Bài tập và đề thi mẫu môn học điều khiển máy điện Bài tập và đề thi mẫu môn học điều khiển máy điện Bài tập và đề thi mẫu môn học điều khiển máy điện Bài tập và đề thi mẫu môn học điều khiển máy điện
Truyền động điện chiều -Đặc tính động cơ: f M Đặc tính tự nhiên: U u Ru M K K2 Đặc tính nhân tạo: U u Ru R f M K K2 U u Ru R f Iu K K -Đặc tính điện động cơ: f I -Khởi động, đảo chiều hãm động Ví dụ 1: Cho động chiều kích từ song song với thông số sau: Điện áp định mức: U dm 220 V Dòng điện định mức: I dm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0, 26 Công suất định mức: Pdm 6, kW Tốc độ: n 2200 (vịng/phút) u cầu: Dựng đặc tính tự nhiên nhận xét Giải: Do đặc tính f M động điện chiều có dạng đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm đặc tính cơ: (1) Điểm không tải M 0; 0 (2) điểm định mức M M dm ; dm Tốc độ góc định mức có dạng sau: dm ndm 2200 230,36 rad / s 9,55 9, 55 Mô men định mức trục động cơ: M dm Pdm dm 6600 28, 65 Nm 230,36 Như ta có điểm thứ có tọa độ sau: M dm 28, 65 Nm ; dm 230, 36 rad / s Đặc tính tự nhiên động f M có dạng sau: U u Ru M 0 K K2 (1) Trong 0 tốc độ không tải gọi độ sụt tốc có dạng sau: 0 Uu K (2) Ru M K2 (3) Trong phương trình (2), U u biết trước U u 220 V Do đó, để tính 0 ta cần xác định hệ số K Mặt khác đặc tính điện f I động có dạng sau: U u Ru U Ru I u Iu u K K K (4) Từ phương trình (4) suy ra: K K U dm Ru I dm dm (5) 220 0, 26.35 0, 9155 Wb 230,36 Tốc độ khơng tải có giá trị sau: 0 Uu 220 240,31 rad / s K 0,9155 Như ta điểm thứ hai đặc tính sau: M Nm ; 0 240,31 rad / s Đặc tính tự nhiên động vẽ qua hai điểm có dạng hình 250 omega (rad/s) 200 150 100 50 0 10 15 M (N.m) 20 25 30 Hình Đặc tính tự nhiên Độ sụt tốc tính sau: 0 dm 240, 31 230,36 9,94 rad / s % 0 100 9,94 100 4,14 % 240,31 Ta có nhận xét: Độ sụt tốc nằm giới hạn cho phép (dưới 5%) Độ cứng đặc tính tự nhiên xác định sau: M dm dM M 28, 65 2,88 N m.s d 0 dm 240,31 230,36 Ví dụ 2: Cho động chiều kích từ song song với thông số sau: Điện áp định mức: U dm 220 V Dòng điện định mức: I dm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0, 26 Công suất định mức: Pdm 6, kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Yêu cầu: Dựng đặc tính nhân tạo mắc thêm điện trở phụ mạch phần ứng R f 1,5 nhận xét Giải: Do đặc tính nhân tạo động điện chiều có dạng đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm đặc tính cơ: Điểm không tải M 0; 0 điểm định mức M M dm ; dm Theo ví dụ tọa độ thứ điểm không tải sau M Nm ; 0 240,31 rad / s Như vậy, ta cần xác định tọa độ điểm thứ hai điểm định mức có thêm điện trở phụ Mơ men định mức trục động theo ví dụ M dm 28, 65 Nm Đặc tính nhân tạo động f M có thêm điện trở phụ R f có dạng sau: dm U dm Ru R f M dm 0 K K2 (6) Nhận xét: Khi mắc thêm điện trở vào mạch phần ứng độ sụt tốc tăng lên dm 240, 31 0, 26 1, 28, 65 180,14 rad / s 0, 91552 Như ta có tọa độ điểm thứ hai sau: M dm 28, 65 Nm ; dm 180,14 rad / s Hình đặc tính nhân tạo động qua hai điểm 250 omega (rad/s) 200 150 100 50 0 10 15 M (N.m) 20 25 30 Hình Đặc tính nhân tạo mắc thêm điện trở phụ mạch phần ứng Độ sụt tốc tính sau: 0 dm 240, 31 180,14 60,16 rad / s % 0 100 60,16 100 25, 04 % 240, 31 Nhận xét: Độ sụt tốc lớn 5% Độ cứng đặc tính tính sau: M dm dM M 28, 65 0, 48 N m.s d 0 dm 240,31 180,14 Ta thấy đặc tính nhân tạo có độ cứng nhỏ đặc tính tự nhiên (xác định từ ví dụ 1) Hình đặc tính tự nhiên (nét liền) nhân tạo mắc thêm điện trở phụ mạch phần ứng (nét đứt) Dễ thấy đặc tính nhân tạo mềm đặc tính tự nhiên 250 omega (rad/s) 200 150 100 50 Dac tinh co tu nhien Dac tinh co nhan tao 10 15 M (N.m) 20 25 30 Hình Đặc tính tự nhiên (nét liền) nhân tạo mắc thêm điện trở phụ mạch phần ứng (nét đứt) Ví dụ 3: Cho động chiều kích từ song song với thơng số sau: Điện áp định mức: U dm 220 V Dòng điện định mức: I dm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0, 26 Công suất định mức: Pdm 6, kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Để động dùng sau ngắt khỏi nguồn, hãm động sử dụng Yêu cầu: Xác định điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng Giải: Hãm động động chiều thực sau: Ngắt phần ứng động khỏi nguồn cấp Nối hai đầu động với điện trở (điện trở hãm) Trước hãm, động có điểm làm việc sau: 0 240,31 rad / s (theo ví dụ 1) Điện áp định mức: U dm 220 V Dòng điện định mức: I dm 35 A Sức điện động ngược mạch phần ứng động chế độ xác lập tính sau: E U dm Ru I dm 220 0, 26.35 210,9 V Dòng điện hãm ban đầu: I hbd 2.I dm 2.35 70 A Điện trở mạch phần ứng bao gồm điện trở phần ứng động điện trở hãm tính sau: Ru Ru Rh E I hbd 210, 3, 01 70 Điện trở hãm tính sau: Rh Ru Ru 3, 01 0, 26 2, 75 Ví dụ 4: Cho động chiều kích từ song song với thông số sau: Điện áp định mức: U dm 220 V Dòng điện định mức: I dm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0, 26 Công suất định mức: Pdm 6, kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Để hạn chế dòng điện khởi động, điện trở phụ theo ba cấp mắc thêm mạch phần ứng Yêu cầu: Xác định điện trở phụ sử dụng để hạn chế dịng điện mở máy Giải: Hình sơ đồ khởi động động chiều sử dụng điện trở phụ theo hai cấp có đảo chiều hãm động Hình Sơ đồ khởi động động chiều sử dụng điện trở phụ theo hai cấp có đảo chiều hãm động Đối với động chiều, dòng điện mở máy trực tiếp I mm tính sau: I mm U dm Ru (7) Đối với động công suất lớn, điện trở phần ứng động bé làm cho dòng điện mở máy lớn (từ 15 đến 20 lần dòng điện định mức động cơ) Do đó, phải bắt buộc dùng điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch phần ứng để hạn chế dòng mở máy Phương pháp gọi phương pháp mở máy gián tiếp Điện áp ngược mạch phần ứng En ứng với tốc độ định mức dm tính sau En K dm 0,9155.230,36 210,9 V Dòng điện định mức cho trước: I dm 35 A Dòng điện mở máy gián tiếp có dạng sau: I mm U dm Ru R f Theo tiêu chuẩn nhiều nước, dòng điện mở máy phải nhỏ 2,5 dòng định mức: I mm 2,5 I dm 2, 5.35 87,5 A Dễ dàng suy ra: U dm 2,5 I dm Ru R f U 220 R f dm Ru 0, 26 2, 25 2,5 I dm 2, 5.35 Chọn R f Kiểm tra điều kiện khởi động tốc độ khác động Sau khởi động khoảng thời gian, tốc độ động tăng đến 500 vịng / phút Khi sức điện động ngược có giá trị sau: En1 K 1 K I mm1 n1 500 0,9155 47,93 V 9,55 9,55 U dm En1 220 47,93 52, 78 A Ru R f 0, 26 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ 2,5I dm 87,5 A Sau khoảng thời gian, tiếp điểm 1G đóng lại Khi điện trợ phụ giảm cịn 2/3 điện trở phụ ban đầu Giả thiết tốc độ động tăng đến 1000 vòng / phút Khi đó, sức điện động ngược tính sau: En K 2 K I mm n2 1000 0,9155 95,86 V 9,55 9,55 U dm En 220 95,86 54,92 A 2 Ru R f 0, 26 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ 2,5I dm 87,5 A Sau khoảng thời gian, tiếp điểm 2G đóng lại Khi điện trợ phụ giảm cịn 1/3 điện trở phụ ban đầu Giả thiết tốc độ động tăng đến 1500 vòng / phút Khi đó, sức điện động ngược tính sau: En3 K 3 K n3 1500 0,9155 143,79 V 9,55 9,55 Dòng điện mở máy xác định sau: I mm3 U dm En3 220 143, 79 60, 47 A 1 Ru R f 0, 26 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ 2,5I dm 87,5 A Sau khoảng thời gian, tiếp điểm 3G đóng lại, điều có nghĩa điện trợ phụ khơng Khi đó, dịng điện phần ứng dịng điện định mức động Điện trở hãm tính sau: E E Kdm Rh ndm Ru ndm Ru 0, 26 2,75 I hbd 2.I dm 2.35 10 Khởi động, đảo chiều hãm động điện chiều Đầu vào: D , M T , M N , RTT Đầu ra: T , N , 1G , 2G , H T D M T T N RTT H N D M N N T RTT H 1RTh T N 1G T N 1RTh RTh T N 1G 2G T N 2RTh 3RTh D H H D H 3RTh Nguyên lý khởi động đảo chiều Để đảm bảo ln có từ thơng định mức đóng vào nguồn (để đảm bảo cuộn kích từ không bị đứt hay điện áp nguồn chưa đủ định mức), ta sử dụng rơ le dòng điện RTT Khi mạch kích từ có dịng điện, kích từ định mức cho phép đóng cặp tiếp điểm T N Để khởi động, ta dùng nút ấn M T để quay thuận ấn nút ấn M N để quay ngược Điều kiện để khởi động động tiếp điểm RTT phải đóng lại (tức kích từ đủ theo giá trị định mức) tiếp điểm thường kín H trạng thái mở (cuộn hút H chưa cấp điện) Để khởi động động quay theo chiều thuận ta ấn nút M T không ấn nút ấn D Mạch tác động quay thuận vơ hiệu hóa mạch tác động quay ngược Để khởi động động quay theo chiều ngược ta ấn nút M N không ấn nút ấn D Mạch tác động quay ngược vơ hiệu hóa mạch tác động quay thuận Công tắc tơ 1G tác động trễ sau khoảng thời gian t1 kể từ ấn nút M T hay M N nhờ có rơ le thời gian 1RTh Rơ le thời gian loại tiếp điểm thường hở đóng chậm Cơng tắc tơ 2G tác động trễ sau khoảng thời gian t2 kể từ 1G tác động nhờ có rơ le thời gian 2RTh Khi cần dừng động cơ, ta ấn nút ấn D cuộn dây H có điện làm đóng tiếp điểm H Lúc phần ứng động nối song song với điện trở rh (điện trở hãm động năng) Sau khoảng thời gian tiếp điểm RTh3 nhả ngừng cấp điện cho cuộn dây H làm cho tiếp điểm H mạch lực mở Tính tốn điện trở khởi động Cho động chiều có thơng số sau: Điện trở phần ứng Ru Điện áp định mức phần ứng U dm 220 V Tốc độ không tải n0 1400 vòng / phút Tốc độ định mức ndm 1300 vòng / phút Yêu cầu: Giả thiết động khởi động với cấp điện trở phụ Xác định điện trở phụ mắc nối tiếp với phần ứng động cơ? Lời giải: Tốc độ động chiều kích từ độc lập (song song) có dạng sau: U u Ru M K K2 (1) Phương trình (1) gọi phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập song song K hệ số phụ thuộc cấu tạo động cơ, từ thông động Uu điện áp đặt vào phần ứng động cơ, Ru điện trở phần ứng M mô men trục động 0 tốc độ không tải độ sụt tốc 0 Uu K Ru M K2 Khi mô men trục động M tăng lên, độ sụt tốc tăng lên (2) (3) Tốc độ góc động khơng tải 0 tính theo tốc độ quay động không tải n0 sau: 0 n 2 1400 n0 146,59 rad / s 60 9,55 9, 55 (4) Từ phương trình (3), hệ số K tính sau: K U dm 0 220 1,5 V / rad / s 146, 59 (5) Điện áp ngược mạch phần ứng En ứng với tốc độ định mức dm tính sau En K dm K ndm 1300 1,5 204, 28 V 9,55 9,55 (6) Dòng điện định mức mạch phần ứng I dm xác định sau: I dm U dm En 220 204, 28 3,14 A Ru (7) Khi mắc thêm điện trở phụ, dịng điện phần ứng tính sau: Iu U dm En Ru R f (8) Khi bắt đầu khởi động, tốc độ động không nên điện áp ngược không Dịng điện mở máy có dạng sau: I mm U dm Ru R f (9) Điện trở phụ phải có giá trị cho dịng điện mở máy phải thỏa mãn điều kiện I mm 2,5.I dm hay I mm 2,5.3,14 7,85 A Do ta có: U dm 7,85 A Ru R f 220 7,85 A Rf Rf 220 7,85 R f 23 Chọn R f 30 , ta có dịng điện mở máy: I mm U dm 220 6, 28 A Ru R f 30 Dễ thấy, dòng điện mở máy nhỏ dòng điện cho phép Sau khoảng thời gian, tốc độ động tăng đến tốc độ 300 vòng / phút nên sức điện động ngược có giá trị sau: En1 K 1 K n1 300 1,5 47,14 V 9,55 9,55 Dịng điện khởi động tính sau: U dm En1 220 47,14 4, 95 A Ru R f 30 I mm1 Sau khoảng thời gian t1 ứng với tốc độ 300 vòng / phút điện trở mạch phần ứng thay đổi (tiếp điểm 1G đóng lại) có nghĩa điện trợ phụ giảm cịn 2/3 điện phụ ban đầu Khi đó, dịng điện mở máy thời điểm tiếp điểm 1G đóng lại sau: U dm En1 220 47,14 6,93 A 20 Ru R f I mm Dòng điện mở máy nhỏ dòng điện cho phép Sau khoảng thời gian t2 , tốc độ động tăng từ 300 vòng / phút đến 800 vịng / phút Khi đó, sức điện động ngược tính sau: En K.2 K n2 800 1,5 125, 71V 9,55 9,55 Dịng điện mở máy tính sau: I mm U dm En 220 125, 71 3, 78 A 20 Ru R f Khi điện trở mạch phần ứng thay đổi (tiếp điểm 2G đóng lại) có nghĩa điện trợ phụ giảm cịn 1/3 điện phụ ban đầu Khi đó, dịng điện mở máy tính sau: I mm U dm En 220 125, 71 6,3 A 10 Ru R f Dòng điện mở máy nhỏ dòng điện cho phép Sau khoảng thời gian t2 , tốc độ động tăng từ 800 vòng / phút đến 1200 vịng / phút Khi đó, sức điện động ngược tính sau: En3 K 3 K n3 1200 1,5 188,57 V 9,55 9,55 Dòng điện mở máy tính sau: I mm U dm En 220 188,57 2,1 A 10 Ru R f Khi điện trở mạch phần ứng thay đổi (tiếp điểm 3G đóng lại) có nghĩa điện trợ phụ khơng Khi đó, dịng điện mở máy tính sau: I mm U dm En3 220 188,57 6, 28 A Ru Dòng điện mở máy nhỏ dòng điện cho phép Dòng điện hãm ban đầu tính sau: I hbd 2.I dm 2.3,14 6, 28 A Điện trở hãm tính sau: rh Dịng điện mở máy En 204, 28 Ru 27,5 I hbd 6, 28 Khởi động cấp thứ I mm1 A I mm A 4, 95 6,93 Khởi động cấp thứ hai I mm3 A I mm A 3, 78 6,3 Khởi động cấp thứ ba I mm5 A I mm A 2,1 Code MATLAB tính dịng điện mở máy theo cấp điện trở phụ clc; clear; Ru = 5; % Dien tro phan ung (Ohm) Udm = 220; % Dien dinh muc dat vao phan ung (V) n0 = 1400; % Toc khong tai (vong/phut) ndm = 1300; % Toc dinh muc (vong/phut) omega0 = n0*pi/30; % Van toc goc khong tai (rad/s) omegadm = ndm*pi/30; % Van toc goc dinh muc (rad/s) KPhi = Udm/omega0; % He so phu thuoc cau tao dong co Endm = KPhi*omegadm; % Suc dien dong nguoc ung voi toc dinh muc (V) Idm = (Udm - Endm)/Ru; % Dong dien dinh muc (A) Immmax = 2.5*Idm; % Dong dien mo may lon nhat (2,5 dong dinh muc) Rf = 1.3*(Udm/Immmax - Ru); % Dien tro phu mac mach phan ung (Ohm) % Gia thiet sau mot khoang thoi gian (t1) toc tang den 300 (vong/phut) n1 = 300; % Toc dong co sau mot khoang thoi gian t1 (vong/phut) omega1 = n1*pi/30; % Toc goc (rad/s); En1 = KPhi*omega1; % Suc dien dong nguoc cua dong co sau khoang thoi gian t1 Imm1 = (Udm - En1)/(Ru + Rf); % Dong dien may sau khoang thoi gian t1 Imm2 = (Udm - En1)/(Ru + 2/3*Rf); % Dong dien may tiep diem 1G dóng 6, 28 % Gia thiet sau mot khoang thoi gian t2 toc tang den 800 (vong/phut) n2 = 800; % Toc dong co sau mot khoang thoi gian t2 (vong/phut) omega2 = n2*pi/30; % Toc goc (rad/s); En2 = KPhi*omega2; % Suc dien dong nguoc cua dong co sau khoang thoi gian t1 Imm3 = (Udm - En2)/(Ru + 2/3*Rf); % Dong dien may sau khoang thoi gian t1 Imm4 = (Udm - En2)/(Ru + 1/3*Rf); % Dong dien may tiep diem 2G dong % Gia thiet sau mot khoang thoi gian t3 toc tang den 1200 (vong/phut) n3 = 1200; % Toc dong co sau mot khoang thoi gian t3 (vong/phut) omega3 = n3*pi/30; % Toc goc (rad/s); En3 = KPhi*omega3; % Suc dien dong nguoc cua dong co sau khoang thoi gian t1 Imm5 = (Udm - En3)/(Ru + 1/3*Rf); % Dong dien may sau khoang thoi gian t1 Imm6 = (Udm - En3)/Ru; % Dong dien may tiep diem 3G dóng Ihbd = 2*Idm; % Dong dien ham ban dau Rh = Endm/Ihbd - Ru; % Dien tro ham dong nang (Ohm) Điều khiển khởi động, đảo chiều hãm động động điện chiều kích từ song song T D MT T N RTT H N D M N N T RTT H 1RTh T N 1G (T N ).1RTh 2RTh T N 1G 2G T N 2RTh 3RTh D H H D H 3RTh #include const int D = X0; // Gán tín hiệu dừng D cho chân X0 const int MT = X1; // Gán tín hiệu khởi động MT quay theo chiều thuận const int MN = X2; // Gán tín hiệu khởi động MN quay theo chiều ngược const int RTT = X3; // Gán tín hiệu rơ le thiếu từ trường const int T = Y0; // Gán chân đầu điều khiển động quay theo chiều thuận; const int N = Y1; // Gán chân đầu điều khiển động quay theo chiều ngược; const int G1 = Y2; // Gán chân đầu điều khiển ngắn mạch điện trở phụ const int G2 = Y3; // Gán chân đầu điều khiển ngắn mạch điện trở phụ const int H = Y4; // Gán chân đầu điều khiển đóng điện trở hãm unsigned long Timer1 = 0; // Biến để giữ thời gian lại Timer unsigned long Timer2 = 0; // Biến để giữ thời gian lại Timer unsigned long Timer3 = 0; // Biến để giữ thời gian lại Timer void setup() { setupPLC(); } void loop() { in(MT); orBit(T); andNotBit(D); andNotBit(N); andBit(RTT); andNotBit(H); out(T); in(MN); orBit(N); andNotBit(D); andNotBit(T); andBit(RTT); andNotBit(H); out(N); in(T); orBit(N); timerOn(Timer1,1000); out(G1); in(T); orBit(N); andBit(G1); timerOn(Timer2,500); out(G2); in(D); orBit(H); timerOff(Timer3,500); out(H); }