Bài giảng cơ sở khí cụ điện - Chương 2: Nam châm điện (cơ cấu điện từ)

Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện CHƯƠNG 2 : NAM CHÂM ĐIỆN (CƠ CẤU ĐIỆN TỪ) CHƯƠNG 2: NAM CHÂM ĐIỆN (NCĐ) 2.1. Đại cương về NCĐ 2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí 2.3. Mạch từ một chiều 2.4. Mạch từ xoay chiều 2.5. Lực hút điện từ của NCĐ một chiều 2.6. Lực hút điện từ của NCĐ xoay chiều 2.7. Lực hút điện từ của NCĐ xchiều 3 pha 2.8. Đặc tính động của NCĐ 2.9. Bài tập 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 1) Định nghĩa NCĐ 2) Cấu tạo 3) Nguyên lý 4) Phân loại 5) Các thông số cơ bản của mạch từ 6) Các định luật cơ bản trong mạch từ 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 1) Định nghĩa NCĐ: Là loại cơ cấu điện từ biến đổi điện năng thành cơ năng. NCĐ được dùng rộng rãi trong các thiết bị như rơ le, cơ cấu chấp hành của van điện từ, phanh hãm,.... 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 2) Cấu tạo: 1. Cuộn dđy 2. Mạch từ 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo phản lực 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 3) Nguyên lý: khi đóng K, dòng điện I chạy qua cuộn dây sẽ tạo sức từ động F=i.w, sinh ra từ thông . Từ thông này có 2 thành phần: +  : đi qua khe hở kkhí làm việc, tạo nên lực hút điện từ (Fđt) ở khe hở  hút nắp về phía lõi của NCĐ. + r : khép từ thân này qua thân kia của mạch từ, glà từ thông rò. Khi mở K, lò xo đưa nắp về vị trí ban đầu. 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 4) Phân loại:  Phân 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 (gọi lă cuộn dòng)  Nối song song (gọi lă cuộn âp)  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. 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 5) Các thông số cơ bản của mạch từ 1) Sức từ động (stđ): F = i . w [Ampe vòng]. 2) Từ thông (dòng từ):  (Wb). 3) Mật độ từ cảm: B (T - tesla) [Wb/m2] với 1T = 104 Gauss. 4) Cường độ từ trường H = F/l [A/m]. l: chiều dài đường sức từ (m). 5) Hệ số từ dẫn (độ từ thẩm ): Đặc trưng cho tính dẫn từ của vật liệu từ [H/m].  = B/H (H/m) kk = 0 = 4π. [ H/m ] ; ) m Wb (T (T); S B 2 ==  710 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 5) Các thông số cơ bản của mạch từ 6) Từ trở mạch từ: l: chiều dài mạch từ (m); S: tiết diện mạch từ (m2). 7) Từ dẫn mạch từ: 8) Từ áp rơi trên 1 đoạn mạch từ: )(. 1 1= H S l R  )(. 1 H l S R G    == U 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 5) Các thông số cơ bản của mạch từ Mạch từ: 1) Sức từ động (stđ): F 2) Từ thông (dòng từ):  (Wb). 3) Mật độ từ cảm: B (T ) 4) Cđộ từ trường H = F/l [A/m]. 5) Hệ số từ dẫn:  6) Từ trở mạch từ: R 7) Từ dẫn mạch từ: G 8) Từ áp: U Mạch điện: 1) Sức điện động: E (V) 2) Dòng điện: I (A) 3) Mật độ dòng điện: J 4) Cđộ điện trường: H (V/m) 5) Điện trở suất:  6) Điện trở: R 7) Điện dẫn: G 8) Điện áp: U 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 6) Các định luật cơ bản của mạch từ 1. Định luật Ôm : Trong một phân đoạn của mạch từ, từ áp rơ 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 từ bằng tổng sức từ động 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ 6) Các định luật cơ bản của mạch từ 4. 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. 2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí Khi từ thông chạy trong mạch từ và qua khe hở kkhí. Ta có từ trở mạch từ: bằng từ trở sắt từ và từ trở khe hở kkhí . R = RFe + R do Fe >> o nên bỏ qua RFe ≈ 0 Suy ra: R = R → tìm R ? Hay: Tìm G ? Để tìm G ta phải xác định sự phân bố từ trường trong mạch. δ δ G 1 R = 2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí Khi cho dđiện chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dây có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm 3 thành phần: Từ thông chính c: là từ thông đi qua khe hở lviệc  tạo nín lực hút điện từ. Glă từ thông lviệc. Từ thông tản t : là từ thông đi ra ngoài khe hở không khí vă song song với từ thông chính. Ta có:  = c + t : từ thông khe hở kkhí Từ thông rò r : là từ thông không đi qua khe hở kkhí  mà khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ. 2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí Giá trị r є kết cấu mạch từ, mức độ bão hòa mạch từ và khe hở .  càng lớn thì r càng lớn. Vậy:  = c + t + r =  + r Giá trị r ảnh hưởng rất lớn đến sự lviệc của NCĐ. Nếu r lớn thì  giảm Fđt giảm. 2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí Công thức tính từ dẫn khe hở không khí: kk = 0 = 4π.10-7 [ H/m ] S: tiết diện khe hở kkhí = Scực từ (m2) : chiều dài khe hở kkhí (m). δ S .μG δ S .μ .δH .SB U G 0δ0 δ δ δ δ δ ====  2.3. Mạch từ một chiều 1. Đặc điểm của mạch từ một chiều:  Dòng điện chạy trong cuộn dây là dòng một chiều, nên s.t.đ và từ thông không biến đổi theo thời gian, do đó không có tổn hao từ trễ và dòng xoáy → mtừ làm bằng thép khối → dễ gia công chế tạo.  Ta có: nên I ko phụ thuộc . Tức là khi  thay đổi thì I = const. R U I = 2.3. Mạch từ một chiều 2. Các phương pháp tính mạch từ 1 chiều: - Vẽ sơ đồ đẳng trị của mạch từ: dựa vào kết cấu mạch từ và sự phân bố từ thông của mtừ. - Tính G và G - Giải bài toán tìm các thông số chưa biết: thường gặp 2 bài toán sau: + Btoán thuận (Btoán Tkế): biết  tìm iw + Btoán ngược (Btoán Ktra): biết iw tìm  2.3. Mạch từ một chiều 3. Tính mạch từ 1 chiều không xét từ thông rò: (r = 0) Để r = 0 phải thỏa các đkiện: + khe hở  nhỏ + cuộn dây rãi đều trên mạch từ. + tiết diện mạch từ: S = const Ví dụ: xét mtừ hình xuyến có: khe hở kkhí ; tiết diện S; chdài l. U l  2.3. Mạch từ một chiều 3. Tính mạch từ 1 chiều không xét từ thông rò: Giải ví dụ: a) Bài toán thuận: biết  tìm iw - Sơ đồ đẳng trị: Ta có:  =  + r mà r = o →  =  R RFe F=iw  2.3. Mạch từ một chiều Ta có: IW= IWFe + IW → IW= .RFe + .R → IW = .(RFe + R ) = .(RFe + 1/G ) Trong đó: IWFe: s.t.đ sắt từ IW : s.t.đ khe hở  2.3. Mạch từ một chiều b) Btoán ngược: biết iw tìm  Từ ptrình: IW = .(RFe + R ) Cho 1 xác định IW1 2 xác định IW2 . n xác định IWn Dựng đường cong:  = f(IW) Từ IW cho →  Dựng đường cong:  = f(IW)  0 IW  = f(IW) IW  2.3. Mạch từ một chiều 4. Tính mạch từ 1 chiều có xét từ thông rò: IW Gc Gt Gr t c  r Gδ IW Gr  r δ IW G∑ Vì Gc; Gt;Gr song song nên cùng một stđ IW Gδ = Gc + Gt → ϕδ = ϕc + ϕt G∑ = Gδ + Gr → ϕ∑ = ϕδ + ϕr ; ϕδ = IW.Gδ Từ dẫn rò qui đổi của mạch từ 1 chiều: Gr = g.l/2 Với: g: từ dẫn rò trên 1 đơn vị chiều dài. l: chiều dài cuộn dây. 2.3. Mạch từ một chiều  Để đánh giá mức độ từ thông rò, ngta đưa ra hệ số từ rò: Trong đó: σrò - khi mở nắp: δ lớn nên σrò = 2 ÷ 4 - khi nắp đóng: δ nhỏ (công nghệ) σrò = 1,02 ÷ 1,05  Để đgiá mức độ từ thông tản, ngta đưa ra hệ số từ tản: δ r δ r δ rδ δ r G G 11σ ==  ==       c t c t c tc c t G G 11σ ==  ==       2.4. Mạch từ xoay chiều 1. Đặc điểm NCĐ xoay chiều: - Nguồn cấp cho cuộn dây của NCĐ là nguồn xoay chiều: u=Umsinwt →  = msinwt. - Do (t) cho nên có tổn hao năng lượng trong mạch từ (do dòng điện xoáy và từ trễ) → mtừ phát nóng → để giảm tổn hao Fe → mtừ làm bằng lá thép KTĐ ghép lại. - Do có tổn hao sắt nên tạo sự lệch pha giữa  và iw. (ttự như mạch điện do điện kháng mà u và i lệch pha, còn ở mạch từ sự xuất hiện của từ kháng (do tổn hao thép) → làm chậm pha giữa từ áp và từ thông. - Do (t) → Fđt(t) qua 0 → gây rung, để chống rung, sử dụng vòng ngắn mạch. 2.4. Mạch từ xoay chiều - i € δ khi khe hở δ thay đổi → i thay đổi. Giải thích: với - Khi nắp đóng δ nhỏ nên Iđóng nhỏ - Khi nắp mở δ lớn nên Imở lớn. Imở = (5 ÷ 20) Iđóng. Do vậy trước khi đóng điện cho NCĐ cần kiểm tra nắp có bị kẹt hay không. LL X U XR U Z U I   == 22 LX L .w=   GW l SW lH SBW lH W I W I L . .. . .. . .. 2 222 ======   www   === I SW U GW U GW U I . ....... 0 222 2.4. Mạch từ xoay chiều 2. Vòng chống rung: Vòng ngắn mạch làm bằng đồng được đặt âm 2/3 diện tích cực từ.    1 '2 Nam châm điện xoay chiều Vòng ngắn mạch 2.4. Mạch từ xoay chiều Xét NCĐ xoay chiều: - W: số vòng dây cuộn dây xchiều. - Wn: số vòng dây cuộn dây ngắn mạch, với điện trở rn và điện kháng Xn. Ta có: phương trình cân bằng s.t.đ trong mạch từ: Ttự: xét mạch điện RL nối tiếp, ta có pt cbằng áp: So sánh sự tương ứng của các đại lượng mạch điện và mạch từ, ta có: L ↔ Lµ : từ cảm; X ↔ Xµ : từ kháng. Và Thông thường: Wn: là 1 vòng nên: dt d LRu dt d r W RiW n n         .... 2 == dt di LRiuuu LR == . n n n n r W LX r W L 22 . .; w w  === nn r LX r L w w  === .; 1 2.4. Mạch từ xoay chiều Pha ϕ2(t) ? Do có Xn nên pha từ áp un2 nhanh pha hơn ϕ2(t) 1 góc α (hay ϕ2(t) chậm pha hơn un2(t)). Mà pha: un2(t) = un1(t) = ϕ1(t) = ϕ(t) Nên: ϕ2(t) chậm pha hơn ϕ1(t) 1 góc α. ϕ1(t) ϕ(t) ϕ2(t) n 2 ϕ(t) ϕ1(t) ϕ2(t) n 1 Xn Rδ2 Rδ1 Kết luận: - Do ảnh hưởng của từ kháng vòng ngắn mạch Xn làm ϕ2(t) chậm pha hơn ϕ1(t) 1 góc α. Góc α ảnh hưởng rất lớn đến việc chống rung. - Trong mạch từ Xn tiêu thụ công suất tác dụng P còn từ trở R tiêu thụ công suất phản kháng Q (ngược so với mạch điện). 2.4. Mạch từ xoay chiều 3. Từ dẫn rò quy đổi của mạch từ Xchiều: Công thức: Với: g: suất từ rò trên 1 đơn vị chiều dài mtừ. l: chiều dài cuộn dây. + Hệ số từ rò: + Hệ số từ tản: 3 l gGr = δ r δ r δ rδ δ r G G 11σ ==  ==       c t c t c tc c t G G 11σ ==  ==       2.5. TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NAM CHÂM ĐIỆN 2.5. TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ NCĐ Lực hút điện từ cuả nam châm điện thường được tính theo 2 phương pháp: 1. Tính theo công thức maxwell 2. Tính theo phương pháp cân bằng năng lượng 1. TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL Theo Maxell thì khi có một vật dẫn từ trường thì vật dẫn từ sẽ chịu một lực tác dụng: Trong đó: : Véc tơ từ cảm ở khe hở KK bề mặt cực từ : Véc tơ pháp tuyến đơn vị ở bề mặt cực từ S: diện tích bề mặt cực từ. 0 = 4π.10 -7 [H/cm] là độ từ thẩm của không khí. Vì Fe >>0 nên coi 2 vectơ B vă n cùng phương: This image cannot currently be displayed. 1. TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ THEO CÔNG THỨC MAXWELL nín:  Khi khe hở không khí bé, từ trường có thể xem như phân bố đều trên bề mặt cực từ B = const, bên coi ds  s thì ta co ï: B: đơn vị [T]. S: diện tích từ thông qua [m2]. µ0 = 4π.10-7 [H/m] thay văo ta có: Công thức tính toân: Fđt = 4,06. B2.S (KG) Trong đó: F(KG); B(T); S(cm2) vă 1 KG = 10,2 N This image cannot currently be displayed. 2. THEO PPHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Khi đóng điện vào cuộn dây NCĐ, ta có ptrình cân 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 trường 2. THEO PPHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa từ thông móc vòng và dòng điện i, có tính phi tuyến. Tính lực hút điện: Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắp của mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ở giữa nắp và lõi giảm dần. Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từ (mở) có: Ứng với vị trí cuối (đóng) có:  2 1 0 i 1 i 2 i0 b a c d 2 1 2. THEO PPHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG - Năng lượng từ trường khi nắp ở vị trí đầu δ1 sẽ là: - Năng lượng từ trường lúc nắp về vị trí: δ2 = δmin Vậy nlượng lấy thêm từ nguồn vào để nắp mạch từ chuyển động là: Theo định luật cân bằng năng lượng có: (3) Công A làm nắp chuyển động từ vị trí 1 đến vị trí 2. (4)  == 1 0 1   SoaboidW  == 2 0 2   SodcoidW  == 2 1 12    SabcdaidW 2121 WAWW =  === .)( 21 FFAW 2. THEO PPHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Để đơn giản trong việc tính toán, coi quan hệ Ψ(i) là tuyến tính, lúc này ta tính các diện tích như sau:   )6()..( 2 1 )4( )5(.. 2 1 )3( ))(( 2 1 . 2 1 ;. 2 1 12121 121212 222111 d di d d i d dWW F iiWWWAW iiW iWiW         ==   = === = == i Ψ2 Ψ1 i1 i2 Ψ d a c b )7(.)( 2 1 : .;.: . 2 1 0:1 2 2 d dG iWFsuyra GWLiLvà d d iF dt di constiTH       = == === 2. THEO PPHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG công thức (7) dùng tính lực khi i=const, tức là NCĐ 1 chiều. Khi biết s.t.đ iw và biểu thức Gδ và δ. Kết luận: - Dấu ‘-’ biểu thị khi δ giảm thì lực điện từ tăng. - cthức (8) dùng tính lực khi ϕ=const, nghĩa là NCĐ xoay chiều. )8(.)( 2 1 .;.,.: . 2 1 ;0:2 2 2 d dG G F GWL L iiLWvà d di F d d constTH          = ==== === 2.6. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NCĐ XOAY CHIỀU 1 PHA. 1. Khi không có vòng ngắn mạch: Do i(t)→ u=Um.sinɷt → B=Bm.sinɷt và ϕ= ϕm.sinɷt Theo macxoen: Fđt = 4.B2.S = 4B2m.S.sin2ɷt. Với: sin2ɷt = (1-cos2ɷt)/2 → Fđt = 2. B2m.S – 2.B2m.S. cos2ɷt Đặt Fo = 2. B2m.S là thphần lực không đổi. → Fđt = Fo – Fo. cos2ɷt Fo  w Fđt   B Fo.cos2ɷt Nhận xét: - Lực hút điện từ Fđt biến thiên với tần số gấp 2 lần tần số nguồn. - Trong 1 chu kì của nguồn thì lực hút điện từ 2 lần đạt giá trị max, 2 lần = 0. do đó gây hiện tượng rung. 2.6. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NCĐ XOAY CHIỀU 1 PHA. 2. Khi có vòng ngắn mạch: ϕ1(t): ngoài vòng; ϕ2(t): trong vòng. Do Xn mà ϕ2(t) chậm pha hơn ϕ1(t) 1 góc α. ϕ1= ϕ1m.sinɷt → F1 = Fo1 – Fo1. cos2ɷt ϕ2= ϕ2m.sin(ɷt- α) → F2 = Fo2 – Fo2. cos2(ɷt- α) Tổng: F = F1 + F2 = Fo1 + Fo2 – (Fo1. cos2ɷt + Fo2. cos2(ɷt- α)) (*) - Thaình pháön læûc khäng âäøi: Fkđ = F01 + F02 - Thaình pháön læûc biãún âäøi laì: Fbđ = Fo1. cos2ɷt + Fo2. cos2(ɷt- α) wt wt 2  Fdt Flxo  Fdt F1 F2 1 2 2.6. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NCĐ XOAY CHIỀU 1 PHA. Nhận xét: - Tần số lực hút điện từ gấp 2 lần tần số nguồn. - Fmin không đi qua không và lớn hơn Fpảnlực lò xo. Cho nên không còn hiện tượng rung. - Để đánh giá mức độ rung người ta đưa ra khniệm hệ số rung: - Nguyên nhân gây rung là do Fbđổi cho nên rung ít nhất khi Fbđổi = 0 → p = 0, và rung nhiều nhất Fbđổi = Fkđổi → p = 1: không có vòng ngắn mạch. - Trong thực tế, không bao giờ có p = 0 nên p = 0 là TH lý tưởng. Để p = 0 thỏa mãn 2 điều kiện: + F01 = F02 + α = π/2 kđ bđ F F p = 2.7. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NCĐ XOAY CHIỀU 3 PHA. 1. Cấu tạo: Trên lõi thép hình chữ E làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ghép lại, mỗi trụ được quấn cuộn dây pha . Các cuộn dây pha nối theo sơ đồ hình sao. 2. Nguyên lý làm việc: Ở nam châm điện ba pha có ba cuộn dây như nhau, dòng điện mỗi pha lệch nhau một góc nên từ thông do chúng sinh ra lệch nhau .Lực điện từ do từ thông mỗi pha sinh ra tương ứng là: c b a CBA X Y Z 3 .2  3 .2  2.7. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NCĐ XOAY CHIỀU 3 PHA. Nhận xét:  Lực tổng 3 pha F3fa không biến đổi, tuy nhiên: Khi IA = 0 → FA = 0 → F = FB + FC điểm đặt lực tại a. Khi IB = 0 → FB = 0 → F = FA + FC điểm đặt lực tại b. Khi IC = 0 → FC = 0 → F = FA + FB điểm đặt lực tại c.  Trong một chu kỳ biến thiên điện áp, điểm đặt lực hút tổng di động trên phần ứng tạo nên sự bấp bênh của phần ứng và gây ra rung động. Vì thế mặc dù lực hút F3f không tồn tại thành phần biến đổi nhưng nắp vẫn bị rung nên ứng dụng của nam châm điện ba pha bị hạn chế. ;sin. 2 tFF mA w= ) 3 2 (sin. 2  w = tFF mB ) 3 2 (sin. 2  w = tFF mC mCBAf FFFFFTông 2 3 : 3 == 2.8. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA NCĐ Một trong những thông số quan trọng của NCĐ là tgian tác động và tgian nhả của nó. Thời gian tác động (ttđ) là quãng tgian kể từ thời điểm đưa tín hiệu tác động (t điểm đóng khóa K cấp điện cho cuộn dây) cho đến khi nắp chuyển động xong (δ = δmin). Thời gian nhả (tnhả) là quãng tgian từ khi cắt điện của cuộn dây (mở K) đến khi nắp của NCĐ kết thúc chuyển động (δ = δmax). ttđ = t1+t2; tnhả = t3+t4 . Trong đó: t1 – tgian khởi động khi tác động; t2 – tgian chuyển động khi tác động. t3- tgian khởi động khi nhả. t4- tgian chuyển động khi nhả. 2.8. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA NCĐ 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều - Khi K đóng, đưa I vào cuộn dây, I tăng từ từ và đạt đến trị số Ikđ . i δ δmin δmax Ikđ Iôđ Inh t1 t2 tkđ t3 t4 tnh + Khi 0< I < Ikđ : Fđt < Fph: nắp đứng yên (δ= δmax) .Đây là tgian khởi động t1. + Khi I = Ikđ : Fđt > Fph: Nắp bđầu chuyển động, δ giảm dần → I suy giảm đến lúc δ= δmin =const. thì kết thúc tgian cđộng t2 . Sau đó dđiện lại tăng cho tới khi đạt trị số ổn định Iođ - Khi K mở, I giảm từ từ. Inh Fph →nắp chưa cđộng, là t3 Khi I=Inh → nắp NCĐ bđầu mở và cđộng δ= δmax → I = 0, là t4 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian khởi động t1 a) Khi mạch từ tuyến tính có 1 cuộn dây: Lập các pt cân bằng áp là các pt vi phân và giải (SGK [1]), ta có: - Thời gian khởi động t1: Trong đó: là hệ số dự trữ theo dòng điện của NCĐ. T0 = L0/R là hằng số thời gian điện từ của cuộn dây khi nắp mở. L0 = L =const là điện cảm cuộn dây khi δ = δmax KL: Từ (2.8.1) ta nhận thấy rằng, muốn thay đổi tgian khởi động t1 thì phải thay đổi thông số cuộn dây L0, R và thay đổi hệ số dự trữ dòng điện Ki. )1.8.2( 1K K lnTt i i 01  = kđ ođ i I I K = 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian khởi động t1 b) Khi mạch từ tuyến tính có thêm cuộn dây ngắn mạch: Tương tự: Trong đó: là điện trở quy đổi của cuộn dây ngắn mạch về cuộn dây điện áp w của NCĐ. KL: Từ (2.8.2) ta thấy: khi có cuộn dây ngắn mạch, thời gian khởi động t1 tăng và điện trở Rn càng bé thì t1 càng lớn. Khi Rn →∞, tức là cuộn dây ngắn mạch bị hở mạch, trở về dạng (2.8.1). )2.8.2( 1K K )ln R R (1Tt i i ' n 01  = 2 n n ' n ) w w (RR = 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian khởi động t1 Trong lõi thép có dòng điện xoáy, khi dòng này lớn, nghĩa là điện trở xoáy của mạch từ càng bé thì t1 càng tăng. Ảnh hưởng của dòng điện xoáy cũng tương tự như d điện trong vòng ngắn mạch. Nên tgian khởi động t1 kể cả d điện xoáy và dòng ngắn mạch sẽ là: Trong đó: R’x là điện trở xoáy của mạch từ quy đổi theo cuộn dây NCĐ. ρx là điện trở suất của vật liệu sắt từ. l là chiều dài của mạch từ. )3.8.2( 1K K )ln R R R R (1Tt i i ' x ' n 01  = l 8ππ w) w w (RR x22 x x ' x == 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian khởi động khi nhả t3 Với NCĐ có 1 cuộn dây thì pt cân bằng áp: Giải pt cân bằng áp (SGK [1]), ta có: - Thời gian khởi động khi nhả t3: Trong đó: L1 là điện cảm của NCĐ khi nắp hút (δ = δmin). T1 = L1/R là hằng số thời gian điện từ của NCĐ. Nếu có thêm vòng ngắn mạch và điện trở xoáy của mạch từ thì: KL: cũng tương tự như với t1, tgian khởi động khi nhả t3 càng lớn nếu điện trở vòng ngắn mạch Rn và điện trở xoáy của mạch từ Rx càng bé. 0 dt d i.R =  nh ođ 13 I I .lnTt = nh ođ ' x ' n 13 I I )ln R R R R (1Tt = 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian chuyển động khi đóng t2 - Khi I=Ikđ, lực điện từ > lực cơ : F>Fc và phần ứng (nắp) của NCĐ bđầu chuyển động. - Trong trường hợp không cần độ chính xác cao và biết trước đặc tính lực điện từ và đặc tính phản lực Fc. Ptrình chuyển động của phần ứng là: Nếu chia khe hở k khí thành n phân đoạn thì: Trong đó: ∆xi là quãng đường ở đoạn i: ∆xi = δi – δi+1; (Fi- Fc)i là lực trung bình ở phân đoạn i, tác động lên phần ứng NCĐ. KL: Từ (2.8.4) ta thấy muốn giảm tgian cđộng t2, ta phải giảm khối lượng phần động m, giảm hành trình của phần ứng x, tăng lực điện từ F và giảm phản lực Fc c2 2 F-F dt dx m = cFF xm t  = .2 2Giải ra:    == n 1 ic i n 1 i2 )F(F x2m Δtt (2.8.4) 2.8.1. Đặc tính động của NCĐ 1 chiều. 1) Thời gian chuyển động khi nhả t4 - Khi cắt điện cuộn dây,từ thông trong mạch từ giảm dần đến trị số nhả ψnh, lực điện từ < lực cơ : F < Fc và nắp bđầu chđộng từ δmin = δmax, với tgian t4. Tương tự như t2 : KL: Vì lực điện từ khi nhả biến đổi khá phức tạp, nên việc tính toán t4 không đơn giản. Có thể tính gần đúng t4 dựa vào đặc tính điện từ và đặc tính cơ tương tự như t2. FF xm t c  = .2 4 2.8.2. Đặc tính động của NCĐ xoay chiều.  Cũng tương tự như ở NCĐ một chiều, thời gian tác động ttđ và thời gian nhả tnh của NCĐ xoay chiểu gồm thời gian khởi động và thời gian chuyển động. ttđ = t1+t2; tnhả = t3+t4.  Đặc điểm khác nhau cơ bản ở NCĐ x chiểu là điện áp, d điện, từ thông biến thiên tuần hoàn với tần số f, còn lực điện từ theo 2f.  Trong tgian t1 phụ thuộc vào thời điểm lúc đóng điện (pthuộc sự biến thiên của d điện tại thời điểm đó.  Lực điện từ đạt trị số cực đại với thời gian bé hơn 1/2 chu kì d điện. Cho nên t1 của NCĐ xchiều bé hơn 1/2 chu kì: t1< 0,01s.  Thời gian chuyển động t2 và t4 ở NCĐ x chiều cũng có thể tính theo phương pháp tương tự như ở NCĐ 1 chiều. HẾT CHƯƠNG 2