Tài liệu BÀI TẬP TRANG BỊ ĐIỆN pot

V-ĐK: khối điều khiển dùng để: * phân loại của hệ truyền động điện: Theo đặc điểm của động cơ điện truyền động điện 1 chiều, KĐB, ĐB Theo tính năng điều chỉnh truyền động có điều chỉnh

BÀI TẬP TRANG BỊ ĐIỆN(25 lý thuyết)

Nội dung: 25 câu lý thuyết và 4 bài tập trang bị điện

PHẦN LÝ THUYẾT:

trả lời:

(*): cấu trúc của hệ truyền động điện gồm :

I- BBĐ: bộ biến đổi dùng để :

+) biến đổi loại dòng điện (dòng xoay chiều thành một chiều or ngược lại)

+) biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại)

+) biến đổi mức điện áp (dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số…

Phân loại:

Gồm có máy phát điện, hệ máy phát-động cơ(hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, bộ biến tần…

II-Đ: động cơ điện dùng để:

+) biến đổi cơ năng thành điện năng (khi hãm điện)

+) biến đổi điện năng thành cơ năng

Phân loại:

Gồm có động cơ xoay chiều KĐB 3 pha roto dây quấn hay lồng sóc, động cơ điện 1 chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, động cơ xoaychiều đồng bộ…

III-TL: khâu truyền lực dùng để:

+) truyền lực từ động cơ điện tới cơ cấu sản xuất

+) biến đổi dạng chuyển động (quay tịnh tiến or lắc)

+) làm phù hợp về tốc độ, momen, lực

Phân loại:

Bao gồm bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hơp cơ hoặc điệntừ…

IV-CCSX: cơ cấu sản xuất dùng để:

+) thực hiện các thao tác và sản xuất công nghệ

Câu 1: nêu cấu trúc và phân loại hệ truyền động điện

Phân loại:

Gồm gia công chi tiết, nâng-hạ tải trọng, dịch chuyển…

V-ĐK: khối điều khiển dùng để:

(*) phân loại của hệ truyền động điện:

Theo đặc điểm của động cơ điện (truyền động điện 1 chiều, KĐB, ĐB)

Theo tính năng điều chỉnh( truyền động có điều chỉnh và không điều chỉnh)

Theo thiết bị biến đổi (F-Đ)

Ngoài ra còn có 1 số phân loại khác như : theo đảo chiều và không đảo chiều, truyềnđộng quay và thẳng…

trả lời:

ở trạng thái động cơ

ở trạng thái máy phát

(*) ở trạng động cơ:nlđược truyền từ động cơ đến máy sản xuất và được tiêu thụ tại

cơ cấu công tác của máy Trường hợp này công suất điện đưa vào động cơ P dien>0, công suất do động cơ sinh ra P co=M.ω>0, momen của động cơ cùng chiều với tốc

độ Trạng thái động cơ sẽ tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất vàgóc phần tư thứ 3 của mặt phẳng [M, ω]

(*) ở trạng thái máy phát : năng lượng được truyền từ phía máy sản xuất về động

cơ Khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như máy phát điện ngược với trường hợp trên công suất cơ của động sẽ là

Câu 7: câu 2: nêu các trạng thái làm việc của truyền động điện

Pcơ <0, nghĩa là M.ω<0, momen động cơ ngược chiều với tốc độ Còn công suất do

máy sản xuất tạo ra sẽ là Pc=Mc.ω>0.

Biểu diễn các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M,ω]:

từ độc lập nên ta xét 2 là 1:

I II III IV

câu 3: phương trình đặc tính cơ và các ảnh hưởng thông số điện

đối với đặc tính cơ điện 1 chiều kích từ độc lập và song song.

u fu u

K

R R K

U

φ φ

ω = − + (*)

Biểu thức(*) trên là đặc tính cơ điện của động cơ

Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng: ω = ω0 − ∆ ω

u fu

K

R R

Phương trình đặc tính cơ ω = f (M) ảnh hưởng bởi các thông số:

1 trường hợp thay đổi điện áp phần ứng

vì điện áp phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể giảm

Uư biến đổi, Rp= const, φ=const

2 trường hợp thay đổi điện trở mạch phản ứng

Vì điện trở tổng mạch phản ứng là : RưΣ= Rư + Rfư nên chỉ tăng về phía Rfư

Uư = const, Rư=var, φ=const;

3 trường hợp thay đổi từ thông kích từ

Uư=const, Rfư =const, φ=var;

Để thay đổi từ thông φ ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở

mạch kích từ động cơ Vì chỉ có thể tăng Rkt nên từ thông chỉ có thể giảm về phía từthông định mức

câu 4: Nêu phương trình đặc tính cơ và ảnh hưởng thông số điện với đặc

Ta có Iư = Ikt nên cuộn dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít

Từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng (hay phụ thuộc vào tải):

R M K K

Khi Mc = 0 (Iư=0) theo phương trình đặc tính cơ thì trị số ω vô cùng lớn

(*) ảnh hưởng của các thông số điện tới đặc tính cơ:

E

Dòng điện phần ứng cũng là dòng kích từ nên khả năng tải của động cơ hầu như không bị ảnh hưởng bởi điện áp.

Phương trình đặc tính cơ : ω = f (M) của động cơ một chiều kích từ nối tiếp cho thấy

đặc tính cơ bị ảnh hưởng bởi điện trở mạch động cơ

Đặc tính cơ tự nhiên cao nhất ứng với điện trở phụ Rfư=0 các đặc tính cơ nhân tạo ứng với Rfư #0, đặc tính càng thấp khi Rfư càng lớn

Sơ đồ thay thế 1 pha động cơ KĐB

câu 5: Nêu phương trình đặc tính cơ và các ảnh hưởng thông số điện với

đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều 3pha KĐB

Ta có hệ số quy đổi:

phdm

phdm E

E

E K

2 1

1 2

′ + +

R R

R R S

R U P

M

2

2 2 1 0

2 1 0

2

.

3

ω

ω

ω

Với Xnm= X1+X2′ là điện kháng ngắn mạch

Phương trình biểu thị M = f(s)=f[s(ω)] là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện

xoay chiều 3 pha KĐB ω

Giải phương trình : Sth = +

nm

X R

R

2 2 1

2 +

2

3

2 2

1 1 0

1

nm

PH

X R R

U

+ + +

= ω

(*) ảnh hưởng của các thông số điện với đặc tính cơ:

+ thay đổi điện áp U1ph

+ thay đổi điện trở R2’

+ thay đổi điện trở R1, điện kháng X1 ở stator

+ thay đổi số đôi cực p

+ thay đổi tần số f1 của nguồn điện áp cấp

Như vậy với đặc tính cơ của động cơ này trong phạm vi momen cho phép M≤Mmax

Là đường thẳng song song với trục hoành, với độ cứng β=∞và biểu diễn như

fu u

đm nm

R R

U I

câu 7: nêu khởi động (mở máy) động cơ điện một chiều kích từ độc lập và

song song.

câu 6: nêu đường đặc tính của động cơ điện đồng bộ

Khi bắt đầu cấp điện cho động cơ với toàn bộ điện trở khởi động, Mbđ của động cơ

sẽ có giá trị Mmm Momen lớn hơn Mc tĩnh Động cơ bắt đầu được gia tốc, tốc độ càng tăng lên thì momen càng giảm xuống theo đường cong ab

Mđc giảm dần nên hiệu quả gia tốc giảm đến 1 tốc độ nào đó, ứng b, tiếp điểm 1G đóng lại, một đoạn điện trở khởi động bị nối tắt ngay tại đó động cơ -> C (ở điểm thứ 2) Mđc tăng gia tốc tăng và sau đó giảm Mđc theo cd Sau khi đóng tiếp điểm 2G momen động cơ giảm theo đường ef -> chuyển sang đặc tính cơ tự nhiên

3 cấp trở 1G 2G 3G

a b

0 Mc M1 Mmm M a c t

Trả lời:

Lúc mở máy động cơ, phải đưa thêm điện trở mở máy vào mạch động cơ để hạn chế dòng điện mở máy không được vượt quá 2,5 Iđm Trong quá trình động cơ tăng tốc, cần phải cắt dần điện trở mở máy và khi kết thúc quá trình mở máy động cơ sẽ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên không có điện trở mở máy

E

Câu 9: nêu khởi động (mở máy) động cơ xoay chiều 3 pha KĐB

Trả lời:

Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotor chưa quay, độ trượt lớn (s=1) nên sđđ cảm ứng và dây điện cảm ứng lớn Imm = (5-8) IđmDòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở động cơ công suất trung bình và lớn tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ vậy nên cần có các phương pháp gián tiếp:

(*) dòng điện trở mở máy ở mạch rotor:

ω

ω 0 A

TN G f

e d

Áp dụng cho điện trở, điện kháng mắc nối tiếp với stator:

(*) phân tích:

ở thời điểm ban đầu, các K2 đóng lại để R hoặc điện kháng và stator khi tốc độ động

cơ tăng thì K1 đóng lại, K2 mở ra để loại R or điện kháng vậy nên quá trình kết thúc(*): phương pháp đổi nối y-∆ khi mở máy:

Nếu nối tam giác : Uph=Ud

(*) Đảo chiều quay động cơ KĐB:

Cần đảo chiều quay của từ trường quay do stator tạo ra chỉ cần đảo chiều 2 pha bất

kỳ trong 3 pha nguồn cấp cho stator

Trả lời:

Gồm có 2 giai đoạn : giai đoạn mở máy không đồng bộ và giai đoạn kéo vào đồng bộ 1 giai đoạn mở máy không đồng bộ: ≈ 3

đây là giai đoạn động cơ đồng bộ mở máy như động cơ mở máyĐB KĐB Cuộn dây stator được cấp điện xoay chiều để tạo Ra từ trường quay Động cơ mở máy không đồng bộ Nhờ cuộn dây kích từ ở rotor cực ẩn or nhờ cuộn ngắn mạch

k1

Lồng sóc ở cực lồi

K2

Lúc đầu, đóng điện cho động cơ để mở máy như động cơ KĐB nhờ cuộn dây lồng sóc

bao quang chu vi rotor Lúc này cuộn kích từ được nối kín qua điện trở đập từ Rđt nhờ

đóng k2 động cơ quay và tăng tốc đến gần tốc độ đồng bộ

Khi mở máy KĐB, cuộn kích từ khép kín qua điện trở dập từ nên giống như cuộn 1

pha, do từ trường quay quét qua, sẽ cảm ứng một dòng điện xoay chiều này lại tạo ra

một từ trường đập mạnh

2 giai đoạn kéo vào đồng bộ:

câu 10: khởi động (mở máy) động cơ điện đồng bộ.

giai đoạn này bắt đầu khi tốc độ động cơ đạt gần tốc độ đồng bộ (độ trượt s≤ 0 , 05) Lúc

này, điện trở Rđt được tách ra (K2 mở) và rotor được cấp dòng kích từ để tạo momen kéo động cơ vào tốc độ đồng bộ nếu động cơ không vào được đồng bộ mà làm việc lâu ở chế độ KĐB, cuộn mở máy sẽ bị quá nóng

Trả lời:

Hãm điện của động cơ điện là trạng thái động cơ sinh ra momen điện từ ngược với

chiều quay rotor Phương pháp hãm điện tỏ ra rất có hiệu lực trong các mục đích trênkhi hãm điện từ tác dụng vào rotor động cơ để cải lại chuyển động quay mà rotor đang có

Ví dụ minh họa hãm tái sinh:

Cơ cấu nâng hạ oí cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải động cơ truyền động thường làm việc ở chế độ động cơ Nếu momen do trọng tải gây ra lớn hơn momen do masattrong các bộ nhận chuyển động of cơ cấu động cơ sẽ làm việc ở hãm tái sinh

M ω

Trả lời:

Hãm điện của động cơ điện là trạng thái động cơ sinh ra momen điện từ ngược với

chiều quay rotor Phương pháp hãm điện tỏ ra rất có hiệu lực trong các mục đích trênkhi hãm điện từ tác dụng vào rotor động cơ để cải lại chuyển động quay mà rotor đang có

U

E

momen cản nên động cơ giảm tốc độ nhưng phải theo chiều nâng tải đến c vì đoạn

cd là hãm ngược

Lúc đảo dấu:

p u

u p u

u u h

R R

k U R R

E U I

+

Φ +

= +

+

=

'

' '

Hãm điện của động cơ điện là trạng thái động cơ sinh ra momen điện từ ngược với

chiều quay rotor Phương pháp hãm điện tỏ ra rất có hiệu lực trong các mục đích trênkhi hãm điện từ tác dụng vào rotor động cơ để cải lại chuyển động quay mà rotor đang có

Ví dụ minh họa hãm động năng:

Động cơ đang làm việc lưới điện (điểm a) thực hiện cắt cả phần ứng và kích từ động

cơ ra khỏi lưới điện và dóng vào 1 điện trở hãm Rh, do động năng tích lũy trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát tự kích từ biến

cơ năng thành nhiệt năng

Phương trình kích: ω

câu 13: Hãm động cơ điện là gì? Cho ví dụ về hãm động năng

( )k M

R R

R R R

kt h

kt h u

.

.

2

' Φ +

Khi xem xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta

đã biết quan hệ ω = f (M) phụ thuộc vào các thông số điện U, φ, Ru'Σ sự thay đổi

các thông số này sẽ cho những họ đặc tính khác nhau Có thể điều chỉnh tốc độ bằng các phương pháp:

(*) thay đổi điện áp phần ứng :

Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau song song và có cùng độ lớn

Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U<Uđm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ

(*) giả sử động cơ đang làm việc tại a trên (1)

Khi giảm U1 xuống U2, động cơ thay đổi điểm làm

Việc từ điểm a có tốc độ lớn ωa trên ω

đặc điểm:

Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ cứng đặc tính cơ giữa không đổi trong đoạn điều chỉnh

Độ sụt tốc độ tuyệt đối trên toàn dải là như nhau

Dải điều chỉnh của phương pháp này D ≈10:1

Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm

Phương pháp điều chỉnh này cần 1 bộ nguồn để có thể thay đổi trên điện áp ra

(*) điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:

Đặc điểm:

Điện trở mạch phản ứng càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

Độ cứng đặc tính cơ giảm khi φ giảm

Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D≈ 3:1

Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi về phía tăng

Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và do

đó, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm

Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng là (1:10)%

(*) điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi R ở phần ứng:

Đặc điểm:

R phần ứng tăng , độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

Phương pháp này chỉ phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm

Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm R vào mạch phản ứng nên hao tổn không lớn

câu 15: nêu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích

từ nối tiếp? đặc điểm từng phương pháp đó

Trả lời:

Có 3 phương pháp chính điều chỉnh tốc độ động cơ

1 chiều kích từ nối tiếp:

1 điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện

trở phụ trên mạch phần ứng.

vì phải thêm điện trở phụ nên phương pháp này chỉ có tốc độ

về phía giảm

muốn tốc độ càng nhỏ thì điện trở phụ Rp càng phải lớn và

dẫn tới tổn hao năng lượng càng nhiều

ở những tốc độ nhỏ, đặc tính cơ dốc nhiều (mềm nhiều)

nên độ ổn định tốc độ rất kém

Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số Mc

2 điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp phân mạch phần ứng

khi Rp=0, Rps=∞có đặc tính cơ tự nhiên.

Nếu Rp#0 và giảm Rps dặc tính cơ dịch sang trái, từ góc phần tư thứ I sang góc phần

tư thứ II và độ cứng tăng lên Các đặc tính cơ có điểm tốc độ không tải lý tưởng và

có đoạn hãm tái sinh Điểm không tải lý tưởng ứng với lúc giảm Rps mà E =Is.Rps

Khi ω > ω 0thì sức điện động E tạo ra dòng điện Iư khép kín qua Rps Động cơ sinh

momen hãm Tốc độ càng lớn, dòng điện ngược Iư càng tăng, momen hãm càng lớn

tới 1 giá trị nào đó của ω, sụt áp trên Rps đủ lớn dẫn tới từ thông φ giảm và momen

cũng đạt giá trị cực đại

Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm

Có thể thu được những tốc độ rất nhỏ trên đường đặc tính cơ cứng hơn

3.Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp phân mạch phần cảm.

khi Rps=∞; Rp=0, động cơ làm việc trên đặc tính tự nhiên tn

khi Rps=∞, Rp#0 động cơ làm việc trên các đặc tính điều chỉnh

Trả lời:

Gồm có:

+ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rphụ trong mạch rotor (1)

+ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato (2)

+ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều (3)

+ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ (4)

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rphụ trong mạch rotor

Đặc điểm:

Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sựlên xuống của momen tải

Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số momen tải

Khi điều chỉnh sâu thì độ trượt động cơ sẽ tăng lên và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato

3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều

Đặc điểm:

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều

4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ

Đồng cơ đồng bộ thường được sử dụng phổ biến ở dải công suất lớn hàng trăm kw trở lên để truyền động các máy như bơm nước, quạt gió, nén khí, máy cán, máy ngiền… hệ truyền động thường không đỏi hỏi điều chỉnh tốc độ.

Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng và trong dải momen cho phép, tốc độgiữ nguyên (luôn bằng tốc độ đồng bộ) Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐB bằng cách canthiệp vào mạch động cơ để thay đổi thông số mạch là không thể được nhưng khi thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thay đổi được tốc độ ĐB

0 Mc M

Sơ đồ biểu diễn Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐB bằng cách thay đổi tần số nguồn

câu 18: nêu các bước lựa chọn động cơ cho 1 hệ truyền động điện