Chương 1: Cơ sở truyền động điện | Đại học Hoa Sen

CHƯƠNG I :
CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1 :
Cho một vật có khối lượng m = 500kg , g = 9,81m/s2. Tỷ số truyền
i = 10, đường kính quán tính Dt = 10KM. Hiệu suất của bộ biến đổi là 0,9. Nếu
vật có thể đi lên và có tốc độ tối thiểu = 0,5 m/s thì phải chọn động cơ có Mđm và tốc độ là bao nhiêu ? Bài 2 :
Một vật có m = 500kg, g = 9,81 m/s2 di chuyển với vận tốc bằng 1 m/s, J 2 2
t = 500kg/m2, ibt = 100, GD = 100kgm . Hãy quy đổi Moment quán tính
của hệ thống về đầu trục động cơ. Bài 3 :
Cho một động cơ có GD2 = 100kgm2, nđ = 720v/phút, i = 10, một phần tử
chuyển động quay có J = 15kgm2, một vật chuyển động thẳng có G = 500Kg với
vận tốc 2 m/s. Tính Moment quán tính quy đổi về đầu trục động cơ. Bài 4 :
Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền cho một hệ thống dùng băng tải
để chuyển hàng từ nơi này đến nơi khác cho biết :
F = 1110kg (lực kéo băng tải), vận tốc băng tải vbt = 0,47m/s. Băng tải làm việc
một chiều, tải coi như ổn định. Tính Moment cản trên đầu trục động cơ. Biết rằng nđc = 1400v/phút Bài 5 :
Một động cơ khởi động cho một cơ cấu (từ tốc độ = 0) đến tốc độ n =
800V/phút, rồi sau đó cùng với phanh cơ khí, nó làm giảm tốc cơ cấu về trạng thái
đứng yên. Hãy xác định thời gian tăng tốc và giảm tốc của truyền động nếu cho biết :
Moment tĩnh do lực ma sát sinh ra Mc = 80Nm.
Moment quán tính của truyền động (động cơ, cơ cấu và sản phẩm) qui đổi về trục động cơ là : J = 6,25Kgm2 n d b
Momet do phanh cơ khí sinh ra Mh = 280Nm
Đặc tính của động cơ có dạng như sau :
Động cơ sinh ra được những Moment sau :
Khi khởi động Ma = 500Nm (điểm a) M
Khi tốc độ đạt đến 800V/phút .Mb = 100Nm (điểm b) a 400 100 0
Moment hãm đầu tiên Md = 400Nm (điểm d) 1 ĐÁP ÁN CHƯƠNG I :
Cơ sở Truyền Động Điện Bài 1 : Đáp số : Mđm = 28Nm. nđ = 955V/phút. Bài 2 : Đáp số : J = 25,13Kgm2 Bài 3 : Đáp số : J = 25Kgm2 Bài 4 :
P là công suất trên tải
 là hiệu suất cho bằng 1000 (hiệu suất băng tải)
Pđc là công suất động cơ
+ Ta có : Công suất trên băng tải là :
P = F * Vbt = 1100 * 0,47 = 517 W
Công suất động cơ Pđc = = 5,22 KW
- Động cơ không trực tiếp kéo băng tải mà thông qua bộ truyền lực nên hiệu suất bằng 0,87  Pđc = = 6 KW
Moment cản trên đầu trục động cơ là : Mc = * F * = 40,92 Nm Bài 5 : + Ta có :
* Thời gian tăng tốc từ điểm a đến b là : tab = - Trong đó :
Mđga = + | Ma | - | Mc | = 500 - 80 = 420Nm
Mđgb = + | Mb | - | Mc | = 100 - 80 = 20Nm  tab = 4s * Thời gian giảm tốc : + Ta có : nd = 800V/phút no = 0
Mđgd = - 400 - 80 - 280 = -760 Nm Mđgo = - 80 - 280 = -360 Nm  tdo = 1s CHƯƠNG II
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Câu hỏi thảo luận: 2
1. Khái niệm về đặc tính cơ của máy sản xuất và của động cơ điện? Ý nghĩa của việc
nghiên cứu đặc tính cơ (đặc tính cơ điện)?
2. Vẽ sơ đồ đấu dây của động cơ một chiều kích từ độc lập, động cơ một chiều kích
từ song song? Với điều kiện nào thì động cơ một chiều kích từ độc lập được coi
như động cơ một chiều kích từ song song?
3. Các bước tiến hành xây dựng phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của
động cơ một chiều kích từ độc lập?
4. Ảnh hưởng của các tham số tới phương trình đặc tính cơ?
5. Cách vẽ đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập?
6. Vẽ sơ đồ đấu dây của động cơ một chiều kích từ nối tiếp? Đặc điểm của cuộn dây
kích từ trong động cơ một chiều kích từ nối tiếp?
7. Cách vẽ đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ nối tiếp?
8. Cách tính điện trở khởi động của động cơ một chiều kích từ độc lập? (phương pháp
giải tích và phương pháp đồ thị)
9. Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập?
10.Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp?
11.Các bước tiến hành xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha?
12.Các thông số ảnh hưởng đên đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ?
13.Cách tính điện trở khởi động của động cơ không đồng bộ?
14.Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ?
 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Bài 1 :
Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với Mc = 30 Nm
Động cơ có các thông số sau Uđm = 220V, Iđm = 30A, nđm = 1000v/phút, Pđm = 4KW.
Xác định trị số điện trở phụ cần thêm vào để động cơ đổi chiều quay sang tốc độ n
= - 800v/phút và vẽ đặc tính cơ khi tốc độ n = -800v/phút. Bài 2 :
Một động cơ kích từ độc lập có các tham số sau :
Pđm = 10KW, Uđm = 110V, Iđm = 100A, nđm = 500v/phút. Trang bị cho một cơ cấu
nâng đang làm việc trên đường đặc tính tự nhiên với phụ tải Mc = 0,8 Mđm và động cơ đã nâng hàng xong.
Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định Rf cần nối vào mạch phần ứng để động cơ hạ tải với
tốc độ bằng 1/2 tốc độ nâng. Bài 3 :
Một động cơ một chiều kích từ độc lập có các tham số sau : 3
Pđm = 4,2KW, Uđm = 220V, Iđm = 20A, nđm = 500v/phút được trang bị cho một cơ
cấu nâng. Khi động cơ đang nâng tải trên đặc tính cơ tự nhiên. Người ta đọc được
giá trị dòng điện chạy trong mạch phần ứng 21A. Để dừng tải lại người ta sử dụng
hãm động năng kích từ độc lập. Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định trị số điện trở hãm
dùng để nối kín mạch phần ứng sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong phạm vi cho phép.
Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định giá trị R dùng để nối kín mạch phần ứng để động cơ
hạ tải trong trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm bằng 1/2 tốc độ nâng. Bài 4 :
Một động cơ kích từ độc lập có Pđm = 10KW, Uđm = 110V,
Iđm = 100A, nđm = 500v/phút. Đang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với phụ tải Mc
= 0,8Mđm. Khi động cơ đang làm việc ổn định thì đột ngột điện áp giảm xuống còn
90V. Hãy xác định tốc độ ổn định của động cơ lúc ban đầu rồi phân tích các trạng
thái làm việc của động cơ khi chuyển từ tốc độ ban đầu đến tốc độ sau. Xác định
dòng điện chạy qua phần ứng động cơ và vẽ đặc tính cơ của động cơ tại thời điểm điện áp vừa thay đổi. Bài 5 :
Một động cơ một chiều kích từ độc lập có Pđm = 4KW, Uđm = 220V,
Iđm = 20A, n = 1000V/phút. Động cơ khởi động với Mc = 0,8 Mđm. Dòng điện lớn
nhất trong quá trình khởi động I1 = 50A. Hãy xác định số cấp khởi động và xác
định giá trị của R cần cắt ra khi chuyển đặc tính. Bài 6 :
Một động cơ một chiều kích từ độc lập có Pđm = 75KW, Uđm = 440V, nđm =
1000V/phút, Iđm = 194A, Rư = 0,072
Xác định độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên.
Xác định tốc độ khi giảm từ thông còn 2/3 đm với phụ tải là định mức và điện trở
phụ trong mạch phần ứng bằng 0.
* ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP Bài 7 :
Một động cơ một chiều kích từ nối tiếp đang làm việc ở trạng thái động cơ
trên đường đặc tính cơ tự nhiên, người ta đo được dòng điện chạy qua động cơ
bằng 18A. Để hãm dừng nhanh động cơ, người ta áp dụng biện pháp đảo ngược
cực tính điện áp phần ứng và nối thêm Rf.
Hãy tính Rf bằng bao nhiêu ? để dòng điện hãm ban đầu  2,5Iđm Tham số của động cơ :
Pđm = 4KW ; Uđm = 220V ; Iđm = 20A ; nđm = 500V/phút
Động cơ không đồng bộ ba pha. 4 Bài 8 :
Tính điện trở cấp hãm ngược dùng cho động cơ kích từ nối tiếp kiểu M -
72, 80KW, 220V, 460V/phút. 405A ứng với TD 25%. Yêu cầu hãm nhanh. Bài 9 :
Cho một động cơ một chiều kích từ nối tiếp có Rcknt = 0,96 ,
Pđm = 7 KW, nđm = 1180 V/phút, Uđm = 220V, Iđm = 37,5A. Tính điện trở phụ nối
tiếp để động cơ mang tải Mc = 70Nm, nc = 750V/phút
* ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Bài 10 :
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha có tham số sau :
Pđm = 60KW , nđm = 720V/phút, fđm = 50Hz , m = 2,2, 2p = 8.
Hãy xác định tốc độ của động cơ khi Moment phụ tải đặc lên trục động cơ Mc = 0,8 Mđm
Khi động cơ mở máy trực tiếp thì Moment khởi động của động cơ là bao nhiêu ? Bài 11:
Một động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha có các tham số sau :
Pđm = 7,5KW, nđm = 945V/phút, fđm= 50Hz , m= 2,5, 2p = 6, Iđm= 20A, Uđm 380V
Hãy xác định Moment mở máy của động cơ khi mở máy trực tiếp. Tốc độ của
động cơ khi động cơ làm việc trên đặc tính tự nhiên với Mc = 0,8Mđm. Bài 12 :
Một động cơ một chiều kích từ độc lập có các tham số sau :
Pđm = 25KW , nđm = 500V/phút, Iđm = 120A, Uđm = 220V.
Moment quán tính của roto J 2
A = 3,7 Mc = 382Nm, Jqđ = 6,3 kgm
Động cơ khởi động gián tiếp qua các cấp Rf và đòng điện lớn nhất trong qua trình
khởi động là : I1 = 2,5Iđm = 300A.
Hãy xác định các cấp R và thời gian khởi động. Bài 13 :
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn, đang làm việc trên
đường đặc tính cơ tự nhiên với Mc = 23,7Nm. Các số liệu của động cơ như sau :
Pđm=2,2KW, nđm = 885V/phút,m = 2,3, 2p = 6,Iđm= 12,8A, Uđm = 220V,E2 = 135V.
Xác định tốc độ động cơ khi thêm vào Roto điện trở bằng 1,5.
Tính Rf cần thiết thêm vào khi động cơ làm việc với tốc độ n = - 300V/phút. 5 Bài 14 :
Cho một động cơ điện không đồng bộ có các tham số sau :
Uđm = 380 V, Pđm = 7,5KW, nđm = 905 V/phút, Istđm = 19,3A, IkđTN = 4,4Istđm,
MkđTN = 3Mđm , Cos nm = 0,74. Để cho tải trọng của một palăng khỏi bị giật
mạnh, khi khởi động người ta nối stator động cơ qua 1 điện trở khởi động. Hãy tính
giá trị điện trở ngoài cho động cơ đó. Bài 15 :
Tính điện trở trong mạch một chiều để hãm động năng động cơ không đồng
bộ ba pha có các số liệu như sau :
Uđm = 380V, Pđm = 11KW, nđm = 685 V/phút, Istđm = 28,8A, dòng ba pha không tải
Isto = 19,4 A, rst = 0,43 . Nguồn xoay chiều của động cơ là một bộ biến tần 25Hz.
Lưới một chiều để cung cấp dòng điện cho hãm động năng có điện áp 220V. Yêu cầu hãm nhanh. Bài 16 :
Tính điện trở khởi động cho một động cơ không đồng bộ 380V, 40KW,
980V/phút, Erđm = 191V, Irđm = 126A. Dùng để truyền động một máy đập có bánh
đà . Để dùng phần động năng của bánh đà người ta nối vào Roto một đoạn điện
trở cố định để cho động cơ có độ trượt scđ = 0,1 khi Moment bằng định mức. Bài 17 :
Chọn máy phát hãm động năng và tính toán điện trở Roto khi hãm động
năng cho một động cơ không đồng bộ có bánh đà dùng để truyền động giá cán.
Động cơ 850KW, 6000V, 590V/phút, Moment định mức bằng 13,5KNm, Isto = 27,8A, r 2
st = 0,6 . Moment cản tĩnh tổng của Roto và bánh đà J = 12,5 Tm .
Moment cản tĩnh không tải bằng 1,4KNm. Động cơ được điều khiển nhờ một bộ
điều chỉnh trượt dùng công tắc tơ. Thời gian hãm cho phép khoảng 2 phút. Bài 18 :
Tính toán điện trở phụ nối thêm vào mạch kích từ và điện hãm của mạch
hãm động năng động cơ không đồng bộ, 380V,5KW, 940V/phút, Erđm = 164V, Irđm
= 20,6A, Istđm = 14,9A, Isto = 10,9A, rst = 1,22.
Dòng điện kích từ một chiều được cấp từ lưới 220V. Động cơ điều khiển nhờ một
Công tắc tơ đặt cách động cơ 30m. Yêu cầu hãm nhanh. ĐÁP ÁN CHƯƠNG II : BÀI 1 :
Giá trị điện trở phụ cần thêm vào để động cơ đổi chiều quay sang tốc độ n = -800V/phút: 6
+ Ta có : Phương trình đặc tính nhân tạo khi đảo chiều. I  R  R  n n C u f nt = no - 2 K K  n = 1235 R = 0 (ĐTCTN) M C dm o f - Ta lại có :
KM KE 2đm = 9,55 (KEđm)2 Rư = = 1,4 K R = 19 (ĐTCNT) Eđm = = 0,178 f no = = 1235 V/phút + Vậy : nnt = no - I, M
- 800 = 1235 - + Hình vẽ đặc tính cơ nhân tạo : Rf = 19 . -800V/phút BÀI 2 :
* Giá trị điện trở phụ cần nối vào mạch phần ứng để động cơ hạ tải với tốc độ bằng 1/2 tốc độ nâng n Rư = 0,05  n U o  R  R I n dm u f C n ha = nâng K  E dm Rf = - Rư -Vì Enâng = KEđm. nn Ehạ = KEđm.nhạ n  hạ = 1/2 nnâng M = 0,8M C đm Eha = 1/2Enâng.
(Eha sẽ mang dấu âm vì ngược chiều). * Vậy : E I, M n = Uđm - RưIC = 106 V.
* Với IC = 80A Eha = - 53 V.  R n f = - 0,05 = 1,9875  hạ Hình vẽ đặc tính cơ : R = 1,9875 f BÀI 3 :
Giá trị Rhãm khi dòng điện hãm ban đầu nằm trong phạm vi cho phép. + Ta có : U n đm = E + Rư IC Ebđ = Uđm - RưIC E E  Ihbđ = TN  RH = - Rư - Mà Rư = 0,25  Ebđ = 214,75V
- Chọn Ihbđ = 2,5Iđm = 40A. * Vậy : RH = 5,11 (2 - 2,5)I I, M  (2Iđm)4,04  Rh  5,11 (2,5Iđm) đm 7
+ Giá trị Rh khi động cơ hạ tải với tốc độ hãm bằng 1/2 tốc độ nâng. + Ta có : R  R u H  I n C n K  ha = E dm U  R I E (nâng) n dm u C 1 nâng = KE d  m Eha = 1/2 Enâng * Vậy : = I = 21A c 2(Rư + RH)IC = Uđm - RưIC RH = - Rư = - 0,25 E (hạ) 2  RH = 4,86  BÀI 4 :
Tốc độ ổn định lúc ban đầu và sau của động cơ : U  R I + Ta có : n dm u C bđ = = 505V/phút. K Edm * Với : K n
Eđm = 0,21 và Rư = 0,05  n U o  R I n u C s = = 410 V/phút KE d  m Xác định n n ' o' không tải : o U' no' = =  429 V/phút. K Edm - Ta lại có : I = - 321 A E M = 0,8 M M,I
bđ = KEđm * nbđ = 0,21 * 505 = 106,05 V c đm I = = = - 321 A
Kết luận : Hệ thống sẽ không dừng lại được mà chỉ kìm hãm tốc độ mà thôi. BÀI 5 :
Xác định số cấp khởi động : 0,98 R R ư = 0,5 ; R1 = = 4,4  =0,5 ư 2,92 Ic = 0,8 * Iđm = 16A 1,48  8 4,4 
- Chọn 2 cấp khởi động :  = = 2,96 I2 = = = 16,89 > Ic  R2 =  * Rư = 1,48  + Ta có :
I2 > Ic thì ta chọn 2 cấp khởi động là phù hợp. BÀI 6 :
Độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên 2 K K   E M dm TN = =  Ru
Rư = 0,13  và KEđm = 0,41 5 , 9 5KEdm 2 TN = - = - 12,34 Ru
+ Khi giảm 2/3 đm với phụ tải định mức Rf = 0 + Ta có :
KEđm = 0,41 và  = 2/3 đm = 0,6 đm  đm = /0,6  KE = 0,41 * 0,6 = 0,246 n = = = 1686 V/phút. TN = - 0,84 * Với : Rư = 0,5  KEđm = 0,21
Moment điện từ do động cơ sinh ra ở trạng thái định mức :
Mđtđm = KMđm * Iđm = 9,55 * 0,21 * 20 = 40,11 Nm
Moment cơ định mức do động cơ đưa ra trên trục : Mđm = 9550 = 38,2 Nm
Moment tổn thất khi động cơ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với tải định mức
Mđm = Mtt - Mđm = 1,91 Nm
Xác định Imm với phụ tải định mức trên đặc tính tự nhiên. * Khi bắt đầu mở máy : n n = 0 E = 0  I n = 1408 mm = = 440A o
* Tốc độ không tải lý tưởng. U n dm B o = K = 1048 V/phút. 1000 E dm C
* Vậy đặc tính cơ tự nhiên đi qua 2 điểm sau : Mđm = 38,2Nm 9 20A 440 M,I 38,2 no = 1048 V/phút nđm = 1000
- Đặc tính tốc độ qua 2 điểm : A (0, 1048) B (20,1000)
+ Hiệu suất của động cơ có Rf = 1,5  + Ta có : Mđm = KMđm * Iđm Mđt = KMđm* I = =
- Mà : Mcơđm = 9550 = 38,2Nm M = Mđm = 38,2 = 28,65Nm - Ta lại có : U  R  R I dm  u f  n = kt = = 905V /phút. K Edm
Hiệu suất của động cơ khi có Rf = = = 0,82 đm = = 0,90 BÀI 7 : + Ta có :
Rư = 0,5  và Rk = 1/2 Rư = 0,25 
 E = U - RĐI = 220 - 18* 0,75 = 206,5V * Với : RĐ = Rư + Rk = 0,75
* Vì U và E cùng chiều nên ta có : (U + E ) = (RĐ + Rf)Ih  Rf = - RĐ = 7,78 
Chọn Ihbđ = 2,5 Iđm = 2,5 * 20 = 50 Bài 8 :
Điện trở hãm ngược là :
* Đáp số : Rhn = 0,7Rđm = = 0,38 BÀI 10 :
Ta có tốc độ không đồng bộ của động cơ : no = = 750V/phút
Hệ số trượt định mức của động cơ : sđm = = 0,04
Hệ số trượt tới hạn của động cơ st = sđm (m  ) 10