1Lecture 3
BÀI GIẢNG
Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ
TS. Hồ Phạm Huy Ánh
March 2010
/>2Lecture 3
¾ Cách vận hành của các hệ thống điện và cơ điện được giài thích dựa
trên lý thuyết trường điện từ.
¾ Dựa trên nền tảng chung là các hệ thống điện trường và từ trường,
ta vận dụng chủ yếu
hệ thống từ trường.
¾ Đầu tiên ta khảo sát các phương trình Maxwell
Giới Thiệu Chung
0
0
=•
=•
•
∂
∂
−=•
•=•
∫
∫
∫∫
∫∫
S
S
f
SC
S

c
(2
π
r) = Ni. Hay,
Mạch từ tĩnh
NilH
cc
=
Trong đó l
c
= 2
π
r là chiềudàiđường sức trung bình
trong lõi. Giả sử mật độ từ B trong lõi thay đổituyến
tính theo H, ta có công thức:
()
2
/mWb
c
cc
l
Ni
HB
μμ
==
4Lecture 3
Ta xác định tiếp từ thông Φc
Với
μ
là giá trị từ thẩmcủavậtliệutừ, A

= N
φ
c
= PN
2
i. Cũng từđịnh
nghĩa, tự cảm L củacuộn dây đượcxác đi6nh bỡi:
R
P
2
2
N
N
i
L ===
λ
Mạch từ tĩnh (tt)
5Lecture 3
¾ Như vậy có sự tương đồng rất lớn giữa mạch điện và mạch từ
econductancpermeance
resistancereluctance
currentflux
voltagemmf
⇔
⇔
⇔
⇔
¾ Xét mạch từ có khe hở không khí (bỏ qua từ tản): Cần tìm chính xác
cường độ từ trường H trong lỏi thép cũng như H qua khe hở. Gọi l
g

A
g
= B
c
A
c.
Với, A
g
= A
c
. Nên, B
g
= B
c
. Chia sứctừđộng mmf cho từ thông ta xác
định đượctừ trỡ tương đương:
Trong đó R
g
và R
c
lần lượt là từ trỡ của khe hở không khí và của lỏi
thép. Chúng được thể hiện nối tiếp trong mạch từ tương đương.
cg
c
c
g
g
A
l
A

()
Wb105.5101.15.0
At/Wb 1023.7
101.1104
001.0
At/Wb 107.47
1010410
06.0
44
6
47
g
3
474
−−
−−
−−
×=×==
×=
××
=
×=
×
=
gg
c
AB
φ
π
π

Gọi
F là sức từ động từ a đến b, ta được:
(
)
()()
At/Wb 10989.1
104104
101.0
6
47
2
321
×=
××
×
====
−−
−
π
RRRR
2500
500
1500
R
R
R
φ
1
φ
2

mm, mật độ từ thông trong khe hở là 0.6 Wb/m
2
, quấn cuộn dây 100
vòng. Độ rộng khe hở là 2mm. Cho a = 20 mm. Bỏ qua từ trỡ lỏi thép
(=zero).
a) Xác định dòng kích từ qua cuộn dây
b) Xác định từ cảm L của cuộn dây
¾ Câu hỏi tự luận: SV được yêu cầu thiết kế cuộn cảm có tự cảm biến
thiên tuyến tính. Hãy trình bày hướng thiết kế của mình, có xét đến từ
rò và từ trỡ của lõi thép?
Các Ví Dụ và Bài Tập (tt):
10Lecture 3
Điện cảm tương hổ
¾ Điện cảm tương hổ là thông số liên quan đến điện áp cảm ứng trên 1
cuộn dây do dòng biến thiên qua 1 cuộn dây khác.
¾ Khảo sát 2 cuộn dây quấn trên cùng 1 mạch từ, cuộn 1 để kích thích
trong khi cuộn 2 để hở. Từ thông móc vòng qua cuộn 1 được tính bằng
21111
φ
φ
φ
+
=
l
Trong đó
φ
l1
(còn gọi là từ rò) chỉ móc vòng qua cuộn 1; trong khi,
φ
21

Với L
1
là giá trị tự cảm của cuộn 1, như ta đã biết.
1212122
iMN
=
=
φ
λ
dt
di
M
dt
d
v
1
21
2
2
==
λ
111111
iLN
=
=
φ
λ
dt
di
L

2
2
==
λ
2121211
iMN
=
=
φ
λ
dt
di
M
dt
d
v
2
12
1
1
==
λ
12222
φ
φ
φ
+=
l
¾ Theo qui tắc cân bằng năng lượng ta có: M
21

21
= M
12
= M
¾ Từ đóta cóhệ số ghép cặp giữa 2 cuộn dây :
¾ Dễ thấy rằng 0 ≤ k ≤ 1, hay tương ứng là,
¾ Các biến thế lỏi không khí thường có hệ số ghép cặp nhỏ (k < 0.5),
trong khi biến thế lỏi sắt từ thường có hệ số ghép cặp lớn(k > 0.5, và
có thể tiến đến 1).
2111211111
MiiLNN
+
=
+=
φ
φ
λ
2212222122
iLMiNN
+
=
+
=
φ
φ
λ
¾ Lấy phi phân 2 biểu thức trên ta xác định được các giá trị điện áp cảm
ứng
dt
di

φ
1
và
φ
2
N
1
i
1
R
1
R
2
R
3
N
2
i
2
φ
1
φ
2
()
1121311
φ
φ
φ
RR
+

φ
(
)
6
212
1025.315.12
−
×+= ii
φ
Đồng thời
mH 5.2H 1025
4
1
=×=
−
L
mH 125.3H 1025.31
4
2
=×=
−
L
mH 25.1H 105.12
4
=×=
−
M
(
)
4

Cách xác định chấm đánh dấu chiều quấn cuộn dây
¾ Các bước cụ thể:
 Chọnngẩu nhiên 1 đầucuộn dây sơđểđánh dấuchấm.
 Giả sử dòng chảyvàođầucuộn dây có đánh dấuchấm, xác định
chiềutừ thông hình thành trong lõi.
 Chọnngẩu nhiên 1 đầucuộn dây thứđểcho dòng thử chảy vào.
 Xác định chiềutừ thông do dòng thử tạora.
 Nếu hai từ thông cùng chiều, đánh dấuchấmvàođầucuộn dây
thứ có dòng thử chả
y vào.
 Nếu hai từ thông ngượcchiều, đánh dấuchấmvàođầucuộn dây
thứ có dòng thử chảyra.
17Lecture 3
Phương pháp thực nghiệm xác định dấu chấm đánh dấu
¾ Để xác định chiếu quấn của 2 cuộn dây sơ và thứ của biến thế, ta áp
dụng phương pháp thực nghiệm sau:
Dùng nguốn DC kích thích cuộn
sơ của biến thế.
Đặt dấu chấm vào đầu cuộn sơ nối
vào nguồn + của nguồn DC.
Đóng khóa K: ghi nhận nếu kim volt kế quay thuận => đặt dấu chấm vào
đầu cuộn thứ nối vào nguồn + của volt kế. Ngược l
ại nếu kim volt kế quay
ngược => đặt dấu chấm vào đầu cuộn thứ nối vào nguồn - của volt kế.
+
_
18Lecture 3
Lập phương trình vòng kín cho mạch điện có cuộn dây tương hổ
¾ Cho 2 cuộn dây ghép cặp tương hổ. Hãy lập phương trình vòng kín.
Đầu tiên cho chọn chiều cho dòng bên sơ và thứ cấp.

dt
di
LRiv
12
2222
++=
19Lecture 3
¾ BT 3.6: Lập phương trình vòng kín cho mạch điện có cuộn dây tương hổ.
Giả thiết điện áp ban đầu qua tụ bằng zero.
i
1
R
2
C
L
1
R
1
i
2
v
1
M
L
2
(i
1
–i
2
)

∫
()
()
dt
di
Mii
dt
d
L
RiiRiv
2
211
221111
−−+
−+=
Bài Tập trong lớp
20Lecture 3
Bài Tập trong lớp
¾ BT 3.15.