Chọn công xuất động cơ điện

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
chơng 6
chọn công suất động cơ điện
Đ6.1. Khái niệm chung
Muốn hệ thống truyền động điện tự động (HT TĐĐTĐ) làm
việc đúng các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và an toàn, cần chọn đúng
động cơ điện.
Nếu chọn động cơ không phù hợp, công suất động cơ quá
lớn, sẽ làm tăng giá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ
số công suất cos.
Ngợc lại, nếu chọn động cơ có công suất quá nhỏ so với
yêu cầu thì có thể động cơ không làm việc đợc hoặc bị quá tải
dẫn đến phát nóng quá nhiệt độ cho phép gây cháy hoặc giảm tuổi
thọ động cơ.
Khi chọn động cơ phải căn cứ vào trị số và chế độ làm việc
của phụ tải; phải xét đến sự phát nóng của động cơ lúc bình
thờng cũng nh lúc quá tải.
Khi máy điện làm việc sẽ phát sinh các tổn thất công suất
P và tổn thất năng lợng:
(6-1)

=
1
dt.PW
Tổn thất này sẽ đốt nóng máy điện. Nếu máy điện không có
sự trao đổi nhiệt với môi trờng thì nhiệt độ trong máy điện sẽ
tăng đến vô cùng và làm cháy máy điện. Thực tế thì trong quá
trình làm việc, máy điện có trao đổi nhiệt với môi trờng nên
nhiệt độ trong nó chỉ tăng đến mội giá trị ổn định nào đó.
Đối với vật thể đồng nhất ta có:
P.dt = C.d + A..dt (6-2)

Trang 178
Trong đó:
= (t
o
mđ
- t
o
mt
) là nhiệt sai (độ chênh nhiệt độ giữa máy điện
và môi trờng, tính theo độ
o
C).
t
o
mđ
là nhiệt độ của máy điện (
o
C).
t
o
mt
là nhiệt độ môi trờng (
o
C).
A là hệ số toả nhiệt của máy điện (Jul/ cal.
o
C).
C là nhiệt dung của máy điện (Jul/
o
C).

dt là khoảng thời gian nhỏ (s).
Giải phơng trình (6-2) ta đợc:
+ Quá trình đốt nóng khi máy điện làm việc (nhiệt sai tăng):
=
ôđ
+ (
bđ
-
ôđ
).e
-t/

(6-3)
+ Các đờng cong phát nóng và nguội lạnh của máy điện:













ôđ

bđ

bđ

ôđ

t
o
t
3 3
o

a) b)
Hình 6 - 1: Đờng cong phát nóng (a) và nguội lạnh (b)
tổng quát
Trong đó:

ôđ
= Q/ A là nhiệt sai ổn định của máy điện khi t = .
Trang 179
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Q là nhiệt lợng của máy điện (Jul/ s).

bđ
là nhiệt sai ban đầu khi t = 0.
= C/A là hằng số thời gian đốt nóng.
Khi t = 0 và
bđ

= 0 (tức ban đầu t
o
mđ
= t
o
mt
) thì:
=
ôđ
.(1 - e
-t/

) (6-4)
+ Quá trình nguội lạnh khi máy điện ngừng làm việc (nhiệt
sai giảm):
=
bđ
.e
-t/

o
(6-5)
Trong đó:
o
là hằng số thời gian nguội lạnh.

* Các chế độ làm việc của hệ phân loại theo có 3 loại:
+ Chế độ dài hạn: khi có tải lâu dài,
c.tải
=
ôđ
(hình 6-3a).
+ Chế độ ngắn hạn: Trong thời gian có tải:
c.tải
<
ôđ
nh
hình 6-3b.
+ Chế độ ngắn hạn lặp lại: lúc có tải:
c.tải
<
ôđ
, lúc dừng thì

k.tải

bđ
nh hình 6 - 3c, (
c.tải
t
lv

,
k.tải
t
n
) .
Trang 180










P P P

P
c
P
c
P
c
P
c
P
c

ôđ

ôđ

ôđ

max

max


t t t
t
lv
t
lv
t
n
a) b) c)
Hình 6 - 3: Phân loại chế độ làm việc theo


Đ6.2. Các chỉ tiêu CHấT LƯợNG và các bớc
chọn động cơ điện



ôđ

bđ

bđ

ôđ

3 t
o
3
o
t

a) b)
Hình 6 - 2: a) Đờng cong phát nóng khi

bđ
= 0,
b) Đờng cong nguội lạnh
6.2.1. Các chỉ tiêu
6.2.1a. Chỉ tiêu kỹ thuật
Động cơ đợc chọn phải thích ứng với môi trờng làm việc:
Tuỳ theo môi trờng: khô - ớt, sạch - bẩn, nóng - lạnh, hoá
chất ăn mòn, dễ nổ, ..., mà chọn các động cơ kiểu: hở - kín, chống
nớc, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá, ...
Động cơ đợc chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi
làm việc bình thờng cũng nh khi quá tải (đây là điều kiện cơ
bản):

đc

cp
; hay: t
o
đc
t
o
cp
(6-6)
(t
o
cp
phụ thuộc vật liệu chế tạo và kết cấu từng loại động cơ)
Động cơ đợc chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ
định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc
độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp.
Trang 181
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh
tốc độ. Chọn loại động cơ xoay chiều hay động cơ một chiều ...
Động cơ đợc chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo
chiều ... tốt.
6.2.1b. chỉ tiêu kinh tế
Động cơ đợc chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao,
vốn đầu t bé, chi phí vận hành ít, bảo quản và sửa chữa thấp, sử
dụng hết công suất...
6.2.2. Các bớc chọn công suất động cơ
Để tính chọn công suất động cơ cần phải biết một số yêu
cầu cơ bản:
- Đặc tính phụ tải P

yc
(), M
yc
(), và đồ thị phụ tải P
c
(t),
M
c
(t),
c
(t).
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ D:
min
và
max
.
- Loại động cơ định chọn (xoay chiều, một chiều, đặc biệt).
- Phơng pháp điều chỉnh và dùng bộ biến đổi gì trong hệ
thống.
Điều kiện chọn:
M
đc
M
c
+ M
co
+ M
đg
(6-7)
Các bớc tiến hành chọn công suất động cơ:

6.2.2a. Bớc 1
Căn cứ M
c
(t) hoặc P
c
(t), I
c
(t), ... hình 6-4a , tính mô men
trung bình:



=
n
1
i
n
1
ii.c
tb
t
t.M
M ; (6-8)
Trang 182
Dựa vào sổ tay tra cứu,
sơ bộ chọn động cơ có:
M
c
M
c

a) M
co
M
co

t
n
b)

t
kđ
t
xl
t
h
t

M
đg


c)
t


M
c.đg

M

max

d)
t


Hình 6 - 4:
Đồ thị các bớc chọn P
đ.cơ
M
đm.chọn
M
tb
; (6-9)
M
đm.chọn
- mô men định
mức của động cơ đợc chọn.
6.2.2b. Bớc 2
Tính mô men động
(trong quá trình quá độ)
dựa vào (t):
MMM
J
J
tg
dg dc c
=
=
=

= J
d
dt

dn
dt



955
955
,
.
,
.
(6-10)
Trong đó: là góc
nghiêng n(t) ở hình 6-4b
trong quá trình quá độ.
J là mô men quán tính
của hệ thống đã quy đổi về
trục động cơ.
Vẽ biểu đồ M
đg
(t) nh hình 6-4c.
6.2.2c. Bớc 3
Vẽ biếu đồ phụ tải động M
c.đg
(t) nh hình 6-4d:
M

c.đg
= M
c
+ M
co
+ M
đg
; (6-
11)
Trang 183
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
6.2.2d. Bớc 4
Dựa vào M
c.đg
(t) tiến hành kiểm tra khả năng quá tải của
động cơ theo điều kiện:

M
.M
đm
M
max
; (6-12)
Động cơ thờng:
M
= 2
Động cơ ĐK
dq
:
M

= 2 ữ 3
Động cơ ĐK
ls
:
M
= 1,8 ữ 3
Động cơ ĐK
rs, 2ls
:
M
= 1,8 ữ 2,7
6.2.2e. Bớc 5
Cuối cùng kiểm tra lại công suất động cơ theo điều kiện
phát nóng (cụ thể sẽ khảo sát ở phần sau).
- Nếu sau khi kiểm tra mà không thoả mãn các điều kiện
phát nóng và quá tải thì phải chọn lại động cơ; thờng tăng công
suất động cơ lên một cấp.
* Gần đúng: bỏ qua quá trình quá độ coi M
đg
0. Nh vậy
chỉ cần M
c
(t) tĩnh, đi tính M
tb
(t) rồi chọn sơ bộ động cơ, sau kiểm
tra lại theo điều kiện phát nóng theo biểu đồ phụ tải tĩnh.
Đ6.3. Chọn động cơ điện khi
không điều chỉnh tốc độ
6.3.1. Chọn động cơ điện làm việc dài hạn
6.3.1a. Chọn động cơ phục vụ phụ tải dài hạn không đổi

Dựa vào P
c
(t) hoặc M
c
(t) đã quy đổi về trục động cơ.
Ví dụ nh hình 6-5, dựa vào sổ tay, chọn động cơ có:
P
đm
P
c
; (6-13)
Thông thờng chọn:
P
đm
= (1 ữ 1,3).P
c
; (6-14)
Trang 184

P
c
P
c
(t)



t
Hình 6 - 5: Phụ tải dài hạn
Không cần kiểm

nghiệm quá tải về mô
men, nhng cần kiểm
nghiệm điều kiện khởi
động và phát nóng.

6.3.1b. Chọn động cơ phục vụ phụ tải dài hạn biến đổi











M
c
M
c2
M
c2
M
c4


M
c1
M

c1

M
c3
M
cn

t

t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
t
0
t
1
t
ck
Hình 6 - 6: Phụ tải dài hạn biến đổi
Các bớc tiến hành chọn động cơ nh mục 6.2, ở đây chỉ
trình bày bớc chọn công suất động cơ theo trị trung bình:

=
n
1
i
n
1
ii.c
tb
t
t.M
M (6-15a)
Trang 185
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động



=
n
1
i
n
1
ii.c
tb
t
t.P
P (6-15b)
Động cơ chọn phải có:
M

đm
= (1 ữ 1,3 )M
tb
; (6-16a)
P
đm
= (1 ữ 1,3)P
tb
; (6-16b)
Điều kiện kiểm nghiệm: theo điều kiện phát nóng, quá tải
về mô men và khởi động.
6.3.2. Chọn động cơ điện làm việc ngắn hạn
6.3.2a. Chọn động cơ dài hạn làm việc cho phụ tải ngắn hạn
Nếu chọn P
dh.đm
P
c.nh

thì <
cp
, nh vậy sẽ không
sử dụng hết khả năng chịu
nhiệt của động cơ. Vậy có thể
chọn công suất P
dh.đm
< P
c.nh
!
Giả sử động cơ dài hạn
có P

dh.đm
và M
dh.đm
. Khi nó làm
việc trong chế độ ngắn hạn
với thời gian t
lv
thì có thể tăng
phụ tải đến:
P
c.nh
= .P
dh.đm
; (6-17a)
M
c.nh
= .M
dh.đm
; (6-17b)
Khi đó phải tính toán thời gian làm việc sao cho phát nóng
của động cơ đạt giá trị cho phép (để tận dụng hết khả năng chịu
nhiệt của động cơ).
Với động cơ dài hạn (đờng 1):

ôđ1
= (P
dh.đm
/ A) =
cp
(6-18)

Trang 186
Khi chọn động cơ dài hạn có công suất nhỏ hơn phụ tải
ngắn hạn thì:

ôđ2
= (P
c.nh
/ A) >
ôđ1
=
cp
(6-19)
Muốn tiến tới
ôđ1
=
cp
trong thời gian làm việc t
lv
thì dựa
vào phơng trình đờng cong phát nóng với điều kiện ban đầu là

bđ
= 0, ta có:

ôđ1
=
ôđ2
.(1 - e
- tlv/

) = (P
c.nh
/ A).(1 - e
- tlv/

) =
cp
; (6-20)
Hệ số quá tải về nhiệt khi chọn P
dh.đm
< P
c.nh
là:
q
n
= P
c.nh
/ P
dh.đm
=
ôđ2
/
ôđ2
= 1 / (1 - e
- tlv/

) (6-21)
Mặt khác ta có:
P
dh.đm

= P
c.nh
.(1 - e
- tlv/

) (6-22)
Rút ra:
P
c

P
c.nh

ôđ2

ôđ1
=
cp
2

1
t
t
lv
Hình 6 - 7: Phụ tải ngắn hạn
t
lv
= .ln[ P
c.nh
/ (P

c.nh
- P
dh.đm
)] (6-23)
Hệ số quá dòng khi chọn P
dh.đm
< P
c.nh
là:
q
d
= I
c.nh
/ I
dh.đm
= P
c.nh
/ P
dh.đm
(9 - 24)
Mặt khác:
q
n
= P
c.nh
/ P
dh.đm
= (K + V
c.nh
) / (K + V

dh.đm
)
= (K + q
d
2
.V
dh.đm
) / (K + V
dh.đm
) (6-25)
Đặt: K / V
dh.đm
= , (thờng: = 0,5 ữ 2) ta có:
q
n
= ( + q
d
2
) / ( + 1) (6-26)



+
+
=
/t
/t
d
lv
lv

e1
e.1
q (6-27)
Và cuối cùng ta chọn động cơ dài hạn phục vụ cho phụ tải
ngắn hạn:
P
dh.đm.chọn
P
c.nh
/ q
d
(6-28)
Trang 187