Đề bài môn Truyền động điện HAUI đề bài.docx

Câu 1 Trình bày cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện Trả lời Động cơ (Đ) có thế được nối trực tiếp vào lưới điện công nghiệp hoặc cũng có thể được nối vào bộ nguồn riêng, gọi là thiết bị b.

Câu 1:Trình bày cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện

Trả lời:

Động cơ (Đ) có thế được nối trực tiếp vào lưới điện công nghiệp hoặc cũng có thể được nối vào bộ nguồn riêng, gọi là thiết bị biến đổi (BĐ) để tạo ra dạng điện năng cần thiết với những thông số phù hợp với yêu cầu của động cơ

Có thể mô tả khái quát cấu trúc của hệ truyền động điện bằng sơ đồ khối (hình 1.4) Ngoài các khâu đã giới thiệu ở các ví dụ trên còn có bộ điều khiển (ĐK)

để đóng cắt, bảo vệ và điều khiển toàn bộ hệ thống

Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia các khâu của hệ truyền động điện thành hai phần: Phần điện và phần cơ

- Phần điện gồm: Lưới điện, bộ biến đổi (BĐ), mạch điện từ của động cơ và các thiết bị điều khiển (ĐK);

- Phần cơ gồm: Rô to và trục động cơ, khâu truyền lực (TL), và cơ cấu công tác

Câu 2:

Ta có các trường hợp sau (hình 1.6):

ĐK

Lệnh đặt

Lưới điện

Hình 1.4 Cấu trúc của hệ truyền động điện

q=2

q=1

q =0 q=-1

ω

Mc

Hình 1.6 Đặc tính cơ của phụ tải ωđm

- Khi q=0, M c =M đm, là đặc tính của các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt;

- Khi q=1, mô men cản tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, đây là mô men cản do

lực ma sát nhớt gây ra, hoặc mô men cản do máy phát điện gây ra trên trục động

cơ sơ cấp;

- Khi q=2, mô men cản tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của máy bơm,

quạt gió các máy có cơ cấu công tác dạng cánh quạt, chân vịt;

- Khi q=-1, mô men cản tỷ lệ nghịch với tốc độ, là đặc tính của các cơ cấu

máy ly tâm, cơ cấu dịch chuyển, máy cuộn, truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại

Câu 3: trình bày ảnh hưởng của các thông số

- Phương tình đặc tính cơ độgn cơ 1 chiều kích từ độc lập:

KΦΦ −

R+Rf

( KΦ Φ )2 M

Trong đó:

 U: điện áp phần ứng động cơ(V)

 R: điện trở mạch phần ứng

 R f: điện trở phụ mạch phần ứng

 Φ : từ thông mạch phần ứng

 K: hệ số kết cấu của động cơ

 ω: tốc đọ của động cơ

- Từ đó suy ra:

+ Điện áp phần ứng tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ

+ Điện trở phụ mạch phần ứng tỷ lệ nghịch với tốc độ của động cơ

Câu 4: Trình bày trạng thái hãm động năng

1 Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω>ω0) Khi hãm tái sinh thì Eư>Uư, động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới

Dòng điện đổi chiều so với trạng thái động cơ ( I­= U­− E­

R­ <0), mô men

động cơ cũng đổi chiều (M=KΦ.Iư <0) và ngược chiều với tốc độ, động cơ biến thành bộ hãm

So với trạng thái động cơ, mạch điện của động cơ ở trạng thái hãm tái sinh không có gì thay đổi Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ vẫn được áp dụng nhưng phải đổi dấu của Iư và M

ω= U ­ KΦΦ−

R ­ KΦΦ .|I|­

ω= U ­ KΦΦ−

R ­ ( KΦΦ)2.|M|

z Đặc tính cơ ở trạng thái hãm nằm ở góc phần tư thứ hai và thứ tư của mặt phẳng [M,ω].Tuỳ theo dạng năng lượng cấp cho động cơ khi hãm ta có các trường hợp hãm khác nhau: hãm tái sinh do thế năng và hãm tái sinh do động năng

2 Hãm ngược

Hãm ngược là trạng thái làm việc của truyền động điện, trong đó động cơ điện nhận cả điện năng và cơ năng tạo ra mô men hãm Mh có chiều ngược với chiều quay Tuỳ theo dạng năng lượng cấp cho động cơ khi hãm mà ta có hãm ngược do thế năng và hãm ngược do động năng

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng

cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng và tiêu tán trên điện trở Rh dưới dạng nhiệt Trong quá trình biến đổi đó

nó tạo ra mô men ngược chiều tốc độ và gây tác dụng hãm

Câu 5: Trình bày cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên

Ta có thể vẽ được đặc tính cơ và đặc tính cơ điện tự nhiên nhờ các số liệu của động cơ như công suất định mức Pđm, tốc độ định mức ωđm, điện áp định mức

Uđm, dòng điện định mức Iđm, hiệu suất định mức ηđm, điện trở phần ứng Rư

Vì đặc tính của động cơ là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm: điểm không tải [0, ω0] và điểm định mức [Mđm, ωđm] hoặc [Iđm, ωđm], cũng có thể dùng điểm không tải và điểm ngắn mạch [Mnm, 0] hoặc [Inm, 0] Tọa độ các điểm nêu trên được xác định như sau:

- Tốc độ không tải: ω0=

U đm KΦΦ đm với KΦΦ đm=U đm−R ­ I đm

ω đm

P đm.1000

ω đm

- Mô men điện từ: M đm=KΦΦ đm I đm

- Dòng điện ngắn mạch: I nm=U đm

R ­

- Mô men ngắn mạch: M nm=KΦΦ đm.U đm

R ­

Thường người ta vẽ các đặc tính tự nhiên qua điểm không tải và điểm định mức, ta được đồ thị như hình 2.3

Câu 6: Trình bày cách vẽ đặc tính cơ nhân tạo

- Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ dặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0,ω0] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [M nt, ω nt]

- Tốc độ góc nhân tạo ωnt ứng với mô-men định mức:

ωnt= Uđm

KΦΦđm−

R+Rf

Hình 2.3 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ điện một chiều

kích từ độc lập

M Mnm

ω ω0

I­

I m đm ωđm

0

Câu 7: mục đích của việc mắc điện trở phụ liệt kê các pp tính điện trở phụ khi khở động.

- Mục đích: giảm dòng điện khởi động để tránh hiện tượng sụt áp

- Có 2 phương pháp tính điện trở phụ khi khởi động

 phương pháp đồ thị

 phương pháp gỉai tích

Câu 8: Sự cố xảy ra ở động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi mất dòng điện kích

từ và giải thích

Câu 9: Trình bày ảnh hưởng của các thông số:

Câu 11: Trình bày cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha:

- Khi cho trước công suất định mức Pđm (KW), tốc độ định mức nđm (vg/ph), hệ số

mô men cực đại (mô men tới hạn) λ=Mth/Mđm và biết tốc độ từ trường quay ω1, ta có:

ωđm= 2 πnnđm

60 =

nđm

9 , 55 ( rad/s ) ;

sđm= ω1− ωđm

ωđm đm

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

M Mth S

M’nm Mnm Mđm m s=1 sth

s=­0 ω ω1

ω=0

1 2

tn (Rf=0) (Rf ≠ 0)

ωđm

-Thay các giá trị M=Mđm và Mth=λ Mđm ta rút ra biểu thức xác định độ trượt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên:

th đm

s s     1

- Cuối cùng ta thay Mth và sth vào (2.92) ta được phương trình của đặc tính cơ tự nhiên

Nếu tuyến tính hoá đoạn công tác của đặc tính này qua điểm không tải lý tưởng và điểm định mức (đường 2 trên hình 2.31) thì có thể biểu thị đặc tính cơ tự nhiên bằng phương trình:

M

M đm=

s

s đm hoặc M=

M đm

-Như vậy một cách gần đúng ta có độ cứng đặc tính cơ trong đoạn công tác là:

đm

   

và

1 đm

  

=>Ta thấy độ cứng đặc tính cơ tự nhi ên tỷ lệ nghịch với độ trượt định mức

Câu 14: Cho hệ truyền động điện chỉnh lưu – động cơ một chiều kích từ độc lập

(Hệ CL-Đ)

1.Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý, nêu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Sơ đồ nguyên lý:

ωt ωt ωt

ωt

α α

α

tx tx

tx

iT3

0

0

0

0

Ud

u2c u2b

b)

c)

d) iư

iư

Uđ +

-α

α

α

U2a U2b U2c

U2

U1

T1 T2 T3

KL XF

Uđ k

Đ iđ=iư

BA

u 2a

- Khi đặt điện áp nguồn xoay chiều vào biến áp, các điện áp pha thứ cấp u2a, u2b, u2c

xoay chiều hình sin đặt lên anốt của các tiristo T1, T2, T3 Nếu các tiristo này nhận được các xung điện áp dương trên cực điều khiển vào lúc anốt của chúng dương hơn catốt thì chúng sẽ thông, và trên hai đầu phần ứng động cơ sẽ nhận được điện

áp uCL - gọi là điện áp chỉnh lưu, có dạng nhấp nhô theo các đỉnh hình sin của điện

áp thứ cấp máy biến áp Điện áp nhấp nhô uCL sẽ tạo ra dòng điện iư trong phần ứng động cơ cũng có dạng nhấp nhô Như vậy điện áp chỉnh lưu có chứa thành phần một chiều Ud và thành phần xoay chiều Ud~. Tuy nhiên chỉ có thành phần một chiều

Ud tạo ra dòng điện thuần một chiều Id và mô men động cơ

Phương trình đặc tính cơ của hệ ở trạng thái dòng điện liên tục

Ta xét trường hợp dòng điện phần ứng chảy liên tục theo thời gian Đây là trạng thái làm việc chủ yếu của hệ CL-Đ, trong đó dòng điện qua van này chưa tắt thì van kế tiếp đã mở

Từ sơ đồ thay thế, viết phương trình cân bằng điện áp và thay E=KΦω ta được:

ω= E d KΦΦ−

R ­ KΦΦ I ­=

E d KΦΦ−

R ­

(KΦΦ )2M

Trong đó: Rưt=Rư+RCL - điện trở tổng của mạch phần ứng

Thay Ed=Ud0.cosα=KCL.Uđk ta được phương trình đặc tính cơ của hệ

ω= U d 0 KΦΦ cos α −

R ­ t

KΦΦ I ­=

U d 0 KΦΦ cos α−

R ­ t

(KΦΦ )2M

KΦ CL KΦΦ U đk−

R ­ KΦΦ I ­=

KΦ CL KΦΦ U đk−

R ­

(KΦΦ )2M

Vậy đặc tính cơ của động cơ trong hệ CL-Đ ở trạng thái dòng điện liên tục là những đường thẳng song song như trên hình 3.19

Hình 3.17 Hệ CL-Đ không đảo chiều

b, c, d) Đồ thị điện áp, dòng điện và xung mở van a) Sơ đồ nguyên lý

ω

ω0ma x ω0.i

- ω0.i

- ω0max

0

Uđkmax; α=0; + Ud0

Uđk=0; α=π/2; Ed=0 TS

- Uđkmax

ĐN

Câu 15: Cho hệ truyền động điện xung áp – động cơ một chiều kích từ độc lập (Hệ

XA-Đ)

1.Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý, nêu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Sơ đồ nguyên lý:

Phần chủ yếu của sơ đồ nguyên lý là một bộ nguồn một chiều U, khoá điều khiển

K, động cơ Đ và van điốt đệm V0.

Khi K đóng, Uư=U, dòng điện chạy từ nguồn vào cuộn dây phần ứng tăng dần theo hàm mũ (i1); khi K ngắt động cơ được cắt ra khỏi nguồn U và đóng kín mạch qua điốt V0, dòng điện được duy trì nhờ năng lượng tích luỹ trong điện cảm của mạch phần ứng, và nó sẽ giảm dần cũng theo hàm số mũ (i2) Nếu điện cảm của mạch đủ lớn, dòng điện sẽ được duy trì cho đến chu kỳ sau, ta được dạng dòng điện hình răng cưa i=f(t) liên tục như trên hình 3.26c Người ta gọi đây là chế độ dòng điện liên tục

Hình 3.26 Hệ điều chỉnh xung điện áp động cơ (ĐAX-Đ)

TCK

b)

c)

t

t

t3 t2 t1

Itb=Iư iư

iư

Imax Imin

u U eb

0 0

0

i1 i2

Utb=Eb

a) Sơ đồ nguyên lý

U

~

-K

Eb V0

Iư

E Rư Lư

b, c, d) Đồ thị điện áp và dòng điện phần ứng

Hình 3.19 Đặc tính cơ của động cơ trong hệ CL-Đ không đảo chiều

Vì dòng điện biến thiên theo thời gian, nên mô men và tốc độ động cơ cũng đều biến thiên theo thời gian và hệ thống không có trạng thái xác lập tĩnh

-Phương pháp điều khiển

Để điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ, ta cần thay đổi giá trị trung bình của điện áp hoặc sức điện động của bộ băm xung, tức là phải thay đổi độ rộng

xung điện áp γ Từ biểu thức γ=

t đ

T CKΦ=t đ f x

ta thấy có ba phương pháp điều khiển:

- Phương pháp điều rộng: điều khiển bằng cách thay đổi thời gian đóng khoá

tđ và giữ TCK (fx) không đổi Đây là phương pháp đơn giản và hay dùng nhất;

- Phương pháp điều tần: điều khiển bằng cách thay đổi thời gian chu kỳ xung: fx=var và giữ tđ=const;

- Phương pháp hỗn hợp: vừa thay đổi tần số xung, vừa thay đổi khoảng đóng của khoá tđ

2 Thành lập phương trình đặc tính cơ của hệ truyền động điện:

Ở chế độ dòng điện liên tục, các đại lượng trong hệ được tính toán theo giá trị trung bình:

- Điện áp hoặc sức điện động trung bình của bộ nguồn băm xung:

E b=U tb=U t đ

T CKΦ=γ U

(3.46)

Trong đó: γ=

t đ

T CKΦ=t đ f x

là độ rộng xung

Với

f x= 1

T CKΦ [Hz] là tần số xung điện áp đặt lên động cơ.

- Dòng điện phần ứng trung bình là:

b tb

  

­

Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cũng tương tự như ở các hệ F-Đ

và CL-Đ đã xét:

ω= γU KΦΦ−

R ­ KΦΦ I ­= γU

KΦΦ−

R ­

(KΦΦ )2M =ω0−

M

β b (3.48)

- trong đó tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào độ rộng xung γ:

ω0= γU

Câu 16: Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý hệ truyền đông điện một chiều có

phản hồi âm tốc độ, chứng minh phản hồi âm tốc độ ổn định được tốc độ làm việc của hệ truyền động điện:

Đ

FT

BĐ

Upω

~

Uđω +

-CKT

Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ một chiều phản hồi âm tốc độ

- Giải thích: Đại lượng được điều chỉnh ω sẽ được đo lường nhờ bộ cảm biến là

máy phát tốc FT lắp trên trục động cơ, điện áp ra của nó tỷ lệ với tốc độ động cơ và được dùng làm tín hiệu phản hồi tốc độ

Từ sơ đồ nguyên lý ta có:

ω

0

Hình 3.27 Đặc tính cơ của hệ ĐAX-Đ

ω0max

ω’02 ω’01

(M) Iư γ1=1

γ5=0

γ2 γ3 γ4 0

Vùng dòng

gián đoạn

Trong đó: Kpω - hệ số phản hồi tốc độ (ở đây nó bằng hệ số khuếch đại của máy phát tốc Kpω=KFT)

Điện áp điều khiển đưa vào mạch khống chế của bộ biến đổi sẽ là:

-Chứng minh: Từ biểu thức (3.26) ta thấy: nếu vì một nguyên nhân nào đó

mà tốc độ của động cơ tăng lên chẳng hạn thì Uđk sẽ giảm xuống, làm cho sức điện động của bộ biến đổi (Eb=Kb.Uđk) giảm theo, kết quả là tốc độ động cơ sẽ giảm trở

về giá trị cũ (giá trị đặt)

Câu 17: Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý hệ truyền đông điện một chiều có phản

hồi dương dòng điện phần ứng, chứng minh phản hồi dương dòng điện phần ứng

ổn định được tốc độ làm việc của hệ truyền động điện:

- Giải thích: Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình 3.11 Để lấy tín hiệu

phản hồi tỷ lệ với dòng điện Iư người ta dùng một điện trở có giá trị không đổi theo nhiệt độ Rđo nối trong mạch phần ứng Điện áp rơi trên Rđo do Iư gây ra sẽ tỷ lệ với

Iư và được dùng làm điện áp phản hồi dòng điện

Đ

Upi

+

~

Rđo

Iư

Uiđ

Từ sơ đồ nguyên lý ta có:

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện một chiều

có phản hồi dương dòng điện

Upi=U=Rđo.Iư=Kpi.Iư (3.27) Trong đó:

Kpi - hệ số phản hồi dòng điện, trong trường hợp này nó bằng điện trở đo (Kpi=Rđo)

Điện áp phản hồi được nối cùng cực tính với điện áp đặt, do đó ta được biểu thức của Uđk:

-Chứng minh: Giả sử khi phụ tải Mc của động cơ tăng lên, mô men của động cơ sẽ tăng theo để tự cân bằng theo nguyên lý ổn định tĩnh, dòng điện phần ứng sẽ tăng theo một cách tỷ lệ, còn tốc độ động cơ bị giảm xuống theo quan hệ đặc tính cơ Đồng thời điện áp phản hồi dòng (Upi=Kpi.Iư) cũng tăng lên, do đó Uđk

tăng lên theo, kết quả là sức điện động của bộ biến đổi Eb tăng và tốc độ sẽ tăng trở lại giá trị đặt với một độ chính xác nào đó

Câu 18: Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý hệ truyền đông điện một chiều có

phản hồi âm điện áp phần ứng, chứng minh phản hồi âm điện áp phần ứng ổn định được tốc độ làm việc của hệ truyền động điện:

Câu 20: Cho hệ truyền động điện điều chỉnh điện áp stato động cơ không đồng bộ

ba pha rô to lồng sóc sử dụng bộ điều áp xoay chiều ba pha:

1 Thành lập phương trình đặc tính cơ của hệ, vẽ đặc tính cơ điều chỉnh, bỏ qua điện trở của các van công suất khi dẫn:

Câu 21: Cho hệ truyền động điện biến tần nguồn áp – động cơ KĐB ba pha Dây

quấn stato đấu Y:

1 Vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện một chiều có phản hồi âm điện áp

Đ BĐ

Uđ

Uđk

ω

~

R1

Iư

+ - UphU

R2

- Khâu chỉnh lưu: có chức năng biến đổi điện xoay chiều (từ lưới điện có

U1= const và f1= const) thành điện một chiều có điện áp Ud (điều chỉnh hoặc không điều chỉnh)

- Khâu nghịch lưu: làm nhiệm vụ biến đổi điện một chiều Ud và Id thành điện xoay chiều ba pha có tần số thay đổi theo yêu cầu để cấp vào stato động cơ

- Khâu lọc: có tác dụng làm giảm sự đập mạch của điện áp Ud và dòng điện

Id sau chỉnh lưu

Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+

-Đ

+

f1 var

Ud Iđ

const fℓ

Hình 4.15 Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Lọc CL

Uℓ

~

+