Bài giảng Khí cụ điện - Chương 5: Cơ cấu điện từ và nam châm điện

Chương 5 của bài giảng Khí cụ điện sẽ trình bày các nội dung liên quan đến cơ cấu điện từ và nam châm điện như: Khái niệm chung cơ cấu điện từ, phân loại cơ cấu điện từ, các định luật cơ bản của mạch từ, đại cương về nam châm điện, tính lực hút điện từ nam châm điện,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Khí cụ điện - Chương 5: Cơ cấu điện từ và nam châm điệnCHƯƠNG 5 :CƠ CẤU ĐIỆN TỪVÀ NAM CHÂM ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG 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 điệnnăng ra cơ năng. Bộ phận này gồm có : cuộn dây và mạchtừ gọi chung là cơ cấu điện từ. Mạch từ chia làm các phần chính sau đây : Thân mạch từ Nắp mạch từ Khe hở không khí chính  .KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ 2 t  r 1 3 Hình : Kết cấu mạch từ 1.Thân mạch từ; 2. Nắp mạch từ ;3. Cuộn dây KHÁI NIỆM CHUNG CƠ CẤU ĐIỆN TỪ Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dâycó từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thànhphần : Từ thông chính  : là từ thông đi qua khe hở không khíchính, đó cũng là từ thông làm việc của cơ cấu điện từ . Từ thông tản t : là từ thông đi ra ngoài khe hở khôngkhí chính. Từ thông rò r : là từ thông khép vòng qua cuộn dây làthành phần không đi qua khe hở không khí chính mà khépkín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ. PHÂN LOẠI CƠ CẤU ĐIỆN TỪPhân 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. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ1. 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 :2. Định luật Kiếckhốp I : Trên mọi điểm của mạch từ, tổng từ thông vào bằng tổng từ thông ra :3. Định luật Kiếckhốp II : Trong một mạch từ khép kín, tổng từ áp của các đoạn mạch bằng tổng sức từ động : CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ4. Định luật bảo toàn dòng điện : Tích phân đường của cường độ từ trường theo vòng từ khép kín bằng tổng s.t.đ 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.NAM CHÂM ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆNi  N S S i N N S Nam châm điện 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 cócực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bịhút về phía cuộn dây Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trườngtrong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu sắt từ bị từ hóa cócực tính ngược với cực tính cuộn dây, cho nên chiều lực hútkhông đổi. Trong quá trình làm việc nắp mạch từ chuyển động,khe hở không khí giữa nắp và lõi thay đổi nên lực hút điệntừ cũng thay đổiTÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪNAM CHÂM ĐIỆN TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN Lực hút điện từ cuả nam châm điện một chiều thườngđược tính theo 2 phương pháp : 1. Tính theo công thức maxwell 2. Tính theo phương pháp cân bằng năng lượng TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELLKhi khe hở không khí từ thông rò nhiều :Với Kđc= 3 5 là hệ điều chỉnh. THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG  Si N THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta có phương trìnhcân bằng điện áp : Nhân 2 vế của phương trình cho idt, ta có : Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có: Trong đó ta có: : là năng lượng nguồn cung cấp. : là năng lượng tiêu hao trên điện trở cuộn dây w. :là năng lượng tích lũy trong từ trườngTHEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG c d 0 b a 0 i1 i2 i THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa từ thông móc vòng vàdòng điện i, có tính phi tuyến. Tính lực hút điện : Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắpcủa mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ởgiữa nắp và lõi giảm dần. Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từ có: Ứng với vị trí cuối có: THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNGNăng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là: := diện tíchVậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào để nắp mạch từchuyển động là: : = diện tích hình thangTheo định luật cân bằng năng lượng có:Trong đó là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1đến vị trí 2. = diện tích tam giác cong oadNếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính chỉxét ở đoạn tuyến ...