Bai tap Truyen dong dien chuong 2

1 Danang University of TechnologyChương 2 ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2 Danang University of Technology 2.1 Khái niệm chung Trong chương 1 đã cho ta thấy, k

Trang 1

1 Danang University of Technology

Chương 2 ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC

TRẠNG THÁI LÀM VIỆC

CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung Trong chương 1 đã cho ta thấy, khi đặt 2 đường đặc tính cơ M() và Mc() lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định được trạng thái làm việc của động cơ và của hệ truyền động điện.

Trạng thái xác lập khi M = Mcứng với giao điểm của 2 đường đặc tính M() và Mc()

Trạng thái quá độ khi M  Mcvà tốc độ chưa đạt đến xác lập:

  xl.

Khi phân tích các hệ truyền động điện, ta thường coi máy sản

xuất đã cho trước, nghĩa là coi như đã biết trước đặc tính cơ

Mc() của nó Vậy muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với

những thông số yêu cầu như tốc độ, mômen, dòng điện động

cơ, … ta phải tạo ra những đặc tính cơ của động cơ tương

ứng Muốn vậy, ta phải nắm vững phương trình đặc tính cơ

và các đặc tính cơ của các loại động cơ điện, từ đó hiểu được

phương pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với

máy sản xuất đã cho Từ đó ta điều khiển động cơ sao cho có

được các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ.

Phần cảm:

Tạo ra từ trường

Phần ứng:

phần chuyển động quay 2.2 Đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Trang 2

2.2.1 Phương trình đặc tính cơ ở chế độ xác lập

2.2.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ

1, Trường hợp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Trang 3

2, Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng

3, Trường hợp thay đổi từ thông kích từ

2.2.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ độc

lập

2.2.4 Đảo chiều quay động cơ

Muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta có thể thực hiện một trong hai cách:

+ Đảo chiều từ thông

+ Đảo chiều dòng điện phần ứng

Trang 4

13 Danang University of Technology Đặc tính cơ khi đảo chiều đối xứng nhau qua gốc tọa độ

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hãm một hệ thống TĐĐ nhằm mục đích :

 Dừng hệ TĐĐ.

 Giữ hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động.

 Giảm tốc độ hệ TĐĐ.

 Ghìm cho hệ TĐĐ làm việc với tốc độ ổn định Ví dụ: giữ tốc độ đều khi xe điện xuống dốc, khi hạ vật cẩu ở cần trục,

Các trạng thái hãm của động cơ :

 Hãm tái sinh

 Hãm ngược

 Hãm động năng

Đặc điểm chung của cả 3 trạng thái hãm: Động cơ đều làm việc ở

chế độ máy phát, biến cơ năng của động cơ đang có qua động cơ

thành điện năng để trả về lưới (hãm tái sinh) hoặc tiêu thụ thành dạng

nhiệt trên các điện trở hãm (hãm ngược, hãm động năng).

a) Hãm tái sinh

 Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng >0.

 Động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn.

R

h









0

0 0





M

o

«®

U E

I

U I

E

MC

Trang 5

Một số trường hợp xảy ra hãm tái sinh:

1) Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ: Máy sản xuất là nguồn động

lực quay rotor động cơ, làm>0.

Dòng điện đổi chiều  Mômen do động cơ sinh ra ngược với chiều chuyển

động của động cơ đang có  trở thành mômen hãm động cơ

2) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng: Mclà dạng mômen thế năng

Điện áp nguồn giảm đột ngột làm 0giảm trong khi  chưa kịp giảm Động năng tích lũy ở tốc độ cao sẽ tuôn vào động cơ và biến động cơ thành máy phát trả năng lượng về nguồn

3) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng: Mclà dạng mômen thế năng

 hạ tải

M



o

M

«®



Mk®

o

M

c

M

N©ng t¶i

H¹ t¶i

c

B

c d

b) Hãm ngược

Xảy ra khi mômen hãm của động cơ ngược chiều tốc độ quay Hai trường hợp của hãm ngược:

1) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:















h h

p u u p u u u h

I K M

R R K U R R E U I





Trang 6

2) Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:

R R

U K

R R

M K I

h

 

  









< 0



 0



= - U

-K K M

R + R f

( )2

c) Hãm động năng (Uư= 0)

1) Hãm động năng kích từ độc lập:

Động cơ đang làm việc với lưới điện, thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh Do động năng tích lũy trong động cơ nên nó vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng





 R + R h

(K )2 M

Phương trình đặc tính cơ:

K

M K I

hd hd h hd h



 

   















< 0 0

Thời điểm hãm ban đầu:

a

«®1

 Mc



o



M

«®2

Mh®2 M h®1

b2 b1

c1 c2

Rh2 Rh1

0

+

kt

§

E

I h

-Rh

2) Hãm động năng tự kích từ:

Động cơ đang làm việc với lưới điện, thực hiện cắt cả phần ứng và phần kích từ

của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh

Phương trình đặc tính cơ:

h®1 h®2

«®1

«®2



c1 c2

c M



b1

R b2

h2

 h1 R

o

a KT§

§

R h

h I E Ikt





R

h

R

kt kt 2

2.4 Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ 2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Trang 7

25 University of Ulsan(UoU)

Động cơ rôto dây quấn

Hộp đấu dây Chổi than

và giá đỡ

Rôto dây

quấn

Vành trượt

Stato Nắp máy bảo vệ vành trượt

Quạt gió Nắp quạt gió

Động cơ KĐB rotor dây quấn

Cấu tạo của động cơ 3 pha KĐB rotor dây quấn

Cấu tạo của rotor lồng sóc và

trục quay

Cấu tạo lồng sóc của rotor

Động cơ rôto lồng sóc

Trang 8

29 University of Ulsan(UoU)

Đấu dõy

230 V

400 V

Đấu sao

Tam giỏc

- Nh đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện 3 pha vào 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200trong không gian thỡ từ trờng tổng do 3 cuộn dây tạo ra là một từ trờng quay Nếu trong từ trờng quay này có đặt các thanh dẫn điện thỡ từ trờng quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức

điện động cảm ứng trong các thanh dẫn.

- Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thỡ trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải Từ trờng quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này một từ lực

có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra một mômen làm quay lồng trụ và các thanh dẫn theo chiều quay của từ trờng quay.

Cỏc giả thiết:

+ Ba pha của động cơ là đối xứng.

+ Cỏc thụng số của mạch khụng thay đổi nghĩa là khụng phụ thuộc

vào nhiệt độ, tần số, mạch từ khụng bảo hũa nờn điện khỏng khụng

thay đổi,…

+ Tổng dẫn của mạch vũng từ húa khụng thay đổi, dũng từ húa

khụng phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện ỏp đặt vào stator.

+ Bỏ qua cỏc tổn thất ma sỏt, tổn thất trong lừi thộp.

+ Điện ỏp lưới hoàn toàn sin và đối xứng.

Cỏc đại lượng mạch stator: U1, I1, R1, ….

Cỏc đại lượng mạch rotor: U2, I2, R2, ….

,

60 1

p f

n0=

Tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ, tốc độ khụng tải lý tưởng):

p f

0

2 60

2  

  

(vg/phut)

(rad/s)

Hệ số trượt:

0 2

0 2 0

0 2















n n n s

Dũng điện cảm ứng trong rotor cũng là dũng xoay chiều với tần số xỏc định qua tốc độ tương đối của rotor với từ trường quay:

Trang 9

2.4.2 Phương trình đặc tính cơ

Sơ đồ thay thế 1 pha phía stator: Các đại lượng điện ở mạch rotor

đã quy đổi về stator.

+

X

R m

m

X'2

R'2 2

o

s

I’2= KII2

X’2= KxX2

R’2= KRR2

KE= E1ph,đm/ E2ph,đm

KI= 1/ KE

KR= KX= KE/KI= K2

E

I0: Dòng điện từ hóa của động cơ

Rm: Điện trở mạch từ hóa

Xm: Điện kháng mạch từ hóa

Từ sơ đồ thay thế 1 pha phía stator, tính dòng điện rotor đã quy đổi

về stator:

 2 2 1 2 2 1

1 2

' '

'

X X s

R R

U















Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P12từ stator chuyển sang rotor thành công suất cơ Pcơvà công suất nhiệt đốt nóng cuộn dây:

P12= Pc¬+ P2

Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ của động cơ bằng mômen cơ:

Mđt= Mcơ= M

Công suất điện từ:

P12= M0= M + P2

0 2 0

2



P P







=>

Công suất nhiệt trong cuộn dây 3 pha:

P2= 3R’2I’2



























2 2 2 1 0

2 2 3

nm

ph

X s

R R s

R U M

' '



=>

Xnm= X1+ X’2: Điện kháng ngắn mạch



























2 2 2 1 0

2 2 3

nm

ph

X s

R R s

R U M

' '



Phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB biểu diễn mối quan hệ:

M = f(s) = f(s()).





0



A

Mmm

M

th



sth

 s

K

B

Mth

Trang 10

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K.





0



A

Mmm

M

th



sth



s

K

B

Mth

0



ds

dM

2 2

'

2

nm X R

R





sth=

)

1 0

2

3

nm ph

X R R

U







Mth=

Xét trong giới hạn 0 < s < 1, các

phương trình trên mang dấu “+”

KB: Đoạn khởi động.

KA: Đoạn đặc tính làm việc của động cơ.

N (Rotor speed)

Ns = Synchronism Stator

Rotor

Motor C = 0

Nn = Nominal Stator

Rotor

Motor C = Nominal Resistive C = nominal

Stator Rotor

Motor C = Maximum

Resistive C = Maximum N = minimum stable one

C ( torque )

Motor C

Resistive C

Stator Rotor

Motor C = Faulty

Resistive C = Excessive

N = Unstable

HEATING

S Nominal

Maximum C

Startup C

Đặc tính mômen – tốc độ

2.4.3 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ

p

f1

2

0=

sth= 2 2

nm X R R



'

)

1 0 2

2 3

nm ph X R R U





Mth=

Đường đặc tính cơ của động cơ KĐB được xác định bởi:

2.4.3.1 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor R’2

Trường hợp này chỉ thực hiện được với các động cơ rotor dây quấn.

sth

 

s



0



th



A



th

M M

~

R'2

0=

sth= 2 2 2

nm X R R



'

)

1 0 2

2 3

nm ph X R R U





Mth=

Không đổi

Thay đổi ~ R2

Không đổi

p

f1

2

Trang 11

2.4.3.2 Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stator: X1, R1

0=

sth=

2

nm

X

R



'

)

1

0

2

3

nm ph

X R

R

U





Mth=

Không đổi

Thay đổi giảm

p

f1

2

R 1

~

R' 2

~

X 1

2.4.3.3 Ảnh hưởng của số đôi cực p

0=

sth=

2 2 2

nm X R

R



'

)

1 0 2

2 3

nm ph X R R U





Mth=

Thay đổi

p

f1

2

Thay đổi

Thông thường, loại động cơ này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể thay đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực Tùy theo khả năng đổi nối mà động cơ có 2, 3, 4,… cấp tốc độ

Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số như điện áp pha, điện trở stator và điện kháng stator đều thay đổi

2.4.3.4 Ảnh hưởng của tần số f1

Khi thay đổi f1thì tốc độ đồng bộ 0sẽ thay đổi, đồng thời X1,X2

cũng bị thay đổi, kéo theo cả sự thay đổi của cả độ trượt tới hạn sth

và mômen tới hạn Mth.

1

f

sth ~

2

1

f

Mth ~

Để giữ từ trường khe hở là hằng số thì:

const f

U

 1 1

Ở vùng f1>f1đmthì không được tăng điện

áp nguồn cấp mà phải giữ U1ph= const

2.5.4 Khởi động động cơ không đồng bộ Nếu khởi động động cơ KĐB bằng cách đóng điện trực tiếp vào động

cơ thì do lúc đầu động cơ chưa quay, độ trượt lớn nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn

Dòng điện khởi động có giá trị đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ

Tuy dòng điện mở máy lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ

Vì vậy, cần phải có biện pháp mở máy gián tiếp đối với những động cơ công suất trung bình và lớn Mục đích: Hạn chế dòng điện và tăng mômen

mở máy

Trang 12

2.5.4.1 Phương pháp mở máy dùng điện trở phụ ở mạch rotor

Phương pháp này chỉ sử dụng được đối với động cơ rotor dây quấn

KB

K3

K2

K1

R3

R2

R1

~

2

M M



2

M

TN

3

2 1

a

f

g

2.4.4.2 Phương pháp mở máy dùng điện trở hoặc điện kháng nối

tiếp trong mạch stator

b a c

~ 3

K1 K2 K1 K2 K1 K2

b a c

K1

X1 X1

K1 K2

~ 3

K2 K1

X1 K2

2.4.4.3 Phương pháp mở máy dùng MBA tự ngẫu

§

b a c

K

~ 3

K'

K' BATN CD

2.4.4.4 Phương pháp mở máy bằng đổi nối Y - 

2.4.5 Đảo chiều quay động cơ không đồng bộ

CDA

CDB

c





Để đảo chiều quay động cơ KĐB, cần đảo chiều của từ trường quay do stator tạo ra Muốn vậy, chỉ cần đảo 2 pha bất kỳ trong 3 pha điện áp nguồn cấp của

Trang 13

2.4.6 Các đặc tính cơ khi hãm động cơ KĐB

2.4.6.1 Hãm tái sinh

Động cơ KĐB xảy ra hãm tái sinh khi tốc độ của động cơ lớn hơn tốc độ

đồng bộ: > 0.Khi xảy ra hãm tái sinh thì động cơ làm việc như một

máy phát và có trả năng lượng về nguồn



§

F N K'

K

M M

s

s=0

thF

th§

s

s=1

 

 

2 2

1

2

nm th

X R

R

s







'

)

1 0

2

3

nm

ph th

X R R

U M







2.4.6.2 Hãm ngược

Hãm ngược là khi mômen của động cơ ngược chiều với tốc độ quay Hãm ngược

có 2 trường hợp:

a) Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ lớn vào mạch rotor



M

C Mth

0 A

A

 B

D

E

M B

1

2

 E

M

A



P

C

M

M §

P

§

M

A

MC

R K KB

~

K

p



MC Mth

0

A

 B

D

E

MB

1

2

E

M

A



P

C

M

M §

P

§

M

A

M C

R

K KB

~

K

p

b) Hãm ngược bằng cách đảo chiều từ thông stator

C

1

 0

 A

MC

E

D D'

2 3

E'

E



C

M

§



M

F

M

C

M §

§

M

M C

K K

p R KB

~

Tại điểm D nếu tải là ma sát thì động cơ sẽ dừng lại khi cắt điện

Nếu là tải thế năng, động cơ sẽ tiếp tục đảo chiều quay và làm việc ổn định tại điểm E

Trang 14

2.4.6.3 Hãm động năng

Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải

cắt stator ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi cấp vào hai pha của stator dòng điện một

chiều để kích từ

+

-+

-Các cách cấp kích từ một chiều cho cuộn stator 3 pha khi hãm động

năng động cơ KĐB

Đặc tính cơ khi hãm động năng động cơ KĐB

2.6 BÀI TẬP ỨNG DỤNG

Bài 1: Cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các số liệu kỹ

thuật sau:

Pđm= 2,2 kW; Uđm= 110V; Iđm= 25,6A; nđm= 1430 vg/phút; Rư= 0,47;

a) Hãy vẽ đặc tính cơ tự nhiên của động cơ.

b) Hãy vẽ đặc tính cơ nhân tạo khi có điện trở phụ mắc trong mạch phần ứng là Rưf= 0,78;

Trang 15

Bài 2: Cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các

số liệu kỹ thuật sau:

Pđm = 16 kW; Uđm = 220V; Iđm = 70A; nđm = 1000

vg/phút; Rư= 0,28;

Động cơ đang làm việc với các thông số điện là định mức

và có điện trở phụ mắc thêm trong mạch phần ứng bằng Rưf

= 0,52 Xác định tốc độ quay của động cơ khi mômen

trên trục động cơ bằng 0,6.Mđm?

Bài 3: Tìm trị số các cấp điện trở mở máy của động cơ

điện một chiều kích từ độc lập có các thông số kỹ thuật sau:

Pđm = 13,5 kW; Uđm = 110V; Iđm= 14,5A; nđm= 1050 vg/phút;

Chọn dòng điện khởi động lớn nhất Imax = I1 = 2.4Iđm, dòng điện khởi động nhỏ nhất Imin= I2 = 1.2Iđm, mở máy với 3 cấp điện trở.

Bài 4: Hãy xác định chỉ số điện trở phụ cần thiết đóng

vào phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi

hãm động năng để dòng điện hãm ban đầu bằng 2.Iđm Biết

rằng trước khi hãm động cơ làm việc với phụ tải định

mức.

Các số liệu kỹ thuật của động cơ: Pđm= 46,5kW; Uđm=

220V; Iđm= 23,8A; nđm= 1500 vg/phút;

Bài 5: Cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các số liệu kỹ

thuật sau:

Pđm= 34 kW; Uđm= 220V; Iđm= 178A; nđm= 1580 vg/phút; Rư= 0,042.

Động cơ đang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với mômen cản trên trục Mc= Mđm, để dừng máy người ta chuyển sang chế độ hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp và trong mạch phần ứng mắc thêm điện trở phụ Rưf= 1,25

Hãy xác định trị số mômen điện từ của động cơ sinh ra ở đầu và cuối quá trình hãm?

Trang 16

Bài 6: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các

số liệu kỹ thuật sau: Pđm = 4,2 kW; Uđm= 220V; Iđm=

22,6A; nđm= 1500 vg/phút; Rư= 0,841.

Động cơ đang làm việc với các thông số định mức,

mômen cản trên trục bằng định mức và từ thông kích từ

của động cơ bằng 0,5đm Hãy xác định tốc độ quay và

dòng điện phần ứng của động cơ?

Bài 7: Xác định trị số điện trở phụ cần thiết đặt vào mạch

phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập làm việc trong chế độ hãm động năng để cho khi dòng điện trong mạch phần ứng bằng định mức thì tốc độ động cơ bằng 0,5đm.

Cho các thông số kỹ thuật: Pđm= 1,6kW; Uđm= 110V; Iđm= 19,7A; nđm= 970 vg/phút; Rư= 0,6.

Bài 8: Cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập làm

việc ở chế độ máy phát trả năng lượng về lưới (hãm tái

sinh)

Hãy xác đinh tốc độ quay của phần ứng nếu Iư= 60A, Rưf

= 0.

Các thông số kỹ thuật của động cơ:

Pđm= 29kW; Uđm= 440V; Iđm= 79A; nđm= 1000 vg/phút;

Rư= 0,278.

Bài 9: Xác định trị số ban đầu của dòng điện phần ứng khi

cắt phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ra khỏi lưới điện và đóng kín vào một điện trở 6 Trước khi cắt động cơ làm việc với mômen M = 34,4Nm và từ thông

là định mức.

Cho các số liệu kỹ thuật của động cơ:

Pđm= 6,5kW; Uđm= 220V; Iđm= 34,4A; nđm= 1500 vg/phút; Rư= 0,14.

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	3,74 MB