Bài tập dài môn Máy điện

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 . Đề Bài : Cho động cơ khụng đồng bộ 3 pha rụto lồng súc cú điện ỏp U=380/220V, đấu Y/ , tần số f1=50Hz , số đôi cực p=2 và cỏc thụng số kỹ thuật sau: LỜI GIẢI: 1/Áp dụng cụng thức : f2= 60 .2 pn =s.f1 Ta cú : n2= 5,40 2 60.50.027,060.. 1  p fs (vũng/ph) Mà : s= 1 2 n n  n1= s n2 =1500(vũng/ph) Mặt khỏc : n2 = n1- n  Tốc độ của rụto là : n = n2- n1= 1459,5(vũng/ph)  Tần số của dũng điện rụto : f2= 35,1 60 2.5,40 60 .2 pn (Hz) 2/Giản đồ năng lượng – Cs tỏc dụng – Cs phản khỏng ở chế độ động cơ : TT Pdm(kw) s(%) (%) Cosφ dmM 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 tỏc dụng :  Ta đi tớnh cỏc thành phần cụng suất trong giản đồ trờn : Với : Pdm=18,5kw I0=0,3Idm r1= r’2 x1= x’2 Pcơ=0,8%.Pdm Pf=0,5%.Pdm Ta cú :  Tổn hao phụ : Pf= 0,5%.Pdm= 92,5(w)  Tổn hao cơ : Pcơ= 0,8%.Pdm= 148(w)  Cụng suất đưa ra : P2= Pdm= 18,5(kw) = 18500(w) Mà : = 11 2 18500 PP P   Suy ra , công suất đ•a vào : )(56,20555 9,0 18500 1 wP  Mặt khác : Ptổn hao= P1- P2 =2055,56(w)  Ptổn hao= PCu1+ PFe + Pcơ + Pf = 2055,56(w)  PCu1+ PFe+ PCu2 = Ptổn hao- (Pcơ + Pf) =1815,06(w) (1) Và P2= Pcơ- (Pcơ+Pf)  Công suất cơ của động cơ điện là : Pcơ= P2 + (Pcơ+Pf)= 18740,5(w) Lại có : PCu1= m1.(I2’) 2.r2’(với m1= 3 : là số pha của stato) PFe = m1.(I0) 2.rm PCu2= m1.(I1) 2.r1 ADCT : P= m.U.I.Cos  I1=Iđm= 94,31 88,0. 3 380 .3 18500 cos.. 111 Um Pdm (A).  I0= 0,3.Iđm= 0,3.31,94 = 9,6(A) ADCT : (I1) 2 = (I0) 2 + (I2’) 2  I2’=   )(46,302021 AII  Mà : In = Ikđ = 7.Iđm = 223,6 )(A Theo thí nghiệm ngắn mạch ta có : zn= )(98,06,223 3 380 1  kd dmn I U In U ` Mà : Pcơ= m1.(I2’) 2. s s1 .r2’  r2’=    sIm sPco 1.)'.( . 2 21 0,19( ) Theo đầu bài : r1= r2’= 0,19( ) rn= r1+r2’= 0,38( ) Nh• vậy : zn 2 = xn 2 + rn 2 xn =   9,022  nn rz ( ) Có : xn= x1 + x2’= 2x1 ( do x1= x2’ theo giả thiết )  x1= x2’ = 45,02  nx ( ) Suy ra :  Tổn hao đồng trong rôto là : PCu2= m1.(I2’) 2.r2’= 3.(30,46) 2.0,19= 528,85(w)  Tổn hao đồng trong dây quấn stato là : PCu1= m1.I1 2.r1= 3.(31,94) 2.0,19 = 581,49(w) Từ (1) ta có :  Tổn hao trong lõi sắt stato là : PFe= 1815,06 - (PCu2+ PCu1) = 704,72 (w)  Công suất điện từ truyền qua rôto là : Pđt= P1- PFe- PCu1= 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 : Q1= m1.U1.I1sinϕ1=   31,9985cos1.94,31 3 380 .3 2   (Var)  Cs phản kháng sinh từ tr•ờng tản ở mạch thứ cấp là : q2= m1.(I2’) 2.r2’= 3.(30,46) 2.0,19 = 528,85(Var)  Cs phản kháng sinh từ tr•ờng tản trong mạch sơ cấp là : q1= m1.I1 2.x1= 3.(31,94) 2.0,45= 1377,22(Var) Mà : Q1= Qm+ q1+ q2 Suy ra : Công suất phản kháng sinh từ tr•ờng khe hở là : Qm= Q1- (q1+ q2) = 8079,24(Var) 3/ Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ : x1 r1 x2’ r2’ 1 . I xm '2 . I 1 . U . 0I rm   s s r 1 '.2 Với : r1: là điện trở của dây quấn stato x1: là điện kháng tản của dây quấn stato r2’: là điện trở của rôto x2’: là điện kháng tản trên dây quấn rôto rm: điện trở từ hoá đặc tr•ng cho tổn hao sắt xm: điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và rôto I1: là dòng điện trong dây quấn stato I2’: là dòng điện quy đổi của rôto sang stato I0: là dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F0 s: là hệ số tr•ợt . Theo tính toán ở trên ta có : r1= r2’= 0,19( ) x1= x2’ = 45,02 nx ( ) I1=Iđm= 94,31 88,0. 3 380 .3 18500 cos.. 111 Um Pdm (A). I0= 0,3.Iđm= 0,3.31,94 = 9,6(A) I2’=   )(46,302021 AII  Lại có : PFe= m1.rm.(I0) 2  rm=   )(55,2. 201  Im PFe Qm= m1.(I0) 2.xm  xm=   )(22,29. 201  Im Qm . 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 cosφ0= 0,1 0,15) a/ Ph•ơng trình của máy điện ở chế độ động cơ :   mzIE III EE xj s r IE xjrIE . ' ' '. ' ''0 .U 0 . 1 . 0 . 2 . 1 . 1 . 2 . 2 2 2 . 2 . 111 . 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 Φ '2 .. 1 EE  '2 . I Với : Ψ1: là góc giữa 1 . E và 1 . I Ψ2; là góc giữa '2 . I và . 1E φ1: 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=                    '.'. 211211...2 '... 2 2 1 2 2 11 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 : m1=3 , U1= 380/ 3 , r1=r2=0.19, C1=1, p=2, f1=50 x1=x2= 0.45 (ở đây ta lấy x2=x2’ và r2=r2’ 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 Mmax/Mđm , bội số mômen khởi động Mkđ/Mđm , bội số dòng khởi động Ikđ/Iđm. Đối chiếu với các số liệu trong bảng : a/ Bội số Mmax/Mđm : Có : Mđm=                    '.'. 211211...2 '... 2 2 1 2 2 11 xCx s rC r U f s rpm   Mđm= 61,93 (N.m) Mmax=   '....2 .. .2 1 21111 2 11 1 xCxrf pm C U   Mmax= 421,71 (N.m)  Nh• vậy ta có bội số : 81,6 93,61 71,421max  dmM M . b/ Bội số mômen khởi động Mkđ/Mđm : Có : Mkđ =        '.'. 211211...2 '... 22 1 2 2 11 xCxrCr U f rpm   Mkđ = 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 Ikđ/Iđm : Ikđ =      )(58,224'.'. 22112211 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 sM M m m   2 max Với : sm=   221121 21 '. . xCx rC r   sm= 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, Mmaxcực đại d•ơng thì xấp xỉ bằng nhau. Nh•ng Mmax cực đại âm thì : Mmax của đặc tính cơ xét theo câu 5 lớn hơn nhiều so với Mmax của đặc tính cơ xét trong câu 7 theo biểu thức Klôx . 8/ Đặc tính M= f(s) ứng với điện áp U1= 70%, 80%, 90% của U1đm : 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 f1= 20,30,40Hz : Ta tiến hành lập trình Matlab t•ơng tự nh• ở câu 8 với f1 thay đổi 20Hz, 30Hz, 40Hz . Ta sẽ đ•ợc đồ thị nh• hình d•ới đây :