Xây dựng mô hình hệ truyền động đảm bảo đồng bộ tốc độ giữa 2 động cơ để đảm bảo xe đi thẳng về phía trước động cơ truyền động sử dụng động cơ một chiều kích từ đôc lập sử dụng nguồn cấp riêng

Mục Lục

Lời mở đầu
Đối với kỹ sư điều khiển - tự động hóa nói riêng và những người nghiên cứu
khoa học - kỹ thuật nói chung, mơ phỏng là cơng cụ quan trọng cho phép khảo sát các
đối tượng, hệ thống hay qúa trình - vật lý, mà khơng nhất thiết phải có đối tượng hay
hệ thống thực. Được trang bị cơng cụ mơ phỏng mạnh và có hiểu biết về các phương
pháp mơ hình hóa, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí
nghiên cứu - phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi
sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn. Do yêu cầu
của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết hệ thống truyền động
,góp phần hồn thiện và củng cố kiến thức của môn học “Tổng hợp hệ điện cơ”em
được nhận đề tài” Xây dựng mơ hình hệ truyền động đảm bảo đồng bộ tốc độ giữa 2
động cơ để đảm bảo xe đi thẳng về phía trước. Động cơ truyền động sử dụng động cơ
một chiều kích từ đôc lập sử dụng nguồn cấp riêng”


Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1 Cấu tạo chung của động cơ 1 chiều
Động cơ một chiều bao gồm 2 phần phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng (phần quay).
* Phần cảm (stator)
Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dịng điện chạy trong dây
quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp ln phiên nhau. Cực từ
chính gắn với vỏ máy nhờ các bulơng. Ngồi ra máy điện một chiều cịn có nắp máy,
cực từ phụ và cơ cấu chổi than.


Hình 1.1 Cực từ chính

* Phần ứng (rotor)
Rơto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy

Hình 1.2 Lá thép rơto

Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều

1. Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm,
phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ thơng gió và rãnh để đặt dây
quấn phần ứng (hình 1.2).


2. Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong các
rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vịng kín. Phần tử của dây quấn là một
bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của vành góp
(hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên
(hình 1.3b).
3. Cổ góp (vành góp) hay cịn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồng hình
đi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện với nhau và cách điện với
trục máy.
Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy…

1.2 Nguyên lí làm việc của động cơ điện 1 chiều
Trên hình 1.4 khi cho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây quấn
phần ứng có dịng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong từ trường
sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo lên mômen tác dụng lên rôto ,làm quay
rôto. Chiều của lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay trái

Hình 1.4 Mơ tả ngun lí làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi phần ứng quay được nửa vịng thì vị trí thanh dẫn ab và cd đổi chỗ cho nhau, nhờ

có phiến góp đổi chiều dịng điện nên dịng điện 1 chiều biến đổi thành dòng điện
xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi, do đó


lực tác dụng nên rôto cũng theo 1 chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay
khơng đổi.
1.3 Các chỉ số định mức của động cơ điện 1 chiều
Chế độ làm việc của máy điện nói chung và động cơ điện 1 chiều nói riêng là chế
độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy định. Chế độ đó được đặc
trưng bằng các đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là các đại lượng định mức
+ Công suất định mức Pđm (KW hay W)
+ Điện áp định mức Uđm(V)
+ Dòng điện định mức Iđm(A)
+ Tốc độ định mức nđm(v/p)
Ngồi ra cịn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ và dịng điện kích từ...
1.4 Phân loại các động cơ điện 1 chiều
Dựa theo cuộn kích từ, động cơ điện 1 chiều có các loại như sau:
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp
1.5 Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
* Định nghĩa: Phương trình đặc tính cơ là đồ thị miêu tả mối quan hệ giữa
mô men điện từ Mđt và tốc độ góc ω của động cơ.
* Đặc tính cơ:

E 0 = U − I .Ru

E = K .Φ.ω
Từ phương trình cân bằng điện áp :  0

⇒

ω=

U
I .Ru
U
M .Ru
−
=
−
K .Φ K .Φ K .Φ K .Φ 2

Độ cứng đặc tính cơ:

∆Μ ( K .Φ) 2
β =
=
∆ω
Ru

n0
nyc
n1

n

β càng lớn đặc tính cơ càng cứng

MC MC1

Đồ thị:

ω0 =

TN
M

U
k .Φ : tốc độ khơng tải lí tưởng.

U .K .Φ
Mmm= Ru : Mômen mở máy.

1.6 Các cách khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Từ phương trình điện áp phần ứng :
U=Eu+Ru.Iu
⇒ Iu =

U − Eu
Ru

p.N
.n.Φ
Khi mở máy n=0 ⇒ Eu= 60a
=0

Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iumở

U
= Ru

vì Ru nhỏ Iumở lớn khoảng (20 ÷ 30) Iđm làm hỏng chổi than và cổ góp. Để giảm dòng
điện mở máy ta dùng các biện pháp sau:
+ Dùng biến trở mở máy R mở :


Mắc biến trở này vào mạch phần ứng lúc có biến trở này :
Iưmở =U/(Rư+Rmở )
Lúc đầu để Rmở max, trong quá trình mở này tốc độ tăng lên Eư tăng lên và điện trở
này giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức.
+ Giảm điện áp đặt vào phần ứng:
Phương pháp này là phương pháp thường dùng hơn cả nó địi hỏi có một nguồn
điện có thể điều chỉnh được điện áp như nguồn chỉnh lưu, hệ máy phát động cơ hay
bộ băm xung một chiều. Phương pháp này dùng kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng rất tiện lợi.
1.7 Các trạng thái hãm của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều tốc

độ quay

.Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát. Tùy theo
cách biến đổi năng lượng cơ trong khi hãm người ta chia làm 3 trạng thái hãm:
a) Hãm tái sinh:
Năng lượng động cơ trả vể nguồn xẩy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn
tốc độ không tải lý tưởng . Khi hãm tái sinh E u>Uu, động cơ làm việc như một máy
phát điện song song với lưới , so với chế độ động cơ dòng điện và mơ men hãm đã đổi
chiều . Đường đặc tính cơ trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ II và thứ

IV của mặt phẳng toạ độ.Trong trạng thái hãm tái sinh dòng điện hãm đổi chiều và
cơng suất đưa trả về lưới điện có giá trị
P = (E –U) .I
b) Hãm ngược:
Năng lượng của nguồn và động cơ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Xẩy ra khi phần
ứng dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động do mômen


thế năng quay ngược chiều với mômen điện từ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động
cơ chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản suất có hai trường hợp hãm ngược :
+ Đưa điện trở vào mạch phần ứng.
+ Đảo chiều điện áp phần ứng.
c) Hãm động năng:
Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của
động cơ đã tích luỹ được trong q trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu
tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt.
Như vậy ta thấy hãm tái sinh là phương pháp hãm tiết kiệm được năng lượng
nhất, và điều này là rất cần thiết, nhất là đối với các động cơ chạy bằng acqui. Vì vậy,
trong khi thiết kế bộ băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động cơ hãm tái sinh.
1.8 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập
a) Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

n
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Udm )

U1
U2
U3
MC

Đặc điểm :

Udm > U1 > U2 > U3
ncb > n1 > n2 > n3
M


- Đặc tính cơ là các đường song song với đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, do đó độ
cứng của đặc tính cơ khơng thay đổi.
- Do U chỉ có thể giảm do đó chỉ có thể điều chỉnh giảm tốc độ của động cơ.
- Có thể thay đổi U băng các van bán dẫn

b) Thay đổi điện trở phần ứng Ru:

n

TN

ncb
n1

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
ncb > n1 > n2 > n3

Rf1

n2

Rf2

n3

0

MC

M, I

Rf3

Đặc điểm :
- Khi thêm Ruf vào phần ứng động cơ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm hay đặc tính
cơ của động cơ giảm đi có nghĩa là với một sự thay đổi rất nhỏ của tải sẽ dẫn đến một
sự thay đổi rất lớn của ω nên không ổn định do đó trên thực tế điều chỉnh tốc độ băng
Ru ít được sử dụng.
- Ngoài ra khi thêm Ru vào phần ứng cũng có nghĩa là tăng tổn hao làm nóng động
cơ. Phương pháp này chỉ sử dụng để giảm dòng mở máy khi khởi động động cơ.
n
1.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

TN

ncb
n1

Rf1

n2

Rf2

n3

0

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
ncb > n1 > n2 > n3

MC

Rf3

M, I


Đặc điểm :
- Vì từ thơng trong lõi thép rất dễ bão hoà nên người ta thường chỉ điều chỉnh giảm
từ thông trong động cơ.
- Khi từ thông Φdm giảm đến Φi thì có một Mik nào đó, khi Mc< Mik việc giảm Φ sẽ
làm tăng tốc độ động cơ, khi Mc >Mik việc giảm Φ sẽ làm tốc độ động cơ.
Trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng là rất khó thực hiện vì
quan hệ Φ(ω) là phi tuyến.

Chương 2: Xây dựng mơ hình động cơ và các mạch vòng điều chỉnh

đảm bảo đồng bộ tốc độ giữa 2 động cơ
2.1 Xây dựng mô hình cho động cơ điện 1 chiều.
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ
thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ vài W
đến vài MW. Giản đồ kết cấu chung của Đ như hình 1.5, phần ứng được biểu diễn bởi
vịng trịn bên trong có sức điện động E, ở phần stato có thể có vài dây quấn kích từ:
dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN, dây quấn cực từ phụ
CF và dây quấn bù CB. Hệ thống các phương trình mơ tả Đ thường là phi tuyến, trong


đó các đại lượng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp
kích từ Uk; tín hiệu ra thường là tốc độ góc của động cơ ω, mơmen quay M, dịng điện
phần ứng I, hoặc trong một số trường hợp là vị trí của rôto φ. Mômen tải M c là
mômen do cơ cấu làm việc truyền về trục động cơ, mômen tải là nhiễu loạn quan
trọng nhất của hệ truyền điện tự động.

ω

φ
u
u

Hình 2.1 Giản đồ thay thế động cơ một chiều.
2.1.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ
có dịng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thơng Φ. Tiếp đó đặt một giá trị
điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dịng điện chạy qua.
Tương tác giữa dịng điện phần ứng và từ thơng kích từ tạo thành mơmen điện từ, giá
trị của mơmen điện từ được tính như sau:
M=

p ' .N
.Φ.I = kΦI
2π .a

Trong đó: p’ - số đôi cực của động cơ;
N - số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ;
a - số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng;
k = p’N/2пa - hệ số kết cấu của máy.
Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phần ứng quét
qua từ thông và trong các dây dây quấn này cảm ứng sức điện động (sđđ):
p ' .N
E=
.Φ.ω = kΦω
2π .a

Trong đó: ω - tốc độ góc của rơto.


Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng điện
áp phần ứng:
U − Ru I
ω=
kΦ
Trong đó Rư- điện trở mạch phần ứng của động cơ.
Từ các phương trình trên có thể vẽ được họ đặc tính cơ M(ω) của động cơ một
chiều khi từ thơng khơng đổi, hình 2.2.
ω

Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi

2.1.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều
Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các phương
trình mơ tả sơ đồ thay thế hình 1.5 như sau:
* Mạch kích từ, có hai biến dịng điện kích từ ik và từ thông Φ là phụ thuộc phi tuyến
bởi đường cong từ hố của lõi sắt:
Uk(p) = RkIk(p) + Nk.p.Φ(p)
Trong đó: Nk - số vịng dây cuộn kích từ;
Rk - điện trở cuộn dây kích từ.
* Mạch phần ứng:
U(p) = Rư.I(p) + Lư.p.I(p) ± NN.p.Φ(p) + E(p)
Hoặc dạng dòng điện:
I(p) =

1 / Ru
[U ( p) ± N N . p.Φ ( p) − E ( p)]
1 + pTu


Trong đó Lư- điện cảm mạch phần ứng;
NN - số vịng dây cuộn kích từ nối tiếp;
Tư = Lư/Rư - hằng số thời gian mạch phần ứng.
* Phương trình hệ điện cơ (phương trình chuyển động của hệ thống):
M(p) – Mc(p) = Jpω
Trong đó J là mơmen qn tính của các phần tử chuyển động quy đổi về trục
động cơ.
Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ một
chiều như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chung của động cơ một chiều
Ta thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh (có khâu phi tuyến), do đó

trong tính tốn ứng dụng thường dùng mơ hình tuyến tính hố quanh điểm làm việc
(phương pháp số gia).
Trước hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố
và đặc tính mơmen tải như hình 2.4


φ
φ

0

ω cb

ωc

Hình 2.4 Tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố và đặc tính tải.
Độ dốc của đặc tính từ hố và đặc tính cơ mơmen tải tương ứng (bỏ qua hiện
tượng từ trễ) là:
kk =

∆Φ
∆I k

Φ0 , I K 0

∆M C
M Cb ,ω B
∆ω
Tại điểm làm việc xác lập ta có: điện áp phần ứng U0, dịng điện phần ứng I0,
B=

tốc độ quay ωB, điện áp kích từ Uk0, từ thơng Φ0, dịng điện kích từ Ik0 và mơmen tải
MCB. Biến thiên nhỏ của các đại lượng trên tương ứng là: ∆U, ∆I, ∆ω, ∆Uk, ∆Ik, ∆Φ và
∆MC.
Xét cho động cơ kích từ độc lập (NN= 0), khi đó các phương trình có thể viết
như sau:
- Mạch phần ứng:
Uư + ∆U = Rư[Iư0 + ∆Iư] + pLư[Iư0 + ∆Iư] + K[Φ0 + ∆Φ].[ω0 + ∆ω]
- Mạch kích từ:
Uk0 + ∆Uk = Rk[Ik0 + ∆Ik] + pNk[Φ0 + ∆Φ ]
- Phương trình chuyển động cơ học:
K[Φ0 + ∆Φ].[Iư0 + ∆Iư] - [Mc0 + ∆Mc] = Jpd[ω0 + ∆ω]/dt
Nếu bỏ qua các vơ cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể viết được
các phương trình của gia số như sau:


∆Uư = Rư∆Iư + pLư∆Iư + KΦ0∆ω +K∆Φω0
∆Uk = Rk∆Ik(p) (1 + pTk)
K∆ΦIư0 +KΦ0∆Iư - ∆Mc = J d∆ω/dt
Từ các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hố
của động cơ một chiều kích từ độc lập

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa
Sau đây ta xét một số trường hợp đặc biệt của động cơ một chiều kích từ độc
lập trong chế độ quá độ.
a) Động cơ kích từ độc lập trong chế độ quá độ với Φ = const.
Khi dòng điện từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam
châm vĩnh cửu thì từ thơng kích từ là hằng số:
KΦ = const = Cu
Khi đó

- Phương trình mạch phần ứng có dạng:
Uư = RưIư (1+pTư) + Cu.ω
- Phương trình hệ điện cơ có dạng:
CuI – Mc = Jdω/dt


Từ hai phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi được
biểu diễn trên hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc khi từ thơng khơng đổi
b) Động cơ kích từ độc lập trong chế độ quá độ với điện áp phần ứng không đổi
Khi giữ điện áp phần ứng không đổi và điều chỉnh điện áp kích từ thì do tính
chất phi tuyến của mạch từ nên tốt nhất là sử dụng sơ đồ tuyến tính hố quanh điểm
làm việc. Sơ đồ cấu trúc này được thể hiện trên hình 2.5, trong đó tín hiệu điện áp
phần ứng ∆Uư = 0.
Phương pháp này có ưu điểm là: bộ chỉnh lưu có điều khiển trong mạch kích từ
nhỏ gọn hơn, rẻ tiền hơn, với cơng suất nhỏ hơn dẫn đến kích thước và trọng lượng
nhỏ hơn.
Tuy nhiên nó có những nhược điểm cơ bản đó là:
- Đụng chạm đến tính phi tuyến của động cơ.
- Số vịng dây của cuộn kích từ lớn hơn do đó hằng sơ thời gian mạch kích từ
lớn hơn nhiều so với mạch phần ứng (Tk>>Tu) dẫn đến thời gian quá độ của hệ
kéo dài.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ quay hẹp và còn bị phụ thuộc nhiều vào giá trị
mômen cản.
Do ảnh hưởng của từ dư sẽ gây ra sai lệch trong quá trình thực hiện đảo chiều
quay động cơ
Lựa chọn động cơ và tính tốn các thơng số mô phỏng:
Chọn động cơ 1 chiều
- Công suất định mức:

Pđm =11KW
- Điện áp định mức:
U đm =220V
- Tốc độ định mức
n đm =1500(v/ph)

- Điện cảm phần ứng:
L=0.014(H)
- Điện trở phần ứng:
R=0,197(Ω)
- Dòng điện định mức:

I đm =59,5(A)

ω đm =

2π .n dm
60

M dm =

Pdm
ω dm

⇒ Kφ =
Tu =

=

2π .1500
=157,08(rad / s)
60
1100

= 157,08 = 70,03( Nm)

M dm
I dm

=

70,03
1,2
59,5 =

Lu 0,014
=
= 0,071( s)
Ru 0,197

Mc=50Nm(chọn)


Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc khi từ thơng khơng đổi

Hình 2.8 Đặc tính tốc độ

Hình 2.9 Đặc tính dịng điện

2.2 Cấu trúc điều khiển

Hình 2.10 sơ đồ cấu trúc hệ thống
Đây là phương pháp điều khiển đồng bộ tốc độ động cơ theo động cơ chủ đạo.
Ưu điểm:
- Trong cấu trúc này tốc độ động cơ trước làm tín hiệu đặt cho động cơ sau. Mỗi
động cơ được điều khiển bằng một bộ điều khiển tốc độ riêng. Cấu trúc này có ưu
điểm làm chất lượng đáp ứng tốt hơn trong qúa trình quá độ cũng như phản ứng với
nhiễu.
Nhược điểm:
- Nếu hệ có nhiều động cơ thì các động cơ phía sau sẽ bị dao động lớn nên cấu trúc
này thường không được sử dụng khi cần đồng bộ một dây chuyền.


Hình 2.11 Mơ tả hệ thống
- Hệ thống gồm 2 động cơ 1 chiều kích từ độc lập với yêu cầu là cần đồng bộ tốc độ
giữa 2 động cơ để đảm bảo xe ln đi thẳng về phía trước .
2.3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
- Sơ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện:


Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh dòng điện

RI

SI

SI là hàm truyền của đối tượng cho bộ điều khiển dòng RI

k BĐ
SI =
(1 + Tv p )(1 + Tw p ) Ru (1 + Tu p )
=

k BĐ .k I
Ru (1 + Tu p )(1 + Tv p )(1 + Tđk p )(1 + TI p )

Tv = 0.001 (chọn)
UN
220 = 22
=
U dk
10
UN điện áp nguồn

k BĐ =

Uđk điện áp mạch điều khiển

Tđk = 0,001 (chọn)


Lu 0,014
=
= 0,071
Ru 0,197
= U đk = 10 = 0,17
KI
I đm 59,5

Iư dòng điện phần ứng động cơ, Iư = 59,5(A)
Tu =

Ti = 0,001

(chọn)

Vì Tđk,Tv,Ti là các hằng số thời gian rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư
nên nếu đặt
TsI =Tđk + Tv + TI = 0,001 + 0,001 + 0,001 = 0,003(s)
Vậy ta có dạng gần đúng của SI :

SI =

k BĐ .k I
Ru (1 + Tu p )(1 + TSI p )

SI =

22
0.197(1 + 0.071 p)(1 + 0.003 p)

Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh
dịng điện có dạng khâu PI
RI =

Ru (1 + Tu p)
2k BĐ .k I .TSI p

RI =

0.197(1 + 0.071 p )
0,02244 p

Hình 2.13 Sơ đồ mơ phỏng mạch vịng dịng điện


Hình 2.14 Đặc tính mơ phỏng dịng định mức

2.4. Tổng hợp mạch vịng tốc độ
Hệ có dạng nối cấp: mạch vòng dòng điện bên trong và mạch vòng tốc độ ở bên
ngồi, nó được sử dụng khi:
- Hệ khơng có khả năng về q dịng hoặc có u cầu cao về điều chỉnh gia tốc hoặc
rơi vào dòng gián đoạn phần ứng.
Số mạch vòng dòng điện thường là một đối với hệ khơng đảo chiều, là hai đối với
hệ có đảo chiều.
Muốn thay đổi chiều quay của hệ thì phải thay đổi dấu của tín hiệu đặt.
Cần phải lắp thêm bộ hạn chế dòng điện sau bộ điều khiển tốc độ để giảm tín hiệu
đặt cho mạch vịng dịng điện.
Sơ đồ khối của mạch vịng điều chỉnh tốc độ có mạch Mc dòng điện:
vòng
Uωsp
_

Rω

FI
Kω
1 + Tω . p

_

Cu
J.p

ω


Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ
FI : là hàm kín của mạch vịng dịng điện
- Theo tiêu chuẩn module tối ưu, hàm kín của mạch vịng dịng điện có dạng:
FI =

1/ K I
2
1 + 2TSI p + 2TSI p 2

Do hệ số TSI là rất nhỏ nên ta có thể xấp xỉ hàm truyền FI về dạng:
FI =

1/ K I
1 + 2TSI p

Khi đó đối tượng cho bộ điều khiển được tính:

Sω =

Kω
1/ K I
1

.C u . .
1 + 2TSI p
Jp 1 + Tω p

Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh:

Sω =

Cu .K ω
J .K I . p(1 + 2Tsω . p)

TSω = 2TSI + Tω

Xác định các tham số của hàm truyền của Xensơ đo tốc độ:
Tc =

Ru .J
Cu

2

=

0,197.0,56
= 0,0766
1,44

Tω = 0,001 (s)
Theo tiêu chuẩn modul tối ưu ta có:
Rω =

K I .Kφ .Tc 1
.
Ru .K ω 4TSω

(chọn)


Thay số ta có :
Rω =

0,17.1,2.0,0766
1
.
0,197.0,063 4.0,003

Rω = 105

Hình 2.16 Sơ đồ mơ phỏng mạch vịng tốc độ

Hình 2.17 Đặc tính mơ phỏng tốc độ theo tốc độ đặt
Tính tốn các thơng số để mơ phỏng:
Trong đó nb/xe là tốc độ quay của bánh xe.