Tài liệu Bài tập dài môn máy điện pptx

Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện
Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử
o0o
Bài tập dài môn
Máy điện
Sinh viên : Nguyễn Khắc Tiến
Lớp : Tự Động Hoá 1 - K47
Số thứ tự : 47
Thầy giáo h-ớng dẫn : Trần Vĩnh Thái


Mục đích bài tập dài : Tính toán các tham số, xét đặc tính cơ và
tìm hiểu về động cơ không đồng bộ .
§Ò Bµi :
Cho động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc có điện áp
U=380/220V, đấu
Y/

, tần số f
1
=50Hz , sè ®«i cùc p=2 và các thông
s
ố kỹ thuật sau:
LỜI GIẢI:
1/Áp dụng công thức :
f
2
=
60
.

2
pn
=s.f
1
Ta có :
n
2
=
5,40
2
60.50.027,0
60
1

p
fs
(vòng/ph)
Mà :
s=
1
2
n
n

n
1
=
s
n
2

=1500(vòng/ph)
M
ặt khác : n
2
= n
1
- n
 Tốc độ của rôto là:
n = n
2
- n
1
= 1459,5(vòng/ph)
 Tần số của dòng điện rôto :
f
2
= 35,1
60
2.5,40
60
.
2

pn
(Hz)
2/Giản đồ năng lượng – Cs tác dụng – Cs phản kháng ở chế độ động
cơ :
TT P
dm
(kw) s(%)

(%)
Cosφ
dm
M
M
max
dm
kd
M
M
dm
kd
I
I
33 2.2 6 76.5 0.71 2.2 1.8 6
 Giản đồ năng lượng của Cs tác dụng :
 Ta đi tính các thành phần công suất trong giản đồ trên :
V
ới : P
dm
=18,5kw
I
0
=0,3I
dm
r
1
= r’
2
x

1=
x’
2
P
cơ
=0,8%.P
dm
P
f
=0,5%.P
dm
Ta có :
 Tổn hao phụ :
P
f
= 0,5%.P
dm
= 92,5(w)
 Tổn hao cơ :
P
cơ
= 0,8%.P
dm
= 148(w)
 Công suất đưa ra :
P
2
= P
dm
= 18,5(kw) = 18500(w)

Mµ :
=
11
2
18500
PP
P

 Suy ra , c«ng suÊt ®-a vµo :
)(56,20555
9,0
18500
1
wP 
MÆt kh¸c :
P
tæn hao
= P
1
- P
2
=2055,56(w)

P
tæn hao
= P
Cu1
+ P
Fe
+ P

c¬
+ P
f
= 2055,56(w)

P
Cu1
+ P
Fe
+ P
Cu2
= P
tæn hao
- (P
c¬
+ P
f
) =1815,06(w) (1)
Vµ P
2
= P
c¬
- (P
c¬
+P
f
)
 C«ng suÊt c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lµ :
P
c¬

= P
2
+ (P
c¬
+P
f
)= 18740,5(w)
L¹i cã :
P
Cu1
= m
1
.(I
2
’)
2
.r
2
’(víi m
1
= 3 : lµ sè pha cña stato)
P
Fe
= m
1
.(I
0
)
2
.r

m
P
Cu2
= m
1
.(I
1
)
2
.r
1
ADCT :
P= m.U.I.Cos


I
1
=I
®m
= 94,31
88,0.
3
380
.3
18500
cos
111


Um

P
dm
(A).

I
0
= 0,3.I
®m
= 0,3.31,94 = 9,6(A)
ADCT :
(I
1
)
2
= (I
0
)
2
+ (I
2
’)
2

I
2
’=


)(46,30
2

0
2
1
AII 
Mµ : I
n
= I
k®
= 7.I
®m
= 223,6 )(A
Theo thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch ta cã :
z
n
=
)(98,0
6,223
3
380
1

kd
dmn
I
U
In
U
` Mà :
P
cơ

= m
1
.(I
2
)
2
.
s
s

1
.r
2


r
2
=



sIm
sP
co
1.)'.(
.
2
21
0,19(

)
Theo đầu bài :
r
1
= r
2
= 0,19(

)
r
n
= r
1
+r
2
= 0,38(

)
Nh- vậy :
z
n
2
= x
n
2
+ r
n
2
x
n

=


9,0
22

nn
rz (

)
Có :
x
n
= x
1
+ x
2
= 2x
1
( do x
1
= x
2
theo giả thiết )

x
1
= x
2
= 45,0

2

n
x
(

)
Suy ra :
Tổn hao đồng trong rôto là :
P
Cu2
= m
1
.(I
2
)
2
.r
2
= 3.(30,46)
2
.0,19= 528,85(w)
Tổn hao đồng trong dây quấn stato là :
P
Cu1
= m
1
.I
1
2

.r
1
= 3.(31,94)
2
.0,19 = 581,49(w)
Từ (1) ta có :
Tổn hao trong lõi sắt stato là :
P
Fe
= 1815,06 - (P
Cu2
+ P
Cu1
) = 704,72 (w)
Công suất điện từ truyền qua rôto là :
P
đt
= P
1
- P
Fe
- P
Cu1
= 19269,35 (w)
Giản đồ năng l-ợng của công suất phản kháng :
Ta đi tính các thành phần Cs phản kháng trong sơ đồ trên :
Công suất phản kháng lấy từ l-ới vào :
Q
1
= m

1
.U
1
.I
1
sin1=


31,9985cos1.94,31
3
380
.3
2


(Var)
Cs phản kháng sinh từ tr-ờng tản ở mạch thứ cấp là :
q
2
= m
1
.(I
2
)
2
.r
2
= 3.(30,46)
2
.0,19 = 528,85(Var)

Cs phản kháng sinh từ tr-ờng tản trong mạch sơ cấp
là :
q
1
= m
1
.I
1
2
.x
1
= 3.(31,94)
2
.0,45= 1377,22(Var)
Mà :
Q
1
= Q
m
+ q
1
+ q
2
Suy ra :
Công suất phản kháng sinh từ tr-ờng khe hở là :
Q
m
= Q
1
- (q

1
+ q
2
) = 8079,24(Var)
3/ Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ :
x
1
r
1
x
2
r
2

1
.
I
x
m
'
2
.
I
1
.
U
.
0
I r
m

s
s
r

1
'.
2
Với :
r
1
: là điện trở của dây quấn stato
x
1
: là điện kháng tản của dây quấn stato
r
2
: là điện trở của rôto
x
2
: là điện kháng tản trên dây quấn rôto
r
m
: điện trở từ hoá đặc tr-ng cho tổn hao sắt
x
m
: điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và rôto
I
1

: là dòng điện trong dây quấn stato
I
2
: là dòng điện quy đổi của rôto sang stato
I
0
: là dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F
0
s: là hệ số tr-ợt .
Theo tính toán ở trên ta có :
r
1
= r
2
= 0,19(

)
x
1
= x
2
= 45,0
2

n
x
(

)
I

1
=I
đm
= 94,31
88,0.
3
380
.3
18500
cos
111


Um
P
dm
(A).
I
0
= 0,3.I
đm
= 0,3.31,94 = 9,6(A)
I
2
=


)(46,30
2
0

2
1
AII
Lại có :
P
Fe
= m
1
.r
m
.(I
0
)
2

r
m
=

)(55,2
.
2
01

Im
P
Fe
Q
m
= m

1
.(I
0
)
2
.x
m

x
m
=

)(22,29
.
2
01

Im
Q
m
.
4/ Ph-ơng trình và vẽ đồ thị vectơ của máy điện ở chế độ động
cơ :(với giả thiết hệ số csuất khi không tải cos
0
= 0,1

0,15)
a/ Ph-ơng trình của máy điện ở chế độ động cơ :

m

zIE
III
EE
xj
s
r
IE
xjrIE
.
'
'
'.
'
''0
.U
0
.
1
.
0
.
2
.
1
.
1
.
2
.
2

2
2
.
2
.
11
1
.
1
.
1
.











b/ Đồ thị vectơ của máy điện ở chế độ động cơ :
1
.
U
1
.
1

Ixj
1
.
1
.Ir
1
.
I '
2
.
I
1
.
E
0
.
I
0
'
2

1
EE
'
2
.
I
Với :

1

: là góc giữa
1
.
E và
1
.
I

2
; là góc giữa '
2
.
I và
.
1
E

1
: là góc giữa
1
.
U và
1
.
I
5/ Biểu thức đặc tính cơ M= f(s) .Vẽ đồ thị đặc tính ứng với các
chế độ máy phát , động cơ , hãm :
a/ Biểu thức đặc tính cơ :
M=

'.
'.
211
21
1
2
'
2
2
1
2

2
1
1
xCx
s
rC
r
U
f
s
rpm

b/ Đồ thị đặc tính :
Ch-ơng trình lập trình bằng Matlab :
function[]=f()
m1=input('vao gia tri m1:')
U1=input('vao gia tri U1:')
r1=input('vao gia tri r1:')
r2=input('vao gia tri r2:')
c1=input('vao gia tri c1:')
x1=input('vao gia tri x1:')
x2=input('vao gia tri x2:')
p=input('vao gia tri p:')
f1=input('vao gia tri f1:')
s=-10:0.03:10
M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*
x2).^2))
plot(s,M)
disp(s,M)
grid

Sau khi thay các giá trị :
m
1
=3 , U
1
= 380/ 3 , r
1
=r
2
=0.19, C
1
=1, p=2, f
1
=50
x
1
=x
2
= 0.45 (ở đây ta lấy x
2
=x
2
và r
2
=r
2
để tiện cho lập trình)
Ta sẽ đ-ợc đồ thị đặc tính cơ M= f(s) :
Với :
0< s <1 : chế độ động cơ điện

s >1 : chế độ hãm
s<0 : chế độ máy phát điện.
6/ Xác định bội số mômen cực đại M
max
/M
đm
, bội số mômen
khởi động M
kđ
/M
đm
, bội số dòng khởi động I
kđ
/I
đm
. Đối chiếu với
các số liệu trong bảng :
a/ Bội số M
max
/M
đm
:
Có : M
đm
=

'.
'.
211
21
1
2
'
2
2
1
2
2
1
1
xCx

s
rC
r
U
f
s
rpm


M
đm
= 61,93 (N.m)
M
max
=


' 2

.2
1
21111
2
1
1
1
xCxrf
pm
C
U

M
max
= 421,71 (N.m)

Nh- vậy ta có bội số :

81,6
93,61
71,421
max

dm
M
M
.

b/ Bội số mômen khởi động M
kđ
/M
đm
:
Có :
M
kđ
=

'.'.
211211
2
'
22
1
2
2
1
1
xCxrCr
U
f
rpm


M
kđ
= 183,02 (N.m)

Nh- vậy ta có bội số :
96,2
93,61
02,183

dm
kd
M
M
.


c/ Bội số dòng khởi động I
kđ
/I
đm
:
I
kđ
=


)(58,224
'.'.
2
211
2
211
1

xCxrCr
U
Nh- vậy bội số dòng khởi động là :
03,7

94,31
58,224

dm
kd
I
I
Từ những tính toán trên ta rút ra nhận xét :
Bội số mômen cực đại lớn hơn rõ ràng so với số liệu
bài
Bội số mômen khởi động lớn hơn số liệu bài ra một
chút
Bội số dòng khởi động xấp xỉ bằng với số liệu bài ra
7/ Đặc tính cơ M= f(s) theo biểu thức Klôx. So sánh đặc tính này
với đặc tính ở câu 5 :
Biểu thức Klôx :

s
s
s
s
M
M
m
m


2
max
Với :

s
m
=


2
211
2
1
21
'.
.
xCx
rC
r


s
m
= 0,2066


M=
043,0
.25,174
2066,0
2066,0
42,843
.2
2

max





s
s
s
s
s
s
s
s
M
m
m
Tiến hành lập trìng Matlab :
function[]=m()
s=-10:0.03:10
M=(174.25*s)./(s.^2+0.043)
plot(s,M)
disp(s,M)
Từ đây ta có đồ thị đặc tính cơ M= f(s) theo Klôx :
Nhận xét :
Ta thấy, M
max
cực đại d-ơng thì xấp xỉ bằng nhau. Nh-ng
M
max

cực đại âm thì : M
max
của đặc tính cơ xét theo câu 5 lớn
hơn nhiều so với M
max
của đặc tính cơ xét trong câu 7 theo
biểu thức Klôx .
8/ Đặc tính M= f(s) ứng với điện áp U
1
= 70%, 80%, 90% của
U
1đm
:
Ta tiến hành lập trình Matlab :
function[]=f()
hold on
%tinh voi U1=70%U1dm
m1=input('vao gia tri m1:')
U1=input('vao gia tri U1:')
r1=input('vao gia tri r1:')
r2=input('vao gia tri r2:')
c1=input('vao gia tri c1:')
x1=input('vao gia tri x1:')
x2=input('vao gia tri x2:')
p=input('vao gia tri p:')
f1=input('vao gia tri f1:')
s=-10:0.03:10
M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*
x2).^2))
plot(s,M)

disp(s,M)
hold on
function[]=f()
%tinh voi U1=80%U1dm
m1=input('vao gia tri m1:')
U1=input('vao gia tri U1:')
r1=input('vao gia tri r1:')
r2=input('vao gia tri r2:')
c1=input('vao gia tri c1:')
x1=input('vao gia tri x1:')
x2=input('vao gia tri x2:')
p=input('vao gia tri p:')
f1=input('vao gia tri f1:')
s=-10:0.03:10
M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*
x2).^2))
plot(s,M)
disp(s,M)
hold on
function[]=f()
%tinh voi U1=90%U1dm
m1=input('vao gia tri m1:')
U1=input('vao gia tri U1:')
r1=input('vao gia tri r1:')
r2=input('vao gia tri r2:')
c1=input('vao gia tri c1:')
x1=input('vao gia tri x1:')
x2=input('vao gia tri x2:')
p=input('vao gia tri p:')
f1=input('vao gia tri f1:')

s=-10:0.03:10
M=((m1*U1^2*r2)./s)./(2*pi*f1*((r1+(c1*r2)./s).^2)+((x1+c1*
x2).^2))
plot(s,M)
Từ đây ta có kết quả trên đồ thị nh- sau :
9/ Họ đặc tính M=f(s) ứng với tần số điện áp đ-a vào f
1
=
20,30,40Hz :
Ta tiến hành lập trình Matlab t-ơng tự nh- ở câu 8 với f
1
thay đổi 20Hz, 30Hz, 40Hz . Ta sẽ đ-ợc đồ thị nh- hình d-ới
đây :