Bộ biến đổi: dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số ... Động cơ điện: dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng, hoặc ngược lại (khi hãm điện) Bộ điều khiển: để điều khiển các đại lượng đầu ra đạt giá trị mong muốn. Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy các tín hiệu phản hồi. Nó có thể là các loại đồng hồ đo, các cảm biến từ, cơ, quang...
Trang 1Chương 1
Câu 1: Hệ truyền động điện là gì? Vẽ sơ đồ khối và giải thích vai trò của các thành phần.
Trả lời: Hệ truyền động điện là tập hợp các thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho
việc biến đổi điện năng thành cơ năng (và ngược lại), cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu
Sơ đồ khối của hệ truyền động điện:
- Bộ biến đổi: dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số
- Động cơ điện: dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng, hoặc ngược lại (khi hãm điện)
- Bộ điều khiển: để điều khiển các đại lượng đầu ra đạt giá trị mong muốn
- Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy các tín hiệu phản hồi Nó có thể là các loại đồng hồ đo, các cảm biến từ, cơ, quang
Câu 2: Cách tiếp cận truyền thống để kiểm soát tốc độ dòng chảy trong quá trình công nghiệp là gì? Những bất lợi chính mà ta có thể khắc phục bằng cách sử dụng hệ truyền động có thể điều khiển được tốc độ là gì?
Trang 2Trả lời:
a) Theo truyền thống, động cơ được vận hành không điều khiển, và chạy ở tốc độ không đổi
Ví dụ, trong một máy bơm chạy với tốc độ không đổi, có một van tiết lưu điều khiển tốc
độ dòng chảy Các cơ chế như van tiết lưu nhìn chung là phức tạp để thực hiện quá trình
tự động và gây ra lãng phí một lượng năng lượng lớn
Trong quá trình công nghiệp hiện nay, người ta sử dụng hệ truyền động điều khiển được tốc độ (ASDs) thay cho cách truyền thống
b) Hệ truyền động điều khiển được tốc độ có những ưu điểm sau, giúp ta khắc phục những bất lợi khi so với các hệ truyền thống:
- Tiết kiệm năng lượng
- Hiệu suất cao
- Kiểm soát quá trình điều khiển một cách hiệu quả
- Điều khiển được tốc độ thích hợp, tùy thuộc vào yêu cầu
- Thuận tiện cho việc tự động hóa
- Điều khiển đa động cơ
6 How do ASDs save energy in air conditioning and heat pump systems ?
Some adjustable speed driven applications use less energy than fixed-speed operated loads, variable-torque centrifugal fan and pump loads are the world's most energy-intensive Since most of the energy used for such fan and pump loads is currently derived by fixed-speed machines, use of efficient adjustable speed drives for these loads in retrofitted or new applications offers the most future energy savings
potential For example, when a fan is driven directly by a fixed-speed motor, the airflow is invariably higher than it needs to be Airflow can be regulated using a damper but it is more efficient to directly regulate fan motor speed According to affinity laws motor-regulated reduction of fan speed to 50% of full speed can thus result in a power consumption drop to about 12.5% of full power
With air conditioners, low speed compressor operation is equivalent to having a smaller compressor and correspondingly oversized heat exchangers, resulting in lower temperature differences and respectively higher equipment efficiencies These benefits translate to lower energy bills, better controllability and overall smoother operation, greater equipment reliability, and appliances equipped with ASDs lend themselves to demand response (DR) programs
Trang 37 What is the role of ASDs in industrial systems?
In the process industry today, electronically controlled adjustable-speed drives (ASDs), shown in Fig 1-2b, control the pump speed to match the flow requirement Systems with adjustable-speed drives are much easier to automate, and offer much higher energy efficiency and lower maintenance than the traditional systems with throttling valves
These improvements are not limited to the process industry Electric drives for speed and position control are increasingly being used in a variety of manufacturing,
heating, ventilating and air conditioning (HVAC), and transportation systems
Câu 8 Có nhiều đề xuất để tích lũy năng lượng trong 1
bánh đà để cân bằng tải tỏng hệ thống Trong thời gian không cao điểm vào ban đêm, những bánh đà sẽ được hoạt động với tốc độ cao Vào thời gian cao điểm năng lượng này sẽ được cung cấp trờ lại hệ thống Làm thế nào để áp dụng bộ ADS vào đề xuất này?
Trả lời:
Đầu tiên ta tìm hiểu về bánh đà, Bánh đà là một thiết bị cơ khí quay được sử dụng để lưu trữ năng lượng quay Bánh đà có mô-men quán tính lớn, và do đó chống lại sự thay đổi tốc độ quay Lượng năng lượng được lưu trữ trong một bánh đà tỉ lệ với bình phương tốc
độ quay của nó Năng lượng được chuyển giao cho một bánh đà bằng cách áp dụng mô-men xoắn đối với nó, do đó gây ra tốc độ quay của nó, và do đó năng lượng lưu trữ của
nó, gia tăng Ngược lại, bánh đà giải phóng năng lượng được lưu trữ bằng cách áp mô-men xoắn đến tải cơ khí, kết quả làm tốc độ quay giảm Như vậy bộ điều chỉnh tốc độ động cơ ADS sẽ được ứng dụng như sau:
Vào các thời điểm như giữa trưa, ban đêm, bộ ADS sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ gắn với bánh đà ở tốc độ cao, giúp bánh đà tích lũy 1 momen quán tính lớn, đến thời gian cao
Trang 4điểm vào chiều tối hay sáng sớm, bộ ADS sẽ giảm tốc độ động cơ lúc này bánh đà đã tích lũy 1 momen lớn và sẽ phát điện trở lại hệ thống Phương pháp này giúp cân bằng hệ thống trong những thời điểm quá tải, giúp gánh 1 phần điện áp vào thời gian cao điểm
Câu 10: Liệt kê một vài ví dụ cụ thể từ các ứng dụng được
đề cập trong phần 1-4 gần gủi với cuộc sống hằng ngày của bạn.
Trả lời:
1 Ứng dụng để tiết kiệm năng lượng: có thể nói đến các bồ điều chỉnh tốc độ của các máy bơm nước trong công nghiệp để thay đổi tốc độ giúp giảm hao phí cơ năng qua đó tiết kiệm năng lượng
2 Bơm nhiệt và điều hòa không khí: cái này chưa thấy ở VN
3 Máy bơm, máy thổi khí, quạt: Những chiếc quạt hiện này, người ta thường chế tạo thêm chức năng save energy hoặc natural mode, những chức này giúp quạt hoạt động với nhiều tốc độ trong 1 vòng quay, với các tính toán cơ học, quạt máy này vẫn tạo ra luồng khí làm mát cho người dùng như tiết kiệm được 20-30% năng lượng nhờ áp dụng việc thay đổi tốc độ của quạt
4 Khai thác năng lượng gió: Năng lượng từ gió tạo ra luôn thay đổi liên tục vì thế điện áp của nó không đều và kho hòa tải nhưng nhờ áp dụng việc thay đổi được tốc độ của motor giúp điện áp này được tích lũy và hòa vài lưới điện
Câu 11
Những môn học khác nhau nào quyết định học tập và thiết kế hệ thống truyền động điện
Trả lời:
Nhiều ngành học khác nhau nhưng quan trọng vẫn là: điện –điện tử, cơ khí, cơ điện tử
Problem 1-2: Liệt kê các loại thiết bị truyền động điện, ứng dụng, tốc độ của nó.
Trả lời: Bộ biến đổi (biến đổi loại dòng điện, điện áp, tần số…), động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại), dây chuyền ( truyền lực từ động cơ điện dến cơ cấu sản xuất…), công tắc điều khiển (điều khiển các bộ biến đổi, động cơ…)
Trang 5BÀI TẬP CHƯƠNG 2 Bài 2.3
M=1400 kg
u = 50km/h = 13.9m/s
Động năng của xe là:
1
Động năng của xe sau khi giảm tốc còn u’=10km/h=208m/s
Bài 2.4
r=0.09m ; JM=0.01kg/m2
M=1kg; u0=0; u1=1m/s; t=5s
Tốc độ quay của động cơ:
1
1
1 11.1( / ) 0.09
m
u
rad s r
Gia tốc góc của động cơ :
2
5
d
rad s
Momen điện từ của động cơ sinh ra:
0.01*2.22 0.09 *1* 2.22 0.04
Bài 2.7
2
[J ( L ) ] M ( M)
d
dt
Do bỏ qua TL và L L M
M
d
dt
500
72.1 1
1.2*3 *10
3
72.1
(chọn c=0)
Mà: L d 72.1t
dt
72.1
36.05
Trang 6Với 300 6 0.12( )
6 t 36.05 36.05 s
Bài 2.8
600 628.3 /
w
0.3
2
xe
d
r m (theo ví dụ 2.6)
150 / 41.7 /
xe
Tốc độ góc của bánh xe:
41.7
0.3
xe
xe
xe
u
rad s r
Ta có: r1M r2xe
Nên tỉ số bánh răng là: 1
2
139
0.22 628.3
xe M
r r
Theo ví dụ 2.8 công suất của động cơ là: PM=2.87 kW Momen động cơ là:
3
2.87*10
4.57 628.3
M M M
P
Bài 2.9
Tỉ số bánh răng tối ưu:
1
2
40
60
M
opt
L
Bài 2.11
JM = 0.01 kgm2 -> Cu = 0.01 (F)
2
2.22(rad/ s )
L
M
J
d
dt
-> dv t( ) 2.22
dt (v/s)
JL = M.r2 = 0.092.1 = 8.1x10-3 -> Cu = 8.1x10-3 (F)
Dòng điện qua tụ CM
M
C
i = CMdv t( )
dt = 0.01x2.22 = 0.0222 (A)
Dòng điện qua tụ C1
1
C
i = C1dv t( )
dt = 8.1x10-3x2.22 = 0.01798 (A)
Vậy i = i C M + i C1= 0.04 (A) -> T C M = 0.04 Nm
Trang 7CHAPTER 3: REVIEW OF BASIC ELECTRIC CIRCUITS
3.1 Calculate the rms values of currents with the waveforms shown in Fig P3-1
Figure P3-1 Current waveforms
Bài làm:
Công thức tính giá trị hiệu dụng:
t T
RMS
t
T
+ Ở hình đầu tiên:
+ Ở hình thứ 2:
u
2
0
A
A
A
A
t
0
A
A
A
A
0
Trang 8u 2 u
u u
3-4 Repeat Problem 3-3 using the phasor-domain analysis
Problem 3-3: The series R-L-C circuit of Fig 3-3a is in a sinusoidal steady state at a frequency of 60 Hz V=120 V, R=1.5 , L=20 mH and C=100 F Calculate i(t) in this circuit by solving the differential equation Eq 3-3
Bài làm:
Giả sử: V 120 2 0
3
1
2 60.100.10 1.5 j19 19.06 85.5
Z 19.06 85.5
3-6 In the circuit of Fig 3.5 in Example 3-2, show that the real and reactive powers supplied at the terminals equal the sum of their individual components, that is
k k k k
PI R and QI X
Bài làm:
Từ kết quả Ex3-2, ta có:
I 1 25 29 A
Trang 9V ab V 1 I (R 1 1 jX ) 169.7 0 1 (25.0 29 )(0.3 j.0.5)
157.25 2.66 (V)
2 ab
2 2
m ab
m
k 2 k 1 2 1 2 2 2 2 2
k
k k 1 1 2 2 m m
k
938 VAr
3-11 Repeat Problem 3-9, assuming a delta-connected load
Problem 3-9 A balance three-phase inductive load is supplied in steady state by a balanced three-phase voltage source with a phase voltage of 120 V rms The load draws a total 10 kW at a power factor of 0.9 Calculate the rms value of the phase currents and magnitude of the per-phase load impedance, assuming a wye-connected load Draw a phasor diagram showing all three voltages and current
Bài làm:
Ta có: P=3.V1p.Ip.PF, suy ra:
Trang 10
3 p
1p
p
1p p Y
Giản đồ vector:
3.14: Repeat Problem 3-11 in sinusoidal steady state by means of computer simulator
Song điện áp theo oscilloscope:
