Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 1 November 15, 2007 Chương 6 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 6.1 Khái niệm chung 6.2 Đồ thị phụ tải và phân loại chế độ làm việc của động cơ 6.3 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ dài hạn 6.4 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn 6.5 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại 6.6 Tính chọn công suất động cơ trong các hệ có điều chỉnh 6.1 Khái niệm chung Để chọn được động cơ ta cần xét các yếu tố: - Loại động cơ. - Khả năng điều chỉnh và phương pháp thực hiện điều chỉnh. - Cấp điện áp. - Kiểu cấu tạo và loại vỏ bảo vệ. - Cấp tốc độ định mức. - Công suất yêu cầu,… 6.1.1 Mục đích của việc tính toán công suất động cơ - Nếu chọn quá lớn? - Nếu chọn quá nhỏ? Nếu chọn đúng công suất động cơ thì t 0 max ≤ t 0 cp t 0 cp tuỳ cấp cách điện: A 105 0 ; B 120 0 ; C 130 0 . ⇒ thực chất việc tính chọn công suất động cơ là việc tính toán nhiệt độ làm việc của động cơ khi đã cho trước công suất đòi hỏi của máy sx. 6.1.2 Sự phát nóng và nguội lạnh của động cơ điện - Tổn thất trong động cơ: η η− =∆ 1 PP c ∆P.dt = C.dτ + Aτ.dt τ = t 0 đc – t 0 mt nhiệt sai của động cơ C nhiệt dung của động cơ (j/độ) A hệ số tản nhiệt của động cơ (W/độ) ⇒ n T t odbdod e)( − τ−τ+τ=τ T n hằng số thời gian phát nóng động cơ T n = C/A [s]; τ od = ∆P/A [ 0 C] Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 2 November 15, 2007 thời gian phát nóng động cơ: t pn ≈ 3T n 6.1.3 Sự phát nóng động cơ khi phụ tải thay đổi Giá trị tổn thất công suất trong từng khoảng thời gian t i là: i i cii 1 PP η η− =∆ ⇒ τ = f(t) ⇒ τ max ⇒ t 0 max = τ max – t 0 mt Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 3 November 15, 2007 6.2 Đồ thị phụ tải và phân loại chế độ làm việc của động cơ 6.2.1 Đồ thị phụ tải? P = f(t) hoặc M = f(t) 6.2.2 Đồ thị phụ tải tĩnh và đồ thị phụ tải toàn phần - Đồ thị phụ tải tĩnh: “đồ thị phụ tải của máy sản xuất” M c = f(t) hoặc M c = f(t) ⇒ biết trước - Đồ thị phụ tải toàn phần: gồm phụ tải tĩnh, phụ tải phát sinh trong quá trình làm việc như quá trình khởi động, dừng máy, đảo chiều, hay thay đổi tốc độ. Từ phương trình M – M c = J.dω/dt = f(t): phụ tải toàn phần ⇒ phụ tải động là Jdω/dt 6.2.3 Phân loại chế làm việc động cơ a) Chế độ dài hạn b) Chế độ ngắn hạn c) Chế độ ngắn hạn lặp lại “thời gian đóng điện tương đối” TD ck lv t t DT = %100. t t D%T ck lv = t 1 t 2 t 3 t M 1 M 2 M 3 M Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 4 November 15, 2007 6.3 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ dài hạn Đơn giản nhất P c = const ⇒ chọn P đm ≥ P c . Trình tự tính toán: 6.3.1 Lấy số liệu - Đồ thị phụ tải tĩnh M c = f(t) hoặc P c = f(t) - Giá trị M cmax - M co (ω=0). - mômen quán tính J,… 6.3.2 Các bước tính chọn công suất PP: tính tiến dần từng bước: Chọn sơ bộ ⇒ kiểm nghiệm lại ⇒ nếu không đạt chọn lại. a) Chọn sơ bộ công suất động cơ G/s ta có P c (t) hoặc M c (t): ⇒ công suất, mômen trung bình ck ici 21 22c11c tb.c t tP .tt .tPtP P ∑ = ++ ++ = ck ici 21 22c11c tb.c t tM .tt .tMtM M ∑ = ++ ++ = ⇒ chọn sơ bộ công suất động cơ: P đm = (1,1÷1,3)P c.tb M đm = (1,1÷1,3)M c.tb Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 5 November 15, 2007 b) Kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng - Xây dựng đồ thị phụ tải M=f(t), P= f(t) - Các phương pháp kiểm nghiệm điều kiện phát nóng * Phương pháp nhiệt sai - Tính hằng số thời gian phát nóng T n - Xây dựng τ = f(t) ⇒ tìm τ max - So sánh τ max ≤ τ cp * Phương pháp tổn thất trung bình Do T n khó xác định ⇒ gián tiếp Nếu coi τ ođ = ∆P/A thì τ tb = ∆P tb /A Từ đồ thị phụ tải P(t), ta suy ra ∆P(t), từ đó ta xác định được: i i 1 1 2 2 tb 1 2 ck P t P t P t . P t t . t ∆ ∆ + ∆ + ∆ = = + + ∑ Mặt khác, tổn thất định mức trong động cơ đã chọn: ®m ®m ®m ®m 1 P P − η ∆ = η và ®m cp P A ∆ τ = ⇒ Điều kiện kiểm nghiệm phát nóng: Động cơ đã chọn sẽ đạt yêu cầu phát nóng nếu thỏa mãn điều kiện: ∆P tb ≤ ∆P đm * Phương pháp dòng điện đẳng trị Nếu ta có I = f(t) dạng bậc thang Tổn thất trong dây quấn động cơ trong từng t i là I 2 1 .t 1 , I 2 2 .t 2 ,… Ta thay thế các I i bằng một dòng điện đẳng trị I đt I 2 đt t ck = I 2 1 .t 1 + I 2 2 .t 2 +… hay ck 2 2 21 2 1 dt t .t.It.I I ++ = Với động cơ đã chọn, tổn thất định mức tương ứng với I đm . ⇒ điều kiện kiểm nghiệm phát nóng: I đt ≤ I đm * Phương pháp mômen đẳng trị Nếu khi lv φ=const, thì M~I ⇒ nếu có M = f(t) ⇒ mômen đẳng trị M đt t 1 t 2 t 3 t I 1 I 2 I 3 I Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 6 November 15, 2007 2 2 2 i i 1 1 2 2 ®t ck ck M .t M .t M .t . M t t + + = = ∑ ĐK kiểm nghiệm phát nóng: M đt ≤ M đm Với các động cơ có φ thay đổi theo công suất thì phương pháp này kém chính xác. * Phương pháp công suất đẳng trị Nếu tốc độ ít biến đổi ω ≈ const, P ~ M ⇒ ta dùng P đt thay thế cho M và i: 2 2 2 i i 1 1 2 2 ®t ck ck P .t P .t P .t . P t t + + = = ∑ ĐK kiểm nghiệm phát nóng: P đt ≤ P đm c) Kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện quá tải và điều kiện khởi động Ngoài kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, ta còn cần phải kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải và điều kiện khởi động: M max ≥ M c.max M KĐ ≥ M co Động cơ KĐB M max ≈ 0,8 M th Động cơ ĐB M max ≈ (2,5÷3)M đm Động cơ MC M max ≈ (2,5÷3)M đm 6.4 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn 6.4.1 Chọn công suất động cơ dài hạn cho phụ tải ngắn hạn a) Chọn sơ bộ động cơ Từ đồ thị phụ tải tĩnh P c =f(t) hoặc M c =f(t), tính phụ tải đẳng trị: 2 ci i c.nh c.®t i P t P P t = = ∑ ∑ 2 ci i c.nh c.®t i M t M M t = = ∑ ∑ và thời gian làm việc t lv = ∑t i Hệ số quá tải: lv n t / T a 1 K a 1 e − + = − − t 1 t 2 t 3 P c1 P c2 P c3 t P c Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 7 November 15, 2007 trong đó: fe ms cu P P a P ∆ + ∆ = ∆ Trong tính chọn sơ bộ, lấy a ≈ 1 và t lv /T n ≈0,3-0,5 để tính K. Động cơ sẽ được chọn sơ bộ theo điều kiện: c.nh c.nh ®m ®m P M P hoÆc M K K ≥ ≥ b) Kiểm nghiệm động cơ đã chọn - Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần P(t) hoặc M(t). - Kiểm nghiệm điều khiển phát nóng theo đồ thị phụ tải toàn phần: tính lại công suất hoặc mômen ngắn hạn theo phương pháp đẳng trị, được P nh hoặc M nh ; xác định lại t lv . - Từ động cơ đã chọn, xác định a, T n , từ đó tính chính xác K. - Động cơ chọn thoả mãn điều kiện phát nóng nếu: nh nh ®m ®m P M P hoÆc M K K ≥ ≥ - Kiểm nghiệm điều kiện quá tải và khởi động. 6.4.2 Chọn công suất động cơ đặc biệt, loại ngắn hạn cho phụ tải ngắn hạn Loại động cơ đặc biệt để làm việc ở chế độ ngắn hạn, có K lớn và thời gian lv quy chuẩn t qc = 15, 30, 60, 90 phút. Chọn P đm ≥ P c.nh hoặc Mđm ≥ M c.nh và t lv ≤ t qc 6.5 Tính chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Động cơ làm việc ở chế độ này là loại động cơ đặc biệt, được chế tạo riêng. Động cơ có các giá trị quy chuẩn thời gian đóng điện tương đối TĐ% qc =15, 25, 40, 60%. Nếu phụ tải P c (t) hoặc M c (t) đã biết ta tính được phụ tải đẳng trị P c.đt và M c.đt . Nếu thời gian đóng điện tương đối của phụ tải khác với quy chuẩn của động cơ thì công suất hoặc mômen định mức của động cơ được chọn sơ bộ: ®m c.®t ®m c.®t qc qc T§ T§ P P ; M M T§ T§ ≥ ≥ - Kiểm nghiệm: xác định a, ®m c.®t qc qc T§ P P a(T§ T§)+T§ ≥ − ®m c.®t qc qc T§ M M a(T§ T§)+T§ ≥ − Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 8 November 15, 2007 Ví dụ: return 6.6 Tính chọn công suất động cơ trong các hệ có điều chỉnh 6.6.1 Tính chọn ban đầu Chọn công suất và kiểm nghiệm điều kiện phát nóng, tương tự như động cơ không điều chỉnh. 6.6.2 Kiểm nghiệm theo điều khiển điều chỉnh tốc độ Nếu hệ cho lv ở vùng tốc độ trên tốc độ định mức: - Xác định dải điều chỉnh. - Dựng ĐTC máy sản xuất M c =f(ω) hoặc P c =f(ω) trong toàn dải điều chỉnh. - Dựng đặc tính tải cho phép M t.cp =f(ω) hoặc P t.cp =f(ω). - So sánh hai đường đặc tính: + Trùng nhau: quá tốt. + M t.cp ≤/≥: quá tải hoặc non tải ⇒ chọn lại phương pháp điều chỉnh tốc độ. Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa 9 November 15, 2007 . bi t, được chế tạo riêng. Động cơ có các giá trị quy chuẩn thời gian đóng điện tương đối TĐ% qc =1 5, 2 5, 4 0, 60 %. Nếu phụ tải P c (t) hoặc M c (t) đã bi t. gồm phụ tải tĩnh, phụ tải phát sinh trong quá trình làm việc như quá trình khởi động, dừng máy, đảo chiều, hay thay đổi tốc độ. Từ phương trình M – M c =