CHƯƠNG 4 : CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN pps

CHƯƠNG 4 : CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN
§4.1 Quá trình phát nóng và làm mát máy điện
1 . Khái niệm chung
Trong quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại , một phần năng lượng sẽ bị tiêu tán
ngay bên trong máy điện . Phần năng lượng đó được biểu thị ở dạng tổn thất toàn phần
P∆
. Công
suất tổn thất toàn phần này sẽ biến thành nhiệt năng và đốt nóng máy điện . Trong quá trình bị đốt
nóng nhiệt độ của máy điện sẽ tăng dần lên , theo lý thuyết nếu không có sư tỏa nhiệt ra môi trường
xung quanh thì nhiệt độ của nó sẽ tăng lên vô cùng . Nhưng trên thực tế máy điện có sự tỏa nhiệt ra
môi trường xung quanh qua bề mặt của nó . Nhiệt lượng tỏa ra môi trường tỉ lệ với nhiệt độ của máy
điện . Sau một thời gian xác định , nhiệt độ bên trong máy điện sẽ đạt tới trị số ổn định . ở trạng thái
này nhiệt tỏa ra ngoài môi trương xung quanh bằng nhiệt sinh ra trong máy điện . Để đạt tới trị số này
máy điện phải có tải dài hạn
Do máy điện được cấu tạo từ nhiều vật liệu khác nhau nên sự trao đổi nhiệt giữa các bộ phận cung
khác nhau. Vì vậy muốn nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt được dễ dàng , ta phải giả thiết máy điện
là một một hệ gồm nhiều nhiều vật thể đồng nhất có trao đổi nhiệt với nhau và có một số đặc điểm
sau:
+ Hệ số dẫn nhiệt vô cùng lớn và nhiệt độ ở mọi điểm là như nhau.
+ Nhiệt dung và độ tỏa nhiệt của vật thể không đổi
+ Độ tỏa nhiệt tỉ lệ bậc nhất với hiệu số nhiệt độ giữa máy điện và môi trường
+ Nhiệt độ môi trường không đổi và không phụ thuộc vào nhiệt độ máy điện
2. Phương trình cân bằng nhiệt
a. Phương trình phát nóng
Máy điện làm việc với công suất P thì tổn thất công suất trong máy điện là

η
η
−
=∆
1

PP
Nhiệt lượng sinh ra bên trong máy trong thời gian dt là Q = Q1 + Q2 = ΔPdt
Nhiệt lượng này được chia làm 2 phần : Thành phần Q1 đốt nóng máy điện làm cho nhiệt độ của nó
tăng lên so với môi trường xung quanh , thành phần Q2 tỏa ra môi trường xung quanh ( tỉ lệ với hiệu
số giữa máy điện và môi trường )
Phương trình cân bằng nhiệt của máy điện sẽ là :

dtACddtP
ττ
+=∆ .
Trong đó :

00
mtmd
tt −=
τ
: Nhiệt sai giữa máy điện và môi trường
C : nhiệt dung riêng của máy điện
A : Hệ số tỏa nhiệt
Giải phương trình này với điều kiện
bd
t
ττ
== ;0
ta có nhiệm

θθ
τττ
//
)1(

t
bd
t
od
ee
−−
+−=
với :
A
C
=
θ
: Hằng số thời gian phát nóng ;
A
P
od
∆
=
τ
: Nhiệt sai ổn định

bd
τ
: Nhiệt sai ban đầu
Ta có đường cong phát nóng của máy điện như sau
77
Ta tính được
ln
od bd
od

t
τ τ
θ
τ τ
−
=
−
Như vậy về mặt lý thuyết thời gian cần thiết để nhiệt sai của động cơ đạt tới giá trị ổn định
∞→t

tuy nhiên trên thực tế để
d
δ
ττ
=
thì t = (3÷5) θ
Khi máy điện làm việc với tải định mức thì nhiệt độ của nó sẽ đạt tới trị số lớn nhất:
.
.
1
.
. . .
1 1
dm
d dm
dm
dm dm
dm
dm dm
dm dm d dm

dm dm
P
A
P P
P P A
δ
δ
τ
η
η
η η
τ
η η
∆
=
−
∆ =
= ∆ =
− −
Trong đó P
dm
phụ thuộc η
đm
và A . Như vậy qua biểu thức trên ta nhận thấy để tăng công suất định
mức của máy điện ta phải tăng được hiệu suất và tăng hệ số A ( hệ số A được tăng bằng cách tăng bề
mặt toả nhiệt và làm mát cưỡng bức )
Khi máy điện đang làm việc nếu ta cắt tải thì máy điện sẽ bị làm nguội dần dưới tác dụng của nhiệt độ
môi trường. Nếu thời gian dừng máy điện lớn và điều kiện làm mát không đổi thì nhiệt độ của nó sẽ
đạt tới nhiệt độ môi trường ( hoặc là đạt tới nhiệt độ ban đầu), ta có đường cong làm mát của máy
điện như trong hình b

Trong điều kiện làm mát không đổi hằng số thời gian phát nóng θ có thể được xác định dựa vào đường
cong phát nóng với giả thiết
0
bd
τ
=
ta có
/ /
(1 ) (1 )
t t
od
P
e e
A
θ θ
τ τ
− −
∆
= − = −
Tại một thời điểm t nào đó theo đường cong phát nóng ta xác định được τ, biết ΔP và A ta sẽ xác định
được θ
ln
t
P
P A
θ
τ
=
∆
∆ −

-Ý nghĩa của hệ số thời gian phát nóng .
Giả sử máy điện không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài nghĩa là A = 0 từ phương trình cân
bằng nhiệt
dtAdCdtP
ττ
+=∆
Do Q2 = 0 nên
. . . . .
P
P dt C d P t C t
C
τ τ τ
∆
∆ = ∆ = ⇒ =
Khi không có sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài thì quá trình phát nóng của máy điện biến
thiên theo quy luật tuyến tính .
Khi
d
P
A
θ
τ τ
∆
= =
thì
d
P P C
t t
A C A
θ

τ τ θ
∆ ∆
= = = ⇒ = =
Hệ số thời gian phát nóng là khoảng thời gian cần thiết để đưa nhiệt độ của máy điện từ trị số ban đầu
tới trị số ổn định khi không có sự trao đổi nhiệt độ với môi trường bên ngoài .
Thông thường hằng số thời gian phát nóng θ của máy điện được xác định bởi hằng số thời gian phát
nóng của bộ phận quan trọng nhất biểu thị cho nhiệt độ chung của máy ( với máy điện một chiều bộ
phận này là phần ứng .Với động cơ ĐB và KĐB thì bộ phận này là stato)
78
§4.2 Phân loại chế độ làm việc của truyền động điện
Căn cứ vào đặc điểm và thời gian làm việc người ta chia chế độ làm việc của truyền động điện thành
các loại sau :
1. Chế độ dài hạn .
Chế độ làm việc của TĐĐ được gọi là dài hạn nếu phụ tải được duy trì trong một thời gian dài, trong
khoảng thời gian này nhiệt độ của động cơ đạt tới giá trị ổn định .
VD: như là quạt gió, các bơm, các máy nén khí.
2. Chế độ ngắn hạn .
Phụ tải được gọi là ngắn hạn nếu như nó chỉ duy trì trong một thời gian ngắn, còn thời gian nghỉ dài.
Trong thời gian làm việc nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới giá trị ổn định thì động cơ đã dừng .Thời
gian nghỉ dài đủ để nhiệt độ của động cơ giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường. Đặc trưng cho chế độ
làm việc ngắn hạn là t
lv
< 90 phút
VD: Các động cơ cấp nhiên liệu cho két, các động cơ của cơ cấu nâng hạ .
3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại .
Chế độ làm việc của TĐĐ được gọi là chế độ ngắn hạn lặp lại nếu thời gian có tải và nghỉ xen kẽ nhau
. Trong thời gian có tải nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới giá trị ổn định thì động cơ đã dừng. Trong
thời gian động cơ dừng nhiệt độ của động cơ chưa giảm tới nhiệt độ mới thì động cơ lại có tải.
VD: động cơ bơm nước két
Để đặc trưng cho chế độ làm việc ngắn hạn người ta thường đưa ra khái niệm thời gian đóng điện

tương đối là ε, ε%
79
ck
lv
nghilv
lv
t
t
tt
t
=
+
=
ε
Thông thường t
ck
≤ 10 phút
§4.3 Tính chọn công suất động cơ điện làm việc với phụ tải dài hạn .
1. Phụ tải dài hạn không đổi .
Phụ tải dài hạn không đổi do khoảng thời gian dài cho nên các quá trình quá độ không ảnh hưởng đến
sự phát nóng của động cơ. Sau một khoảng thời gian làm việc nhất định nhiệt độ của động cơ sẽ đạt
tới trị số ổn định .
Để tính chọn động cơ cho loại phụ tải này ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Xác định đồ thị phụ tải tĩnh của máy sản xuất quy đổi về phía trên trục động cơ
, ( )
c c
P M f t const= =
Bước 2: Tính chọn công suất động cơ :
Động cơ cần chọn phải có công suất đạt mức
dm c

P P≥

Thông thường khi lựa chọn thì P
dm
= (1,1 ÷1,3)P
c
M
dm
= (1,1 ÷1,3)M
c
- Nếu tính chọn động cơ cho hệ TĐĐ là quạt gió thì ta sử dụng biểu thức :
tdq
dm
HQ
P
ηη
1000
.
≥
Trong đó : Q: lưu lượng gió
H : tổng áp lực
η
q
: là hiệu suất của quạt
η
td
: hiệu suất của khâu biến đổi ( hộp số , bánh đà…)
- Nếu phụ tải là các bơm thì sử dụng biểu thức .
[ ]
kw

HHQ
P
tdq
dm
.
1000
)(
ηη
γ
∆+
≥
Trong đó γ : là tỷ trọng của chất lỏng cần bơm
Q : là lưu lượng của chất lỏng
H là chiều cao cần bơm ( bằng tổng chiều cao đẩy + chiều cao hút)
∆H là độ giảm cột nước trong ống dẫn chính.
2. Khi phụ tải dài hạn biến đổi .
Khi phụ tải dài hạn biến đổi thì nhiệt độ của động cơ sẽ thay đổi theo mức độ thay đổi của phụ tải.Để
tính chọn được công suất của động cơ điện ta phải dựa vào đồ thị phụ tải đã được quy đổi về trực động
cơ một hoặc nhiều chu kỳ .
Xét một động cơ điện làm việc với một phụ tải gồm n cấp tương ứng với các thời gian là t
1
đến t
n
và
đoạn không tải là M
0
, t
0
80
Dựa vào t

0
và M
0
ta có các tính chất sau đây.
- Khi mà t
0
≠0 ta được chu kỳ phụ tải biến đổi có khoảng thời gian nghỉ .
- Khi mà t
0
≠0, M
0
≠0 ta có chu kỳ phụ tải biến đổi có khoảng thời gian không tải .
- Khi t
0
= 0, M
0
=0 ta được chu kỳ phụ tải biến đổi không có thời gian nghỉ và không tải.
Để tích chọn động cơ cho các phụ tải biến đổi ta phải tính theo trị số trung bình của mômen hoặc công
suất.
i
ii
tb
i
ii
tb
t
tP
P
t
tM

M
.

.

∑
∑
=
∑
∑
=
Công suất của động cơ điện phải lựa chọn : M
dm
= (1,1 ÷1,3) M
tb
P
dm
= (1,1 ÷1,3) . P
tb
hoặc còn có thể xác định động cơ theo M
đm
được xác định theo các biểu thức:
qftbdm
qftb
d
MMM
MM
M
.
2

=
+
=
M
qf
trị số quân phương của mômen tải
ti
tiM
M
i
qf
∑
∑
=
.
2
§4. 4 Tính chọn công suất động cơ điện làm việc với tải ngắn hạn
1. Phụ tải ngắn hạn không đổi .
Ta có hai cách lựa chọn : Dùng động cơ điện dài hạn hoặc ngắn hạn
a. Tính chọn công suất động cơ điện dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn không đổi .
Động cơ điện dài hạn được chế tạo để khi công tác phụ tải định mức trong một thời gian dài thì nhiệt
độ của nó mới đạt tới giá trị cực đại. Vì vậy khi sử dụng cho phụ tải ngắn hạn nếu ta lựa chọn công
suất định mức bằng công suất của phụ tải P
đm
= P
nh
thì sau khoảng thời gian tồn tại của phụ tải
nhiệt độ của động cơ đạt tới một giá trị nhỏ hơn nhiệt độ ổn định của động cơ.
Trong trường hợp này để tận dụng hết công suất và khả năng chịu nhiệt của động cơ ta cho động cơ
làm việc quá tải . Vì vậy có thể lựa chọn động cơ có công suất

P
đm
< P
nh
( Pngắn hạn) sao cho cuối giai đoạn làm việc nhiệt độ động cơ đạt tới nhiệt độ cực đại.
Công suất định mức của động cơ dài hạn cần chọn được xác định thông qua hệ số quá tải về nhiệt .
81
'
nh od
dm od
P
P
τ
δ
τ
∆
= =
∆
Tròn đó ∆P
nh
là tổn thất công suất của phụ tải ngắn hạn .
∆P
dm
là tổn thất công suất định mức của động cơ dài hạn.
τ'
od
là nhiệt sai ổn định mà động cơ dài hạn sẽ đạt được nếu làm việc với phụ tải ngắn
hạn trong thời gian dài.
τ
od

là nhiệt sai cực đại cho phép của cách điện được sử dụng trong động cơ dài hạn.
- Để xác định hệ số quá tải về nhiệt δ ta làm như sau :
Trong chế độ dài hạn khi làm việc với phụ tải định mức nhiệt độ của động cơ sẽ đạt tới trị số cho phép
của cách điện tương ứng ta có nhiệt sai :
dm
cf od
P
A
τ τ
∆
= =
còn khi làm việc với phụ tải ngắn hạn nhiệt độ của động cơ sẽ đạt tới trị số ổn định cho phép sau thời
gian làm việc , nghĩa là
'
'
1 1
1
(*)
1
lv lv
lv
t t
nh
d d
d
t
d
P
e e
A

e
θ θ
δ δ
δ
θ
δ
τ τ
τ
δ
τ
− −
−
∆
   
= − = −
 ÷  ÷
   
⇒ = =
 
−
 ÷
 
Như vậy nếu biết t
lv
và θ thì ta sẽ xác định được δ và ngược lại nếu biết δ và θ ta sẽ tìm được t
lv

ln
1
lv

t
δ
θ
δ
=
−
- Công suất định mức của động cơ dài hạn còn có thể được xác định thông qua hệ số quá tải về cơ :
nh
dm
P
P
ξ
=
ξ được xác định thông qua biểu thức .
1.
.
2
2
+
+
=
+
+
=
∆
∆
=
γ
ξγ
ξ

δ
dm
dm
dm
nh
VK
VK
P
P
K gọi là tổn thất không đổi
V
dm
gọi là tổn thất biến đổi định mức
82
dm
V
K
=
γ
gọi là hệ số tổn thất công suất định mức .
Ta sẽ tính ra được :
( )
( )
γγξ
γγδξ
θ
−+
−
=
−+=

−
1
1
1
1
/te
e
θ
θ
θ
θ
γγγγ
ξ
/
/
/
/
1
.1
1
.1
tlv
tlv
tlv
tlv
e
e
e
e
−

−
−
−
−
+
=
−
+−+
=
Hệ số quá tải về cơ ta có thể xác định được công suất của động cơ dài hạn cần chọn.
Khi lựa chọn động cơ dài hạn cho phụ tải ngắn hạn , ngoài khả năng quá tải về nhiệt và cơ ta cần chú ý
tới khả năng quá tải về mô men và dòng điện . Hệ số quá tải về mô men và dòng điện của nó sẽ nhỏ
hơn khi công tác với phụ tải dài hạn định mức. Điều này được chứng minh như sau :
- Khi làm việc với phụ tải ngắn hạn hệ số quá tải về dòng điện sẽ là :
max
Inh
nh
I
I
λ
=
- Khi làm việc với phụ tải dài hạn hệ số quá tải về dòng điện sẽ là
max
Idm
dm
I
I
λ
=
Trong đó I

max
là trị số dòng điện lớn nhất mà động cơ có thể chịu được vì P
dm
< P
nh
và I
dm
< I
nh
nên
I nh I dm
λ λ
<
b. Tính chọn công suất động cơ điện ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn không đổi .
Để vận dụng hết khả năng chịu nhiệt cũng như khả năng chịu tải người ta chế tạo một loại động cơ
làm việc ngắn hạn với t = 15' , 30' , 45', 60', 90'
Dựa vào đồ thị phụ tải ta chọn đông cơ điện có công suất định mức :
P
dm
= (1,1 ÷1,3) P
nh
( Lựa chọn phụ thuộc vào môi trường toả nhiệt điều kiện khởi động )
2. Lựa chọn động cơ cho phụ tải ngắn hạn biến đổi .
Dạng phụ tải có dạng như sau :
Để tính chọn động cơ điện cho loại phụ tải này ta có thể tính chọn động cơ dài hạn hoặc động cơ ngắn
hạn .
Việc đầu tiên là phải quy đổi phụ tải về thành giá trị đẳng trị trong suốt thời gian làm việc .
83
lv
i

dt
t
tPtPtP
ti
tiP
P
3
2
32
2
21
2
1
2
++
=
∑
∑
=
Còn thời gian làm việc được xác định như sau : t
lv
= t
1
+ t
2
+ t
3
Ngoài ra , trong một số trương hợp ta có thể chọn động cơ ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn .
Động cơ ngăn hạn lặp lại được chọn phải đảm bảo P
đm

> P
nh
còn thời gian đóng điện tương đối phải
tương ứng với thời gian làm việc của phụ tải
§4.5 Tính chọn công suất động cơ điện làm việc với tải ngắn hạn lặp lại
1. Đối với phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi .
Đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi đã quy đổi về trục động cơ có dạng như sau :
Đối với phụ tải ngắn hạn sau một khoảng thời gian làm việc n(t
lv
+ t
0
) = n.t
ck
>4θ thì nhiệt độ của động
cơ sẽ đạt tới trạng thái tựa xác lập ( trị số nhiệt độ trung bình trong các chu kỳ làm việc là không đổi)
a. Tính chọn động cơ dài hạn cho phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi .
Để tận dụng hết khả năng chịu nhiệt và khả năng quá tải của động cơ dài hạn ta phải cho động cơ dài
hạn làm việc ở chế độ quá tải tức là P
dm
< P
nl
Công suất động cơ được chọn được xác định từ hệ số quá tải về nhiệt δ .
max
'
nl od
dm
P
P
τ
δ

τ
∆
= =
∆
∆P
nl
là tổn thất công suất của phụ tải ngắn hạn lặp lại đã được quy đổi vì trục động cơ .
∆P
dm
tổn thất công suất định mức của động cơ dài hạn.
d
δ
τ
'
: nhiệt sai ổn định mà động cơ sẽ đạt được nếu làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại trong
một thời gian dài.
max
τ
: là nhiệt sai cho phép của cách điện .
max
'
nl
d
dm
P
A
P
A
δ
τ

τ
∆
=
∆
=
Trong các chu kỳ làm việc ổn định nhiệt sai cực đại ở cuối chu kỳ làm việc được tính theo biểu thức
sau đây .
( )
/ /
max min
. ' 1
tlv tlv
od
e e
θ θ
τ τ τ
− −
= + −
Và ở cuối chu kỳ nghỉ :
00
/
maxmin
.
θ
ττ
t
e
−
=
84

0
θ
là hằng số thời gian làm nguội .
Thay vào phương trình trên ta có :
( )
( )
θ
θθ
τττ
/'
//
maxmax
1.
00
tlv
od
tt
ee
lv
−
+−
−+=
( )









+=+
−
−
==
−
+−
0
0
0
0
/
//
max
1
1
1
'
00
θ
θ
θθθ
τ
τ
δ
θ
θθ
tt
tt
e

e
lv
lv
tlv
ttlv
od
đặt
β
θ
θ
=
0








+
=
lv
lvlv
t
ttt
0
β
θ
β là hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu đi khi động cơ dừng làm việc.

đặt
1/ '
lv lv
lv
t
t
β
ε
+
=
ε' là thời gian đóng điện tương đối có xét đến điều kiện làm mát bị xấu đi khi nghỉ.
ta có :
( )
0 0
/ /
'
/ /
1 1
1 1
lv
t
tlv t
tlv tlv
e e
e e
θ θ
ε θ
θ θ
δ
−

− +
− −
− −
= =
− −
Như vậy để xác định công suất của động cơ dài hạn cho phụ tải ngắn hạn ta tiến hành như sau :
Bước 1 : từ đồ thị đặc tính cơ của máy sản xuất ta xác định đồ thị mômen cản trên trục động cơ .
Bước 2 : Xác định P
nh
, t
lv
, t
0
từ đồ thị phụ tải .
Bước 3 : Chọn sơ bộ động cơ điện và từ đó xác định được θ và θ
0

Bước 4 : Tìm β; ε'
Bước 5 : Tìm δ -> ∆P
nl
-> P
dm
b. Tính chọn động cơ ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi .
Để tận dụng khả năng chịu nhiệt và chịu quá tải cho động cơ người ta thường sử dụng động cơ
chuyên dùng cho phụ tải ngắn hạn lặp lại .
- Đặc điểm của động cơ này :
+ có độ bền cơ khí cao và quán tính cơ học nhỏ.
+ Khả năng chịu quá tải của động cơ lớn và thường nằm trong khoảng
( )
6,23,2 ÷=

M
λ
và có
hệ số đóng điện tương đối tiêu chuẩn :
ε% = 15%, 40%, 60%
- Tính chọn động cơ :
+ Từ đồ thị phụ tải xác định P
nl
, ε
( )
nldm
PP 3,11,1 ÷=
+ Xác định ε
Hệ số đóng điện tương đối tiêu chuẩn phù hợp với hệ số đóng điện tương đối của phụ tải
0
% 100%
lv
ft
lv
t
t t
ε
=
+
2. Tính chọn động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi .
Phụ tải ngắn hạn lặp lại có dạng như sau
85
Để tính chọn động cơ điện cho phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi ta có thể sử dụng động cơ dài hạn
hoặc ngắn hạn lặp lại . Tuy nhiên trước khi lựa chọn động cơ ta phải xác định công suất và thời gian
đong điện đẳng trị trong một hoặc nhiều chu kỳ .

2
i
dt
lv
dt
lv oi
P ti
P
ti
ti
ti t
ε
∑
=
∑
∑
=
∑ + ∑
Trong một số trường hợp hệ số đóng điện tương đối tính toán từ đồ thị phụ tải không đổi với các hệ số
đóng điện tương đối tiêu chuẩn thì ta phải xác định lại của động cơ điện .
Giả sử từ đồ thị phụ tải ta xác định được công suất yêu cầu là P
1
; thời gian làm việc là t
1
, thời gian
nghỉ là t
01
. Cần phải xác định động cơ điện có thời gian làm việc t
2
và thời gian nghỉ t

02

2
2 02
100%
t
t t
ε
 
=
 ÷
+
 
Để tính chọn động cơ trong trường hợp này ta phải đảm bảo điều kiện động cơ không được phát nóng
quá nhiệt độ cho phép ( P
dt
trong một chu kỳ làm việc không đổi ).
2 2
2 2 1 1
2 02 1 01
2 2 1 1
1
2 1
2
P t P t
t t t t
P P
P P
ε ε
ξ

ξ
=
+ +
=
⇒ =
§4.6 Tính chọn công suất động cơ điện làm việc hệ TĐĐ có điều chỉnh tốc độ
1. Hệ truyền động điện có mô men cản là hằng số:( M
c
= const )
Trường hợp này ta có thể tính chọn công suất động cơ theo phương pháp điều chỉnh tốc độ có M
cf
=
const hoặc P
cf
= const
a. Với các phương pháp điều chỉnh có mômen cho phép M
cf
= const.
Trong trường hợp này động cơ được lựa chọn phải có M
dm
= M
c
86
Do các phương pháp điều chỉnh tốc độ với M
cf
= const thì thường điều chỉnh ở những tốc độ thấp hơn
tốc độ cơ bản. Vì vậy động cơ lựa chọn phải có tốc độ định mức bằng tốc độ lớn nhất của dải điều
chỉnh
ω
dm

= ω
max
Trong trường hợp này công suất định mức của động cơ được chọn phải là
max max
. .
dm dm dm c c
P M M P
ω ω
= = =
P
cmax
: công suất cực đại của phụ tải
b. Với các phương pháp điều chỉnh có P
cf
= const
Đối với phương pháp này công suất động cơ được lựa chọn phải là .
max max
.
dm c C
P P M
ω
= =
Với các phương pháp điều chỉnh có P
cf
= const thường điều chỉnh ở những tốc độ cao hơn tốc độ cơ
bản nên các động cơ được chọn phải có tốc độ định mức bằng tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh
ω
dm
= ω
min

Mô men định mức của động cơ phải là
max max
min min
ax
min
.
dm c c
dm c
dm
m
P P M
M M D
D
ω
ω ω ω
ω
ω
= = = =
=
Kết luận : Với các truyền động có điều chỉnh tốc độ yêu cầu M
c
= const nếu chọn động cơ theo
phương pháo điều chỉnh có P
c
= const thì sẽ làm tăng mô men định mức của động cơ lên D lần so với
M
c
do đó làm tăng kích thước và giá thành của động cơ . Nếu muốn giảm mô men định mức để giảm
kích thước thì phải dùng hộ số có tỷ số truyền là D và động cơ được chọn có tốc độ cao hơn
2. Hệ truyền động điện có công suất của máy sản xuất là hằng số: ( P

c
= const )
Trường hợp này ta có thể tính chọn công suất động cơ theo phương pháp điều chỉnh tốc độ có P
cf
=
const hoặc M
cf
= const
a. Với các phương pháp điều chỉnh có P
cf
= const
Động cơ được chọn có công suất định mức bằng công suất của phụ tải
P
đm
= P
c
Mô men của động cơ được xác định theo tốc độ định mức
dm
dm
dm
P
M
ω
=
Trong trường hợp sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập , vì phương pháp này chỉ thực hiện
ở những tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản bằng cách giảm từ thông , nên động cơ được chọn phải có tốc
độ định mức bằng tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh
ω
đm
= ω

min
Khi đó mô men định mức của động cơ là
. ax
min
c
dm c m
P
M M
ω
= =
b. Điều chỉnh để giữ cho M
cf
= const
Đây là phương pháp điều chỉnh không phù hợp với yêu cầu phụ tải vì vậy động cơ cần chọn có
mômen định mức bằng mômen cực đại của phụ tải.
87
M
dm
= M
cmax
Phương pháp này thường chỉ thực hiện điều chỉnh ở những tốc độ thấp hơn tốc độ cơ bản , vì vậy
max
max
min
. . .
dm
c
dm dm dm c
P
P M P D

ω ω
ω ω
ω
=
= = =
Đối với phương pháp điều chỉnh này công suất định mức của động cơ sẽ gấp D lần công suất của phụ
tải. Như vậy ở mọi tốc độ điều chỉnh động cơ sẽ làm việc non tải cả về mômen và công suất. Khi dải
điều chỉnh càng rộng thì động cơ càng làm việc non tải.
§ 4.7 Kiểm nghiệm công suất động cơ vừa lựa chọn
I. Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng .
1. Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện nhiệt sai cực đại
Động cơ được kiểm nghiệm phải thoả mãn điều kiện sau đây
f
c
ττ
≤
max
Trong đó :

max
τ
là nhiệt sai cực đại mà động cơ đạt được khi công tác với phụ tải .
cf
τ
là nhiệt sai cho phép của động cơ ( là phụ thuộc và điều kiện làm việc và nhiệt độ của cách
điện .)
max
τ
được xác định dựa vào đồ thị phụ tải chính xác đã được xây dựng trong một hoặc nhiều
chu kỳ làm việc ở đồ thị phụ tải thứ i ta có :

( ) ( )
/ / / /
1 . 1 .
t t t t
i odi bdi bdi
Pi
e e e e
A
θ θ θ θ
τ τ τ τ
− − − −
∆
= − + = − +
bdiodi
Pi
ττ
,,∆
: Tổn thất công suất, nhiệt sai ổn định, nhiệt sai ban đầu của chu kỳ làm việc thứ i .
Nếu đồ thị phụ tải là dạng đường cong liên tục thì ta phải biến nó thành các đường bậc thang ( diện
tích của đường bậc thang phải bằng diện tích của đường cong liên tục bao quanh đối với trục hoành.
Để tìm được trị số τ
max
ta phải sử dụng đồ thị phụ tải trong nhiều chu kỳ cho đến khi động cơ đạt tới
trạng thái xác lập về nhiệt độ ( nhiệt sai ban đầu và nhiệt sai cuối kỳ của một chu kỳ là bằng nhau) .
( )
∑
∫
==
m
t

tiPidttPS
1
0
.
4
Nếu biến đổi đồ thị phụ tải thành những đoạn có ∆t bằng nhau và kết hợp với tổn thất xác lập về nhiệt
độ. Khi đó nhiệt sai ban đầu của đoạn phụ tải thứ nhất:
88
( )
θ
λ
θθ
τ
τ
/
//
1
1
tck
i
titci
odi
t
bdi
e
ee
−
∆−−∆−
−
−

=
∑
Dựa vào phường trên ta sẽ xác định được đường cong τ= f(t) và từ đường cong này ta sẽ tìm được τ
max
.
So sánh với giá trị cho phép :
+Nếu
cf
ττ
≤
max
thì động cơ được lựa chọn là phù hợp
+Nếu
cf
ττ
>
max
thì động cơ được lựa chọn là không phù hợp ta phải chọn lại
Phương pháp nhiệt sai cực đại đòi hỏi phải tính toán nhiều nhất là khi đồ thị phụ tải là những đường
cong phức tạp.
2. Kiểm nghiệm công suất động cơ theo tổn thất trung bình ∆P
tb
Theo phương pháp nhiệt sai cực đại khi động cơ đạt tới tổn thất cực đại về nhiệt thì ta có biểu thức
sau:
( ) ( ) ( )
1 1 2
/ 1/ 2/ /
1 2
1 1 . 1 . (1 )
tck t tck t t

tck t t tm
bd od od odm
e e e e e e
θ θ θ θ
θ θ
τ τ τ τ
− − − − −
− − − −
− = − + − + + −
Trong đó :
τ
bd
: nhiệt sai ban đầu cũng bằng nhiệt sai cuối cùng của chu kỳ xem xét.
m : số đoạn phụ tải có trong chu kỳ
Giả thiết τ
bd
là do tổn thất trung bình ∆P
tb
sinh ra .
Thay vào chúng ta sẽ có :
( ) ( ) ( )
1 1 2
/ 1/ 2/ /
1 2
1 1 . 1 . (1 ) (*)
tck t tck t t
tck t t tm
tb m
P P
P P

e e e e e e
A A A A
θ θ θ θ
θ θ
− − − − −
− − − −
∆ ∆
∆ ∆
− = − + − + + −
Như vậy trong quá trình động cơ làm việc với phụ tải biến đổi có thể thay đẳng trị bằng quá trình làm
việc của phụ tải không đổi với điều kiện phát nóng của động cơ phải như nhau .
Khai triển biểu thức (*) theo chuỗi Macloranh thì chúng ta sẽ có biểu thức.
θθθθ
mcktb
t
A
Pm
t
A
Pt
A
P
t
A
P

2211
∆
++
∆

+
∆
=
∆
Giải thiết A,
θ
= const ta có :
1 1 2 2
1 2
. . . .

m m
tb
m
P t P t P t
P
t t t
∆ +∆ + + ∆
∆ =
+ + +
Khi xác định được
tb
P∆
so sánh với
dm
P∆
ta có :
dmtb
PP ∆≤∆
thì động cơ được lựa chọn sơ bộ là đúng

Để xác định
th
P∆
ta tiến hành như sau :
Dựa vào đồ thị phụ tải P = f(t) và đường cong hiệu suất
( )
Pf=
η
của động cơ đã được lựa chọn sơ
bộ ta xác định các giá trị P
m
, η
m
, t
m
và xác định được
1
m
m dm
m
P P
η
η
−
∆ =
Tổn thất công suất định mức của động cơ được xác định theo biểu thức
1
dm
dm dm
dm

P P
η
η
−
∆ =
89
Phương pháp tổn thất trung bình cho kết quả chính xác và có thể áp dụng cho bất kỳ loại động
cơ nào . Tuy nhiên trong một số trường hợp động cơ có tự làm mát thì khi tính toán ta phải thêm vào
các hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu đi khi nghỉ .
Xét một động cơ tự làm mát có đồ thị tổn thất công suất ΔP và ω biến thiên theo thời gian nư sau
Trong trường hợp này ∆P
tb
được tính :
( )
4231
332211
.tttt
tPtPtP
P
tb
βα
+++
∆+∆+∆
=∆
α,β là hệ số làm mát bị xấu đi khi … khởi động, đảo chiều và thời gian nghỉ.
thường
5,04,0
5,0
÷=
=

β
α
3. Kiểm nghiệm động cơ theo các đại lượng đẳng trị:
a) Phương pháp dòng điện đẳng trị I
dt
Phương pháp dòng điện đẳng trị được suy ra từ phương pháp tổn thất trung bình Tổn thất toàn phần
bên trong động cơ gồm hai thành phần là tổn thất không đổi và tổn thất biến đổi .
VKP
+=∆
K : tổn thất không đổi
V: tổn thất biến đổi
90
Tổn thất K là tổn thất của lõi thép, ma sát tổn thất do tự quạt mát.
Tổn thất V phụ thuộc vào dòng điện chạy qua dây quấn của động cơ
2
.IbV =
ở đó : b là hệ số tính đến điện trở của các cuộn dây.
Coi tổn thất trung bình ΔP
tb
do dòng điện đẳng trị I
đt
gây ra. Còn tổn thất biến đổi ứng với một dòng
điện phụ tải nào đó
2
x x
P K bI= +
Như vậy ta có :
( )
m
m

dt
dtdttb
ttt
tmItItI
bKIbK
IbKIbKP


.

21
2
2
2
21
2
1
2
22
++
+++
+=+
+=+=∆
giả thiết K, b = const
( )
m
m
dt
ttt
tmItItI

I


21
2
2
2
21
2
1
++
+++
=
ck
x
dt
t
txI
I
.
2
∑
=
Hoặc nếu nó là đường cong phức tạp.
2
0
.
ck
t
x

dt
ck
I dt
I
t
=
∫
dmdt
II ≤
thì động cơ được lựa chọn sơ bộ là đúng
dmdt
II >
lựa chọn lại
Lưu ý : Nếu đồ thị phụ tải là đường cong liên tục thì ta phải chia nó thành đường bậc thang mà trong
từng khoảng thời gian giá trị của dòng điện tải không đổi.
Nếu đồ thị phụ tải là những đường cong gấp khúc thì ta phải chia nó làm nhiều đoạn . Các đoạn này
tiệm cận với đường cong phụ tải đã cho .
91
- Sau khi đã chia làm nhiều đường hình thang ta phải tính dòng điện đồ thị cho từng đoạn và
cuối cùng tính cho toàn chu kỳ làm việc .
2
0
.
i
t
dt
i
I dt
I
t

=
∫
- Xét cho đoạn làm việc thứ i thì chúng ta sẽ có :
.
ci di
di
i
I I
I I t
t
−
= +
I
di
, I
ci
là dòng điện ban đầu và dòng điện cuối của đoạn thứ i.
t
i
là thời gian xem xét .
dt
ti
II
Id
dici

−
=
Để tiện cho việc xem xét ta dời trục về t
i

2
0
ti
dti
i
I dt
I
t
=
∫
Khi chuyển t
i
ra ta sẽ có :
( )
2
.
2
2
1
.
.
3
tci
dt i
Idi
dti di di
ti
I I dI
ti Ici Idi

I
I I I I
=
−
∆
=> = + ∆ +
∫
Trong đó :
( )
3

2
I
IciIdiiIdt
IdiIciI
∆
+=
−=∆
Phương pháp dòng điện đẳng trị sử dụng chính xác với những động cơ mà trong các quá trình làm
việc điện trở của cuộn dây không thay đổi
Nếu Mi là đường cong phức tạp :
92
∫
=
tck
ck
dt
dttM
t
M

0
2
).(
1
Nếu mômen đẳng trị M
dt
≤M
dm
thì động cơ được lựa chọn đúng .
Lưu ý : Khi sử dụng phương pháp này .
Phương pháp này sử dụng chính xác với máy điện và kích từ độc lập ( vì từ thông φ= const > nên M
-= CI) . Còn đối với các động cơ không đồng bộ khi sử dụng phương pháp này ngoài điều kiện
const=
φ
thì
const=
2
cos
ϕ
.
2
cos
ϕφ
MM
IKM =
Như vậy trong một phạm vi công suất nào đó mới có thể sử dụng được phương pháp này ( trong phạm
vi công suất đó ta có
const=
2
cos,

ϕϕ
2 . Phương pháp công suất đẳng trị P
dt
Với những hệ TĐĐ làm việc với tốc độ ít thay đổi thì chúng ta có : P = M.ω ~ M. ( vì ω không thay
đổi hay ít thay đổi )
∫
=
∑
=
tck
t
ckck
i
dt
dtP
tt
dtP
P
0
2
2
.
1.
Việc lựa chọn phải thoả mãn điều kiện
dmdt
PP ≤
Vơí những động cơ điện làm việc ở tốc độ thay đổi đầu tiên phải xác định M = f(t) và ω= f(t) .
Sau đó chúng ta xác định P (t) ta phải tìm công suất đẳng trị trong các đoạn có P biến đổi .
Từ các giá trị P
dti

tìm công suất đẳng trị cho cả chu kỳ rồi so sánh với P
dm
.
II. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải và khởi động .
1. Theo điều kiện quá tải :
Khả năng quá tải của động cơ về mômen và dòng điện được đặc trưng bởi các hệ số quá tải .
Hệ số quá tải về mômen :
dm
M
M
M
max
=
λ
Hệ số quá tải về dòng điện:
dm
I
I
I
max
=
λ
Trong đó M
max
được cho trong các sổ tay chế tạo.
Động cơ điện được lựa chọn sơ bộ phải thoả mãn các điều kiện sau :
max
max
.
.

cdmI
cdmm
II
MM
≥
≥
λ
λ
M
cmax
, I
cmax
là mômen và dòng điện lớn nhất của phụ tải đã quy đổi về trục động cơ .
2. Theo điều kiện khởi động .
Đối với các động cơ không đồng bộ thì hệ số mômen khởi động :
dm
KD
kd
M
M
=
λ
93
III. Kiểm nghiệm số lần đóng cắt cho phép đối với động cơ lồng sóc
Động cơ không đồng bộ lồng sóc được sử dụng nhiều trong các hệ truyền động và làm việc ở chu kỳ
đóng cắt lớn như khởi động , hãm , đảo chiều …
Cùng với các phương pháp kiểm tra điều kiện phát nóng , các nhà sản xuất còn đưa ra sốlần đóng cắt
cho phép trong một giờ :
2
1

0
1
1
2
W
kd
k
J
Z Z
ω
=
∆
∑
Trong đó : Z
kd0
: số lần khởi động không tải trong một giờ
0 0
4
dg
kd dc
K
Z Z
J
= =
Z
dc0
: số lần đảo chiều không tải
K
đg
: Hằng số động học

J : mô men quán tính của hệ qui đổi về trục động cơ
ω
1
: tốc độ đồng bộ
ΔW : tổn thất năng lượng trong mỗi quá trình làm việc
K : số chu kỳ làm việc
Biểu thức tính gần đúng tổn thất năng lượng
( )
2 2 2
1
1 1 2 1
'
2
0 0
1
1
2
t s
c
R
W Pdt J s s M sdt
R
ω ω
 
 
∆ = ∆ = + − ± +
 
 ÷
 
 

∫ ∫
Trong đó R
1
, R
2
’
: điện trở cuộn dây stato và roto qui đổi
s
1
, s
2
: độ trượt ban đầu và kết thúc chu kỳ làm việc
M
c
: mô men phụ tải
Ta có thể tính tổn thất năng lượng trong các giai đoạn như sau
+ Khi khởi động không tải s
1
=1 , s
2
≈ 0 ,
0
1
1
qd
s
t
≈ −
2
0 1 1 0

1 1
2 2
kd c qd
W J M t
ω ω
∆ = +
t
qd0
: thời gian quá độ không tải
+ Khi hãm ngược s
1
=2 , s
2
= 1 ,
1
2
qdh
s
t
≈ −
2
1 1
3 3
2 2
hn c qdh
W J M t
ω ω
∆ = −
+ Khi làm việc ổn định với M
c

= const
2
c
c dm dm lv
cdm
M
W s P t
M
 
∆ =
 ÷
 
+ Khi hãm động năng
2 2
1 1 1
0
1 1 1
2 2 2
t
hdn c c hdn
W J M dt J M t
ω ω ω ω
∆ = − = −
∫
Tổn thất năng lượng trong một chu kỳ làm việc : Khởi động không tải Ζ làm việc với tải M
c
Ζkhởi
động theo chiều ngược lại , chạy không tảiΖhãm động năng và dừng
0 0
0

0 0
k
kd c hn kd hn
W W W W W W∆ =∆ + ∆ + ∆ + ∆ + + ∆ +
∑
+ Khi khởi động :
2
0 1 0 kd0 0
1
. W ; 1
2
kd kd kd
W J K K
ω
∆ = = ∆ =
94
+ Khi hãm ngược
2
1 kd0
3
. W ; 3
2
hn hn hn
W J K K
ω
∆ = = ∆ =
+ Khi hãm động năng
2
1 kd0 hd
1

. W ; 1
2
hdn hdn n
W J K K
ω
∆ = = ∆ =
Quá trình làm việc không tải , hãm cơ khí , dừng K
0
= 0 . Nếu hệ làm việc không tải ta có :
0
0
0 0
dg
kd
k k
i i
K
JZ
Z
J K J K
= =
∑ ∑
Số lần đóng cắt trong một giờ được xác định như sau :
0
0
1 . .
3600
chophep
c
dm

Z
Z Z
Z M
T
M
= ≤
+
Trong đó: T : chu kỳ làm việc , nếu Z > Z
chophep
thì phải tính chọn lại động cơ.
Câu hỏi ôn tập:
1. Thiết lập phương trình phát nóng và vẽ dạng đường cong ụ = f(t) phát nóng, nguội lạnh của
động cơ điện ?
2. Trình bày phương pháp tính chọn động cơ điện làm việc với phụ tải dài hạn ? cho ví dụ?
3. Trình bày phương pháp tính chọn động cơ điện làm việc với phụ tải ngắn hạn ?
4. Trình bày phương pháp tính chọn động cơ điện làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại ?
5. Trình bày phương pháp kiểm nghiệm động cơ điện lựa chọn theo điều kiện phát nóng bằng tổn
thất trung bình ?
6. Trình bày phương pháp kiểm nghiệm động cơ điện lựa chọn theo điều kiện phát nóng bằng các
đại lượng đẳng trị ?
7. Trình bày phương pháp kiểm nghiệm động cơ điện theo điều kiện quá tải và điều kiện khởi
động ?
95