Bài 6; chọn công suất động cơ điện

Bài 6: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN
6.1 Khái niệm chung:
1. Tầm quan trọng của việc chọn công suất động cơ:
- Vịêc chọn đúng công suất,chủng loại động cơ điện có ý nghĩa quan trọng trong
sự làm việc an toàn của hệ thống TĐ Đ đồng thời đạt các chỉ tiêu kinh tế kỷ thuật.
+ Nếu công suất chọn lớn hơn công suất yêu cầu:
 Vốn đầu tư cao.
 kích thước lớn.
 Non tải:hiệu suất giảm; cos ϕ giảm; tổn thất nhiều làm ảnh hưởng đến lưới
điện chung.
+ Nếu công suất nhỏ hơn công suất yêu cầu:
 Quá tải: Giảm tuổi thọ đông cơ, nhiệt độ lớn hơn 100 tuổi thọ động cơ giảm
phân nữa.
 Cách điện bị già hoá: Quá tải lớn làm cháy động cơ.
6.2 Nguyên nhân phát nóng của động cơ điện:
Khi động cơ vận hành để biến đổi điện năng thành cơ năng, qúa trình biến đổi này
luôn tổn thất 1 lượng ∆P lượng tổn hao này phụ thuộc:
 Tổn hao ma sát
 Tổn hao sắt (tổn hao mạch từ phụ thuộc vào dòng điện foucaut).
 Tổn hao đồng: Do chất lượng mạch từ- hiện tượng Jounle- Lenx phụ thuộc điện
trở, dòng điện.
1−η
 ∆P = P1 – P2 = P2
( W). (4.1)
η
 ∆P sẽ sinh ra 1 lượng nhiệt trên 1 khoảng thời gian t là:
Q = 0,24∆P ( cal/ s) (4.2).
 Nhiệt lượng này 1 phần để tăng nhiệt độ động cơ lên và 1 phần toả ra môi trường
xung quanh.
 Thực tế đã chứng minh với các điều kiện làm việc cố định P cố định thì Q là
không đổi.

Q = Qm + QĐ (4.3)
mà Qm = C( tđc – tmt) (4.4) thay đổi
Do Qm tăng đến Qm = Q thì QĐ = 0 ; động cơ ổn định nhiệt.
Thời điểm ổn định nhiệt là thời điểm mà lượng nhiệt do tổn thất năng lượng sinh ra
trên đơn vị thời gian toả ra hết môi trường xung quanh trong cùng khoảng thời gian
ấy.
3- Phương trình cân bằng nhiệt (Quá trình phát nóng và nguôi lạnh trong MĐ)
- Giả sữ động cơ là 1 khối đồng chất; nhiệt độ tại mọi điểm trên động cơ là như
nhau.
- Nhiệt độ moi trường là cố định ; nhiệt độ môi trường bằng const; người ta đã
chứng minh được:
t
−
Q
T = Q + e Tn (T bd - ) (4.5)
A
A
+Q: Nhiệt lượng do ∆P sinh ra trên đơn vị thời gian ( Cal/s).
+A: Toả nhiệt suất của động cơ: Là nhiêt lượng do động cơ toả ra môi trường khi
sự chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi trường là 10c . trên một đơn vị thời gian. (Cal
/ s).
+C: Là tỉ nhiệt của động cơ : Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ động cơ lên
0
1 c.( Cal / 0c).
+ T: Là nhiệt sai của động cơ : Là sự chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi
trường(0c).
62


+Tn = C/A Tương đương hằng số thời gian nhiệt: Là thời gian cần thiết để nhiệt

sai của động cơ tăng từ 0 đến nhiệt sai ổn định khi động cơ khôg còn toả nhiệt ra môi
trường; phụ thuộc cở máy và điều kiện làm mát.
+ Thời gian: Khoảng thời gian xét.
- Từ biểu thức nếu:
Q
Q
+ Khi t → ∞ thì → ; đặt T ođ =
nhiệt sai ổn định, khi đó biểu thức (4.5) trở
A
A
thành.
t

−
T = Q + e Tn (T bd – Tođ ) (4.5 a)
A
t

−
T = Q + 1 − e Tn (4.6) Phương trình phát nóng của động cơ.
A
- Đường cong nguội lạnh của động cơ có dạng:

T = Tbđ

e

−

t

Tn

(4.7)
T

T

Pc(t)

Tođ

Đường cong phát nóng
Đường cong nguội lạnh
t
H4.1

t

H4.2

6.3 Các chế độ làm việc của động cơ :
a. Chế độ dài hạn:Phụ tải đặt dài hạn lên trục động cơ nhiệt sai đạt đến nhiệt sai
ổn định. đồ thị phụ tải như hình 4.2.
b. Chế độ ngắn mạch: Phụ tải đặ lên trục động cơ trong thời gian ngắn; trong thời
gian đó T chưa đạt đến T ođ thì động cơ được cắt ra khỏi lưới; thời gian nghĩ tương đối
dài đủ để T giảm tư Tođ → 0. Đồ thị phụ tải như hình 4.3.
T P

T P
Tmax

Pc(t)

T ođ

Pc(t)

Tmin> 0

H4.4

tlv

tn

t

H4.3

tlv

tn

c. Chế độ ngắn hạn lặp lại: Động cơ có thời gian làm việc và thời gian nghĩ xen
kẽ nhau.
+ Thời gian làm việc(Tlv): Nhiệt sai chưa đạt đến giá trị ổn định, thì động cơ được
cắt ra khỏi mạch.
+ Thời gian nghĩ (Tn): Nhiệt sai chưa giảm về 0 thì động cơ được đóng điện tiếp
tục.
Qui ước:

- Thời gian chu kỳ Thời gian = tlv – thời giann < 10/ Thì động cơ làm việc ở chế độ ngắn
hạn lặp lại.
63


- 10/ > T> tT ođ : Dài hạn tải thay đổi.
t
- Hệ số đóng điện tương đối: TĐ = lv 100% (4.8).
T
- Người ta chế tạo động cơ chuyên làm việc ở chế độ ngắn hạn lập lại có:
TĐ =15% ; TĐ = 25% ; TĐ = 40% ; TĐ = 60%.
6.4 CHỌN CÔNG SUÂT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐÔNG KHÔNG ĐCTĐ
1-Trình tự tiến hành:
Bước 1: Xây dựng đồ thị phụ tải Pc(t);Mc(t) và qui đổi giá trị này về trục động cơ .
Khi đã biết tộc độ yêu cầu.
Bước 2: Tính chọn lựa công suất động cơ; chủng loại....
Bước 3: Tra sổ tay kỹ thuật để có các thông số kỹ thuật của động cơ sau đó xây
dựng: đặc tính cơ, đặc tính khởi động, đặc tính hãm....
Bước 4:Kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật theo điều kiện thực tế làm việc.
2. Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn:
P, M
,Pc(t) ,Mc(t)

P, M
P4

P2
P3

P1

H4.5a.phụ tải dài hạn không đổi
a. Phụ tải dài hạn không đổi:

t2

t1

t

t3

P5
t4

t5

t

H4.5b.phụ tải dài hạn biến đổi

Pdm = (1 ÷ 1,3) Pc
ηdm ≅ η yc

Kiẻm nghiệm:
- Khổi động.
- Phát nóng( không cần kiểm nghiệm qúa tải về monent).
b. Phụ tải dài hạn biến đổi:
n

- Tính: Ptb =

∑ Pi t i
i =1
n

∑t
i =1

i

n

; M tb =

∑M t

i i

i =1

n

∑t
i =1

i

- Chọn Pđm = (1 ÷ 1.3) Ptb ; Mđm = (1 ÷ 1.3)Mtb
Kiểm nghiệm:

 Khởi động
 Phát nóng
 Quá tải về monent
3. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn:

∑P t
∑t
2

i

Gọi: Pđtr =

i

≡ là công suất đổng trị

i

Mđtr =

∑ M t ≡ là monent đổng trị
∑t
∑ I t ≡ là dòng điện đổng trị.
∑t
2
i i
i

Iđtr =

2
i i
i

a. Loại động cơ ngắn hạn , tải ngắn hạn:
64


+ Tải ngắn hạn không đổi:
 ttc > ≅ t1v
 Pđm > Pc
 nđm ≅ nc
Không cần kiểm nghiệm
+ Tải ngắn hạn thay đổi:
 Pđm ≥ Pđtr
 ttc ≥ T
 nđm nc
- Kiểm nghiệm khởi động.
- Kiểm nghiệm quá tải và phát nóng.
b. Chọn động cơ dài hạn phục vụ cho tải ngắn hạn:
Khi động cơ dài hạn phục vụ cho tải ngắn hạn; Trong thời gian tlv nhiệt sai của
động cơ chưa đạt ổn định nên trong thời gian này có thể tăng công suất động cơ lên đến
trị số nào đó, khi đó phải tăng tiếp tlv phù hợp để cho động cơ không bị quá nhiệt.
Gọi: Pđm: Là công suất định mức của động cơ ( làm việc dài hạn).
Plv: Là công suất làm việc của động cơ ở tải ngắn hạn.
Plv = x. Pđm
Mlv = x. Mđm. ( với x > 1)
2
M 2 dm M lv

Pdm
.Plv
= 2
≡
2
2
M lv − M dm Plv − Pdm2
+Thời gian làm việc đựơc tính: t
lv

4. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lập lại:
a. Tải không đổi:
t
- Tính hệ số đóng mạch thực tế: TDtt = lv 100
T
- Chọn công suất: Pđm Pc ; TĐ TĐtt
a1. Nếu TĐtt khác nhiều với TĐ tiêu chuẩn thì qui đổi Pđm = Pc

TDtt
TD

TDH
100

a2. Nếu chọn động cơ dài hạn thì qui đổi. Pđm = Pc

b. Tải thay đổi:
Tính : Pđtr ; TĐtt
Chọn :Pđm ≥ Pđtr và TĐ ≅ TĐtt
* Nếu TĐtt khác TĐ thì cũng tiến hành qui đổi như a1, a2.

6.5 CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
Tiến hành trên cơ sở gần giống như mục 4.2 nhưng phải xét đến.
a. Đặc tính và đồ thị phụ tải. Pc(n);Mc(n);Pc(t);Mc(t);n(t).
b. Phạm vi điều chỉnh tốc độ: nmax ;nhiệt độmin.
c. Loại động cơ dự định chọn.
d. Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống.
* Các yêu cầu a, b nhằm xác định :Pc max; Mc max.
9.55 Pdm
n min
9.55Pdm
Mmin =
n max
Pđm = Pc = Const
Mmax =

n
nmax
Mc

Pc
65

nmin
Mmax

Pc , M c


Pđm = Pc = Const

n
nmax

Mc = Mđm = Const
n
Pmax = M dm max
9.55
n
Pmin = M dm min
9.55

Pc
Mc

nmin
Pmin

Pmax

P,M

* Các yêu cầu c,d có ý nghĩa xác định kích thước lắp đặt và tổn thất trong hệ thống;
đồng thời các yêu cầu này cũng quyết định đến phương pháp điều chỉnh và tính kinh tế của
phương án.
Ngoài ra việc chọn công suất động cơ cho hệ thống điều chỉnh tốc độ cần phải gắn với
một hệ truyền động chọn trước nào đó để có đầy đủ các yêu cầu cho việc tính chọn.
6.6 KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN
1.Các yêu cầu kiểm nghiệm:
a. Kiểm nghiệm quá tải về monent: Mđm > Mđtr
b. Kiểm nghiệm monent khởi động. Mkđ ≥ Mcmax = λ Mcđm.

c. Kiểm nghiệm phát nóng ∆v ≤ ∆vcp.
Vấn đề kiểm nghiệm phát nóng là bài toán rất phức tạp; để kiểm tra gần đúng người ta áp dụng
phương pháp kiểm nghiệm theo dòng điện đổng trị:
Iđtr ≤ IđmĐC (Điều kiện phát nóng thoả mãn).
Bài tập 1:
Xác định công suất động cơ để kéo cơ cấu sản xuất làm việc dài hạn có đồ thị phụ tải qui đổi như
hình vẽ; tốc độ không điều chỉnh là 1450 Rpm ± 3%
M

120
90
70

40

40

20 10 30

30

6

t(s)

Giải:
- Monent đẳng trị trong 1 chu kỳ làm việc:
Mđtr =

∑M t

∑t

2
i i
i

=

(40 2 .20) + (90 2 .10) + (40 2 .30) + (70 2 .30) + (120 2 .6)
= 64 Nm
96

M dtr .n 64.1450
=
= 9,7kw
9550
9550
Tra sổ tay chọn ĐKB có Pđm = 10kw ; Uđm =380v ;cos ϕ = 0,92 ; = 2,2 ; nđm = 1450 Rpm
Kiểm nghiệm:
PYC =Pđtr =

66


Pdm
10
= 9550
= 67,3 Nm > Mđtr (Thỏa)
n dm
1420

Mkđ = λ Mđm = 2,2 .67,3 = 148 Nm > Mcmax (thỏa)
- Kiểm tra phát nóng:
M (Nm)
40
90
40
70
120
M .n
P(w)
5948
13382
5948
10408
17843
=
9,55
Mđm của động cơ vừa chọn: Mđm= 9550

I(A)

9,8

22,1

9,8

17,2

29,5

t (s)

20

10

30

30

6

=

P
3U d Cosϕ

(9,8 2 .20) + (22,12 .10) + (9,8 2 .30) + (17,2 2 .30) + (29,5 2 .6)
= 15,74 A
96
Iđm = 16,52A
Iđtr < Iđm ( Thoả)
Bài tập 2:
Cho đồ thị làm việc ngắn hạn lập lại như hình vẽ;nyc = 720 Rpm ± 3%.
a. Chọn loại động cơ ngắn hạn lập lại
b. Chọn loại động cơ dài hạn lập lại
Iđtr =

M(Nm)

270

250
150
12 4 20

200
100
10

15

18

5

40

t(s)

Giải:
+Thời gian đóng điện thực tế:
t
12 + 4 + 10 + 18 + 5
.100 = 39,5%
TĐtt = lv 100 =
T
12 + 4 + 20 + 10 + 15 + 18 + 5 + 40
Monent đẳng trị trong 1 chu kỳ làm việc:

(250 2 .12) + 150 2 .4 + 200 2 .10 + 270 2 .18 + 100 2 .5
Mđtr =
= 176 Nm .
84
+Công suất yêu cầu( chưa qui đổi):
M dtr .n yc 176.720
Pc = Pyc =
=
= 13,3kw
9550
9550
a- Qui đổi:Chọn TĐ = 40%
T
39,5
= 13, 2kw .
Pđm = Pc Dtr = 13,3
TD
40

(

) (

) (

) (

)

Tra sổ tay chọn Pđm = 15kw ; Uđm = 380v ; nđm = 720 Rpm ; Cosϕ = 0,89 ; λ = 2.3.

Kiểm nghiệm:
Pdm
15
= 9550
= 199 Nm > Mđtr (Thỏa)
Mđm của động cơ vừa chọn: Mđm= 9550
ndm
720
67


Mkđ = λ Mđm = 2,3 .199 = 458Nm > Mcmax (thỏa)
b- Chọn động cơ dài hạn thì:
39,5
Pđm dài hạn = 13,3
= 8.35kw .
100
Chọn Pđm = 8kw ; Uđm = 380v ; nđm = 730 Rpm ;Cosϕ = 0,9 ; λ = 2.25.
Kiểm nghiệm:
Pdm
8
= 9550
= 104,7 Nm > Mđtr (Thỏa)
Mđm của động cơ vừa chọn: Mđm= 9550
n dm
730
Mkđ = λ Mđm = 2,2 .67,3 = 148 Nm > Mcmax (thỏa)

68