Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương IV: Tính chọn công suất động cơ cho hệ truyền động điện

tiến hành xây dựng ñồ thị phụ tải chính xác (trong 
các chế ñộ tĩnh, khởi ñộng và hãm). 
Dựa vào ñồ thị phụ tải chính xác, tiến hành kiểm nghiệm ñộng cơ ñã chọn. 
4.4.1 Chọn công suất ñộng cơ làm việc dài hạn 
ðộng cơ làm việc ở chế ñộ dài hạn ñược ñóng ñiện liên tục. Phụ tải của ñộng cơ có thể 
là phụ tải dài hạn không ñổi hoặc phụ tải dài hạn biến ñổi. 
a) Phụ tải dài hạn không ñổi hoặc thay ñổi rất ít: 
ðộng cơ cần chọn phải có công suất ñịnh mức không nhỏ hơn công suất phụ tải Pñm ≥ Pc 
và ωñm phù hợp với tốc ñộ yêu cầu. Thông thường cần chọn : 
Pñm = (1÷1,3)Pc. 
 Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm ñộng cơ ñơn giản: Không cần kiểm nghiệm 
quá tải về mômen, nhưng cần phải kiểm nghiệm ñiều kiện khởi ñộng và phát nóng. 
0
c
P
t
cM
0
Mc c
P
t
M1
2
M
M
3
M
4
M
5
M
6
1
M
2
M
1t 2t 3t nt ot 1t
ckt
b) Phụ tải dài hạn biến ñổi: 
ðể chọn ñược ñộng cơ phải xuất phát từ ñồ 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
ðộng cơ chọn phải có: 
Mñm = (1÷1,3)Mtb hoặc Pñm = (1÷1,3)Ptb. 
ðiều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, quá tải về mômen và khởi ñộng. 
ðiều kiện quá tải: 
Mñm.kM ≥ Mc.max 
Hình 4.4 - ðồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn không ñổi; b) Phụ tải dài hạn biến ñổi. 
a) b) 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 77 
ðiều kiện mở máy: 
Mñm.kmm ≥ Mco 
4.4.2 Chọn công suất ñộng cơ làm việc ngắn hạn 
Trong công nghiệp, người ta chế tạo ra các loại ñộng cơ chuyên dụng ñể phục vụ ở chế 
ñộ ngắn hạn với các thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60 và 90 phút. 
Khi chọn ñộng cơ làm việc ở chế ñộ ngắn hạn có thể sử dụng ñộng cơ dài hạn hoặc sử 
dụng ñộng cơ chuyên dùng cho chế ñộ làm việc ngắn hạn. Phụ tải ngắn hạn có thể là phụ tải 
ngắn hạn không ñổi hoặc phụ tải ngắn hạn biến ñổi. 
a) Chọn ñộng cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
Trong trường hợp không có ñộng cơ chuyên dụng cho chế ñộ ngắn hạn, ta có thể chọn 
các ñộng cơ thông thường chạy dài hạn ñể làm việc trong chế ñộ ngắn hạn. Nếu chọn ñộng cơ 
dài hạn theo phương pháp thông thường có Pñm = (1÷1,3)Pc thì khi làm việc ngắn hạn trong 
khoảng thời gian tlv nhiệt ñộ ñộng cơ mới tăng theo ñường 1 tới nhiệt ñộ τ1 ñã nghỉ làm việc 
và sau ñó hạ nhiệt ñộ theo ñường 2 ñến nhiệt ñộ môi trường τmt. 
P
tτ
0
ot
τ =τmt o
τ«®
0
P
lv
t
c
t
τ1
τ'«®
21
3
Rõ ràng việc này gây lãng phí vì không 
tận dụng hết khả năng chịu nhiệt (tới nhiệt ñộ 
τôñ) của ñộng cơ. 
Vì vậy khi dùng ñộng cơ dài hạn ñể làm 
việc ở chế ñộ ngắn hạn, cần chọn công suất 
ñộng cơ nhỏ hơn ñể ñộng cơ phải làm việc 
quá tải trong thời gian ñóng ñiện tlv. ðường 
cong tăng nhiệt ñộ khi quá tải sẽ là ñường 3. 
ðộng cơ sẽ tăng nhiệt ñộ nhanh hơn nhưng 
khi kết thúc thời gian làm việc, nhiệt ñộ của 
ñộng cơ không ñược quá nhiệt ñộ τôñ cho 
phép. 
ðể chọn một ñộng cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta cần làm theo các bước 
sau: 
- Giả thiết một hệ số quá tải k. 
- Khi ñó, dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv ta có thể chọn sơ bộ công suất ñộng cơ 
dài hạn sử dụng: 
ðối với phụ tải ngắn hạn không ñổi: 
Pñm = k
Plv
 hoặc Mñm = k
M lv
ðối với phụ tải biến ñổi: 
Pñm = k
Pdt
 hoặc Mñm = k
M dt
Các ñại lượng ñẳng trị: Pñt và Mñt ñược tính: 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 78 
 Mñt = 
∑
∑
n
j
j
n
j
jj
t
tM .2
 và Pñt = 
∑
∑
n
j
j
n
j
jj
t
tP .2
- Từ ñó có thể xác dịnh sơ bộ thời gian làm việc tlv.tt của ñộng cơ vừa chọn. 
ðộng cơ vừa chọn sơ bộ phải ñáp ứng ñược yêu cầu: Phát nóng của ñông cơ ñạt giá trị 
cho phép (ñường 1): 
ñm
ñmbññmkñ
ñm
ñm
cfôñ A
PP
A
P
..
.
∆+∆
=
∆
=∆τ 
 ∆Pkñ.ñm : Tổn thất không ñổi ñịnh mức. 
 ∆Pbñ.ñm : Tổn thất biến ñổi ñịnh mức. 
Giá trị phát nóng ổn ñịnh khi ñộng cơ làm việc với công suất Plv (làm việc quá tải) theo 
ñường 3 là: 
ñm
ñmbññmkñ
ñm
lv
ôñ A
PkP
A
P
.
2
.
.
'
∆+∆
=
∆
=∆τ 
Xuất phát từ ñường cong phát nóng 3, ta có thể xác ñịnh ñược: 
)1( /'
.max
nlv Tt
ôñcfôñ e
−
−∆==∆ τττ 
- ðặt 
ñmbñ
ñmkñ
P
P
.
.
∆
∆
=γ , sau khi biến ñổi ta có: 
γγ −
−
+
=
− nlv Ttñmlv e
MM /1
1
 (*) 
Giá trị Mlv tìm ñược ở trên không ñược vượt quá giá trị cho phép theo ñiều kiện về quá 
tải mômen của ñộng cơ. 
Từ biểu thức (*) ở trên có thể tìm ñược thời gian làm việc, trong thời gian này, ñộng cơ 
có thể làm việc với mômen làm việc Mlv: 
22
2
.
.
.
1
ñmlv
lvñm
n
ttlv MM
MM
T
t
−
= 
- Việc tính chọn ñó ñược lặp ñi lặp lại nhiều lần sao cho thời gian làm việc tính toán tlv.tt 
phù hợp với thời gian làm việc ngắn hạn yêu cầu tlv.yc. Nếu tlv.tt lớn hơn (hay nhỏ hơn) thời 
gian làm việc ngắn hạn yêu cầu tlv.yc thì phải tăng (hay giảm) hệ số quá tải giả thiết k và tính 
lại. 
b) Chọn ñộng cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
 Với phụ tải ngắn hạn không ñổi, ñộng cơ ñược chọn cần thỏa mãn ñiều kiện: 
Mñm = (1,1 ÷ 1,3).MC 
hoặc: Pñm = (1,1 ÷ 1,3).PC 
với thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn chút ít thời gian làm việc thực: 
Ttc ≥ tlv 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 79 
Với phụ tải ngắn hạn biến ñổi, cần tính mômen hoặc công suất ñẳng trị rồi chọn ñộng cơ 
thỏa mãn: 
Mñm = (1,1 ÷ 1,3).Mñt 
Pñm = (1,1 ÷ 1,3).Pñt 
với thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn chút ít tổng thời gian làm việc thực: 
Ttc ≥ ∑tlvi 
4.4.3 Chọn công suất ñộng cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 
Phụ tải ngắn hạn lặp lại cũng có thể là không ñổi hoặc biến ñổi. Nhiệt ñộ của ñộng cơ 
sau một thời gian sẽ ñạt một giá trị trung bình giữa 2 nhiệt ñộ τmax và τmin. 
Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn ñộng cơ dài hạn 
làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn ñộng cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp lại. 
Chọn ñộng cơ chuyên dụng làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại: 
ðộng cơ ngắn hạn lặp lại, ñược chế tạo chuyên dụng có ñộ bền cơ khí cao, quán tính 
nhỏ (ñể ñảm bảo chế ñộ khởi ñộng và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn (từ 
2,5÷3,5). ðồng thời ñược chế tạo chuẩn với thời gian ñóng ñiện ε% = 15%, 25%, 40% và 
60%. 
ðộng cơ ñược chọn cần ñảm bảo 2 tham số: 
Pñm chọn ≥ Plv 
ε%ñm chọn phù hợp với ε% làm việc. 
Trong trường hợp εlv% không phù hợp với ε%ñm chọn thì cần hiệu chỉnh lại công suất 
ñịnh mức theo công thức: 
Pñm chọn = Plv
chondm
lv
.
%
%
ε
ε
Sau ñó phải kiểm tra về mômen quá tải, mômen khởi ñộng và phát nóng. 
Chọn ñộng cơ dài hạn làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại: 
Trường hợp này, ñộng cơ chạy dài hạn ñược chọn với công suất nhỏ hơn ñể tận dụng 
khả năng chịu nhiệt. ðộng cơ chạy dài hạn ñược coi là có thời gian ñóng ñiện tương ñối 100% 
nên công suất ñộng cơ cần chọn sẽ là: 
Pñm.chọn = Plv
%100
%lvε
4.5 Tính chọn công suất ñộng cơ cho truyền ñộng có ñiều chỉnh tốc ñộ 
ðể tính chọn công suất ñộng cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu cơ 
bản sau: 
a) ðặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và ñồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), ω(t); 
b) Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ: ωmax và ωmin. 
c) Loại ñộng cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự ñịnh chọn. 
d) Phương pháp ñiều chỉnh và bộ biến ñổi trong hệ thống truyền ñộng cần phải ñịnh 
hướng xác ñịnh trước. 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 80 
Hai yêu cầu trên nhằm xác ñịnh những tham số Pycmax và Mycmax. 
Ví dụ ñối với phụ tải truyền ñộng yêu cầu trong phạm vi ñiều chỉnh, P = hằng số. Ta có 
công suất yêu cầu cực ñại Pmax=Pñm = const, nhưng mômen yêu cầu cực ñại lại phụ thuộc vào 
phạm vi ñiều chỉnh Mmax=
min
dmP
ω
. 
ðối với phụ tải truyền ñộng yêu cầu trong phạm vi ñiều chỉnh M = const. Ta có công 
suất yêu cầu cực ñại Pmax=Mñm.ωmax. 
Hai yêu cầu về loại ñộng cơ và loại truyền ñộng có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng. Nó xác 
ñịnh kích thước công suất lắp ñặt truyền ñộng, bởi vì hai yêu cầu này cho biết hiệu suất truyền 
ñộng và ñặc tính ñiều chỉnh Pñc(ω), Mñc(ω) của truyền ñộng. Thông thường các ñặc tính này 
thường phù hợp với ñặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(ω), Myc(ω). 
Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền ñộng có ñặc tính ñiều chỉnh không 
phù hợp chỉ vì mục ñích ñơn giản cấu trúc ñiều chỉnh. 
Ví dụ: ðối với tải P = const, khi sử dụng ñộng cơ một chiều, phương pháp ñiều chỉnh 
thích hợp là ñiều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta dùng phương pháp ñiều chỉnh ñiện áp phần 
ứng thì khi tính chọn công suất ñộng cơ cần phải xét yêu cầu Mmax. Như vậy công suất ñộng 
cơ lúc ñó không phải là Pñm = Pyc mà là: 
P1ñm = Mmax.ωmax = cyP /
min
max
.
ω
ω
 = D.Py/c 
Như vậy công suất ñặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c. 
Mặt khác việc tính chọn công suất ñộng cơ còn phụ thuộc vào phương pháp ñiều chỉnh 
tốc ñộ, ví dụ cùng một loại ñộng cơ như ñộng cơ không ñồng bộ, mỗi phương pháp ñiều chỉnh 
khác nhau có ñặc tính hiệu suất truyền ñộng khác nhau, phương pháp ñiều chỉnh ñiện áp dùng 
Thyristor có hiệu suất thấp so với phương pháp ñiều chỉnh tần số dùng bộ biến ñổi Thyristor. 
Vì vậy khi tính chọn công suất ñộng cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất ∆P và 
tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải ñiều chỉnh. 
Do vậy việc tính chọn công suất ñộng cơ cho truyền ñộng có ñiều chỉnh tốc ñộ cần gắn 
với một hệ truyền ñộng cho trước ñể có ñầy ñủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. 
4.6 Kiểm nghiệm công suất ñộng cơ 
Việc tính chọn công suất ñộng cơ ở các phần trên ñược coi là giai ñoạn chọn sơ bộ ban 
ñầu. ðể khẳng ñịnh chắc chắn việc tính chọn ñó là chấp nhận ñược ta cần kiểm nghiệm lại 
việc tính chọn ñó. 
Yêu cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn công suất ñộng cơ gồm có: 
- Kiểm nghiệm phát nóng: ∆υ ≤ ∆υcf. 
- Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mñm.ñcơ > Mcmax 
- Kiểm nghiệm mômen khởi ñộng: Mkñ. ñcơ ≥ Mc mở máy 
Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi ñộng có 
thể thực hiện dễ dàng. Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn, không thể tính 
toán phát nóng ñộng cơ một cách chính xác ñược (vì tính toán phát nóng của ñộng cơ là bài 
toán phức tạp).