Câu 1 : Cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất P = n+2 (n là số thứ tự của sinh viên trong lớp). Thông số của động cơ như sau: Pđm = 41 + 2 = 43 (kW) Uđm = 500 (V) H = 90% nđm = 1750 (vp) Cho phép tính gần đúng Iđm ~ PđmUđm 1. Hãy vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ bằng phần mềm MATLAB? 2. Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên, và tính toán giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp.
Trang 1Sinh viên: Bùi Hữu Nguyên
Lớp: Tự Động Hóa
Số thứ tự: 41
Khóa: 53
Trường: Đại Học Mỏ - Địa Chất
Ngày: 24/04/2011
Câu 1 :
Cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất P = n+2 (n là số thứ tự của sinh viên trong lớp)
Thông số của động cơ như sau:
P đm = 41 + 2 = 43 (kW)
U đm = 500 (V)
H = 90%
n đm = 1750 (v/p)
Cho phép tính gần đúng I đm ~ P đm
U đm
1 Hãy vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ bằng phần mềm MATLAB?
2 Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên, và tính toán giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp
Bài làm :
1.Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MALAB:
Ta có:
P 1 ~ U 1đm I 1đm I 1đm = P 1
U 1đm
= P đm (U 1đm H) =
43000 (500.0,9) = 95,6 (A) I C = I 1đm = 95,6 (A)
R ứng = 0,5.( 1 - H) U 1đm
I 1đm
= 0,5.(1 - 0,9) 500
95,6 = 0,2615 (Ω)
KФ = (U 1đm -I 1đm .R ứng )
(0,105.n đm ) =
(500-95,6.0,2615) (0,105.1750) = 2,585 (Wb)
Vậy phương trình đặc tính cơ điện là :
ω = U 1đm
2,585 -
I ứng 0,2615 2,585 (rad/s)ω=193,424 - I ứng .0,101161(rad/s)
Vậy phương trình đặc tính cơ là :
ω = U 1đm
2,585 -
M.0,2615 2,585 2 (rad/s)ω=193,424 - M.0,0391337 (rad/s) Các bước xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:
Khai báo trong MATLAB
>> M='193.424 - s*0.101161'
M =
193.424 - s*0.101161
>> fplot(M,[0 300])
>> grid
Ta được đồ thị sau:
Trang 22 Tính toán thiết kế bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ với 3 cấp khởi động:
Các bước tiến hành:
1 Dựng đường thẳng I C = I 1đm =95,6 (A)
2 Dựng đường thẳng I 2 = (1,1 ÷ 1,2)I C = (105,16 ÷ 114,72 (A)
3 Dựng đường thẳng I 1 = (2 ÷ 2,5) I 1đm = (191,2 ÷ 239) (A)
4 Nối điểm ω 0 với giao điểm (1) đường thẳng I 1 và đường thẳng ω=0 Đường thẳng này cắt đường thẳng I 2 tại điểm (2) Từ điểm (2) kẻ đường thẳng song song với trục ω=0,cắt đường thẳng I 1 tại điểm (3)
5 Tiếp tục lặp lại cách trên,ta nối điểm ω 0 với điểm (3) Đường thẳng này lại cắt đường thẳng I 2 tại điểm (4) Qua điểm (4) kẻ đường thẳng song song với đường thẳng ω=0, đường thẳng này lại cắt đường thẳng I 1 tại điểm (5) Nối điểm ω 0 với điểm (5), đường thẳng này cắt đường thẳng I 2 tại điểm (6) Từ điểm (6) ta kẻ đường thẳng song song với đường thẳng ω=0
Ta tính toán và chọn lựa các giá trị của I 1 , I 2 sao cho đường thẳng qua điểm (6) và song song với đường thẳng ω=0, đường đặc tính của động cơ, đường thẳng I 1 đồng quy
6 Dưới đây là sơ đồ thiết kế:
Trang 3 Tính toán các giá trị điện trở phụ cần thiết cho bộ khởi động:
Câu 2 :
Cho động cơ không đồng bộ ROTO dây quấn có công suất định mức P đm = (n + 2) kW, trong đó n là số thứ tự của sinh viên trong lớp tự động hóa K53 Các thông số của động cơ như sau (động cơ công suất lớn có
a= R 1
R 2 ’ = 0 ):
P đm = 41+2 = 43 kW
U đm = 380 (V)
Cos(φ) = 0,8
H=0,9
n đm = 980 (v/p)
Trang 4λ M = 2,3
R f = 0,05 (Ω)
1 Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên
2 Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên khi đưa thêm điện trở phụ có giá trị là R f = 0,05 (Ω)
3 Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ trên, tính giá trị điện trở phụ từng cấp
4 Biết rằng động cơ trên truyền động cho máy nâng (M C = const) Hãy phân tích và chọn bộ biến tần để điều khiển động cơ trên Biết rằng Momen cản bằng Momen định mức của động cơ (Tức là ta chọn đúng loại động cơ như ta thiết kế)
Bài làm :
1 Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MATLAB:
Ta có :
M = 2.M th
s
s th +s th s
M th = λ M M đm =λ M P đm
Ω đm
= λ M P đm
0,105.n đm
= 2,3 43000
0,105.980 = 961,127 (N.m)
s th = s đm (λ M + λ M 2 -1 ) = (1000-980)
1000 .( 2,3 + 2,3
2 -1 ) = 0,0874 Khai báo trong MATLAB :
>> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)'
M =
2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)
>> fplot(M,[0 1])
>> grid
Ta được đồ thị như sau:
2.Vẽ đặc tính nhân tạo khi cho R f = 0,05 (Ω) vào ROTO :
Ta có:
Trang 5 M thtn = 3.U 1
2.ω 0 [R 1 + R 1 +X nm 2 ] (1)
s thtn = R 2 ’
R 1 +X nm 2
(2)
Từ (2) rút ra: R 2 ’
s thtn = R 1 +X nm 2 (3) Sau đó thế (3) vào (1) ta được:
M thtn = 3.U 1
2.ω 0 [R 1 + R 2 ’
s thtn ]
M thtn = 3.U 1 s thtn
2.ω 0 [R 1 s thtn +R 2 ’]
M thtn = 3.U 1 s thtn
2.ω 0 R 2 ’.[ R 1
R 2 ’ .s thtn +1]
Do giả thiết cho a= R 1
R 2 ’ =0 Vậy:
M thtn = 3.U 1 s thtn
2.ω 0 R 2 ’ R 2 ’ = 3.U
1 s thtn
M thtn 2.ω 0
= 3.220
2 0,0874 961,127.2.( 2.π.50
=
12690.48
201297,9682 = 0,063 (Ω) Vậy ta suy ra: R 2 =
R 2 ’
s thtn = 0,063
0,0874 = 0,721 (Ω)
Từ tỉ số: s thnt
s thtn
= (R 2 ’+R f ’)
R 2 ’ =
(R 2 +R f )
R 2 s thnt = s thtn (R 2 +R f )
R 2 s thnt = 0,0874 (0,721+0,05)
0,721 = 0,0935; M thnt =M thtn = 961,127 (N.m) Khai báo trong MATLAB:
>> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)'
M =
2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)
>> fplot(M,[0 1])
>> grid
>> hold on
>> M1='2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s)'
M1 =
2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s)
>> fplot(M1,[0 1],'r')
Ta được đồ thị như sau:
Trang 63.Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ không đồng bộ trên
Ta có:
M = 2.M thnt
s
s thnt +s thnt
s
Trong trường hợp này động cơ có công suất cỡ trung bình, lớn nên trong miền
s thnt >> , nên s
s thnt ~ 0 : M = 2.M thnt .s
s thnt = k.s đây là phương trình đường thẳng
Ta vẽ đường thẳng M(thtn) cắt trục M =0 tại điểm (1) Nối điểm ω 0 với điểm (1) Đường thẳng này cắt trục M(2) tại điểm (2) Từ điểm (2) kẻ đường thẳng song song với trục M=0, đường này cắt đường thẳng M(1) tại điêm (3)
Làm lại các bước như trên cuối cùng sao cho đường nằm ngang (12) - (13) đường này cắt đường M(1) tại điểm (13), điểm (13) này cũng phải thuộc đường đặc tính cơ điện của động cơ Như vậy là được
Ta được đồ thị thiết kế như sau:
Trang 74 Chọn biến tần điều khiển cho động cơ trên :
Ta đã biết để động cơ không bị quá tải mạch từ và quá tải mạch điện thì ta phải
dữ cho Ф = Ф đm = const và I = I đm = const Đồng thời phải dữ cho hệ số quá tải động cơ λ M = const Vì vậy để đảm bảo cho khả năng quá tải không đổi và động
cơ không bị quá tải cả về mạch điện và mạch từ thì ta phải điều chỉnh tần số f 1
cấp vào cho động cơ và điện áp U 1 cấp vào cho động cơ qua bộ biến tần theo luật sau:
U 1
U 1đm
= f 1
f 1đm
M Cđm
Khi coi sụt áp ΔU không đáng kể
Trong đó:
1 M Cω là momen cản thực tế của động cơ
Trang 82 M Cđm là momen cản định mức của động cơ
Giả sử:
Ta chọn đúng động cơ vậy M Cω = const = M Cđm
U 1
U 1đm = f 1
f 1đm Vậy luật điều khiển động cơ này là U 1
f 1
= U 1đm
f 1đm = const =A