báo cáo thực hành môn tổng hợp hệ điện cơ

BÀI 1: MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.Hệ phương trình toán mô tả động cơ một chiều kích từ độc lập với từ
thông không đổi

u u u
c
U E I R LI p
M k I
E k w
M M Jpw
= + +


= Φ


= Φ


− =

Khi dòng điện từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng
nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:
KΦ = const = C
u
Khi đó:
- Phương trình mạch phần ứng có dạng:
U(p) = R
u
I(p)(1+pT
u

) + C
u
.ω(p)
- Phương trình hệ điện cơ có dạng:
C
u
I(p) – M
c
(p) = Jpω(p)
2.Sơ đồ động lực của bộ biến đổi thực hiện điều khiển động cơ một chiều

3.Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ một chiều với mạch vòng dòng điện và
mạch vòng tốc độ
Hình1-2.Sơ đồ cấu trúc động cơ kích từ độc lập với từ thông không đổi.
1
Đặt hệ số khuếch đại động cơ : K
đ
= 1/C
u
Hằng số thời gian cơ học : T
c
=
2
u
u
R J
C

Điện trở mạch phần ứng của động cơ : R
ư

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ truyền động điện
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ bằng mạch vòng tốc độ
Trong đó
+R
ω
:bộ điều chỉnh tốc độ động cơ
+ T
ư
, T
i
,T
ω
: các hằng số thời gian của bộ điện tử công suất của phần
ứng,của sensor dòng điện, sensor tốc độ.
+HDC: bộ giới hạn dòng điện không để dòng điện vượt qua giới hạn cho
phép.
+ R
i
, R
ω
bộ điều khiển dòng và tốc độ.
4.Tham số mô phỏng động cơ và giá trị các bộ điều khiển
Uđm=24V
P= 22W
Cu=1.5
Rư=0.2
Ω
Lư=0.01H
T
V

=T
dk
=T
I
=0.001
J=3 kg.m2
Tư=Lư/Rư=0.05
Kbđ=20và Ki=0.4
2
Khi chưa có nhiễu tác động
Khi có nhiễu tác động:
3
4.2.Mô phỏng I
ư
theo I
sp
Tính được bộ điều khiển dòng là R=
+0.208 4.167s
s
Khi không có momen cản:
Khi có nhiễu:
4
4.3.Mô phỏng đặc tính cơ của động cơ
Khi có momen cản:
Khi không có momen cản
5
>Kết luận.
Qua kết quả mô phỏng ta nhận thấy rằng bộ điều khiển động cơ điện một chiều
khi chưa có bộ điều khiển dòng và tốc độ thì tín hiệu ra khicó nhiễu tải là có sai
lệch nhiều so với tín hiệu đặt. Bộ điều chỉnh tốc độ ở đây được tỏng hợp theo

phương pháp modul tối ưu đối xứng giúp cho tín hiệu ra so với tín hiệu đặt có
sai lệch nhó.
Và khi hệ thống đã đi vào ổn định thì sai lệch tốc độ sẽ bằng không.Với 1 cấu
trúc điều khiển vòng kín có bộ điều khiển dòng và tốc độ như trên thì sẽ giúp
cho tín hiệu ra bám theo tín hiệu đặt và loại trừ tác động của nhiễu.
Dựa vào các kết quả mô phỏng thu được ta biết được sự hoạt động và các chế
độ làm việc của động cơ điện một chiều.Qua đó ta cũng thấy rõ được sự khác
biệt trong quá trình hoạt động của động cơ điện một chiều khi có thêm bộ điều
khiển dòng và bộ điều khiển tốc độ. Và nhờ đó sẽ giúp ta biết cách sử dụng hợp
lý động cơ điện một chiều trong các quy trình công nghệ.
6
BÀI 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2.1.Hệ tọa độ mô tả động cơ di bộ xoay chiều 3 pha
Hình2.1: Các hệ tọa độ mô tả động cơ dị bộ xoay chiều ba pha
2.2. Các công thức chuyển đổi giữa các hệ trục tọa độ
• u,v,w  αβ:
1
( )
3
s u
s u v
i i
i i i
α
β
=
= +
• αβ  d,q
pha C
β

θ
S
d
q
α
i
sβ
i
sα
i
sq
i
sd
pha B
pha A
híng trôc r«to
ψ
r
i
s
7
i
sd
= i
s
α
cosθ + i
s
β
sinθ

i
sq
= i
s
β
cosθ - i
s
α
sinθ
• αβ  u,v,w
w
1
( 3. )
2
1
( 3. )
2
u s
v s s
s s
i i
i i i
i i i
α
α β
α β
=
= − +
= − −
• d,q  αβ

i
s
α

= i
sd
cosθ - i
sq
sinθ
i
s
β

= i
sd
sinθ + i
sq
cosθ
2.3 Hệ phương trình toán mô tả động cơ dị bộ xoay chiều ba pha
1. Trên hệ trục αβ
Hệ phương trình mô tả động cơ không đồng bộ roto lồng sóc trên hệ αβ là:
8
Hình 2.3 Mô phỏng mô hình động cơ dị bộ roto lồng sóc trên hệ trục αβ
2. Trên hệ dq:
Hệ phương trình mô tả động cơ không đồng bộ roto lồng sóc trên hệ dq là:
rd
sq
r
m
r

sdmrdr
sq
s
rd
m
sdssq
sd
s
rq
m
rd
rm
sqssd
i
T
L
iLpT
u
LL
iip
T
u
LLTL
iip
T
ψ
ω
ψ
σ
ωψ

σ
σ
ω
σ
ψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
=
=+
+
−
−−=+
+
−
+
−
+=+
)1(
11
)
1
(
111
)

1
(
9
Hình 2-3.Mô hình động cơ không đồng bộ roto lồng sóc trên hệ trục(d-q)
2.4 Tham số mô phỏng của động cơ
− P
dm
=2200W
− U
dm
=380V
− Số cặp cực p
c
=2
− Tốc độ n
dm
=1430 vong/phut
− Điện trở stator R
s
=0.877
Ω
− Điện trở roto R
r
=1.47
Ω
− Điện cảm tương hỗ giữa roto và stato L
m
=0.1608H
− Momen quán tính J=0.015kg.m
2

− Điện cảm dò phía stato L
σ
s
=0.004342H
− Điện cảm dò phía stato L
σ
r
=0.004342H
Tính toán các hệ số sử dụng trong mạch :
-
s m s
L L L
σ
= +
=0.165142H: ®iÖn c¶m stator.
-
rmr
LLL
σ
+=
=0.165142H: điện cảm rotor.
- T
s
=L
s
/R
s
=0.1883: hằng số thời gian stator.
- T
r

=L
r
/R
r
=0.11234: hằng số thời gian rotor.
-
( )
srm
LLL ./1
2
−=
σ
=0.0519: hệ số tiêu tán tổng
10

159,118
1
=
−
m
L
σ
σ
c m
r
c
1
116.6743
1 1 1
265.25

T
T 0,00377
T
0,68
1
8,9047
T
3p L
2,921
2L
p
133,333
J
s
s r
r
m
r
L
T T
L
σ
σ
σ
σ
σ σ
=
−
= + =
=

=
=
=
=
2.5 Cấu trúc mô phỏng mô hình động cơ không đồng bộ roto lồng sóc bằng
các khối có sẵn trong thư viện của simulink
Hình2-4.Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc bằng các khối
có sẵn trong thư viện của simulink
2.6Kết quả mô phỏng
1. Dạng tín hiệu ra của u,v,w
11
2. Dạng dòng điện a,b
3. Dạng dòng điện dq
12
4. Dạng dòng điện Isd
5. Dạng dòng điện Isq
5. Dạng đáp ứng tốc độ
13
BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DỊ BỘ BẰNG BIẾN TẦN
Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng biến tần nguồn áp, với đầu vào
tương tự. lệnh chạy bằng đầu nối:
Sơ đồ mạch động lực của biến tần ba pha:
Trong đó:
- 10V/0V : nguồn đầu ra
- ADC+ : đầu vào tương tự (+)
- ADC - : đầu vào tương tự (-)
- DIN 1 : Đầu vào số số 1
- DIN 2 : Đầu vào số số 2
- DIN 3 : Đầu vào số số 3
- Đầu ra cách ly +24V/max.100 mA

Đầu ra cách ly 0V/max. 100mA
- DAC+ : Đầu ra tương tự (+)
- DAC - : Đầu ra tương tự (-)
- P+ : Cổng RS485
- P- : Cổng RS485
14
Bảng điều khiển nút của biến tần
Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng biến tần nguồn áp, với đầu vào
tương tự. lệnh chạy bằng đầu nối:
Sử dụng các nút ấn trên bảng điều khiển để chọn:
Ấn nút màu xanh để khởi động biến tần
Dùng các nút cài đặt các thông số:
P0003=2
P0010=1
P0100=0
P0304=380
P0305=3.1
P0307=0
P0308=0.86
P0309=0
P0310=50
P0311=1350
P0335=0
P0640=150
P0700=2
P0757=0
P0758=0
P0759=10
P0760=100
P0761=0

P1000=2
P1080=0
P1082=50
P1120=10
P1121=10
P1135=5
P1300=0
P3900=1
Thay đổi biến trở sẽ thay đổi tốc độ của động cơ
15