115 http://www.ebook.edu.vn 41 Lª B¸ Tø 2008
B Amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính vật liệu gốc mica 130 120 Amiăng, vật liệu gốc mi ca, sợi thuỷ tinh có chất kết dính 155 140 F và tẩm tổng hợp Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thuỷ tinh, phối hợp với chất 180 165 H kết dính và tẩm si líc hữu cơ. Trong đó: - toCvl là nhiệt độ giới hạn cho phép của vật liệu. - toCdq là nhiệt độ trung bình cho phép dây quấn Ngoài ra còn có chất cách điện còn ở thể khí như không khí, hidrô và thể lỏng như dầu biến áp. 4. Vật liệu kết cấu. Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ và nắp máy. Trong máy điện vật liệu kết cấu thường là thép, gang, kim loại màu, hợp kim, chất dẻo. 5. Các bước nghiên cứu máy điện Phương pháp nghiên cứu máy điện theo các bước sau: - Nghiên cứu các hiện tượng vật lý xẩy ra trong máy điện - Dựa vào các định luật vật lý viết các phương trình cân bằng diễn tả sự làm việc của máy điện. Đó là mô hình toán của máy điện. - Từ mô hình toán thiết lập mạch điện thay thế của máy điện. - Từ mô hình toán và mạch điện thay thế, tính toán các đặc tính và nghiên cứu các đặc tính của máy điện để sử dụng nó. http://www.ebook.edu.vn 42 Lª B¸ Tø 2008