bài tập lớn máy điện dùng phần mềm matlab simulink psim hoặc mô phỏng khảo sát đặc tính cơ

Hình 1.2: Đồ thị tốc độ và moment điện từ khi động cơ tới hạn Khi trong trạng thái moment tới hạn, tốc độ động cơ sẽ giữ ở mức 970 vòng/p Nhận xét: Sai số trên xảy ra là do trong quá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TẬP LỚN MÁY ĐIỆN Lớp: L03 - Nhóm 13 Giáo viên hướng dẫn: Ths Trần Công Binh

xyz= 11.35, abc= 56.75 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Hoàng 1913440

Phân công công việc

STT MSSV Họ và tên Nhiệm vụ được phân

công

Phần trăm hoàn thành

2

2112624 Phạm Cát

Tường

Tính toán lý thuyết moment cực đại là tốc độ tới hạn (1)

Phụ Lục1: Biên bản làm việc nhóm

BIÊN BẢN LÀM VIỆC NHÓM 1

Nhóm: 13

Buổi làm việc nhóm lần thứ:

Địa điểm làm việc: Nhóm Zalo

Từ: 20 giờ 30 phút đến 21 giờ 0 phút, ngày 25 tháng 3 năm 2024

Nội dung công việc chính:

Chọn số liệu ban đầu, giao thời gian hoàn thành bài tập lớn, trao đổi thông tin về bài làm

Kết quả: Chỉ có 2 thành viên nhóm là Nguyễn Minh Hoàng và Phạm Nguyễn Tiến Thành tham gia

Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 3 năm 2024

NHÓM TRƯỞNG Nguyễn Minh Hoàng

BIÊN BẢN LÀM VIỆC NHÓM 2

Nhóm: 13

Buổi làm việc nhóm lần thứ:

Địa điểm làm việc: Nhóm Zalo

Từ: 20 giờ 30 phút đến 21 giờ 0 phút, ngày 3 tháng 4 năm 2024

Nội dung công việc chính:

Nhận thấy một số thành viên không tham gia thực hiện bài tập lớn, phân chia lại công việc, cụ thể:

Nguyễn Minh Hoàng Câu 1, câu 2, câu 3, câu 4

Phạm Nguyễn Tiến Thành Câu 5, câu 6

Kết quả: Thống nhất thực hiện bổ sung công việc và hoàn thành bài tập lớn trước ngày 10/4/2024

Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 4 năm 2024

NHÓM TRƯỞNG Nguyễn Minh Hoàng

Phụ lục 2: Bảng đánh giá thành viên

thành

% Điểm BTL Đánh giá

thảo luận, không làm BTL

thảo luận, không làm BTL

Phạm Nguyễn Tiến Thành 100% 100% Hoàn thành tốt

thảo luận, không làm BTL

Mục lục:

Chọn động cơ và tính các thông số cơ bản: 1 Câu 1) Dùng phần mềm (Matlab Simulink, PSIM, hoặc…) mô phỏng khảo sát đặc tính cơ (trình bày đồ thị mô men theo tốc độ) của động cơ không đồng bộ 3 pha (thông

số tự chọn) So sánh với kết quả tính toán lý thuyết giá trị mô men cực đại và tốc độ tới hạn của động cơ 2 Câu 2) So sánh và nhận xét: mô men định mức, mô men khởi động, mô men cực đại

4

Câu 3) So sánh và nhận xét tỷ lệ dòng điện của động cơ ở các chế độ: khởi động, mô men định mức, ½ mô men định mức, ¼ mô men định mức 6 Câu 4) So sánh và nhận xét hiệu suất của động cơ ở các chế độ: mô men định mức, ¾

mô men định mức, ½ mô men định mức, ¼ mômen định mức 8 Câu 5) Khi động cơ vận hành ở mô men tải 11.35% định mức, trình bày tốc độ, dòng điện và hiệu suất của động 11

cơ 11 Câu 6) Khi động cơ vận hành ở điện áp 56,75 % định mức và mô men tải 11,35 % định mức, trình bày tốc độ, dòng điện và hiệu suất của động cơ Nhận xét và liên tưởng đển các thiết bị có tính năng inverter tiết kiệm điện? Tìm abc để hiệu suất cao nhất với

mô men tải này? 13 Tài liệu tham khảo 16

Chọn động cơ và tính các thông số cơ bản:

Hình 1: thông số động cơ được chọn Chọn động cơ không đồng bộ 3 pha đấu Y, có các thông số sau: 4 cực; R1 = 1.405 Ω, R’2 = 1.395 Ω, Lls=0.005839 H, L’lr = 0.005839 H Lm = 0.1722 H

2

Vẽ mô hình Simulink mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha:

Hình 2: Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha

Câu 1) Dùng phần mềm (Matlab Simulink, PSIM, hoặc…) mô phỏng khảo sát đặc tính cơ (trình bày đồ thị mô men theo tốc độ) của động cơ không đồng bộ 3 pha (thông số tự chọn) So sánh với kết quả tính toán lý thuyết giá trị mô men cực đại và tốc độ tới hạn của động cơ

Tính mạch tương đương Thevenin:

Khi đó ghi nhận được giá trị 𝑇𝑚𝑎𝑥 = 45.17 (𝑁𝑚) và 𝑛𝑝 = 970 𝑟𝑝𝑚

Hình 1.2: Đồ thị tốc độ và moment điện từ khi động cơ tới hạn Khi trong trạng thái moment tới hạn, tốc độ động cơ sẽ giữ ở mức 970 vòng/p

Nhận xét: Sai số trên xảy ra là do trong quá trình tính toán lý thuyết, công thức tính giả định

là động cơ không đồng bộ 3 pha lý tưởng Còn khi chạy mô phỏng, động cơ được chọn còn có thêm các thông số khác như quán tính (Intertia) và hệ số ma sát (Friction factor)

*Đồ thị đặc tuyến cơ của động cơ:

xm = 54.098; % Magnetization branch reactance

v_phase = 400 / sqrt(3); % Phase voltage

n_sync = 1500; % Synchronous speed (r/min)

w_sync = 100*pi; % Synchronous speed (rad/s)

% Now calculate the torque-speed characteristic for many

% slips between 0 and 1 Note that the first slip value

% is set to 0.001 instead of exactly 0 to avoid

divide-% by-zero problems.

s = (0:1:50) / 50; % Slip

s(1) = 0.001;

nm = (1 - s) * n_sync; % Mechanical speed

% Calculate torque for original rotor resistance

for ii = 1:51

t_ind1(ii) = (3 * v_th^2 * r2 / s(ii)) / .

(w_sync * ((r_th + r2/s(ii))^2 + (x_th + x2)^2) );

end

% Plot the torque-speed curve

plot(nm,t_ind1, 'Color' , 'k' , 'LineWidth' ,2.0);

hold on ;

xlabel( '\itn_{m}' , 'Fontweight' , 'Bold' );

ylabel( 'T' , 'Fontweight' , 'Bold' );

title ( 'Induction Motor Torque-Speed Characteristic' , 'Fontweight' , 'Bold' );

grid on ;

hold off ; 1

Hình 1.3: Đồ thị đặc tuyến cơ của tốc độ theo moment

Câu 2) So sánh và nhận xét: mô men định mức, mô men khởi động, mô men cực đại

1 Code được tham khỏa từ: venkatesh kani (12/8/2015) torque speed curve of induction motor in matlab code Truy cập

ngày 9/4/2024, truy cập từ: induction-motor-in-matlab-code

6

Đồ thị moment cực đại:

Hình 2.2: Đồ thị moment khởi động và moment tới hạn khi đặt moment ở mức tới hạn Nhận xét: Trong 2 đồ thị này, giá trị moment khởi động gần như không thay đổi Ta có thể thấy, khi động cơ chạy ở chế độ moment cực đại, thời gian ổn định sẽ lâu hơn so với ở chế

độ moment định mức

Câu 3) So sánh và nhận xét tỷ lệ dòng điện của động cơ ở các chế độ: khởi động,

mô men định mức, ½ mô men định mức, ¼ mô men định mức

Khi moment khởi động: 𝑇𝑘𝑑 = 34.26 𝑁𝑚

Hình 3.1: Đồ thị biểu hiện giá trị dòng khởi động của Is và Ir Lúc này, 𝐼𝑆 =51.77

√2 = 36.61 𝐴, 𝐼𝑅 =9.651

√2 = 6.82 𝐴

Tỉ lệ dòng 𝐼𝑠

𝐼 𝑟 = 5.368

Ở mức moment định mức: 𝑇𝑑𝑚 = 26.711 (𝑁𝑚)

Giá trị của I sẽ là giá trị RMS:

Hình 3.2: Đồ thị giá trị Ir và Is ở moment định mức

Ta ghi nhận được giá trị: 𝐼𝑅 = 10.11 𝐴, 𝐼𝑆 = 10.84𝐴

Tỉ lệ dòng 𝐼𝑠

𝐼𝑟 = 1.07

Ở mức moment có giá trị ¾ định mức: 3

4𝑇𝑑𝑚 = 20.033 (𝑁𝑚)

Hình 3.3: Đồ thị giá trị Ir và Is ở ¾ moment định mức

Ta ghi nhận được giá trị: 𝐼𝑅 = 7.42, 𝐼𝑆 = 8.09𝐴

Tỉ lệ dòng 𝐼𝑠

𝐼𝑟 = 1.09

8

Ở mức moment có giá trị ½ định mức: 1

2𝑇𝑑𝑚 = 13.355 (𝑁𝑚)

Hình 3.4: Đồ thị giá trị Ir và Is ở ½ moment định mức

Ta ghi nhận được giá trị: 𝐼𝑅 = 4.83𝐴, 𝐼𝑆 = 5.7𝐴

Tỉ lệ dòng 𝐼𝑠

𝐼 𝑟 = 1.18

Ở mức moment có giá tị ¼ định mức: 1

4𝑇𝑑𝑚 = 6.678 (𝑁𝑚)

Hình 3.5: Đồ thị giá trị Ir và Is ở ¼ moment định mức

Ta ghi nhận được giá trị: 𝐼𝑅 = 2.38𝐴, 𝐼𝑆 = 3.79𝐴

Tỉ lệ dòng 𝐼𝑠

𝐼 𝑟 = 1.59

Nhận xét: Trong quá trình khởi động, dòng điện stator chênh lệch rất lớn so với rotor, nhưng khi động cơ quay ổn định, tỷ lệ chênh lệch giảm dần còn gần bằng 1 Sau khi giảm moment của động cơ xuống, tỷ lệ giữa stator và rotor tăng dần, ở định mức với giá trị là 1.07 và ở ¼ định mức với giá trị là 1.59

Câu 4) So sánh và nhận xét hiệu suất của động cơ ở các chế độ: mô men định mức, ¾ mô men định mức, ½ mô men định mức, ¼ mômen định mức

Ta tính Pin bằng cách đo điện áp và dòng điện đầu vào, sau đó dùng khối đo công suất 3 pha

để đo công suất đầu vào:

Hình 4.1: Mô hình đo Pin

Ta tính Pout bằng công thức: 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑒 = 𝑇𝑒𝑚∗𝜔

𝑝 = 𝑇𝑒𝑚 ∗ 𝜔𝑠

Hình 4.2: Mô hình đo Pout

Ở mức moment có giá trị ½ định mức: 1

Nhận xét: khi giảm moment định mức xuống, hiệu suất động cơ tăng lên

Câu 5) Khi động cơ vận hành ở mô men tải 11.35% định mức, trình bày tốc độ, dòng điện và hiệu suất của động

cơ

12

Hình 5.1: Đồ thị tốc độ khi moment bằng 11,35% định mức

Hình 5.2: Đồ thị dòng Stato khi moment bằng 11,35% định mức

Hình 5.3: Đồ thị dòng Roto khi moment bằng 11,35% định mức

Giá trị Pin = 590,2 W ; Pout = 543,3 W

Câu 6) Khi động cơ vận hành ở điện áp 56,75 % định mức và mô men tải 11,35

% định mức, trình bày tốc độ, dòng điện và hiệu suất của động cơ Nhận xét và liên tưởng đển các thiết bị có tính năng inverter tiết kiệm điện? Tìm abc để hiệu suất cao nhất với mô men tải này?

Khi động cơ vận hành ở điện áp 56,75 % định mức và mô men tải 11,35% định mức, trình bày tốc độ, dòng điện và hiệu suất của động cơ

14

Hình 6.1: Đồ thị tốc độ

Hình 6.2: Đồ thị dòng Stato

Hình 6.3: Đồ thị dòng Rorto

Giá trị Pin = 577,8 W ; Pout = 528,1 W

=> Hiệu suất 𝜂 =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 = 91.4% => Động cơ hoạt động tốt ở trạng thái moment tải và điện

áp nhỏ hơn nhiều so với định mức

Hiệu suất: Hiệu suất của động cơ giảm khi mô men tải giảm so với định mức Điều này là do tổn thất trong hệ thống, bao gồm tổn thất điện năng trong dây dẫn và tổn thất cơ học trong quá trình chuyển động Bên cạnh đó nếu giảm đồng thời mô men tải và điện áp thì hiệu suất

sẽ cao hơn so với việc chỉ giảm mô men tải so với định mức

Các thiết bị có tính năng inverter tiết kiệm điện

- Máy lạnh inverter: Máy lạnh inverter sử dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ nén để điều chỉnh công suất làm lạnh của máy Thay vì hoạt động ở chế độ tắt/bật như máy lạnh thông thường, máy lạnh inverter có khả năng điều chỉnh tốc độ làm lạnh theo nhu cầu thực tế, giúp tiết kiệm năng lượng

- Máy giặt inverter: Máy giặt inverter sử dụng động cơ inverter để điều chỉnh tốc độ quay của máy theo từng giai đoạn trong quá trình giặt Điều này giúp tiết kiệm điện năng so với máy giặt thông thường vì máy inverter chỉ sử dụng lượng điện cần thiết để hoàn thành công việc

- Tủ lạnh inverter: Tủ lạnh inverter sử dụng công nghệ inverter cho cảm biến nhiệt

độ và động cơ làm lạnh Điều này cho phép tủ lạnh điều chỉnh công suất làm lạnh theo nhu cầu thực tế, tiết kiệm năng lượng và giảm đáng kể tiếng ồn so với tủ lạnh thông thường

- Đèn LED: Một số đèn LED cũng có tính năng inverter để điều chỉnh độ sáng và tiết kiệm điện năng Điều này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh dòng điện đầu vào để đảm bảo rằng đèn sáng với độ sáng mong muốn mà không cần sử dụng quá nhiều năng lượng

16

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Hữu Phúc (2003) Kỹ thuật điện 2 (MÁY ĐIỆN QUAY) Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí

Minh

[2] venkatesh kani (12/8/2015) torque speed curve of induction motor in matlab code Truy cập ngày 9/4/2024, truy cập

từ: code