Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Nguyễn Thị Phương Anh

Nội dung text: Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Nguyễn Thị Phương Anh

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Sơn Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Phương Anh MSSV: 20181083 Lớp: Điện 03 - K63 Mã lớp thí nghiệm: 707105 Mã lớp học: 124663 Hà Nội, 2021
2. Bài 1: Điều khiển động cơ một chiều * Đặc tính cơ là quan hệ giữa mô men và tốc độ của động cơ điện. ω=f(M), n =f(M) Trong đó: M là mô men trên trục động cơ (N.m) n là tốc độ (vòng/phút) ω là vận tốc góc (rad/s) Đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàng thuận hoặc hàm ngược, ví dụ ω=f(M) hay M = f(ω). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện mạch động cơ. ω=f(I) hay n=f(I). U R R Đặc tính cơ điện của động cơ:  u ufI KKu * Độ cứng của đặc tính cơ: Độ cứng β của đặc tính cơ được định nghĩa dM như sau:  d Với  lớn có nghĩa là đặc tính cơ cứng. Với nhỏ có nghĩa là đặc tính cơ mềm. Với →∞ có nghĩa là đặc tính cơ tuyệt đối cứng. * Hãm là trạng thái làm việc của động cơ khi mô men động cơ sinh ra có chiều ngược với tốc độ quay Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quay. Trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. - Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ một chiều. U R  uuM K K 2 ω tỷ lệ bậc nhất với M có hệ số âm. Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ (không có điện trở phụ mắc trong mạch phần ứng) có độ cứng lớn nhất. Khi giảm điện áp đặt vào phần ứng của động cơ, thu được một họ các đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên (có cùng độ cứng).
3. - Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ một chiều. U RR  u ufM KK2 ω tỷ lệ bậc nhất với M có hệ số âm. Khi điện trở phụ trong mạch phần ứng càng lớn thì độ cứng của đặc tính cơ càng nhỏ, có nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Với các điện trở phụ khác nhau ta sẽ có các đặc tính cơ khác nhau với các độ cứng khác nhau. Khi điện trở phụ bằng không ta có đặc tính cơ tự nhiên. Nhận xét: Đặc tính cơ nhân tạo có độ cứng nhỏ hơn đặc tính cơ tự nhiên. Hay đặc tính cơ nhân tạo mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên. - Phương pháp điều khiển động cơ một chiều. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Thay đổi điện áp phần ứng được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và mở máy động cơ. Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này đề hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ cơ phía dưới tốc độ cơ bản. * Kết quả thí nghiệm. Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) n f M + Đặc tính cơ tự nhiên
4. M 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 n 1467 1450 1430 1410 1390 1368 1340 1312 1283 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 1244 1202 1154 1095 1008 315 clc; clear; M = [0:0.2:2.8]; n = [1467 1450 1430 1410 1390 1368 1340 1312 1283 1244 1202 1154 1095 1008 315]; plot(M,n,'ko-','linewidth',2); grid; xlabel('M(N.m)'); ylabel('n(vong/phut)'); Đặc tính cơ tự nhiên + Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp 0 0,2 0,4 0,47 1380 1380 1097 102
5. Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp clc; clear; M = [0:0.2:0.4 0.47]; n = [1380 1380 1097 102]; plot(M,n,'ko-','linewidth',2); grid; xlabel('M(N.m)'); ylabel('n(vong/phut)'); Nhận xét: Kết quả thí nghiệm thu được phù hợp với lý thuyết về đặc tính cơ của động cơ một chiều. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ một chiều mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên. Có sai số khi thực hiện thí nghiệm lấy kết quả đo. Động cơ một chiều kích từ độc lập. di V t R i La K t (1) a a a a dt dt T T b t J (2) L dt
6. Biến đổi Laplace của phương trình (1) có dạng như sau: Vsa RIs a a sLIs a a K s (3) Va s K s Isa (4) Raa sL Biến đổi Laplace của phương trình (2) có dạng như sau: T s TL s b s Js s (5) T s T s  s L (6) b Js Phương trình (4) và (5) yêu cầu các thông số sau: Ra , La , K , J and b . Phương trình đặc tính cơ tự nhiên động cơ một chiều kích từ độc lập: VR  aaM KK2 Nếu động cơ không mang tải M 0. N m V  a K 0 V K a 0
7. 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Tỷ số chu kỳ D = 30%
8. 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Tỷ số chu kỳ D = 50% 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Tỷ số chu kỳ D = 80% D(%) 30 50 80 95 Tốc độ 401 884 1607 1969 (vòng/phút)
9. Bài 2: Điều khiển động cơ không đồng bộ Phương trình đặc tính cơ được xây dựng dựa trên nguyên lý cân bằng công suất trong động cơ. Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ là: 3.UR2' M 12 ' 2 R2 2 11. R Xnm . s s Trong đó: U1 là trị số hiệu dụng của điện áp stato. ' R1, R2 là điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato và của mạch roto quy đổi về stato. Xnm là điện kháng ngắn mạch s là hệ số trượt ω1 là tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ) Độ cứng của đặc tính cơ β của động cơ không đồng bộ có thể được tính dM 2Msth th gần đúng như sau:  2 d 1s Theo phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ, các thống số sau sẽ ảnh hưởng đến đặc tính cơ: + Điện áp stato. + Điện trở và điện kháng mạch stato (có thể nối thêm điện trở phụ và điện kháng stato). + Điện trở mạch roto (nối thêm điện trở phụ đối với động cơ roto dây quấn). + Tần số nguồn cấp cho động cơ và số đôi cực. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm: giống như động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ ba pha cũng có 3 trạng thái hãm là hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. * Kết quả thí nghiệm. Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) n f M + Với U = 220V M 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 n 1467 1449 1432 1408 1386 1362 1338 1311 1274 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2.62 1237 1190 1134 1063 942 295
10. Đặc tính cơ clc; clear; M = [0:0.2:2.6 2.62]; n = [1467 1449 1432 1408 1386 1362 1338 1311 1274 1237 1190 1134 1063 942 295]; plot(M,n,'ko-','linewidth',2); grid; xlabel('M(N.m)'); ylabel('n(vong/phut)'); + Với U = 110V M 0 0,2 0,4 0,43 n 1355 1221 933 82 Đặc tính cơ
11. clc; clear; M = [0:0.2:0.4 0.43]; n = [1355 1221 933 82]; plot(M,n,'ko-','linewidth',2); grid; xlabel('M(N.m)'); ylabel('n(vong/phut)'); Nhận xét: Thay đổi điện áp là yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Kết quả thí nghiệm thu được phù hợp với lý thuyết về đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Có sai số khi thực hiện thí nghiệm. 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) 180o 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) P1
12. 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) P2 Mạch điện tương đương của động cơ ở chế độ xác lập Hệ số trượt: nn s 1 n1 Tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trường quay): 60 f n 1 p Nếu động có số đôi cực p 2 , tần số của nguồn cấp f 50 Hz thì tốc độ đồng bộ có giá trị như sau: 60.50 n 1500(vòng/phút) 1 2 Ví dụ tốc độ của trục động cơ (tốc độ roto) n 1420 (vòng/phút) ta có hệ số trượt như sau: 1500 1420 s 0,0533 1500 Tốc độ của roto theo tốc độ đồng bộ: n n1 1 s
13. Cấp nguồn trực tiếp Dien ap 300 Dong dien 200 100 0 -100 Dien ap/Dong dien ap/Dong Dien -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Toc doToc (vong/phut) 200 0 -200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay)
14. 50 40 30 20 10 Momen tu dien (N.m) 0 -10 -20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Cấp nguồn qua bộ nghịch lưu 600 Dien ap Dong dien 400 200 0 -200 Dien ap/Dong dien ap/Dong Dien -400 -600 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay)
15. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Toc doToc (vong/phut) 200 0 -200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) 50 40 30 20 10 Momen tu dien (N.m) 0 -10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay)