Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương 4: Tính chọn công suất động cơ cho hệ truyền động điện (2 tiết)

nóng và nguội lạnh của động cơ 
Khi máy điện làm việc, phát sinh các tổn thất ∆P và tổn thất năng lượng ∆W = ∫ ∆
t
Pdt
0
. 
Tổn thất này sẽ đốt nóng máy điện. 
Đối với vật thể đồng nhất ta có quan hệ: 
∆Pdt = Cdv + A.∆v.dt 
Trong đó: ∆v - Là nhiệt sai giữa máy điện và nhiệt độ môi trường 0oC. 
 C - Là nhiệt dung của máy điện, là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 
của máy điện lên 1oC. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 62 
 A - Là hệ số tỏa nhiệt (W/độ) phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt của không 
khí làm mát máy điện (ở máy điện có quạt làm mát, hệ số A phụ thuộc vào tốc độ quay). 
Giải phương trình ta nhận được: 
∆v = ∆v(0) + [∆v∞ - ∆v(0)].(1 - e-t/τ). 
Trong đó: ∆v(0) - Là nhiệt sai ban đầu. 
 ∆v∞ - Là nhiệt sai ổn định. ∆v∞ = A
P∆ 
 τ - Là hằng số thời gian phát nóng (s). 
4.3 Các chế độ làm việc của truyền động điện 
Căn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của máy điện, người ta chia chế độ làm 
việc của truyền động thành 3 loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. 
a) Chế độ dài hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian dài, cho nên nhiệt độ của động cơ 
đủ thời gian đạt tới trị số ổn định. 
b) Chế độ ngắn hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài, cho nên 
nhiệt độ động cơ chưa kịp đạt tới giá trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm về giá trị ban 
đầu. 
P
0
∆υ
∆υ«®
Pc
t
«®∆υ
tlv
P
∆υ«®
Pc
t
∆υ
c) Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc và 
thời gian nghỉ xen kẻ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa kịp tăng đến trị số ổn định thì được giảm 
do mất tải, và khi nhiệt độ động cơ suy giảm chưa kịp về giá trị ban đầu thì lại tăng lên do có 
tải. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian đóng điện tương đối: 
ε% = %.
.
100
kyc
lv
t
t 
Trong đó: tlv : Là thời gian làm việc có tải. 
 tc.ky = tlv + tnghỉ : Là thời gian của một chu kỳ. 
Hình 4.1 - Chế độ làm việc dài hạn. Hình 4.2 - Chế độ làm việc ngắn hạn. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 63 
t
0
«®∆υ
Pc cP Pc
lvt ot
ckt 
4.4 Tính chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ 
Để chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phụ tải MC(t) và PC(t) đã quy 
đổi về trục động cơ và giá trị tốc độ yêu cầu. 
Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ động cơ theo công suất; tra ở trong sổ tay tra cứu 
ta có đầy đủ tham số của động cơ. Từ đó tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải chính xác (trong 
các chế độ tĩnh, khởi động và hãm). 
Dựa vào đồ thị phụ tải chính xác, tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn. 
4.4.1 Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn 
Đối với phụ tải dài hạn có loại không đổi và loại biến đổi. 
a) Phụ tải dài hạn không đổi: 
Động cơ cần chọn phải có công suất định mức Pđm ≥ Pc và ωđm phù hợp với tốc độ yêu 
cầu. Thông thường Pđm = (1÷1,3)Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm động cơ đơn 
giản: Không cần kiểm nghiệm quá tải về mômen, nhưng cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi 
động và phát nóng. 
0
cP
t
cM
0
Mc cP
t
M1
2M
M3
M4
M5
M6
1M
2M
1t 2t 3t nt ot 1t
ckt
Hình 4.3 - Chế độ làm việc 
ngắn hạn lặp lại. 
Hình 4.4 - Đồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn không đổi; b) Phụ tải dài hạn biến đổi. 
a) b) 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 64 
b) Phụ tải dài hạn biến đổi: 
Để chọn được động cơ phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình của 
mômen hoặc công suất. 
∑
∑
=
n
i
n
ii
tb
t
tM
M
0
0 , 
∑
∑
=
n
i
n
ii
tb
t
tP
P
0
0 
Động cơ chọn phải có: Mđm = (1÷1,3)Mtb hoặc Ptb = (1÷1,3)Ptb. 
Điều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, quá tải về mômen và khởi động. 
4.4.2 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn 
Trong chế độ làm việc ngắn hạn có thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc sử dụng động cơ 
chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn. 
a) Chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
Trong trường hợp không có động cơ chuyên dụng cho chế độ ngắn hạn, ta có thể chọn 
các động cơ thông thường chạy dài hạn để làm việc trong chế độ ngắn hạn. Nếu chọn động cơ 
dài hạn theo phương pháp thông thường có Pđm = (1÷1,3)Pc thì khi làm việc ngắn hạn trong 
khoảng thời gian tlv nhiệt độ động cơ mới tăng tới nhiệt độ τ1 đã nghỉ làm việc và sau đó hạ 
nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường τmt. Rõ ràng việc này gây lãng phí vì không tận dụng hết khả 
năng chịu nhiệt (tới nhiệt độ τôđ) của động cơ. 
Vì vậy khi dùng động cơ dài hạn để làm việc ở chế độ ngắn hạn, cần chọn công suất 
động cơ nhỏ hơn để động cơ phải làm việc quá tải trong thời gian đóng điện tlv. Động cơ sẽ 
tăng nhiệt độ nhanh hơn nhưng khi kết thúc thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ không 
được quá nhiệt độ τôđ cho phép. 
Như vậy, để chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta phải dựa vào công 
suất làm việc yêu cầu Plv và giả thiết hệ số quá tải công suất x để chọn sơ bộ công suất động 
cơ dài hạn (Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm). Từ đó có thể xác định được thời gian làm việc cho 
phép của động cơ vừa chọn. Việc tính chọn đó được lập lại nhiều lần làm sao cho tlv tính toán 
≤ tlv yêu cầu. 
b) Chọn động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
 Động cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phút. 
Như vậy ta phải chọn tlv = tchuẩn và công suất động cơ Pđm chọn ≥ Plv hay Mđm chọn ≥ Mlv. 
Nếu tlv ≠ tchuẩn thì sơ bộ chọn động cơ có tchuẩn và Pđm gần với giá trị tlv và Plv. Sau đó xác 
định tổn thất động cơ ∆Pđm với công suất và ∆Plv với Plv. Quy tắc chọn động cơ là: 
∆Pđm ≥ lvTt
Tt
P
e
e
ch
lv ∆−
−
− /
/
1
1 
Đồng thời tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về mômen và mômen 
khởi động cũng như điều kiện phát nóng. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 65 
4.4.3 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 
Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn động cơ dài hạn 
làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp lại. 
Động cơ ngắn hạn lặp lại, được chế tạo chuyên dụng có độ bền cơ khí cao, quán tính 
nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn (từ 
2,5÷3,5). Đồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện ε% = 15%, 25%, 40% và 
60%. 
Động cơ được chọn cần đảm bảo 2 tham số: 
Pđm chọn ≥ Plv 
ε%đm chọn phù hợp với ε% làm việc. 
Trong trường hợp εlv% không phù hợp với ε%đm chọn thì cần hiệu chỉnh lại công suất 
định mức theo công thức: 
Pđm chọn = Plv
chondm
lv
.%
%
ε
ε
Sau đó phải kiểm tra về mômen quá tải, mômen khởi động và phát nóng. 
Chọn động cơ dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: 
Trường hợp này, động cơ chạy dài hạn được chọn với công suất nhỏ hơn để tận dụng 
khả năng chịu nhiệt. Động cơ chạy dài hạn được coi là có thời gian đóng điện tương đối 100% 
nên công suất động cơ cần chọn sẽ là: 
Pđm.chọn = Plv
%100
%lvε 
4.5 Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 
Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu cơ 
bản sau: 
a) Đặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), ω(t); 
b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ: ωmax và ωmin. 
c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn. 
d) Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần phải định 
hướng xác định trước. 
Hai yêu cầu trên nhằm xác định những tham số Pycmax và Mcymax. Ví dụ đối với phụ tải 
truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, P = hằng số. Ta có công suất yêu cầu cực đại 
Pmax=Pđm = const, nhưng mômen yêu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh 
Mmax=
min
dmP
ω . 
Đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh M = const. Ta có công 
suất yêu cầu cực đại Pmax=Mđm.ωmax. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 66 
Hai yêu cầu về loại động cơ và loại truyền động có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Nó xác 
định kích thước công suất lắp đặt truyền động, bởi vì hai yêu cầu này cho biết hiệu suất truyền 
động và đặc tính điều chỉnh Pđc(ω), Mđc(ω) của truyền động. Thông thường các đặc tính này 
thường phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(ω), Myc(ω). 
Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền động có đặc tính điều chỉnh không 
phù hợp chỉ vì mục đích đơn giản cấu trúc điều chỉnh. 
Ví dụ: Đối với tải P = const, khi sử dụng động cơ một chiều, phương pháp điều chỉnh 
thích hợp là điều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần 
ứng thì khi tính chọn công suất động cơ cần phải xét yêu cầu Mmax. Như vậy công suất động 
cơ lúc đó không phải là Pđm = Pyc mà là: 
P1đm = Mmax.ωmax = cyP /
min
max .ω
ω
 = D.Py/c 
Như vậy công suất đặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c. 
Mặt khác việc tính chọn công suất động cơ còn phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh 
tốc độ, ví dụ cùng một loại động cơ như động cơ không đồng bộ, mỗi phương pháp điều chỉnh 
khác nhau có đặc tính hiệu suất truyền động khác nhau, phương pháp điều chỉnh điện áp dùng 
Thyristor có hiệu suất thấp so với phương pháp điều chỉnh tần số dùng bộ biến đổi Thyristor. 
Vì vậy khi tính chọn công suất động cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất ∆P và tiêu thụ 
công suất phản kháng Q trong suốt dải điều chỉnh. 
Do vậy việc tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ cần gắn 
với một hệ truyền động cho trước để có đầy đủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. 
4.6 Kiểm nghiệm công suất động cơ 
Việc tính chọn công suất động cơ ở các phần trên được coi là giai đoạn chọn sơ bộ ban 
đầu. Để khẳng định chắc chắn việc tính chọn đó là chấp nhận được ta cần kiểm nghiệm lại 
việc tính chọn đó. 
Yêu cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn công suất động cơ gồm có: 
- Kiểm nghiệm phát nóng: ∆υ ≤ ∆υcf. 
- Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mđm.đcơ > Mcmax 
- Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ. đcơ ≥ Mc mở máy 
Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi động có 
thể thực hiện dễ dàng. Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn, không thể tính 
toán phát nóng động cơ một cách chính xác được (vì tính toán phát nóng của động cơ là bài 
toán phức tạp).