BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ---------------------- BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN MÔ HÌNH HOÁ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: TS. Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện: Lê Đức Thắng 2020605206 Nguyễn Đức Thiệu Nguyễn Văn Thành Hà Nội-2023 Tieu luan NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tieu luan 2 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Giáo viên chấm phản biện Tieu luan 3 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH.
BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG. Tổng quan về hệ thống động cơ điện một chiều kích từ song song. Xây dụng phương trình mô tả động cơ điện một chiều bằng phương pháp vật lý. Xây dựng biểu đồ bondgraph.
Mô phỏng và đánh giá các đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng phần mềm 20-sim. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU. Động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu. Hệ thống điều khiển động cơ điện 1 chiều.
Mô hình hóa hệ thống bằng hàm truyền và phương trình không gian trạng thái. Xây dựng biểu đồ bond graph mô tả động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển vị trí động cơ điện một chiều. Xây dựng hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều. Mô phỏng và đánh giá các đặc tính vị trí của động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng phần mềm 20-sim.
BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO TRÊN XE BUS. Tổng quan về hệ thống. Phân tích vật lí hệ thống. Mô phỏng và đánh giá đặc tính hệ thống.
61 Tieu luan 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH BÀI 1: Hình 1. 1 Động cơ điện một chiều. 2 Cấu tạo động cơ điện một chiều. 3 Ứng dụng của động cơ điện một chiều.
4 Cấu trúc hệ thống điều khiển góc quay động cơ điện một chiều kích từ song song .5 Sơ đồ mạch điện của động cơ điện 1 chiều kích từ song song .6: Phân tíc sơ đồ mạch điện. Biểu đồ Bond Graph được mô phỏng trong 20-sim. Thiết lập tham số cho hệ thống. Đồ thị biểu diễn dòng điện mạch phần ứng và mạch kích từ.
Đồ thị biểu diễn momen đầu ra và vận tốc góc của động cơ. Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển P. Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển P với Kp=1. Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển PI.
Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI với Kp=10, Ti =1s. Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI với Kp=10, Ti=0. Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển PD. Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PD với Kp=10, Td =1s.
Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PD với Kp=10, Td =10s. Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển PID. Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ PID với Kp=1, Ti =1s, Td=1s. Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ PID với Kp=10, Ti =200ms, Td=10s .31 Tieu luan 5 BÀI 2: Hình 2.1: Cấu tạo động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu .2: Ứng dụng động cơ điện nam châm vĩnh cửu .3: Biểu đồ Bond Graph của hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều .4 : Quan hệ nhân quả giữa các phần tử trong hệ thống .5 Sơ đồ hệ thống hở .6 Nhập thông số đầu vào cho động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu .7 Vị trí của động cơ khi chưa có bộ điều khiển.8 Biểu đồ Bond Graph với bộ điều khiển P.9 Biểu đồ Bond Graph với bộ điều khiển PD .10 Vị trí của động cơ khi Kp=1 và Kd=1.11 Khảo sát vị trí của động cơ khi Kp=1 và Kp thay đổi .12 Biều đồ Bond Graph với bộ điều khiển PI .13 Vị trí của động cơ với Kp=1 và Ki =1.14 Khảo sát vị trí của động cơ với Kp=1 và Ki thay đổi .15 Biểu đồ Bond Graph với bộ điều khiển PID .16 Vị trí của động cơ với Kp=1, Kd=1, Ki=1 .Cấu tạo của hệ thống treo thực tế .Mô hình hệ thống treo xe bus .Phân tích lực tác động vào thân xe .Phân tích lực tác động vào hệ treo.Cấu trúc hệ thống treo xe bus .Biểu đồ bond graph hệ thống treo xe bus .Biểu đồ bond graph tối giản hệ thống treo xe bus .57 Tieu luan 6 Hình 0.Biểu đồ band graph cho hệ hở .Biểu đồ band graph cho hệ kín .Các thông số của hệ hở .Biên độ giao động của xe khi chưa có bộ điều khiển.
Sơ đồ bộ điều khiển vòng kín hồi tiếp âm .Các thông số ban đầu của hệ điều khiển vòng kín .Biên độ giao động khi chưa hiệu chỉnh các hệ số của bộ điều khiển .Biên độ giao động khi thay đổi giá trị Td .Biên độ giao động khi thay đổi giá trị Kp .Biên độ giao động khi thay đổi giá trị Ti. Biên độ giao động khi thay đổi giá trị Kp, Ki, Kd .64 Tieu luan 7 BÀI 1. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 1. Tổng quan về hệ thống động cơ điện một chiều kích từ song song 1.
Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là loại máy điện biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng. Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi. Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được cung cấp dòng điện một chiều.1 Động cơ điện một chiều Công suất lớn nhất của máy điện một chiều vào khoảng 5-10 MW. Hiện tượng tia lửa ở cổ góp đã hạn chế tăng công suất của máy điện một chiều.
Cấp điện áp của máy một chiều thường là 120V, 240V, 500V và lớn nhất là 1000V. Không thể tăng điện áp lên nữa vì điện áp giới hạn của các phiến góp là 35V. Cấu tạo của động cơ điện một chiều Hình 1. 1 Cấu tạo động cơ điện một chiều Tieu luan 8 Gồm có các bộ phận như sau: - Stator: Thông thường được tạo thành từ 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, có khi là nam châm điện.
- Rotor: Chính là phần lõi có quấn các cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện. - Chổi than (còn gọi là brushes): Có nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho bộ phận cổ góp. - Cổ góp (còn gọi là commutator): Có nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện đều cho các cuộn dây ở trên phần rotor. Số lượng các điểm tiếp xúc thông thường phải tương ứng với số cuộn có trên rotor.
Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, (có thể dùng nam châm điện), còn rotor có các cuộn dây quấn, chúng được nối với nguồn điện 1 chiều. Còn bộ phận chỉnh lưu sẽ có nhiệm vụ là làm đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là chuyển động liên tục. Thông thường bộ phận này bao gồm có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được mắc tiếp xúc với cổ góp. Nếu trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực từ bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để tạo ra một sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force (EMF).
Trong quá trình vận hành bình thường, rotor sẽ quay và phát ra 1 điện áp (còn gọi là sức phản điện động) có tên là counter - EMF (CEMF) hoặc còn gọi là sức điện động đối kháng. Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ được sử dụng giống như 1 chiếc máy phát điện. Khi đó, điện áp đặt trên động cơ đã bao gồm 2 thành phần đó là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạo ra do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng. - Dòng điện chạy qua động cơ lúc này sẽ được tính theo biểu thức sau: I V nguon Vphandiendong R phanung Tieu luan 9 - Công suất cơ mà động cơ đưa ra sẽ được tính bằng công thức: P I.
Động cơ điện một chiều kích từ song song Thông thường, chiều dòng điện vào động cơ là I, dòng điện phần ứng là Iư, dòng điện kích từ là Ikt thì sẽ được tính theo công thức: I = Iư + Ikt. Để mở máy, người ta thường dùng biến trở để mở máy (gọi là Rmở). Để điều chỉnh tốc độ của động cơ, người ta thường điều chỉnh Rđc để thay đổi dòng điện kích từ Ikt, đồng thời thay đổi cả từ thông Φ. Phương pháp này hiện đang sử dụng rất rộng rãi, song cần chú ý một điều rằng, khi giảm từ thông Φ, có thể dòng điện trong phần ứng Iư sẽ tăng lên quá trị số cho phép.
Khi đó, cần có bộ phận bảo vệ để cắt điện kịp thời, không cho động cơ làm việc trong trường hợp từ thông giảm xuống quá nhiều. Ưu, nhược điểm của động cơ điện một chiều Ưu điểm của động cơ điện một chiều: - Có momem mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động. - Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt. - Tiết kiệm điện năng.
- Bền bỉ, tuổi thọ lớn. Nhược điểm của động cơ điện một chiều: - Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa thường xuyên. - Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ. - Giá thành đắt mà công suất không cao.
Các ứng dụng của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và trở thành một phần ko thể thiếu trong quá trình tăng trưởng kinh tế non sông. Loại động cơ này được ứng dụng trong hồ hết các lĩnh vực của đời sống như: trong tivi, máy công nghiệp, máy photocopy, đài FM, truyền động DC, trong ngành giao thông vận tải, trong các thiết bị điều khiển. điều khiển vận tốc quay liên tục trên một phạm vi lớn…….3 Ứng dụng của động cơ một chiều Động cơ điện hiện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, phổ biến và thay thế dân cho những loại động cơ truyền thống.