BTL Cơ cấu chấp hành và điều khiển Haui Nhóm 10

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC
CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
ĐỀ TÀI: TÍNHKHOA
TỐNCƠ
THIẾT
KHÍ KẾ HỆ THỐNG

THỦY KHÍ---
VÀ
ĐỘNG
--- CƠ ĐIỆN
Giáo viên hướng dẫn

: TS. Phan Đình Hiếu

BỘ CƠNG THƯƠNG
ÁN
MƠN
Sinh viên thực hiện ĐỒ

: 1. Tạ
Cơng
Thành - 2019603484
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
: 2. Nguyễn
Văn Hùng
- 2019604255
ĐO LƯỜNG
VÀ
ĐIỀU
KHIỂN
KHOA
CƠ KHÍ
: 3. Lương
Hữu Quyền
2019603484
ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG
HỆ--THỐNG
ĐO- VÀ
XỬ LÍ
---

TÍN
HIỆU SỬ DỤNG :CẢM BIẾN
Nhóm
10 PHÁT HIỆN LỬA,
CẢM
Lớp BIẾN NHIỆT ĐỂ: CẢNH
ĐH CƠBÁO
ĐIỆNVÀ

TỬCHỮA
2 – K14CHÁY
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ
ÁN--MƠN
---
ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
Hà Nội: 2021

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ XỬ LÍ
BỘ CƠNG
TÍN HIỆU SỬ DỤNG
CẢM THƯƠNG
BIẾN PHÁT HIỆN LỬA,
TRƯỜNG
ĐẠIĐỂ
HỌC
CƠNG
NGHIỆP
HÀ NỘICHÁY
CẢM BIẾN
NHIỆT
CẢNH
BÁO
VÀ CHỮA
KHOA CƠ KHÍ

Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1.

Tên lớp: Cơ Điện Tử 2.

2.

Tên nhóm: 10

3.

Họ và tên thành viên:

Khố: 14

Nguyễn Văn Hùng - 2019604255.
Lương Hữu Quyền - 2019603714.
Tạ Công Thành

- 2019603484.

II. Nội dung học tập
1. Phần thuỷ khí: Thiết bị cấp phôi cung cấp các phôi chưa gia công vào trạm máy
gia công. Tải trọng tĩnh
cực đại tác dụng lên pittong là 100
kg, vận tốc chuyển động ổn định

của pittong là 0.05 m/s, thời gian
tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là 1(s) là;
thời gian giảm tốc ở cuối hành trình
bằng thời gian tăng tốc; thời gian
pittong thực hiện được một hành
trình bằng 4s; áp suất của chất
lỏnglàm việc p=50at. Khi vận hành
van 4/3 giữ trạng thái, cần piston
của xilanh tác dụng kép (1A) sẽ ra
vào theo ý muốn của người thợ.
Hoạt động của sinh viên
- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?
-Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy
lực đáp ứng yêu cầu đề bài?

1


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

2. Phần động cơ điện
Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW;
Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính
cơ nhân tạo với Rưf = 0,78.
Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập
có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết rằng
Mmax
mm 200%Mđm, mở máy với 3 cấp điện trở.
Bài 4 Động cơ khơng đồng bộ ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm =
380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46. Hãy

xác định tốc độ động cơ khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto
mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm
điện kháng X1f = 0,75
Câu 5: Cho một động cơ khơng đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thơng
số sau:

Cơng suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW.

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/. (Tần số nguồn điện f = 50 Hz).

Tốc độ định mức của động cơ: nđm = 980 vịng/phút.
Hiệu suất định mức là:đm = 93,5%.
Hệ số cơng suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86.
Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6.
Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác
định:
1. Tần số của rotor?
2. Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?
3. Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn
hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao.

2


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định
(từ ngày…/…/2020 đến ngày …/…/2020)
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và

những sinh viên khác
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động
Thủy
Khí.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
(nếu
có): Máy tính.
KHOA/TRUNG TÂM

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú

TS. Phan Đình Hiếu

3


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

MỤC LỤC:
MỤC LỤC: .................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG .................................................................................... 5
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................. 6
PHẦN 1: THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC .............................................. 7
1.1 Xây dựng biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình hệ thống thuỷ lực... 7
1.1.1: Biểu đồ trạng thái: ...................................................................... 7
1.1.2: Lưu đồ tiến trình hệ thống: ......................................................... 7

1.2: Tính chọn xylanh, tính chọn bơm dầu và thiết kế mạch thuỷ lực ..... 8
1.2.1: Tính chọn xy-lanh: ...................................................................... 8
1.2.2: Tính chọn bơm dầu: .................................................................. 10
1.3: Thiết kế hệ thống thuỷ lực: .............................................................. 11
PHẦN 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN ...................................................................... 12
Bài 1: ....................................................................................................... 12
Bài 2: ....................................................................................................... 14
Bài 3: ....................................................................................................... 15
Bài 4: ....................................................................................................... 17
Bài 5: ....................................................................................................... 18
KẾT LUẬN .................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 21

4


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Biểu đồ trạng thái hệ thống xy lanh ................................................ 7
Hình 2: Bảng thơng số đường kính xy lanh TCVN 7969:2008 ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3: Đường đặc tính cơ tự nhiên ........................................................... 13
Hình 4: Đường đặc tính cơ nhân tạo .......................................................... 14

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Chú thích biểu đồ trạng thái ........................................................... 7
Bảng 2: Bảng thơng số đường kính xy lanh TCVN 7969:2008 .................... 9
Bảng 3: Thông số lựa chọn thông số xy lanh tỷ lệ đường kính với áp suất.. 9

5


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng mạnh mẽ trong tất cả các
lĩnh vực của đời sống và xản xuất. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào các
hoạt động sản xuất đòi hỏi con người phải khơng ngừng học hỏi và nâng cao
trình độ hiểu biết để kịp thời cập nhật những tiến bộ mới nhất của thế giới.
Chính vì vậy, phát triển ngành cơ điện tử có ý nghĩa hết sức quan trọng vì các
sản phẩm của ngành phục vụ trong tất cả các ngành khác trong nền kinh tế như:
phục vụ trong lĩnh vực tự động hóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển và cảm
ứng, …
Trong đề tài đồ án môn “ Tính tốn thiết kế hệ thống thủy khí và động cơ
điện” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình
nghiên cứu tìm hiểu và tính tốn, thiết kế . Thơng qua đó có thể áp dụng nó vào
các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra
trường.
Để bài báo cáo được hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được
những góp ý từ phía các thầy cô. Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm
ơn đến các thầy cơ trong Khoa Cơ khí nói chung và thầy cơ trong bộ mơn Cơ điện
tử nói riêng đã nhiệt tình hướng dẫn đồ án mơn cho chúng em.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

6


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

PHẦN 1: THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC
1.1 Xây dựng biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình hệ thống thuỷ lực
1.1.1: Biểu đồ trạng thái:

Hình 1: Biểu đồ trạng thái hệ thống xy lanh

Trong đó:
ON1, ON2

Nút bấm cơng tắc ra, vào

A+

Hành trình tiến ra của xy lanh

A-

Hành trình lùi vào của xy lanh

Hành trình tiến ra của xylanh là 4s: 1s tăng tốc, 2s tốc độ ổn
định, 1s giảm tốc
Hành trình lùi vào của xylanh là 4s: 1s tăng tốc, 2s tốc độ ổn
định, 1s giảm tốc
Bảng 1: Chú thích biểu đồ trạng thái

1.1.2: Lưu đồ tiến trình hệ thống:
7

Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

1

Khởi động

Sai

Sai

ON1 =1

ON2 =1

Đúng

Đúng

A+

A-

1

Kết thúc

Khởi động hệ thống, bấm nút ấn ON1 để điều khiển xylanh đi ra đẩy thùng
ra ra khỏi vị trí ban đầu, sau đó bấm nút ấn ON2 để điều khiển xylanh thu về vị
trí ban đầu để tiếp tục chuẩn bị cho hành trình cơng tác tiếp theo.
1.2: Tính chọn xylanh, tính chọn bơm dầu và thiết kế mạch thuỷ lực

1.2.1: Tính chọn xy-lanh:
 Các thơng số:





Tải trọng tĩnh: 𝑃𝑡 = 100 (𝑘𝑔) = 1000 (𝑁)
Vận tốc biến đổi nhanh dần: v = 0,05 (m/s) trong thời gian t1 =1 (s)
Thời gian đi hết 1 tiến trình: t =4 (s)
Áp suất chất lỏng làm việc: p = 50 (at)

 Xác định tải trọng tác động vào xylanh: Bao gồm tải trọng tĩnh và tải
trọng động, bỏ qua ma sát trên bề mặt và trong lòng xy lanh.
 Tải trọng động:

𝑃đ = 𝑚. 𝑎 = 𝑚 .

(1.1)
 Tải trọng tĩnh:

𝑃𝑡 = 1000 (𝑁).
8

∆𝑣
∆𝑡

= 100 .

0.05

1

= 5 (𝑁).


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

 Tải trọng tổng cộng: 𝑃 = 𝑃đ + 𝑃𝑡 = 5 + 1000 = 1005 (𝑁).
 Tính đường kính xylanh:
4 .𝑃

4 .1005

𝐷 = √𝐾.
= √1,3 .
= 1.8 (𝑐𝑚)
Π.𝑝
Π .506,6





(1.2)

Hệ số hao tổn: K =1,3.
Tổng tải trọng: P = 1005 (N)
Áp suất chất lỏng làm việc: p = 50 (at) = 506,6 (N/𝑐𝑚2 )
Đường kính xylanh: D = 1,8 (cm)

Bảng 2: Bảng thơng số đường kính xy lanh TCVN 7969:2008

 Lựa chọn đường kính xylanh theo bảng tiêu chuẩn ta chọn D = 20 (mm).
 Xác định lại áp suất chất lỏng làm việc:


𝑝=

4 .𝑃 .𝐾
𝜋 . 𝐷2

=

4 .1005 .1,3
= 416,1 (𝑁/𝑐𝑚2 )
𝜋 . 22

(1.3)

 Xác định đường kính cần pittong: d
 Đường kính cần pittong được xác định thơng qua tỷ số

𝑑
.
𝐷

Bảng 3: Thông số lựa chọn thông số xy lanh tỷ lệ đường kính với
áp(𝑎𝑡).
suất. 1 (𝑎𝑡) = 10,133 𝑁/𝑐𝑚2 )
o (Quy đổi: 1 N/𝑐𝑚2 = 0,099

 Từ (1.1.4) => p = 41 (at)  15 < p < 50 at. Vậy chọn
 Ta có D = 20 mm => d = 10 mm.
 Tính hành trình pittong:
9

𝑑
𝐷

= 0,5.


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

 Pittong có 2 lần biến tổi vận tốc trong 1 hành trình và 1 khoảng thời
gian duy trì vận tốc ổn định.
 Quảng đường pittong chuyển động có gia tốc:
𝑆1 = 2 .

𝑎 . 𝑡2
2

0,05 . 12

= 2.

2

= 0,05 m = 50 cm.

 Quảng đường pittong chuyển động ổn định:

𝑆2 = 𝑣 . 𝑡 = 0,05 . 2 = 0,1 𝑚 = 100 𝑐𝑚.
 Hành trình của pittong:
S = 𝑆1 + 𝑆2 = 50 + 100 = 150 𝑐𝑚.
1.2.2: Tính chọn bơm dầu:
Thể tích chất lỏng cần để đẩy xylanh ở hành trình tiến ra:
𝜋 . 𝐷2

𝑉1 = 𝐴1 . 𝑆 =

4

. 𝑆=

𝜋 . 0,22
4

. 1,5 = 0.05 (𝑙)

Thể tích chất lỏng cần để đẩy xylanh ở hành trình lùi vào:
𝑉2 = 𝐴2 . 𝑆 =

𝜋 . (𝐷2 − 𝑑 2 )
4

. 𝑆=

𝜋 . (0.22 − 0.12 )
4

. 1,5 = 0.035 (𝑙)

(1.6)

Gọi Q là lưu lượng chất lỏng của bơm trong 1 chu kỳ T = 8s của hệ thống.

𝑇=
 Q=

𝑉1
𝑄

𝑉1 + 𝑉2
8

+
=

𝑉2
𝑄

=

𝑉1 + 𝑉2
𝑄

0.05 + 0.035
8

10

=8

= 0.0106 (lít/s)


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

1.3: Thiết kế hệ thống thuỷ lực:
Thiết kế hệ thống thuỷ lực bằng phần mềm Festo Fluidsim Hydraulics

Hình 3: Hệ thống điều khiển

Hình 2: Hệ thống thuỷ lực

Trong đó:
STT

Hệ thống mạch điều khiển.

Hệ thống thuỷ lực.

1

Xy lanh tác động kép

Bộ nguồn 24V

2

2 van tiết lưu

2 nút ấn: ON1, ON2

3

1 van 4/3

Delay K1, K2

4

1 van an toàn

Nút nhấn tác động điện Y1, Y2

5

1 van tiết lưu 1 chiều

6

1 hệ thống bơm

11


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

PHẦN 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Bài 1:

Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW; Uđm
= 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ
nhân tạo với Rưf = 0,78 .
Giải:
a, Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên:
Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm:
Điểm định mức [Mđm; ωđm]; điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm
ngắn mạch [Mnm; ω = 0].
Tốc độ góc định mức:
𝑤đ𝑚 =

2𝜋𝑛đ𝑚 2𝜋 × 1430
𝑟𝑎𝑑
=
= 149.75 (
)
60
60
𝑠

Mơmen (cơ) định mức:
𝑀đ𝑚 =

𝑃đ𝑚
2200
=
= 14.7 (𝑁. 𝑚)
𝑤đ𝑚
149.75

Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định
mức: [14.7; 149.75]
Ta tính được:
𝑀đ𝑚 14.7
𝑘. Φđ𝑚 =
=
= 0.57 (𝑊𝑏)
𝐼đ𝑚
25.6
Tốc độ không tải lý tưởng:

𝑊0 =

𝑈đ𝑚
110
𝑟𝑎𝑑
=
= 195 (
)
𝑘. Φđ𝑚 0.57
𝑠

Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 193] và như vậy ta có thể dựng được đường
đặc tính cơ tự nhiên (đường 1).

12


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

Hình 4: Đường đặc tính cơ tự nhiên

Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo khi điện trở phụ Rf = 0,78Ω. Khi thay
đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ khơng tải lý tưởng khơng thay
đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0;
ω0] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt].
Tính điện trở phần ứng:
𝑅ư =

𝑈đ𝑚 − 𝑘 ∗ Φđ𝑚 110 − 0.57 ∗ 149,75
=
= 0.96Ω
𝐼đ𝑚
25.6

Tốc độ góc nhân tạo (với mơ men định mức):
𝑈đ𝑚 − 𝐼đ𝑚 ∗ (𝑅 + 𝑅𝐹 )
𝑊đ𝑚 =
𝑘. Φđ𝑚
𝑊đ𝑚 =

(2.1)

110 − 25.6 ∗ (0.96 + 0.78)
= 114.83(𝑟𝑎𝑑/𝑠)
0.57

Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [14.7; 114.83]. Vậy ta có thể dựng
được đường đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng (đường
2).

13


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

Hình 5:Đường đặc tính cơ nhân tạo

Bài 2:
Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập
có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết
rằng 𝑴𝒎𝒂𝒙
𝒎𝒎 = 𝟐𝟎𝟎%𝑴đ𝒎 mở máy với 3 cấp điện trở.
Giải
Tốc độ định mức:
𝑤đ𝑚 =

2𝜋𝑛 2𝜋 ∗ 1050
𝑟𝑎𝑑
=
= 109,95 (
)
60
60
𝑠

Mômen định mức:
𝑀đ𝑚

𝑃đ𝑚 13.5 ∗ 103

=
=
= 122.8(𝑁. 𝑚)
𝑤đ𝑚
10,95

𝑚𝑎𝑥
=>𝑀𝑚𝑚
= 2𝑀đ𝑚 = 245.6(𝑁. 𝑚)

có:
𝑘. Φđ𝑚 =

𝑀đ𝑚
= 0,85
𝐼đ𝑚

(3.3)

từ PTCB có:
𝑅ư =

𝑈đ𝑚 . 𝑘. Φ. 𝑤 110 − 0,85 ∗ 109.95
=
= 0.114
𝐼đ𝑚
145

14

(3.4)


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

Vì 𝐼1 = 2𝐼đ𝑚 suy ra:
𝑅1 =

𝑈đ𝑚
𝑈đ𝑚
110
=
=
= 0.38Ω
𝐼1
2 ∗ 𝐼đ𝑚 2 ∗ 145

Có cấp số khởi động m = 3:
3 0.38
3 𝑅1
𝜆=√ =√
= 1.49
𝑅ư
0.114

Ta có:
𝑅1 = 𝜆3 ∗ 𝑅ư = 1.493 ∗ 0.114 = 0.38 (Ω)
𝑅2 = 𝜆2 ∗ 𝑅ư = 1.492 ∗ 0.114 = 0.253 (Ω)
𝑅3 = 𝜆 ∗ 𝑅ư = 1.49 ∗ 0.114 = 0.17 (Ω)
Trị số các cấp mở máy của động cơ:

𝑅ư𝑓1 = 𝑅1 − 𝑅ư = 0.38 − 0.114 = 0.226 (Ω)
𝑅ư𝑓2 = 𝑅2 − 𝑅ư =0.253 - 0.114 = 0.139 (Ω)
𝑅ư𝑓3 = 𝑅3 − 𝑅ư = 0.17 − 0.114 = 0.05 (Ω)
Bài 3:
Động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm=29 KW; Uđm=440
V; Iđm = 79 A; nđm=1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái
sinh. Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0.
Giải
 Xét động cơ trong trường hợp là một thiết bị tiêu thụ điện năng
Khi động cơ làm việc tại chế độ định mức.
Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:
𝑛𝑑𝑚 = 1000(𝑣𝑜𝑛𝑔/𝑝ℎ𝑢𝑡) ⇔ 𝜔𝑑𝑚 =

100𝜋
(𝑟𝑎𝑑/𝑠)
3

Công suất định mức của động cơ:
𝑃𝑑𝑚 = 𝑀𝑑𝑚 . 𝜔𝑑𝑚

(2.2)

𝑀𝑑𝑚 = 𝐾. 𝛷𝑑𝑚 . 𝐼𝑑𝑚

(2.3)

Với momen điên từ định mức:
⇒ 𝑃𝑑𝑚 = 𝐾. 𝛷𝑑𝑚 . 𝐼𝑑𝑚 . 𝜔𝑑𝑚

15

Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

𝑃đ𝑚
29000
=
= 3.5
𝐼đ𝑚 ∗ 𝑤đ𝑚 79 ∗ 100π
3
Áp dụng phương trình cân bằng điện áp cho động cơ điện 1 chiều kích từ độc
lập
<=> 𝐾. Φđ𝑚 =

𝑈𝑢 = 𝐸𝑢 + 𝐼𝑢 . (𝑅𝑢 + 𝑅𝑢𝑓 )

(2.4)

Khi động cơ làm việc tại chế độ định mức
𝑈𝑑𝑚 = 𝐸𝑑𝑚 + 𝐼𝑑𝑚 . (𝑅𝑑𝑚 + 𝑅𝑢𝑓 )

(2.5)

Với sức điện động phần ứng là
𝐸𝑢 = 𝐾. 𝛷𝑢 . 𝜔𝑢

(2.6)

⇒ 𝑈𝑑𝑚 = 𝐾. 𝛷𝑑𝑚 . 𝜔𝑑𝑚 + 𝐼𝑑𝑚 . (𝑅𝑑𝑚 + 𝑅𝑢𝑓 )
⇔ 𝑅𝑑𝑚 =

⇔ 𝑅𝑑𝑚 =

𝑈𝑑𝑚 − 𝐾. 𝛷𝑑𝑚 . 𝜔𝑑𝑚
− 𝑅𝑢𝑓
𝐼𝑑𝑚
440 − 3,5.
79

100𝜋
3 − 0 = 0,923𝛺

Xét cùng một động cơ trên khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh
Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U,
động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về
nguồn.
Phương trình cân bằng điện áp cho mạch điện động cơ:
𝑈𝑢 = 𝐸𝑢 − 𝐼ℎ . (𝑅𝑢ℎ + 𝑅𝑓 )

(2.7)

Dòng điện và momen điện từ trong chế độ làm việc hãm tái sinh đều âm và tốc
độ quay của động cơ sẽ lớn hơn tốc độ không tải định mức.
𝑈 − 𝐸 𝐾. Φ. 𝑤0 − 𝐾. Φ. 𝑤
𝐼ℎ =
=
<0
<=> {
(2.8)
𝑅

𝑅
𝑀ℎ = 𝐾. Φ. 𝐼ℎ < 0
Tốc độ quay của động cơ:
𝑈ư
𝐾. Φ. 𝑤0 − 𝐼ℎ . 𝑅 𝐾. Φ. 𝐾. Φ − 𝐼ℎ . 𝑅
𝑤=
=
𝐾. Φ
𝐾. Φ
Với điện trở của mạch điện:
𝑅𝑢ℎ = 0,05. 𝑅𝑑𝑚 = 0,0465𝛺
16

(2.9)


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

⇒𝜔=

440 + 60.0,0465
= 126,5(𝑟𝑎𝑑/𝑠) ≈ 1208(𝑣𝑜𝑛𝑔/𝑝ℎ𝑢𝑡)
3,5

Bài 4:
Động cơ không đồng bộ ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm =
380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2Ω; r’2 = 0.24Ω; x1 = 0,39Ω; x’2 = 0,46Ω.
Hãy xác định tốc độ động cơ w khi mô men phụ tải bằng định mức, trong
mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch
stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75Ω

Giải


Xét thời điểm động cơ hoạt đông ở chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:
𝑛𝑑𝑚 = 1460(𝑣𝑜𝑛𝑔/𝑝ℎ𝑢𝑡) ⇔ 𝜔𝑑𝑚 =

146𝜋
3

(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

Công suất định mức của động cơ:
𝑃𝑑𝑚 = 𝑀𝑑𝑚 . 𝜔𝑑𝑚 = 22,5𝑘𝑊
𝑃đ𝑚
22500
=
= 147.16(𝑁. 𝑚)
146. 𝜋
𝑤đ𝑚
3
Khi mạch điện chưa mắc thếm điện kháng và trở kháng
𝑀đ𝑚 =

𝑟1 = 0,2𝛺; 𝑟′2 = 0,24𝛺
𝑋1 = 0,39𝛺; 𝑋′2 = 0,46𝛺
⇒ 𝑋𝑛𝑚 = 𝑋1 + 𝑋′2 = 0,39 + 0,46 = 0,85𝛺
Có điện áp pha là:
𝑈1 =

𝑈đ𝑚
√3

= 220 (𝑉)

Momen điện từ định mức:
𝑀đ𝑚 =

3. 𝑈1 2 . 𝑟2́
𝑟2́ 2
𝑠. 𝑤đ𝑚 . [(𝑟1 + ) + 𝑥𝑛𝑚 2 ]
𝑠

17

= 147.16(𝑁. 𝑚)

(5.3)


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

Với S là hệ số trượt của động cơ:
⇒ 𝑆 = 1.86


Xét động cơ hoạt động ở chế độ mang tải và thay đổi giá trị điện trở và điện
kháng
𝑟1𝑡 = 0,2𝛺

𝑟′2𝑡 = 𝑟′2 + 𝑟′2𝑓 = 0,24 + 1,2 = 1,44𝛺
𝑋1𝑡 = 𝑋1 + 𝑋1𝑓 = 0,39 + 0,75 = 1,14𝛺
𝑋′2𝑡 = 0,46𝛺
⇒ 𝑋𝑡𝑛𝑚 = 𝑋1𝑡 + 𝑋′2𝑡 = 𝑋1 + 𝑋1𝑓 + 𝑋′2𝑡 = 0,39 + 0,75 + 0,46 =
1,6𝛺

Vì momen phụ tải bằng momen định mức nên:
𝑀1 = 𝑀𝑑𝑚

⇔
⇒ 𝜔1 =



3.𝑈12 .𝑟′2𝑡

2
𝑟′
𝑆.𝜔1 .[(𝑟1𝑡 + 𝑆2𝑡) +𝑋𝑡2𝑛𝑚 ]

= 𝑀𝑑𝑚

3. 𝑈12 . 𝑟′2𝑡
2

𝑟′
𝑀𝑑𝑚 . 𝑆. [(𝑟1𝑡 + 2𝑡 ) + 𝑋𝑡2𝑛𝑚 ]
𝑠

(2.10)

= 217.7(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

Tốc độ động cơ khi đó:
𝑛1 ≈ 2079(vịng/phút)

Bài 5:
Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thơng số sau:
Cơng suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW.
Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/. (Tần số nguồn điện f = 50 Hz).
Tốc độ định mức của động cơ: nđm = 980 vòng/phút.
Hiệu suất định mức là: đm = 93,5%.
Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86.
Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6.
Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức
xác định:

18


Bài tập lớn Cơ cấu chấp hành và điều khiển

1. Tần số của rotor?
2. Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?
3. Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15%
tổng
tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao.

Giải
1. Xét động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:
𝑛𝑑𝑚 = 980(𝑣𝑜𝑛𝑔/𝑝ℎ𝑢𝑡) ⇔ 𝜔𝑑𝑚 =
Với:

98𝜋
3

(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

𝜔𝑑𝑚 = 2𝜋𝑓

(2.11)

Tần số của Rotor:
𝑓đ𝑚

98𝜋
𝑤đ𝑚
=
= 3 = 16.33𝐻𝑧
2𝜋
2𝜋

2. Hiệu suất định mức:
𝜂=

𝑃2
= 93,5%
𝑃1

Công suất định mức của stator:
⇒ 𝑃1 =
Mà

𝑃2
𝑃𝑑𝑚
55000
==
=
= 58823,53𝑊
0,935
0,935 0,935
𝑃1 = √3. 𝑈1 . 𝐼1 . 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑑𝑚

(2.12)

Cường độ dòng điện định mức cấp vào stator:
⇒ 𝐼1 =

𝑃1
√3. 𝑈1 . 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑑𝑚

=

58823,53
√3. 380.0,86

= 103,92𝐴

3. Tổn hao công suất trong động cơ:

∑ 𝛥𝑃 = 𝛥𝑃𝐶𝐾+𝑓 + 𝛥𝑃𝑑2 + 𝛥𝑃𝑠𝑡 + 𝛥𝑃𝑑1 = 𝑃1 − 𝑃2 = 58823,53 − 55000 =
3823,53
Công suất điện từ:
𝑃𝑑𝑡 = 𝑃2 + 𝛥𝑃𝐶𝐾+𝑓 + 𝛥𝑃𝑑2

19

(2.13)