Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống năng lượng điện cảm trên ôtô dựa trên các chu trình thử nghiệm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ
THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM TRÊN ƠTƠ DỰA
TRÊN CÁC CHU TRÌNH THỬ NGHIỆM
SVTH:

NGUYỄN HỮU HẬU

MSSV: 13145082

LƯU PHƯỚC TỒN

MSSV: 13145279

Khố:

2013 – 2017

Ngành:

SƯ PHẠM KỸ THUẬT Ơ TƠ

GVHD:

ThS. PHAN NGUYỄN Q TÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ
THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM TRÊN ƠTƠ DỰA
TRÊN CÁC CHU TRÌNH THỬ NGHIỆM
SVTH:

NGUYỄN HỮU HẬU

MSSV: 13145082

LƯU PHƯỚC TỒN

MSSV: 13145279

Khố:

2013 – 2017

Ngành:

SƯ PHẠM KỸ THUẬT Ơ TƠ

GVHD:

ThS. PHAN NGUYỄN Q TÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
1.
2. Lưu Phước Tồn
Chun ngành : Cơng nghệ kỹ tḥt ơtơ
Hệ đào tạo: chính quy
Khóa: 2013

Nguyễn Hữu Hậu MSSV: 13145082
MSSV: 13145279
Mã ngành đào tạo: 52510205
Mã hệ đào tạo:
Lớp: 139450B

1. Tên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống năng lượng điện
cảm trên ôtô dựa trên các chu trình thử nghiệm.”

2. Nhiệm vụ đề tài:
-

Xây dựng lại và cải thiện những hạn chế từ các chuyên đề về hệ thống năng lượng
điện cảm trước đây.

-

Mô phỏng và điều khiển mơ hình mới trên các chu trình thử nghiệm bằng matlab
Simulink.

-

Rút ra kết quả và kết luận hiệu quả mơ hình mơ phỏng.

Thuyết minh
3. Sản phẩm đề tài: 1 quyển thuyết minh đồ án và 1 đĩa CD thuyết minh đồ án.
-

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/03/2017
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ:
Trưởng bộ mơn

Cán bộ hướng dẫn

Th.S Phan Nguyễn Quí Tâm
3


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề taì : “Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống năng lượng điện cảm
trên ơtơ dựa trên các chu trình thử nghiệm.”
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Hữu Hậu
Lưu Phước Toàn

MSSV: 13145082
MSSV: 13145279

Ngành: Sư phạm Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT

Về hình thức trình bày và tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

ii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
1. Về nợi dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay
không): ...............................................................................
2 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ............................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 20…

Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề taì : “Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống năng lượng điện cảm
trên ơtơ dựa trên các chu trình thử nghiệm.”
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Hữu Hậu
Lưu Phước Toàn

MSSV: 13145082
MSSV: 13145279

Ngành: Sư phạm Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT:
iii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
1. Về hình thức trình bày và tích hợp lý của cấu trúc đề tài:

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .......................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .........................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 20…

Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống năng lượng điện cảm
trên ơtơ dựa trên các chu trình thử nghiệm.”
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Hữu Hậu
Lưu Phước Toàn

MSSV: 13145082
MSSV: 13145279

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh

đúng theo u cầu về nợi dung và hình thức.

Chủ tịch hợi đồng:_______________________________

Giảng viên hướng dẫn:____________________________

Giảng viên phản biện:_____________________________

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 20….

7


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

MỤC LỤC
Trang
Nhiệm vụ đờ án tốt nghiệp............................................................................................i
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn.............................................................................ii
Nhận xét của giảng viên phản biện...............................................................................iii
Xác nhận hồn thiện đờ án............................................................................................iv
Lời cảm ơn...................................................................................................................... vii
Danh mục các hình, sơ đờ............................................................................................viii
Chương 1: Tổng quan....................................................................................................1
1. Đặt vấn đề..............................................................................................................1
2. Giới hạn đề tài........................................................................................................1
3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................1
Chương 2: Năng lượng cảm ứng điện tư......................................................................2

2.1 Các định luật hiện tượng tự cảm.........................................................................2
2.2 Hiện tượng tự cảm và hỗ cảm.............................................................................3
2.2.1 Hiện tượng tự cảm.........................................................................................3
2.2.2 Hiện tượng hỗ cảm........................................................................................4
2.2.3 Năng lượng điện cảm.....................................................................................5
2.3 Ứng dụng của cuộn cảm trên ô tô.......................................................................6
2.3.1 Ứng dụng cuộn cảm trong Relay:..................................................................6
2.3.2 Ứng dụng của cuộn cảm trong kim phun:......................................................7
2.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm trong bobbin:..........................................................8
Chương 3: Simulink.......................................................................................................9
3.1 Tổng quan Simulink............................................................................................9
3.2 Bắt đầu với phần mềm Simulink........................................................................9
3.2.1 Mở trình duyệt thư viện Simulink..................................................................9
3.2.2 Tạo mơ hình Simulink mới từ trình duyệt thư viện Simulink.........................10
3.2.3 Mở mơ hình Simulink sẵn có từ trình đơn Simulink Editor............................10
3.3 Khởi tạo một mơ hình Simulink đơn giản.........................................................11
3.3.1 Mở thư viện trình duyệt Simulink..................................................................12
3.3.2 Mở trình soạn thảo Simulink..........................................................................13
3.3.3 Tìm các khối cần thiết trong trình duyệt thư viện Simulink............................14
3.3.4 Kết nối các khối..............................................................................................15
3.3.5 Quan sát kết quả.............................................................................................15
3.4 Tìm hiểu về thư viện simscape............................................................................16
3.4.1 Tổng quan.......................................................................................................16
3.4.2 Ví dụ mô phỏng sử dụng thư viện con simscape............................................21
8


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
Chương 4: Xây dựng mơ hình mơ phỏng mạch RL,LC,RLC....................................23
4.1 Mơ phỏng mạch RL............................................................................................23

4.1.1 cơ sở lý thuyết................................................................................................23
4.1.2 Tiến hành mô phỏng mạch RL........................................................................24
4.2 Mô phỏng mạch LC............................................................................................26
4.2.1 Cơ sở lý thuyết................................................................................................26
4.2.2 Tiến hành mô phỏng mạch LC........................................................................27
4.3 Mô phỏng mạch RLC..........................................................................................32
4.3.1 Cơ sở lý thuyết................................................................................................32
4.3.2 Tiến hành mô phỏng mạch RLC.....................................................................33
Chương 5: Xây dựng mơ hình mơ phỏng mạch đánh lửa, mạch phun nhiên liệu....38
5.1 Mô phỏng mạch đánh lửa....................................................................................38
5.1.1 Cơ sở lý thuyết.............................................................................................38
5.1.2 Mơ phỏng mơ hình đánh lửa.........................................................................39
5.2 Mơ phỏng mạch phun nhiên liệu.........................................................................44
5.2.1 Cơ sở lý thuyết.............................................................................................44
5.2.2 Mô phỏng mô hình phun nhiên liệu..............................................................45
Chương 6: Xây dựng mơ hình mạch thu hồi và tích lũy năng lượng.........................50
6.1 Cơ sở lý thuyết.....................................................................................................50
6.2 Tiến hành mô phỏng............................................................................................53
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển.....................................................................61
7.1 Kết luận................................................................................................................61
7.2 Hướng phát triển.................................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………..…………….………………………..…….63
PHỤ LỤC………………………………………………………….………………………..…….64
NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH- BỔ SUNG………………………………………...65

9


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

LỜI CẢM ƠN
Được sự phân cơng của Khoa Cơ khí Đợng lực trường Đại học Sư phạm kỹ
thuật thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn ThS. Phan
Nguyễn Q Tâm, nhóm chúng em đã thực hiện đồ án với đề tài “Nghiên cứu xây
dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống năng lượng điện cảm trên ôtô dựa trên các chu
trình thử nghiệm”.
Nhóm em xin cảm ơn các thầy cơ giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy chúng
em trong suốt quá trình học tập, thực hành, nghiên cứu và rèn luyện ở trường Đại học
Sư phạm kỹ tḥt thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt nhóm em xin chân thành cảm ơn
đến thầy Phan Nguyễn Quí Tâm vì đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt
bốn tháng để hoàn thiện được đề tài này.
Trong quá trình làm đề tài, do hạn chế trong kinh nghiệm và trình đợ chun
mơn, thời gian thực hiện có hạn nên sai sót là khơng thể tránh khỏi nên nhóm rất mong
sẽ nhận được sự ý kiến, đóng góp của thầy cơ và các bạn.
Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc q thầy cơ dồi dào sức khoẻ, giữ
vững niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh truyền đạt tri thức cho các thế hệ mai sau.
Trân trọng.

10


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ
Hình 1.1 Hiện tượng hỡ cảm
Hình 1.2 Năng lượng từ trường
Hình 1.3 Ứng dụng c̣n cảm trong relay
Hình 1.4 Ứng dụng của c̣n cảm trong kim phun
Hình 1.5 Ứng dụng của c̣n cảm trong bơbin
Hình 3.1 Thư viện Simulink

Hình 3.2 Trình soạn thảo simulink
Hình 3.3 Ví dụ về sơ đồ khối trong Simulink
Hình 3.4 Mợt số khối trong simulink
Hình 3.5 Thư viện của Simulink
Hình 3.6 Trình soạn thảo simulink
Hình 3.7 Mợt số khối cơ bản
Hình 3.8 Kết nối các khối
Hình 3.9 Kết quả ví dụ được xuất ra trên đồ thị Simulink
Hình 3.10 Thư viện simscape của Simulink
Hình 3.11 Thư viện electrical elements
Hình 3.12 Thư viện electrical sensors
Hình 3.13 Thư viện electrical sources
Hình 3.14 Thư viện Module Utilities
Hình 3.15 Điều chỉnh khối Simulink- PS Converter
Hình 3.16 Khối Simulink- PS Converter
Hình 3.17 Khối Solver configuration
Hình 3.18 Khối đo dịng điện
Hình 3.19 Khối Current sensor và khối PS-Simulink converter
Hình 3.20 Khối đo điện áp
Hình 3.21 Khối Voltage sensor và khối PS-Simulink converter
11


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
Hình 4.1 Mạch RL
Hình 4.2: Mơ hình mơ phỏng mạch RL
Hình 4.3 Qúa trình tăng trưởng dịng điện trên c̣n dây theo thời gian t
Hình 4.4 Q trình thay đổi điện áp trên c̣n dây theo thời gian t
Hình 4.5 Q trình tích lũy năng lượng trên c̣n dây theo thời gian
Hình 4.6 Mạch LC

Hình 4.7 Mơ hình mơ phỏng mạch LC
Hình 4.8 Cấu trúc khối POWER mạch LC
Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị U( V) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị I( A) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị W( J) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị U( V) của C̣n cảm theo thời gian t
Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị I(A) của Cuộn cảm theo thời gian t
Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị W(J) của Cuộn cảm theo thời gian t
Hình 4.15 Mạch RLC
Hình 4.16 Mơ hình mơ phỏng mạch RLC
Hình 4.17 Cấu trúc khối POWER mạch RLC
Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị U( V) của C̣n cảm theo thời gian t
Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị I( A) của C̣n cảm theo thời gian t
Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị W( J) của C̣n cảm theo thời gian t
Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị U( V) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị I( A) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn dao động tắt dần giá trị W( J) của Tụ điện theo thời gian t
Hình 5.1 Hệ thống đánh lửa bằng vít lửa
Hình 5.2 Sơ đồ hóa hệ thống đánh lửa bằng vít lửa
Hình 5.3 Mơ hình mơ phỏng mạch đánh lửa
Hình 5.4 Thời gian đóng ngắt của vít
Hình 5.5 Giá trị đợ tự cảm của bơ bin
12


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
Hình 5.6 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị dịng điện c̣n sơ cấp(Isc)
Hình 5.7 Đồ thị biểu diễn giá trị dao đợng điện áp c̣n sơ cấp (Usc)
Hình 5.8 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị dịng điện c̣n thứ cấp (Itc)
Hình 5.9 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị điện áp c̣n thứ cấp(Utc)

Hình 5.10 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị W(J) của Cuộn cảm theo thời gian t
Hình 5.11 Kim phun nhiên liệu
Hình 5.12 Mạch mơ phỏng là mạch phun đôi, với 2 cặp kim phun 1-4 và 2-3.
Hình 5.13 Mơ hình mơ phỏng mạch phun nhiên liệu
Hình 5.14 Mơ hình mơ phỏng cơng tắc chính
Hình 5.15 Mơ hình mơ phỏng transistor điều khiển phun xăng
Hình 5.16 Thời gian nhấc kim của kim phun
Hình 5.17 Đồ thị biểu diễn dao động giá trị điện áp kim phun 1_4(U14)
Hình 5.18 Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị dịng điện kim phun 1_4(I14)
Hình 5.19: Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị điện áp kim phun 2_3(U23)
Hình 5.20: Đồ thị biểu diễn dao đợng giá trị dịng điện kim phun 2_3(I23)
Hình 5.21: Đồ thị biểu diễn dao động giá trị W( J) của Cuộn cảm theo thời gian t ở kim
phun 2-3.
Hình 6.1 Mạch thu hồi khơng cách li ( mạch Buck Converter)
Hình 6.2 Mạch bợ thu hồi năng lượng
Hình 6.3 Mạch bợ tích trữ năng lượng
Hình 6.4 Mơ hình mơ phỏng mạch thu hồi và tích trữ năng lượng
Hình 6.5 Các khối trong mơ hình mơ phỏng mạch đánh lửa và phun xăng
Hình 6.6 Mơ hình mơ phỏng mạch đánh lửa bơ bin đơi
Hình 6.7 Mơ hình mơ phỏng mạch đóng ngắt của búa vít
Hình 6.8 Điều chỉnh thời gian đóng ngắt của vít lửa
Hình 6.9 Mơ hình mơ phỏng mạch phun nhiên liệu
Hình 6.10 Mơ hình mơ phỏng mạch thu hồi dạng cách li
Hình 6.11 Mơ hình mơ phỏng mạch tích trữ năng lượng
13


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
Hình 6.12 Đồ thị biểu diễn điện áp đầu vào bộ thu hồi theo thời gian
Hình 6.13 Đồ thị biểu diễn dịng điện đầu vào bợ thu hồi

Hình 6.14 Đồ thị biểu diễn điện áp sau khi qua bợ thu hồi
Hình 6.15 Đồ thị biểu diễn dịng điện sau khi qua bợ thu hồi
Hình 6.16 Đồ thị biểu diễn năng lượng tích lũy

14


15
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề

Cuộn cảm là một linh kiện điện tử phổ biến, quan trọng trong các hệ thống điện
ngày nay, đối với lĩnh vực ơ tơ thì c̣n cảm đóng vai trị rất quan trọng trong các hệ
thống điện chính của ô tô như bobin đánh lửa, kim phun, các relay…. Nhưng trong q
trình hoạt đợng tại thời điểm đóng ngắt mạch, trên cuộn dây sẽ sinh ra xung điện áp tự
cảm có suất điện đợng từ 60V tới 400V, ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống điện, đặc biệt
là tuổi thọ của các linh kiện điện tử, sinh nhiệt và gây lãng phí năng lượng. vì vậy xung
điện áp này cần được triệt tiêu hoặc để tối ưu nên có biện pháp thu hồi để sử dụng cho
mục đích khác.
Dựa trên các đề tài của sinh viên trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ
Chí Minh về “ Tìm hiểu ứng dụng của cuộn cảm trên hệ thớng điện ơ tơ” và “
nghiên cứu, tính tốn, cải tiến mạch thu hồi năng lượng điện cảm trên ô tơ” dưới
sự hướng dẫn của thầy Th.s Phan Nguyễn Q Tâm ,nhóm chúng em sẽ thực hiện cải
tiến mang tính kế thừa các đề tài trên thông qua đề tài “Nghiên cứu xây dựng mơ
hình mơ phỏng hệ thớng năng lượng điện cảm trên ơtơ dựa trên các chu trình thử
nghiệm.”
1.2 Mục tiêu đề tài:
- Xây dựng lại và cải thiện những hạn chế từ các chuyên đề về hệ thống năng
lượng điện cảm trước đây.

- Mô phỏng và điều khiển mơ hình mới trên các chu trình thử nghiệm bằng
matlab- Simulink.
- Rút ra kết quả và kết luận hiệu quả mơ hình mơ phỏng.
- Thuyết minh
1.3 Giới hạn đề tài
Tiến hành mô phỏng trên Matlab- Simulink
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Kế thừa những cơ sở lý thuyết và mô hình thực tế của các đề tài trước đây về
c̣n cảm và hệ thống thu hồi năng lượng điện cảm.
- Sử dụng tài liệu liên quan về lý thuyết mạch điện, tài liệu về matlab Simulink để
tham khảo và xây dựng mơ hình theo các chu trình thực nghiệm
- Tính tốn những thơng số chưa tính tốn của mơ hình trước


16
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
CHƯƠNG 2:
NĂNG LƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TƯ
Khi từ thơng qua mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện mợt dịng điện.
Dịng điện đó được gọi là dòng điện cảm ứng và hiện tượng phát sinh ra dòng điện cảm
ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện – từ.
2.1.

Các định luật hiện tượng tự cảm

Định luật Faraday
Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín, chứng tỏ trong mạch phải tồn
tại mợt suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng. Bằng cách phân tích các kết
quả thực nghiệm của mình, Faraday đã tìm được biểu thức của suất điện đợng cảm
ứng:

Vậy sự biến đổi từ thơng ϕ qua mạch kín là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm
ứng trong mạch. nên để xuất hiện dịng điện cảm ứng trong mợt mạch điện kín thì
hoặc mạch kín đó đứng n trong từ trường biến thiên; hoặc mạch kín chuyển đợng
trong từ trường.

Định luật lenz
Nợi dung định ḷt: Dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh
ra chống lại sự biến thiên của từ thơng sinh ra nó.
Định ḷt Lenz cho phép xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong
mạch kín bất kì khi từ thơng qua mạch đó biến thiên.
Suất điện đợng cảm ứng:

Trong đó:
N : số vịng dây
Δ: lượng từ thơng biến thiên qua cuộn dây
Δt: khoảng thời gian biến thiên
2.2.

Hiện tượng tự cảm và hỗ cảm


17
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
Các linh kiện như relay, solenoid,… có chiều dài dây quấn nhiều gấp nhiều lần so
với đường kính lõi cuốn, ta gọi mật đợ từ thơng là B và tính bằng cơng thức:
Trong đó:
µ0: là đợ từ thẩm của chân khơng
N: số vịng quấn
i: dịng điện qua c̣n dây

l: chiều dài dây quấn
Từ đây ta có cơng thức tính cho tổng từ thơng trong cuộn dây:

Với A tiết diện mặt cắt ngang của lõi cuốn
2.2.1. Hiện tượng tự cảm
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một
mạch điện kín khi dịng điện trong mạch biến thiên.
Nếu dịng điện qua một cuộn dây biến thiên sẽ sinh ra mợt sức điện đợng tự
cảm trong lịng c̣n dây chống lại sự biến thiên của dịng điện sinh ra nó và có đợ
lớn tỷ lệ với tốc đợ biến thiên của dịng điện.
Suất điện đợng tự cảm:
L: hệ số tự cảm (H)
Hệ số tự cảm:
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho suất điện động cảm ứng của c̣n dây
khi có dịng điện biến thiên chạy qua.
Cơng thức tính đợ tự cảm của c̣n dây hình trụ trịn

Trong đó:


18
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
L: là hệ số tự cảm của cuộn dây, đơn vị là Henry (H)
N: là số vịng dây của c̣n cảm
L: chiều dài của c̣n dây tính bằng mét (m)
A: là tiết diện của lõi, tính bằng mét (m)
A=π.r2
µ0: là đợ từ thẩm của chân không
2.2.2. Hiện tượng hỗ cảm
Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng khi cường đợ dịng điện chạy trong các mạch

biến đổi thì từ trường do mỡi mạch sinh ra và gửi qua diện tích của mạch kia sẽ thay
đổi theo. Kết quả là trong các mạch đều xuất hiện dịng điện cảm ứng. Các dịng điện
cảm ứng đó gọi là các dịng điện hỡ cảm.

Hình 1.1 Hiện tượng hỡ cảm
Nếu các mạch điện đặt trong môi trường không sắt từ thì suất điện đợng hỡ cảm
suất hiện trong mạch này sẽ tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường đợ dịng điện ở mạch
kia:

Trong đó và là suất điện động hỗ cảm trong mạch 1 và mạch 2
Φ1 là từ thông do mạch 2 gởi qua mạch 1
Φ2 là từ thông do mạch 1 gởi qua mạch 2


19
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
M là hệ số hỡ cảm giữa hai mạch (1) và (2), có đơn vị là Henry( H)
2.2.3 Năng lượng điện cảm:
Xét mạch như sau:

Hình 1.2 Năng lượng từ trường
Ở thời điểm t=0, khóa K mở do đó trong mạch khơng có dịng điện. Khi khóa K
đóng thì trong mạch xuất hiện dịng điện I và tăng trưởng nhanh, khi đó theo định luật
Kirchoff ta có:
Nhân hai vế cho idt ta có:
Trong đó:
: năng lượng do nguồn sinh ra trong thời gian dt
: phần điện năng chuyển sang nhiệt trên R
: phần điện năng tiềm tàng trong cuộn dây dưới dạng năng lượng từ
trường

Gọi WL là năng lượng của c̣n dây, ta có:
Lấy tích phân trong khoảng thời gian từ lúc đầu ( t=0) đến khi dòng điện trong
mạch đạt giá trị ổn định I, ta được:
Như vậy năng lượng điện cảm được tích trữ trong cuộn dây là
2.3 Ứng dụng của cuộn cảm trên ô tô:
Hiện nay cuộn cảm được ứng dụng rất rộng rãi trên ô tô, trong nhiều bộ phận,


20
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
chi tiết quan trọng của xe.
2.3.1 Ứng dụng cuộn cảm trong Relay:

Hình 1.3 Ứng dụng cuộn cảm trong relay
Relay cũng là một ứng dụng của cuộn cảm trong sản xuất thiết bị điện tử, relay
dùng để thực hiện mợt đợng tác về cơ khí như đóng mở cơng tắc, đóng mở các hành
trình của mợt thiết bị tự đợng… bằng cách biến đổi dịng điện thành từ trường thông
qua cuộn cảm, từ trường tạo thành lực cơ học tác dụng lên phần cơ khí thường là công
tắc.

2.3.2 Ứng dụng của cuộn cảm trong kim phun:


21
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

Hình 1.4 Ứng dụng của cuộn cảm trong kim phun
Cuộn dây được ứng dụng làm nam châm điện: gồm cuộn dây quấn quanh lõi sắt
non, khi cấp điện cho cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường giống như nam châm vĩnh cửu
làm ảnh hưởng tới các vật có từ tính đặt gần nó. ứng dụng này thường dùng để làm các

van điện từ solenoid, chng điện…
Đối với kim phun khi có dịng điện đi qua cuộn dây trong kim phun, lúc này từ
trường xuất hiện tạo một lực từ tác dụng lên kim phun làm thắng lực lò xo, áp lực
nhiên liệu đè lên kim, lực trọng trường của ty kim làm kim nhấc lên, nhiên liệu được
phun ra. Khi ngắt dòng điện từ trường biến mất, lực lò xo và áp lực nhiên liệu tác dụng
làm kim phun đóng lại.

2.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm trong bôbin:


22
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

Hình 1.5 Ứng dụng của cuộn cảm trong bôbin
Bôbin là bộ phận dựa trên hiện tượng cảm ứng giữa hai cuộn dây sinh ra cao áp
để tạo ra tia lửa. Mợt c̣n có ít vịng được gọi là c̣n sơ cấp ,quấn xung quanh c̣n
sơ cấp nhưng nhiều vịng hơn là c̣n thứ cấp. C̣n thứ cấp có số vịng lớn gấp hàng
trăm lần c̣n sơ cấp.
Dịng điện từ nguồn điện chạy qua c̣n sơ cấp của bơbin, đợt ngợt, dịng điện bị
ngắt đi tại thời điểm đánh lửa do má vít (đang đóng kín mạch điện thì đợt ngợt mở ra).
Khi dịng điện ở cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từ trường điện do cuộn sơ cấp sinh ra giảm đột
ngột. Theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, cuộn thứ cấp sinh ra mợt dịng điện để chống
lại sự thay đổi từ trường đó. Do số vịng của c̣n thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vịng
dây c̣n sơ cấp nên dịng điện ở c̣n thứ cấp có điện áp rất lớn (có thể đến 100.000
vơn). Dịng điện cao áp này được bộ chia điện đưa đến nến bugi qua dây cao áp.

CHƯƠNG 3: SIMULINK
3.1 Tổng quan SIMULINK

23
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực
SIMULINK là mợt mơi trường sơ đồ khối cho phép mơ hình hóa, mơ phỏng và
phân tích mợt hệ thống đợng. Để làm được điều này, SIMULINK cung cấp mợt trình
soạn thảo đồ họa, các thư viện khối có thể tùy chỉnh được, ví dụ: Khối nhận tín hiệu,
khối nguồn tín hiệu, các phần tử tuyến tính và phi tuyến tính,.. . Nó được tích hợp với
MATLAB cho phép chúng ta kết hợp thuật tốn của MATLAB vào trong mơ hình,
đồng thời xuất kết quả mơ phỏng từ SIMULINK sang MATLAB để phân tích thêm
3.2 Bắt đầu với phần mềm SIMULINK
3.2.1. Mở trình duyệt thư viện SIMULINK( Simulink Library Browser)
Đầu tiên, chúng ta phải khởi đợng phần mềm MATLAB trước, sau đó chúng ta
mới có thể mở trình duyệt thư viện SIMULINK( Simulink Library Browser)
- Thông qua lệnh
Trong cửa sổ Lệnh Command Window trên MATLAB, nhập “ simulink”
Mợt cửa sổ trình duyệt thư viện SIMULINK sẽ hiện ra

Hình 3.1 Thư viện Simulink


24
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

- Thơng qua nút biểu tượng
Chúng ta cũng có thể mở Trình duyệt thư viện SIMULINK thông qua nút nhấnbiểu tượng Thư viện SIMULINK trên thanh công cụ của cửa sổ MATLAB.

3.2.2 Tạo mô hình SIMULINK mới tư trình duyệt thư viện SIMULINK
- Khởi tạo.
Từ thanh cơng cụ của Trình duyệt Thư viện Simulink, nhấp vào nút Mẫu Mới
. Một sơ đồ trống sẽ mở ra trong trình soạn thảo Simulink( Simulink Editor)

Hình 3.2 Trình soạn thảo simulink


25
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ khí Đợng lực

- Lưu
Từ trình đơn Simulink Editor, chọn File> Save. Trong hộp thoại được mở ra, hãy
nhập tên cho mơ hình, sau đó bấm Lưu( Save).
3.2.3 Mở mơ hình SIMULINK sẵn có tư trình đơn Simulink Editor
Từ trình đơn Simulink Editor, chọn File> Open
Trong hợp thoại Open, điều hướng đến thư mục và mơ hình tập tin bạn muốn mở,
và sau đó nhấp vào Open.
Mơ hình được chọn mở ra trong trình soạn thảo Simulink( Simulink Editor). Ví dụ:

Hình 3.3 Ví dụ về sơ đồ khối trong simulink