Bài tập truyền động điện

Sinh viên: Bùi Hữu Nguyên
Lớp: Tự Động Hóa
Số thứ tự: 41
Khóa: 53
Trường: Đại Học Mỏ - Địa Chất
Ngày: 24/04/2011
Câu 1 :
Cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất P = n+2 (n là số thứ tự
của sinh viên trong lớp).
Thông số của động cơ như sau:
Pđm = 41 + 2 = 43 (kW)
Uđm = 500 (V)
H = 90%
nđm = 1750 (v/p)
Cho phép tính gần đúng Iđm ~ Pđm
Uđm
1. Hãy vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ bằng phần mềm MATLAB?
2. Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên, và tính toán
giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp.
Bài làm :
1.Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MALAB:
Ta có:
43000
 P1 ~ U1đm.I1đm  I1đm = P1 = Pđm =
= 95,6 (A)
U1đm (U1đm.H) (500.0,9)
IC = I1đm = 95,6 (A).
500
 Rứng = 0,5.( 1 - H). U1đm = 0,5.(1 - 0,9).
= 0,2615 (Ω)
95,6

I1đm
(U1đm-I1đm.Rứng)
(500-95,6.0,2615)
 KФ =
=
= 2,585 (Wb)
(0,105.nđm)
(0,105.1750)
 Vậy phương trình đặc tính cơ điện là :
Iứng.0,2615
ω = U1đm (rad/s)ω=193,424 - Iứng.0,101161(rad/s)
2,585
2,585
 Vậy phương trình đặc tính cơ là :
M.0,2615
ω = U1đm (rad/s)ω=193,424 - M.0,0391337 (rad/s)
2,5852
2,585
Các bước xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:
Khai báo trong MATLAB
>> M='193.424 - s*0.101161'
M=
193.424 - s*0.101161
>> fplot(M,[0 300])
>> grid
Ta được đồ thị sau:


2. Tính toán thiết kế bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ với 3 cấp khởi
động:

 Các bước tiến hành:
1. Dựng đường thẳng IC= I1đm =95,6 (A).
2. Dựng đường thẳng I2 = (1,1 ÷ 1,2)IC= (105,16 ÷ 114,72 (A).
3. Dựng đường thẳng I1 = (2 ÷ 2,5) I1đm = (191,2 ÷ 239) (A).
4. Nối điểm ω0 với giao điểm (1) đường thẳng I1 và đường thẳng ω=0.
Đường thẳng này cắt đường thẳng I2 tại điểm (2). Từ điểm (2) kẻ đường
thẳng song song với trục ω=0,cắt đường thẳng I1 tại điểm (3).
5. Tiếp tục lặp lại cách trên,ta nối điểm ω0 với điểm (3). Đường thẳng này lại
cắt đường thẳng I2 tại điểm (4). Qua điểm (4) kẻ đường thẳng song song
với đường thẳng ω=0, đường thẳng này lại cắt đường thẳng I1 tại điểm
(5). Nối điểm ω0 với điểm (5), đường thẳng này cắt đường thẳng I2 tại
điểm (6). Từ điểm (6) ta kẻ đường thẳng song song với đường thẳng ω=0.
Ta tính toán và chọn lựa các giá trị của I1, I2 sao cho đường thẳng qua
điểm (6) và song song với đường thẳng ω=0, đường đặc tính của động cơ,
đường thẳng I1 đồng quy.
6. Dưới đây là sơ đồ thiết kế:


 Tính toán các giá trị điện trở phụ cần thiết cho bộ khởi động:

Câu 2 :
Cho động cơ không đồng bộ ROTO dây quấn có công suất định mức Pđm = (n +
2) kW, trong đó n là số thứ tự của sinh viên trong lớp tự động hóa K53. Các
thông số của động cơ như sau (động cơ công suất lớn có
a= R1 = 0 ):
R2’
Pđm = 41+2 = 43 kW.
Uđm = 380 (V).
Cos(φ) = 0,8.
H=0,9.

nđm = 980 (v/p).


λM = 2,3.
Rf = 0,05 (Ω).
1. Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên.
2. Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên khi đưa thêm điện trở phụ có giá
trị là Rf = 0,05 (Ω).
3. Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ trên, tính giá trị điện trở
phụ từng cấp.
4. Biết rằng động cơ trên truyền động cho máy nâng (MC = const). Hãy phân
tích và chọn bộ biến tần để điều khiển động cơ trên. Biết rằng Momen cản
bằng Momen định mức của động cơ (Tức là ta chọn đúng loại động cơ
như ta thiết kế).
Bài làm :
1. Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MATLAB:
Ta có :
 M = 2.Mth
 s sth
 + 
sth s 
43000
 Mth = λM.Mđm =λM. Pđm = λM. Pđm
= 2,3.
= 961,127 (N.m).
0,105.980
Ωđm
0,105.nđm
(1000-980)
 sth = sđm.(λM + λM2-1 ) =

.( 2,3 + 2,32-1 ) = 0,0874
1000
Khai báo trong MATLAB :
>> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)'
M=
2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)
>> fplot(M,[0 1])
>> grid
Ta được đồ thị như sau:

2.Vẽ đặc tính nhân tạo khi cho Rf = 0,05 (Ω) vào ROTO :
Ta có:


3.U12
(1)
2.ω0.[R1+ R12+Xnm2]
R2’
 sthtn =
(2)
R12+Xnm2
R2’
Từ (2) rút ra:
= R12+Xnm2 (3). Sau đó thế (3) vào (1) ta được:
sthtn
3.U12
3.U12.sthtn
 Mthtn =
 Mthtn =
R2’

2.ω0.[R1.sthtn+R2’]
2.ω0.[R1+
]
sthtn
2
3.U1 .sthtn
 Mthtn =
.Do giả thiết cho a= R1 =0 Vậy:
R2’
2.ω0.R2’.[ R1 .sthtn+1]
R2’
2
2
3.2202.0,0874
3.U
3.U
1 .sthtn
1 .sthtn
 Mthtn =
 R2’ =
=
=
2.π.50
2.ω0.R2’
Mthtn.2.ω0
961,127.2.(
)
3
12690.48
R2’

0,063
= 0,063 (Ω) . Vậy ta suy ra: R2 =
=
= 0,721 (Ω)
201297,9682
sthtn 0,0874
(R2’+Rf’) (R2+Rf)
(R2+Rf)
 Từ tỉ số: sthnt =
=
 sthnt = sthtn.
R2’
R2
R2
sthtn
(0,721+0,05)
 sthnt = 0,0874.
= 0,0935; Mthnt =Mthtn = 961,127 (N.m)
0,721
Khai báo trong MATLAB:
>> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)'
M=
2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)
>> fplot(M,[0 1])
>> grid
>> hold on
>> M1='2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s)'
M1 =
2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s)
>> fplot(M1,[0 1],'r')

Ta được đồ thị như sau:


Mthtn =


3.Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ không đồng bộ trên.
Ta có:
 M = 2.Mthnt
 s sthnt
+


sthnt s 
Trong trường hợp này động cơ có công suất cỡ trung bình, lớn nên trong miền
s
2.Mthnt.s
sthnt >> , nên
~0:M=
= k.s đây là phương trình đường thẳng.
sthnt
sthnt
 Ta vẽ đường thẳng M(thtn) cắt trục M =0 tại điểm (1). Nối điểm ω0 với
điểm (1). Đường thẳng này cắt trục M(2) tại điểm (2). Từ điểm (2) kẻ
đường thẳng song song với trục M=0, đường này cắt đường thẳng M(1)
tại điêm (3).
 Làm lại các bước như trên cuối cùng sao cho đường nằm ngang (12) - (13)
đường này cắt đường M(1) tại điểm (13), điểm (13) này cũng phải thuộc
đường đặc tính cơ điện của động cơ. Như vậy là được.
Ta được đồ thị thiết kế như sau:

4. Chọn biến tần điều khiển cho động cơ trên :
Ta đã biết để động cơ không bị quá tải mạch từ và quá tải mạch điện thì ta phải
dữ cho Ф = Фđm = const và I = Iđm = const. Đồng thời phải dữ cho hệ số quá tải
động cơ λM = const. Vì vậy để đảm bảo cho khả năng quá tải không đổi và động
cơ không bị quá tải cả về mạch điện và mạch từ thì ta phải điều chỉnh tần số f 1
cấp vào cho động cơ và điện áp U1 cấp vào cho động cơ qua bộ biến tần theo luật
sau:
U1 = f1 .
MCω Khi coi sụt áp ΔU không đáng kể.

U1đm f1đm
MCđm
 Trong đó:
1. MCω là momen cản thực tế của động cơ.


2. MCđm là momen cản định mức của động cơ.
Giả sử:
 Ta chọn đúng động cơ vậy  MCω = const = MCđm
 U1 = f1 Vậy luật điều khiển động cơ này là U1 = U1đm = const =A
U1đm f1đm
f1
f1đm