Chương Đ C TÍNH CƠ C A Đ NG CƠ ĐI N 2.1 Khái ni m chung 2.2 ĐTC c a đ ng n m t chi u kích t đ c l p (song song) 2.3 ĐTC c a đ ng n m t chi u kích t n i ti p 2.4 ĐTC c a đ ng n không đ ng b 2.5 Các đ c tính cơng tác c a đ ng đ ng b 2.1 Khái ni m chung • Khi đ t ĐTC c a đ ng M(ω) c a máy s n xu t Mc(ω) lên m t t a đ ta có th xác đ nh đư c tr ng thái ho t đ ng c a đ ng ho c c a h : + Tr ng thái xác l p + Tr ng thái đ + Tr ng thái đ ng + Tr ng thái hãm 2.1 Khái ni m chung • Đơn v tương đ i: - Đ i lư ng b n thư ng đư c ch n: Uđm, Iđm, ωđm ho c ω0, Mđm, φđm, Rcb, - Đ i lư ng tương đ i dùng ký hi u "*", ví d : U* = U U dm I* = I ω* = ω ωdm ω* = Idm ω ω0 M* = M M dm R* = R R cb Câu h i • M i máy s n xu t có ĐTC t i, có th thay đ i đư c khơng? • M i đ ng có ĐTC t nhiên, ĐTC nhân t o? • Khi đ ng kéo t i, s m làm vi c n đ nh bao nhiêu? • V y làm th có th u n/thay đ i tr ng thái c a h m t ph ng [M,ω]? 2.2 ĐTC c a đ ng n m t chi u kích t đ c l p (kích t song song) 2.2.1 Sơ đ n i dây c a đ ng m t chi u kích t đ c l p kích t song song 2.2 ĐTC c a đ ng n m t chi u kích t đ c l p (kích t song song) 2.2.1 Sơ đ n i dây c a đ ng m t chi u kích t đ c l p kích t song song 2.2.2 Phương trình đ c tính (ĐTC) a) Xây dựng phương trình ĐTC - Phương trình cân điện áp phần ứng mạch kích từ: di Laplace → u− = e− + R−t i− + L−t −  U− = E− + R−t (1 + T− p).I − dt di Laplace u kt = R kt i kt + L kt kt  U kt = R kt (1 + Tkt p).I kt → dt đó: Rưt = Rư+Rfư; Lưt=Lư+Lfư; Tư = Lưt/Rưt; Tkt = Lkt/Rkt a) Xây d ng phương trình ĐTC - Theo lý thuyết máy điện: Eư = kφ.ω φ = c.Ikt M = kφ.Iư k= pN 2π.a - Phương trình chuyển động: M − Mc = J t dω Laplace  M − M c = J t p.ω → dt b) C u trúc c a đ ng b) C u trúc c a đ ng Khi m ch t xác l p kφ=const: c) Phương trình ĐTC ω= U− + T− p − R −t I − kφ kφ phương trình đặc tính cơ-điện có xét q độ ω= U− + T− p − R −t M kφ ( kφ ) phương trình ĐTC có xét q độ c) Phương trình ĐTC - Tr ng thái xác l p t = ∞ hay p = 0: ω= ω= U − R − + Rf − − I− kφ kφ Phương trình “đặc tính điện” biểu thị quan hệ ω = f(Iu) U − R − + Rf − − M kφ ( kφ ) Phương trình“đặc tính cơ” biểu thị quan hệ ω = f(M) d) Đư ng đ c tính đư ng đ c tính n φ ≈ const ⇒ ω = f(Iu) ω = f(M) tuyến tính Iu d) Đư ng đ c tính đư ng đ c tính n Iu - Khi Iư = 0, M = 0: ω= U− = ω0 kφ - Khi ω = 0: “tốc độ không tải lý tưởng” Iu = U− = I nm R − + Rf − “dòng điện ngắn mạch” d) Đư ng đ c tính đư ng đ c tính n và: M= “momen ngắn mạch” hay "momen khởi động" U− kφ = I nm kφ = M nm R− + Rf − - Độ cứng đặc tính cơ: ( kφ ) dM β= =− dω R − + Rf − ( kφ) dM β= = dω R − + R f − hay e) Các d ng khác c a phương trình ĐTC - Dạng 1: ω = ω0 - ∆ω đó: ∆ω = R− + Rf − I − kφ ω0 ω A ∆ω :“độ sụt tốc độ” M - Dạng 2: ω = ω0 − M β U− ( kφ) ω M = kφ − R− + Rf − R − + Rf − - Dạng 3: hay M = M nm − βω e) Các d ng khác c a phương trình ĐTC - Dạng (ở đơn vị tương đối): R* + R * − f M * ω = − − * φ φ* * * * * U − R − + Rf − * ω = − I − * * φ * φ U* − ( ) đó: ω* = ω/ω0; Uư* = Uư/Uđm; φ* = φ/φđm = kφ/kφđm; Iư* = Iư/Iđm; M* = M/Mđm; U dm Rư* = Rư/Rđm; Rfư* = Rfư/Rđm; R dm = I dm Ứng với M = Mc (xác lập) có tốc độ xác lập ωxl: Iư = Ic = Mc/kφ : “dòng điện tải” 2.2.3 Đ c tính t nhiên (Rfư = 0, Uư = Uđm; φ = φđm) - Phương trình ĐTC tự nhiên: ω= U dm R− − M kφdm ( kφ )2 dm - Phương trình đặc tính cơ-điện tự nhiên: ω= U dm R − − I− kφdm kφdm - Tốc độ không tải độ cứng ĐTC tự nhiên: U ω0.tn = dm kφdm βtn ( kφdm )2 = R− β* = tn R* − 2.2.3 Đ c tính t nhiên • Ở đơn vị tương đối: φ = φđm ⇒φ* =1 ⇒M* =I* ⇒ phương trình ĐTC tự nhiên đơn vị tương đối: ω* = - Rư*.I* = - Rư*.M* - V ĐTC t nhiên t s li u catalog • Từ nhãn máy catalog ta thường biết số liệu sau: Pđm [kW], nđm [vòng/phút], Uđm [V], Iđm [A], ηđm, Ru [Ω], • Cần xác định điểm: điểm không tải [0, ω0] điểm định mức [Mđm, ωđm] [Iđm, ωđm] điểm ngắn mạch [Mnm,0] [Inm, 0] 10 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 điện kháng X1 stato Khi thay đổi R1 X1 ωo = const s th = M th = R '2 R1 + X nm [ ≡ 1 , R1 X1 3U1 2ω0 R1 + R1 + X nm ] ≡ 1 , 2R1 X1 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 điện kháng X1 stato 41 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 điện kháng X1 stato 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo d) Đặc tính thay đổi số đơi cực p ωo = 2πf/p, p = 1,2, nên tốc độ từ trường quay thay đổi nhẩy cấp 42 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo e) Họ đặc tính nhân tạo thay đổi tần số f - Khi giảm f E = 4,44KwN1.Φ.f giảm, Z1 = 2πf.L1 giảm Nếu U1 giữ ngun = Uđm dịng điện động cơ: U1 − E1 lớn Iđm Z1 thay đổi f bắt buộc phải điều chỉnh U1 I1 = - Nếu điều chỉnh ffđm ta điều chỉnh theo luật U/ f = const ta giữ cho động không bị tải công suất U1  U  const M th ≡ = 1 ≡ ωo f2  f  f ⇒ Pmax = M th ωo = const 43 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo e) Họ đặc tính nhân tạo thay đổi tần số f 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng a) Hãm tái sinh - Hạ tải máy nâng hạ (cẩu tháp, vận thăng, cần trục, ) - Giảm tần số dòng điện stato đột ngột 44 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng b) Hãm ngược - Thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto R2f (chỉ dùng cho động rôto dây quấn) 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng b) Hãm ngược - Đổi thứ tự pha điện áp stato (đảo chiều từ trường quay ωo): 45 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng c) Hãm động Đường 1, có điện trở R2 khác I1 Đường 2, có dịng I1 khác R2 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng c) Hãm động - Đặc tính hãm động năng, dùng đơn vị tương đối: M= M th.®n ω* ω* th đó: + ω* th ω* * tốc độ tương đối: ω = ω ωo tốc độ tương đối tới hạn: ω* th = R '2 X µ + X '2 - Mômen tới hạn hãm động nng M th.đn = 2 3I1 Xà ( 20 X µ + X'2 ) 46 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng c) Hãm động nng M th.đn = 2 3I1 Xà ( 20 X µ + X'2 ) cơng thức này, I1 dòng điện xoay chiều (giả tưởng) thay cho dòng điện chiều Imc chạy cuộn dây stato thực hãm động I1 = A.Imc A xác định theo cách đấu cuộn dây stato: 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng c) Hãm động 47 2.4.5 Các trạng thái hãm động không đồng c) Hãm động Ta lấy Imc từ nguồn động phát thơng qua chỉnh lưu mạch rôto tụ điện mạch stato Các sơ đồ gọi “hãm động tự kích” Bài tập 1: Tính vẽ đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo động không đồng rôto dây quấn động 850kW, 6000V, no=600vg/ph, nđm = 588vg/ph, λ = 2,15; E2nm = 1150V, I2đm = 450A Với điện trở phụ pha roto Rf cho theo bảng đây: Phương án Giá trị Rf (Ω) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 48 Bài tập 2: Bài tập 2: Hãy lựa chọn đặc tính hãm động xác định thơng số hãm, gồm dịng điện chiều Imc cấp vào cuộn dây stato điện trở phụ Rh nối vào mạch rôto động cho mômen hãm cực đại đạt Mhmax = 2,5Mđm hiệu hãm cao Số liệu cho trước: Động 11kW, 220V, 953vg/ph, λ = 3,1; cosϕđm = 0,71; cosϕo = 0,24 (không tải); I1đm = 28,4A; I1.0 (không tải) = 19,2A; R1 = 0,415Ω; X1 = 0,465Ω; E2nm = 200V; I2đm = 35,4A; r2 = 0,132Ω; X2 = 0,27Ω; Ke = 1,84 Đáp án: Rh = 1,308Ω, Imc = 53A 2.5 Các đặc tính cơng tác động đồng 2.5.1 Đặc tính động đồng ω0 = 2πf1 , ω = ω (M≤M ) o max p 49 2.5 Các đặc tính cơng tác động đồng 2.5.2 Đặc tính góc động đồng M = f(θ), θ - góc lệch pha E Ul bỏ qua r1 (≈0) 0H = Ul cosϕ = E.cos(ϕ-θ) ⇒ cos ( ϕ − θ ) = CB U ι sin θ = CA I.xs U ι I.cos ϕ = EU ι sin θ xs Vế trái công suất pha động ⇒P=3 H E.U ι sin θ xs 2.5.2 Đặc tính góc động đồng mômen động cơ: M= P 3EU ι = sin θ = M m sin θ ω0 ω0 xs Mm = 3EU ι ω0 xs ứng với θ = 90o thường θ = 20o÷25o, ứng với λM = Mm = ÷ 2,5 M dm 50 Bài tập cuối chương Bài 1: Xác định thơng số động chiều kích từ song song Số liệu cho trước thông số catalog Yêu cầu xác định: Từ thông định mức (hoặc kφđm), Iưđm, Mđm (mômen cơ), mômen điện từ định mức Mđt.đm, điện trở phần ứng Rư, điện trở định mức Rđm, Rư*, độ sụt tốc ứng với tải định mức ∆ωc ∆ω*c; tốc độ không tải lý tưởng ωo, dịng điện ngắn mạch Inm, mơmen ngắn mạch Mnm, độ cứng ĐTC tự nhiên β β*; phương trình ĐTC ĐT cơ-điện tự nhiên hệ đơn vị tuyệt đối tương đối, vẽ ĐTC đơn vị tuyệt đối đơn vị tương đối Số liệu cho trước: Bài tập cuối chương Phương án Pđm, kW Uđm, V Thông số nđm, vg/ph 6,6 4,4 220 220 2200 1500 0,85 0,85 0,07 0,07 2,5 220 220 1000 1500 0,80 0,85 0,07 0,16 10 15 220 220 2250 1560 0,87 0,83 0,125 0,4 13,5 21 33,5 220 220 220 1050 1500 1580 0,84 0,86 0,87 0,5 0,5 1,0 10 46,5 220 1500 0,88 1,2 ηđm J, kgm2 51 Bài tập cuối chương Bài Tính tốn thông số nguồn mạch cần thiết để đưa trạng thái hoạt động động chiều kích từ độc lập từ điểm A (điểm định mức [1, ω*đm]) qua điểm B, C, D E Biết điểm có toạ độ đơn vị tương đối B[-2;0,8], C[0;0], D[0;ω*đm] E[1;-1] Thông số động lấy theo tập B Mc A ω*đm M C D E Bài tập cuối chương Bài Xác định thông số động xoay chiều không đồng rôto dây quấn Cho trước số liệu catalog Yêu cầu xác định đại lượng: mômen (cơ) định mức Mđm; độ trượt định mức sđm; hệ số biến áp Ke, hệ số quy đổi điện trở điện kháng Kr, R2đm, R2*, R2, R2’, Xnm, Xnm’, mơmen khởi động; phương trình ĐTC dạng Kloss, vẽ ĐTC tự nhiên Số liệu cho trước: 52 Bài tập cuối chương P.án Pđm kW U1đm V nđm vg/ph λ I1đm A cosϕđm E2nm V I2đm A J kgm2 1,4 380 855 2,3 5,3 0,65 112 4,3 0,021 3,5 380 915 2,3 10,5 0,70 181 13,7 0,049 380 925 2,5 14,8 0,69 206 16,6 0,067 11 380 945 2,8 28,6 0,73 172 42,5 0,215 22 380 965 2,8 55 0,71 225 61,0 0,50 30 380 720 2,8 77 0,68 280 67,5 1,025 40 380 730 2,8 101 0,69 322 76,5 1,40 45 380 575 3,0 115 0,70 185 155 4,25 60 380 578 3,0 145 0,72 245 153 5,25 10 100 380 584 2,8 225 0,67 275 230 10,35 Bài tập cuối chương Bài Nghiên cứu chế độ làm việc trạng thái động trạng thái hãm động động chiều kích từ song song Số liệu cho trước: Động 10kW, 220V, 54A, 970vịng/phút, Rư = 0,35Ω; điện trở cuộn kích từ Rkt = 140Ω 1) Dựng ĐTC có điện trở phụ Rf mạch phần ứng xác định tốc độ làm việc nâng tải với phụ tải Mc Giá trị Rf Mc cho bảng 2) Khi hạ tải trọng ta cắt phần ứng động khỏi nguồn nối vào điện trở hãm Rh Hãy xác định Rh cho mômen hãm ban đầu động Mhbđ = 2Mđm ứng với phương án làm việc nâng tải cho bảng 3) Xác định tốc độ xác lập hạ tải trọng với giá trị Mc cho bảng giá trị Rh tương ứng xác định từ câu 53 Bài tập cuối chương Thông số Phương án 10 Mc Nm 20 30 40 50 60 20 30 40 50 60 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Rf Ω Bài tập cuối chương Bài Dựng ĐTC tự nhiên động KĐB rơto lồng sóc theo số liệu catalog phương pháp xác phương pháp gần So sánh kết phương pháp Số liệu catalog cho bảng, f=50Hz: Phương án Pđm kW Uđm(dây) V nđm vg/ph λ=Mth/Mđm KM=Mnm/Mđm 10 380 2930 2,5 1,3 14 380 2930 2,5 1,5 20 380 2940 2,9 1,2 28 380 1460 2,3 1,4 40 380 1460 2,3 1,2 55 380 1410 2,3 1,3 40 380 980 2,2 1,5 55 380 985 2,2 1,2 75 380 985 2,2 1,2 10 100 380 1470 2,3 1,2 54 Bài tập cuối chương Gợi ý: - Phương pháp xác: 2.M th (1 + a.sth ) M= Sử dụng phương trình: s s + th + a.sth sth s để xác định a sth ta thay số liệu điểm định mức điểm ngắn mạch thu hệ phương trình giải ta đạt kết - Phương pháp gần đúng: sử dụng phương trình Kloss 2M th M= s s th + s th s Bài tập cuối chương Bài Số liệu động KĐB rơto lồng sóc cho theo tập Hãy trình bày tính toán cách đưa trạng thái động từ điểm A (điểm định mức) đến điểm B[0,4;0,4] C[-0,6;0,6] 55 ... 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 điện kháng X1 stato 41 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 điện kháng X1 stato 2.4.4 Các đặc tính nhân... 1,308Ω, Imc = 53A 2.5 Các đặc tính cơng tác động đồng 2.5.1 Đặc tính động đồng ω0 = 2πf1 , ω = ω (M≤M ) o max p 49 2.5 Các đặc tính cơng tác động đồng 2.5.2 Đặc tính góc động đồng M = f(θ), θ -... ≡ Rf = const ωo = const 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo a) Họ đặc tính thay đổi R2 (họ đặc tính biến trở) 39 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo b) Họ đặc tính thay đổi điện áp stato U1 Khi thay đổi U1 ωo