TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TTTN – TH ĐIỆN Bộ môn : THIẾT BỊ ĐIỆN GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT Biên soạn: BẠCH THANH QUÝ – VĂN THỊ KIỀU NHI – NINH VĂN TIẾN Lưu hành nội THÁNG 09/ 2004 Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 1/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Đất nước Việt Nam công công nghiệp hóa - đại hóa, kinh tế đà phát triển, việc sử dụng thiết bò điện, khí cụ điện vào xây lắp khu công nghiệp, khu chế xuất - liên doanh, khu nhà cao tầng ngày nhiều Vì việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn sử dụng cần thiết cho sinh viên - học sinh ngành Điện Ngoài cần phải cập nhật thêm công nghệ không ngừng cải tiến nâng cao thiết bò điện, khí cụ điện hãng sản xuất lớn như: Merlin Gerin, Télémécanique, General Electric, Siemens… Quyển giáo trình biên soạn gồm bốn phần: - Phần : Lý thuyết khí cụ điện - Phần : Tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn sử dụng khí cụ điện hạ áp - Phần : Giới thiệu đặc tính, kết cấu khí cụ điện cao áp - Phần : Một số sơ đồ nguyên lý điều khiển, vận hành Trong phần trình bày cụ thể hình dạng thực tế ví dụ tính toán chọn lựa cụ thể cho khí cụ điện nhằm giúp cho sinh viên - học sinh ứng dụng vào thực tế Trong trình biên soạn chắn có sai sót, kính mong ủng hộ góp ý chân thành từ quý độc giả BIÊN SOẠN Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 2/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN PHẦN : LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 3/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 1: LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN Khi lưới điện xảy cố ngắn mạch, dòng điện cố gấp chục lần dòng điện đònh mức Dưới tác dụng từ trường, dòng điện gây lực điện động làm biến dạng dây dẫn cách điện nâng đỡ chúng Như khí cụ điện có khả chòu lực tác động phát sinh có dòng điện ngắn mạch chạy qua tiêu chuẩn thiếu khí cụ điện gọi tính ổn đònh điện động I PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG Có thể sử dụng hai phương pháp sau để tính lực điện động: Phương pháp dựa tác dụng dòng điện đặt từ trường cảm ứng từ từ trường Gọi : i dòng điện chạy qua dây dẫn (A) l chiều dài dây dẫn điện dl nguyên tố chiều dài dây dẫn điện B cảm ứng từ (do dòng điện khác tạo ra) góc dây dẫn cảm ứng từ B F lực điện động  Khi có dòng điện i chạy qua nguyên tố dây dẫn dl đặt từ trường có cảm ứng từ B sinh lực điện động tác dụng lên nguyên tố này: dF = i.B.dl.sin  Khi xét lực đoạn dây l: l l F  dF  i.B.sin dl  i.B.l.sin 0 Khi dây dẫn đặt vuông góc với cảm ứng từ = 90 o : F = i.B.l Phương pháp dựa cân lượng hệ thống dây dẫn Gọi : W lượng điện từ x đoạn đường dòch chuyển theo hướng tác dụng lực  PP Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 4/ 103 PP TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN F lực điện động cần tính Như lực điện động tính qua lượng điện từ: F  W x  Hệ thống gồm hai mạch vòng: Năng lượng điện từ hệ thống là: 1 L1 i12  L2 i22  M i1 i2 2 W  Trong đó: L , L điện cảm mạch vòng i , i dòng điện chạy mạch vòng M điện cảm tương hỗ  Hệ thống mạch vòng độc lập: BB BB BB BB BB BB BB BB  1 i   i  n..i i 2 W  A  L.i  Trong đó: L điện cảm mạch vòng độc lập i dòng điện chạy mạch vòng từ thông móc vòng  từ thông n số vòng dây mạch vòng Lực tác dụng mạch vòng hướng theo chiều cho điện cảm, từ thông móc vòng từ thông biến dạng mạch vòng tác dụng lực tăng lên II TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG GIỮA CÁC DÂY DẪN SONG SONG Khi hai dây dẫn đặt song song, lực điện từ sinh tính theo công thức: l2   o l1  x x dx F  i1 i   2 2 4a   x a x a (  )     Trong đó: - l , l chiều dài hai dây dẫn song song - i , i dòng điện qua hai dây dẫn song song BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 5/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN -  o độ dẫn từ không khí,  o =4.10 -7 H/m - a khoảng cách hai dây dẫn - x đoạn đường dòch chuyển theo hướng tác dụng lực BB BB BB BB Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 6/ 103 PP PP TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Hai dây dẫn song song có chiều dài l1 = l2 = l - Lực điện sinh ra: BB BB BB BB i i BB BB BB BB l BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB o a a 2l   i1 i       F  4 a  l l    a BB BB BB BB Khi khoảng cách dây dẫn bé đáng kể so với chiều dài chúng: F  o 2l i1 i 4 a Hai dây dẫn song song không chiều dài B1 C1 BB BB BB BB BB BB BB BB l BB BB BB BB i i BB BB BB BB l BB BB BB BB C2 BB BB BB BB BB BB BB BB B2 Trong đó: C , C khoảng cách đường chéo cùa hai dây dẫn B , B khoảng cách đường chéo cùa hai dây dẫn BB BB BB BB BB BB BB BB Lực điện động sinh ra: BB BB BB BB a BB BB BB BB F  o l C  C  B1  B2  i1 i   4 a  a  Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 7/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN III TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG LÊN VÒNG DÂY, GIỮA CÁC CUỘN DÂY Tính toán lực vòng dây: R bán kính vòng dây dẫn 2r đường kính dây dẫn I dòng điện chảy dây dẫn Lực tác động: R F F 2r o  8R  i ln  0,75   r  i Tính toán lực vòng dây: F F 2R BB BB BB BB c BB BB BB BB h F BB BB BB BB F 2R BB BB BB BB R2 > R1 BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB Lực tác động: F  o i1.i2 R1.h h2  c2 Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 8/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN IV LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU- CỘNG HƯỞNG CƠ KHÍ Lực điện động dòng điện xoay chiều pha: Dòng điện xoay chiều pha biến đổi theo quy luật: i = I m sint đó: I m biên độ dòng điện,  tần số góc Nếu dòng điện dây dẫn có chiều dây dẫn bò hút vào với lực: BB BB BB BB F  c.I m2 sin  t  c.I m2  cos 2 t Fm Fm   cos 2 t 2 o 2l 4 a F m trò số lực cực đại Lực điện động dòng điện xoay chiều ba pha: Dòng điện xoay chiều ba pha biến đổi theo quy luật: i = I m sint c số = BB BB BB BB BB BB       i3  I m.sin  t      i2  I m.sin  t    Lực tác dụng lên dây dẫn pha 1: F = F 12 + F 13 F 12 lực điện động dây dẫn pha F 13 lực điện động dây dẫn pha BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB     F13  c.I m2 sin  t sin  t        F12  c.I m2 sin  t sin  t          F1  c.I m2 sin  t.sin  t    sin  t         Tương tự, ta có: Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 9/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM     KHOA ĐIỆN     F = F 21 + F 23 = c.I m2 sin  t   .sin  t  sin  t    3 BB BB BB BB BB BB       c I sin  t m sint  3 2sint  3 F3 = - F1 =      BB BB BB BB Cộng hưởng khí: Trong trường hợp tần số thành phần biến thiên lực gần với tần số riêng dao động khí sinh tượng cộng hưởng Hiện tượng có khả phá hỏng khí cụ điện Thông thường, người ta chọn tần số riêng dao động khí lớn gấp đôi tần số lực V ỔN ĐỊNH LỰC ĐIỆN ĐỘNG Độ bền khí vật liệu phụ thuộc không vào độ lớn lực mà phụ thuộc vào chiều, độ dài thời gian tác động độ dốc tăng lên Khí cụ điện ổn đònh lực điện động phải thỏa mãn: - Việc tính toán lực điện động: tính theo dòng điện xung tượng ngắn mạch - Việc tính toán độ bền động học có tượng công hưởng Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 10/ 10/ 103 ... giáo trình biên soạn gồm bốn phần: - Phần : Lý thuyết khí cụ điện - Phần : Tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn sử dụng khí cụ điện hạ áp - Phần : Giới thiệu đặc tính, kết cấu khí cụ điện. .. Thuyết Khí Cụ Điện Trang 2/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN PHẦN : LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN Lý Thuyết Khí Cụ Điện Trang 3/ 103 TRƯỜNG ðẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN... LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN Khi lưới điện xảy cố ngắn mạch, dòng điện cố gấp chục lần dòng điện đònh mức Dưới tác dụng từ trường, dòng điện gây lực điện động làm biến dạng dây dẫn cách điện