Bond graph khi thêm bộ nhiễu...67 Trang 7 CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆTHỐNG1.1 Động cơ điện một chiều kích từ song song1.1.1 Giới thiệu tổng quanĐộng cơ điện một chiều là máy đi
lOMoARcPSD|39474592 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Ngọc Duy Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khải An - 2021601568 Nguyễn Trường An - 2021601711 Lớp: 20231ME6057003 Nhóm: 1 Khóa: 16 Hà Nội, 2023 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG 5 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 5 1.1.1 Giới thiệu tổng quan 5 1.1.2 Ứng dụng động cơ điện 1 chiều kích từ song song 7 1.1.3 Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều 8 1.2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 11 1.2.1 Giới thiệu tổng quan 11 1.2.2 Ứng dụng động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu 15 1.2.3 Hệ thống điều khiển tốc độ của động cơ .15 1.3 HỆ THỐNG TREO XE BUS 17 1.3.1 Giới thiệu tổng quan 17 1.3.2 Ứng dụng hệ thống treo xe bus .20 1.3.3 Hệ thống điều khiển tốc độ của hệ cơ 20 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ .23 2.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 23 2.1.1 Thông số hệ thống 23 2.1.2 Phân tích vật lý 24 2.2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 26 2.2.1 Thông số hệ thống 26 2.2.2 Phân tích vật lý 26 2.3 HỆ THỐNG TREO XE BUS 28 2.3.1 Thông số hệ thống 28 2.3.2 Phân tích vật lý 28 2 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 2.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA HỆ CƠ 31 2.4.1 Thông số hệ thống 31 2.4.2 Phân tích vật lý 31 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ THỐNG 35 3.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 35 3.1.1 Xây dựng biểu đồ Bond graph mô tả hệ thống 36 3.1.2 Xây dựng hệ thống điều khiển động cơ 38 3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 40 3.2.1 Xây dựng biểu đồ Bond graph 40 3.2.2 Xây dựng biểu đồ bond grap có hệ thống điều khiển 42 3.3 HỆ THỐNG TREO XE BUS 43 3.3.1 Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả hệ thống .43 3.3.2 Xây dựng biểu đồ bond graph cho hệ thống có bộ điều khiển .45 3.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA HỆ CƠ 46 3.4.1 Xây dựng biểu đồ bond graph cho hệ thống 46 3.4.2 Xây dựng biểu đồ bond graph cho hệ thống có bộ điều khiển .47 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG .48 4.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 48 4.1.1 Khảo sát đáp ứng hệ thống khi chưa có bộ điều khiển 48 4.1.2 Khảo sát đáp ứng của hệ thống khi có bộ điều khiển 50 4.2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 56 4.2.1 Hệ thống khi chưa có bộ điều khiển 56 4.3 HỆ THỐNG TREO XE BUS 64 4.3.1 Đáp ứng của hệ thống cơ khi chưa có bộ điều khiển .64 4.3.2 Đáp ứng của hệ thống cơ khi đã thêm bộ điều khiển .66 4.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA HỆ CƠ 69 3 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 4.4.1 Hệ thống chưa có bộ điều khiển 69 4.4.2 Hệ thống khi đã thêm bộ điều khiển 70 KẾT LUẬN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 4 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.Động cơ điện một chiều 8 Hình 1.2.Cấu tạo động cơ điện một chiều 9 Hình 1.3.Sơ đồ động cơ điện một chiều kích từ song song .11 Hình 1.4.Cấu trúc chung của hệ thống vòng kín .12 Hình 1.5.Nam châm vĩnh cửu còn có các máy điện đồng bộ đặc biệt .15 Hình 1.6.Cấu tạo động cơ điện 1 chiều DC .16 Hình 1.7.Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện 1 chiều 17 Hình 1.8.Hệ thống giảm chấn của ô tô 21 Hình 1.9.Hình ảnh 3-D hệ thống treo ô tô 22 Hình 2.1.Mạch động cơ 1 chiều kích từ song song 26 Hình 2.2.Động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu .29 Hình 2.3.Hệ thống treo xe buýt 31 Hình 2.4.Hệ thống điều khiển tốc độ hệ cơ .34 Hình 3.1.Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song .37 Hình 3.2.Biểu đồ bond graph mô tả động cơ điện .40 Hình 3.3.Sơ đồ điều khiển động cơ điện 1 chiều kích từ song song 40 Hình 3.4.Biểu đồ bond graph mô tả hệ thống điều khiển động cơ điện .41 Hình 3.5.Biểu đồ bond graph mô tả động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu 43 Hình 3.6.Biểu đồ bond graph mô tả điều khiển của động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu 44 Hình 3.7.Biểu đồ bond graph mô tả hệ thống 46 Hình 3.8.Biểu đồ bond graph cho hệ thống có bộ điều khiển 47 Hình 3.9.Biểu đồ bond graph cho hệ thống .49 Hình 3.10.Biểu đồ bond graph cho hệ thống có bộ điều khiển 49 Hình 4.1 Thông số hệ thống .50 Hình 4.2.Đáp ứng với hệ thống không có bộ điều khiển 51 5 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Hình 4.3.Đáp ứng khi Kp=100, Ki=100 và Kd=1 .57 Hình 4.4.Sơ đồ Bond Graph hệ thống khi chưa có bộ điều khiển 58 Hình 4.5.Thông số hệ thống 58 Hình 4.6.Bond graph của hệ thống đã thêm bộ điều khiển 60 Hình 4.7.Thông số hệ thống 60 Hình 4.8.Đáp ứng hệ thống khi Kp=50, Ki=1 và Kd=0.1 65 Hình 4.9.Bond graph của hệ thống 66 Hình 4.10.Đáp ứng của hệ thống .66 Hình 4.11 Bond graph khi thêm bộ nhiễu 67 Hình 4.12.Bond graph của hệ thống sau khi thêm bộ điều khiển 68 Hình 4.13.Bảng thông số 69 Hình 4.14.Bond graph của hệ thống 72 Hình 4.15.Thông số hệ thống 72 Hình 4.16.Đáp ứng hệ thống .73 Hình 4.17.Bond graph hệ thống khi đã thêm bộ điều khiển 73 Hình 4.18.Thông số hệ thống 74 Hình 4.19.Đáp ứng hệ thống .74 Hình 4.20.Bond graph khi có thêm bộ điều khiển .77 Hình 4.21.Thông số hệ thống 77 Hình 4.22.Đáp ứng hệ thống .78 Hình 4.23.Đáp ứng hệ thống khi Kp=100, Ki=1 và Kd=1 80 6 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG 1.1 Động cơ điện một chiều kích từ song song 1.1.1 Giới thiệu tổng quan Động cơ điện một chiều là máy điện được dùng để biến đổi năng lượng điện một chiều thành cơ năng Động cơ điện một chiều bao gồm: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp Hình 1.1.Động cơ điện một chiều Phân loại động cơ điện một chiều a) Phân loại động cơ điện một chiều Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện một chiều thành những loại như sau: − Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồi riêng rẽ − Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng − Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng 7 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 − Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng b) Cấu tạo của động cơ điện một chiều Hình 1.2.Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động Ngoài ra còn có bộ phận chổi than, cổ góp + Stator của motor DC: Là phần đứng yên, được chế tạo sử dụng từ 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, có thể là nam châm điện + Rotor: Là phần quay được, nó chính là lõi được quấn các cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện + Chổi than (còn được gọi là brushes): Làm nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho bộ phận cổ góp + Cổ góp (còn được gọi là commutator): Thực hiện nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện đều cho các cuộn dây ở trên phần rotor (phần quay) c) Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều − Khi cung cấp điện áp một chiều cho dây quấn phần ứng Dây dẫn có dòng điện nằm trong từ trường do phần cảm sinh ra sẽ chịu lực tác động làm roto quay, chiều của lực tác động xác định bằng quy tắc bàn tay trái 8 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 − Khi roto quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do có phiến góp nên chiều dòng điện vẫn giữ nguyên, làm cho chiều lực từ không thay đổi Khi quay các thanh dẫn chuyển động trong từ trường sẽ sinh ra suất điện động phần ứng, chiều của suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải d) Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện một chiều − Ưu điểm: + Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment 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: + Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sủa chữa cẩn thận, 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 − Ứng dụng: + Ứng dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn, … 1.1.2 Ứng dụng động cơ điện 1 chiều kích từ song song Động cơ điện một chiều kích từ song song là động cơ điện một chiều được mắc bố trí sao cho nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ song song với nhau Ta có phương trình cân bằng của động cơ kích từ song song 9 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 {U=U kt=Uư i =i kt + iư Hình 1.3.Sơ đồ động cơ điện một chiều kích từ song song a) Nguyên lý làm việc động cơ điện 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 b) Ứng dụng động cơ kích từ song song Chúng được dùng nhiều trong các máy cắt kim loại, các máy công cụ Máy tiện- dao tiện (Máy tiện rơ-vôn-ve) Máy phay-dao phay-dao Endomiru Máy bào ngang- dao bào ngang Máy bào-dao bào Máy khoan lỗ-mũi khoan-mũi khoan làm trơn Máy tiện doa lỗ … 1.1.3 Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều a) Tổng quát Hệ thống điều khiển động cơ 1 chiều là 1 thiết bị hoặc 1 nhóm thiết bị phục vụ để điều chỉnh một cách xác định trước hiệu suất của động cơ 1 chiều Hệ thống điều khiển 10 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com)