Bài tập lớn truyền động điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH   KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN   BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Lớp học phần: DHDKTD16C GV: Lê Văn Đại   Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2023  PAGE \* MERGEFORMAT Chương  Example A grinding machine is coupled to a single-phase motor having a constant speed of 900 rpm If the maximum speed of the grinding machine is 200 rpm, find the diameter ratio of two pulleys on either side (2:9) Giải: Để tìm tỉ số đường kính hai rịng rọc, ta sử dụng tỉ số tốc độ đầu tốc độ đầu vào hai ròng rọc Trong trường hợp này, tốc độ đầu tốc độ máy mài (200 vòng/phút), tốc độ đầu vào tốc độ động (900 vòng/phút) Từ định luật bảo tồn lượng, ta sử dụng cơng thức sau để tính tỉ số đường kính hai ròng rọc:  D2/D1=N1/N2 Thay vào giá trị cho D2/D1=200/900  Đơn giản hóa tỉ số tỉ số đường kính hai rịng rọc 2/9  Example An electric motor that develops a starting torque of 20 N-m starts with a load torque of 10 N-m on its shaft If the acceleration at start is rad/s2 , compute the moment of inertia of the system neglecting viscous and coulomb friction (2,5 kg.m2) Giải: Theo định luật Newton, momen lực mơt vật có khối lượng m định nghĩa : Trong đó, M momen xoắn, I momen quán tính vật omega tốc độ góc Động có momen xoắn khởi động momen xoắn tải Điều có nghĩa momen xoắn hiệu dụng là: PAGE \* MERGEFORMAT Gia tốc góc có giá trị ban đầu Khi bỏ qua ma sát nhớt coulomb, momen lực giữ ngun q trình quay Do đó: Ta giải phương trình để momen quan tính I , ta được:   Vậy kết phép tính là:    Example A train starts from rest from Station A and attains a speed of 200 km/h in minutes After the train moves at this speed for a while, the brakes are applied at 1.85 m/ s2 and the train stops at station B Compute the acceleration, braking interval, and duration for which the train runs at the constant speed, given that the total time taken for the train to reach station B from station A is 10 minutes Sketch the speed time curve (7,5s)   Giải:   Sau tàu di chuyển với tốc độ 200Km/h khoản thời gian định,  phanh áp dụng với gia tốc -1.85m/s^2 để dừng tàu Gia tốc phanh -1.85m/s^2 ( hướng ngược lại với hướng di chuyển tàu) Để tính khoảng thời gian phanh ( t2) ta sử dụng công thức sau:   Từ cơng thức V=v0+at ta có: Vậy tàu phải phanh 30s để dừng lại ga B Để tính thời gian tàu di chuyển tốc độ khơng đổi ( t3) ta có cơng thức sau: T3= tổng thời gian -t1-t2 T3= 10 phút*60 giây/phút - 120 giây - 30 giây =450 giây Vậy tàu di chuyển tốc độ không đổi khoảng thời gian 450 giây  PAGE \* MERGEFORMAT  Example In the gear system shown in Fig 2-15a, the gear ratio nL/Mn = where n equals the number of teeth in a gear The load and motor inertia are JL = 10kgm2 and JM = 1.2 kgm2 Damping and the load-torque TL can be neglected For the load-speed profile shown in Fig 2-15b, draw the profile of the electromagnetic torque Tem required from the motor as a function of time () Giải:    Example 5: An electric motor takes 2.33 s to start from standstill to a no-load speed  of 1,490 rpm If losses are neglected and the electromagnetic torque required for  starting is 23.77 N-m, compute the moment of inertia of the drive (0,355 kgm2)  PAGE \* MERGEFORMAT Giải:   CHƯƠNG A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A, 1,400 rpm, armature resistance = 2.3 Ω, field excited at rated current When the armature is open-circuited and rotated at 1,500 rpm by a prime mover, the armature voltage was 250 V If the motor is now supplied at rated voltage and if it carries 5.6 A armature current, what will be the approximate load torque on the shaft? Giải:   A separately excited dc motor has the following specifications: 1,500 kW, 2,650  A, 600 rpm, brush drop of 2.0 V, armature resistance of 0.003645 Ω, armature inductance of 0.1 mH, and a machine frictional torque coefficient of 15 N-m/rad/s  If field current is maintained constant at its normal value, compute the steady  state input voltage for rated armature current and rated speed Giải:   Ta có PAGE \* MERGEFORMAT => => A separately excited dc motor has the following parameters: armature resistance = 0.5 Ω, armature inductance = 0.003 H, Kb = 0.8 V/rad/s, J = 0.0167 kgm2 , and  B = 0.01 N-m/rad/s If the motor is supplied at rated field current and armature is  supplied at 220 V, find the steady-state motor speed at 100N-m load Giải:   (1) Ta có:   Kt=8 Nm/A  PAGE \* MERGEFORMAT Thay vào (1) Từ phương trình ta   Mà Ở trạng thái ổn định tỷ lệ thay đổi dịng điện phần ứng vậy: Tốc độ cần tìm 738.92rad/s A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A, 1,400 rpm, armature resistance = 2.3 Ω and field excited at rated current When the armature terminals are open circuited and externally driven at 1,500 rpm, the armature voltage is 250 V If the motor is now supplied at rated voltage and runs at 1,000 rpm, what electromagnetic torque will be developed? Giải: PAGE \* MERGEFORMAT   A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A, 1,400 rpm, armature resistance = 2.3 Ω, and field excited at rated current When the armature terminals are open-circuited and externally driven at 1,500 rpm, the armature voltage is 250 V If the motor is now supplied at rated voltage and runs at 1,000 rpm, what electromagnetic torque will be developed? Giải:  PAGE \* MERGEFORMAT 6.A separately excited dc motor driving a fan type has the following constants: armature resistance = 0.2 Ω, back-emfconstant = 0.8 V/(rad/s), load constant = 75 × 10-6 N-m/rad2 If the armature current required to deliver a load torque of 0.75  N-m is 10 A, find the armature voltage Neglect friction and windage losses Giải: An electric motor takes 2.33 s to start from a standstill to no-load speed of 1,490 rpm If losses are neglected and electromagnetic torque required for starting is 23.77 N-m, compute moment of inertia of the drive Giải:   CHƯƠNG  PAGE \* MERGEFORMAT   PAGE \* MERGEFORMAT A synchronous motor has the following ratings: three-phase, 415 V, 50 Hz, 1,500 rpm, 6.9 kW, 0.8 (lagging) power factor; and field excitation is A at 200 V The motor is supplied from a VSI holding Vf constant The synchronous reactance is 14.25 Ω, and stator resistance is negligible a If the motor is running at 1,000 rpm at rated current at 0.85 power factor, compute the output power developed and the field current b At 80% of rated torque, 1,400 rpm, and 100% field excitation, calculate the  stator current and power factor Giải: A 3Φ, Y-connected, 5-kW, 415-V, 10-A, 1,200-rpm, 50-Hz induction motor drive is controlled by a VSI at a constant V/fratio Calculate the approximate speed for a  frequency of 40 Hz at full load Giải:  PAGE \* MERGEFORMAT A 3Φ, Y-connected, 3.73-kW, 415-V, 8-A, 1,400-rpm, 50-Hz induction motor with the following parameters: Rs = 4.2 Ω, Xs = Xr′ = 3.30 Ω, Rr = 0.8 Ω, Xm = 490.08 Ω, is controlled by a VSI at constant Vf ratio Calculate the maximum torque for a  frequency of 30 Hz and compare it with the rated maximum torque Giải:   BÀI TẬP NỘP BÙ CHƯƠNG     Bài ( CHAPTER 02.5) B tổn hao ∆ Pư  , ∆ k ktnt , ∆ Pkt  Tổn hao dây quấn phần ứng ∆ Pư  = I  × R ư  Tổn hao day quấn kích từ nối tiếp  PAGE \* MERGEFORMAT ∆ P kt = I  × Rkc ∆ P ktnt = I  × R ktnt  Cơng suất đầu máy phát hiệu suất ∆ P2 =U × I  =>> Hiệu suất  P2 n=  P2 + ∆ P ư + ∆ k ktnt + ∆ Pkt  Bài   153,71   - Tối đa cảm ứng emf Ps Tốc độ tương ứng với emf cảm ứng - Vùng suy yếu PAGE \* MERGEFORMAT - Phạm vi hoạt động   Tốc độ hấp thụ tối đa   Bài Ta biết mô-men xoắn : Ta đề cập đến vấn đề cho giá trị Vì vậy, ta có Vì :  N = 1750 vòng / phút  PAGE \* MERGEFORMAT ia = 153,71 A Ra= 0,088 Bài Giải:    Trong trường hợp động DC  PAGE \* MERGEFORMAT Bài a= (tốc độ) bình phương B =0.06 N −n /( rad / sec ) ta có J  kg m  P ( N  ) h o ặ c ¿  P=C   N  =≫ C  i   Tỷ lệ const t  = − ∝ 1 T = P ×  P= T = T   D C 1 s  D  = C 1 N  × N   D Mà C 1   giá trị khác  PAGE \* MERGEFORMAT  Bây ta có T  = J × ∝= c1× D ¿ ≫ =( ∝ C 1  D J ×T  × N  ) × × N  Đây mơt phườn trình parabolic GIẢI - Bằng số thời gian điện - số thời gian điện PAGE \* MERGEFORMAT GIẢI  Nếu chi tiết cụ thể Vấn đề chuyển đổi đề cập, khó để đưa giải pháp hồn chỉnh cho vấn đề Tuy nhiên, chúng tơi cung cấp cách tiếp cận chung để thiết kế điều khiển dòng điện PI cho truyền động động đánh giá đáp ứng thời gian tần số Để thiết kế điều khiển dịng điện PI, trước tiên ta cần xác định hàm truyền động Gọi G(s) hàm truyền động cơ, gọi I(s) biến đổi Laplace dòng điện động Sau đó, hàm truyền liên quan đến dịng điện động với điện áp điều khiển cho bởi: Đối với động DC, hàm truyền biểu thị sau:   K số động cơ, L điện cảm phần ứng R điện trở phần ứng Sử dụng giá trị cho cho thông số động cơ, tính hàm truyền động  Tiếp theo, thiết kế điều khiển dịng PI cách chọn giá trị thích hợp cho độ lợi tỷ lệ Kp độ lợi tích phân Ki Một cách tiếp cận phổ biến sử dụng hàm truyền sau cho điều khiển PI:   Trong C(s) biến đổi Laplace đầu điều khiển Khi hàm truyền hệ thống vịng kín cho bởi:   Để đánh giá đáp ứng thời gian vòng lặp tại, áp dụng đầu vào bước cho điện áp điều khiển quan sát dạng sóng dịng điện thu Đáp PAGE \* MERGEFORMAT ứng thời gian đặc trưng thời gian tăng, thời gian ổn định độ vọt lố Để đánh giá đáp ứng tần số vòng lặp tại, phân tích đồ thị Bode hàm truyền vịng kín Đáp ứng tần số đặc trưng băng thông, biên độ pha biên độ khuếch đại Đối với trường hợp biến đổi tuyến tính hóa, giả định hàm truyền biến đổi hệ số khuếch đại khơng đổi đưa hệ số khuếch đại vào hàm truyền tổng thể hệ thống Đối với trường hợp  bộ chuyển đổi không sửa đổi, cần đưa hiệu ứng phi tuyến chuyển đổi vào phân tích Tóm lại, quy trình thiết kế cho điều khiển dòng điện PI liên quan đến việc xác định hàm truyền động cơ, chọn giá trị thích hợp cho độ lợi đánh giá đáp ứng thời gian tần số hệ thống vịng kín Các chi tiết cụ thể trình phụ thuộc vào chi tiết động chuyển đổi sử dụng GIẢI Chúng ta rút hàm truyền vòng dòng điện cho vòng điện áp phản hồi thống với điều khiển tỷ lệ Giả sử vòng điện áp có động lực học khơng đáng kể, đầu điều khiển điện áp điện áp tham chiếu nhân với hệ số khuếch đại Kv: Đầu vịng lặp điện áp sau đưa vào vịng lặp tại, vịng lặp có điều khiển tỷ lệ riêng với mức tăng Ki Vòng lặp đo dòng điện thực tế chạy qua hệ thống so sánh với dịng điện tham chiếu, dịng điện nhân với hệ số khuếch đại Kc Gọi Iref dòng điện quy chiếu I dịng điện thực tế Sau đó, đầu vòng lặp đưa bởi: Hàm truyền tổng thể cho vòng điện áp vòng dòng điện cho bởi:  PAGE \* MERGEFORMAT Hàm truyền cho thấy thay đổi điện áp tham chiếu (Vref) chuyển thành thay đổi dòng điện đầu (Ic) Sự đời vòng lặp điện áp có khả cải thiện hiệu suất vòng lặp Bằng cách điều chỉnh điện áp cung cấp cho hệ thống, vòng lặp điện áp giúp ổn định vịng lặp cải thiện thời gian đáp ứng Tuy nhiên, hiệu suất vòng lặp phụ thuộc vào mức tăng cụ thể sử dụng điều khiển điện áp dòng điện, động lực học hệ thống điều khiển Ví dụ, mức tăng cao, hệ thống trở nên không ổn định dao động GIẢI Câu 11: GIẢI 100hp, 1750rpm, 153.71A, = 0.088 , = 0.00183H, = 2.646 V/rad/s Ta có : V1 = 415V, 60Hz (nguồn cung cấp) Tốc độ hoạt động cho trước = 100 vịng / phút Cho độ trễ góc kích hoạt cho số điều khiển tốc độ khác Tốc độ rôto: rad / s Ở số điều khiển tốc độ khác Emf snduced, E = = 2.646 * 10.48 = 27.7V (Emf trở lại) Điện áp đầu vào cực đại Đầu vào V freguerg rad / s  PAGE \* MERGEFORMAT tốc độ động DC đưa sau: : điện áp đầu cuối : phần ứng : phần ứng : Huk  K: số tốc độ Hằng số thời gian phần ứng: = 0,0208 s Trở kháng máy Máy Inpedance Angle rads Góc triggring vutrial là:  Nhưng kích hoạt Dịng phần ứng liên tục Dịng điện ban đầu đưa bởi: = 2308,1 Một Dòng phần ứng cực đại = Cường độ gợn sóng dịng điện phần ứng: PAGE \* MERGEFORMAT Các gợn sóng torgre magritude: Gợn sóng Torgue: Hãy xem xét coguation tốc độ: GIẢI Ta có Ta có   We got FOR but giver For PAGE \* MERGEFORMAT Chỉ Từ ta có VÀ GIẢI Để thiết kế mạch điều khiển cổng cho biến đổi ba pha điều khiển nửa để điều khiển động DC, cần xác định góc kích hoạt cho thyristor pha biến đổi Các góc kích hoạt xác định thời gian bật thyristor nửa chu kỳ điện áp đầu vào AC Đối với chuyển đổi ba pha điều khiển nửa, có thyristor  pha điều khiển, thyristor khác chuyển mạch điện áp đầu vào xoay chiều Đặt α góc kích hoạt cho thyristor điều khiển, đo từ giao điểm điện áp đầu vào AC Điện áp đầu DC chuyển đổi biểu thị bằng: Vm giá trị cực đại điện áp đầu vào AC Điện áp đầu DC chứa sóng hài, phân tích chuỗi Fourier Chuỗi Fourier điện áp đầu DC biểu diễn sau:  PAGE \* MERGEFORMAT ω tần số điện áp đầu vào AC V1, V2, V3, v.v độ lớn thành phần thành phần hài điện áp đầu DC Sóng hài chiếm ưu điện áp đầu DC sóng có cường độ cao Độ lớn sóng hài chiếm ưu vẽ hàm góc kích hoạt α Mạch điều khiển cổng cho chuyển đổi ba pha điều khiển nửa thường  bao gồm mạch kích hoạt tạo xung để kích hoạt thyristor góc mong muốn Mạch kích hoạt dựa vi điều khiển, mạch hẹn linh kiện điện tử khác Tóm lại, để thiết kế mạch điều khiển cổng cho biến đổi ba pha điều khiển nửa để điều khiển động DC, cần xác định góc kích hoạt cho thyristor pha, phân tích điện áp đầu DC thành sóng hài cách sử dụng chuỗi Fourier vẽ biểu đồ sóng hài chiếm ưu hàm góc kích hoạt Mạch điều khiển cổng liên quan đến mạch kích hoạt dựa linh kiện điện tử vi điều khiển  PAGE \* MERGEFORMAT