Môn Cơ sở Khí cụ điện

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

495
lượt xem 134
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 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) .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...

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Môn Cơ sở Khí cụ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Môn Cơ sở Khí cụ điện
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 Rμ = Từ trở : [ H-1 ] - μS 1 S G= =μ Từ dẫn : - [H] Rμ l B III II I H dB μ= I _tuyến tính; 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( μ1 + .. R μn) .+ R 2.4, Dòng điện toàn phần : F = ∫ H dl 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 Rμ = -Khó xác định chính xác từ trở của mạch từ : 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 Gδ = δ - Công thức chung : U μδ → không khí không phụ thuộc vào điểm làm việc B(H) . - δ
Φδ BS S Gδ = = = μ0 b [H] m a U μδ Hδ δ δ →bỏ qua từ thông tản m δ  d ≤ 0.2 Điều kiện : 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 G δ0 = μ 0 * Với hình hộp chữ nhật : 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 δ  - ½ trụ rỗng : ( m=1:2δ ) π + 1 m 
G δ4 = 0.077μ 0 δ - ¼ cầu đặc : m G δ5 = μ 0 - ¼ cầu rỗng : 4 G δ = G δ0 + G δ2 + G δ3 + G δ4 + G δ5 16 G δ − G δ0 = ∑ G δi →từ dẫn tản 2 G + Gt Gδ 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 δ F 1 l tb Rµ = B µS 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 G δ2 Grò Φ0 IW Gr =kgrl gr : dẫn suất từ dò ; k
lS lS G δ1 = μ 0 ; G δ2 = μ 0 . δ1 δ2 +Thuận : Φ → F + Ngược : F → Φ ιω f= * Gọi l x U µx = fx = ιω ( từ áp tại điểm α ) l x dΦ rò = U µx dG rò = ιω g r dx Từ thông rò tại dx : l 1 ιω l 2 ⇒ Φ rx = ⇒ Φ rl = ιω lg r = ιωG r gr 2 l 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 Iω 2 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 Uμδ δ 1’ 1 l12 2’ 2 3’ 3 l23 4’ 4 l34 Uμ nắ p Φn Rδ R′ Φδ δ 1′ x Φδ R 12 Φr1 ′ R 12 2′ R 23 Φr2 R′ 23 3′ Φ R′ R 34 Φr3 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' → B( H ) B11' = 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 : - G- từ dẫn L = w2G ; 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 2 R2 + X L U U I= = ωl 2πfω 2 G
R
IR U -E Φxμ Uμ ΦRμ In.m Xác định Xμ –từ kháng ιω = Φ δ R δ = ι n ω n w dΦ δ l ιn = n = − n rn rn dt w 2 dΦ δ U µ = ιω = Φ δ R δ + rn dt w2 Ln = x ; rn - điện trở vòng ngắn mạch rn 1 X µ = ωL µ = 2πf rn Z µ = R µ + jX µ Zµ = R µ + X µ 2 2 §1.5 : Cuộn dây nam châm điện . Chức năng cuộn dây : + sức từ động iw - + không được hỏng ( nóng ) U = Uđm Các thông số : + diện tích chiếm chỗ cuộn dây ( cửa sổ mạch từ ) -
h Scd = hl [ mm2 ] ; = m - tỉ số hình dáng dây . l m=1 ÷ 2 → xoay chiều 2 ÷ 4 → một chiều + số vòng dây w : - tiết diện dây quấn q [mm2 ] -đường kính d [ m ] ( không kể bề dày cách điện ) + Hệ số lấp đầy cuộn dây : ωq S K đ = Cu = ( 0.3 ÷ 0.7 ) S cd lh Kđ phụ thuộc : - + Cuộn dây có khung ? → khái niệm cách điện , chịu nhiệt . +Chủng loại dây quấn ,hình dạng chủng loại cách điện , kích cỡ dây quấn. +Có cách điện lớp hay không +Phương pháp cuốn dây . +Điện trở cuộn dây ρωl tb l +l R= ; l tb = t n q 2 I j= +Mật độ dòng điện trong cuộn dây : [A/mm2 ]; q j = (1.5 →4 )→dây cuốn Cu làm việc ở chế độ dài hạn =(10→30) →dây cuốn Cu làm việc ở chế độ ngắn hạn. 1, Cuộn dây nam châm điện 1 chiều : Cho sức từ động IW ,cho điện áp Uđm cuộn dây ,chế độ làm việc . → Tính các kích thước , thông số của cuộn dây . • Chọn j , Kđ , ρ - Xác định Scuộn dây : ιω q ωq ιω ι kđ S cd = lh = = = kđ kđ j l=? h =m⇒ l h=? Xác định ltb , biết kích thước cực từ ,Scd
Uω U U Uq iω = ω= ω= = l ω ρl tb l R ρ tb ρ tb S q ρ Cu ( 00 c ) = 0.017 [ Ω mm2/m ] q → d → chuẩn hóa ( làm tròn ) - S cd l cd - Số vòng : ω = q l tb ω - Điện trở : R = ρ q - Tổn hao công suất : P = I2R - Độ tăng nhiệt của cuộn dây ở chế độ dài hạn : [ W] P τ= [] [ C][ W  2 ] 0 m2 0 C m K T ST   KT : hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ ;KT = (6-14 )[ W/0C m2 ] –tự không khí . ST = St + Sn + 2Sđáy . - Nhiệt độ thoát nóng bề mặt cuộn dây : θ =θ0 + τ ( θ0 – nhiệt độ môi trường ) Nếu w rất lớn thì iw # f(δ) 2, Cuộn dây ,nâm châm điện xoay chiều : E = 4.44fωΦ m ( Φm- từ thông tổng , Φm = Φ0 + Φr ) ≈U 0.85U đm E E * Cho б ,Φm → ω = = = 4.44fΦ m 4.44fB m S 4.44fB m S ωq S cd = ⇒q kđ Sức từ động : ( iw ) = f(δ) - ở chế độ dài hạn ( trạng thái hút ) δ = 0.5 [mm] → khe hở công nghệ và chồng đỉnh . Φ - Imω = m G (δ = δ ) ∑ min ( I m ω) 1 ; q = I → S cd → I= j 2ω
3, Tính lại cuộn dây khi thay đổi điện áp : - Cơ sở : + Sức từ động không đổi Scd = lh = const +Từ thông không đổi + Chế độ nhiệt không đổi j = const U1 ω1 q 1 d2 = = = U 2 ω2 q 2 d1 Bài tập về nhà : Cho Scd = lh , biết U- , tính w, q sao cho j = 3 [A/mm2 ] (chọn kđ ) . §1.6 : Lực hút điện từ của nam châm điện 1 chiều . Lực hút điện từ của nam châm điện 1 chiều là lực tác động lên cơ cấu công tác . 1, Dùng công thức Maxoen : 1  → → → 1 → 2 → µ0 ∫  F= (B δ n ) B δ − B δ n  dS   2 S → → S- bề mặt cực từ ; n - pháp tuyến ; Bδ - từ cảm ; μo = 4л10-7 ( H/m ) → → → Nếu Bδ ⊥ S thì Bδ , n cùng phương 1 2µ 0 ∫ F= 2 B δ dS S 12 Nếu Bδ = const trong S → F = BδS 2µ 0 → bỏ qua từ thông tản khi δ〈〈 S , F = 4.06B δ S [ kg ] 2 2, Tính lực điện từ bằng cân bằng năng lượng : - Khi đóng điện vào cuộn dây namchâm điện : dΨ phương trình cân bằng : U = iR + dt Uidt = i Rdt + idΨ 2 Uidt : điện năng vào ; i Rdt : tổn hao nhiệt ; idψ : năng lượng từ . 2
δ2 ψ2 δ2< δ1 c d δ1 b a 0 i i1 i 2 Năng lượng từ trường δ = δ1 ψ1 Wµ1 = ∫ idψ = S 0ab 0 ( tam giác cong ) 0 ψ1 Wµ12 = ∫ idψ = S abcda Khi δ1 → δ2 : ψ2 ψ2 δ = δ2 ⇒ Wµ 2 = ∫ idψ = S ocdo 0
∆Wµ = Wµ1 + Wµ 21 − Wµ 2 = S oado = F∆S ∆Wµ dWµ ⇒F= = ∆S dS 1 Wµ1 = Ψ1i1 2 1 Wµ 2 = Ψ21i 2 2 1 Wµ12 = ( Ψ2 − Ψ1 ) ( i1 + i 2 ) 2 Đặt Ψ2 = Ψ1 + ∆ Ψ §1.7 : Lực hút điện từ của nam châm điện xoay chiều . i = Ι m sin ωt Φ = Φ m sin ωt 2 1  Φ sin ωt  dG 1 Φ 2 dG 1 2 dG F = ( iω) =m = sin 2 ωt = Fm sin 2 ωt  m 2 dS 2  G dS 2 G dS  1 − cos 2ωt 1 1 = Fm = Fm − Fm cos 2ωt = F− + Fx 2 2 2 Fm - biên độ lực điện từ .