Động cơ điện 1 chiều được ứngdụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp cơ khí, các nhà máy cán thép, nhàmáy xi măng, tàu điện ngầm và các cánh tay robot ; để thực hiện các nhiệm vụtr
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều
1.1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.2.1 Mô hình toán của động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập
1.2.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều
1.2.3 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi
VISME
1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý
1.4.2 Ưu - nhược điểm của visme
Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2.2 TỔ HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG
2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng
2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển R I
2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
2.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ khi có mạch điều khiển dòng
2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG
3.1.1 Các thông số đã biết
3.1.3 Tính toán các thông số
3.3.1 Với mô men cản Mc = 0; điện áp đặt 10v
3.3.2 Với Momen cản M c = 100; điện áp đặt 10v
Giáo viện hướng dẫn Sinh viên
Trần Tiến Lương Đinh Văn Mạnh
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ……… 7
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều ……… 7 a) Khái niệm.……….7 b) Cấu tạo.……….7 c) Phân loại ……… ……… ……… ……… ……… 9 d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều……… ……….9
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập ……… 10
1.2 MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ………11
1.2.1 Mô hình toán của động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập ……….12
1.2.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều ……… ……….12
1.2.3 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi ……….14
1.3 HÀM TRUYỀN BỘ BIẾN ĐỔI ……… ……… ……… 15
1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý ……… ……… ……….16 a) Cấu tạo ……… ……… ……… ……… ………16 b) Nguyên lý……… ……… ……… ……… ………17
1.4.2 Ưu - nhược điểm của visme ……… ……… ……… …….17
Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ……… ………….18
2.2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG……… ……….19
2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng ……… ……… 19
2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển R I ……… ……… ……….20
2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ……… ……… 22
2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ……… ……… 24Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI
KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG.……… ……… 25
3.1.1 Các thông số đã biết … ……… 25
3.1.2 Các thông số tính chọn ………25
3.3.1 Với momen cản Mc = 0; điện áp đặt 10v ……… 29
3.3.2 Với momen cản M c = 0; điện áp đặt 10v………32
Động cơ điện 1 chiều hiện nay đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp và đời sống, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cơ khí, nhà máy cán thép, xi măng, tàu điện ngầm và robot Để thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác cao trong dây chuyền sản xuất, cần có bộ điều khiển tốc độ Trong các phương pháp điều khiển kinh điển, bộ điều khiển PID (tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) được sử dụng phổ biến nhờ cấu trúc đơn giản và bền vững, nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, với sự đa dạng và phức tạp của các đối tượng điều khiển, cần nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển mới cho hệ truyền động điện, nhằm đạt được chất lượng điều chỉnh cao, chi phí thấp và hiệu quả tối ưu trong tự động hóa và sản xuất.
Trong học kỳ này, tôi đã nhận được đề tài nghiên cứu về hệ truyền động vị trí, cụ thể là sử dụng động cơ và vít me để điều khiển đối tượng Nhiệm vụ của tôi là xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống này, với việc sử dụng động cơ một chiều có kích từ độc lập.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Tiến Lương đã hỗ trợ và hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án môn học Dù đã nỗ lực hết mình, em vẫn không tránh khỏi một số sai sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo thêm từ thầy, cô.
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều a) Khái niệm Động cơ điện một chiều là loại máy điện làm việc với nguồn điện một chiều. Chúng có thể vận hành theo chế độ máy phát hoặc theo chế độ động cơ Nghĩa là máy điện một chiều có thể biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. b) Cấu tạo
Cấu tạo máy điện một chiều gồm 3 phần chính:
Stato, hay còn gọi là phần cảm, là bộ phận chính trong máy có chức năng tạo ra từ thông Thường được chế tạo từ gang hoặc thép đúc, stato không chỉ là mạch từ mà còn là vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong Bên trong stato, các cực từ được gắn chắc chắn, với phần đầu được làm loe ra, và trên thân của các cực từ có cuộn dây kích từ được lắp đặt.
Hình 1.1 Cấu tạo máy điện một chiều
- Roto : còn gọi là là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng
Lõi thép được cấu tạo hình trụ từ các lá ghép kỹ thuật điện, được cách điện với nhau bằng sơn cách điện, nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra.
Lá thép stato được thiết kế với các rãnh xung quanh để tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng khi ghép lại Ở giữa lá thép có các lỗ lắp trục và lỗ trêm dọc, cùng với một số lỗ thông gió trên lõi thép để làm mát Thân máy, cực từ và lõi thép phần ứng kết hợp với nhau tạo thành mạch từ của máy điện một chiều.
Dây quấn được cấu tạo từ nhiều phần tử, mỗi phần tử gồm nhiều vòng dây xếp trong các rãnh của lõi thép Hai đầu của phần tử được kết nối với hai phiến góp, trong khi hai cạnh tác dụng được đặt trong hai rãnh nằm dưới hai cực khác nhau Phần ứng được gắn chặt trên trục thép, với hai đầu trục có bạc đạn Nắp máy giữ cố định hai bạc đạn và được bắt chặt vào thân máy bằng bu-lông xuyên.
Cổ góp và chổi than đóng vai trò quan trọng trong việc truyền điện giữa phần ứng của máy điện và thiết bị bên ngoài Trong chế độ máy phát điện, cổ góp còn thực hiện chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi cung cấp cho mạch điện ngoài.
Hình 1.3 Cổ góp và chổi than
Cổ góp được cấu tạo từ nhiều phiến góp bằng đồng được ghép lại thành hình trụ tròn, gắn với trục roto Giữa các phiến góp có lớp cách điện và được cách ly với trục bằng mica mỏng Một đầu của phiến góp được xẻ rãnh để hàn với dây quấn phần ứng.
Chổi than, hay còn gọi là chổi điện, được làm từ than graphit và lắp đặt trong một giá đỡ hình hộp Chổi than có khả năng di chuyển dọc theo trục của giá đỡ, trong khi giá đỡ này được cách điện và cố định vào nắp máy Một đầu của chổi than tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt cổ góp, trong khi đầu còn lại được ép chặt nhờ lò xo.
Các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng được kết nối tại cổ góp, hình thành mạch điện khép kín Khi chổi than tiếp xúc với các phiến góp, bộ dây quấn phần ứng sẽ được chia thành các mạch nhánh song song Phân loại các mạch này là một yếu tố quan trọng trong thiết kế và hoạt động của động cơ điện.
Máy điện một chiều được phân loại theo dạng mạch kích từ:
- Mấy điện một chiều kích từ song song
- Máy điện một chiều kích từ độc lập
- Máy điện một chiều được kích từ hỗn hợp d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều
Máy điện một chiều có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó momen mở máy lớn giúp kéo tải nặng khi khởi động Bên cạnh đó, máy còn có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng và khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ, rất phù hợp cho các hệ thống tự động hóa cần thay đổi tốc độ một cách mịn màng.
Máy điện một chiều có nhược điểm chính là bộ phận cổ góp phức tạp và đắt tiền, tuy nhiên, nó hoạt động không đáng tin cậy do thường xuyên hư hỏng, đòi hỏi bảo dưỡng và sửa chữa liên tục Thêm vào đó, tia lửa điện phát sinh từ cổ góp và chổi than có thể gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ Cuối cùng, do mạng điện chủ yếu cung cấp dưới dạng xoay chiều, nên máy điện một chiều cần có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều đi kèm để hoạt động hiệu quả.
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi mạch điện một chiều không đủ công suất, mạch điện phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập, tạo thành động cơ kích từ độc lập.
Hình 1.4 Sơ đồ nối dậy của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trỡnh đặc tớnh cơ: ϖ= kUφ đửủm + R( k ử φ+ đm R ) 2f ìM đủt
Với U ư : điện áp phần ứng
R ư : điện trở mạch phần ứng
R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng
Hình 1.5 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2.2 TỔ HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG
2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng
2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển R I
2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
2.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ khi có mạch điều khiển dòng
2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG
3.1.1 Các thông số đã biết
3.1.3 Tính toán các thông số
3.3.1 Với mô men cản Mc = 0; điện áp đặt 10v
3.3.2 Với Momen cản M c = 100; điện áp đặt 10v
Giáo viện hướng dẫn Sinh viên
Trần Tiến Lương Đinh Văn Mạnh
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ……… 7
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều ……… 7 a) Khái niệm.……….7 b) Cấu tạo.……….7 c) Phân loại ……… ……… ……… ……… ……… 9 d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều……… ……….9
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập ……… 10
1.2 MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ………11
1.2.1 Mô hình toán của động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập ……….12
1.2.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều ……… ……….12
1.2.3 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi ……….14
1.3 HÀM TRUYỀN BỘ BIẾN ĐỔI ……… ……… ……… 15
1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý ……… ……… ……….16 a) Cấu tạo ……… ……… ……… ……… ………16 b) Nguyên lý……… ……… ……… ……… ………17
1.4.2 Ưu - nhược điểm của visme ……… ……… ……… …….17
Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ……… ………….18
2.2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG……… ……….19
2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng ……… ……… 19
2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển R I ……… ……… ……….20
2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ……… ……… 22
2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ……… ……… 24Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI
KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG.……… ……… 25
3.1.1 Các thông số đã biết … ……… 25
3.1.2 Các thông số tính chọn ………25
3.3.1 Với momen cản Mc = 0; điện áp đặt 10v ……… 29
3.3.2 Với momen cản M c = 0; điện áp đặt 10v………32
Động cơ điện 1 chiều hiện nay rất quan trọng trong ngành công nghiệp và đời sống, được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực như cơ khí, nhà máy cán thép, nhà máy xi măng, tàu điện ngầm và robot Những ứng dụng này yêu cầu độ chính xác cao và cần bộ điều khiển tốc độ cho các dây chuyền sản xuất Các bộ điều khiển PID (tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) thường được sử dụng nhờ vào cấu trúc đơn giản và độ bền cao, nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, sự đa dạng và phức tạp của các đối tượng điều khiển đòi hỏi cần nghiên cứu thêm để phát triển các phương pháp điều khiển hiệu quả hơn, với chi phí thấp và chất lượng điều chỉnh cao, đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong sản xuất.
Trong học kỳ này, em đã được giao đề tài nghiên cứu về hệ truyền động vị trí sử dụng động cơ và vít me để điều khiển đối tượng Nhiệm vụ của em là xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống này, trong đó sử dụng động cơ một chiều với kích từ độc lập.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Tiến Lương vì sự hỗ trợ và hướng dẫn tận tình trong quá trình thực hiện đồ án môn học Dù đã nỗ lực hết mình, em vẫn không thể tránh khỏi một số sai sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo thêm từ thầy, cô.
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều a) Khái niệm Động cơ điện một chiều là loại máy điện làm việc với nguồn điện một chiều. Chúng có thể vận hành theo chế độ máy phát hoặc theo chế độ động cơ Nghĩa là máy điện một chiều có thể biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. b) Cấu tạo
Cấu tạo máy điện một chiều gồm 3 phần chính:
Stato, hay còn gọi là phần cảm, là bộ phận chính trong máy phát điện, có chức năng tạo ra từ thông Thường được chế tạo từ gang hoặc thép đúc, stato không chỉ là mạch từ mà còn là vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong Bên trong stato, các cực từ được gắn chặt, với phần cuối được làm loe ra để tạo thành đầu cực từ, và cuộn dây kích từ được gắn trên thân của các cực từ.
Hình 1.1 Cấu tạo máy điện một chiều
- Roto : còn gọi là là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng
Lõi thép được cấu tạo hình trụ từ các lá ghép kỹ thuật điện, được cách điện bằng sơn cách điện nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra.
Lá thép stato được dập các rãnh xung quanh để tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng khi ghép lại Bên trong lá thép có các lỗ lắp trục và lỗ trêm dọc, cùng với một số lỗ thông gió trên lõi thép để hỗ trợ làm mát Thân máy, cực từ và lõi thép phần ứng kết hợp lại tạo thành mạch từ của máy điện một chiều.
Dây quấn bao gồm nhiều phần tử dây quấn, mỗi phần tử có nhiều vòng dây được sắp xếp trong các rãnh của lõi thép Hai đầu của mỗi phần tử được kết nối với hai phiến góp, trong khi hai cạnh tác dụng được đặt trong hai rãnh dưới hai cực khác nhau Phần ứng được gắn chặt trên trục thép, với hai đầu trục có bạc đạn Nắp máy giữ cố định hai bạc đạn và được bắt chặt vào thân máy bằng bu-lông xuyên.
Cổ góp và chổi than đóng vai trò quan trọng trong việc truyền điện giữa phần ứng của máy điện và các thiết bị bên ngoài Trong chế độ máy phát điện, cổ góp còn thực hiện chức năng chỉnh lưu, chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi cung cấp cho mạch điện ngoài.
Hình 1.3 Cổ góp và chổi than
Cổ góp được hình thành từ việc kết hợp nhiều phiến góp bằng đồng thành một hình trụ tròn, gắn vào trục roto Giữa các phiến góp có cách điện và được cách ly với trục bằng lớp mica mỏng Một đầu của phiến góp được thiết kế với rãnh để hàn với đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng.
Chổi than, hay còn gọi là chổi điện, được chế tạo từ than graphit và lắp đặt trong một giá đỡ hình hộp Thiết kế của chổi than cho phép nó di chuyển dọc theo trục của giá đỡ, trong khi giá đỡ được cách điện và gắn chặt vào nắp máy Một đầu của chổi than tiếp xúc trực tiếp với bề mặt cổ góp, trong khi đầu còn lại được giữ chặt nhờ lò xo.
Các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng được kết nối tại cổ góp, hình thành một mạch điện khép kín Khi chổi than tiếp xúc với các phiến góp, bộ dây quấn phần ứng sẽ được chia thành các mạch nhánh song song Phân loại của hệ thống này rất quan trọng để hiểu cách hoạt động của động cơ điện.
Máy điện một chiều được phân loại theo dạng mạch kích từ:
- Mấy điện một chiều kích từ song song
- Máy điện một chiều kích từ độc lập
- Máy điện một chiều được kích từ hỗn hợp d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều
Máy điện một chiều có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó có momen mở máy lớn giúp kéo tải nặng khi khởi động Bên cạnh đó, máy cũng sở hữu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng với khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ, rất phù hợp cho các hệ thống tự động hóa cần thay đổi tốc độ một cách mịn màng.
Máy điện một chiều có nhược điểm chính là bộ phận cổ góp phức tạp và đắt tiền, nhưng lại hoạt động không đáng tin cậy do dễ hư hỏng trong quá trình sử dụng, đòi hỏi bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên Hơn nữa, tia lửa điện phát sinh từ cổ góp và chổi than có thể gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ Thêm vào đó, do mạng điện chủ yếu cung cấp ở dạng xoay chiều, nên để máy điện một chiều hoạt động hiệu quả, cần phải có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều đi kèm.
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi mạch điện một chiều không đủ công suất, mạch phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập, tạo ra động cơ kích từ độc lập.
Hình 1.4 Sơ đồ nối dậy của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trỡnh đặc tớnh cơ: ϖ= kUφ đửủm + R( k ử φ+ đm R ) 2f ìM đủt
Với U ư : điện áp phần ứng
R ư : điện trở mạch phần ứng
R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng
Hình 1.5 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
2.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ khi có mạch điều khiển dòng
TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ …………… ………………… 24 Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI
Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢIKHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG
3.1.1 Các thông số đã biết
3.1.3 Tính toán các thông số
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.3.1 Với mô men cản Mc = 0; điện áp đặt 10v
3.3.2 Với Momen cản M c = 100; điện áp đặt 10v
Giáo viện hướng dẫn Sinh viên
Trần Tiến Lương Đinh Văn Mạnh
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ……… 7
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều ……… 7 a) Khái niệm.……….7 b) Cấu tạo.……….7 c) Phân loại ……… ……… ……… ……… ……… 9 d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều……… ……….9
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập ……… 10
1.2 MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ………11
1.2.1 Mô hình toán của động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập ……….12
1.2.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều ……… ……….12
1.2.3 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi ……….14
1.3 HÀM TRUYỀN BỘ BIẾN ĐỔI ……… ……… ……… 15
1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý ……… ……… ……….16 a) Cấu tạo ……… ……… ……… ……… ………16 b) Nguyên lý……… ……… ……… ……… ………17
1.4.2 Ưu - nhược điểm của visme ……… ……… ……… …….17
Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ……… ………….18
2.2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG……… ……….19
2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng ……… ……… 19
2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển R I ……… ……… ……….20
2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ……… ……… 22
2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ……… ……… 24Chương 3 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI
KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG.……… ……… 25
3.1.1 Các thông số đã biết … ……… 25
3.1.2 Các thông số tính chọn ………25
3.3.1 Với momen cản Mc = 0; điện áp đặt 10v ……… 29
3.3.2 Với momen cản M c = 0; điện áp đặt 10v………32
Động cơ điện một chiều hiện nay giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và cuộc sống hàng ngày, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cơ khí, nhà máy cán thép, nhà máy xi măng, tàu điện ngầm và robot Để thực hiện các nhiệm vụ công nghiệp với độ chính xác cao, các bộ điều khiển tốc độ là cần thiết trong quy trình lắp ráp dây chuyền sản xuất Trong số các phương pháp điều khiển, bộ điều khiển PID (tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) được sử dụng phổ biến nhờ vào cấu trúc đơn giản và độ bền cao, nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, với sự đa dạng của các đối tượng điều khiển và yêu cầu phức tạp, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển mới cho hệ truyền động điện là cần thiết, nhằm đạt được chất lượng điều chỉnh tốt hơn, chi phí thấp hơn và hiệu quả cao hơn trong tự động hóa và sản xuất.
Trong học kỳ này, tôi được giao đề tài nghiên cứu về hệ truyền động vị trí sử dụng động cơ và vít me để điều khiển một đối tượng Nhiệm vụ của tôi là xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống này, trong đó sử dụng động cơ một chiều với kích từ độc lập.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Tiến Lương vì sự hỗ trợ và hướng dẫn tận tình trong quá trình thực hiện đồ án môn học Dù đã nỗ lực hết mình, em vẫn không tránh khỏi một số sai sót và rất mong nhận được thêm ý kiến, chỉ bảo từ thầy, cô.
Chương 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Tổng quan về máy điện một chiều a) Khái niệm Động cơ điện một chiều là loại máy điện làm việc với nguồn điện một chiều. Chúng có thể vận hành theo chế độ máy phát hoặc theo chế độ động cơ Nghĩa là máy điện một chiều có thể biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. b) Cấu tạo
Cấu tạo máy điện một chiều gồm 3 phần chính:
Stato, hay còn gọi là phần cảm, là bộ phận quan trọng trong máy, có chức năng tạo ra từ thông chính Thường được chế tạo từ gang hoặc thép đúc, stato không chỉ là mạch từ mà còn là vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong Bên trong stato, các cực từ được gắn chặt, với phần đầu cực từ được làm loe ra, và trên thân cực từ có gắn cuộn dây kích từ.
Hình 1.1 Cấu tạo máy điện một chiều
- Roto : còn gọi là là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng
Lõi thép được cấu tạo hình trụ từ các lá ghép kỹ thuật điện, được cách điện bằng sơn cách điện nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra.
Lá thép stato được thiết kế với các rãnh xung quanh để ghép lại thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng Ngoài ra, lá thép còn có các lỗ lắp trục và lỗ trêm dọc, cùng với một số lỗ thông gió để làm mát Sự kết hợp giữa thân máy, cực từ và lõi thép phần ứng tạo thành mạch từ của máy điện một chiều.
Dây quấn bao gồm nhiều phần tử dây quấn, mỗi phần tử chứa nhiều vòng dây được bố trí trong các rãnh của lõi thép Hai đầu mỗi phần tử được kết nối với hai phiến góp, trong khi hai cạnh tác dụng của phần tử được xếp trong hai rãnh dưới hai cực khác nhau Phần ứng được gắn chặt trên trục thép, với hai đầu trục được trang bị bạc đạn Nắp máy giữ cố định hai bạc đạn và được lắp chặt vào thân máy bằng bu-lông xuyên.
Cổ góp và chổi than đóng vai trò quan trọng trong việc truyền điện giữa phần ứng của máy điện và thiết bị bên ngoài Trong chế độ máy phát điện, cổ góp còn có chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi cung cấp cho mạch điện bên ngoài.
Hình 1.3 Cổ góp và chổi than
Cổ góp được hình thành từ việc ghép nhiều phiến góp bằng đồng thành hình trụ tròn, được gắn vào trục roto Giữa các phiến góp có sự cách điện và được cách ly với trục bằng một lớp mica mỏng Một đầu của phiến góp được xẻ rãnh để hàn với đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng.
Chổi than, hay còn gọi là chổi điện, được chế tạo từ than graphit và được gắn trong một giá đỡ hình hộp Thiết kế của chổi than cho phép nó di chuyển dọc theo trục của giá đỡ, trong khi giá đỡ được cách điện và cố định chắc chắn vào nắp máy Một đầu của chổi than tiếp xúc chặt với bề mặt cổ góp, trong khi đầu còn lại được giữ cố định bởi một lò xo.
Các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng được kết nối tại cổ góp, tạo thành mạch điện khép kín Khi chổi than tiếp xúc với các phiến góp, bộ dây quấn phần ứng sẽ được chia thành các mạch nhánh song song Phân loại các mạch này là một phần quan trọng trong việc hiểu cấu trúc và hoạt động của hệ thống.
Máy điện một chiều được phân loại theo dạng mạch kích từ:
- Mấy điện một chiều kích từ song song
- Máy điện một chiều kích từ độc lập
- Máy điện một chiều được kích từ hỗn hợp d) Ưu – nhược điểm của máy điện một chiều
Máy điện một chiều có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó momen mở máy lớn cho phép kéo tải nặng khi khởi động Bên cạnh đó, máy còn có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng với khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ, rất phù hợp cho các hệ thống tự động hóa cần thay đổi tốc độ một cách mịn màng.
Máy điện một chiều có nhược điểm chính là bộ phận cổ góp phức tạp và đắt tiền, nhưng lại hoạt động không đáng tin cậy do thường xuyên hư hỏng, đòi hỏi bảo trì và sửa chữa liên tục Bên cạnh đó, tia lửa điện phát sinh từ cổ góp và chổi than có thể gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ Hơn nữa, vì mạng điện chủ yếu cung cấp dạng xoay chiều, nên để máy điện một chiều hoạt động, cần phải có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều đi kèm.
1.1.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi mạch điện một chiều không cung cấp đủ công suất, mạch điện phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập, tạo ra động cơ kích từ độc lập.
Hình 1.4 Sơ đồ nối dậy của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trỡnh đặc tớnh cơ: ϖ= kUφ đửủm + R( k ử φ+ đm R ) 2f ìM đủt
Với U ư : điện áp phần ứng
R ư : điện trở mạch phần ứng
R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng
Hình 1.5 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
