Tài liệu Bài tập dài môn máy điện pptx

2 Với : r1: là điện trở của dây quấn stato x1: là điện kháng tản của dây quấn stato r2’: là điện trở của rôto x2’: là điện kháng tản trên dây quấn rôto rm: điện trở từ hoá đặc tr-ng cho

Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Khoa Điện

Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử

-o0o -Bài tập dài môn Máy điện

Sinh viên : Nguyễn Khắc Tiến Lớp : Tự Động Hoá 1 - K47

Số thứ tự : 47

Thầy giáo h-ớng dẫn : Trần Vĩnh Thái

Mục đích bài tập dài : Tính toán các tham số, xét đặc tính cơ và tìm hiểu về động cơ không đồng bộ

Đề Bài :

Cho động cơ khụng đồng bộ 3 pha rụto lồng súc cú điện ỏp

U=380/220V, đấu Y / , tần số f 1 =50Hz , số đôi cực p=2 và cỏc thụng

số kỹ thuật sau:

LỜI GIẢI:

1/Áp dụng cụng thức :

f 2 = 60

.

2 p n

=s.f 1

Ta cú :

2

60 50 027 , 0 60 1





p

f s

(vũng/ph)

Mà :

s=

1

2

n n

 n 1 =

s

n2

=1500(vũng/ph)

Mặt khỏc : n2 = n1- n

 Tốc độ của rụto là :

n = n2- n1= 1459,5(vũng/ph)

 Tần số của dũng điện rụto :

60

2 5 , 40 60

.

2/Giản đồ năng lượng – Cs tỏc dụng – Cs phản khỏng ở chế độ động

cơ :

dm

M

Mmax

dm

kd M

M

dm

kd I I

 Giản đồ năng lượng của Cs tác dụng :

 Ta đi tính các thành phần công suất trong giản đồ trên :

Với : Pdm=18,5kw

I0=0,3Idm

r1= r’2

x1= x’2

P cơ =0,8%.Pdm

Pf=0,5%.Pdm

Ta có :

 Tổn hao phụ :

P f = 0,5%.Pdm= 92,5(w)

 Tổn hao cơ :

P cơ = 0,8%.Pdm= 148(w)

 Công suất đưa ra :

P2= Pdm= 18,5(kw) = 18500(w)

Mµ :

=

1 1

2 18500

P P

P 

 Suy ra , c«ng suÊt ®-a vµo :

) ( 56 , 20555 9

, 0

18500

Mặt khác :

Ptổn hao= P1- P2 =2055,56(w)

 Ptổn hao= PCu1+ PFe + Pcơ + Pf = 2055,56(w)

 PCu1+ PFe+ PCu2 = Ptổn hao- (Pcơ + Pf) =1815,06(w) (1)

 Công suất cơ của động cơ điện là :

Pcơ= P2 + (Pcơ+Pf)= 18740,5(w)

Lại có :

PCu1= m1.(I2’) 2 r2’(với m1= 3 : là số pha của stato)

PFe = m1.(I0) 2 rm

PCu2= m1.(I1) 2 r1

ADCT :

P= m.U.I.Cos

 I1=Iđm= 31 , 94

88 , 0 3

380 3

18500 cos

.

1







U m

 I0= 0,3.Iđm= 0,3.31,94 = 9,6(A)

ADCT :

(I1) 2 = (I0) 2 + (I2’) 2

 I2’=  2 30 , 46 ( )

0

2

Mà : In = Ikđ = 7.Iđm = 223,6 (A)

Theo thí nghiệm ngắn mạch ta có :

zn= 0 , 98 ( )

6 , 223 3

380



kd

dm n

I

U In U

Pcơ= m1.(I2’) 2

s

s



 r2’= m I   s

s

P co

1 ) ' (

.

2 2 1

0,19(  )

Theo đầu bài :

r1= r2’= 0,19(  )

rn= r1+r2’= 0,38(  ) Nh- vậy :

zn2 = xn2 + rn2

xn = z n2 r n2 0 , 9 (  )

Có :

xn= x1 + x2’= 2x1 ( do x1= x2’ theo giả thiết )

 x1= x2’ = 0 , 45

2n 

Suy ra :

 Tổn hao đồng trong rôto là :

PCu2= m1.(I2’) 2 r2’= 3.(30,46) 2 0,19= 528,85(w)

 Tổn hao đồng trong dây quấn stato là :

PCu1= m1.I12 r1= 3.(31,94) 2 0,19 = 581,49(w)

Từ (1) ta có :

 Tổn hao trong lõi sắt stato là :

PFe= 1815,06 - (PCu2+ PCu1) = 704,72 (w)

 Công suất điện từ truyền qua rôto là :

Pđt= P1- PFe- PCu1= 19269,35 (w)

 Giản đồ năng l-ợng của công suất phản kháng :

 Ta đi tính các thành phần Cs phản kháng trong sơ đồ trên :

 Công suất phản kháng lấy từ l-ới vào :

Q1= m1.U1.I1sin ϕ 1 = 31 , 94 1 cos  9985 , 31

3

380

 Cs phản kháng sinh từ tr-ờng tản ở mạch thứ cấp là :

q2= m1.(I2’) 2 r2’= 3.(30,46) 2 0,19 = 528,85(Var)

 Cs phản kháng sinh từ tr-ờng tản trong mạch sơ cấp

là :

q1= m1.I12 x1= 3.(31,94) 2 0,45= 1377,22(Var)

Mà :

Q1= Qm+ q1+ q2

Suy ra :

Công suất phản kháng sinh từ tr-ờng khe hở là :

Qm= Q1- (q1+ q2) = 8079,24(Var)

3/ Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ :

1

.

I

.

I



1

.

U

0

s

s

r 1  '.

2

Với :

r1: là điện trở của dây quấn stato

x1: là điện kháng tản của dây quấn stato

r2’: là điện trở của rôto

x2’: là điện kháng tản trên dây quấn rôto

rm: điện trở từ hoá đặc tr-ng cho tổn hao sắt

xm: điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và rôto

I1: là dòng điện trong dây quấn stato

I2’: là dòng điện quy đổi của rôto sang stato

I0: là dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F0

s: là hệ số tr-ợt

Theo tính toán ở trên ta có :

r1= r2’= 0,19(  )

x1= x2’ = 0 , 45

2n 

x

(  )

I1=Iđm= 31 , 94

88 , 0 3

380 3

18500 cos

.

1







U m

P dm

(A).

I0= 0,3.Iđm= 0,3.31,94 = 9,6(A)

I2’= I12 I02 30 , 46 (A)

Lại có :

PFe= m1.rm.(I0) 2

 rm=

  2,55( )

. 0 2

1





I m

P Fe

Qm= m1.(I0) 2 xm

 xm=

  29,22( )

. 0 2

1





I m

Q m

.

4/ Ph-ơng trình và vẽ đồ thị vectơ của máy điện ở chế độ động cơ :(với giả thiết hệ số csuất khi không tải cosφ0= 0,10,15)

a/ Ph-ơng trình của máy điện ở chế độ động cơ :

m z I E

I I I

E E

x j s

r I E

x j r I E

' '

'

' ' ' 0

U

0

1

0

2

1

1

2

2 2

2

2

1 1 1

1

1





















 













b/ Đồ thị vectơ của máy điện ở chế độ động cơ :

.

.

1 x I j

1

1.I

.

.

I



1

.

E



0

.

I

'

2

1 E

E  '

2

.

I

Với :

Ψ1: là góc giữa 1

.

E

.

I

Ψ2; là góc giữa 2 '

.

I và E.1

φ1: là góc giữa 1

.

U và 1

.

I

5/ Biểu thức đặc tính cơ M= f(s) Vẽ đồ thị đặc tính ứng với các chế độ máy phát , động cơ , hãm :

a/ Biểu thức đặc tính cơ :

M=































1 2

'

2 2

1

2

2 1 1

x C x s

r C r

U

f

s

r p m



b/ Đồ thị đặc tính :

Ch-ơng trình lập trình bằng Matlab :

function[]=f() m1=input('vao gia tri m1:') U1=input('vao gia tri U1:') r1=input('vao gia tri r1:') r2=input('vao gia tri r2:') c1=input('vao gia tri c1:') x1=input('vao gia tri x1:') x2=input('vao gia tri x2:') p=input('vao gia tri p:') f1=input('vao gia tri f1:') s=-10:0.03:10

M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*

x2).^2)) plot(s,M) disp(s,M) grid Sau khi thay các giá trị :

m1=3 , U1= 380/ 3 , r1=r2=0.19, C1=1, p=2, f1=50

x1=x2= 0.45 (ở đây ta lấy x2=x2’ và r2=r2’ để tiện cho lập trình)

Ta sẽ đ-ợc đồ thị đặc tính cơ M= f(s) :

Với :

0< s <1 : chế độ động cơ điện

s >1 : chế độ hãm s<0 : chế độ máy phát điện

6/ Xác định bội số mômen cực đại Mmax/Mđm , bội số mômen khởi động Mkđ/Mđm , bội số dòng khởi động Ikđ/Iđm Đối chiếu với các số liệu trong bảng :

a/ Bội số Mmax/Mđm :































1 2

'

2 2

1

2

2 1 1

x C

x s

r C r

U

f

s

r p m



Mmax= 2   '

.

2

1

2 1 1 1 1

2 1 1

p m C

U







 Nh- vậy ta có bội số :

93 , 61

71 , 421

dm M

M

b/ Bội số mômen khởi động Mkđ/Mđm :

Có :

Mkđ =

   



2

'

2 2

1

2

2 1 1

x C x r

C r

U

f

r p m



 Mkđ = 183,02 (N.m)

Nh- vậy ta có bội số :

96 , 2 93 , 61

02 ,

183 



dm

kd M

M

c/ Bội số dòng khởi động Ikđ/Iđm :

Ikđ =

 ' ' 2 224,58( )

2 1 1

2 2 1 1





C r x C x r

U

Nh- vậy bội số dòng khởi động là :

03 , 7 94 , 31

58 ,

224 



dm

kd I I

 Từ những tính toán trên ta rút ra nhận xét :

 Bội số mômen cực đại lớn hơn rõ ràng so với số liệu bài

 Bội số mômen khởi động lớn hơn số liệu bài ra một chút

 Bội số dòng khởi động xấp xỉ bằng với số liệu bài ra

7/ Đặc tính cơ M= f(s) theo biểu thức Klôx So sánh đặc tính này với đặc tính ở câu 5 :

 Biểu thức Klôx :

s

s s

s M

M

m m



max

Với :

sm=

2 1 1

2 1

2 1

'

.

x C x

r C

 sm= 0,2066

 M=

043 , 0

25 , 174 2066

, 0 2066 , 0

42 , 843

2

2

max









s s

s s

s s s

M m m

Tiến hành lập trìng Matlab :

function[]=m() s=-10:0.03:10 M=(174.25*s)./(s.^2+0.043)

plot(s,M) disp(s,M)

Từ đây ta có đồ thị đặc tính cơ M= f(s) theo Klôx :

Nhận xét :

Ta thấy, Mmaxcực đại d-ơng thì xấp xỉ bằng nhau Nh-ng

Mmax cực đại âm thì : Mmax của đặc tính cơ xét theo câu 5 lớn hơn nhiều so với Mmax của đặc tính cơ xét trong câu 7 theo biểu thức Klôx

8/ Đặc tính M= f(s) ứng với điện áp U1= 70%, 80%, 90% của

U1đm :

Ta tiến hành lập trình Matlab :

function[]=f() hold on

%tinh voi U1=70%U1dm m1=input('vao gia tri m1:') U1=input('vao gia tri U1:') r1=input('vao gia tri r1:') r2=input('vao gia tri r2:') c1=input('vao gia tri c1:') x1=input('vao gia tri x1:') x2=input('vao gia tri x2:')

p=input('vao gia tri p:') f1=input('vao gia tri f1:') s=-10:0.03:10

M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*

x2).^2)) plot(s,M) disp(s,M) hold on function[]=f()

%tinh voi U1=80%U1dm m1=input('vao gia tri m1:') U1=input('vao gia tri U1:') r1=input('vao gia tri r1:') r2=input('vao gia tri r2:') c1=input('vao gia tri c1:') x1=input('vao gia tri x1:') x2=input('vao gia tri x2:') p=input('vao gia tri p:') f1=input('vao gia tri f1:') s=-10:0.03:10

M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*

x2).^2)) plot(s,M) disp(s,M) hold on function[]=f()

%tinh voi U1=90%U1dm m1=input('vao gia tri m1:') U1=input('vao gia tri U1:') r1=input('vao gia tri r1:') r2=input('vao gia tri r2:') c1=input('vao gia tri c1:') x1=input('vao gia tri x1:') x2=input('vao gia tri x2:') p=input('vao gia tri p:') f1=input('vao gia tri f1:')

s=-10:0.03:10 M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*

x2).^2)) plot(s,M)

Từ đây ta có kết quả trên đồ thị nh- sau :

9/ Họ đặc tính M=f(s) ứng với tần số điện áp đ-a vào f1=

20,30,40Hz :

Ta tiến hành lập trình Matlab t-ơng tự nh- ở câu 8 với f1 thay đổi 20Hz, 30Hz, 40Hz Ta sẽ đ-ợc đồ thị nh- hình d-ới

đây :