Công thức Máy điện 1 - Chương 1 - Khái niệm chung máy điện

1. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 1
Chöông môû ñaàu
1. Các định luật điện từ trong máy điện
1.1. Định luật cảm ứng điện từ (Faraday)
1.1.1. Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây
 Chiều của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút
chai.
 Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây:
  
   

2 1d
e
dt t
 Nếu cuộn dây có N vòng dây:
 
    
d d
e N
dt dt
Với:  là từ thông móc vòng (Wb.vòng) và  là từ thông (Wb).
1.1.2. Thanh dẫn chuyển động trong từ trường
 Khi thanh dẫn có chiều dài (m), chuyển động với vận tốc v (m/s) vuông góc với từ cảm
B (T). Trong thanh dẫn sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng:
  e .v.B e B. .v
 Chiều của sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải.
KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN

2. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 2
1.2. Định luật lực điện từ (Định luật Laplace)
 Khi thanh dẫn có chiều dài (m), mang dòng điện i (A) vuông góc với từ cảm B (T), nó
sẽ chịu 1 lực điện từ F (N) tác dụng là:
  F .i.B F B.i.
 Nếu dây dẫn không đặt vuông góc với đường sức thì:
 F B.i. .sin
 Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái.
2. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện
2.1. Chế độ máy phát điện
 Công suất điện của máy cấp cho tải là:  P ui ei
 Mà dòng điện i trong thanh dẫn đặt trong từ trường sẽ xuất hiện lực điện từ :
Fđt = B.i.l
 Khi máy quay với vận tốc không đổi thì:
Fcơ = Fđt (điện từ)
Pcơ = Fcơ.v = Pđt = e.i
 Tóm lại: Ta thấy là cơ năng biến thành điện năng.

3. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 3
2.2. Chế độ động cơ điện
 Công suất điện đưa vào động cơ là: Pđt = u.i = e.i = Blv.i = Fđt.v = Pcơ
 Tóm lại: Ta thấy là điện năng biến thành cơ năng.
2.3. Định luật mạch từ và tính toán mạch từ
2.3.1. Định luật mạch từ (Định luật Ohm từ)
 Định luật Ohm từ suy từ định luật
Amper, phát biểu như sau:
Nếu H là từ trường do tập hợp
dòng điện i1, i2,… tạo ra.
Nếu C là vòng khép kín trong
không gian có chiều dài là l thì ta
có thể viết:
  k
C
H.d i
2.3.2. Một số bài toán về định luật Ohm từ
2.3.2.1. Bài toán 1: Khảo sát mạch từ như hình vẽ:

4. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 4
Áp dụng định luật Ohm từ, ta có: H. N.i (1)
Mà: B H
S

   (2)
Thay (1) vào (2):
B 1
I N.i
S
 
       
(3)
Đặt
1
R
S
 

. Sau đó thay vào (3), ta được: H. R N.i F    , suy ra:
F
R
  (4)
Với: R: Từ trở của mạch từ, (At/Wb).
H: Cường độ từ trường trong mạch từ (At/m).
S: Tiết diện thẳng của mạch từ (m2
).
F = Ni: Sức từ động, tạo ra từ thông (At).
N: Số vòng dây của cuộn dây.
: Chiều dài trung bình của mạch từ (m).
i: Dòng điện từ hoá, tạo ra từ thông  (A).
Độ từ thẩm tuyệt đối: r o.    (5)
Với: µ: Từ thẩm tuyệt đối.
µr: Từ thẩm tương đối.
µo = 4π.10–7
(H/m): Từ thẩm tương đối của không khí.
2.3.2.2. Bài toán 2: Khảo sát 1 mạch từ như hình vẽ:

5. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 5
Áp dụng định luật Ohm từ ta suy ra:
1 1 2 2 1 1 2 2H . H . N i N i   (1)
Hay:  1 2 1 2R R F F    (2)
Với: H1, H2: Cường độ từ trường trong đoạn 1, 2 của mạch từ (At/m).
1 2, : Chiều dài trung bình đoạn 1, 2 của mạch từ (m).
i1, i2: Dòng điện từ hóa đi vào cuộn dây 1, 2 (A).
- Lưu ý:
+ Tích số N2i2 mang dấu (-) do chiều i2 không phù hợp với chiều của từ thông đã chọn
theo qui tắc văn nút chai.
+ Một cách tổng quát: Với mạch từ có n đoạn và m cuộn dây theo định luật mạch từ ta có
thể viết:
n m
k k j j
k 1 j 1
H . N .i
 
  
+ Dòng điện ij nào có chiều phù hợp với từ thông φ đã chọn theo qui tắc vặn nút chai
mang dấu (+) và ngược lại thì mang dấu (-).
+ k: chỉ số tên đoạn của mạch từ
+ j: chỉ số tên cuộn dây dòng điện.
2.3.3. Tính toán mạch từ
2.3.3.1. Công thức tính toán mạch từ
 Từ thông: B.S B
S

   
Trong đó: B: Từ cảm (T).
S: Diện tích thẳng của mạch từ (m
2
).
 Từ cảm: B .H 
2.3.3.2. Bài toán thuận
Cho từ thông φ, tìm dòng điện từ hóa i (số cuộn dây).
 Cách giải: Gồm các bước sau:
Bước 1: Tính từ cảm j
j
B
S

 trong phần tử j.
Suy ra từ trường Hj như sau :

6. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 6
 Nếu phần tử là vật liệu sắt từ, tra đường cong từ hóa B = f(H) hoặt tra bảng của
vật liệu sắt đó.
o Lưu ý: Nếu ta tìm được giá trị của B không nằm trong bảng từ hoá thì ta
phải lấy giá trị nằm ở hai đầu của B vừa tìm được sau viết phương trình tìm
H.
 Nếu phần tử là khe hở không khí thì o
o
o
B
H 

. Với : µo = 4π.10–7
(H/m)
Bước 2: Tùy theo bài toán cho số vòng dây hoặc dòng điện của cuộn dây ta suy ra
dòng điện hoặc số vòng cần có theo công thức sau:
n m
k k j. j
k 1 j 1
H . N i
 
  
 Ví dụ minh hoạ:
Cho mạch từ như hình vẽ sau:
Biết : N1= 2000 vòng; I1 = 4,5A; N2 = 400 vòng; I2 = 2A; N3 = 1000 vòng; φ = 1,5 mWb;
S = 12 cm2
.
Tính dòng điện trong cuộn dây thứ 3.
Biết đường cong từ hóa B = f(H) cho ở bảng sau:
B(T) 0,6 0,7 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
H (A/m) 76 90 132 165 220 300 600 1200 3000 6000 4000

7. KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1 BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM Trang 7
Bài giải
 Ta có:  
3
4
1,5.10
B 1,25 T
S 12.10



   .
Do B = 1,25 (T) không nằm trong bảng từ hoá.
Nên ta phải xét 2 điểm:  M 1,2;300 và N(1,3;600).
Đường thẳng đi qua 2 điểm M và N có dạng: H B.a b  .
Ta được hệ phương trình sau:
1,2a b 300 a 3000
1,3a b 600 b 3300
   
 
    
Suy ra: Từ trường:  H 3300.1,25 3300 450 A / m   .
 Theo định luật Ohm từ, ta có:
 
 
n m
k k j. j 1 1 2 2 3 3
k 1 j 1
1 1 2 2
3
3
3
3
H . N i H. N .i N .i N .i
N .i N .i H.
i
N
2000.4,5 400.2 450.2 0,25 0,1
i
1000
i 7,885 A
 
     
 
 
  
 
 
 
2.3.3.3. Bài toán nghịch
 Cho dòng điện cần tính từ thông φ.
 Thường dùng phương pháp dò để tìm φ.