Giáo trình môn Thiết bị điện
Tóm tắt Giáo trình môn Thiết bị điện: ... Trong các công thức đưa ra ở trên là hệ số điện môi tương đối của một lớp vật liệu cho trước hoặc là giá trị trung bình của hệ số điện môi tương đối của nhiều lớp vật liệu. Điện trường cho phép trong các khe hở không khí d trong chất điện môi được ...n dòng: t 3 . 10 -3 sec. Hằng số thời gian mạch hồ quang tải: t = 25.10 -3 sec. Dự trữ điện áp nguồn: = Uh / U0 = 1,1. Dao động dòng điện khỏi giá trị định mức không vượt quá 3% và thời gian dao động không vượt quá 15 sec. Hình 6.7: trình bày sơ đồ điện... Toàn bộ quá trình phát laser diễn ra trong hai giai đoạn như được mô tả trong (H.9.2). Ba đường ngang trong hình biểu diễn ba mức năng lượng của vật chất, các mũi tên biểu diễn khả năng chuyển đổi của chúng. Nếu tác động lên các nguyên tử kích...
g dụg rộng rãi trong việc chế tạo các bộ biến đổi. Bộ biến đổi từ giải bao gồm mạch từ ghép từ các tấm mỏng, trên đó có quấn cuộn dây kích thích trường điện từ tần số cao. Ở hiệu ứng từ giảo, chiều biến dạng của mạch từ không thay đổi khi thay đổi chiều của từ trường. Tần số thay đổi của biến dạng lớn gấp hai lần tần số biến thiên của dòng điện chảy trong cuộn dây của bộ biến đổi. Trên cơ sở của phương trình hiệu ứng từ giảo kết hợp với phương pháp tương tự cơ điện có thể thành lập sơ đồ thay thế của bộ biến đổi từ giảo. Kết luận của các phương trình này được rút ra khi xem bộ biến đổi từ giảo như là môt hệ thống với thông số rải. ở đây : w = . C – trở sóng của vật liệu mạch từ, trong đó - trọng lượng riêng, g/m 3 C – tốc độ lan truyền âm thanh, m/s S – tiết diện của lõi từ, m2 K = /C với - tần số góc, s -1 I – giá trị biên độ của dao động cơ học, m. )2.13( . ) 2 1 (.)( sin . )1.13( . ) 2 1 (.)( sin . 22221 11121 nj U ZKStgWj Kl SjW nj U ZKStgWj Kl SjW m m TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 160 1 và 2 – tốc độ dao động trên thành mạch từ, m/s. Z1 và Z1 – tổng trở cơ học trên thành mạch từ. m/ n – hệ số liên kết cơ điện của mạch từ (ở đây n – số vòng dây) U – điện áp đặt trên cuộn dây của bộ biến đổi, V -W.S (sinKl) và -W.Stg (Kl/2) – trở kháng của lõi từ. Dòng điện chảy qua cuộn dây : Số hạng thứ nhất bên về phải của phương trình (13.3) tương ứng với thành phần dòng điện, có liên quan đến trở kháng của bộ biến đổi. Số hạng thứ hai – là thành phần dòng điện sinh ra phản lực cơ của hệ thống được quy đổi về thông số của mạch thông qua hệ số liên hệ cơ điện : = m/( n). Tổng trở đầu vào của sơ đồ thay thế song song Z = U/I cũng bao gồm hai thành phần : điện và cơ. Nó là giá trị phức với các thành phần tíhc cực và phản kháng : Z = R + jX. Thành phần tích cực của điện trở vào trong sơ đồ thay thế. Thành phần phản kháng : Với R - điện trở tích cực của sơ đồ thay thế. Dựa trên các phương trình (13.1) và (13.2) có thể xâydựng sơ đồ thay thế của bộ biến đổi từ giảo (H.13.1). )3.13( )( )( )( 21 n mj Lj U I )5.13( )21( 2 )4.13( })]2/([1{ 2 2 fL fL X fLR R R v v TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 161 Các bộ phận cơ trong sơ đồ có ba nhánh song song : Nhánh thứ nhất có tốc độ dao động 1 Nhánh thứ hai có tốc độ dao động - 1 Nhánh thứ ba có tốc độ dao động 1 + 2. Bộ phận cơ được nối với bộ phận điện thông qua máy biến áp cơ điện, mà ở phần thứ cấp của nó tổng hai tốc độ dao động tỷ lệ với dòng điện ở cuộn dây sơ cấp. Từ sơ đồ thay thế có thể tính toán các thông số điện tương tự, nhưng phải lưu ý đến hệ số quan hệ điện cơ , đặc trưng cho sự liên hệ giữa dao động của các phần cơ của hệ thống và mạch điện. Trong sự tương ứng với hệ thống tương tự thứ nhất : Hệ số /j – sử dụng để tính toán chuyển đổi giá trị các điện áp thành các lực cơ học. jQ – hệ số chuyển đổi tốc độ dao động ra dòng điện. 2 – hệ số chuyển đổi điện trở ra ứng suất cơ. Các thông số của sơ đồ thay thế thay đổi phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu của bộ biến đổi. Hình 13.2 : trình bày sơ đồ kết cấu của bộ biến đổi từ giảo. Cuộn dây 5 của mạch từ của bộ biến đổi 4 được cung cấp bởi nguồn dòng điện tần số cao 1. Dưới tác động của mạch nam châm điện 3 và 6, được cung cấp bởi nguồn điện một chiều 2 sẽ sinh ra từ trường một chiều. Nó sẽ sinh ra trong lõi thép của bộ biến đổi trạng thái từ hoá ban đầu- sự phân cực. Do lõi từ giảo 4 được đặt trong từ trường một chiều thay đổi chiều dài của mình đến giá trị l1. Khi đóng cuộn dây 5 vào máy phát 1, dòng điện xoay chiều tần số cao sẽ sinh ra từ trường cùng tần số. Kết quả là torg mạch từ sẽ chảy hai từ thông. Từ thông một chiều với từ cảm Bo và từ thông xoay chiều với từ cảm B-. Tại một thời điểm bất kỳ, từ thông tổng B có giá trị bằng tổng đại số : B = B0 + B – Tuỳ theo chiều của từ thông - Khi B 0, lõi có chiều dài l1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 162 - Khi từ thông có hướng chảy ngược, và khi B = 0, chiều dài của lõi mạch từ l2 l1. Như vậy, nhờ có nguồn phát cao tần 1, bộ chỉnh lưu 2, bộ tập hợp 7 (bộ biến tốc độ âm thanh), năng lượng điện được chuyển hoá thành cơ năng của dao động. Các thành phần công nghệ của bộ biến đổi 8, tác động lên chi tiết gia công 10. Nhược điểm của bộ biến đổi từ giảo là sự xuất hiện của tổn hao trong mạch từ xoay chiều cần phải có dòng điện từ hoá, tính kinh tế không cao và hiệu suất thấp. Hoạt động của bộ dao động áp điện, dựa trên khả năng của một vài vật chất có thể thay đổi kích thước hình học của mình (thể tích, bề dày) khi nằm trong điện trường. Hiện tượng áp điện là hiện tưỡng hai chiều, có nghĩa là nếu một tấm kim loại từ vật liệu áp điện bị đặt dưới tác động của sự biến dạng nén hoặc kéo thì trên bề mặt của nó đều xuất hiện điện tích như nhau. Khi phần tử áp điện được đặt trong điện trường xoay chiều, thì nó bị biến dạng đồng thời có thể gây ra trong môi trường xung quanh sự dao động siêu âm. Các phần tử áp điện được làm từ hợp kim : titan – bari, kẽm – titan – chì được ứng dụng rộng rãi nhất. Hình 13.3 Tấm kim loại dao động làm từ vật liệu áp điện chính là các bộ biến đổi điện cơ. Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi áp điện (H.13.3) có sơ đồ thay thế được xây dựng trên cơ sở của các phương trình tương tự như của các bộ biến đổi từ giảo: ở đây : W1 S1 = Z0 – ứng suất cơ của tấm từ giảo. F1F2Z1Z2 – phụ thuộc trực tiếp vào môi trường UFZ K tgSWj Kd SW j UFZ K StgWj Kd SW j d d 22211222 21 1111121 21 2 )( sin )6.13( 2 )( sin TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 163 Z1Z2 – ứng suất cơ môi trường Khi phát dao động trong môi trường không giới hạn F1F2 có thể bỏ qua. Trong điều kiện làm việc thực hiện của các bộ phát sóng siêu âm, giá trị : F1F2Z1 và Z2 được xác định bởi các quá trình công nghệ cụ thể. Các phần tử điện và cơ của sơ đồ (H.13.1) liên hệ với nhau thông qua sự biến đổi điện cơ, cho phép tính toán các thông số về cơ thông qua các thông số về điện và ngược lại. Tụ điện C được xác định theo công thức tụ điện phẳng. C = d . S / d (13.7) Với : d – hệ số điện môi của vật liệu tự giảo. S – diện tích, d – bề dày của vật liệu từ giảo. Điện trở, sinh ra từ tổn hao điện môi : Rđ = 1/2 f C . tg (13.8) ở đây, tg - tang của góc tổn hao điện môi của vật liệu Công suất tổn hao : Pth = U 2 / 2 (Rđ) (13.9) Từ sơ đồ thay thế có thể xác định điện trở đầu vào và biến đổi dao động của đầu mút bộ biến đổi. Nếu kích thước của biến đổi không lớn hơn nhiều so với độ dài sóng trong môi trường và ( c)cb / ( c) 1, thì điện trở đầu vào và biên độ dao động của đầu mút bộ biến đổi được xác định theo công thức : Z = j C S tg (Kđ) + ( c)tb S / cos 2 (Kđ) (13.10) 2 = 1 /cos (Kđ) ở đây : 2 và 1 – tốc độ dao động của đầu mút bộ biến đổi. Từ sơ đồ thay thế suy ra rằng tần số cộng hưởng của bộ biến đổi áp điện ở điện áp một chiều được xác định bởi trở kháng của các cơ phận trong hệ thống. Điều kiện cộng hưởng của bộ biến đổi áp điện được xác định bởi biểu thức: tg (Kđ) = 2 / K D1 (13.11) ở đây : D1 – bề dầy của tấm kim loại quy đổi theo bề mặt của lớp vỏ. Ví dụ : về ứng dụng kỹ thuật của bộ biến đổi áp điện, là thiết bị phát sóng siêu âm vào dung dịch để tạo sự đồng nhất của nó. (H.13.3). Dung dịch, chảy vào bình theo rãnh hoặc được đổ vào, được chiếu siêu âm trong một thời gian nhất định, nhờ đó thúc đẩy quá trình hoà tan các thành phần. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 164 2. Bộ biến tốc âm thanh : (Bộ tập trung dao động đàn hồi dọc) Chúng được dùng để phối hợp thông số của bộ biến đổi và tải, nhẳm mục đích cố định hệ thống dao động và đường dẫn dao động siêu âm vào trong vùng tác động của vật liệu. Bộ phận này bản thân là một vật có dạng miếng với tiết diện khác nhau. Chúng được làm từ vật liệu cứng, chịu ăn mòn, mài mòn, bền vững trong các môi trường xâm thực, Hình dạng khác nhau của bộ biến tốc âm thanh được trình bày trong (H.13.4). Chúng được đặc trưng bằng hệ số tập trung dao động. Chúng có dạng một đầu có tiết diện lớn và một đầu có tiết diện nhỏ. Sự tăng lên của biên độ dao động ở đầu có tiết diện nhỏ, so với biên độ dao động ở đầu có tiết diện lớn được giải thích rằng, ở cùng một công suất dao động trong tất cả các tiết diện của bộ biến đổi âm thanh. Mật độ dao động ở đầu nhỏ k lần lớn hơn. 3. Nguồn cung cấp cho các thiết bị siêu âm : TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 165 Nguồn cung cấp có nhiệm vụ biến đổi năng lượng điện tần số công nghiệp sang năng lượng của dòng điện xoay chiều tần số siêu âm để kích thích bộ biến đổi. Chúng cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây : phải có tần số phát ổn định và có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng, có thể điều chỉnh công suất, giá thành không cao lắm, khối lượng và kích thước nhỏ, làm việc tin cậy và vận hành thuận lợi. Hình 13.5: trình bày sơ đồ nguyên lý của máy phát siêu âm transistor tự động điều chỉnh tần số. Tài của máy phát là bộ biến đổi từ giảo M. Máy phát bao gồm 2 tầng: Tầng thứ nhất: nguồn kích thích có dạng là một bộ phát chặn với các transistor T1 và T2 được cung cấp nguồn bởi bộ chỉnh lưu điện áp có ngõ ra E1. Tầng thứ hai – tầng ra: được thực hiện theo sơ đồ bán cầu, có các transistor T3 và T4. Tải M nối vào máy phát qua biến áp phối hợp TR2 mạch điện phối hợp bao gồm C1, L1 và C2, L2 máy biến áp vi sai có phản hồi TR3 được đưa vào cực gốc của các Transistor T1 và T2 nó thực hiện việc đồng bộ hoá công tác của bộ kích thích. Trong máy phát còn có khả năng điều chỉnh theo mức công suất từ 10 đến 100% giá trị công suất định mức. Công suất tiêu thụ từ nguồn : 180VA, công suất đầu ra : 100W, tần số công tác (22 1,65) KHz. 13.3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỦA DAO ĐỘNG SIÊU ÂM : Ưùng dụng công nghệ của siêu âm được thực hiện theo ba hướng cơ bản sau: tác động lực lên vật liệu, tăng cường hoá các quá trình công nghệ, kiểm tra bằng siêu âm. 1. Tác động lực lên chi tiết gia công : Được ứng dụng để thực hiện gia công cơ khí các hợp kim cứng và rất cứng, nghiền tán, nhũ tuơng hoá, làm sạch bề mặt các tấm mỏng Sơ đồ nguyên lý của gia công kích thước siêu âm theo phương pháp chuốt được trình bày trong (H.13.6), Ở phương pháp gia công này, diễ ra sự phá hủy định hướng các vật liệu cứng, dòn nhờ dụng cụ 3 dao động lực va đập bởi bộ phận nghiền, tán lên các hat 9, được đưa vào dưới dạng huyền phù 8 qua khe hở giữa đầu mút của dụng cụ và sản phẩm. Tuy rằng năng suất của mỗi lần đập không đáng là bao, nhưng năng suất của việc gia công siêu âm tương đối cao, vì nó được tạo ra do tần số dao động cao của dụng cụ (6 – 30 KHz) và số lượng bột mài lớn chuyển động với tốc độ cao trên bề mặt của chi tiết gia công. Duới tác động của va đập lên bột mài sẽ gây ra sự trượt, đập vỡ các phần từ vật liệu. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 166 Tác động nghiền tán, nhũ tương hoá của siêu âm xảy ra dưới tác động của sóng siêu âm tập trung, được thể hiện qua tác động xâm thực và chảy rối chất lỏng, nhờ đó có thể nhận được các chất nhũ tương từ nươc và dầu, thủy ngân và nươc, xăng và nước Sản xuất nhũ tuơng bằng cách nghiền các chất rắn nhờ sóng siêu âm cho phép làm tăng năng suất của quá trình. Ví dụ, nhờ siêu âm có thể rút ngắn quá trình sản xuất nhũ tương từ magie oxyt (MgO) từ 25h cuống còn 40 phút. Phương pháp siêu âm còn có thể đuợc sử dụng để làm sạch các chi tiết kim loại khỏi các vết gỉ, kem, nhựa hắc ín, làm sạch các sản phẩm bị ăn mòn Hiệu ứng làm sạch bằng siêu âm hiệu quả nhất là tách các vết bẩn ở các rãnh khó chạm được tới, làm sạch các chi tiết nhỏ có hình dạng khác nhau, các sản phẩm thủy tinh. 2. Thúc đẩy quá trình công nghệ : Dao động siêu âm có thể làm thay đổi tiến trình của một vài quá trình hóa học. Đặc biệt việc xử lý siêu âm làm tăng nhanh quá trình polyme hoá axetat (CH3COOM), nhũ tương, khử axetal (C2H4 (OC2H5)2 Quá trình polyme hoá nhanh, được quan sát thấy khi có tác động lực của siêu âm. Khi giảm lực tác động có thể xảy ra quá trình ngược lại khử polyme. Tính chất này của dao động siêu âm được sử dụng để điều khiển phản ứng polyme hoá. Thay đổi tần số và cường độ dao động siêu âm, có thể áp ứng yêu cầu tốc độ phản ứng. Trong quá trình luyện kim khi đưa dao động đàn hồi với tần số siêu âm vào trong kim loại lỏng có thể dẫn đến việc làm thay đổi các mang tinh thể và TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN 167 thúc đẩy quá trình tinh thể hoá, làm giảm các bọt khí có lẫn trong kim loại đúc, tăng độ bền cơ của các hợp kim khác nhau. Hàng loạt kim loại như chì, nhôm không hoà lẫn ở trạng thái lỏng. Khi có sự tác động của dao động siêu âm, sẽ có thể làm hoà tan kim loại này vào trong kim loại khác. 3. Các phuơng pháp kiểm tra bằng siêu âm : Dưới sự hỗ trợ của dao động siêu âm có thể kiểm tra liên tục tiến trình quá trình công nghệ, mà không phải thực hiện các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Khi xác lập sơ bộ quan hệ của các thôgn số sóng siêu âm và tính chất vật lý của môi trường, ta đồng thời đo biên độ dao động của các phân tử. Dao động siêu âm cường độ cao hay tốc độ âm thanh lớn, có thể nhận địhđúg về trạng thái của môi trườngvà các thay đổi của nó. Về nguyên tắc các phương pháp kiểm tra bằng siêu âm được thực hiệnnhờ dao động siêu âm cường độ không lớn lắm. Phụ thuộc vào các đặc tính hóa – lý của môi trường, tốc độ âm thanh trong đó sẽ khác nhau. Khi thay đổi năng lượng sóng âm thanh có thể kiểm tra thành phần của các loại hỗn hợp khác nhau khi chúng không phải là các liên kết hoá học. Tốc độ âm thanh trong các môi trường đó là không thay đổi, còn sự có mặt của tạp chất ảnh hưởng đế hệ số hấp thụ năng lượng âm thanh. Nhờ đó cho phép xác định tỷ lệ phần trăm tạp chất chứa trong thành phần vật chất. Khi sóng âm thanh đi qua giới hạn của hai môi trường nó bị phản xạ một phần. Độ chênh lệch năng lượng sóng đi xuyên qua giới hạn và sóng phản xạ phu thuộc vào tỷ lệ âm trở của các vật chất khác nhau. Từ các sóng phản xạ có thể xác định hàm lượng tạp chất có trong các đơn tinh thể và nguyên lý đó có thể chế tạo các dụng cụ chẩn đoán bằng siêu âm. MỤC LỤC -----oOo----- CHƯƠNG I: CƠ SỞ VẬT LÝ – KỸ THUẬT CỦA ĐIỆN NHIỆT 1.1. Khái niệm về điện nhiệt và các biện pháp biến đổi điện nhiệt. 1.2. Vật liệu sử dụng trong các lò điện. CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ ĐỐT NÓNG BẰNG ĐIỆN TRỞ 2.1. Bản chất vật lý của điện trở. 2.2. Các phần tử điện trở đốt nóng. 2.3. Các lò điện trở. 2.4. Trang bị điện và điều chỉnh thông số lò điện trở. 2.5. Các thiết bị điện xỉ . CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ HÀN TIẾP XÚC 3.1. Bản chất vật lý và phân loại các dạng hàn tiếp xúc. 3.2. Hàn nối đầu. 3.3. Hàn điểm. 3.4. Hàn lăn (hàn may). 3.5. Trang bị điện máy hàn tiếp xúc: 4.1. Cơ sở vật lý – kỹ thuật của đốt nóng bằng cảm ứng. 4.2. Các thiết bị nấu chảy bằng cảm ứng. 4.3. Lò nung cảm ứng. 4.4. Cơ sở vật lý của đốt nóng điện môi. 4.5. Thiết bị đốt nóng điện môi: 4.6. Nguồn phát tần số cao. CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ ĐỐT NÓNG BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN 5.1. Sự ion hóa chất khí và khái niệm về plasma. 5.2. Cấu trúc của sự phóng điện hồ quang. 5.3. Điện cực dùng trong các thiết bị hồ quang. 5.4. Các lò luyện kim hồ quang. 5.5. Trang bị điện trong các lò luyên kim hồ quang. 5.6. Lò hồ quang chân không. 6.1. Cơ chế tạo ra ngọn lửa plasma nhiệt độ thấp và lãnh vực ứng dụng. 6.2. Thiết bị tạo plasma nhiệt độ thấp (plasmatron) 6.3. Các đặc tính và nguồn cung cấp năng lượng cho plasmatron. 6.4. Thiết bị plasma dùng để cắt và hàn. 6.5. Thiết bị plasma tạo lớp phủ bề mặt. CHƯƠNG 7: CÁC THIẾT BỊ HÀN HỒ QUANG 7.1. Cơ sở vật lý – kỹ thuật của hàn hồ quang. 7.2. Nguồn cung cấp năng lượng cho hồ quang. 7.3. Một số đặc điểm về mặt lý thuyết của máy biến áp hàn. CHƯƠNG 8: THIẾT BỊ ĐỐT NÓNG NHỜ 8.1. Cơ sở vật lý – kỹ thuật của đốt nóng nhờ chùm tia electron. 8.2. Kết cấu thiết bị chùm tia electron. 8.3. Ưùng dụng trong công nghệ của thiết bị đốt nóng chùm tia electron. CHƯƠNG 9: THIẾT BỊ LASER 9.1. Nguyên lý làm việc cơ bản của laser. 9.2. Các loại máy phát xạ laser. 9.3. Công nghệ gia công bằng tia laser. PHẦN II: CÁC THIẾT BỊ GIA CÔNG ĐIỆN HÓA ĐIỆN VẬT LÝ ĐIỆN CƠ ĐIỆN ĐỘNG 10.1. Cơ sở của gia công điện hóa. 10.2. Điện phân dung dịch và dung dịch hòa tan. 10.3. Trang bị điện trong sản xuất điện phân. 10.4. Aùp dụng công nghệ điện hoá trong công nghiệp chế tạo máy. 11.1. Đặc tính chung và cơ sở vật lý của quá trình. 11.2. Các thông số của sự phóng điện xung. 11.3. Các máy phát xung. 11.4. Các phương pháp gia công ăn mòn điện. CHƯƠNG 12: CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠ HỌC 12.1. Cơ sở vật lý của gia công kim loại bằng thiết bị xung từ . 12.2. Các phần tử của trang thiết bị điện gia công xung tử. 12.3. Đặc tính của các công đoạn gia công xung từ. 13.1. Bản chất vật lý của gia công bằng siêu âm. 13.2. Các phần tử trong các thiết bị siêu âm. -----oOo-----
File đính kèm:
- giao_trinh_mon_thiet_bi_dien.pdf