Bài thuyết trình đồ án môn học: Mô phỏng điều khiển động cơ DC kích từ độc lập sử dụng phần mềm matlab với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần

Đề tài : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP SỬ DỤNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

PHẦN MỀM MATLAB VỚI MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA
ĐIỀU KHIỂN TOÀN PHẦN

GVHD : TRẦ

SINH VIÊN T

NGUYỄN VĂ

HỒ CÁT VIN


NỘI DUNG
Phần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phần II : TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC
LẬP TRONG MATLAB
Phần III : KẾT LUẬN


PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:
1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều:
Gồm 2 phần chính :

Phần tĩnh (Stator)
• Cực từ chính.
• Cực từ phụ.

• Gông từ.

Phần quay (Rotor)
•
•
•
•

Lõi thép phần ứng.
Dây quấn phần ứng.
Cổ góp.
Cơ cấu chổi than.


1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
Phương trình điện áp là:

Khi cho điện áp một chiều U vào
hai chổi điện, trong dây quấn phần
ứng có dòng điện Iư.

Các thanh dẫn có dòng điện nằm
trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác
dụng làm cho rôto quay.

Do có phiến góp đổi chiều dòng
điện, giữ cho chiều lực tác dụng
không đổi, đảm bảo động cơ có
chiều quay không đổi.

Khi động cơ quay, các thanh dẫn
cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện
động Eư.

Khi phần ứng quay được nửa vòng,
vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho
nhau.


2. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.

Khái niệm

Động cơ điện một chiều kích từ
độc lập: Cuộn kích từ được cấp
điện từ nguồn một chiều độc lập
với nguồn điện cấp cho rotor.

2.1 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
- Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu
diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau.
- Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ, dùng để xác định điểm làm việc xác
lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệthống truyền động điện.
- Đặc tính tốc độ của động cơ điện là mặt phẳng tọa độ giữa ω với momen ω= f(I).
- Đặc tính cơ của động cơ điện là mặt phẳng tọa độ giữa ω với momen ω= f(M).


Phương trình đặc tính
tốc độ tự nhiên.
Phương trình

đặc tính tốc
độ.
Phương trình

Phương
trình đặc
tính cơ.

Phương trình đặc tính
tốc độ nhân tạo.

Phương trình đặc tính cơ
nhân tạo.

Phương trình đặc tính cơ
tự nhiên.


2.2 Mở máy động cơ kích từ động lập.

Mmm lớn => động cơ
dễ mở máy.

Cháy lớp cách điện
của dây quấn.

Vấn đề mở
máy: dòng
Imm lớn
Cháy dây dẫn điện.

Biến dạng rãnh
stator.

Giữ Uư = Uư
đm thì thêm
Rf vào mạch
phần ứng.

Giảm Uư khi
mở máy.

Cách khắc
phục


3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH
TỪ ĐỘC LẬP.

Điều chỉnh tốc
độ bằng cách
thay đổi điện trở
ở mạch phần
ứng.
Điều chỉnh tốc
độ bằng cách
thay đổi điện áp
phần ứng.

Điều chỉnh tốc

độ bằng cách
thay đổi từ
thông.


Ở đây chúng ta sẽ xét phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng vì đây là phương
pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc
độ định mức đối với động cơ một chiều.
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :

- Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ
không tải khác nhau, song song và có cùng độ cứng.
- Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (Uchỉnh giảm tốc độ.


Đặc điểm

- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều
chỉnh.
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một
mômen là như nhau.
Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1.
Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay
đổi với Uư ≤ Uđm).
Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay
đổi trơn điện áp ra.

PHẦN II :TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRONG MATLAB.
1. Lựa chọn mô hình: Speed Control of a DC Motor using BJT H-Bridge.


hiểu cách thức hoạt động của mô hình:
Nguyên lí2.Tìm
hoạt động:
Bipolar Junction Transistor (BJT) hoạt động như một IGBT. Khi đang tiến hành
(BJT hoạt động ở vùng bão hoà), một điện áp thuận Vf được khai triển giữa bộ
thu và bộ phát (trong khoảng 1V).
Khối IGBT không mô phỏng dòng cổng điều khiển BJT hoặc IGBT. Việc chuyển
đổi được điều khiển bởi một tín hiệu mô phỏng (1/0). Động cơ DC sử dụng mô
hình đặt sẵn trước (5 HP 240V 1750 rpm). Điện áp trung bình thay đổi 0 - 240 V
khi chu kỳ làm việc dao động 0 -100%.
Cầu H bao gồm bốn cặp BJT / Diode (BJT mô phỏng theo mô hình IGBT). Hai
transistors được bật đồng thời: Q1 và Q4 hoặc Q2 và Q3. Khi Q1 và Q4 được
kích hoạt, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn Vcc đến Q1, qua động cơ
đến Q4 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận và diode D2-D3
hoạt động như diode quay tự do khi Q1 và Q3 tắt. Khi Q2 và Q3 được kích hoạt,
dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn Vcc đến Q2, qua động cơ đến Q3 để
về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược. và diode D1-D4 hoạt động
như diode quay tự do khi Q2 và Q3 tắt.


Biểu diễn thay đổi tốc độ động cơ.
Điện áp trung bình có thể thay đổi từ 0 đến 240 V khi chu kỳ làm việc (quy định trong khối
Máy phát xung) dao động từ 0 đến 100%.
Trường hợp 1: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 75% (điện áp DC trung

bình là 180V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.
Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải.


Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.


Trường hợp 2: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 50% (điện áp DC trung
bình là 120V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.
Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải.


Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.


Trường hợp 3: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 100% (điện áp DC trung bình
là 240V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.
Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải .


Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.


PHẦN III: KẾT LUẬN
Ưu điểm:

Cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng và trong
nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt.
Thiết bị đơn giản hơn và rẻ tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba
pha.

Nhược điểm:

Chưa thể điều khiển tốc độ bằng hai phương pháp thay đổi từ thông và thay
đổi điện trở phụ ở mạch phần ứng.
Độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều thấp hơn sơ với động cơ không
đồng bộ do có hệ số tiếp xúc chổi than.


Khả năng áp
dụng trong
thực tế:

Được sử dụng rất rộng rãi.

Trong công nghiệp, được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn
hoặc điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng.
Có đặc tính làm việc rất tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi
điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng không).
Nhận xét của
bản thân đối
với vấn đề của
đề tài:

Trong quá trình tìm hiểu nhóm gặp khá nhiều khó khăn trong việc
tìm hiểu phần mềm Matlab, nhưng với sự kiên trì, tích cực tìm kiếm
từ nhiều nguồn tài liệu, nhóm đã tự trang bị cho mình một chút kiến
thức về phần mềm Matlab.
Tự nhận thức được do kiến thức còn hạn chế nên chưa đi sâu được
nhiều vấn đề trong việc mô phỏng mô hình động cơ DC kích từ độc

lập.


KẾT THÚC
XIN CÁM ƠN