Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 4: Phân tích hệ cơ điện dùng khái niệm năng lượng - Trịnh Hoàng Hơn

Presenter: Trịnh Hoàng Hơn Industrial and Civil Automation Lab Tel: 0903767041 trinhhoanghon09@gmail.com www.icalabhcmut.edu.vn CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH HỆ CƠ ĐIỆN DÙNG KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG 28/06/2015 9:01 CH Các định luật cơ bản * ĐL Ampère: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 2   C ldHsdJ  ds n J   C ld H  Trường hợp dòng điện phân bố trong các dây dẫn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 3 Trong mạch từ và dây quấn tập trung 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 4 Định luật ohm trong mạch từ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 5 Các định luật cơ bản * ĐL Định luật Faraday: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 6   C d d Edl Bds v N dt dt       ds n B  C ld E d v dt    Các định luật cơ bản 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 7 d v dt    2 2 1 i i N N N l S        * Sức điện động tự cảm, hỗ cảm phụ thuộc vào:  Dòng điện (i) – VD Máy biến áp  Cuộn dây (N) – Thường ít gặp  Mạch từ () – VD MBA hàn, contactor  Vị trí tương đối của 2 cuộn dây (ij) – VD MĐ quay Trường hợp tổng quát * Xét hệ N cửa điện, M cửa cơ * Tương tự 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 8 1i 2i Ni 1v 2v Nv 1 ef 2 ef e Mf 1x 2x Mx  1 2 1 2, ,..., , , ,...,k k N Mi i i x x x   1 2 1 2, ,..., , , ,..., e e k k N Mf f i i i x x x 1,2,...,k N 1,2,...,k M 1 1 N N j jk k k k j jj j di dxd v dt i dt x dt                1,2,...,k N Trường hợp đặc biệt – I * Trong mạch từ - một cửa điện, một cửa cơ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 9  2 w i N N Li here L L x       d di dx v dt i dt x dt          Trường hợp đặc biệt – I 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 10 VD: Xét Chiếu dày là d Trường hợp đặc biệt – I * Xét mạch từ tương đương 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 11 F Ni+ - 2  2 13 2   1 3 0 0 0 2 0 20 1 w 2 w 2 w 2 w 2 w g g x d d x d Ni d g x d N N i g x                          2 2 0 0 2 2 w 2 wN d N d idi dx v g x dt dtg x        Trường hợp đặc biệt – II * Hệ thống không có phần tử dịch chuyển Máy biến áp: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 12 d di v L dt dt    Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 13 + 2 s s S N iS H g H  SH + 2 r r r N ir H g H  rH Máy Điện Quay Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 14 + rH + SH SH rH  Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Vùng 4 2 2 s s S r r r N i H g N i H g   1 3 2 4 2 2 s s r r r r S r s s r r r r S r N i N i H H H H g N i N i H H H H g              * Từ thông qua cuộn stator  tổng diện tích vùng 1+2 Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 15 + rH + SH SH rH  Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Vùng 4     1 2 1 3 2 4 0 1 0 2 s Vung Vung Vung Vung Vung Vung s r r S S lR S S lR H lR H lR                       2 0 0 21 2 2 s s s S s s r r R l R l N N i N N i g g                   Đặt Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 16     0 0 2 0 0 2 2 1 s s m s r s s s m r R l L g L N L L N N L L i L i                    Tương tự   2 3 2 0 r Vung Vung r r r m s r r L N L L i L i          Từ Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 17   0 2 1m s rL N N L            Thực tế   cosmL M  Trường hợp đặc biệt – III 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 18 cos sin cos sin s s r s s r sr r r r s d di di d v L M i M dt dt dt dt did di d v L M i M dt dt dt dt                  Presenter: Trịnh Hoàng Hơn Industrial and Civil Automation Lab Tel: 0903767041 trinhhoanghon09@gmail.com www.icalabhcmut.edu.vn CHƯƠNG 4 – tt TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN TỪ DÙNG KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG 28/06/2015 9:01 CH Hệ cơ điện * Xét hệ * Theo định luật bảo toàn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 20 Suất biến thiên năng lượng dự trữ Năng lượng điện đầu vào Cơ năng ngõ ra W We e em m d dx d dx vi f i f d id f dx dt dt dt dt         Hệ cơ điện * Năng lượng dự trữ khi hệ điện cơ dời điểm làm việc từ a đến b • khi a=0, không có năng lực điện đầu vào – fe(0,x)=0 –Nếu xa=0,  xb, b: ta có 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 21        W , W , , , b b a a x e m b b m a a a b x x x f x dx i x d                0 W , ,m x i x d      (4.71) Hệ cơ điện * Nhận xét Tính được Wm –Tính được dòng điện –Tính được lực từ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 22         W , W W , W , W ,W e m m m m mem x d id f dx i x x xd d dx fx x                     Công thức vi phân toàn phần (4.67) (4.75) Đồng năng lượng * Ta biết:  là đại lượng liên kết tính toán khá phức tạp Thay biến  trong (4.75) thành biến i 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 23       W W W e m e m e m d id f dx d d i f dx di d i id di d i f dx di                      Đồng năng lượng (Co-energy): (4.67) 'W Wm mi  (4.80) Đồng năng lượng * Chọn (Ia,xa)=(0,0)  fe=0 (lực điện từ) Dọc theo ob’: i=0  fe=0 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 24    ' 0 W , , i m i x i x di  Hình 4.21 (4.81) W W' W' W' W'W' e m m m m e mm d di f dx i d di dx fi x x             Công thức vi phân toàn phần (4.80) (4.75) (4.83) Hệ nhiều cửa * Khi hệ tuyến tính: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 25         , , x i x i L x i i L x            2 0 2 0 ,1 W 2 1 W' 2 m i m x i id L x di L x i            (4.94) Hệ nhiều cửa * Tổng quát (N cửa cơ, M cửa điện) 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 26 ' 1 1 ' ' ' ' ' 1 1 1 1 W W W W W W ... ... N N e m i i j j i j m m m m m N M N M d di f dx d di di dx dx i i x x                       (4.108)     W 1,2,..., W' 1,2,... m i i e m j j i N i f j M x           (4.110) Tính giá trị đồng năng lượng * Chọn các giá trị đầu: ii=0, để lực f e i=0: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 27       1 2 ' , ' 1 1 1 2 1 0 , ' 2 1 2 1 2 2 0 ' ' 1 2 1 1 2 0 W ,0,...,0, , ,..., , ,0,...,0, , ,..., ... , ,..., , , , ,..., N i m M i M i N N N M N i x x x di i i x x x di i i i i x x x di            (4.111) 2 cửa điện, 1 cửa cơ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 28    1 2' , ' , '1 1 1 2 1 2 2 0 0 W ,0, , , i i m i x di i i x di    Presenter: Trịnh Hoàng Hơn Industrial and Civil Automation Lab Tel: 0903767041 trinhhoanghon09@gmail.com www.icalabhcmut.edu.vn CHƯƠNG 4 – tt CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ 28/06/2015 9:01 CH Tính bảo toàn năng lượng của hệ cơ điện * Xét hệ thông quát 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 30 Điện năng đầu vào vi Tổn hao phần điện 2Ri Năng lượng điện cấp cho từ trường d i dt  Tổn hao dòng xoáy, từ trễ LFP Năng lượng dự trữ của trường từ Wmd dt Tổn hao cơ B Năng lượng dự trữ của trường từ d M spring dt    e e f T  Năng lượng từ trường cấp cho cơ extT  Cơ năng đầu vào Tính bảo toàn năng lượng của hệ cơ điện * Bỏ qua tổn hao 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 31 Năng lượng điện cấp cho từ trường d i dt  Năng lượng dự trữ của trường từ Wmd dt e e f T  Năng lượng từ trường cấp cho cơ         W , W W , W , W ,W e m m m m mem x d id f dx i x x xd d dx fx x                     Tính bảo toàn năng lượng của hệ cơ điện * Vậy i và f là đạo hàm riêng của W  thỏa mãn công thức Green • Năng lượng được bảo toàn • Trường điện là trường thế năng 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 32      , , W ,e mi x f x x x x                Chuyển đổi năng lượng giữa 2 điểm làm việc * Hệ làm việc từ điểm a sang điểm b 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 33       W =EF EFM m a b a b a b E             W , W , , , b b a a x e m b b m a a a b x x x f x dx i x d            Chuyển đổi năng lượng: hệ tuần hoàn * Hệ làm việc từ điểm a và về lại điểm a 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 34  W =EF EFM 0m a b cycle CycleE  