Giáo trình Thiết bị điện - Chương 1: Hồ quang điện
PHÁN THÆ NHÁT
LÊ THUYÃT CÅ SÅ
KHAI NIÃM CHUNG VÃ THIÃT BË ÂIÃN
Thiãt bë âiãn âæåc âã cáp å âáy la cac loai thiãt bë lam cac nhiãm vu: âong càt, âiãu khiãn, âiãu
chènh, bao vã, chuyãn âäi, khäng chã va kiãm tra moi sæ hoat âäng cua hã thäng læåi âiãn va cac loai
may âiãn. Ngoai ra thiãt bë âiãn con âæåc sæ dung âã kiãm tra, âiãu chènh va biãn âäi âo læång nhiãu qua
trçnh khäng âiãn khac.
Thiãt bë âiãn la mät loai thiãt bë âang âæåc sæ dung rát phä biãn co màt trong háu hãt cac lanh
væc san xuát cua nãn kinh tã, tæ cac nha may âiãn, tram biãn ap, hã thäng truyãn tai âiãn, âãn cac may
phat va âäng cå âiãn trong cac xê nghiãp cäng nghiãp, näng nghiãp, giao thäng,... va trong ca lanh væc an
ninh quäc phong.
Thiãt bë âiãn sæ dung å næåc ta hiãn nay âæåc nháp tæ rát nhiãu næåc, rát nhiãu hang san xuát
khac nhau va âu cac thã hã. Co ca cac thiãt bë âa co thåi gian sæ dung 40 âãn 50 nàm, rát lac háu va cac
thiãt bë rát hiãn âai måi nháp. Chênh vç váy cac quy cach khäng thäng nhát, gáy kho khàn cho ván hanh,
bao dæång va sæa chæa. Do qua nhiãu chung loai thiãt bë âiãn våi cac tiãu chuán ki thuát rát khac nhau,
nãn trong sæ dung hiãn nay nhiãu khi khäng sæ dung hãt tênh nàng va cäng suát cua thiãt bë hoàc sæ dung
khäng âung gáy hæ hong nhiãu, lam thiãt hai khäng nho cho nãn kinh tã. Chênh vç váy viãc âao tao va
cáp nháp náng cao kiãn thæc vã thiãt bë âiãn âàc biãt la cac thiãt bë måi cho cac can bä ki thuát quan lê va
ván hanh thiãt bë âiãn la mät âoi hoi rát cáp thiãt. Giao trçnh nay nhàm trang bë nhæng lê luán cå ban, âã
hiãu nguyãn lê lam viãc, âàc âiãm cáu tao cac loai thiãt bë âiãn thæång dung trong tæ âäng truyãn âäng,
trong hã thäng âiãn va trong cac linh væc âiãu khiãn may âiãn,...nhàm giup sinh viãn cac nganh nàng
læång khi ra træång co thã læa chon, ván hanh, sæa chæa, cai tiãn thiãt bë âiãn hoàc mät sä bä phán cua
thiãt bë âiãn, âàc biãt cung cáp nhæng kiãn thæc lam cå så âã tiãp cán cac thiãt bë hiãn âai.
1. Phán loai thiãt bë âiãn
Âã thuán låi cho viãc nghiãn cæu, ván hanh sæ dung va sæa chæa thiãt bë âiãn ngæåi ta thæång
phán loai nhæ sau:
a) Phán theo cäng dung
+ Thiãt bë âiãn khäng chã: dung âã âong càt, âiãu chènh täc âä chiãu quay cua cac may phat
âiãn, âäng cå âiãn (nhæ cáu dao, ap tä mat, cäng tàc tå,...).
+ Thiãt bë âiãn bao vã: lam nhiãm vu bao vã cac âäng cå, may phat âiãn, læåi âiãn khi co qua
tai, ngàn mach, sut ap,...( nhæ råle, cáu chç, may càt,...).
+ Thiãt bë âiãn tæ âäng âiãu khiãn tæ xa: lam nhiãm vu thu nhán phán têch va khäng chã sæ hoat
âäng cua cac mach âiãn nhæ khåi âäng tæ,...
+ Thiãt bë âiãn han chã dong ngàn mach (nhæ âiãn trå phu, cuän khang,...).
+ Thiãt bë âiãn lam nhiãm vu duy trç än âënh cac tham sä âiãn (nhæ än ap, bä tæ âäng âiãu chènh
âiãn ap may phat,...)
+ Thiãt bë âiãn lam nhiãm vu âo læång (nhæ may biãn dong âiãn, biãn ap âo læång,...).
b) Phán theo tênh chát dong âiãn
+ Thiãt bë âiãn dung trong mach mät chiãu.
+ Thiãt bë âiãn dung trong mach xoay chiãu.
c) Phán theo nguyãn lê lam viãc
Thiãt bë âiãn loai âiãn tæ, âiãn âäng, cam æng, co tiãp âiãm, khäng co tiãp âiãm,...
5
d) Phán theo âiãu kiãn lam viãc
+ Loai lam viãc vung nhiãt âåi khê háu nong ám, loai å vung än âåi, co loai chäng âæåc khê
chay nä, loai chëu rung âäng,...
e) Phán theo cáp âiãn ap co
+ Thiãt bë âiãn ha ap co âiãn ap dæåi 3kV.
+ Thiãt bë âiãn trung ap co âiãn ap tæ 3kV âãn 36 kV.
+ Thiãt bë âiãn cao ap co âiãn ap tæ 36kV âãn nho hån 400 kV.
+ Thiãt bë âiãn siãu cao ap co âiãn ap tæ 400 kV trå lãn.
2. Cac yãu cáu cå ban cua thiãt bë âiãn
- Phai âam bao sæ dung âæåc láu dai âung tuäi tho thiãt kã khi lam viãc våi cac thäng sä ky
thuát å âënh mæc.
- Thiãt bë âiãn phai âam bao än âënh læc âiãn âäng va än âënh nhiãt âä khi lam viãc bçnh
thæång, âàc biãt khi sæ cä trong giåi han cho phep cua dong âiãn va âiãn ap.
- Vát liãu cach âiãn chëu âæåc qua ap cho phep.
- Thiãt bë âiãn phai âam bao lam viãc tin cáy, chênh xac an toan, gon nhe, dã làp rap, dã kiãm
tra, sæa chæa.
- Ngoai ra con yãu cáu phai lam viãc än âënh å âiãu kiãn khê háu mäi træång ma khi thiãt kã âa
cho phep.
6
Chæång 1.
HÄ QUANG ÂIÃN
1.1.
ÂAI CÆÅNG VÃ HÄ QUANG ÂIÃN
1. Khai niãm chung
Hä quang âiãn thæc sæ co êch khi âæåc sæ dung trong cac lénh væc nhæ han âiãn, luyãn
thep,...nhæng luc nay hä quang cán âæåc duy trç chay än âënh.
Nhæng trong cac thiãt bë âiãn nhæ cáu chç, cáu dao, may càt,...hä quang lai co hai cán phai nhanh
chong âæåc loai træ. Khi thiãt bë âiãn âong, càt (âàc biãt la khi càt) hä quang phat sinh giæa cac càp tiãp
âiãm cua thiãt bë âiãn khiãn mach âiãn khäng âæåc ngàt dæt khoat. Hä quang chay láu sau khi thiãt bë
âiãn âa âong càt se lam hæ hai cac tiãp âiãm va ban thán thiãt bë âiãn. Trong træång håp nay âã âam bao
âä lam viãc tin cáy cua thiãt bë âiãn yãu cáu phai tiãn hanh dáp tàt hä quang cang nhanh cang tät.
Ban chát cua hä quang âiãn la
hiãn tæång phong âiãn våi mát âä dong
âiãn rát lån (tåi khoang 104 âãn 105
A/cm2), co nhiãt âä rát cao (tåi khoang
Vung K Vung thán
Vung A
K
A
5000
60000C) va âiãn ap råi trãn cæc
÷
E[V]
EK
÷
ám be (chè khoang 10 20V) va thæång
kem theo hiãn tæång phat sang. Sæ phán
bä cua âiãn ap va cæång âä âiãn træång a)
doc theo chiãu dai hä quang âæåc biãu
diãn trãn hçnh 1-1a.
UA
UTh
UK
Doc theo chiãu dai hä quang
Eth
EA
âæåc chia lam ba vung la: vung xung
quanh cæc ám (cach cæc ám khoang 10-4
âãn 10-5cm) vung nay tuy âiãn ap nho chè
8 âãn 10V nhæng khoang cach cung rát be
nãn cæång âä âiãn træång rát lån cå 105 b)
âãn 106 V/cm. Con vung co chiãu dai gán
hãt hä quang la vung thán, vung nay co
cæång âä âiãn træång chè khoang 10 âãn
50 V/cm. Vung con lai con âæåc goi la
vung cæc dæång co cæång âä âiãn træång
lån hån vung thán nhæng cac yãu tä xay ra
å âáy theo cac lê thuyãt hiãn âai thç êt anh
hæång âãn qua trçnh phat sinh va dáp hä
quang nãn khäng âæåc âã cáp.
lhq[m]
Uhq
l
200
150
50mm
20
0
100
50
I
0
2
4
6
8
10 12
Hçnh 1-1: a) Hä quang mät chiãu; b) Âàc tênh
Âàc tênh u(i) cua hä quang mät chiãu co thã biãu âiãn theo cäng thæc Kapzow co dang:
c + dl
uhq = a+ bl +
n
i
Våi: a, b, c, d la cac hàng sä phu thuäc vát liãu lam tiãp âiãm va cac yãu tä bãn ngoai (vê du tiãp
âiãm âäng co a= 30; b=17; c=41; d=33). Co n la sä mu, phu thuäc vao nhiãt âä vát liãu dæång cæc, theo
thæc nghiãm thæång láy n = 2,62.T.10-4, trong âo T la nhiãt âä cua vát liãu dæång cæc.
Âàc tênh u(i) våi l la chiãu dai hä quang co dang hypecbän nhæ hçnh 1-1b.
7
2. Qua trçnh phat sinh va dáp tàt hä quang
a) Qua trçnh phat sinh
Hä quang âiãn phat sinh la do mäi træång giæa cac âiãn cæc (hoàc giæa cac càp tiãp âiãm) bë ion
hoa (xuát hiãn cac hat dán âiãn). Ion hoa co thã xay ra bàng cac con âæång khac nhau dæåi tac dung cua
anh sang, nhiãt âä, âiãn træång manh,.... Trong thæc tã qua trçnh phat sinh hä quang âiãn co nhæng dang
ion hoa sau:
- Qua trçnh phat xa âiãn tæ nhiãt; Qua trçnh tæ phat xa âiãn tæ.
- Qua trçnh ion hoa do va cham.
- Qua trçnh ion hoa do nhiãt .
a.1) Sæ phat xa âiãn tæ nhiãt
Âiãn cæc va tiãp âiãm chã tao tæ kim loai, ma trong cáu truc kim loai luän tän tai cac âiãn tæ tæ do
chuyãn âäng vã moi hæång trong quy âao cua cáu truc hat nhán nguyãn tæ. Khi tiãp âiãm bàt âáu må ra
læc nen vao tiãp âiãm giam dán khiãn âiãn trå tiãp xuc tàng lãn chä tiãp xuc dong âiãn bë thàt lai mát âä
dong tàng rát lån lam nong cac âiãn cæc (nhát la å cæc ám nhiãu e). Bë âät nong, âäng nàng cua cac âiãn
tæ tàng nhanh âãn khi cäng nhán âæåc lån hån cäng thoat liãn kãt hat nhán thç âiãn tæ se thoat ra khoi bã
màt cæc ám trå thanh âiãn tæ tæ do. Qua trçnh nay âæåc goi la phat xa âiãn tæ nhiãt.
a.2) Sæ tæ phat xa âiãn tæ
Khi tiãp âiãm hay âiãn cæc væa må ra luc âáu khoang cach con rát be dæåi tac dung cua âiãn ap
nguän ngoai thç cæång âä âiãn træång rát lån, nhát la vung cæc ám co khoang cach nho co thã tåi hang
triãu V/ cm. Våi cæång âä âiãn træång lån å cæc ám mät sä âiãn tæ co liãn kãt yãu våi hat nhán trong cáu
truc se bë keo bát ra khoi bã màt ca tät trå thanh cac âiãn tæ tæ do, hiãn tæång nay goi la tæ phat xa âiãn
tæ. Khi co âiãn tæ tæ phat xa va phat xa âiãn tæ nhiãt nàng læång âæåc giai phong rát lån lam nhiãt âä khu
væc hä quang tàng cao va phat sang, âàc biãt khi càt mach å âiãn ap cao va co dong tai lån thç hä quang
chay va phat sang rát manh liãt.
a.3) Ion hoa do va cham
Sau khi tiãp âiãm må ra, dæåi tac dung cua nhiãt âä cao hoàc cua âiãn træång lån (ma thäng
thæång la ca hai) thç cac âiãn tæ tæ do se phat sinh chuyãn âäng tæ cæc dæång sang cæc ám. Do âiãn
træång rát lån nãn cac âiãn tæ chuyãn âäng våi täc âä rát cao. Trãn âæång âi cac âiãn tæ nay bàn pha cac
nguyãn tæ va phán tæ khê se lam bát ra cac âiãn tæ va cac ion dæång. Cac phán tæ mang âiãn nay lai tiãp
tuc tham gia chuyãn âäng va bàn pha tiãp lam xuát hiãn cac phán tæ mang âiãn khac. Do váy ma sä læång
cac phán tæ mang âiãn tàng lãn khäng ngæng, lam mát âä âiãn têch trong khoang khäng gian giæa cac tiãp
âiãm rát lån, âo la qua trçnh ion hoa do va cham.
a.4) Ion hoa do nhiãt
Do co cac qua trçnh phat xa âiãn tæ va ion hoa do va cham, mät læång lån nàng læång âæåc giai
phong lam nhiãt âä vung hä quang tàng cao va thæång kem theo hiãn tæång phat sang. Nhiãt âä khê cang
tàng thç täc âä chuyãn âäng cua cac phán tæ khê cang tàng va sä lán va cham do âo cung cang tàng lãn.
Khi tham gia chuyãn âäng cung co mät sä phán tæ gàp nhau se kãt håp lai phán li thanh cac nguyãn tæ.
Cac nguyãn tæ khuãch tan vao mäi træång xung quanh, gàp nhiãt âä tháp se kãt håp lai thanh phán tæ,
hiãn tæång nay goi la hiãn tæång phán li (phan æng phán li thu nhiãt lam giam nhiãt âä cua hä quang, tao
âiãu kiãn cho khæ ion). Con læång cac ion hoa tàng lãn do va cham khi nhiãt âä tàng thç goi âo la læång
ion hoa do nhiãt. Nhiãt âä âã co hiãn tæång ion hoa do nhiãt cao hån nhiãu so våi nhiãt âä co hiãn tæång
phán li. Vê du khäng khê co nhiãt âä phán li khoang 40000K con nhiãt âä ion hoa khoang 80000K.
Tom lai, hä quang âiãn phat sinh la do tac dung cua nhiãt âä cao va cæång âä âiãn træång lån
sinh ra hiãn tæång phat xa âiãn tæ nhiãt va tæ phat xa âiãn tæ va tiãp theo la qua trçnh ion hoa do va cham
va ion hoa do nhiãt. Khi cæång âä âiãn træång cang tàng (khi tàng âiãn ap nguän), nhiãt âä cang cao va
mát âä dong cang lån thç hä quang chay cang manh liãt. Qua trçnh co thoat nàng læång hat nhán nãn
8
thæång kem theo hiãn tæång phat sang choi loa. Nãu tàng ap læc lãn mäi træång hä quang thç se giam
âæåc täc âä chuyãn âäng cua cac phán tæ va do váy hiãn tæång ion hoa se giam.
b) Qua trçnh hä quang tàt
Hä quang âiãn se bë dáp tàt khi mäi træång giæa cac âiãn cæc khäng con dán âiãn hay noi cach
khac hä quang âiãn se tàt khi co qua trçnh phan ion hoa xay ra manh hån qua trçnh ion hoa. Ngoai qua
trçnh phán li âa noi trãn, song song våi qua trçnh ion hoa con co cac qua trçnh phan ion gäm hai hiãn
tæång sau:
b.1) Hiãn tæång tai håp
Trong qua trçnh chuyãn âäng cac hat mang âiãn la ion dæång va âiãn tæ gàp âæåc cac hat têch
âiãn khac dáu la âiãn tæ hoàc ion dæång âã trå thanh cac hat trung hoa (hoàc êt dæång hån). Trong lê
thuyãt âa chæng minh täc âä tai håp tè lã nghëch våi bçnh phæång âæång kênh hä quang, va nãu cho hä
quang tiãp xuc våi âiãn mäi hiãn tæång tai håp se tàng lãn. Nhiãt âä hä quang cang tháp täc âä tai håp
cang tàng.
b.2) Hiãn tæång khuãch tan
Hiãn tæång cac hat têch âiãn di chuyãn tæ vung co mát âä âiãn têch cao(vung hä quang) ra vung
xung quanh co mát âä âiãn têch tháp la hiãn tæång khuãch tan. Cac âiãn tæ va ion dæång khuãch tan doc
theo thán hä quang, âiãn tæ khuãch tan nhanh hån ion dæång. Qua trçnh khuãch tan âàc træng bàng täc âä
khuãch tan. Sæ khuãch tan cang nhanh hä quang cang nhanh bë tàt. Âã tàng qua trçnh khuãch tan ngæåi ta
thæång tçm cach keo dai ngon læa hä quang.
1.2. HÄ QUANG ÂIÃN MÄT CHIÃU
1. Khai niãm chung
Chung ta khao sat å âáy mät qua trçnh xuát hiãn hä quang giæa hai âiãn cæc trong mät mach
âiãn mät chiãu nhæ hçnh 1-2.
Goi âiãn ap nguän la U0 ,âiãn trå mach la R, âiãn cam mach la L va rhq âàc træng cho âiãn trå hä
quang våi âiãn ap trãn hä quang la uhq. Theo âënh luát Kiãc khäp II, ta co phæång trçnh cán bàng âiãn ap
trong mach khi må tiãp âiãm va hä quang bàt âáu chay nhæ sau:
di
U0 = i.R + uhq + L
(1.1)
dt
di
dt
Khi hä quang chay än âënh thç dong âiãn khäng âäi i=I va co
U0 = uR+ uhq = I.R+ I.rhq
= 0 phæång trçnh cán bàng ap se la :
(1.2)
Cac thanh phán âiãn ap trong phæång trçnh (1.1) âæåc thã hiãn trãn hçnh 1-2. Våi: âæång 1-la
âiãn ap nguän; âæång 2- la âiãn ap råi trãn âiãn trå R va âæång 3- la âàc tênh u(i) cua hä quang.
Theo âä thë cac âæång âàc tênh 2 va 3 giao nhau å hai âiãm A va B. Tai A va B phæång trçnh
(1.2) âæåc thoa man, cac âiãm A, B âæåc goi la hai âiãm chay cua hä quang .
-Xet tai B: Hä quang âang chay nãu vç mät lê do nao âo lam dong âiãn i tàng lån hån IB thç theo âä thë ta
di
nhán tháy sæc âiãn âäng tæ cam trãn L la L < 0 (ngæåc chiãu dong tàng) se lam dong âiãn i giam
dt
di
xuäng lai IB. Con ngæåc lai nãu i giam nho hån IB thç L > 0 se lam i tàng trå lai gia trë IB, do váy âiãm
dt
B âæåc goi la âiãm hä quang chay än âënh.
-Nãu cung tæång tæ ta xet tai âiãm A, khi hä quang âang chay än âënh våi i= IA nãu vç mät lê do nao âo i
di
giam nho hån IA thç L < 0 nãn dong tiãp tuc giam âãn 0 va hä quang tàt. Con nãu i tàng lån hån IA thç
dt
9
di
trãn âàc tênh ta tháy L > 0 nãn dong tiãp tuc tàng âãn IB va hä quang chay än âënh tai âiãm B, váy
dt
âiãm A goi la âiãm hä quang chay khäng än âënh.
2. Âiãu kiãn âã dáp tàt hä quang âiãn mät chiãu
Âã co thã dáp tàt âæåc hä quang âiãn mät
chiãu cán loai bo âæåc âiãm hä quang chay än âënh
(âiãm B). Trãn âàc tênh ta nhán tháy se khäng co
U
-
âiãm chay än âënh khi âæång âàc tênh 3(âiãn ap
trãn hä quang) cao hån âæång âàc tênh 2 (la âàc
tênh âiãn ap råi trãn âiãn trå R) nhæ hçnh 1-2b (tæc
la hä quang se tàt khi Uhq> U0- UR). Âã náng cao
âæång âàc tênh 3 thæång thæc hiãn hai biãn phap la
tàng âä dai hä quang(tàng l) va giam nhiãt âä vung
hä quang xuäng, âàc tênh nhæ hçnh 1-3.
R
L
a)
I
rhq
U[V]
Ldi/dt< 0
U [V]
L2>L1
L
1
UR
U0
b)
Ldi/dt>0
2
Uhq
3
Ldi/dt< 0
I[A]
a)
I[A]
U [V]
U [V]
T2<T1
T1
3
b)
2
I[A]
c)
I[A]
Hçnh 1-3: Âàc tênh khi keo dai va giam
nhiãt âä hä quang
Hçnh 1-2: Âàc tênh hä quang mät chiãu va âiãu kiãn
tàt
3. Qua âiãn ap trong mach âiãn mät chiãu
Khi càt mach âiãn mät chiãu thæång xay ra qua âiãn ap, khi å mach co âiãn cam lån nãu täc âä
càt cang nhanh thç qua âiãn ap cang lån.
di
Nãu tai thåi âiãm càt co I= 0 thç : U0 = L
di
+ uhq , hay ta co:
dt
∆U
uhq - U0 = - L
=
(1.3)
dt
la trë sä qua âiãn ap xoay chiãu. Trong mach mät chiãu lam viãc våi cäng suát lån lai co nhiãu
∆U
vong dáy khi dáp hä quang âiãn qua âiãn ap se xay ra rát lån co thã gáy âanh thung cach âiãn va hæ hong
thiãt bë. Âã han chã hiãn tæång qua âiãn ap ngæåi ta thæång dung thãm mät mach âiãn phu màc song
song våi phu tai. Mach nay co thã la âiãn trå, âiãn trå va tu näi tiãp hoàc mät chènh læu màc ngæåc.
10
1.2.
HÄ QUANG ÂIÃN XOAY CHIÃU
U[V]
Uch
Ut
i(t )
1. Khai niãm chung
Âàc âiãm cua mach xoay chiãu la trong
mät chu kç biãn thiãn dong âiãn co hai lán qua trë sä
i= 0. Khi co hä quang thç tai thåi âiãm khi i= 0 qua
trçnh phan ion hoa xay ra manh hån qua trçnh ion
hoa. Khi i= 0 hä quang khäng dán âiãn va âáy la
thåi âiãm tät âã dáp tàt hä quang âiãn xoay chiãu.
Khi hä quang âiãn xoay chiãu âang chay ta
âæa dong âiãn va âiãn ap cua hä quang vao dao
âäng kê ta se âæåc dang song cua dong âiãn va âiãn
ap hä quang nhæ hçnh 1-4.
ωt
1
2
a)
U
Dong âiãn co dang song gán giäng song
hçnh sin con âiãn ap thç trong mät næa chu kç co hai
âènh nhon tæång æng våi hai gia trë âiãn ap chay (
Uch) va âiãn ap tàt (Ut) cua hä quang âiãn. Tæ dang
song thu âæåc trãn man hçnh dao âäng kê ta xáy
dæng âæåc âàc tênh Vän -Am pe (V-A) cua hä
quang âiãn xoay chiãu nhæ hçnh 1-4.
Uch
Ut
I
Ta nhán tháy å thåi âiãm dong âiãn qua trë
sä 0 nãu âiãn ap nguän nho hån trë sä âiãn ap chay
(Uch) thç hä quang se tàt. Do váy qua trçnh dáp hä
quang âiãn xoay chiãu phu thuäc rát nhiãu vao tênh
chát cua phu tai.
Ta nhán tháy trong mach co phu tai âiãn
trå thuán dã dáp hä quang hån trong mach co tai
b)
Hçnh 1-4: Âàc tênh cua hä quang xoay chiãu
âiãn cam, båi å mach thuán trå khi dong âiãn qua trë sä khäng (thåi gian i=0 thæc tã keo dai khoang
µs
0,1
) thç âiãn ap nguän cung bàng khäng (trung pha), con å mach thuán cam khi dong bàng khäng thç
âiãn ap nguän âang co gia trë cæc âai (âiãn ap væåt træåc dong âiãn mät goc 900).
2. Dáp tàt hä quang âiãn xoay chiãu
Hä quang âiãn xoay chiãu khi dong âiãn qua trë sä 0 thç khäng âæåc cung cáp nàng læång. Mäi
træång hä quang mát dán tênh dán âiãn va trå thanh cach âiãn. Nãu âä cach âiãn nay âu lån va âiãn ap
nguän khäng âu duy trç phong âiãn lai thç hä quang se tàt hàn. Âã âanh gia mæc âä cach âiãn cua âiãn
mäi vung hä quang la lån hay be ngæåi ta dung khai niãm âiãn ap choc thung. Âiãn ap choc thung ( Uch.t
cang lån thç mæc âä cach âiãn cua âiãn mäi cang cao.
)
Qua trçnh dáp tàt hä quang âiãn xoay chiãu khäng nhæng tuy thuäc vao tæång quan giæa âä lån
cua âiãn ap choc thung våi âä lån cua âiãn ap hä quang ma con phu thuäc tæång quan giæa täc âä tàng
cua chung. Nãu täc âä tàng âiãn ap choc thung lån hån täc âä phuc häi âiãn ap nguän (hçnh 1-5: âæång 1
va âæång 2 khäng giao nhau å âiãm nao) thç hä quang se tàt hoan toan. Trong cac thiãt bë âiãn khi tiãp
âiãm må ra khoang cach tàng dán lam cach âiãn âiãn mäi tàng dán (âæång 1), næa chu kç sau cang däc
hån næa chu kç træåc.
11
Ngæåc lai, täc âä phuc häi âiãn ap ma nhanh hån täc
âä tàng cua âiãn ap choc thung ( lam âæång 1 va âæång 2 giao
nhau) thç hä quang se chay lai.
U[V]
Tom lai : âã dáp tàt hä quang âiãn xoay chiãu hoan
toan thç ta phai lam sao âã âä tàng âiãn ap choc thung (âæång 1)
væåt cao hån âènh cua âæång biãu diãn âiãn ap phuc häi hä
quang (âæång 2). Khi âiãn ap nguän la1000V thç trong luc dong
1
2
150÷250V
µs
I[A]
âiãn qua trë sä 0 sau khoang 0,1
mæc âä cach âiãn khu væc
nay âat âãn gia trë xuyãn thung tæc thåi khoang 150 âãn 250V.
Hçnh 1-5: Âiãu kiãn tàt hä quang
xoay chiãu
1.4. QUA TRÇNH PHUC HÄI ÂIÃN AP CUA HÄ
QUANG ÂIÃN
1. Khai niãm
Gia trë tæc thåi cua âiãn ap nguän xuát hiãn giæa cac tiãp âiãm sau khi âa ngàt mach trong qua
trçnh qua âä âæåc goi la âiãn ap phuc häi.
a) Trong mach âiãn mät chiãu
Tuy thuäc tênh chát cua tai la âiãn trå, âiãn cam hay âiãn dung ma âiãn ap phuc häi cung khac
nhau. Thæc tã tän tai âiãn dung giæa cac dáy dán khac nhau, dáy dán våi âát hay giæa cac bäi dáy våi
nhau. Trong mach khi co ca R, L, C thç âiãn ap phuc häi tuy theo gia trë âiãn trå R ma co thã dao âäng
tuán hoan hay khäng. Khi mach R, L, C ma co màc thãm tu âiãn song song våi hä quang thç træåc khi
dong âiãn triãt tiãu tu âa âæåc nap va phong âiãn trå lai, âiãn ap phuc häi se dao âäng tuán hoan khi R
nho.
Nhæng nãu trë sä âiãn trå R lån se khäng thã co dao âäng tuán hoan âæåc.
b) Trong mach âiãn xoay chiãu
Nãu hä quang âæåc dáp tàt vénh viãn thç qua trçnh phuc häi âiãn ap co dang biãn thiãn våi tán sä
nho dán vã bàng 0. Nãu hä quang xuát hiãn lai thç qua trçnh phuc häi bë ngàt va âiãn ap giam nhanh tæ gia
trë Uch âãn gia trë be nhát æng våi âiãn ap råi trãn hä quang.
Nãu mach âiãn co âiãn trå âu lån thç âiãn ap phuc häi trãn tiãp âiãm khi co hä quang se khäng
con xuát hiãn lai (co dang khäng tuán hoan). Å mach âiãn xoay chiãu thç tán sä âiãn ap nguän fnguän thäng
thæång rát tháp so våi tán sä dao âäng riãng cua mach co L va C.
1
fnguän <<
= (100 ÷10.000) [Hz]
(1.4)
2
∏. L.C
Gia trë be nhát phu håp våi læåi co âiãn ap cao. Qua trçnh phuc häi âiãn ap xay ra å hai træång
håp giåi han sau :
ϕ ≈ 900
ϕ ≈ 00
+ Ngàt mach cam æng lån (
) thæång xay ra khi ngàn mach.
+ Ngàt mach thuán âiãn trå (
).
ϕ ≈ 900
Trãn hçnh 1-6a biãu diãn træång håp phu tai thuán âiãn cam (
) âiãn ap phuc häi khäng tuán
Uph max ≤ Emax
hoan, kãt qua la :
. Hçnh 1-6b âiãn ap phuc häi dao âäng (tuán hoan) va trãn thæc tã
ϕ ≈ 00
Uph max ≤ 2.Emax . Trãn hçnh 1-6c la træång håp phu tai âiãn trå (
), khi âo dong âiãn va sæc âiãn
âäng nguän e(t) trung pha nhau, chung âäng thåi qua gia trë 0, âiãn ap phuc häi se bàng 0.
Kãt qua la mach thuán âiãn trå, hä quang dã bë dáp tàt vénh viãn hån la mach âiãn cam. Tæ âo
giai thêch khi thæ nghiãm thiãt bë âiãn âong må mach dong xoay chiãu cán phai thæc hiãn trong mach co
cosϕ
(cosϕ ≤ 0.2)
.
hã sä cäng suát
tháp
12
L
L
e(t)
e(t)
i(t)
i(t)
ut
ut
ωt
Em
ωt
Uphm
Em
ϕ=90°
b)
ϕ=90°
Um=2Em
a)
C
R
e(t)
e(t)
ut
i=0
i(t)
ut
i(t)
ωt
ωt
Uphm
ϕ=90°
ϕ=0°
c)
d)
Hçnh 1-6: Cac âæång âàc tênh âiãn ap phuc häi sau khi càt mach trong cac
træång håp: a,b) phu tai âiãn cam, c)phu tai âiãn trå , d)phu tai dung
Trãn hçnh 1-6d biãu diãn âiãn ap phuc häi khi ngàt mach âæång dáy khäng tai.
2. Nàng læång hä quang
a) Dong mät chiãu
Âàc tênh dáp tàt hä quang phu thuäc vao nàng læång hä quang. Nàng læång hä quang dong mät
chiãu tênh theo :
I2
2
t
Whq = L + (U − R.i).i.dt
∫
(1.5)
0
L.I2
2
Tæ phæång trçnh tháy ràng toan bä nàng læång
âa têch luy trong mach træåc luc ngàt cäng
våi nàng læång nguän sau khi âa båt phán nàng læång tän hao trãn âiãn trå R nàm trong mach chênh la
nàng læång hä quang (Whq).
Do váy å mach mät chiãu, âiãn cam cua mach cang lån thç nàng læång hä quang se cang lån, khi
âo hä quang se kho dáp tàt.
b) Dong âiãn xoay chiãu
Hä quang xoay chiãu dáp tàt luc i = 0, do âo nàng læång âiãn tæ xem nhæ bàng 0 va ta co :
n.π
ω
t=
Whq = (u - R.i)i.dt.
∫
(1.6)
0
Våi n la sä læång ban chu kç trong khoang thåi gian chay cua hä quang. Kãt qua la å dong xoay
chiãu thç nàng læång hä quang la nàng læång nguän træ båt âi phán tän hao tac dung. Khac våi dong mät
chiãu toan bä nàng læång âæåc âæa trå vã nguän. Nãu dong âiãn âæåc ngàt træåc luc âi qua trë sä 0 thç
mät phán cua nàng læång tæ se khäng âæa vã nguän ma cung cáp cho hä quang. Do âo âæng trãn quan
13
âiãm nàng læång ma xet thç ngàt mach dong xoay chiãu dã dang hån ngàt mach dong mät chiãu cung mät
cäng suát.
Âäng thåi ta con tháy muän giam nàng læång hä quang (mät chiãu va xoay chiãu) thç phai cán
giam thåi gian âät chay cua hä quang.
3. Cäng thæc qui æåc vã cäng suát ngàt
Âã âàc træng cho kha nàng ngàt lån nhát cua thiãt bë âong må mach, ngæåi ta âæa vao khai niãm
cäng suát ngàt (Sngàt) âæåc xac âënh theo qui æåc theo cäng thæc sau :
Sngàt = C.Ingàt âm (MVA)
(1.7)
3.U
: âàc træng cho ba pha
.
Trongâo: C=m.Uâm=3.Uâmfa
=
âmdáy
U
U
la âiãn ap âënh mæc pha (gia trë hiãu dung).
la âiãn ap âënh mæc dáy (gia trë hiãu dung).
âmfa
âmdáy
I
la gia trë hiãu dung dong âiãn ngàt âënh mæc cua thiãt bë âong måmach,[kA].
ngàt âm
Ingàtâm la dong âiãn lån nhát æng våi luc âáu tiãn cac tiãp âiãm råi xa nhau å âiãn ap âënh mæc cua thiãt bë
âong må mach.
Trong cac cäng thæc trãn xet trë sä cua cac thäng sä cå ban âã khi ngàt å gia trë âo thiãt bë âiãn
khäng bë xay ra hæ hong.
1.5. BIÃN PHAP VA TRANG BË DÁP HÄ QUANG TRONG THIÃT BË ÂIÃN
1. Cac biãn phap va trang bë âã dáp hä quang trong thiãt bë âiãn cán phai âam bao yãu cáu
-Trong thåi gian ngàn phai dáp tàt âæåc hä quang, han chã pham vi chay hä quang la nho nhát.
-Täc âä âong må tiãp âiãm phai lån.
-Nàng læång hä quang sinh ra phai be, âiãn trå hä quang phai tàng nhanh.
-Tranh hiãn tæång qua âiãn ap khi dáp hä quang.
2. Cac nguyãn tàc cå ban âã dáp hä quang âiãn
-Keo dai ngon læa hä quang.
-Dung nàng læång hä quang sinh ra âã tæ dáp.
-Dung nàng læång nguän ngoai âã dáp.
-Chia hä quang thanh nhiãu phán ngàn âã dáp.
-Màc thãm âiãn trå song song âã dáp.
3. Trong thiãt bë âiãn ha ap thæång dung cac biãn phap va trang bë sau
a) Keo dai hä quang âiãn bàng cå khê
Âáy la biãn phap âån gian thæång dung å cáu dao cäng suát nho hoàc å råle. Keo dai hä quang lam
cho âæång kênh hä quang giam, âiãn trå hä quang se tàng dán âãn tàng qua trçnh phan ion âã dáp hä
quang. Tuy nhiãn biãn phap nay chè thæång âæåc dung å mang ha ap co âiãn ap nho hån hoàc bàng 220V
va dong âiãn tåi 150 A.
b) Dung cuän dáy thäi tæ kãt håp buäng dáp hä quang
Ngæåi ta dung mät cuän dáy màc näi tiãp våi tiãp âiãm chênh tao ra mät tæ træång tac dung lãn
hä quang âã sinh ra mät læc âiãn tæ keo dai hä quang. Thäng thæång biãn phap nay kãt håp våi trang bë
thãm buäng dáp bàng amiàng. Læc âiãn tæ cua cuän thäi tæ se thäi hä quang vao tiãp giap amiàng lam
tàng qua trçnh phan ion.
14
c) Dung buäng dáp hä quang co khe hå quanh co
Buäng âæåc dung bàng amiàng co hai næa läi lom va ghep lai håp thanh nhæng khe hå quanh co
(khi âæång kênh hä quang lån hån bã räng khe thç goi la khe hep).
Khi càt tiãp âiãm læc âiãn âäng sinh ra se âáy hä quang vao khe quanh co se lam keo dai va
giam nhiãt âä hä quang.
d) Phán chia hä quang ra lam nhiãu âoan ngàn
Trong buäng hä quang å phêa trãn ngæåi ta ngæåi ta âàt thãm nhiãu tám thep non. Khi hä quang
xuát hiãn, do læc âiãn âäng hä quang bë âáy vao giæa cac tám thep va bë chia ra lam nhiãu âoan ngàn.
Loai nay thæång âæåc dung å læåi mät chiãu dæåi 220 V va xoay chiãu dæåi 500 V.
e) Tàng täc âä chuyãn âäng cua tiãp âiãm âäng
Ngæåi ta bä trê cac la dao âäng, co mät la chênh va mät la phu (thæång la å cáu dao) hai la nay
näi våi nhau bàng mät lo xo, la dao phu càt nhanh do lo xo âan häi(lo xo se lam tàng täc âä càt dao phu)
khi keo dao chênh ra træåc .
f) Kãt cáu tiãp âiãm kiãu bàc cáu
Mät âiãm càt âæåc chia ra lam hai tiãp âiãm song song nhau, khi càt mach hä quang âæåc phán
chia lam hai âoan va âäng thåi do læc âiãn âäng ngon læa hä quang se bë keo dai ra lam tàng hiãu qua
dáp.
4. Cac biãn phap va trang bë dáp hä quang å thiãt bë âiãn trung va cao ap
a) Dáp hä quang trong dáu biãn ap kãt håp phán chia hä quang
Å cac may càt trung ap cac tiãp âiãm càt âæåc ngám trong dáu biãn ap, khi càt hä quang xuát
hiãn se âät chay dáu sinh ra hän håp khê (chu yãu la H) lam tàng ap suát vung hä quang, âäng thåi giam
nhiãt âä hä quang. Cac may càt âiãn ap cao mäi pha thæång âæåc phán ra lam nhiãu chä ngàt.
b) Dáp hä quang bàng khê nen
Dung khê nen trong bçnh co sàn hoàc hã thäng äng dán khê nen âã khi hä quang xuát hiãn (tiãp
âiãm khi må) se lam må van cua bçnh khê nen, khê nen se thäi doc hoàc ngang thán hä quang lam giam
nhiãt âä va keo dai hä quang.
c) Dáp hä quang bàng cach dung vát liãu tæ sinh khê
Thæång dung trong cáu chç trung ap, khi hä quang xuát hiãn se âät chay mät phán vát liãu sinh
khê(nhæ thuy tinh hæu cå,...) sinh ra hän håp khê lam tàng ap suát vung hä quang.
d) Dáp hä quang trong chán khäng
Ngæåi ta âàt tiãp âiãm càt trong mäi træång ap suát chè khoang 10-6 âãn 10-8 N/ cm2.
Å mäi træång nay thç âä bãn âiãn cao hån rát nhiãu âä bãn âiãn cua khäng khê nãn hä quang nhanh
chong bë dáp tàt.
e) Dáp hä quang trong khê ap suát cao
Khê âæåc nen å ap suát tåi khoang 200 N/cm2 hoàc cao hån se tàng âä bãn âiãn gáp nhiãu lán
khäng khê. Trong cac may càt âiãn ap cao va siãu cao ap hiãn nay thæång sæ dung khê SF6 âæåc nen trong
cac bçnh khê nen âã dáp hä quang. Hä quang dáp trong mäi træång SF6 rát âam bao(båi vç ngay ca å âiãu
kiãn ap suát thæång hä quang cung âa tàt nhanh trong mäi træång khê SF6).
15
Hçnh 1-7: Cac biãn phap nhán tao dáp tàt hä quang thæång dung
a) chia hä quang thanh nhiãu âoan; b) dáp hä quang trong khe hep buäng dáp;
c,d) di chuyãn hä quang trong tæ træång; e) dáp hä quang trong dáu
16
Chæång 2.
TIÃP XUC ÂIÃN
2.1. ÂAI CÆÅNG VÃ TIÃP XUC ÂIÃN
1. Khai niãm
Chä tiãp giap giæa hai vát dán âiãn âã cho dong âiãn chay tæ vát dán nay sang vát dán kia goi la
tiãp xuc âiãn. Bã màt chä tiãp giap cua cac vát dán âiãn goi la bã màt tiãp xuc âiãn.
Tiãp xuc âiãn chia ra lam ba dang chênh:
-Tiãp xuc cä âënh: la hai vát dán tiãp xuc liãn kãt chàt cæng bàng buläng, âinh vit, âinh rivã,...
-Tiãp xuc âong må: la tiãp xuc ma co thã lam cho dong âiãn chay hoàc ngæng chay tæ vát nay sang vát
khac (nhæ cac tiãp âiãm trong thiãt bë âong càt).
-Tiãp xuc træåt: la vát dán âiãn nay co thã træåt trãn bã màt cua vát dán âiãn kia (vê du nhæ chäi than træåt
trãn vanh gop may âiãn).
Tiãp xuc âong må va tiãp xuc træåt âãu co hai phán, phán âäng (goi la tiãp âiãm âäng) va phán
ténh (goi la tiãp âiãm ténh).
Ba dang tiãp xuc trãn âãu co thã tiãn hanh tiãp xuc dæåi ba hçnh thæc:
-Tiãp xuc âiãm: la hai vát tiãp xuc våi nhau chè å mät âiãm hoàc trãn bã màt diãn têch våi âæång kênh rát
nho (nhæ tiãp xuc hai hçnh cáu våi nhau, hçnh cáu våi màt phàng, hçnh non våi màt phàng,...)
-Tiãp xuc âæång: la hai vát dán tiãp xuc våi nhau theo mät âæång thàng hoàc trãn bã màt rát hep (nhæ tiãp
xuc hçnh tru våi màt phàng, hçnh tru våi tru,...)
-Tiãp xuc màt: la hai vát dán âiãn tiãp xuc våi nhau trãn bã màt räng(vê du tiãp xuc màt phàng våi màt
phàng,...).
Cac yãu cáu âäi våi tiãp xuc âiãn tuy thuäc å cäng dung, âiãu kiãn lam viãc, tuäi tho yãu cáu
cua thiãt bë va cac yãu tä khac. Mät yãu tä chu yãu anh hæång tåi âä tin cáy lam viãc va nhiãt âä phat
nong cua tiãp xuc âiãn la âiãn trå tiãp xuc Rtx.
2. Âiãn trå tiãp xuc
Xet khi âàt hai vát dán tiãp xuc nhau(hçnh 2-1) , ta se co diãn têch bã màt tiãp xuc :
Sbk= a . l.
Nhæng trãn thæc tã diãn têch bã màt tiãp xuc thæc nho hån nhiãu a.l vç giæa hai bã màt tiãp xuc
du gia cäng thã nao thç ván co âä nháp nhä, khi cho tiãp xuc hai vát våi nhau thç chè co mät sä âiãm trãn
tiãp giap tiãp xuc. Do âo diãn têch tiãp xuc thæc nho hån nhiãu diãn têch tiãp xuc biãu kiãn Sbk= a.l.
Diãn têch tiãp xuc con phu thuäc vao læc ep lãn trãn tiãp âiãm va vát liãu lam tiãp âiãm, læc ep
cang lån thç diãn têch tiãp xuc
cang lån.
Diãn têch tiãp xuc thæc
2
å mät âiãm(nhæ màt cáu tiãp
xuc våi màt phàng) xac âënh
båi:
a
l
1
2
F
S =
(2.1)
1
δ
d
a
Trong âo:
F la læc ep vao tiãp
âiãm [kg].
Hçnh 2-1: Tiãp xuc cua hai vát dán
δd
la æng suát chäng
17
dáp nat cua vát liãu lam tiãp âiãm [kg/cm2].
Bang 2.1: Æng suát chäng dáp nat cua mät sä kim loai thäng dung
δ
δ
d
Kim loai
Kim loai
Æng suát
Æng suát
[N/cm2]
51.000
d
[N/cm2]
30.400
bac
âäng cæng
(håp kim)
nhäm
âäng mãm
38.200
88.300
Nãu tiãp xuc å n âiãm thç diãn têch se lån lãn n lán so våi biãu thæc (2.1).
Dong âiãn chay tæ vát nay sang vát khac chè qua nhæng âiãm tiãp xuc, nhæ váy dong âiãn å cac
chä tiãp xuc âo se bë thàt hep lai, dán tåi âiãn trå å nhæng chä nay tàng lãn.
Âiãn trå tiãp xuc cua tiãp âiãm kiãu bát kç tênh theo cäng thæc:
K
Ω
Rtx =
[
]
( 2.2)
m
F
K: hã sä phu thuäc vát liãu va tçnh trang bã màt tiãp âiãm ( theo bang tra).
m: hã sä phu thuäc sä âiãm tiãp xuc va kiãu tiãp xuc våi:
+Tiãp xuc màt m = 1
+Tiãp xuc âæång m = 0,7
+Tiãp xuc âiãm m = 0,5
Bang 2.2: Tra trë sä K trong cäng thæc (2.2)
Kim loai tiãp xuc
Kim loai tiãp xuc
Ω
Ω
Trë sä K [ .N]
Trë sä K [ .N]
âäng - âäng
bac - bac
nhäm - nhäm
( 0,08 âãn 0,14).10-2
( 0,06)10-2
sàt - âäng
nhäm - âäng
( 3,1).10-2
( 0,38).10-2
( 0,127).10-2
Ngoai cäng thæc (2.2) la cäng thæc kinh nghiãm, ngæåi ta con dung phæång phap giai têch âã dán
giai rut ra cäng thæc tênh âiãn trå tiãp xuc âiãm:
ρ
Rtx =
(2.3)
F.n
2
δd .π
ρ
Ω .
: âiãn trå suát cua vát dán [
cm].
n: sä âiãm tiãp xuc.
F: læc nen [kg].
Do váy ro rang âiãn trå tiãp xuc cua tiãp âiãm anh hæång âãn chát læång cua thiãt bë âiãn, âiãn
trå tiãp xuc lån lam cho tiãp âiãm phat nong. Nãu phat nong qua mæc cho phep thç tiãp âiãm se bë nong
chay, thám chê bë han dênh. Trong cac tiãp âiãm thiãt bë âiãn mong muän âiãn trå tiãp xuc co gia trë cang
nho cang tät, nhæng do thæc tã co nhiãu yãu tä anh hæång âãn Rtx nãn khäng thã giam Rtx cæc nho âæåc
nhæ mong muän.
3.Cac yãu tä anh hæång âãn âiãn trå tiãp xuc (Rtx)
Âiãn trå tiãp xuc bë anh hæång cua nhiãu yãu tä våi mæc âä khac nhau, ta xet å âáy mät sä yãu
tä chu yãu sau:
18
a) Vát liãu lam tiãp âiãm
Tæ (2.3) ta tháy hã sä chäng dáp nat
δ
be thç Rtx be. Vç váy âæng vã màt yãu cáu co âiãn trå
d
tiãp xuc be nãn dung cac vát liãu mãm âã lam tiãp âiãm. Nhæng thæc tã cán phai kãt håp cac yãu tä
khac(nhæ âä bãn cå) nãn vát liãu thæång dung la âäng, âäng thau ma thiãc, thep ma thiãc,...
b) Læc ep lãn tiãp âiãm
Rtx[106Ω]
Cung tæ cäng thæc (2.2) va (2.3) læc F
400
300
200
100
cang lån thç Rtx cang nho (hçnh 2-2)
Âæång 1 biãu diãn âiãn trå tiãp xuc giam theo
chiãu læc tàng, nãu giam læc nen lãn tiãp âiãm
âiãn trå tiãp xuc Rtx thay âäi theo âæång 2.
Ta co thã giai thêch la vç khi tàng læc nen bã lãn
màt tiãp xuc thç khäng nhæng bã màt tiãp xuc bë
biãn dang âan häi ma con bë pha huy cuc bä. Khi
ta giam læc ep thç mät sä âiãm tiãp xuc ván con
giæ nguyãn nhæ khi læc ep lån tac dung. Tàng læc
ep chè co tac dung giam Rtx å giai âoan âáu âiãn
1
2
0
5
10 15 20 25
F[kg]
Hçnh 2-2: Âiãn trå tiãp xuc khi læc nen tàng
trå lån va trung bçnh. Khi læc ep âu lån thç du co tàng læc ep lãn næa thç âiãn trå tiãp xuc ván khäng thay
âäi.
c) Hçnh dang cua tiãp âiãm
Hçnh dang cua tiãp âiãm cung anh hæång âãn Rtx. Cung mät læc nhæng kiãu tiãp xuc khac nhau
thç Rtx cung khac nhau. Tæ cac cäng thæc trãn ta tháy Rtx cua tiãp xuc màt nho nhát vç co hã sä m lån nhát
(tra tæ cäng thæc 2.2).
d) Nhiãt âä cua tiãp âiãm
Nhiãt âä cua tiãp âiãm thay âäi se lam Rtx thay âäi theo kãt qua thê nghiãm våi nhiãt âä nho hån
2000C co thã tênh Rtx qua cäng thæc:
2
α
Ω ]
θ
R tx(θ) = Rtx (0)(1+
)
[
(2.4)
3
0
0
α
Trong âo: Rtx(0): âiãn trå tiãp xuc å 0 C, : hã sä nhiãt âiãn trå [1/ C].
0
θ
: Nhiãt âä cua tiãp âiãm [ C].
e) Tçnh trang bã màt tiãp xuc
Bã màt tiãp xuc khi bë bán hoàc khi bë oxit hoa co Rtx lån hån nhiãu Rtx cua tiãp âiãm sach (do
co nhiãu âiãm khäng âæåc tiãp xuc træc tiãp bàng vát liãu lam tiãp âiãm). Khi bë oxy hoa cang nhiãu thç
nhiãt âä phat nong trãn bã màt tiãp xuc cang cao. Tiãp âiãm bë oxy hoa co âiãn trå tiãp xuc tàng hang
chuc lán(vç oxit cua phán lån kim loai dán âiãn kem hån nhiãu kim loai nguyãn chát).
f) Mát âä dong âiãn
Diãn têch tiãp xuc âæåc xac âënh tuy theo mát âä dong âiãn cho phep. Theo kinh nghiãm
âäi våi thanh dán bàng âäng cho tiãp xuc nhau khi nguän å tán sä 50 Hz thç mát âä dong âiãn cho phep
la:
I
S
[( 0,31 - 1,05 .10-4 (I-200)] [A/mm2]
( 2.5)
≈
Jcp =
Trong âo : I la gia trë dong hiãu dung ; S=Sbk diãn têch tiãp xuc biãu kiãn.
Biãu thæc (2.5) trãn chè âung khi dong âiãn biãn thiãn trong khoang tæ 200 âãn 2000A. Nãu ngoai trë sä
âo thç co thã láy:
I < 200 A láy Jcp = 0,31
[A/ mm2]
19
I > 2000 A láy Jcp = 0.12
Khi vát dán tiãp xuc khäng phai la âäng thç mát âä dong cho phep âäi våi vát liãu áy co thã
láy theo cäng thæc sau:
[A/ mm2].
R
tx(ρ)âäng
Jcp vát liãux = Jcp.âäng
(2.6)
R
(ρ)vát liãu x
2.2. TIÃP ÂIÃM THIÃT BË ÂIÃN
1. Vát liãu lam tiãp âiãm
Âã thoa man tät cac âiãu kiãn lam viãc khac nhau cua tiãp âiãm thiãt bë âiãn thç vát liãu lam tiãp
âiãm phai co âæåc nhæng yãu cáu cå ban sau:
-Co âä dán âiãn cao(giam Rtx va chênh âiãn trå cua tiãp âiãm).
-Dán nhiãt tät (giam phat nong cuc bä cua nhæng âiãm tiãp xuc).
-Khäng bë oxy hoa (giam Rtx âã tàng âä än âënh cua tiãp âiãm).
-Co âä kãt tinh va nong chay cao (giam âä mai mon vã âiãn va giam sæ nong chay han dênh
tiãp âiãm âäng thåi tàng tuäi tho tiãp âiãm).
-Co âä bãn cå cao (giam âä mai mon cå khê giæ nguyãn dang bã màt tiãp xuc va tàng tuäi tho
cua tiãp âiãm).
-Co âu âä deo (âã giam âiãn trå tiãp xuc).
-Dã gia cäng khi chã tao va gia thanh re.
Thæc tã êt vát liãu nao âap æng âæåc âáy âu cac yãu cáu trãn. Trong thiãt kã sæ dung tuy tæng
âiãu kiãn cu thã ma trong nhiãu âãn yãu cáu nay hay yãu cáu khac. Nhæng vát liãu thæång dung gäm:
a) Âäng ki thuát âiãn: âäng nguyãn chát thu âæåc bàng âiãn phán. No âap æng háu hãt cac yãu cáu trãn.
Nhæåc âiãm chênh cua âäng ki thuát âiãn la rát dã bë oxit hoa.
b) Âäng caâimi: âäng ki thuát âiãn pha thãm caâimi co tênh chát cå cao chäng mai mon tät, kha nàng
chëu âæåc hä quang tät hån âäng ki thuát âiãn thäng thæång.
c) Bac: la vát liãu lam tiãp âiãm rát tät do co âä dán âiãn cao va co âiãn trå tiãp xuc än âënh. Nhæåc
âiãm chu yãu la chëu hä quang kem nãn sæ dung bë han chã.
d) Âäng thau: håp kim âäng våi kem âæåc sæ dung lam tiãp âiãm dáp hä quang.
e) Cac håp kim âäng khac: håp kim âäng våi nhäm, âäng våi mangan, âäng våi niken, âäng våi silic
va cac håp kim âäng khac âæåc sæ dung lam tiãp âiãm, âäng thåi lam lo xo ep (vê du tiãp âiãm ténh cua
cáu chç). Nhæng tiãp âiãm nhæ váy khi bë âät nong dã bë mát tênh âan häi.
f) Thep co âiãn trå suát lån: thep thæång bë oxy hoa cao nhæng la vát liãu re nãn ván âæåc sæ dung lam
tiãp xuc cä âënh âã dán dong âiãn lån, trong cac thiãt bë thep thæång âæåc ma.
g) Nhäm: co âä dán âiãn cao, re nhæng rát dã bë oxy hoa lam tàng âiãn trå suát. Nhæåc âiãm næa la han
nhäm rát phæc tap, âä bãn cå lai kem.
h) Vonfram va håp kim vonfram: co âä mai mon vã âiãn tät va chëu âæåc hä quang tät nhæng co âiãn
trå tiãp xuc rát lån. Håp kim vonfram våi vang sæ dung cho tiãp âiãm co dong nho. Håp kim våi
molipâen dung lam tiãp âiãm cho nhæng thiãt bë âiãn thæång xuyãn âong må, khi dong âiãn lån thç
vonfram va håp kim vonfram sæ dung âã lam tiãp âiãm dáp hä quang.
i) Vang va platin: khäng bë oxy hoa do âo co âiãn trå tiãp xuc nho va än âënh, âæåc sæ dung lam tiãp
âiãm trong thiãt bë âiãn ha ap co dong âiãn be va quan trong. Vang nguyãn chát va platin nguyãn chát co
âä bãn cå tháp nãn thæång âæåc sæ dung dang håp kim våi mälipâen hoàc våi iriâi âã tàng âä bãn cå.
j) Than va graphit: co âiãn trå tiãp xuc va âiãn trå suát lån nhæng chëu âæåc hä quang rát tät.
20
Thæång dung lam cac tiãp âiãm ma khi lam viãc phai chëu tia læa âiãn, âäi khi lam tiãp âiãm dáp hä
quamg.
k) Håp kim gäm: hän håp vã màt cå hoc cua hai vát liãu khäng náu chay ma thu âæåc bàng phæång
phap thiãu kãt hän håp bät hoàc bàng cach tám vát liãu nay lãn vát liãu kia. Thæång vát liãu thæ nhát co
tênh chát ky thuát âiãn tät, âiãn trå suát va âiãn trå tiãp xuc nho, êt bë oxy hoa.Vát liãu thæ hai co tênh chát
cå cao va chëu âæåc hä quang. Nhæ váy, chát læång kim loai gäm la do tênh chát cua hän håp quyãt âënh.
Kim loai gäm sæ dung räng rai nhát thæång co gäc bac nhæ : bac-niken, bac- oxit caâimi, bac- vonfram,
bac-mälipâen. Ngoai ra âäi khi ngæåi ta sæ dung kim loai gäm co gäc âäng nhæ: âäng -vonfram, âäng -
mälipâen, âäng caâimi lam tiãp âiãm chênh va tiãp âiãm dáp hä quang.
Chu y
+Våi tiãp xuc cä âënh thæång dung vát liãu la âäng, nhäm, thep.
+Våi tiãp xuc âong/må tuy theo dong dán, nãu :
-Dong âiãn be dung bac, âäng, platin, vonfram, âäi khi vang, mälipâen, niken.
-Dong væa âãn lån dung âäng thau, kim loai hoàc håp kim êt nong chay nhæ vonfram, molipâen,...
-Dong âiãn lån thç thæång dung håp kim gäm (san phám hai kim loai å dang bät ep lai å ap læc lån,
nhiãt âä cao. Håp kim gäm rát cæng chëu âæåc dong lån, khuyãt âiãm la âä dán âiãn kem, nãn thæång
âæåc chã tao dang tám mong han trãn bã màt tiãp âiãm cua thiãt bë).
2. Mät sä kãt cáu tiãp âiãm
a) Phán ra lam cac loai theo cáu tao
Tiãp xuc cä âënh co cac dang
-Näi hai thanh tiãt diãn chæ nhát.
-Näi hai thanh tiãt diãn tron (thanh tron näi våi nhau thæång trong cac thiãt bë âiãn nhæ may ngàt âiãn,
may biãn dong,...).
Loai tiãp xuc âong må va tiãp xuc træåt phán theo dong âiãn
≤
-Dong be : I
10 [mA].
≤
-Dong væa: I 100 [A].
-Dong lån: I > 100 [A].
b) Tiãp âiãm råle
Thæång dung bac, platin tan han ga vao tiãp âiãm, kêch thæåc tiãp âiãm do dong âiãn cho phep
quyãt âënh (theo bang co trong cac sä tay thiãt kã).
c) Tiãp âiãm thiãt bë âiãn khäng chã
Cac thiãt bë nhæ cäng tàc tå, aptämat va thiãt bë cao ap thæång co dong âiãn lån. Thç nhæng tiãp
âiãm chênh màc song song våi tiãp âiãm hä quang khi tiãp âiãm å vë trê âong dong âiãn se qua tiãp âiãm
chênh (tiãp âiãm) lam viãc, khi må hoàc bàt âáu âong tiãp âiãm hä quang se chëu hä quang. Do âo bao vã
âæåc tiãp âiãm lam viãc.
Ta thæång tháy tiãp âiãm co cac dang nhæ hçnh 2-3.
+Hçnh ngon: dung trong cäng tàc tå, tiãp âiãm âäng væa træåt væa làn trãn tiãp âiãm ténh do váy co thã
tæ lam boc låp oxit trãn bã màt tiãp xuc.
+Tiãp âiãm bàc cáu: dung trong råle va cäng tàc tå.
+Tiãp âiãm âäi diãn: dung å may ngàt âiãn ap cao.
+Tiãp âiãm hoa huã: gäm mät canh hçnh thang giäng canh hoa huã hay chæ z, tiãp âiãm âäng la mät
thanh dán tron.
+Tiãp âiãm vuät ma: tiãp âiãm âäng kiãu säng dao co thã træåt giæa hai vuät tron (lam tiãp âiãm ténh) lo
xo va dáy âæåc näi chàt våi vuät.
21
÷
+Tiãp âiãm chäi: tiãp âiãm âäng hçnh chäi gäm nhæng la âäng mong 0,1 0,2 mm xãp lai træåt lãn
säng dao tiãp âiãm ténh. Âã tàng læc ep trãn tiãp âiãm hçnh chäi thç thæång co thãm ban âan häi. Loai nay
khi chäi bë chay se lam âiãn trå tàng nhanh do âo êt dung lam tiãp âiãm hä quang.
Hçnh 2-3:Dang mät sä tiãp xuc âong må: a) Tiãp âiãm ngon, b) Tiãp âiãm bàc cáu, c)Tiãp âiãm
kiãu càm, d) Tiãp âiãm kiãu âäi diãn, e) Tiãp âiãm kiãu læåi, h) Tiãp âiãm kiãu thuy ngán, g) Tiãp âiãm
kiãu vuät ma
+Tiãp âiãm càm: thæång âæåc dung å cáu dao, cáu chç, dao cach li,...ap læc lãn tiãp âiãm âäng khoang P
= (0,3 0.6) kg/cm2.
÷
3. Nguyãn nhán hæ hong tiãp xuc va biãn phap khàc phuc
a) Nguyãn nhán hæ hong
Nguyãn nhán hæ hong tiãp xuc co rát nhiãu, ta xet mät sä nguyãn nhán chênh sau:
a.1) Àn mon kim loai
Trong thæc tã chã tao du gia cäng thã nao thç bã màt tiãp xuc tiãp âiãm ván con nhæng lä nho li
ti. Trong ván hanh håi næåc va cac chát co hoat tênh hoa hoc cao thám vao va âong lai trong nhæng lä
nho âo se gáy ra cac phan æng hoa hoc tao ra mät låp mang mong rát gion. Khi va cham trong qua trçnh
âong låp mang nay dã bë bong ra. Do âo bã màt tiãp xuc se bë mon dán, hiãn tæång nay goi la hiãn tæång
àn mon kim loai.
a.2) Oxy hoa
Mäi træång xung quanh lam bã màt tiãp xuc bë oxy hoa tao thanh låp oxit mong trãn bã màt tiãp
xuc, âiãn trå suát cua låp oxit rát lån nãn lam tàng Rtx dán âãn gáy phat nong tiãp âiãm. Mæc âä gia tàng
Rtx do bã màt tiãp xuc bë oxy hoa con tuy nhiãt âä. Å 20-30oC co låp oxêt day khoang 25.10-6mm. Theo
thê nghiãm tiãp âiãm âäng âã ngoai tråi sau mät thang Rtx tàng lãn khoang 10%. Å nhiãt âä lån hån 700C
sæ oxit hoa rát nhanh. Theo thê nghiãm å 1000C sau chè mät giå Rtx cua tiãp âiãm âäng tàng khoang 50
lán. Ngoai ra viãc luán phiãn bë âät nong va lam nguäi cung tàng qua trçnh äxit hoa.
a.3) Âiãn thã hoa hoc cua vát liãu tiãp âiãm
Mäi chát co mät âiãn thã hoa hoc nhát âënh. Láy H lam gäc co âiãn thã ám (-) thç ta co bang mät
sä kim loai co âiãn thã hoa hoc nhæ bang sau:
22
Bang 2.3: Âiãn thã hoa hoc cua mät sä kim loai
Kim loai
Âiãn thã hoa
hoc [ V].
Ag
+0.8
Cu
+0.345
H
0
Sn
-0.14
Ni
Co
Fe
Al
- 0.2 -0.255
-0.44 - 1.34
Hai kim loai co âiãn thã hoa hoc khac nhau khi tiãp xuc se tao nãn mät càp hiãu âiãn thã hoa
hoc, giæa chung co mät hiãu âiãn thã. Nãu bã màt tiãp xuc co næåc xám nháp se co dong âiãn chay qua,
va kim loai co âiãn thã hoc ám hån se bë àn mon træåc lam nhanh hong tiãp âiãm.
a.4) Hæ hong do âiãn
Thiãt bë âiãn ván hanh láu ngay hoàc khäng âæåc bao quan tät lo xo tiãp âiãm bë hoen rè yãu âi
se khäng âu læc ep vao tiãp âiãm. Khi co dong âiãn chay qua, tiãp âiãm dã bë phat nong gáy nong chay,
thám chê han dênh vao nhau. Nãu læc ep tiãp âiãm qua yãu co thã phat sinh tia læa lam chay tiãp âiãm.
Ngoai ra, tiãp âiãm bë bán, rè se tàng âiãn trå tiãp xuc, gáy phat nong dán âãn hao mon nhanh tiãp âiãm.
b) Cac biãn phap khàc phuc
Âã bao vã tiãp âiãm khoi bë rè va âã lam giam nho âiãn trå tiãp xuc co thã thæc hiãn cac biãn
phap sau:
b.1) Âäi våi nhæng tiãp xuc cä âënh nãn bäi mät låp må chäng rè hoàc quet sån chäng ám.
b.2) Khi thiãt kã ta nãn chon nhæng vát liãu co âiãn thã hoa hoc giäng nhau hoàc gán bàng nhau cho tæng
càp.
b.3) Nãn sæ dung cac vát liãu khäng bë oxy hoa lam tiãp âiãm.
b.4) Ma âiãn cac tiãp âiãm: våi tiãp âiãm âäng, âäng thau thæång âæåc ma thiãc, ma bac, ma kem con
tiãp âiãm thep thæång âæåc ma caâini, niken, kem,...
b.5) Thay lo xo tiãp âiãm: nhæng lo xo âa rè, âa yãu lam giam læc ep se lam tàng âiãn trå tiãp xuc, cán lau
sach tiãp âiãm bàng vai mãm va thay thã lo xo nen khi læc nen con qua yãu.
b.6) Kiãm tra sæa chæa cai tiãn: cai tiãn thiãt bë dáp hä quang âã rut ngàn thåi gian dáp hä quang nãu
âiãu kiãn cho phep.
4. Tçnh trang lam viãc cua tiãp âiãm khi ngàn mach
Khi co ngàn mach, nhiãt âä chä tiãp xuc tàng cao lam giam tênh âan häi va cæång âä cå khê cua
tiãp âiãm. Nhiãt âä cho phep khi ngàn mach quy âënh:
0
θ
÷
-Våi âäng, âäng thau: [ ] = (200 300) C
0
θ
÷
-Nhäm:
[ ] = (150 200) C
Tuy thåi gian ngàn mach co mát âä dong âiãn cho phep khac nhau nhæ bang 2-4.
Bang 2.4: Mát âä dong âiãn cho phep
Vát liãu tiãp xuc
Thåi gian ngàn mach [s]
Âäng
Mát âä dong âiãn cho phep jcp [A/mm2 ]
1s
5s
67
10s
48
27
28
152
75
89
Âäng thau
Nhäm
38
40
Ngoai ra con tuy tçnh trang lam viãc cua tiãp âiãm khi ngàn mach xay ra nhæ:
-Tiãp âiãm å vë trê âong khi ngàn mach
F
Theo cäng thæc kinh nghiãm Butkãvich: Im = K.
(2.7)
Våi: Im: dong âiãn biãn âä lam tiãp âiãm nong chay han dênh.
23
K: hã sä tuy vát liãu lam tiãp âiãm va sä âiãm tiãp xuc.
÷
F: læc nen lãn tiãp âiãm, F = (20 50) kg.
Hã sä K trong mät sä træång håp cu thã sau:
+ Tiãp âiãm chäi âäng, âäng thau: K= 3000 âãn 4000
+ Tiãp âiãm hçnh ngon bàng âäng: K= 4100.
+ Tiãp âiãm kiãu càm âäng, âäng thau: K= 6000.
-Tiãp âiãm trong qua trçnh âong bë ngàn mach
Luc nay sinh læc âiãn âäng keo dåi tiãp âiãm, tiãp âiãm âäng co täc âä lån dã sinh hiãn tæång
han dênh vç co chán âäng.
Khi dong chay trong vát dán tæ tiãt diãn lån sang tiãt diãn nho thæång bë uän cong sinh læc âiãn
âäng theo cäng thæc:
D
d
F = 1,02.10-8.i2ln
(2.8)
D,d: âæång kênh tiãt diãn lån va nho [cm].
-Tiãp âiãm trong qua trçnh ngàt bë ngàn mach
Phat sinh hä quang co thã lam chay tiãp âiãm. Tuy kim loai co trë cæc tiãu ap va cæc tiãu dong
co thã phat sinh hä quang.
Bang 2.5: Trë sä dong, ap cæc tiãu
Kim loai tiãp âiãm
Imin [A]
W
0,8
11,5
Ag
0,75
12
Cu
0,42
14
Al
0,5
12,5
Fe
0,55
12,5
Umin [V]
+Khi càt dong be
〈
〉
Nãu I Imin , U Umin : Giæa hai tiãp âiãm hçnh thanh mät cáu kim loai nong chay, cáu bë âæt
kim loai se chay tæ anät sang catät. Vç váy tiãp âiãm la anät bë mon.
≥
〉
Nãu I Imin , U Umin : Hçnh thanh cac ion âãn bàn pha phêa catät, kim loai se chuyãn tæ catät
sang anät.
+Træång håp càt dong trung bçnh va dong âiãn lån
Hä quang lån ca catät va anät âãu bë mon. Cán chu y tiãp âiãm âäng khi âong co khi bë hao
mon nhiãu hån khi må.
Sæ hao mon tè lã våi dong âiãn, sä lán âong må va læång âiãn têch qua tiãp âiãm va thåi gian
chay cua hä quang, âo la cac hao mon vã âiãn (do dong âiãn gáy ra). Ngoai ra con hao mon vã cå, thäng
÷
thæång hao mon vã cå bàng (1
3)% hao mon âiãn.
24
Tải về để xem bản đầy đủ
35 trang
23480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết bị điện - Chương 1: Hồ quang điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thiet_bi_dien_chuong_1_ho_quang_dien.pdf
