BÁO cáo PBL2 kỹ THUẬT điều KHIỂN và tự ĐỘNG hóa đề tài THIẾT kế hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG điện CHO ĐỘNG cơ ĐỒNG bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

KHOA: ĐIỆN

BÁO CÁO PBL2
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Khánh Quang
Nhóm 1: Nguyễn Bá Long
Dương Phú Minh Châu
Hồ Sỹ Tiến
Đinh Văn Hồng
Nguyễn Danh Huy
Nhóm học phần: 19.36B

2021

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

LỜI NÓI ĐẦU
Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy Nguyễn Khánh Quang và anh Lê
Bá Thăng đã hỗ trợ chúng em suốt quá trình học tập để có thể hồn thành học
phần PBL2. Xin chúc thầy và anh nhiều sức khỏe và thành công trong cuộc sống.

Về đề tài, do trong thời kỳ dịch bệnh phức tạp nên không thể tập hợp lại gặp
mặt nhau để làm việc một cách bình thường nên phần nào gây ra khó khăn trong
nhóm để có thể làm việc hiệu quả, cộng với việc đây là một đề tài phức tạp và
động cơ đồng bộ ba pha rất khó để mua với chi phí thấp nên đề tài chỉ dừng lại
mơ phỏng, chưa có mơ hình thực nghiệm.
Do kiến thức cịn hạn chế và những khó khăn khách quan, nên kết quả dự án có
thể có những sai sót, mong thầy cơ và các bạn có thể giúp đỡ nhóm để nhóm có
thể trau dồi thêm những kinh nghiệm trong suốt chặng đường học còn lại.

P a g e 2 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

MỤC LỤC
Mục lục hình ảnh ........................................................................................................................
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BÀI TỐN-TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

1.1Giới thiệu khái qt tổng thể hệ thống truyền động điện: .....................................

1.1.1Mô tả hệ thống: ..........................................................

1.1.2Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động: ...............

1.2Phân tích các yêu cầu của hệ: .................................................................................

1.3Tính chọn động cơ, hộp số: .....................................................................................

1.3.1Tính chọn động cơ: ...................................................

1.3.2Chọn hộp số: .............................................................

1.4Kiểm nghiệm lại động cơ và hộp số: ......................................................................

1.4.1Kiểm nghiệm tốc độ quay trên đầu động cơ: ........

1.4.2Kiểm momen trên đầu trục động cơ: ......................
1.4.3 Kiểm nghiệm công suất trên động cơ: ....................................................................

1.5Chọn phương án truyền động: ...............................................................................
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN MẠCH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT .............................................

2.1Tính tốn và chọn linh kiện: ...................................................................................

2.1.1Chọn diode: ..............................................................
2.1.2 Chọn IGBT: ..............................................................................................................

2.1.3Tính chọn bộ lọc một chiều: ....................................
CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ HOÀN THIỆN
SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN ỨNG ...................................................................................................

3.1Chọn cảm biến tốc độ: .............................................................................................

3.1.1Nguyên lí hoạt động của Encoder: .........................
3.2 Chọn cảm biến dịng: ......................................................................................................

3.2.1Ngun lí hoạt động cảm biến dịng: ......................

3.3Tính chọn các thiết bị bảo vệ: .................................................................................

3.3.1Tính chọn aptomat: .................................................

3.3.2Tính chọn cầu chì: ....................................................

3.4Chọn bộ điều khiển: .................................................................................................

3.5Phân tích các vấn đề trong khâu đo lường: ...........................................................

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

3.5.1 Độ chính xác và sai số của các thiết bị đo:............................................................ 31
3.5.2 Độ tán xạ kết quả đo:.............................................................................................. 32
3.6 Sơ đồ chi tiết mạch phần cứng của hệ thống:............................................................. 33
3.7 Phân tích ngun lý hoạt động của tồn hệ thống:..................................................... 34
CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG VÀ TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN......................................................................................................... 35
4.1 Xây dựng mơ hình tốn học của hệ thống:.................................................................. 35
4.1.1 Mục đích xây dựng mơ hình tốn học:.................................................................. 35
4.1.2 Xây dựng mơ hình trạng thái liên tục của động cơ PMSM:................................ 36
4.1.3 Mơ hình tốn học của bộ biến đổi cơng suất:....................................................... 39
4.1.4 Khâu chuyển tọa độ uvw

4.1.5 Khâu chuyển tọa độ dq

(Clarke Transfomation):...................................39
(Park Transfomation):......................................... 40

40
4.1.6 Khâu cảm biến:....................................................................................................... 40
4.2 Mơ hình toán học của cả hệ thống:.............................................................................. 41
4.3 Tổng hợp hệ thống truyền động điện:......................................................................... 42
4.3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển của hệ thống:............................................................... 42
4.3.2 Các khâu trong bộ điều khiển:.............................................................................. 43
4.3.3 Chọn mạch Gate Drive:.......................................................................................... 45
4.3.4 Sơ đồ kết nối IR 2112 với vi điều khiển và mạch nghịch lưu............................... 46
4.3.3 Nguyên lý của hệ thống điều khiển:...................................................................... 47
4.4 Lập trình thuật tốn điều khiển trên Vi điều khiển:.................................................. 49
4.4.1 Lưu đồ thuật toán của hệ thống:........................................................................... 49
4.4.2 Lập trình thuật tốn điều khiển của hệ thống trên vi điều khiển:......................50
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ VÀ MỞ RỘNG DỰ ÁN..................................... 54
5.1 Mô phỏng bằng Matlab – Simulink:............................................................................ 54
5.1.1 Mạch động lực:....................................................................................................... 54
5.1.2 Hệ thống truyền động động cơ PMSM:................................................................ 56
5.1.3 Khâu tạo tín hiệu đặt tốc độ (wm*):...................................................................... 57
5.2 Kết quả mơ phỏng :....................................................................................................... 57
5.2.1 Mạch vịng tốc độ :.................................................................................................. 57
P a g e 4 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

5.2.2 Mạch vòng dòng điện:............................................................................................ 58
5.2.3 Đồ thị momen:......................................................................................................... 59
5.3 Nhận xét kết quả mô phỏng :....................................................................................... 59

P a g e 5 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Mục lục hình ảnh
Hình 1.1 Mơ hình hoạt động của động cơ............................................................................... 8
Hình 1.2 Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động điện........................................................ 9
Hình 1.3 Đồ thị mong muốn của tải...................................................................................... 10
Hình 1.4 Sơ đồ chuyển động quay......................................................................................... 11
Hình 1.5 Đồ thị tốc độ yêu cầu của động cơ......................................................................... 12
Hình 1.6 Đồ thị momen yêu cầu của động cơ....................................................................... 13
Hình 1.7 Đồ thị cơng suất u cầu của động cơ.................................................................... 14
Hình 1.8 Động cơ HSC160M10-7.5....................................................................................... 14
Hình 1.9. Hộp số giảm tốc NMRV SIZE 130........................................................................ 15
Hình 1.10 Đồ thị kiểm nghiệm tốc độ đầu ra của hộp số..................................................... 17
Hình 1.11 Đồ thị kiểm nghiệm momen đầu ra hộp số.......................................................... 18
Hình 1.12 Đồ thị kiểm nghiệm cơng suất động cơ................................................................ 19
Hình 2.1 Diode 10A8 ASEMI................................................................................................. 21

Hình 2.2 IGBT GT60K303A.................................................................................................. 22
Hình 2.3 Tụ điện..................................................................................................................... 22
Hình 2.4. Cuộn cảm................................................................................................................ 23
Hình 2.6 Sơ đồ chân của IR 2112.......................................................................................... 46
Hình 3.1 Encoder Delta ROE-E............................................................................................ 24
Hình 3.2 Xung tín hiệu của Encoder..................................................................................... 25
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối Encoder với vi điều khiển................................................................ 26
Hình 3.4 Cảm biến dịng SCT013 - 015................................................................................ 26
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối cảm biến dịng với vi điều khiển..................................................... 27
Hình 3.6.Amat BKN-b 2P 40A.............................................................................................. 28
Hình 3.7 Cầu chì 30A - 250V................................................................................................. 28
Hình 3.8 Arduino R3.............................................................................................................. 29
Hình 3.9 Vi điều khiển ATMEGA328 tích hợp trong Arduino R3...................................... 30
Hình 3.10 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA328.............................................................. 31
Hình 3.11 Sơ đồ mạch phần cứng của hệ thống................................................................... 33
Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động.................................................................... 35
Hình 4.2. Mơ hình khơng gian trạng thái của động cơ........................................................ 38
Hình 4.3 Vector chuyển đổi tọa độ........................................................................................ 40
Hình 4.4 Mơ hình tốn học của hệ thống.............................................................................. 41
Hình 4.5 Sơ đồ cầu trúc điều khiển hệ thống....................................................................... 42
P a g e 6 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Hình 4.6 Giản đồ xung trạng thái đóng/mở......................................................................... 45

Hình 4.7 Ảnh minh họa của IGBT trong mạch nghịch lưu................................................. 45
Hình 4.8 Mạch nguyên lý cấp xung cho nghịch lưu............................................................. 46
Hình 4.9 Lưu đồ thuật tốn của hệ thống............................................................................. 49
Hình 5.1 Sơ đồ mạch động lực............................................................................................... 54
Hình 5.2 Thơng số điệp áp nguồn.......................................................................................... 55
Hình 5.3 Thơng số động cơ.................................................................................................... 56
Hình 5.4 Hệ thống truyền động PMSM................................................................................ 56
Hình 5.5. Tín hiệu tốc độ đặt mong muốn............................................................................ 57
Hình 5.6 Đồ thị tốc độ Wm* và Wm..................................................................................... 57
Hình 5.7 Đồ thị isd và isq ở mạch vịng dịng điện............................................................... 58
Hình 5.8. Đồ thị momen động cơ........................................................................................... 59

P a g e 7 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BÀI TỐN - TÍNH CHỌN
MẠCH ĐỘNG LỰC
1.1 Giới thiệu khái quát tổng thể hệ thống truyền động điện:
1.1.1 Mô tả hệ thống:
Yêu cầu đề tài:
- Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha

đồng bộ kích từ vĩnh cửu (PMSM)
Các số liệu ban đầu:

- Nguồn điện xoay chiều 3 pha 220V/380V
- Tải của hệ thống truyền động điện cho như hình vẽ
+ Tỉ số bán kính: = 8
+ Momen của tải: TL=24 (N.m)
1

2

2

+ Momen quán tính của tải: JL=3 (kg.m )

Hình 1.1 Mơ hình hoạt động của động cơ
Từ yêu cầu của đề tài, ta sẽ đi xây dựng một bộ điều khiển tốc độ cho động cơ sao cho
hệ thống phải có khả năng điều chỉnh tốc độ theo giá trị mong muốn của tải.
Trong phần thiết kế điều khiển, ta phải thiết kế được cấu trúc của bộ điều khiển, xây
dựng được thuật toán điều khiển từ đó xác định các tham số điều khiển để điều
khiển động cơ chạy sát với yêu cầu đặt ra của tải.
P a g e 8 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Bộ điều khiển tính tốn và tự động điều chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu mong
muốn của đề tài, đáp ứng nhanh và linh hoạt trong việc thay đổi để phù hợp với sự thay
đổi của tải.

1.1.2 Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động:

Hình 1.2 Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động điện
- Hệ thống truyền động điện này được thiết kế với mục đích điều khiển việc nâng, hạ

tải bằng cách thay đổi tốc độ động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ. Đây là một hệ thống
kín để đảm bảo vận hành đúng với yêu cầu của tải.
- Theo như sơ đồ, để nâng hoặc hạ vật M thì phải truyền động cho đĩa quay điều khiển cho

roto của động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ kích từ vĩnh cửu quay ta phải cấp điện cho động
cơ một cách có điều khiển.
- Vì tốc độ chuyển động của khối vật M thay đổi nên tốc độ quay của roto động cơ phải thay

đổi, nhưng vì động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ kích từ vĩnh cửu, tốc độ động cơ tỷ lệ với tần
số, ta sử dụng bộ biến tần nguồn áp để thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ, suy ra thay đổi
tốc độ quay của roto của động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ kích từ vĩnh cữu. Với nguồn điện
xoay chiều ba pha 220/380V đã cho ta thiết kế sơ đồ tổng thể gồm có:
+ Bộ biến tần: nhiệm vụ biến đổi từ nguồn xoay chiều ba pha cố định sang nguồn điện điện

cấp cho động cơ với điện áp và tần số thay đổi để động cơ quay với tốc độ thay đổi bám
theo tốc độ mong muốn .
+ Cảm biến: dùng để đo giá trị thực của động cơ .

P a g e 9 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

+ Bộ điều khiển: lấy thông tin tốc độ mong muốn từ giá trị đặt vào, giá trị thực như tốc độ,

dòng điện thực từ cảm biến đưa về và dựa trên mơ hình tốn, cấu trúc điều khiển, thuật toán
điều khiển, tham số cụ thể bên trong,... để bộ điều khiển tính tốn ra giá trị điện áp, tần số
bao nhiêu để gửi đến ra lệnh bộ biến tần thực hiện điều khiển động cơ.

1.2 Phân tích các yêu cầu của hệ:
- Đồ thị tốc độ mong muốn tải:

Hình 1.3 Đồ thị mong muốn của tải
Dựa vào đồ thị tải sẽ hoạt động như sau :
-Từ 0s đến 1s : Tải bắt đầu khởi động và tốc độ tăng từ 0 rad/s đến 100 rad/s.
-Từ 1s đến 3s : Tải ổn định có tốc độ là 100 rad/s.
-Từ 3s đến 4s: Tải đảo chiều chạy ngược lại tốc độ từ 100 rad/s đến -70 rad/s
-Từ 4s đến 6s: Tải ổn định với tốc độ 70 rad/s
-Từ 6s đến 7s: Tải có tốc độ giảm dần từ 70 rad/s đến 0 rad/s
Nhận xét: Tải phải hoạt động ổn định, bắt buộc phải bám sát tốc độ mong muốn của tải, sai
số phải nhỏ, có đảo chiều quay, hãm tốc độ nhanh.

P a g e 10 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

- Xác định tải: tải quay

Hình 1.4 Sơ đồ chuyển động quay
Phân tích yêu cầu của hệ truyền động điện cần đáp ứng :
- Chọn tải : Tải quay
- Chọn các thơng số của tải :
+ Tỉ số bán kính: = 8
+ Momen của tải: TL=24 (N.m)
1

2

2

+ Momen quán tính của tải: JL=3 (kg.m )

1.3 Tính chọn động cơ, hộp số:
1.3.1 Tính chọn động cơ:
- Tốc độ quay của động cơ:

Tại thời điểm:
+ t=0 → 1s:

+ t=1 → 3s:

+ t=3 → 4s:

+ t=4 → 6s:

+ t=6 → 7s:

=> Tốc độ quay đẳng trị:
2

= √12.5

2

2

.1+0.2+(−21.25) .1+0.2+8.75 .1

= 9.89 (

⁄ )

7

P a g e 11 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Hình 1.5 Đồ thị tốc độ yêu cầu của động cơ
Hình 1.5. Đồ thị tốc độ yêu c ầu c ủa động cơ

- Momen tải yêu cầu:
=[

+
+
+
+
+

+ ( )] +( )

t=0 → 1s: Tem= (0 + 3)*42*x12.5 + 4*24=696 (N.m)

t=1 → 3s: Tem= (0 + 3) 42*0 + 4*24 = 96 (N.m)
t=3 → 4s: Tem= (0 + 3)∗ 42 ∗ (−21.25) + 4 ∗ 24 = -924 (N.m)
t=4 → 6s: Tem= (0 +3) 42*0 + 4*24 = 96 (N.m)
t=6 → 7s: Tem= (0 +3) 42*8.75 + 4*24 = 532 (N.m)

=> Momen đẳng trị:
= √712

2

.1+1122.2+(−908)2.1+1122.2+5322.1
7

= 487 ( . )

P a g e 12 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Hình 1.6 Đồ thị momen yêu cầu của động cơ
- Công suất của động cơ:

P = T.

+ t=0s trong 0-1s : P = 712 x 0 = 0 W
+ t=1s trong 0-1s : P = 712 x (-12.5) = -8900 W
+ t=1s trong 1-3s : P = 112 x (-12.5) = -1400 W
+ t=3s trong 1-3s : P = 112 x (-12.5) = -1400 W
+ t=3s trong 3-3.5s : P = -908 x (-12.5) = 11350 W
+ t=3.5s trong 3-3.5s : P = -908 x 0 = 0 W
+ t=3.5s trong 3.5-4s : P = -908 x 0 = 0 W
+ t=4s trong 3.5-4s : P = -908 x (8.75) = -7945 W
+ t=4s trong 4-6s : P = 112 x (8.75) = 980W
+ t=6s trong 4-6s : P = 112 x (8.75) = 980 W
+ t=6s trong 6-7s : P = 532 x (8.75) = 4655 W
+ t=7s trong 6-7s : P = 532 x 0 = 0 W

=> Công suất đẳng trị:
(−8900)

=

2

√

P a g e 13 | 60


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Hình 1.1. Đồ thị cơng suất u cầu của động cơ
Hình 1.7 Đồ thị cơng suất u cầu của động cơ
• Hệ số dữ trự của động cơ : kdt =1.3 - 1.5
• Chọn hệ số k = 1.5

Ta sẽ chọn động cơ theo các tham số như sau:
+
+

= 1.5 ∗ = 1.5 ∗ 3947.8 = 5921.7( )

= 1.5 ∗ = 1.5 ∗ 487 = 730( . )

• Tốc độ quay của động cơ là 9.89 = 94 rpm

=> Theo những tính năng kỹ thuật trên động cơ được chọn là HSC160M10-7.5 có thơng số kĩ

thuật sau:
- Cơng suất định mức : 7.5kW
- Số cực: 6
- Điện áp định mức: 380V/Y
- Dòng điện định mức: 13,02A
- Momen định mức: 71,6N.m
- Tốc độ định mức: 1000(vòng/phút)
- Hiệu suất 94%
- Tần số 50hz
- Momen quán tính: 0.008 N.m
- Điện trở phần ứng: Rs = 6.5

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

1.3.2 Chọn hộp số:
Từ đồ thị tốc độ quay mong muốn của động cơ ta thấy tốc độ quay lớn nhất là 12,5(rad/s) hay 120 vòng/phút trong
khi tốc độ định mức của động cơ là 1000 vòng/phút. Momen điện từ mong muốn của động cơ cũng quá lớn so với
momen định mức của động cơ (727 . ≫ 71,6 . ). Để tránh gãy trục động cơ và đáp ứng đúng với thông số mong
muốn đặt lên tải, ta chọn thêm hộp số giảm tốc để giảm tốc độ quay và tăng momen điện từ của động cơ.

- Ta thấy tốc độ quay tối đa của động cơ là:
= 12,5(rad / s ) =
m

- Lập tỷ lệ tốc độ quay tối đa với tốc quay định mức của đông cơ:

- Chọn hộp số có tỷ lệ là 5:1
- Momen định mức sau khi qua hộp số:
71,6 x 5 = 358 (Nm)
-Tốc độ định mức sau khi qua hộp số:
1000/5 = 200 (vịng/phút)

=> Từ đó chọn được hộp số giảm tốc NMRV SIZE 130

Hình 1.9. Hộp số giảm tốc NMRV SIZE 130
P a g e 15 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Các thông số đầu ra của hộp số giảm tốc :
+ Cơng suất định mức:
+ Điện áp định mức:
+ Dịng điện định mức:
+ Momen định mức:
+ Momen cực đại:
+ Momen quán tính:
+ Tốc độ định mức:
= 5,5

= 220

= 27( )

′

= 270( . )

′

= 6,8 ∗ 10−3(
′

= 540( . )

.

2

)

= 200(

)

1.4 Kiểm nghiệm lại động cơ và hộp số:
1.4.1 Kiểm nghiệm tốc độ quay trên đầu động cơ:
Tốc độ quay trong từng giai đoạn của động cơ sau khi qua hộp số:

P a g e 16 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Hình 1.10 Đồ thị kiểm nghiệm tốc độ đầu ra của hộp số
- Dựa vào đồ thị kiểm nghiệm ta thấy tốc độ quay đầu ra hộp số nhỏ hơn tốc độ quay định
mức ( < ′đ ). Từ đó ta thấy được động cơ và hộp số đã chọn đáp ứng được yêu cầu tốc độ quay của tải.

1.4.2 Kiểm momen trên đầu trục động cơ:
Dựa vào thông số động cơ ta thấy:
• Momen qn tính:
• Bỏ qua ngoại lực:
= 6,8 ∗ 10−3

.

2

=0

Từ đó ta thấy được phương trình momen của động cơ :
=

+

P a g e 17 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

Từ phương trình trên ta có từng giai đoạn momen điện từ của động cơ như sau :

Gia

Hình 1.11 Đồ thị kiểm nghiệm momen đầu ra hộp số
Từ đồ thị ta thấy momen cực đại của động cơ = 908( . ), momen đẳng trị của động cơ:

=√

đ 2

=>

=√

đ 2

7

=>

đ 2=

487.714 ( . )

P a g e 18 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

- Dựa trên đồ thị ta thấy momen đẳng trị sau kiểm nghiệm vẫn nhỏ hơn momen định mức ở
đầu ra của hộp số (
mãn.

< ′ ). Trong khoảng 3 → 4 momen đầu trục có vượt quá momen định mức nhưng vẫn nhỏ hơn momen cực đại trên đầu ra hộp số nên vẫn thỏa

đ 2

1.4.3 Kiểm nghiệm công suất trên động cơ:
-

Từ đồ thị ta thấy công suất cực đại của động cơ là = 11351.8 . Công suất đẳng trị của động cơ:

Hình 1.12 Đồ thị kiểm nghiệm công suất động cơ

′ =√

2

∑





′2 = √(−8901)

2

∗1+(−1400)2∗2+(0)2∗0.588+(−7946.3) 2∗0.412+9802.2+02.1

= 3947.8(W)

7

′2 = 3983.6

′2 <(3.98

< 5,5

)

- Vậy ta thấy sau khi thêm roto qn tính ( ) vào thì cơng suất đẳng trị cũng không vượt quá

công suất định mức, nằm trong giá trị công suất dự trữ của động cơ nên động cơ vẫn phù hợp.
Trong quá trình hoạt động, động cơ có cơng suất lớn hơn giá trị cơng suất định mức trong
khoảng thời gian ngắn nên không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ và động cơ vẫn đáp
ứng được công suất.

P a g e 19 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

- Từ các kết quả kiểm nghiệm ta thấy động cơ và hộp số được chọn thỏa mãn được yêu cầu

của hệ truyền động.
Kết luận:
Thơng qua việc tính tốn và kiểm nghiệm, ta đã hồn thành các tiêu chí về phần truyền động:
+ Tính chọn được động cơ đồng bộ ba pha (PMSM) có kết hợp hộp số tương ứng để phù
hợp với nhu cầu truyền động thông qua việc xác định thông số tải, đồ thị tốc độ, momen
điện từ mong muốn của tải và công suất tương ứng.
+ Vẽ được đồ thị tốc độ, momen điện từ và cơng suất của động cơ trong 1 chu kì.
+ Kiểm nghiệm được giá trị momen điện từ và công suất của động cơ ở các trường hợp quá tải
và cực đại để điều chỉnh giá trị tải và hộp số cho phù hợp.
1.5 Chọn phương án truyền động:
Tốc độ quay của động cơ được tính bằng cơng thức:
(Trong đó: fs là tần số nguồn cung cấp, Pp là số đôi cực của động cơ).

- Từ công thức trên ta thấy điều chỉnh tần số nguồn cung cấp sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ.
- Từ đặc tính cơ: yêu cầu động cơ có khả năng hoạt động ở 4 góc phần tư.
- Từ đồ thị tốc độ động cơ: yêu cầu đáp ứng nhanh .

=> Ta chọn phương án truyền động là điều khiển điện áp tựa từ thông rotor (Field
Oriented Control – FOC) nhờ các tính năng và ưu điểm của nó.

Phương pháp điều khiển điện áp tựa từ thông (FOC), hay điều khiển vector, là phương pháp
điều khiển biến thiên tần số cho cuộn stator trong hệ truyền động của động cơ đồng bộ 3
pha sử dụng 2 thuật tốn chính, 1 thuật tốn sẽ mơ tả từ thơng tạo bởi stator, thuật tốn cịn
lại sẽ mơ tả momen mà nó sẽ được xác định qua tốc độ quay của rotor :
✓

Cải thiện được phản hồi và điều khiển được momen.

✓

Điều khiển được tốc độ với độ chính xác cao, thích ứng nhanh.

✓

Điều khiển được 4 góc phần tư .

P a g e 20 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN MẠCH ĐIỆN TỬ
CƠNG SUẤT
2.1 Tính tốn và chọn linh kiện:
2.1.1 Chọn diode:
Ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển với các van bán dẫn là các diode.

- Điện áp xoay chiều 3 pha : 220/380V
- Điên áp ra sau bộ chỉnh lưu:=
=
∗ 220 = 515(
- Điện áp ngược đặt lên mỗi diode: U = √6 = 220 × √6 = 539( )
3√6

3√6

)

ng

Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku = 1,3
-

Điện áp U’ng = Ung × 1,3 = 539×1,3 = 700 (V)

- Dòng điện định mức của động cơ Iđm = 13,02 A

=>Suy ra dịng điện trung bình qua các van:
Chọn hệ số dự trữ dòng điện: KI = 1,3

=

I

3

=

13,02

3

= 4,34 ( )

Suy ra: I’v = Iv ×KI = 4,34 × 1,3 = 5,642 (A)

Từ điện áp ngược đặt lên Diode và dịng chạy qua nó ta chọn được Diode có các thơng số :
• Điện áp ngược : Ung = 800 (V)
• Dịng điện đầu ra trung bình : I = 10 (A)
= > Ta chọn được Diode 10A8 ASEMI

Hình 2.1 Diode 10A8 ASEMI
P a g e 21 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

2.1.2 Chọn IGBT:
- Điện áp ngược đặt lên IGBT là:
- Dòng điện qua mỗi van:

Chọn hệ số dự trữ dòng

=

=

= 1.3 => ′ =×

=> Từ các thơng số này ta chọn : IGBT: GT60K303A (Uce=700V, Icmax=60A, Vđk =20V)

Hình 2.2 IGBT GT60K303A
2.1.3 Tính chọn bộ lọc một chiều:
Chọn hệ số san bằng

-6

= 10, L=100 mH -> C=3.10 F

=> Chọn tụ có giá trị 3.3 μF có hệ số 335

Hình 2.3 Tụ điện
P a g e 22 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động

GVHD: TS. Nguyễn Khánh Quang

=> Chọn cuộn cảm 100 mH 3A LM2576

Hình 2.4. Cuộn cảm

P a g e 23 | 60

TIEU LUAN MOI download : moi nhat