Bài tập chương 1, 2, 3 giải bài tập sách truyền động điện ned mohan

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...

Chương Câu 1: Hệ truyền động điện gì? Vẽ sơ đồ khối giải thích vai trị thành phần Trả lời: Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi điện thành (và ngược lại), gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo yêu cầu Sơ đồ khối hệ truyền động điện: - Bộ biến đổi: dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Động điện: dùng để biến đổi điện thành năng, ngược lại (khi hãm điện) Bộ điều khiển: để điều khiển đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi Nó loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Câu 2: Cách tiếp cận truyền thống để kiểm soát tốc độ dịng chảy q trình cơng nghiệp gì? Những bất lợi mà ta khắc phục cách sử dụng hệ truyền động điều khiển tốc độ gì? Trả lời: a) Theo truyền thống, động vận hành không điều khiển, chạy tốc độ khơng đổi Ví dụ, máy bơm chạy với tốc độ khơng đổi, có van tiết lưu điều khiển tốc độ dòng chảy Các chế van tiết lưu nhìn chung phức tạp để thực trình tự động gây lãng phí lượng lượng lớn Trong trình cơng nghiệp nay, người ta sử dụng hệ truyền động điều khiển tốc độ (ASDs) thay cho cách truyền thống b) Hệ truyền động điều khiển tốc độ có ưu điểm sau, giúp ta khắc phục bất lợi so với hệ truyền thống: - Tiết kiệm lượng Hiệu suất cao Kiểm sốt q trình điều khiển cách hiệu Điều khiển tốc độ thích hợp, tùy thuộc vào yêu cầu Thuận tiện cho việc tự động hóa Điều khiển đa động How 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 energyintensive 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 7 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 Có nhiều đề xuất để tích lũy lượng bánh đà để cân tải tỏng hệ thống Trong thời gian không cao điểm vào ban đêm, bánh đà hoạt động với tốc độ cao Vào thời gian cao điểm lượng cung cấp trờ lại hệ thống Làm để áp dụng ADS vào đề xuất này? Trả lời: Đầu tiên ta tìm hiểu bánh đà, Bánh đà thiết bị khí quay sử dụng để lưu trữ lượng quay Bánh đà có mơ-men qn tính lớn, chống lại thay đổi tốc độ quay Lượng lượng lưu trữ bánh đà tỉ lệ với bình phương tốc độ quay Năng lượng chuyển giao cho bánh đà cách áp dụng mơmen xoắn nó, gây tốc độ quay nó, lượng lưu trữ nó, gia tăng Ngược lại, bánh đà giải phóng lượng lưu trữ cách áp mơmen xoắn đến tải khí, kết làm tốc độ quay giảm Như điều chỉnh tốc độ động ADS ứng dụng sau: Vào thời điểm trưa, ban đêm, ADS điều chỉnh tốc độ động gắn với bánh đà tốc độ cao, giúp bánh đà tích lũy momen quán tính lớn, đến thời gian cao điểm vào chiều tối hay sáng sớm, ADS giảm tốc độ động lúc bánh đà tích lũy momen lớn phát điện trở lại hệ thống Phương pháp giúp cân hệ thống thời điểm tải, giúp gánh phần điện áp vào thời gian cao điểm Câu 10: Liệt kê vài ví dụ cụ thể từ ứng dụng đề cập phần 1-4 gần gủi với sống ngày bạn Trả lời: Ứng dụng để tiết kiệm lượng: nói đến bồ điều chỉnh tốc độ máy bơm nước công nghiệp để thay đổi tốc độ giúp giảm hao phí qua tiết kiệm lượng Bơm nhiệt điều hịa khơng khí: chưa thấy VN Máy bơm, máy thổi khí, quạt: Những quạt này, người ta thường chế tạo thêm chức save energy natural mode, chức giúp quạt hoạt động với nhiều tốc độ vòng quay, với tính tốn học, quạt máy tạo luồng khí làm mát cho người dùng tiết kiệm 20-30% lượng nhờ áp dụng việc thay đổi tốc độ quạt Khai thác lượng gió: Năng lượng từ gió tạo ln thay đổi liên tục điện áp khơng kho hòa tải nhờ áp dụng việc thay đổi tốc độ motor giúp điện áp tích lũy hịa vài lưới điện Câu 11 Những môn học khác định học tập thiết kế hệ thống truyền động điện Trả lời: Nhiều ngành học khác quan trọng là: điện –điện tử, khí, điện tử Problem 1-2: Liệt kê loại thiết bị truyền động điện, ứng dụng, tốc độ Trả lời: Bộ biến đổi (biến đổi loại dòng điện, điện áp, tần số…), động điện (biến đổi điện thành ngược lại), dây chuyền ( truyền lực từ động điện dến cấu sản xuất…), công tắc điều khiển (điều khiển biến đổi, động cơ…) BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 2.3 M=1400 kg u = 50km/h = 13.9m/s Động xe là: w1 = 1 Mu = *1400*13.9 = 135247 J 2 Động xe sau giảm tốc u’=10km/h=208m/s w'= 1 Mu '2 = *1400* 2.82 = 5488 J 2 Bài 2.4 r=0.09m ; JM=0.01kg/m2 M=1kg; u0=0; u1=1m/s; t=5s Tốc độ quay động cơ: ωm1 = u1 = = 11.1(rad / s ) r 0.09 Gia tốc góc động : ε= dωm ωm1 − ωm 11.1 = = = 2.22( rad / s ) dt t Momen điện từ động sinh ra: Tem = J mε + r M ε = 0.01* 2.22 + 0.092 *1* 2.22 = 0.04 Nm Bài 2.7 ωL dω ω ) J L ] M + ( M )TL ωM dt ωL d ω L ω L d ωM Do bỏ qua TL dt = ω dt nên M ωM ωM d ωL Tem = [J M + JL] ωL ω L dt d ωL Tem 500 ⇒ = = = 72.1 ω ω dt J M M + M J L 1.2*3 + *10 ωL ωL ⇒ ωL = 72.1t (chọn c=0) dϕ = 72.1t Mà: ωL = dt 72.1 ⇒ϕ = t = 36.05t (chọn c=0) Tem = [J M + ( π π ϕ Với ϕ = 300 = ⇒ t = = 0.12( s ) = 36.05 36.05 Bài 2.8 ωm = 600rpm = 628.3rad / s dw = 0.3m (theo ví dụ 2.6) u xe = 150km / h = 41.7 m / s rxe = Tốc độ góc bánh xe: u xe 41.7 = = 139rad / s rxe 0.3 Ta có: r1ωM = r2ωxe r1 ωxe 139 Nên tỉ số bánh là: r = ω = 628.3 = 0.22 M ωxe = Theo ví dụ 2.8 cơng suất động là: PM=2.87 kW Momen động là: TM = PM 2.87 *103 = = 4.57 Nm ωM 628.3 Bài 2.9 Tỉ số bánh tối ưu: r ( )opt = r2 JM 40 = = 0.816 JL 60 Bài 2.11 JM = 0.01 kgm2 -> Cu = 0.01 (F) d ωM = 2.22(rad/ s ) -> dt J L dv(t ) = 2.22 (v/s) dt JL = M.r2 = 0.092.1 = 8.1x10-3 -> Cu = 8.1x10-3 (F) Dòng điện qua tụ CM iCM = CM dv(t ) = 0.01x2.22 = 0.0222 (A) dt Dòng điện qua tụ C1 dv(t ) = 8.1x10-3x2.22 = 0.01798 (A) dt i Vậy i = CM + iC1 = 0.04 (A) -> TCM = 0.04 Nm iC1 = C1 CHAPTER 3: REVIEW OF BASIC ELECTRIC CIRCUITS 3.1 Calculate the rms values of currents with the waveforms shown in Fig P3-1 A ωt A u A A Figure P3-1 Current waveforms Bài làm: Cơng thức tính giá trị hiệu dụng: I RMS = T to + T Với θ = ωt + Ở hình đầu tiên: ∫ θ i (t)dt = to θo +θ ∫ i ( θ ) dθ θo A A I RMS = 2π 2π ∫ i ( θ ) dθ = 2π 2π ∫ A dθ = 2 2π A θ0 = A 2π + Ở hình thứ 2: A A ( 2π I RMS = π− ∫ u 2 π− A dθ + u ∫ u u ( − A) dθ) = u π+ u π− π− π − 2u (A θ u + A θ u2 ) = A π+ 2π 2π 2 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 Ω , L=20 mH and C=100 µF Calculate i(t) in this circuit by solving the differential equation Eq 3-3 Bài làm: Giả sử: V = 120 2∠0o Z = R + j(X L − X C ) = 1.5 + j(2π.60.20.10 −3 − ) 2π 60.100.10−6 = 1.5 − j19 = 19.06∠ − 85.5o Ω V 120 ⇒ I = I$∠θ I = = = 8.9∠ − 85.5o(A) o 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 P = ∑ I k2 R k and Q = ∑ I k2 Xk k k Bài làm: Từ kết Ex3-2, ta có: I1 = 25∠ − 29o A V ab = V − I1 (R + jX1 ) = 169.7∠0o − (25.0∠ − 29 o)(0.3 + j.0.5) = 157.25∠ − 2.66o(V) V ab 157.25∠ − 2.66o I2 = = = 22.45∠ − 4.3o A R + jX + j0.2 V ab 157.25∠ − 2.66o Im = = 10.48∠ − 92.66o A jXm j15 25 22.45 P = ∑ I k2 R k = I12 R1 + I 22 R = ( )2 × 0.3 + ( ) × = 1826.5 W 2 k Q = ∑ I k2 Xk2 = I12 X1 + I 22 X + I m2 X m = ( k 25 ) × 0.5 + ( 22.45 ) × 0.2 + ( 10.48 ) × 15 = 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: Ip = P 10 × 103 = = 30.86 A × V1p × cos ϕ × 120 × 0.9 cos ϕ = 0.9 ⇒ ϕ = 25.84o ⇒ I p = 30.86 × 2∠ − 25.84o A V 1p 120 × 2∠ 0o Z∆ = = = 3.5 + j × 1.7 Ω Ip 30.86 × 2∠ − 25.84o ⇒ Z Y = × Z ∆ = 10.5 + j5.1 Ω Giản đồ vector: 3.14: Repeat Problem 3-11 in sinusoidal steady state by means of computer simulator Song điện áp theo oscilloscope: ... ( truyền lực từ động điện dến cấu sản xuất…), công tắc điều khiển (điều khiển biến đổi, động cơ…) BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 2 .3 M=1400 kg u = 50km/h = 13. 9m/s Động xe là: w1 = 1 Mu = *1400* 13. 9 = 135 247... là: điện ? ?điện tử, khí, điện tử Problem 1-2: Liệt kê loại thiết bị truyền động điện, ứng dụng, tốc độ Trả lời: Bộ biến đổi (biến đổi loại dòng điện, điện áp, tần số…), động điện (biến đổi điện. .. liên tục điện áp khơng kho hịa tải nhờ áp dụng việc thay đổi tốc độ motor giúp điện áp tích lũy hịa vài lưới điện Câu 11 Những môn học khác định học tập thiết kế hệ thống truyền động điện Trả