Đề cương ôn tập môn cơ sở truyền động điện

Dòng điện hãm được xác định theo biểu thức I h= U dm+|kΦωΦω| R d+R f Trong đó từ thông Φ biến đổi và phụ thuộc vào tốc độ và phương trình đặc tính cơ là phương trình đặc tính biến trở..

Đề cương ôn tập môn cơ sở truyền động điện

12.Câu 12: Động cơ 1 chiều trong trạng thái hãm động năng

Xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng ra khỏi lưới và đóng kín mạchqua điện trở Rh còn mạch kích từ vẫn được giữ nguyên như cũ

Sơ đồ nguyên lý được chỉ ra trên hình vẽ

ω=− R u+R h

(kΦωΦ )2 M h với Ih và Mh <0Đặc tính của quá trình hãm như sau

(kΦωΦ )2 M

- Trong quá trình hãm tốc độ giảm dần do đó từ thông giảm dần và là hàmcủa tốc độ vì vậy các đường đặc tính có dạng phi tuyến

13.Câu 13: Động cơ điện 1 chiều nối tiếp

 Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình vẽ

R=r u+r ctf+r kΦωt+r cf+R f=R d+R f

- Ta rút ra được phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ

-

ω= U l kΦωΦ−

R kΦωΦ I ω= U l

kΦωΦ−

R

(kΦωΦ)2 M

- Ta nhận thấy phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ phụ thuộc cả vào

từ thông  của động cơ vì từ thông phụ thuộc vào dòng điện phần ứng

- Để đơn giản ta giả thiết từ thông tỉ lệ tuyến tính với dòng điện kích từ nghĩa

R kΦωC = const ¿ } ¿¿ ω= A 1 √ kΦωC

√ M − B=

A 2

√ M − B ¿ A 2 = A 1 √ kΦωC=const ¿¿

đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có dạng hypebol và rất mềm Đặc tính đượctrình bày trên hình vẽ

- Qua đường đặc tính ta nhận thấy khi động cơ làm việc trong chế độ không tải lýtưởng I=0,M=0 thì tốc độ không tải của động cơ sẽ rất lớn tuy nhiên do có masát nên

- dư =(2 –10)%đm nên khi không tải lý tưởng ta có

MCKTNT trong các hệ truyền động không tải hoặc tải nhỏ

- Mô men của động cơ được xác định theo công thức

- Độ cứng phụ thuộc vào tốc độ , tốc độ càng giảm modul độ cứng càng tăng

16.Câu 16: Động cơ 1 chiều trong trạng thái hãm nối ngược

a Đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng

Dòng điện hãm được xác định theo biểu thức

I h=

U dm+|kΦωΦω|

R d+R f

Trong đó từ thông Φ biến đổi và phụ thuộc vào tốc độ và phương trình đặc tính

cơ là phương trình đặc tính biến trở

b Đổi chiều điện áp đặt vào phần ứng

Trường hợp này thường sử dụng để hãm dừng máy Chiều dòng điện kích từ cầnđược giữ nguyên như trước khi hãm Đặc tính cơ được chỉ ra trên hình vẽ

- Đoạn hãm ngược là đoạn bc Dòng điện hãm trong đoạn này được tính theobiểu thức

17.Câu 17: Trình bày sơ đồ nguyên lý, phương trình và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp trong trạng thái hãm động năng

Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộnkích từ ra khỏi lưới điện rồi đóng kín qua điện trở hãm nhưng vẫn giữ cho chiềudòng kích từ như cũ.

Ta có sơ đồ nguyên lý như trên hình vẽ

d

c c’

ω xl 1

2

18.Câu 18: Trình bày sơ đồ nguyên lý và thiết lập phương trình và vẽ dạng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha

25.Câu 25: Trình bày sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Phương pháp này gọi là phương pháp biến trở , có thể dùng cho các động cơ một chiều kích từ độc lập , nối tiếp và hỗn hợp

-Sơ đồ nguyên lý của mạch điều chỉnh như sau :

a’

ω 1

ω 2

-Nguyên lý điều chỉnh bằng phương pháp này được giải thích như sau :

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập trên đường đặc tính cơ tự nhiên ứng với tải

là Mc và tốc độ làm việc là ω1 Để tiến hành điều chỉnh tốc độ ta đóng thêm mộtđiện trở Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng phần ứng Iư giảm đột biến , tốc độđộng cơ do có quán tính nên chưa thể biến đổi kịp Trên đường đặc tính điểm làmviệc chuyển từ a đến b Dòng điện phần ứng giảm làm cho mô men quay của động

cơ giảm M < Mc nên tôc độ động cơ giảm dần Do tốc độ giảm nên sđđ của động

cơ E = k Φω giảm làm cho dòng điện phần ứng Iư lại tăng lên Kết quả là mô mencủa động cơ lại tăng dần cho đến khi M = Mc thì động cơ làm việc tại điểm xác lậpnhưng với tốc độ ω2 < ω1 tương ứng với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh

-Phương trình đặc tính cơ trong quá trình điều chỉnh

u 2

a d

- Giả sử ban đầu động cơ đang làm việc với dòng kích từ định mức và tải là

Mc Khi đó điểm làm việc là điểm a trên đặc tính tự nhiên tương ứng vớitốc độ là ω1 Nếu ta đưa thêm điện trở vào mạch kích từ khi đó Ikt giảmxuống và từ thông Φ < Φđm Do có quán tính cơ học nên tốc độ ro to biến đổichậm hơn từ thông , sđ đ phần ứng giảm làm cho dòng điện phần ứng tănglên

- Nếu từ thông chỉ giảm trong phạm vi đủ nhỏ thì hiện tượng trên làm tăng mômen của động cơ Mô men động cơ lúc này là Mb > Mc làm cho động cơtăng tốc độ Mặt khác do tốc độ tăng nên sđđ tăng lên làm cho dòng điệnphần ứng giảm Kết quả là mô men của động cơ giảm dần cho đến khi cânbằng với mô men cản thì hệ sẽ làm việc xác lập với ω2 > ω1

- Nếu ta giảm từ thông đến mức độ nào đó thì dòng phần ứng tăng lên rất lớn

và gây sụt áp rất lớn trên mạch phần ứng Trường hợp này tổn thất trong

mạch chính tăng lớn làm cho năng lượng từ lưới cung cấp cho động cơ bịgiảm đi làm cho mô men động cơ gảim nhỏ hơn mô men cản và động cơ sẽ

bị giảm tốc độ Khi ổn định hệ sẽ làm việc tại điểm a’’ có tốc độ ω3 < ω1

- Để thấy rõ quan hệ giữa tốc độ và từ thông xét trường hợp đơn giản khi Mc =const Từ phương trình đặc tính cơ khi Rư = const ta có

c u c ct

nm

c u m

c u c

ct nm

FK ĐS

ω đs = ω f

T

T N N

BTF CKF

- Để làm nguồn kích từ cho F và Đ ta sử dụng một máy phát kích từ FK đượcnối đồng trục với đông cơ ĐS Nguồn kích từ này có thể là acquy hoặc các

bộ chỉnh lưu Ngoài ra trên sơ đồ còn có bộ tiếp điểm thuận nghịch T,Ndùng để đổi chiều dòng kích từ của máy phát nhằm mục đích đảo chiều quaycủa động cơ chấp hành Biến trở BTĐ dùng để điều chỉnh thêm từ thôngđộng cơ khi cần mở rộng dải điều chỉnh

33.Câu 33: Trình bày sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi điện áp cung cấp cho dây quấn stator động cơ.

1 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh

Để điều chỉnh điện áp ta dùng bộ biến đổi BĐ có tín hiệu điện áp ra thay đổi theo tín hiệu điều khiển như sơ đồ nguyên lý sau

2 Đặc tính cơ trong điều chỉnh

a Nếu bỏ qua tổng trở nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch ro to

- Điện áp nguồn thay đổi ta thu được một họ đặc tính điều chỉnh có độ trượt tới hạn giữ nguyên còn Mth thay đổi tỉ lệ với U2

Mth , sth : mô men và độ trượt tới hạn của đặc tính tự nhiên

- Khi điện áp đặt vào khác định mức , mô men tới hạn Mth.u sẽ thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp còn độ trượt tới hạn sth.u thì không đổi

- Khi tiến hành điều chỉnh nếu ta giữ cho hệ số quá tải về mô men là mộthằng số thì chế độ làm việc của máy điện sẽ luôn được duy trì ở mức tối ưunhư khi làm việc với tải định mức

- Như vậy khi điều chỉnh ta cần phải luôn thoả mãn điều kiện :

=B⋅f1x

Loại tải X Quy luật điều chỉnh

36.Câu 36: Trình bày sơ đồ nối dây, nguyên tắc điều chỉnh tốc độ và đặc tính

cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha bằng phương pháp đổi nối cuộn dây stator từ hình tam giác(Δ) sang hình sao kép(YY).Δ) sang hình sao kép(YY).) sang hình sao kép(Δ) sang hình sao kép(YY).YY).

1 Đổi nối hình tam giác → sao kép (Δ → YY )

Sơ đồ đổi nối có dạng như sau

bộ là  0YY  2  0

- Để dựng các đặc tính điều chỉnh cần phải xác định các trị số Mth , sth và ω0

với các cách đấu dây

- Khi nối hình Δ do hai cuộn dây mắc nối tiếp nhau nên ta có R1 = 2r1 ; X1 = 2x1

thYY th

ccp dm ccpYY dm YY YY

- Mô men cản cho phép giữa 2 cách nối

0 0

0.

0

1 2

ccpYY ccpYY YY

ccp

P M

P M

thYY ccpYY YY

th ccp

M M M M





37.Câu 37: Trình bày sơ đồ nối dây, nguyên tắc điều chỉnh tốc độ và đặc tính

cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha bằng phương pháp đổi nối cuộn dây stator từ hình sao(Δ) sang hình sao kép(YY).Y) sang sao kép(Δ) sang hình sao kép(YY).YY

2 Đổi nối sao sang sao kép ( Y → YY )

Sơ đồ đổi nối như sau

Kết luận : Khi tiến hành đổi nối Y sang YY tốc độ không tải tăng gấp đôi , mô mentới hạn cũng tăng gấp đôi , độ trượt tới hạn giữ nguyên giá trị của nó

- Công suất cản cho phép khi đổi nối :

ccpY ccpY

Y

P M

P M

thY ccpY

M M M Y

- Máy điện làm việc với công suất P thì tổn thất công suất trong máy điện là ΔPP=P

- Phương trình cân bằng nhiệt của máy điện sẽ là :

ΔPP dt=Cd τ+ Aτ dt

Trong đó :

τ =t md0 −t mt0 : Nhiệt sai giữa máy điện và môi trường

C : nhiệt dung riêng của máy điện

τ bd : Nhiệt sai ban đầu

Ta có đường cong phát nóng của máy điện như sau

a Đường cong phát nóng b Đường cong nguội lạnh

39.Câu 39: Trình bày phương pháp tính toán và lựa chọn công suất động cơ làm việc với phụ tải dài hạn cho ví dụ minh hoạ

1 Phụ tải dài hạn không đổi

Phụ tải dài hạn không đổi do khoảng thời gian dài cho nên các quá trình quá độkhông ảnh hưởng đến sự phát nóng của động cơ Sau một khoảng thời gian làmviệc nhất định nhiệt độ của động cơ sẽ đạt tới trị số ổn định

Để tính chọn động cơ cho loại phụ tải này ta thực hiện theo các bước sau :

Bước 1: Xác định đồ thị phụ tải tĩnh của máy sản xuất quy đổi về phía trên trục

động cơ P M c, c f t( )const

Bước 2: Tính chọn công suất động cơ :

Động cơ cần chọn phải có công suất đạt mức P dmP c

Thông thường khi lựa chọn thì Pdm = (1,1 1,3)Pc

Mdm = (1,1 1,3)Mc

- Nếu tính chọn động cơ cho hệ TĐĐ là quạt gió thì ta sử dụng biểu thức :

P dm≥ Q H

1000.η q η td

Trong đó : Q: lưu lượng gió

H : tổng áp lực

q : là hiệu suất của quạt

td : hiệu suất của khâu biến đổi ( hộp số , bánh đà…)

- Nếu phụ tải là các bơm thì sử dụng biểu thức

P dm≥γQQ( H +ΔPH )

1000.η q .η td .[kΦωw]

Trong đó  : là tỷ trọng của chất lỏng cần bơm

Q : là lưu lượng của chất lỏng

H là chiều cao cần bơm ( bằng tổng chiều cao đẩy + chiều cao hút)

H là độ giảm cột nước trong ống dẫn chính

2 Khi phụ tải dài hạn biến đổi

Khi phụ tải dài hạn biến đổi thì nhiệt độ của động cơ sẽ thay đổi theo mức độ thayđổi của phụ tải.Để tính chọn được công suất của động cơ điện ta phải dựa vào đồthị phụ tải đã được quy đổi về trực động cơ một hoặc nhiều chu kỳ

Xét một động cơ điện làm việc với một phụ tải gồm n cấp tương ứng với các thờigian là t1 đến tn và đoạn không tải là M0, t0

Dựa vào t0 và M0 ta có các tính chất sau đây.

- Khi mà t00 ta được chu kỳ phụ tải biến đổi có khoảng thời gian nghỉ

- Khi mà t00, M00 ta có chu kỳ phụ tải biến đổi có khoảng thời gian khôngtải

- Khi t0= 0, M0=0 ta được chu kỳ phụ tải biến đổi không có thời gian nghỉ vàkhông tải

Để tích chọn động cơ cho các phụ tải biến đổi ta phải tính theo trị số trung bình củamômen hoặc công suất

1 Phụ tải ngắn hạn không đổi

Ta có hai cách lựa chọn : Dùng động cơ điện dài hạn hoặc ngắn hạn

a Tính chọn công suất động cơ điện dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn

không đổi

- Động cơ điện dài hạn được chế tạo để khi công tác phụ tải định mức trongmột thời gian dài thì nhiệt độ của nó mới đạt tới giá trị cực đại Vì vậy khi sửdụng cho phụ tải ngắn hạn nếu ta lựa chọn công suất định mức bằng côngsuất của phụ tải Pđm = Pnh thì sau khoảng thời gian tồn tại của phụ tảinhiệt độ của động cơ đạt tới một giá trị nhỏ hơn nhiệt độ ổn định của độngcơ

- Trong trường hợp này để tận dụng hết công suất và khả năng chịu nhiệt củađộng cơ ta cho động cơ làm việc quá tải Vì vậy có thể lựa chọn động cơ cócông suất

Pđm < Pnh ( Pngắn hạn) sao cho cuối giai đoạn làm việc nhiệt độ động cơ đạt tớinhiệt độ cực đại

- Công suất định mức của động cơ dài hạn cần chọn được xác định thông qua

hệ số quá tải về nhiệt

nh od

dm od

P P

Tròn đó Pnh là tổn thất công suất của phụ tải ngắn hạn

Pdm là tổn thất công suất định mức của động cơ dài hạn

'od là nhiệt sai ổn định mà động cơ dài hạn sẽ đạt được nếu làm việcvới phụ tải ngắn hạn trong thời gian dài

od là nhiệt sai cực đại cho phép của cách điện được sử dụng trong

, P



Pnh

t

- Để xác định hệ số quá tải về nhiệt δ ta làm như sau :

- Trong chế độ dài hạn khi làm việc với phụ tải định mức nhiệt độ của động

cơ sẽ đạt tới trị số cho phép của cách điện tương ứng ta có nhiệt sai :

dm

cf od

P A

còn khi làm việc với phụ tải ngắn hạn nhiệt độ của động cơ sẽ đạt tới trị số ổn địnhcho phép sau thời gian làm việc , nghĩa là

'

1 (*) 1

- Công suất định mức của động cơ dài hạn còn có thể được xác định thông qua hệ

số quá tải về cơ :

nh dm

P P

 

ξ được xác định thông qua biểu thức

δ= ΔPP nh ΔPP dm=

K +ξ2 V dm

K +.V dm =

γQ +ξ2

γQ +1

K gọi là tổn thất không đổi

Vdm gọi là tổn thất biến đổi định mức

γQ= K

V dm gọi là hệ số tổn thất công suất định mức

Ta sẽ tính ra được :

ξ=√δ(γQ+1)−γQ ξ=√11−e−te/θ (γQ+1)−γQ

ξ=√γQ+1−γQ +γQ e−tlv /θ

1−e−tlv /θ =√1+γQ e−tlv /θ

1−e−tlv /θ

- Hệ số quá tải về cơ ta có thể xác định được công suất của động cơ dài hạncần chọn.

- Khi lựa chọn động cơ dài hạn cho phụ tải ngắn hạn , ngoài khả năng quá tải

về nhiệt và cơ ta cần chú ý tới khả năng quá tải về mô men và dòng điện

Hệ số quá tải về mô men và dòng điện của nó sẽ nhỏ hơn khi công tác vớiphụ tải dài hạn định mức Điều này được chứng minh như sau :

- Khi làm việc với phụ tải ngắn hạn hệ số quá tải về dòng điện sẽ là :

max

Inh nh

I I

- Khi làm việc với phụ tải dài hạn hệ số quá tải về dòng điện sẽ là

max

Idm dm

I I

( Lựa chọn phụ thuộc vào môi trường toả nhiệt điều kiện khởi động )

43.Câu 43: Trình bày phương pháp kiểm nghiệm công suất động cơ tính chọn theo điều kiện phát nóng bằng dòng điện đẳng trị.

1 Phương pháp dòng điện đẳng trị Idt

Phương pháp dòng điện đẳng trị được suy ra từ phương pháp tổn thất trung bìnhTổn thất toàn phần bên trong động cơ gồm hai thành phần là tổn thất không đổi vàtổn thất biến đổi

ΔPP=K +V

K : tổn thất không đổi

V: tổn thất biến đổi

- Tổn thất K là tổn thất của lõi thép, ma sát tổn thất do tự quạt mát

- Tổn thất V phụ thuộc vào dòng điện chạy qua dây quấn của động cơ

V =b I2

ở đó : b là hệ số tính đến điện trở của các cuộn dây

Coi tổn thất trung bình ΔPtb do dòng điện đẳng trị Iđt gây ra Còn tổn thất biến đổiứng với một dòng điện phụ tải nào đó

2

P K bINhư vậy ta có :

Hoặc nếu nó là đường cong phức tạp

2 0

.

ck

t x dt

ck

I dt I

- Sau khi đã chia làm nhiều đường hình thang ta phải tính dòng điện đồ thịcho từng đoạn và cuối cùng tính cho toàn chu kỳ làm việc

2 0

Idi , Ici là dòng điện ban đầu và dòng điện cuối của đoạn thứ i

ti là thời gian xem xét

dI= I ci−I di

ti dt

Để tiện cho việc xem xét ta dời trục về ti

2 0

ti

dti

i

I dt I

2 2

1

- Nếu mômen đẳng trị Mdt Mdm thì động cơ được lựa chọn đúng

Lưu y : Khi sử dụng phương pháp này

- Phương pháp này sử dụng chính xác với máy điện và kích từ độc lập ( vì từthông = const > nên M -= CI) Còn đối với các động cơ không đồng bộ khi

sử dụng phương pháp này ngoài điều kiện φ=const thì cos ϕ2 =const

1 Theo điều kiện quá tải :

- Khả năng quá tải của động cơ về mômen và dòng điện được đặc trưng bởicác hệ số quá tải

- Hệ số quá tải về mômen : λ M=

Mmax

M dm

dòng điện λ I=

Imax

I dm

Trong đó Mmax được cho trong các sổ tay chế tạo

- Động cơ điện được lựa chọn sơ bộ phải thoả mãn các điều kiện sau :

λ m .M dm≥M c max

λ I .I dm≥I cmax

Mcmax , Icmax là mômen và dòng điện lớn nhất của phụ tải đã quy đổi về trục động

cơ

2 Theo điều kiện khởi động

Đối với các động cơ không đồng bộ thì hệ số mômen khởi động :

bd : nhiệt sai ban đầu cũng bằng nhiệt sai cuối cùng của chu kỳ xem xét

m : số đoạn phụ tải có trong chu kỳ

Giả thiết bd là do tổn thất trung bình Ptb sinh ra

Thay vào chúng ta sẽ có :