Bài giảng Máy điện: Chương 1 - TS. Nguyễn Quang Nam

Bài giảng Máy điện: Chương 1 ôn lại các nguyên tắc biến đổi năng lượng điện cơ và phân tích các thiết bị dựa trên nguyên tắc này, đặc biệt là các thiết bị sử dụng từ trường. Tham khảo nội dung bài giảng để hiểu rõ thêm về các nội dung trên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Máy điện: Chương 1 - TS. Nguyễn Quang Nam Bài giảng Chương 1: Các nguyên lý Biến đổi Năng lượng Điện cơ TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 1BDNLDC – Giới thiệu Trong môn học này, chúng ta quan tâm đến quá trình biếnđổi năng lượng điện cơ, diễn ra thông qua điện trường hoặctừ trường của thiết bị biến đổi. Mặc dù các thiết bị hoạt động theo nguyên tắc tương tự,cấu trúc của chúng có thể khác nhau tùy theo chức năng.Các thiết bị phục vụ đo lường và điều khiển thường được gọilà transducer, hoạt động ở vùng tuyến tính và với tín hiệu nhỏ Nhóm thứ hai là các thiết bị sinh lực, ví dụ solenoid, vànam châm điện. Nhóm thứ ba là các thiết bị biến đổi nănglượng liên tục, như động cơ và máy phát. Phần 1 2BDNLDC – Giới thiệu (tt) Chương này ôn lại các nguyên tắc biến đổi năng lượngđiện cơ, và phân tích các thiết bị dựa trên nguyên tắc này,đặc biệt là các thiết bị sử dụng từ trường. Việc phân tích sẽ giúp: (1) hỗ trợ việc tìm hiểu cách thứcbiến đổi năng lượng, (2) cung cấp các kỹ thuật thiết kế và tốiưu thiết bị cho mục đích cụ thể, và (3) phát triển mô hình củacác thiết bị BDNLDC, từ đó sử dụng chúng để phân tích hiệunăng của chúng như các thành phần của hệ thống kỹ thuật. Các khái niệm và kỹ thuật được giới thiệu ở đây là khámạnh, và có thể được áp dụng vào các hệ thống BDNLDC. Phần 1 3Lực và mômen trong hệ các mạch từ Định luật Lorentz ( ) r r r r F = q E+v×B (1.1) Từ đó có thể thấy lực sinh ra trong trường thuần điện vàthuần từ, trong đó với trường thuần từ thì hệ thống sẽ phứctạp hơn. Trong trường thuần từ, lực sinh ra sẽ vuông góc vớicả chiều chuyển động của điện tích lẫn chiều của từ trường. Nếu có nhiều điện tích cùng chuyển động trong trường ( ) r r r r Fv = ρ E + v × B (1.2) Phần 1 4Lực và mômen trong hệ các mạch từ (tt) Có thể dùng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều củathành phần liên quan đến từ trường của lực Lorentz (lực từ). Phần 1 5Lực và mômen trong hệ các mạch từ (tt) Lực từ trong trường hợp nhiều điện tích cùng chuyển động r r r r r Fv = ρv × B = J × B (1.3) Với dòng điện chạy trong vật dẫn, pt trên có thể được dùngđể tìm mật độ lực tác dụng lên vật dẫn. Chú ý rằng hiệntượng vật lý phía sau phát biểu này là khá phức tạp. Xét ví dụ một rôto phi từ tính có 1 vòng dây nằm trong từtrường đều với độ lớn B0 (hình 3.2 sách Fitzgerald). Tìm mômen theo phương θ với I = 10 A, B0 = 0,02 T, R = 0,05 m, và l= 0,3 m. Phần 1 6Lực và mômen trong các hệ mạch từ (tt) Pt (1.3) chỉ thích hợp cho trường hợp đơn giản nhất, hiếmkhi gặp trong thực tế. Các kỹ thuật tính toán lực cục bộ chi tiết là rất phức tạp vàđòi hỏi phải biết rõ phân bố của trường trên toàn bộ cấu trúc.Thông thường, chỉ cần tính toán lực hay mômen tổng để xácđịnh hiệu năng của các hệ thống thực. Môn học này sẽ dùng phương pháp năng lượng, đã đượcgiới thiệu trong môn học BDNLDC, để tính toán lực và mômentrong các máy điện. Phần 1 7Lực và mômen trong các hệ mạch từ (tt) Xét hệ thống không tổn hao như trong hình 3.3a (sáchFitzgerald). Hai phương trình nền tảng cho phương pháp năng lượng dWm dx = ei − f e (1.4) dt dt dWm = idλ − f e dx (1.5) Hai pt (1.4) và (1.5) cho phép xác định lực fe như một hàmsố của từ thông và biến cơ học x. Phần 1 8Cân bằng năng lượng Nguyên tắc bảo toàn năng lượng phát biểu rằng nănglượng không tự nhiên sinh ra hay mất đi, nó chỉ biến đổi từdạng này sang dạng khác. Với các hệ thống cách ly với biên được xác định rõ ràng,điều này cho phép chúng ta theo dõi năng lượng theo quy tắcđơn giản: tổng năng lượng đi vào hệ thông qua biên của nósẽ bằng tổng độ thay đổi năng lượng dự trữ bên trong hệ. Kết quả này (thực tế là định luật thứ nhất của nhiệt độnglực học) là khá tổng quát. Phần 1 9Cân bằng năng lượng (tt) Xét hệ thống điện cơ với từ trường là cơ chế lưu t ...