Nghiên cứu mô phỏng động cơ điện DC MOTOR trên phần mềm MATLAB SIMULINK

Nghiên cứu mô phỏng động cơ điện DC MOTOR trên phần mềm MATLAB SIMULINK MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học được thiết kế để cung cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao. MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính toán và quan sát. Các dữ liệu vào của MATLAB có thể được nhập từ Command line hoặc từ mfiles, trong đó tập lệnh được cho trước bởi MATLAB. MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn tùy chọn. Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các mfiles được viết cho các ứng dụng cụ thể. Chúng ta có thể sử dụng các tập tin trợ giúp của MATLAB cho các chức năng và các lệnh liên quan với các toolbox có sẵn (dùng lệnh help).

1 CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DC MOTOR 3.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB SIMULINK 3.1.1 MATLAB MATLAB (Matrix Laboratory) phần mềm khoa học thiết kế để cung cấp việc tính tốn số hiển thị đồ họa ngơn ngữ lập trình cấp cao MATLAB cung cấp tính tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác liệu linh hoạt dạng mảng ma trận để tính tốn quan sát Các liệu vào MATLAB nhập từ "Command line" từ "mfiles", tập lệnh cho trước MATLAB MATLAB cung cấp cho người dùng toolbox tiêu chuẩn tùy chọn Người dùng tạo hộp cơng cụ riêng gồm "mfiles" viết cho ứng dụng cụ thể Chúng ta sử dụng tập tin trợ giúp MATLAB cho chức lệnh liên quan với toolbox có sẵn (dùng lệnh help) Hình Màn hình tiêu chuẩn sau khởi động Matlab 3.1.2 SIMULINK` Để khởi động simulink ta vào mục “ SIMULINK LIBRARY” đánh“Simulink” hình làm việc Hình Cách mở Simulink Hình 3 Cửa sổ thư viện Simulink Tạo mơ hình cách: -Click vào icon New model gõ Ctrl-N Hình Tạo mơ hình Hình Cửa sổ làm việc, xây dựng mơ hình Tạo khối: từ thư viện Simulink chọn khối cần dùng, nhấp chuột vào kéo ra cửa sổ mơ hình Hình Cách lấy khối từ thư viện Hình Lưu file mơ hình Dịch chuyển khối đơn giản cách nhấp vào khối kéo thả Hình Di chuyển khối Nối tín hiệu: Đưa chuột tới ngõ khối (dấu “>”), chuột có dạng “+” Kéo rê chuột tới ngõ vào khối khác thả để kết nối tín hiệu 6 Hình Nối tín hiệu khối Mơ mơ hình: Dùng lệnh Start (Menu Simulation > Start) nhấp chuột vào icon Start Hình 10 Chạy mơ hình sau ki hồn thành Xem tín hiệu từ Scope: nhấp đơi vào khối Scope Hình 11 Tín hiệu từ khối Scope Chỉnh thông số khối cách nhấp đôi vào khối cần chỉnh Hình 12 Chỉnh thơng số khối Trước mơ mơ hình Simulink, cần đặt thông số mô cách chọn menu Simulation > Configuration Parameters Ở cửa sổ Configuration Parameters, đặt số thơng số Start time, Stop time (second – giây), phương pháp giải Solver, Solver options, sau nhấn nút OK Hình 13 Chỉnh thông số mô 3.2 Mô động điện chiều kích từ độc lập 3.2.1 Xây dựng phương trình tốn học để mơ Phương trình điện áp phần ứng Suất điện động cảm ứng roto Phương trình Momen điện từ Phương trình mơ tả quan hệ điện-cơ Laplace phương trình mơ tả động Suy 3.2.2 Mô động DC sử dụng Matlab Simulink a) Sơ đồ mô Chọn khối sử dụng để mô Simulink Library + Thư viện Sources ( tín hiệu vào): lấy khối “Constant” khối “Step” + Thư viện Continuous: Lấy khối “Transfer Fcn” + Thư viện Math Operation: Lấy khối “Gain” khối “Sum” +Thư viện Sinks (tín hiệu ra): Lấy khối “Scope” Thực nối khối hình 10 Hình 14 Sơ đồ mơ hình hóa Động điện chiều Sau thiết lập mơ hình mô ta cần thiết lập thông số cho khối  Thiết lập tín hiệu đầu vào Va ( điện áp phần ứng) Hình 15 Thiết lập thơng số đầu vào 11 Hình 16 Thiết lập thông số đầu vào khối Step  Thiết lập thơng số truyền Hình 17 Thiết lập thơng số hàm transfer Fcn 12 Hình 18 Thiết lập tơng số hàm Transfer Fcn1 Hình 19 Thiết lập thơng số hàm Gain  Thiết lập thông số đầu 13 Hình 20 Thiết lập thơng số khối Scope 3.3 Tính tốn, kiểm nghiệm kết mơ Chọn thông số Va=220; Mc=100; Ra= 0.5; La = 0.0003; Km_Phi = 0.8; Ke_Phi = 0.8; J= 0.0167; 14 Hình 21 Nhập thơng số để chạy mơ hình Hình 22 Mơ hình động DC 15 Động hoạt động khơng tải Mc= Hình 23 Tại thời điểm động hoạt động không tải Mc=0 Kết mơ Hình 24 Đồ thị kết Tốc độ, Dịng điện, Momen sau có tải Mc 16 Hình 25 Đồ thị bao gồm đường Tốc độ, Dòng điện Momen Phần code để xây dựng đồ thị figure() subplot(3,1,1) plot(Time.time,Speed); title('Toc quay w'); xlabel('Thoi gian t(s)'); ylabel('Toc quay w (rad/s)'); grid on subplot(3,1,2) plot(Time.time,Ia); title('Dong dien phan ung Ia'); xlabel('Thoi gian t(s)'); ylabel('Cuong dong dien Ia (A)'); grid on subplot(3,1,3) 17 plot(Time.time,Me); title('Do thi momen dien tu Me '); xlabel('Thoi gian t(s)'); ylabel('Momen dien tu Me (Nm)'); grid on figure() plot(Time.time,Speed,Time.time,Ia,Time.time,Tem); title('Toc do, Dong dien, Mo-men'); xlabel('Thoi gian t(s)'); ylabel('w (rad/s),Ia (A),Me (Nm)'); grid on 18 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Thơng số chọn động Công suất định mức hp Tốc độ định mức 1800 rpm Điện áp định mức 220V = Va= Điện trở phần ứng Ra 0,5 Điện cảm La 0,0003 H Momen qn tính J 0,0167 (kg Từ thơng định mức 300 V Tốc độ định mức động = 188,5 ( rad/s) Tốc độ không tải 0,8 = suy Hình 26 Dữ liệu đồ thị tốc độ ) 19 Phƣơng trình cân điện áp 0,55 Ω (sát với Ra = 0,5 chọn từ ban đầu) = Hình 27 Kết đồ thị dịng điện so với tính tốn = = 0,8 188,5=150,8 (V) Udm= = 150,8 + 0,55.125,1= 219,605 ( V) sai số 0,17% Hệ số mở máy = = = 3,15 =3,15.100,1=315,315 (N.m) ( sát với kết mô đồ thị) Hình 28 Kết Momen điện từ 20 =188,9 (rad/s) = 1804 (rmp)> 1800(rmp) (thông số chọn ban đầu ) sai số 0,2% - (rad/s) = 1804(rmp) sai số 0,2% Độ sụt tốc ∆ω = = =821(rpm) Theo lý thuyết độ sụt tốc 2626-1800= 826(rpm) > theo mơ 821(rpm) Hình 29 Kết mơ tốc độ động w 21 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, em đưa kết mô động điện chiều thông số động cơ, đặc tính loại động điện điển hình Qua đồ án này, em đạt kết sau: – Những mặt ưu khuyết điểm xe điện để nhìn nhận đánh giá hiệu cuối – Tìm hiểu cách khái qt nguyên lý truyền động động điện – Tính chọn thông số động điện dựa số liệu tính tốn phần mềm Matlab – Trở thành nguồn tài liệu tham khảo cho sinh viên, nghiên cứu sinh muốn tìm hiểu, cải tiến chế tạo động điện hệ mới, phục vụ người Hạn chế Do thời gian tìm hiểu nghiên cứu ngắn việc làm đồ án đề tài nên cịn nhiều hạn chế như: – Chưa tìm hiểu thực sâu chủ đề – Chưa thực nghiệm thực tế nên khơng kiểm nghiệm tính xác tính chọn đưa nội dung đồ án – Chưa kiểm nghiệm qua mơ hình thực tế nên chưa có đánh giá sác thơng số Hƣớng phát triển đề tài – Tìm hiểu sâu nội dung trình bày để hiểu rõ xác áp dụng vào thực tế – Tìm hiểu sâu để mơ đặc tính thơng số động qua đưa số liệu phù hợp để lựa chọn – Tiến hành chế tạo thực tế mẫu động điện 22 – Kiểm nghiệm, chỉnh sửa tối ưu hóa cho mẫu động điện sau chế tạo Kết luận Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, em có kiến thức để mơ đánh giá thông số động điện qua hiểu them phát triển xe điện 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Dũng 2007 Hệ thống điện điện tử ô tô đại NXB SPKT TPHCM, 2007 [2] Đỗ Văn Dũng 2007 Hệ thống điện động NXB SPKT TPHCM, 2007 [3] Phạm Thị Ngọc Yến, Ngơ Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị Lan Hương 2005 Cơ Sở Matlab Và Ứng Dụng Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kĩ Thuật, 2005 [4] Trương Vũ Bằng Giang, Trần Xn Nam, 2013 Mơ hình hóa mơ NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 [5] Amir Khajepour, Saber Fallah, Avesta Goodarzi 2014 Electric And Hybrid Vehicles Technologies, Modeling John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, PO198SQ, United Kingdom, 2014 [6] Chau, K T 2015 Electric Vehicle Machines And Drives Design, Analysis And Application International Research Centre for Electric Vehicles The University of Hong Kong, 2015 [7] Das, Shuvra 2009 Mechatronic Modeling and Simulation Using Bond Graphs Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, 2009 [8] Dean C Karnopp, Donald L Margolis, Ronald C Rosenberg 2012 System Dynamics Modeling, Simulation, And Control Of Mechatronic Systems John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2012 [9] Erjavec, Jack 2013 Hybrid, Electric & Fuel-Cell Vehicles 2013 [10] James Larminie, John Lowry 2012 Electric Vehicle Technology Explained John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ, United Kingdom, 2012 [11] John G Hayes, G Abas Goodarzi 2018 Electric Powertrain Energy Systems, Power Electronics and Drives for Hybrid, Electric and Fuel Cell 24 Vehicles The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ, UK, 2018 [12] Konarad Reif 2015 Automotive Mechatronics Springer Vieweg, 2015 [13] Liu, Wei 2017 Hybrid Electric Vehicle System Modeling And Control John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ, UK John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030, USA, 2017 [14] Liu, Wei 2013 Introduction To Hybrid Vehicle System Modeling And Control John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey Published simultaneously in Canada, 2013 [15] Pistoia, Gianfranco 2010 Electric And Hybrid Vehicles Power Sources, Models, Sustainability, Infrastructure And The Market The British Library, 2010 [16] Robert Bosch GmH 2007 Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics Springer Vieweg, 2007 [17] Robert H.Bishop 2002 The Mechatronics Handbook CRC Press, 2002 [18] William J.Palm 2011 Introduction To Matlab For Engineers, Third Edition McGraw Hill, 2011 [19] https://www.youtube.com/watch?v=9qjlunVr8kM [20] https://vi.wikipedia.org/wiki/hien-tuong-cam-ưng-dien-tu 25