Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 2: Vectơ pha và mạch công suất 3 pha
Sự tương đồng giữa mạch điện và mạch từ
econductancpermeance
resistancereluctance
currentflux
voltagemmf
Lõi xuyến có khe hở không khí (không tính từ thông tản): Cường độ
từ trường H giống nhau ở cả khe hở và lõi. lg – chiều dài khe hở, lc –
chiều dài trung bình của lõi. Dọc theo đường sức trung bình c có
Trong đó m0 = 4 x 107 H/m là độ thẩm từ của không khí, và mr là độ
thẩm từ tương đối của vật liệu lõi.
BT 1: Một mạch từ hình tròn, đường sức trung bình có bán kính
500mm, mật độ từ thông làm việc trong khe hở là 0.6 Wb/m2, cuộn
dây quấn trên mạch từ có 100 vòng. Một khe hở không khí 2mm
được tạo ra. Cho bề sâu a = 20 mm. Bỏ qua từ trở của lõi.
a) Tìm dòng điện kích từ cần thiết
b) Tìm độ tự cảm của cuộn dây
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 2: Vectơ pha và mạch công suất 3 pha
Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Biến đổi năng lượng điện cơ -Mạch từ -Hỗ cảm Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Lý thuyết điện từ là cơ sở cho việc giải thích về hoạt động của các hệ thống điện và điện cơ. Các phương trình của Maxwell Giới thiệu 0 0 S S f SC S fC danB danJ dan t B ldE danJldH Ampere’s law Faraday’s law Conservation of charge Gauss’s law Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Mạch từ hình tròn có N vòng, bán kính trong r0 và bán kính ngoài r1. Bán kính trung bình r = (r0 + r1) / 2, giả sử cường độ từ trường Hc là đều trong lõi. Dùng định luật vòng Ampere, ta có Hc(2 r) = Ni. Hoặc, Mạch từ NilH cc Trong đó lc = 2 r là chiều dài trung bình của mạch từ. Gọi B là mật độ từ thông (hoặc từ cảm) trong lõi 2/mWb c cc l Ni HB mm Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Từ thông Trong đó m là độ thẩm từ của vật liệu, Ac là tiết diện ngang của lõi. Gọi Ni là sức từ động (mmf), từ trở khi đó được tính: Wb cc c c ccc Al Ni A l Ni AB m m f (At/Wb hay 1/H)c c c lNi mmf R flux Af m P = 1/R là từ dẫn. Từ thông móc vòng được định nghĩa là = Nfc = PN 2i. Độ tự cảm L của cuộn dây R P 2 2 NN i L Mạch từ (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Sự tương đồng giữa mạch điện và mạch từ econductancpermeance resistancereluctance currentflux voltagemmf Lõi xuyến có khe hở không khí (không tính từ thông tản): Cường độ từ trường H giống nhau ở cả khe hở và lõi. lg – chiều dài khe hở, lc – chiều dài trung bình của lõi. Dọc theo đường sức trung bình c có c r c g g ccgg l B l B lHlHNi 00 mmm Trong đó m0 = 4 x 10 7 H/m là độ thẩm từ của không khí, và mr là độ thẩm từ tương đối của vật liệu lõi. Mạch từ (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Áp dụng định luật Gauss tại bề mặt kín s bao quanh một cực từ, BgAg = BcAc. Khi bỏ qua từ thông tản, Ag = Ac. Vì vậy, Bg = Bc. Chia sức từ động mmf cho từ thông để tính từ trở tương đương Trong đó Rg và Rc là từ trở của khe hở và lõi. Hai từ trở này mắc nối tiếp trong mạch từ tương đương. cg c c g g A l A lNi RR mmf 0 Nếu xét có từ thông tản tại cực từ, không phải tất cả từ thông đều đi trong không gian giới hạn giữa hai cực từ. Lúc này, Ag > Ac, lúc này việc tính toán sẽ được dựa vào kinh nghiệm, gggc lblaAabA , Mạch từ (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vd. 3.1: Tìm stđ cần thiết để tạo ra một mật độ từ thông cho trước. Khe hở không khí và chiều dài lõi đã biết. Wb105.5101.15.0 At/Wb 1023.7 101.1104 001.0 At/Wb 107.47 1010410 06.0 44 6 47g 3 474 gg c ABf R R Vì vậy, At 400105.51072307.47 53 fgcNi RR Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vd. 3.2: Tìm từ thông qua các cuộn dây. Tất cả các khe hở có cùng chiều dài và tiết diện. Độ thẩm từ của lõi là vô cùng, bỏ qua từ thông tản. Gọi sức từ động giữa a và b là F At/Wb 10989.1104104 101.0 6 47 2 321 RRRR 2500 500 1500 R R R f1 f2 f3 b a 0 15005002500 R F R F R F Ta có, Wb10,0, Wb10,500 332 3 1 fffF Ví dụ (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện BT 1: Một mạch từ hình tròn, đường sức trung bình có bán kính 500mm, mật độ từ thông làm việc trong khe hở là 0.6 Wb/m2, cuộn dây quấn trên mạch từ có 100 vòng. Một khe hở không khí 2mm được tạo ra. Cho bề sâu a = 20 mm. Bỏ qua từ trở của lõi. a) Tìm dòng điện kích từ cần thiết b) Tìm độ tự cảm của cuộn dây Bài tập Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Hỗ cảm là thông số liên hệ giữa điện áp cảm ứng trong một cuộn dây và dòng điện biến thiên trong một cuộn dây khác. Xét 2 cuộn dây quấn trên cùng một lõi từ, cuộn 1 được kích từ trong khi cuộn 2 hở mạch. Từ thông tổng móc vòng cuộn 1 là 21111 fff l Trong đó fl1 (được gọi là từ thông rò) chỉ móc vòng cuộn 1; trong khi f21 là từ thông tương hỗ móc vòng cả 2 cuộn, cũng là từ thông móc vòng cuộn 2 do dòng điện trong cuộn 1. Chú ý thứ tự số trong kí hiệu phía dưới. Vì cuộn 2 hở mạch, từ thông móc vòng của nó là 2122 f N Hỗ cảm Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện f21 tỉ lệ tuyến tính với dòng điện i1, vì vậy Điện áp cảm ứng v2 (do sự thay đổi của từ thông móc vòng) được tính bởi M21 được gọi là hỗ cảm giữa các cuộn. Tương tự, điện áp cảm ứng v1 trong cuộn 1 cũng được tính như sau. f11 tỉ lệ với i1, nên , do đó Với L1 là độ tự cảm của cuộn 1. 1212122 iMN f dt di M dt d v 121 2 2 111111 iLN f dt di L dt d v 11 1 1 Hỗ cảm (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Xét trường hợp cuộn 1 hở mạch và cuộn 2 được kích từ. Làm tương tự ta được các điện áp cảm ứng. Trong đó L2 là độ tự cảm của cuộn 2. 222222 iLN f dt di L dt d v 22 2 2 2121211 iMN f dt di M dt d v 212 1 1 12222 fff l Xét từ khía cạnh năng lượng, có thể thấy rằng M21 = M12 = M. Cuối cùng, xét trường hợp cả 2 cuộn đều được kích từ. 1211122111 ffffff l 2221122212 ffffff l Hỗ cảm (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Chú ý rằng M21 = M12 = M Hệ số liên kết giữa 2 cuộn được định nghĩa Có thể thấy rằng 0 k 1, hay, Phần lớn máy biến áp lõi không khí có k < 0.5, trong khi MBA lõi thép có k > 0.5, có thể lên tới 1. 2111211111 MiiLNN ff 2212222122 iLMiNN ff Các điện áp cảm ứng dt di M dt di Lv 2111 dt di L dt di Mv 22 1 2 21LL M k 210 LLM Hỗ cảm (tt) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện VD. 3.4: Cho từ trở của 3 khe hở không khí trong mạch từ. Vẽ mạch tương đương, tính các từ thông móc vòng và độ tự cảm. Giải các phương trình trên để tính f1 và f2 N1i1 R1 R2 R3 N2i2 f1 f2 1121311 fff RR iN 2132222 fff RRiN 6211 1025100 ffi 6 212 1042100 ffi 6211 105.1225 iif 6212 1025.315.12 iif Từ mH 5.2H 1025 41 L mH 125.3H 1025.31 42 L mH 25.1H 105.12 4 M 421111 105.1225 iiN f 421222 1025.315.12 iiN f Có thể thấy rằng Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Định luật Lenz: điện áp cảm ứng có chiều sao cho từ thông do nó sinh ra ngược chiều với từ thông sinh ra nó. Dấu của điện áp cảm ứng được qui ước bởi qui ước đặt dấu chấm: dòng điện i đi vào cổng đặt dấu chấm (không có dấu chấm) của một cuộn dây sẽ cảm ứng ra một điện áp Mdi/dt với cực dương tại phía đầu có dấu chấm (không có dấu chấm) của cuộn dây. Có hai bài toán: (1) cho cấu tạo cuộn dây, xác định nơi đặt dấu chấm. (2) cho trước cổng đặt dấu chấm, sử dụng để xây dựng các phương trình. Cực tính Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Các bước: Chọn một đầu của cuộn dây để đặt dấu chấm. Giả sử một dòng điện chạy vào đầu đặt dấu chấm và xác định từ thông đi vào lõi. Chọn một đầu của cuộn thứ 2 có dòng điện đi vào nó. Xác định chiều từ thông tạo bởi dòng điện này. So sánh chiều của hai từ thông, nếu chúng cùng chiều thì dấu chấm thứ hai sẽ được đặt ở đầu mà dòng điện đi vào. Nếu hai từ thông ngược chiều, dấu chấm thứ 2 sẽ được đặt ở đầu mà dòng điện đi ra. Xác định đầu đặt dấu chấm Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Với thiết bị như MBA, ta không biết được cuộn dây được quấn ra sao, vì thế cần phải dùng các biện pháp thực nghiệm: Một nguồn DC được dùng để kích từ cho một cuộn dây của MBA. Đặt dấu chấm trên đầu có cực dương mà nguồn DC đặt vào. Đóng công tắc: Nếu kim volt kế giật lên dấu chấm ở cuộn 2 đặt ở đầu nối với cực + của volt kế. Nếu kim giật xuống dấu chấm đặt ở đầu nối với cực – của volt kế. + _ Xác định đầu đặt dấu chấm bằng thực nghiệm Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Cho hai cuộn dây có xác định dấu chấm, viết phương trình của các vòng mạch. Chọn chiều cho các dòng điện. Qui ước: Nếu dòng điện đi vào đầu có dấu chấm (không dấu chấm), điện áp cảm ứng trong cuộn kia có cực dương tại đầu có dấu chấm (không dấu chấm). Dòng đi ra tại đầu có dấu chấm (không dấu chấm), điện áp cảm ứng tại đầu có dấu chấm (không dấu chấm) là âm. v1 v2 R1 R2 i1 i2 M dt di M dt di LRiv 211111 dt di M dt di LRiv 122222 Các phương trình với hỗ cảm giữa các cuộn dây Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện VD 3.6: Viết các phương trình mạch vòng. Giả sử điện áp của tụ điện là 0 lúc ban đầu i1 R2 C L1 R1 i2 v1 M L2 (i1 – i2) 2122 12121 2 2 0 2 1 0 Rii dt di M ii dt d Lii dt d M dt di Ldti C t dt di Mii dt d L RiiRiv 2 211 221111 Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Bài tập 3.15. Bài tập
File đính kèm:
- bai_giang_bien_doi_nang_luong_dien_co_chuong_2_vecto_pha_va.pdf