Bài tập lớn Điều khiển động cơ điện một chiều - Phạm Quang Anh

Nội dung text: Bài tập lớn Điều khiển động cơ điện một chiều - Phạm Quang Anh

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN  Bài tập lớn Điều khiển động cơ điện một chiều Điểm Nhận xét và chữ ký của giáo viên Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Thanh Sơn Sinh viên thực hiện: Họ và tên: Phạm Quang Anh MSSV: 20181087 Lớp: Điện 03-K63 Hà Nội, 27/08/2021
2. Mục lục I. Nội dung 3 II. Cơ sở lý thuyết 3 III. Dựng đặc tính cơ tự nhiên 4 IV. Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo 6 V. Xác định điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng 9 VI. Xác định điện trở phụ để khởi động động cơ 10 Tài liệu tham khảo 14 2
3. I. Nội dung Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các thông số như sau: • Điện áp định mức: Udm = 220 (V) • Dòng điện định mức: Idm = 30 (A) • Tổng trở mạch phần ứng: Ru = 0.26 (Ω) • Công suất định mức: Pdm = 6.6 (kW) • Tốc độ: n = 2200 (vòng/phút) Yêu cầu: 1. Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét 2. Dựng đặc tính cơ nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng Rf = 2 (Ω) 3. Để dùng nhanh động cơ, người ta sử dụng hãm động năng. Xác định giá trị điện trở hãm. 4. Để khởi động động cơ, người ta mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng. Tính giá trị điện trở khởi động II. Cơ sở lý thuyết Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là mối quan hệ giữa momen và tốc độ ω = f(M) (1) Đặc tính cơ tự nhiên U R (2) ω = u − u . M K K2 Đặc tính cơ nhân tạo: 3
4. U R + R (3) ω = u − u f . M K K2 Đặc tính cơ điện của động cơ: ω = f(I) U R + R (4) ω = u − u f . I K K Khởi động, đảo chiều và hãm động cơ. III. Dựng đặc tính cơ tự nhiên Do đặc tính cơ ω = f(M) của động cơ điện một chiều có dạng là một đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm của đặc tính cơ: • Điểm không tải [M = 0, ω = ω0] • Điểm định mức [M = Mdm, ω = ωdm] Tốc độ góc định mức có dạng như sau: n 2200 ω = dm = = 230,36 (rad/s) dm 9,55 9,55 Momen định mức trên trục động cơ: Pdm 6600 Mdm = = = 28,65 (Nm) ωdm 230,36 Như vậy ta có điểm thứ nhất có tọa độ như sau: [Mdm = 28,65 (Nm), ωdm = 230,36 (rad/s)] Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ω = f(M) có dạng như sau: U R (5) ω = u − u . M = ω − Δω K K2 0 4
5. Trong đó ω0 là tốc độ không tải và Δω được gọi là độ sụt tốc có dạng như sau: U (6) ω = u 0 K R (7) Δω = u . M K2 Trong phương trình (6), Uu đã biết trước Uu = 220(V) .Do đó, để tính ω0 ta cần xác định hệ số K. Mặt khác đặc tính cơ điện của động cơ có dạng như sau: U R U − R . I (8) ω = u − u . I = u u u K K u K Từ phương trình (4) suy ra: U − R . I (9) K = dm u dm ωdm Thay số: 220 − 0,26.30 K = = 0,9212 (Wb) 230,36 Tốc độ không tải có giá trị như sau: U 220 ω = u = = 238,8 (rad/s) 0 K 0,9212 Như vậy ta được điểm thứ hai của đặc tính cơ như sau: [M = 0 (Nm), ω0 = 238,8 (rad/s)] Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ được vẽ qua hai điểm có dạng như hình 1: 5
6. Hình 1: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều Độ sụt tốc được tính như sau: Δω = ω0 − ωdm = 238,8 − 230,36 = 8,44 (rad/s) Δω 8,44 Δw(%) = . 100 = . 100 = 3,53 (%) ω0 238,8 Ta có nhận xét: Độ sụt tốc nằm trong giới hạn cho phép (dưới 5%). Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên được xác định như sau: dM ΔM 0 − M 0 − M 0 − 28,65 |β| = | | = | | = | dm | = | dm | = | | dω Δω ω0 − ωdm ω0 − ωdm 238,8 − 230,36 = 3,39 (N. m. s) IV. Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo Dựng đặc tính cơ nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng Rf = 2(Ω) 6
7. Do đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều cũng có dạng là một đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm của đặc tính cơ: • Điểm không tải [M = 0, ω = ω0] • Điểm định mức [M = Mdm, ω = ωdm] Theo ví dụ 1 tọa độ thứ nhất là điểm không tải như sau [M = 0 (Nm), ω0 = 238,8 (rad/s)] Như vậy, ta cần xác định tọa độ điểm thứ hai là điểm định mức khi có thêm điện trở phụ. Mô men định mức trên trục của động cơ theo ví dụ 1 là Mdm = 28,65 (Nm). Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ω = f(M) có dạng như sau: U R + R (10) ω = dm − u f . M = ω − Δω dm K K2 dm 0 Nhận xét: Khi mắc thêm điện trở vào trong mạch phần ứng thì độ sụt tốc Δω tăng lên 0,26 + 2 ω = 238,8 − . 28,65 = 162,5 (rad/s) dm 0,92122 Như vậy ta có tọa độ của điểm thứ hai như sau: [Mdm = 28,65 (Nm), ωdm = 162,5 (rad/s)] Hình 2 là đặc tính cơ nhân tạo của động cơ qua hai điểm : 7
8. Hình 2. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều Độ sụt tốc được tính như sau: Δω = ω0 − ωdm = 238,8 − 162,5 = 76,3 (rad/s) Δω 76,3 Δw(%) = . 100 = . 100 = 31,95 (%) ω0 238,8 Ta có nhận xét: Độ sụt tốc lớn hơn 5%. Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên được xác định như sau: dM ΔM 0 − M 0 − M 0 − 28,65 |β| = | | = | | = | dm | = | dm | = | | dω Δω ω0 − ωdm ω0 − ωdm 238,8 − 162,5 = 0,375 (N. m. s) Ta thấy đặc tính cơ nhân tạo có độ cứng nhỏ hơn đặc tính cơ tự nhiên (xác định từ ví dụ 1). 8
9. Hình 3 là đặc tính cơ tự nhiên (màu xanh) và nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng (màu đỏ). Dễ thấy đặc tính cơ nhân tạo mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên. Hình 3. Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một chiều V. Xác định điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng Hãm động năng của động cơ một chiều được thực hiện như sau: • Ngắt phần ứng của động cơ ra khỏi nguồn cấp • Nối hai đầu động cơ với một điện trở (điện trở hãm) Trước khi hãm, động cơ có điểm làm việc như sau: ω0 = 238,8 (rad/s) (theo ví dụ 1) Điện áp định mức: Uu = 220 (V) Dòng điện định mức: Idm = 30(A) 9
10. Sức điện động ngược trong mạch phần ứng của động cơ ở chế độ xác lập được tính như sau: E = Udm − Ru. Idm = 220 − 0,26. 30 = 212,2 (V) Dòng điện hãm ban đầu: Ihbd = 2. Idm = 2. 30 = 60 (A) Điện trở trong mạch phần ứng bao gồm điện trở phần ứng của động cơ và điện trở hãm được tính như sau: E 212,2 RhΣ = Ru + Rh = = = 3,54 (Ω) Ihbd 60 Điện trở hãm được tính như sau: Rh = RhΣ − Ru = 3,54 − 0,26 = 3,28 (Ω) VI. Xác định điện trở phụ để khởi động động cơ Xét sơ đồ như hình dưới. Đây là sơ đồ khởi động động cơ một chiều sử dụng điện trở phụ theo hai cấp có đảo chiều và hãm động năng 10
11. Hình 4. Sơ đồ sơ đồ khởi động động cơ một chiều sử dụng điện trở phụ Đối với động cơ một chiều, dòng điện mở máy trực tiếp Imm0 được tính như sau: Udm (11) Imm0 = Ru Đối với động cơ công suất lớn, điện trở phần ứng của động cơ bé làm cho dòng điện mở máy lớn (từ 15 đến 20 lần dòng điện định mức của động cơ). Do đó, chúng ta phải bắt buộc dùng điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch phần ứng để hạn chế dòng mở máy. Phương pháp này được gọi là phương pháp mở máy gián tiếp. 11
12. Điện áp ngược trong mạch phần ứng En ứng với tốc độ định mức ωdm được tính như sau: En = K. ωdm = 0,9212. 230,36 = 212,2 (V) Dòng điện định mức cho trước: Idm = 30 (A) Dòng điện mở máy gián tiếp có dạng như sau: Udm Imm = Ru + Rf Theo tiêu chuẩn của nhiều nước, dòng điện mở máy phải nhỏ hơn 2,5 dòng định mức: Imm ≤ 2,5. Idm = 2,5. 30 = 75 (A) Dễ dàng suy ra: Udm ≤ 2,5. Idm Ru + Rf Udm 220 Rf ≥ ( − Ru) = − 0,26 = 2,67 (Ω) 2,5. Idm 2,5. 30 Chọn Rf = 3 (Ω) Kiểm tra các điều kiện khởi động tại các tốc độ khác nhau của động cơ Sau khi khởi động một khoảng thời gian, tốc độ động cơ tăng đến 500 (vòng/phút). Khi đó sức điện động ngược sẽ có giá trị như sau: n 500 E = K. ω = K. 1 = 0,9212. = 48,23 (A) n1 1 9,55 9,55 Udm − En1 220 − 48,23 Imm1 = = = 52,69 (A) Ru + Rf 0,26 + 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5. Idm = 75 (A) 12
13. Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 1G đóng lại. Khi đó điện trợ phụ giảm còn 2/3 của điện trở phụ ban đầu. Giả thiết tốc độ động cơ tăng đến 1000 (vòng/phút) . Khi đó, sức điện động ngược được tính như sau: n 1000 E = K. ω = K. 1 = 0,9212. = 96,46 (V) n2 1 9,55 9,55 U − E 220 − 96,46 I = dm n2 = = 54,66 (A) mm2 2 2 R + . R 0,26 + . 3 u 3 f 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5. Idm = 75 (A) Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 2G đóng lại. Khi đó điện trợ phụ giảm còn 1/3 của điện trở phụ ban đầu. Giả thiết tốc độ động cơ tăng đến 1500 (vòng/phút). Khi đó, sức điện động ngược được tính như sau: n 1500 E = K. ω = K. 1 = 0,9212. = 144,69 (V) n2 1 9,55 9,55 U − E 220 − 144,69 I = dm n2 = = 59,77(A) mm2 1 1 R + . R 0,26 + . 3 u 3 f 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5. Idm = 75 (A) Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 3G đóng lại, điều này có nghĩa là điện trợ phụ bằng không. Khi đó, dòng điện phần ứng là dòng điện định mức của động cơ. Điện trở hãm được tính như sau: Endm Endm K. ωdm Rh = ( − Ru ) = ( − Ru) = ( − Ru ) Ihbd 2. Idm 2. Idm 0,9212. 230,36 = ( − 0,26 ) = 3,27(Ω) 2. 30 13
14. Tài liệu tham khảo [1] N. T. Sơn, “Truyền động điện một chiều”. [2] N. T. Sơn, “Ôn tập truyền động điện”. 14