Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp như hình 1. Và mạch động cơ điện một chiều như hình 2. Trong đó: R là tín hiệu đặt tốc độ;
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ Bài - Tập Lớn Mơn học: Mơ hình hố mơ hệ thống Cơ điện tử BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Giảng viên hướng dẫn : ThS.Lê Ngọc Duy KHOA CƠ KHÍ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Việt – 2020602058 - - Ngơ Huy Vĩnh - 2020601575 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - Hà Nội: 2022 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI (BM01) PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: Khóa: K15 Tên nhóm: Nhóm 24 3.Họ tên thành viên: Nguyễn Khắc Việt Ngô Huy Vĩnh NỘI DUNG HỌC TẬP Bài số 1: Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ nối tiếp hình Và mạch động điện chiều hình Trong đó: R tín hiệu đặt tốc độ; 𝜃̇ vận tốc góc động cơ; u tín hiệu điều khiển động Các thông số động sau: - Điện cảm phần ứng L: 10 10−3 H - Điện trở phần ứng R: 1.75 Ω - Điện trở mạch kích từ: Ω - Điện cảm kích từ L: 10 10−3 H - Hệ số cản b = 6.6 10−5 Nms/rad - Momen quán tính J= 0.006 𝑁𝑚𝑠/𝑟𝑎𝑑 - Hệ số momen K= 1.53 Hình Hình Yêu cầu: - Giới thiệu tổng quan ứng dụng động chiều kích từ nối tiếp hệ thống điều khiển động điện chiều - Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mơ tả động điện chiều - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều - Mô đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim Bài số Cho cấu trúc hệ thống điều khiển hệ thống treo xe bus mơ hình hệ thống treo xe bus hình Trong đó: u tín hiệu điều khiển hệ thống treo Các thông số động sau: - Khối lượng thân xe: 3500kg - Khối lượng bánh xe: 420kg - Độ cứng hệ treo K1 : 80000N/m - Độ cứng lốp xe K2 : 500000N/m - Hệ số cản hệ treo b1 : 350Ns/m - Hệ số cản hệ treo b2 : 15020Ns/m Hình Hình Yêu cầu: - Giới thiệu tổng quan ứng dụng hệ thống treo xe ơtơ - Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mơ tả hệ treo - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả hệ treo hệ thống điều khiển hệ treo xe bus - Mơ đánh giá đặc tính giao động thân xe sử dụng phần mềm 20-sim KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú ThS Lê Ngọc Duy Lời nói đầu Việc sử dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi, đặc biệt động điện chiều động điện chiều có nhiều ưu điểm so với động xoay chiều Nhưng gắn liền với việc sử dụng động điện chiều trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu thực tế Là sinh viên khoa Cơ khí trang bị với kiến thức nhiều mơn học có mơn điện tử cơng suất, qua giảng thấy cô trình tìm hiểu em hồn thành đồ án Đây mảng đề tài rộng, với khối lượng công việc lớn mẻ chúng em em gặp số khó khăn trình thiết kế, song đợc hướng dẫn tận tình thầy giáo, giáo mơn, đặc biệt thầy giáo Phan Đình Hiếu giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp, nên em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu Tuy nhiên hạn chế thời gian nh trình độ thân, nên khơng tránh khỏi cịn nhiều chỗ thiếu sót, em mong đợc bảo thầy cô giáo bạn để em hoàn thiện đồ án Mục Lục Lời nói đầu BÀI Chương : Giới thiệu Chung động điện chiều I.Động điện chiều Tầm quan trọng động điện chiều 2.Cấu tạo động điện chiều Phân loại máy điện 10 Nguyên lý làm việc động điện chiều 10 Đác điểm động điện chiều 10 Động điện chiều kích từ nối tiếp 11 Điều khiển hệ thống động điện chiều 11 Chương 2: Phân tích hệ thống động điện chiều 13 2.1 Phương pháp điều khiển động điện chiều 14 2.1.1 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 15 2.1.2 Phương pháp thay đổi từ thông động 15 2.2 Công suất momen máy điện chiều 15 2.2.1 Công suất điện từ 15 2.2.2 Momen điện từ 15 2.2.3 Phương trình vật lý mơ tả động điện chiều kích từ nối tiếp 16 Chương 3: Xây dựng biểu đồ bond graph 19 3.1: Xây dung biểu đồ Bond Graph mô tả động điên chiều 20 3.2:Xây dựng hệ thống biểu đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động điên chiều 22 Chương : Mô đánh giá phần mền 20-sim 23 4.1 Mô 23 BÀI 28 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ HỆ THỐNG TREO XE Ô TÔ 28 1.1 Giới thiệu hệ thống treo 28 1.2 Công dụng, yêu cầu phân loại hệ thống treo 29 1.2.2 Yêu cầu 29 1.2.3 Phân loại 30 1.3 Một số hệ thống treo thông dụng 30 1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc 30 1.3.2 Hệ thống treo độc lập 31 1.3.3 Hệ thống treo đa liên kết 32 1.3.4 Hệ thống treo khí nén 32 1.3.5 Một số ứng dụng hệ thống treo 33 CHƯƠNG : THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH MƠ TẢ HỆ TREO 34 Phương trình mơ tả hệ treo sử dụng phương pháp phân tích vật lý 34 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH MÔ TẢ HỆ TREO VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TREO XE BUS 36 Mô ứng dụng 20 - SIM 36 CHƯƠNG : MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH DAO ĐỘNG CỦA THÂN XE 37 4.1 Đánh giá hệ thống chưa có điều khiển 37 4.2 Đánh giá hệ thống có điều khiển PID 38 BÀI Chương : Giới thiệu Chung động điện chiều I.Động điện chiều Tầm quan trọng động điện chiều Trong kền sản xuất đại , động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt , khả mở máy lớn đặc biệt khả q tải Chính mà động chiều dùng nhiều nghành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp ( dễ phát sinh tia lửa điện ) ưu điểm nên động điện chiều cịn có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 10000 KW, điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hướng phát triển cải tiến tính vật liệu , nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo động có cơng suất lớn hơn… 2.Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần : phần tĩnh phần động 2.1.Phần tình hay stato Đây đứng yên máy , bao gồm phận sau: a, Cực từ : phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt cực từ đọc nối tiếp với b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d, Các phận khác Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hỏng dây quấn an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp nắp máy thường làm gang - Cơ cấu chổi than : Để đa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chạy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 2.2 Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau : a,Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thờng dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên ngời ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lạ thành lõi sắt tạo đợc lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thơng chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto b, Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kW thờng dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng d, Các phận khác - Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy - Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt Phân loại máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích từ độc lập kích thích song song giống nên cần công suất lớn người ta thờng dùng động kích từ độc lập để điều chỉnh dịng điện kích thích đọc thuận tiện mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng kinh tế địi hỏi có dịng bên ngồi Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ Khi mà nguồn chiều có cơng suất khơng q lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích từ độc lập Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B dây quấn phần ứng sinh dòng điện I Các dẫn ab,cd có dịng điện nằm từ trờng chịu tác dụng lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều tác dụng khơng đổi đảm bảo động có chiều quay không đổi, động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động E ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng U = E +R.I Đác điểm động điện chiều Ưu điểm: + Điều chỉnh tốc độ khả tải 10