Chuong1

TRƯỜNG TDMU KHOA Đ- ĐL (BM ĐCN)
CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN
1. PHÂN LOẠI VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN
1.1. Khái quát chung về khí cụ điện
Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị điện dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo
vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài ra nó còn được dùng để
kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác.
Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trong
các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông vận tải và quốc
phòng …
Ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cách không
thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót nên hư hỏng khá nhiều, gây thiệt hại
đáng kể về kinh tế. Do đó việc nâng cao chất lượng sử dụng, bổ túc kiến thức bảo dưỡng, bảo
quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của ta là nhiệm
vụ quan trọng cần thiết hiện nay.
1.2. Phân loại
Để thuận lợi cho nghiên cứu sử dụng và sửa chữa KCĐ, người ta phân loại như sau:
1.2.1. Theo công dụng
- Nhóm KCĐ đóng cắt: đóng cắt bằng tay mạch điện ở các chế độ làm việc khác nhau.
Các KCĐ đóng cắt như cầu dao, dao cách ly,dao phụ tải, máy cắt tự động (áp tô mát), máy cắt
mạch.
Đặc điểm của nhóm KCĐ đóng cắt là tần số thao tác thấp (thỉnh thoảng mới phải thao
tác), do đó tuổi thọ của chúng thường không cao (đến hàng chục ngàn lần đóng cắt).
- Nhóm KCĐ bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi
có quá tải, ngắn mạch, sụt áp như rơle, cầu chì, máy cắt…
- Nhóm KCĐ mở máy điều khiển: làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống chế sự
hoạt động của các mạch điện như các bộ mở máy, khống chế, điện trở mở máy, công tắc tơ,
khởi động từ…đặc điểm của nhóm này là tần số thao tác cao, có thể tới 1500 lần/giờ, vì vậy
tuổi thọ của nó có thể tới hàng triệu lần đóng cắt.
- Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện, điện áp: Chức năng hạn chế dòng điện, điện áp
trong mạch không tăng quá cao khi bị sự cố. Kháng điện dùng để hạn chế dòng ngắn mạch,
van chống sét dùng để hạn chế điện áp…
- Nhóm KCĐ tự động điều chỉnh, khống chế, duy trì ổn định các tham số của các đối
tượng như các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ …)
- Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường như máy biến dòng điện, biến áp đo lường…
- Nhóm KCĐ kiểm tra, theo dõi: chức năng kiểm tra, theo dõi sự làm việc của các đối
tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện. Các KCĐ nhóm này gồm các
loại rơle, các bộ cảm biến…đặc điểm của nhóm này là công suất thấp, thường được nối thứ
cấp để biến đổi, truyền tín hiệu.
Giáo Trình Khí Cụ Điện Trang 1

1.2.2. Theo điện áp
- Khí cụ điện cao thế: được chế tạo dùng ở điện áp định mức từ 1000V trở lên
- Khí cụ điện hạ thế: được chế tạo để dùng ở điện áp dưới 1000V
1.2.3. Theo loại dòng điện
Khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều và xoay chiều.
1.2.4. Theo nguyên lý làm việc
Gồm có các loại: điện từ, từ điện, điện động, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm và không có
tiếp điểm v.v…
1.2.5. Theo điều kiện làm việc và đang bảo vệ
Gồm có: khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới, ở vùng có nhiều rung động, vùng mỏ
có khí nổ, ở môi trường có chất ăn mòn hoá học, loại để hở, loại bọc kín v.v…
1.3. Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện
Khí cụ điện cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức. Nói
một cách khác: dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép, vì nếu không sẽ
làm nóng khí cụ điện và chóng hỏng.
- Khí cụ điện phải ổn định nhiệt và ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng tốt và
có cường độ cơ khí cao vì khí quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện bị
hư hỏng hay biến dạng.
- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí cụ
điện không bị chọc thủng.
- Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn, xong phải gọn nhẹ, rẻ
tiền và dễ gia công, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra và sửa chữa.
- Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường
yêu cầu.
2. LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
2.1. Khái quát lực điện động trong khí cụ điện
Lực điện động (LĐĐ) là lực sinh ra khi một vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ
trường. Lực đó có tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng làm thay đổi hình dáng vật dẫn để từ
thông xuyên qua mạch vòng vật dẫn có giá trị cực đại.
Trong hệ thống gồm vài vật dẫn mang dòng điện, bất kỳ một vật dẫn nào trong chúng
cũng có thể được coi là đặt trong từ trường tạo nên bởi các dòng điện chạy trong các vật dẫn
khác. Do đó giữa các vật dẫn mang dòng điện, luôn luôn có từ thông tổng tương hỗ trợ móc
vòng, kết quả luôn luôn có các lực cơ học (được gọi là lực điện động). Tương tự như vậy cũng
có các lực điện động sinh ra giữa vật mang dòng điện và khối sắt từ.
Chiều của lực điện động được xác định bằng quy tắc “Bàn tay trái” hoặc bằng nguyên
tắc chung như sau: “Lực tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện có xu hướng làm biến đổi hình
dạng mạch dòng điện sao cho từ thông móc vòng qua nó tăng lên”.
Trong điều kiện bình thường, các lực điện động đều nhỏ và không gây nên biến dạng
các chi tiết mang dòng điện của các khí cụ điện. Tuy nhiên khi có gắn mạch các lực này trở

nên rất lớn và có thể gây nên biến dạng hay phá hỏng chi tiết và thậm chí cả khí cụ điện. Vì
vậy cần thiết phải tiến hành tính toán (hoặc từng bộ phận) về mặt sức bền chịu lực điện động,
nghĩa là không phá hỏng khi có dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời chạy qua. Việc tính
toán đó lại càng cần thiết nếu ta muốn có được khí cụ điện kích thước bé (do có thể đạt được
các bộ phận mang dòng điện gần nhau theo chiều điều kiện cho phép).
2.2. Phương pháp tính lực điện động dòng điện một chiều
Để tính toán lực điện động có thể dùng hai phương pháp:
- Phương pháp thứ nhất dựa trên định luật tác dụng tương hỗ của dây dẫn mang dòng
điện và từ trường (tức định luật Biôsavalaplax)
- Phương pháp thứ hai là phương pháp cân bằng năng lượng.
2.2.1. Phương pháp tính lực điện động dựa trên định luật tác dụng tương hỗ giữa dây
dẫn mang dòng điện và từ trường
Hình 1.1 Lực điện động tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện i
+ Khi có dòng điện i chạy qua một nguyên tố dl đặt trong từ trường như hình 1.1 có cảm ứng
từ B thì sẽ chịu tác dụng một lực cơ học có giá trị tính bằng công thức sau:
dF = i.B.dl.sinβ (1.1)
i: dòng điện chạy qua dây dẫn (A).
l: chiều dài dây dẫn điện (m).
dl: một nguyên tố của chiều dài dây dẫn điện (m).
B: cảm ứng từ (T)(do dòng điện khác tạo ra).
β: góc giữa dây dẫn l và cảm ứng từ B.
F: lực điện động (N).
 Khi xét lực trên cả đoạn dây l:
0 0
sin sin ( )
l l
F dF i B dl i B l Nβ β= = × × = × × ×∫ ∫ (1.2)
 Khi dây dẫn đặt vuông góc với cảm ứng từ thì β = 900
=> F = i.B.l (N)
2.2.2. Phương pháp dựa trên sự cân bằng năng lượng của hệ thống dây dẫn.
 Một dây dẫn hay một mạch vòng mang điện i, có năng lượng tính theo công thức sau:

2
i
W L
2
= (Ws) (1.3)
Ở đây, L: điện cảm của mạch (H)
W: năng lượng điện từ (Ws)
x: đoạn đường dịch chuyển theo hướng tác dụng của lực.
F: lực điện động cần tính (N)
Như vậy lực điện động được tính qua năng lượng diện từ:
W
F
x
=
 Hệ thống gồm hai mạch vòng:
Năng lượng điện từ của hệ thống là:
2 2
1 1 2 2 1 2
1 1
W (W )
2 2
L i L i M i i s= × + × + × × (1.4)
Trong đó:
L1, L2 : Điện cảm của mạch vòng.
i1, i2 : Dòng điện chạy trong các mạch vòng.
M : Điện cảm tương hỗ.
 Hệ thống là mạch vòng độc lập:
2 21 1 1 1
W
2 2 2 2
A Li i i n i
i
φ
Ψ
= = = = Ψ = (1.5)
Trong đó:
L : Điện cảm của mạch vòng độc lập.
i : Dòng điện chạy trog mạch vòng.
ψ : Từ thông móc vòng.
φ : Từ thông.
N : Số vòng dây trong mạch vòng.
Lực tác dụng trong mạch vòng sẽ hướng theo chiều sao cho điện cảm, từ thông móc
vòng và từ thông khi biến dạng mạch vòng dưới tác dụng của lực này tăng lên.
2.3. Tính toán lực điện động giữa hai dây dẫn song song
Khi hai dây dẫn đặt song song, lực điện động sinh ra được tính theo công thức:
( )
1
0 1
1. 2 2 2 22
0
.
4
l
l x x
F i i dx
a x al x a
µ
π
 
− = +
 +− + 
∫
Trong đó:
- l1, l2 : Chiều dài của hai dây dẫn song song .
- i1, i2 : Dòng điện qua hai dây dẫn song song.
- µ : Dẫn từ của không khí, µ0 = 4πx10-7
H/m.
(1.6)

- a : Khoảng cách từ hai dây dẫn.
- x : Đoạn đường dịch chuyển theo hướng tác dụng của lực.
2.3.1. Hai dây dẫn song song có cùng chiều dài
Thay l1 = l2 = l
Lực điện sinh ra:
2
0
1 2
2
1 ( )
4
l a a
F i i N
a l l
µ
π
 
  = × × + − ÷
  
 
(1.7)
Khi khoảng cách giữa dây dẫn bé đáng kể so với chiều dài của chúng: 0
1 2
2
. . .
4
l
F i i
a
µ
π
=
2.3.2. Hai dây dẫn song song không cùng chièu dài
Trong đó:
C1, C2 là khoảng cách đường chéo trong của hai dây dẫn.
B1, B2 là khoảng cách đường chéo ngoài của 2 dây dẫn.
Lực điện động sinh ra:
( ) ( )1 2 1 20
1 2
2
. . .
4
C C B Bl
F i i
a a
µ
π
+ − + 
=  
 
2.4. Tính toán lực điện động lên vòng dây, giữa các cuộn dây
Tính toán lực trong vòng dây:
R: Bán kính của vòng dây dân.
2r: Đường kính của dây dẫn.
I : Dòng điện chảy trong dây dẫn.
Lực tác động:
20 8
. ln 0,75
4
R
F i
r
µ
π
 
= − ÷
 
2.5. Lực điện động trong dòng điện xoay chiều
Tất cả các công thức xét ở phần trên đối với dòng DC đều đúng khi ta áp dụng với
dòng điện AC nhưng phải chú ý rằng giá trị i được tính ở đây là giá trị tức thời của dòng xoay
chiều. Lực điện động sẽ đạt giá trị lớn nhất khi i=Imax= 2 I. Do vậy lực điện động ở dòng AC
sẽ lớn hơn khi dẫn dòng DC
2.5.1. Lực điện động trong dòng điện xoay chiều một pha:
Dòng điện xoay chiều một pha biến đổi theo quy luật: I = Im.sinωt
Trong đó: Im là biên độ của dòng điện, ω là tần số góc.
lBB
1
iBB
1
iBB
2
lBB
2
aBB
CBB
1
CBB
2
BBB
2
BBB
1
R
2r
i
F
iBB
1 iBB
2 lBB
aBB
1
a
l
<<
(1.8)
(1.9)

Nếu các dòng điện trong các dây dẫn có cùng chiều thì các dây dẫn bị hút vào nhau
với lực:
2
2 2 1 cos2
. .sin . .cos 2
2 2 2
m m
m
m
F Ft
F c I t c I t
ω
ω ω
−
= = = −
c là hằng số 0 2
4
l
a
µ
π
=
Fm là trị số lực cực đại.
2.5.2. Lực điện động trong dòng điện xoay chiều ba pha:
Dòng điện xoay chiều ba pha biến đổi theo quy luật:
1
2
2
.sin
2
.sin
3
3
.sin
4
m
m
m
i I t
i I t
i I t
ω
ω π
ω π
=
 
= − ÷
 
 
= − ÷
 
Lực tác dụng lên dây dẫn của pha 1:
F1 = F12 + F13
F12 là lực điện động giữa các dây dẫn của pha 1 và 2
F13 là lực điện động giữa các dây dẫn của pha 1 và 3
2
12
2
13
2
1
2
. .sin .sin
3
1 4
. .sin .sin
2 3
2 1 4
. . sin sin
3 2 3
m
m
m
F c I t t
F c I t t
F c I t t
ω ω π
ω ω π
ω π ω π
 
= − ÷
 
 
= − ÷
 
    
⇒ = − + − ÷  ÷ 
    
Tương tự ta có:
2
2 21 23
2 1 4
. .sin sin sin
3 2 3
mF F F c I t t tω π ω ω π
    
⇒ = + = − + − ÷  ÷ 
    
2
3 1
2 1 4
. .sin sin sin
3 2 3
mF F c I t t tω ω π ω π
    
= − = − − + − ÷  ÷ 
    
2.5.3. Cộng hưởng cơ khí:
Trong trường hợp khi tần số của thành phần biến thiên của lực gần với tần số tiêng của
dao động cơ khí sẽ sinh ra hiện tượng cộng hưởng. Hiện tượng này có khả năng phá hỏng khí
cụ điện.
Thông thường, người ta chọn tần số riêng của các dao đọng cơ khí lớn hơn gấp đôi tần
số của lực.
2.6. Ổn định lực điện động
Khi bị ngắn mạch, LĐĐ do dòng ngắn mạch sinh ra khá lớn, có thể gây ra hỏng hóc
các thiết bị điện. Khả năng chịu LĐĐ lớn nhất của thiết bị điện chính là độ bền điện động của
thiết bị điện:
FTBĐ: khả năng chịu lực (độ bền) của thiết bị điện.
maxTBD LDDF F≥
maxLĐĐTBD FF ≥
(1.10)
(1.11)
(1.12)
(1.14)
(1.13)
(1.15)
(1.16)
(1.17)
(1.18)

FLĐĐmax: là trị số lớn nhất của LĐĐ do dòng điện ngắn, mạch sinh ra khi đi qua thiết bị
điện.
Vậy độ bền điện động của thiết bị điện được cho dưới dạng dòng ngắn mạch xung
kích. Khi chọn thiết bị điện đóng cắt, phải kiểm tra xem dòng ngắn mạch đi qua thiết bị đó, có
bé hơn dòng xung kích cho phép hay không, nếu không đạt phải chọn thiết bị có dòng xung
kích lớn hơn.
Độ bền cơ khí của vật liệu phụ thuộc không chỉ vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc
vào chiều, độ dài thời gian tác động và độ dốc tăng lên. Khí cụ điện ổn định lực điện động
phải thoả mãn:
- Việc tính toán lực điện động: Tính theo dòng điện xung của hiện tượng ngắn mạch.
- Việc tính toán độ bền động học khi có hiện tượng cộng hưởng.
3. PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN
3.1. Khái quát chung
Tất cả các khí cụ điện đều được cấu tạo bởi các chi tiết có đặc tính cơ, hóa, lý rất khác
nhau. Khi chúng hoạt động dưới tác dụng của điện trường và từ trường thì trong các chi tiết
như mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện… đều xuất hiện các
tổn hao công suất. Tất cả các tổn hao này đều chuyển hóa thành nhiệt năng làm cho khí cụ
điện nóng lên. Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của khí cụ điện, còn 1 phần
khác tỏa ra môi trường xung quanh. Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của khí cụ không tăng
lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh
Nếu nhiệt độ của khí cụ điện tăng cao vượt quá giá trị cho phép thì cách điện bị già
hóa và độ bền cơ của các chi tiết bị suy giảm, điều này ảnh hưởng đến mức độ an toàn cũng
như chất lượng khí cụ điện do đó người ta phải tính toán tổn thất điện năng.
3.2. Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện
Trong tính toán phát nóng khí cụ điện dùng một số khái niệm như sau:
θo: nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường.
θ: nhiệt độ phát nóng
τ = θ - θo: là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường, ở vùng ôn đới cho phép τ =
350
C, vùng nhiệt đới τ = 500
C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào chế độ làm việc.
τôđ = θôđ - θo: độ chênh nhiệt độ ổn định.
Trong khí cụ điện có các dạng tổn hao năng lượng chính sau:
 Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện
 Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ
 Tổn hao điện môi.
Năng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi qua trong thời gian t được tính
theo công thức sau:
1
2
0
.Q i Rdt= ∫
Q: Điện năng tổn thất.
(1.19)

I: Dòng điện trong mạch
R: Điện trở của khí cụ.
T: Thời gian có dòng điện chạy qua.
Đối với dây dẫn đồng chất:
( )0 1 .dm l
R
s
ρ αθ+
=
ρ0: Điện trở suất của vật liệu ở 00
C.
l: Chiều dài dây dẫn.
α: Hệ số nhiệt độ của điện trở.
θđm: Nhiệt độ cho phép ở chế độ định mức.
S: Tiết diện có dòng điện chạy qua.
Tuỳ theo khí cụ điện tạo nên từ các vật liệu khác nhau, kích thước khác nhau, hình
dạng khác nhau sẽ phát sinh tổn thất khác nhau.
Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngoài ra
còn phụ thuộc vào tần số dòng điện, vị trí của dây dẫn: nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có
dòng điện đi qua.
Nếu các phần tử sắt từ nằm trong vùng từ trường biến thiên thì trong chúng sẽ có tổn
hao do từ trễ và dòng điện xoáy tạo ra. Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật
liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi.
3.3. Các chế độ phát nóng trong khí cụ điện
Bắt đầu làm việc, nhiệt độ của thiết bị tăng dần dần, sau một thời gian quá độ nó
không tăng nữa và đạt trị số xác lập. Người ta phân ra ba chế độ làm việc của thiết bị điện: dài
hạn, ngắn hạn, và ngắn hạn lập lại tùy theo thời gian làm việc và độ tăng nhiệt.
3.3.1. Chế độ làm việc dài hạn của khí cụ điện:
Chế độ làm việc dài hạn là chế độ làm việc của thiết bị điện với thời gian dài tùy ý
nhưng không ngắn hơn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định.
Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một công suất P và trong thời
gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng:
Q = P.dt = RI2
dt
Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần:
 Đốt nóng vật dẫn Q1= G.C.dτ
 Tỏa ra môi trường xung quanh Q2= S α.τ.dt.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt của quá trình phát nóng:
Q=Q1+Q2=P.dt = G.C. dτ + S α.τ.dt.
(1.20)
(1.21)
(1.22)

Trong đó:
G: khối lượng vật dẫn (g)
C: tỉ nhiệt vật dẫn tỏa nhiệt (
J/g)
τ: độ chênh nhiệt (00
C)
α: hệ số tỏa nhiệt (W/cm2)
Ta có phương trình:
Giải phương trình vi phân trên với điều
kiện tại t = 0 thì độ chênh nhiệt ban đầu
là τ0, ta được:
Đặt
Khi t = 0 mà τ0 = 0 thì:
Khi ngắt điện (I = 0), quá trình phát nóng chấm dứt và quá trình nguội lạnh bắt đầu xảy ra
3.3.2. Chế độ làm việc ngắn hạn của
khí cụ điện
Chế độ làm việc ngắn hạn là chế
độ làm việc của thiết bị điện với thời gian
đủ ngắn để nhiệt độ phát nóng của nó
chưa đạt tới giá trị ổn định, sau đó ngưng
làm việc trong thời gian đủ lớn để nhiệt độ
của nó hạ xuống tới nhiệt độ môi trường
Sau thời gian tlv (thời gian làm việc
ngắn hạn) độ chênh nhiệt mới đạt tới trị τ1
< τf, nên thiết bị điện làm việc non tải và
chưa lợi dụng hết khả năng chịu nhiệt
Từ đó ta thấy rằng có thể nâng phụ
tải lên để sau thời gian làm việc ngắn hạn
tlv độ chênh nhiệt vừa đạt tới trị số cho phép τf, phụ tải lúc này là Pn: Pn = α S.
τmax
Đường cong phát nóng trường hợp này là đường 2. Điểm M trên đường 2 thỏa mãn
phương trình độ chênh nhiệt của quá trình phát nóng
τ
ατ
.
.
.
. CG
S
dt
d
CG
P
+=
t
GC
S
t
GC
S
ee
S
P
αα
τ
α
τ
−−
+







−= 01
.
T
t
T
t
od ee
−
−
+





−= 01 τττ








−=
−
T
t
od e1.ττ
)1(max
T
t
f
lv
e−=ττ
τôđ
τ0
3
0.632τ
ôđ t[s]
1
2
0
T
A
B
τ
Hình 1.2 Chế độ làm việc dài hạn
τmax
τf
τ1
0 t[s]
tlv
1
2
3
M
Hình 1.3 Chế độ làm việc ngắn hạn
τ
(1.23)
(1.24)

3.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện:
Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại là chế độ làm việc của thiết bị điện trong một
thời gian tlv mà nhiệt độ phát nóng chưa đạt tới bão hòa và sau đó nghỉ một thời gian tng mà
nhiệt độ chưa giảm về nhiệt độ ban đầu rồi tiếp tục làm việc và nghỉ xen kẽ.
Quá trình làm việc và nghỉ cứ lặp lại tuần hoàn như vậy theo chu kỳ với thời
gian tck = tlv + tng . Sau thời gian đủ lớn, thiết bị đạt được chế độ tựa xác lập, ở đó trong thời
gian làm việc nhiệt độ đạt tới giá trị θmax = const và trong thời gian nghỉ, nhiệt độ hạ xuống
giá trị θmin = const.
Nhiệt độ của lhí cụ điện tăng lên trong khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt độ giảm
xuống trong khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu thì khí
cụ điện làm việc lặp lại. Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ
giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt được chế độ dừng.
Hình 1.4 Phát nóng khí cụ điện ngắn hạn lặp lại
Ta giả thiết tại thời điểm ban đầu độ chênh nhiệt độ của vật dẫn là τ0 sau thời gian làm
việc tlv vật dẫn được đốt nóng đến độ chênh nhiệt là:
Sau thời gian nghỉ tng vật dẫn nguội xuống nhiệt τmax độ:
Chu kì tiếp theo vật dẫn lại bị đốt nóng tới chênh nhiệt độ:
Sau một số chu kì nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ đạt đến độ chênh nhiệt cực đại τmax và
độ chênh lệch nhiệt độ cực tiểu τmin không thay đổi, ta gọi là thời kì ổn định. Tương tự như
trên, ta viết:
Quá trình phát nóng:
T
t
T
t
od
lvlv
ee
−−
+







−== 01 1 τττ
T
tng
e
−
= 12 ττ
T
t
T
t
od
lvlv
ee
−−
+







−= 23 1 τττ
T
t
ee lvT
t
od
lv
−
+







−=
−
minmax 1 τττ

Quá trình nguội lạnh:
Giải hai phương trình này ta được:
3.3.4 Sự phát nóng khi ngắn mạch
Thời gian xảy ra ngắn mạch rất ngắn nên nhiệt độ cung cấp cho vật thể hoàn toàn
dùng để đốt nóng vật dẫn và gần đúng ta coi nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh. Trong
thời gian dt dòng điện ngắn mạch sinh ra nhiệt lượng là:
Trong đó:
R
R
Knm
'
= , với R là điện trở một chiều của vật dẫn; R’ là điện trở xoay chiều của
vật dẫn; S là tiết diện vật thể
Toàn bộ nhiệt lượng do dòng điện ngắn mạch sinh ra dùng để đốt nóng vật dẫn lên độ
chênh nhiệt độ là τnm.
Ta có phương trình:
dQ = C.G.dτnm = C.S.l.γ.dτnm
dt
S
I
K
c
d nmnm .
.
2






=
γ
ρ
τ
( )[ ]
( )[ ]
dt
S
I
bc
K
nmod
nmodnm
nm .
1
1
2
00
00






++
++
=
ττ
τταρ
γ
τ
Với γ là khối lượng riêng của vật dẫn. C là nhiệt dung riêng của vật dẫn
BẢNG NHIỆT ĐỘ CHO PHÉP CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU:
Tuỳ theo chế độ làm việc khác nhau, mỗi khí cụ điện sẽ có sự phát nóng khác nhau.
Vật liệu làm khí cụ điện Nhiệt độ cho phép (0
C)
- Vật liệu không bọc cách điện hoặc để xa chất cách
điện.
- Dây nỗi ở dạng tiếp xúc cố định.
- Vật liệu có tiếp xúc dạng hình ngón.
- Tiếp xúc trượt của Cu và hợp kim Cu.
- Tiếp xúc má bạc.
- Vật không dẫn điện và không bọc cách điện.
110
75
75
110
120
110
Vật liệu cách điện Cấp cách điện
Nhiệt độ cho phép
(0
C)
- Vải sợi, giấy không tẩm cách điện. Y 90
T
t
e lv−
= .maxmin ττ
T
tt
T
t
od
nglv
lv
e
e
+
−
−
−






−
=
1
1
max
τ
τ
dt
s
IKdtRIKdQ nmnm .
1
..... 22
ρ==

- Vải sợi, giất có tẩm cách điện
- Hợp chất tổng hợp
- Mica, sợi thuỷ tinh.
- Mica, sợi thuỷ tinh có tẩm cách điện.
- Chất tổng hợp Silic.
- Sứ cách điện.
A
E
B
F
H
C
105
120
130
155
180
>180
4. TIẾP XÚC ĐIỆN
4.1. Khái niệm
Tiếp xúc điện là chỗ tiếp xúc của hai hay nhiều vật dẫn, để truyền dẫn dòng điện đi từ
vật này sang vật khác. Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn đợc gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện là phần rất quan trọng của khí cụ điện, trong quá trình đóng cắt mạch
điện, chỗ tiếp xúc của tiếp điểm đóng cắt bị phát nóng cao, bị mài mòn do va đập và ma sát,
đặt biệt là sự hủy hoại của hồ quang điện.
4.2. Phân loại
Dựa vào mối liên kết tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau:
 Tiếp xúc cố định: là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2 vật dẫn, được liên kết bằng
bulông, đinh vit, đinh rivê,... ví dụ: Tiếp xúc của kẹp nối dây, tiếp xúc giữa dây dẫn và cốt bắt
dây ở sứ xuyên…
 Tiếp xúc đóng mở: là tiếp xúc mà có thể làm cho dòng điện chạy hoặc ngừng chạy từ
vật này sang vật khác (như các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt ví dụ: tiếp xúc của tiếp điểm
cầu dao, công tắc, aptomat, máy cắt...).
 Tiếp xúc trượt: là vật dẫn điện này có thể trượt trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ
như chổi than trượt trên vành góp máy điện).
Dựa vào hình dạng chỗ tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau:
 Tiếp xúc điểm: là hai vật tiếp xúc với nhau chỉ ở một điểm hoặc trên bề mặt diện tích
với đường kính rất nhỏ (như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt phẳng, hình nón
với mặt phẳng,...)
 Tiếp xúc đường: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau theo một đường thẳng hoặc trên bề
mặt rất hẹp (như tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng, hình trụ với trụ,...)
 Tiếp xúc mặt: là hai vật dẫn điện tiếp xúc với nhau trên bề mặt rộng(ví dụ tiếp xúc mặt
phẳng với mặt phẳng,...).
4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tiếp xúc điện
Vật liệu làm tiếp điểm: Nếu vật liệu mềm thì dù áp suất (s) có bé điện trở tiếp xúc
(Rtx) cũng sẽ bé. Nói một cách khác, nếu khả năng chống dập nát được đặc trưng bằng s bé thì
Rtx cũng bé. Do đó thường dùng vật liệu mềm để làm tiếp điểm hoặc dùng kim loại cứng mạ
ngoài bằng kim loại mềm như: đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc hay mạ cadmi. Từ đó cũng
đã phát triển tiếp điểm lưỡng kim loại: tiếp điểm kim loại cứng tiếp xúc với kim loại lỏng như
thuỷ ngân.
Lực ép lên tiếp điểm F càng lớn thì điện trở tiếp điểm càng bé

Nhiệt độ tiếp điểm: ở nhiệt độ không quá cao (thường 2000
C), khi nhiệt độ tiếp điểm
tăng thì điện trở tiếp xúc cũng tăng.
Điện tích tiếp xúc: có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc
Mật độ dòng điện: Diện tích tiếp xúc được xác định tuỳ theo mật độ dòng điện cho
phép. Theo kinh nghiệm, đối với thanh dẫn bằng đồng tiếp xúc nhau ở tần số 50Hz, thì mật độ
dòng điện cho phép là:
4 2
cp
I
j 0,31 1,05.10 (1 200) ;A / mm
S
−
 = − − − 
Trong đó: I – giá trị dòng điện hiệu dụng, A;
S – diện tích mặt tiếp xúc biểu kiến S = Sbk;
Biểu thức trên chỉ đúng với dòng điện từ 200 – 2000A. Nếu I ngoài giá trị đó:
2
cp
2
cp
I 200 A thì j 0,31A / mm
I 2000A thì j 0,12A / mm
< =
> =
Nhiệt độ cho phép quy định khi dòng điện định mức đi qua các bộ phận khí cụ điện (điện áp
cao) với nhiệt độ môi trường xung quanh
0
0 35 Cθ = ở một số nước Đông Âu và Liên Xô cho
trong bảng sau:
Dạng tiếp xúc θ (0
C) τ (0
C)
Tiếp xúc cố định
Tiếp xúc đóng mở
Vật dẫn điện trong không khí
Vật dẫn điện trong dầu
80
75
110
90
45
40
75
55
Đối với mật độ dòng điện đã cho trước, muốn giảm phát nóng tiếp điểm thì vật liệu
phải có điện trở suất nhỏ, đồng thời phải có khả năng toả nhiệt cao qua mặt ngoài. Do đó
những vật dẫn có bề mặt xù xì (vật đúc) hay những vật dẫn được quét sơn sẽ toả nhiệt có hiệu
quả hơn. Có thể kiểm tra nhiệt độ tiếp xúc bằng sự biến mầu của sơn.
Như vậy, muốn giảm điện trở tiếp xúc có thể tăng lực ép F, tăng số điểm tiếp xúc,
chọn vật dẫn có điện trở suất bé và hệ số truyền nhiệt lớn tăng diện tích truyền nhiệt và chọn
tiếp điểm có dạng toả nhiệt dễ nhất.
4.4. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện:
+ Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.
+ Mối nối tiếp xúc phải có nồng độ bền cơ khí cao.
+ Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép.
+ Ổn định nhiệt và ổn định đông khi có dòng điện cực đại đi qua.
+ Chịu được tác động của môi trường (nhiệt độ, chất hoá học …)
Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:
+ Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.
+ Độ bền chống rỉ trong không khí và trong các khí khác.
+ Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.
+ Độ cứng cao để giảm lực nén.
+ Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt.

+ Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy).
+ Đơn giản gia công, giá thành hạ.
Một ố vật liệu dùng làm tiếp điểm: Đồng, bạc, nhôm, Von-fram…
5. HỒ QUANG ĐIỆN
5.1. Khái niệm chung
Hồ quang điện (HQĐ) là hiện tượng phóng điện trong chất khí, chất lỏng hoặc hơi có
mật độ dòng điện rất lớn đạt tới hàng chục ngàn A/Cm2
, làm phát sinh nhiệt độ ở vùng thân hồ
quang rất cao từ (3000 ÷10000)0
C thường kèm theo hiện tượng phát sáng.
Hồ quang điện có ích: Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các lĩnh
vực như hàn điện, luyện thép,... người ta cần duy trì tia hồ quang ổn định để làm nóng chảy
kim loại.
Hồ quang điện có hại: Khi đóng cắt các thiết bị điện như công tắc tơ, cầu dao, máy
cắt,...hồ quang sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm. Hồ quang này cháy lâu sau khi thiết bị
điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và bản thân thiết bị điện. Trong trường hợp này
để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang càng
nhanh càng tốt.
5.2. Tác hại của hồ quang điện
Ngoài lợi ích HQĐ dùng để cắt kim loại, làm nóng chảy kim loại, hàn điện.. thì tác hại
hồ quang điện gây ra cho thiết bị điện cũng không nhỏ.
- Hồ quang điện phát sinh nhiệt cao vì vậy sau một số lần đóng cắt mạch điện thì bề mặt
tiếp xúc của các tiếp điểm trong thiết bị điện đóng cắt điện thường bị cháy, bị rỗ, làm tăng Rtx
của tiếp điểm.
- Nếu để xảy ra hồ quang điện phóng chập chờn sẽ gây ra hiện tượng quá điện áp nội bộ
làm hỏng cách điện của thiết bị điện hoặc cách điện của đường dây tải điện.
- Nếu thiết bị đóng cắt điện hỏng bộ phận dập hồ quang hoặc do thao tác đóng cắt sai
quy trình, quy phạm thì hồ quang điện có thể phát sinh đan chéo giữa các pha gây ra ngắn
mạch nhiều pha.
- Hồ quang điện làm kéo dài thời gian đóng cắt điện, vì tia hồ quang dẫn điện, chỉ đến
khi hồ quang tắt hẳn thì mạch điện mới được cắt hoàn toàn.
- Hồ quang điện gây ra cháy nổ nếu nó phát sinh ở những nơi có vật liệu dễ cháy nổ.
- Hồ quang điện có thể gây ra bỏng hoặc tử vong cho người.
5.3 Quá trình phát sinh hồ quang điện
Xét mạch điện đơn giản như hình vẽ: gồm điện áp nguồn U1
được xem là không đổi U2= I.Zt là điện áp đầu cực phụ tải
Utx = I.Rtx là điện áp tiếp xúc trên bề mặt tiếp điểm động và
tiếp điểm tĩnh của công tắc K.
Giả sử công tắc K đang đóng ở vị trí 1 nếu bỏ qua điện trở
kháng đường dây thì U = Utx+ U2. Khi mạch điện đang đóng, điện trở tiếp xúc rất bé (Utx = 0).
Vì vậy U1 = U2. Khi cắt điện qua công tắc K, tiếp xúc động bắt đầu rời khỏi tiếp xúc tĩnh, làm
cho điện trở tiếp xúc tăng dần lên, do đó Utx cũng tăng theo vì vậy U2 bị giảm dần (U1 =

const). Khi tiếp xúc động của công tắc K di chuyển đến vị trí 2 thì có thể xem như dòng điện
trong mạch bị ngắt, do không khí giữa 2 đầu tiếp xúc rất nhỏ (d<<) vì vậy cờng độ điện
trường E rất lớn (E = U/d) có thể đạ t tới 107
v/cm làm cho mật độ của dòng điện giữa hai
đầu tiếp xúc động và tĩnh của công tắc K tăng lên hàng chục lần. Không khí giữa khe hẹp của
hai đầu tiếp xúc động và tĩnh bị ion hoá rất mạnh, cho nên không khí trở nên dẫn điện, gây ra
phóng điện giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh, ta gọi đó là hồ quang điện.
Khi điện áp đặt vào giữa hai đầu tiếp xúc càng cao, hay dòng điện chạy qua mạch càng
lớn thì HQĐ phát sinh càng mãnh liệt. Nếu dòng điện tải lớn, khi tiếp xúc động bắt đầu rời
khỏi tiếp xúc tĩnh thì nhiệt độ tiếp xúc tăng lên đến mức làm nóng chảy lớp kim loại trên bề
mặt tiếp xúc, tạo thành lớp kim loại lỏng. Khi tiếp xúc động bắt đầu rời khỏi tiếp xúc tĩnh ra
xa thì lớp kim loại lỏng cũng bị kéo dài ra nối liền giữa tiếp xúc động và tiếp xúc tĩnh. Nếu
nhiệt độ tăng quá cao làm cho cần kim loại bốc hơi xảy ra nhanh quá sẽ kèm theo tiếng nổ.
Vậy bản chất hồ quang điện là quá trình ion hoá lớp điện môi giữa hai đầu cực, gây ra
hiện tượng phóng điện khi cường độ điện trường ở đó đạt tới giới hạn điện trờng ion hoá Ei.
5.4 Quá trình dập tắt hồ quang điện
Tác dụng nhiệt của HQĐ làm hư hỏng các đầu tiếp xúc trong khí cụ điện đóng cắt
mạch điện. Vì vậy khi hồ quang điện phát sinh cần phải được dập tắt càng nhanh càng tốt.
Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn dẫn điện hay
nói cách khác HQĐ sẽ tắt khi có quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa.
Các phương pháp dập tắt hồ quang thường sử dụng là:
5.4.1 Phương pháp tăng nhanh khoảng cách
Hồ quang bị kéo dài thì điện áp duy trì cần phải cao. Nếu điện áp giữa 2 đầu tiếp xúc
nhỏ hơn điện áp duy trì thì hồ quang sẽ bị dập tắ t. Do đó khi thao tác đóng cắt mạch điện,
phải thực hiện nhanh và dứt khoát. E = U/d nếu tăng nhanh khoảng cách d thì E giảm nhanh
khi E < Ei thì hồ quang bị dập tắt.
5.4.2 Phương pháp chia nhỏ hồ quang
Đặt giữa 2 đầu tiếp xúc động và tĩnh một buồng dập hồ quang trong buồng có tấm
kim loại chịu nhiệt đặt song song với nhau gọi là cách tử mục đích chia nhỏ hồ quang. Khi hồ
quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh, do áp lực của không khí hoặc dầu cách
điện bị giãn nở và do lực điện từ sẽ đẩy tia hồ quang vào sâu trong khe hở của các cách tử, vì
vậy hồ quang bị chia nhỏ, nhanh chóng bị làm nguội và dập tắt.
Phương pháp này thường được ứng dụng để dập tắt hồ quang trong các loại aptomat,
dao phụ tải, máy cắt dầu ..
5.4.3 Phương pháp thổi bằng từ trường
Đặt cuộn dây thổi từ cạnh khe hở giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh. Dòng điện chạy
qua cuộn dây thổi từ nối tiếp với tiếp xúc tĩnh.
Khi tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh hồ quang phát sinh bắt cầu giữa 2 đầu tiếp
xúc, lực điện từ do cuộn dây thổi từ sinh ra sẽ đẩy tia hồ quang kéo dài lên phía trên, bị làm
nguội và dập tắt. Khi dòng điện đổi chiều thì từ trường cuộn dây cũng đổi chiều, do đó lực

điện từ F có phương chiều không thay đổi. Phương pháp này thường được sử dụng để dập tắt
hồ quang trong máy cắt điện hoặc dao phụ tải.
5.4.4 Phương pháp dập hồ quang bằng thổi sinh khí
Vật liệu sinh khí thường ở thể rắn, khi bị nhiệt phân do hồ quang nhiệt độ cao, sẽ
chuyển sang thể hơi (thăng hoa) làm cho áp suất ở vùng phát sinh hồ quang tăng lên rất lớn,
có thể đạt tới hàng chục at thổi dập tắt hồ quang. Phương pháp này được ứng dụng để dập tắt
hồ quang trong chống sét ống, cầu chì tự rơi..
6. CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN
6.1 Cơ cấu điện từ
6.1.1 khái quát chung về cơ cấu điện từ
Các thiết bị như rơle, công tắc tơ, khởi động từ, áptômát, ... đều có bộ phận làm nhiệm
vụ biến đổi từ điện năng ra cơ năng. Bộ phận này gồm có: cuộn dây và mạch từ gọi chung là
cơ cấu điện từ.
Mạch từ chia làm các phần chính sau đây:
1. Thân mạch từ
2. Nắp mạch từ
3. Cuộn dây
Khe hở không khí chính δ
Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thì trong
cuộn dây có từ thông φ đi qua, từ thông này cũng chia
làm 3 thành phần:
Từ thông chính δφ: là từ thông đi qua khe hở
không khí chính, đó cũng là từ thông làm việc của cơ cấu điện từ .
Từ thông tản φt: là từ thông đi ra ngoài khe hở không khí chính.
Từ thông rò φr: là từ thông khép vòng qua cuộn dây là thành phần không đi qua khe
hở không khí chính mà khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ.
6.1.2 Phân loại cơ cấu điện từ
- Phân theo tính chất của nguồn điện:Cơ cấu điện một chiều, cơ cấu điện từ xoay chiều.
- Theo cách nối cuộn dây vào nguồn điện: Nối nối tiếp, nối song song.
- Theo hình dạng mạch từ: Mạch từ hút chập (thẳng), mạch từ hút xoay (quanh một trục
hay một cạnh), mạch từ hút kiểu pittông.
6.1.3 Các định luật cơ bản của mạch từ
- Định luật Ôm: Trong một phân đoạn của mạch từ, từ áp rơi trên nó bằng tích giữa từ
thông và từ trở hoặc thương giữa từ thông và từ dẫn
- Định luật Kiếckhốp I: Trên mọi điểm của mạch từ, tổng từ thông vào bằng tổng từ
thông ra
- Định luật Kiếckhốp II: Trong một mạch từ khép kín, tổng từ áp của các đoạn mạch
bằng tổng sức từ động:
1
∑∑ =
n
ii
n
i FR
1
.
1
µφ
3
Φr
Φδ
2
Hình 1.5 Cơ cấu điện từ

- Định luật bảo toàn dòng điện: Tích phân đường của cường độ từ trường theo vòng từ
khép kín bằng tổng sức từ động của vòng từ đó:
Định luật toàn dòng điện có thể biến đổi như sau:
hoặc:
và đây cũng chính là định luật Kiếckhốp II với mạch từ khép kín.
6.2 Nam châm điện
6.2.1 Đại cương về nam châm điện
Dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ
trường. Vật liệu sắt từ đặt trong từ trường này sẽ bị
từ hóa và có cực tính ngược lại với cực tính của
cuộn dây, cho nên sẽ bị hút về phía cuộn dây
Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì
từ trường trong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu
sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn
dây, cho nên chiều lực hút không đổi.
Trong quá trình làm việc nắp mạch từ chuyển động,
khe hở không khí giữa nắp và lõi thay đổi nên lực hút điện
từ cũng thay đổi
6.2.2 Nam châm điện xoay chiều và vòng chống rung
Khi cung cấp dòng điện xoay chiều i = Imsinωt thì
trong mạch sẽ xuất hiện một lực điện từ:
Ta có:
2 1 os2
sin
2
c t
t
ϖ
ϖ
−
=
2 2
4 4
.cos(2 )
2 2
dt
B S B S
F tω⇒ = −
Đặt : là thành phần lực hút không đổi theo thời gian
:là thành phần lực thay đổi theo thời gian.
suy ra:
Ta có: Fdt = Fkd + Fbd
Vậy lực hút điện từ biến đổi theo tần số gấp đôi
tần số của nguồn điện (2ω).
Ở thời điểm B = 0 thì Fdt = 0 lực lò xo Flx > Fdt
thì nắp bị kéo nhả ra. Ở những thời điểm Flx < Fdt thì
nắp được hút về phía lõi.
∫ ∑=
l
iFdlH.
∫ ∫ ∫ ∑∫ ====
l l l
i
l
FdR
S
dl
dl
S
SB
dlH µφ
µ
φ
µ
.
..
.
.
∫ ∑∫ ==
l
i
l
FdRdlH µφ..
i N
Φ
S
i
N
S
N
S
Hình 1.6 Nam châm điện
Hình 1.7 Nam châm điện xoay
chiều
( ) StBFdt .sin4 22
ω=
0.cos2bdF F tω= −
0 0.cos2 (2 )dtF F F t f tω ω= − =
2
0 2 mF B S=
Hình 1.7 Nam châm điện xoay
chiều có vòng chống rung
Vòng chống rung

Như vậy trong một chu kỳ nắp bị hút nhả ra hai lần nghĩa là nắp bị rung với tần số
100Hz nếu tần số nguồn điện là 50Hz.
Để chống hiện tượng rung này, ta phải làm sao cho lực hút điện từ Fdt ở mọi thời điểm
phải lớn hơn lực Flx. Muốn Fdt> Flx người ta tạo ra 2 từ thông lệch pha trong mạch từ, bằng
cách đặt vòng chống rung thường bằng đồng và có một vòng
6.2.3 Ứng dụng của nam châm điện
Nam châm điện được ứng dụng nhiều trong các thiết bị nâng hạ, trong các thiết bị
phanh hãm, trong các cơ cấu truyền lực chuyển động (bộ ly hợp) …
Nam châm điện nâng hạ: Thường được dùng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là
trong các nhà máy chế tạo cơ khí và luyện kim.
Nam châm điện phanh hãm: Thường được dùng để hãm các bộ phận chuyển động
của cần trục, trục chính các máy công cụ, v.v… Có nhiều kết cấu thiết bị hãm, nhưng thông
dụng hơn cả là nam châm điện hãm kiểu guốc phanh, kiểu băng, kiểu đĩa. Thường có hai loại:
• Nam châm điện hãm có hành trình dài: phần ứng (lõi thep động) của nam châm điện
được nối với cần của hệ thống hãm..
• Nam châm điện hãm có hành trình ngắn:. Nó được ứng dụng trong bộ ly hợp điện từ.
Bộ ly hợp điện từ: Thường dùng nam châm điện dòng điện một chiều kết hợp với các
đĩa ma sát để làm nhiệm vụ truyền chuyển động quay (bộ ly hợp) hoặc đế phanh hãm (dừng
chính xác) trong các bộ phận chuyển động của máy công cụ. Nó được chế tạo hai loại: loại
một phía và loại ly hợp hai phía.
Bộ ly hợp điện từ được sử dụng nhiều trong những năm gần đây để tự động hoá quá
trình điều khiển chạy và dừng các bộ phận cơ khí trong các máy móc gia công cắt gọt v.v…
mà vẫn chỉ cần dùng một động cơ điện kéo. Trong sử dụng bộ ly hợp điện từ, cần thực hiện
kiểm tra ba tháng một lần gồm kiểm tra độ mòn của chổi than, vành trượt, kiểm tra cách điện
của cuộn dây, kiểm tra khe hở v.v… Trường hợp không truyền được mômen quay (có hiện
tượng trượt đĩa thép ma sát và làm nóng đột ngột) thì phải dừng máy ngay và kiểm tra tình
trạng phun đầu làm nguội, trị số khe hở không khí, tình hình mặt đĩa ma sát v.v… Riêng về
khe hở hành trình hút, cần phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1
1. Haõy trình baøy caùch phaân loaïi cuûa khí cuï ñieän?
2. Haõy trình baøy caùc cheá ñoä phaùt noùng cuûa khí cuï ñieän?
3. Hãy định nghĩa thời hằng phát nóng và nói ý nghĩa vật lý của nó?
4. Lực điện động là gì? Nguyên nhân phát sinh lực điện động?
5. Mục đích của việc xác định lực điện động là gì?
6. Hãy trình bày cách xác định chiều tác động của lực điện động?
7. Hãy trình bày những vấn đề cơ bản liên quan đến lực điện động do dòng xoay chiều
gây ra?
8. Định nghĩa nam châm điện từ?
9. Nêu cấu tạo và ứng dụng của nam châm điện từ?
10. Nêu các định luật cơ bản áp dụng trong mạch từ?
11. Tại sao có hiện tượng rung nam châm điện xoay chiều? Nêu biện pháp chống rung đối
với nam châm điện xoay chiều?
12. Tính toán cuộn dây dòng điện và dây điện áp của nam châm điện xoay chiều?
13. Ứng dụng nam châm điện?
14. Một dây dẫn mang dòng điện i= 10A đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B=1T,
hướng của từ trường lệch so với hướng của dây dẫn một góc 0
45=β . Tính lực điện
động tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện
15. Tính lực điện động giữa hai dây dẫn song song có cùng chiều dài môi trường chân
không biết l→∞ tính LĐĐ tại 1 đoạn l=10m, khoảng cách giữa hai dây dẫn là
a=0,2m, dòng điện I=10KA
16. Tính lực điện động giữa hai dây dẫn song song như hình vẽ. Biết l1=10m,
l2=5m, khoảng cách giữa hai dây dẫn là a=0,1m, dòng điện I=15A Giá trị
C1=10, c2=b1=5, b2=0.1. Môi trường không khí
17. Thanh dẫn hình chữ nhật có tiết diện 100x10mm2
, đặt nằm dựng trong không khí lặng
yên. Độ tăng nhiệt ở chế độ dài hạn là T=900
hãy xác định dòng điện cho phép nếu
nhiệt độ không khí là θ=350
C. Hệ số tỏa nhiệt có giá trị 1,67.10-3 w/(0
C.cm)

Chuong1

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à Chuong1

Similaire à Chuong1 (20)

Chuong1