Đồ Án liên môn (pbl2) Đề tài thiết kế hệ thống truyền Động Điện sử dụng Động cơ Đồng bộ 3 phatải chuyển Động quay

6 Đồ thị công suất mong muốn của động cơ sau khi tính toán sơ bộ .... 2 Tải hệ thống truyền động điện Bài toán của chúng ta ở đây là thiết kế hệ thống truyền động điện để là cho cơ cấu

Tổng quan hệ thống và phân tích yêu cầu công nghệ

Hình 1 1 Hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ

Hệ thống truyền động điện được thiết kế sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ, bao gồm hai bánh răng với bán kính lần lượt là 𝑟1 và 𝑟2 Các thông số ban đầu cho hệ thống này sẽ được xác định để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình hoạt động.

• Nguồn cấp cho động cơ: nguồn điện xoay chiều 3 pha 220V/380V

• Tải của hệ thống truyền động điện được cho như hình vẽ với:

Hình 1 2 Tải hệ thống truyền động điện

Chúng ta cần thiết kế một hệ thống truyền động điện để điều khiển cơ cấu bánh răng, đảm bảo rằng tải trọng có thể quay đúng theo yêu cầu của hệ thống.

7 PBL2:TK hệ thống truyền động điện-21TDH2 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Khánh Quang

Ta có đồ thị tốc độ mong muốn của tải: Điều khiển động cơ dễ dàng, điều khiển động cơ có đảo chiều quay

Lựa chọn thiết bị cho hệ thống, bao gồm động cơ, gearbox và biến tần, phải đảm bảo đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu kinh tế.

Từ đồ thị tốc độ mong muốn của phụ tải đã cho sẵn, tìm ra đồ thị tốc độ của động cơ.

Tính chọn động cơ

Tính toán momen yêu cầu của tải

Vì chưa chọn động cơ nên ta bỏ qua giá trị 𝐽 𝑀 , Ta có công thức tính sơ bộ momen cần để động cơ cung cấp cho tải như sau:

Hình 1 5 Đồ thị momen mong muốn của động cơ sau khi tính toán sơ bộ

Công suất trên trục động cơ

Công thức tính công suất của động cơ theo từng giai đoạn:

Hình 1 6 Đồ thị công suất mong muốn của động cơ sau khi tính toán sơ bộ

Momen đẳng trị và công suất đẳng trị

Tính chọn Momen đẳng trị Tđt và công suất đẳng trị Pđt

= √T em1 2 t 1 + T em2 2 t 2 + T em3 2 t 3 + T em4 2 t 4 + T em5 2 t 5 + T em6 2 t 6 t 1 + t 2 + t 3 + t 4 + t 5 + t 6

Trong quá trình vận hành, công suất động cơ đạt giá trị tối đa Pmax là 47840W Với hệ số dịch vụ (Service Factor) được chọn là 1.2, cần lựa chọn động cơ có công suất phù hợp để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.

Lựa chọn động cơ

Dựa vào P đm , ta tính được ở trên, suy ra Pmotor > 39867 (W), ta chọn động cơ P21R 225 S4 có các thông số như sau:

+ Công suất định mức (P đm ): 45 KW

+ Điện áp định mức (U đm ) : 380 V

+ Tần số định mức (f): 50 Hz

+ Tốc độ định mức (n đm ): 1500 vòng/phút = 157.08 rad/s

+ Momen định mức (T đm ): 287 Nm

1.2.6 Chọn hộp số động cơ:

Tốc độ định mức của động cơ là 157.08 rad/s, trong khi tốc độ lớn nhất theo yêu cầu là 22.22 rad/s, do đó, chúng ta lựa chọn hộp số động cơ với hệ số truyền là 7.5.

Hình 1 8 Hộp số Worm Gear 1:7.5

1.2.7 Kiểm nghiệm lại động cơ

Từ đó ta tính được mô men định mức quy đổi của động cơ khi qua hộp số:

Tốc độ đầu ra sau hộp số (định mức):

Kiểm nghiệm lại mô men trên đầu trục động cơ:

Gọi J eq là mô men quán tính tương đương quy về động cơ

Theo phương trình động năng của hệ ta có:

Ta có: T em = J eq dω m dt − T L r 1 r 2

Ta thấy mô men điện từ trước và sau khi chọn động cơ đều xấp xỉ bằng nhau.

Hình 1 9 Đồ thị momen động cơ sau khi kiểm nghiệm

Kiểm nghiệm lại công suất của động cơ:

Tại đây ta áp dụng công thức tính công suất của động cơ (1.5) như sau:

Kiểm nghiệm lại động cơ

Từ đó ta tính được mô men định mức quy đổi của động cơ khi qua hộp số:

Tốc độ đầu ra sau hộp số (định mức):

Kiểm nghiệm lại mô men trên đầu trục động cơ:

Gọi J eq là mô men quán tính tương đương quy về động cơ

Theo phương trình động năng của hệ ta có:

Ta có: T em = J eq dω m dt − T L r 1 r 2

Ta thấy mô men điện từ trước và sau khi chọn động cơ đều xấp xỉ bằng nhau.

Hình 1 9 Đồ thị momen động cơ sau khi kiểm nghiệm

Kiểm nghiệm lại công suất của động cơ:

Tại đây ta áp dụng công thức tính công suất của động cơ (1.5) như sau:

Hình 1 10 Đồ thị công suất của động cơ sau kiểm nghiệm

Mô phỏng động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ bằng Matlab Simulink

Hình 1 11 Mô phỏng động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ trong Matlab Simulink

Các bước thực hiện mô phỏng:

• Dùng công cụ Simulink library browser để lấy ra các khối cần để mô phỏng Sau đó nối các khối lại với nhau theo hình trên

• Nhấn đúp vào khối động cơ và chọn loại động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ thích hợp:

Hình 1 12 Lựa chọn thông số động cơ

Kết nối các đầu dương của nguồn điện với các điểm A, B, C trên động cơ để cung cấp điện xoay chiều cho động cơ Đầu còn lại cần được nối với đất Hãy chọn điện áp 220*√2, tần số 50Hz và giá trị pha tương ứng là 0°, -120° và -240°.

• Chọn khối Step dùng làm tải

Hình 1 13 Điền thông số của tải đặt vào động cơ

• Lấy ra tín hiệu tốc độ Rotor và Momen điện từ từ động cơ đưa vào khối Scope để hiển thị đồ thị

• Thêm tải vào thời điểm 1s

Chức năng của các khối:

• Khối Step : dùng làm tải

• Khối Scope : Hiển thị đồ thị

• Vôn kế: Để đo điện áp xoay chiều ba pha

*Lưu ý: Phải thêm khối Powergui để có thể chạy được mô phỏng

Hình 1 14 Đồ thị biểu thị tốc độ và momen điện từ của động cơ

Khi khởi động, động cơ có tốc độ dao động do moment và dòng điện lớn, nhưng sau đó sẽ ổn định Sau 1 giây khi đóng tải, đồ thị tốc độ lại dao động do sự thay đổi đột ngột của moment và dòng điện, nhưng sau một thời gian, tốc độ động cơ sẽ trở lại trạng thái ổn định.

Momen điện từ của động cơ tỷ lệ thuận với dòng điện và từ trường Khi động cơ chịu tải, tốc độ quay giảm, dẫn đến sự gia tăng dòng điện và momen điện từ Sau một khoảng thời gian ngắn, momen điện từ sẽ đạt được sự cân bằng với momen tải, giúp tốc độ quay ổn định trở lại.

Trong chương này, nhóm đã xác định động cơ phù hợp cho dự án bằng cách tính toán theo tải Bên cạnh đó, chất lượng động cơ đã được kiểm nghiệm thông qua mô phỏng và đánh giá trên phần mềm MATLAB – SIMULINK.

PHÂN TÍCH VÀ TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Lựa chọn phương án truyền động

Động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ có khả năng thay đổi tốc độ thông qua nhiều phương pháp như điều chỉnh điện áp cấp vào động cơ, thay đổi điện trở rotor hoặc sử dụng bộ biến tần Việc lựa chọn phương án phù hợp cần dựa trên yêu cầu cụ thể của từng bài toán.

Tốc độ quay của động cơ được tính bằng biểu thức: 𝝎 𝒔 = 𝟐𝝅𝒇

𝒑 (2.1) Trong đó f là tần số nguồn cung cấp; p là số cặp cực của động cơ

Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp có thể thay đổi tốc độ động cơ, do đó hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ luôn cần có bộ biến đổi tần số.

Phương án truyền động được đề xuất là điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số thông qua việc điều chỉnh các van bán dẫn của bộ nghịch lưu.

Phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng thích ứng với mọi loại tải và cho phép điều chỉnh tốc độ liên tục trong một phạm vi rộng Điều này không chỉ mang lại hiệu quả năng lượng cao mà còn tối ưu hóa quy trình vận hành.

• Nhược điểm: Giá thành cao, cần bảo trì đều đặn để đảm bảo độ bền và hiệu suất của bộ biến tần

Vậy ta sử dụng biến tần (Inverter) để thay đổi tần số của nguồn xoay chiều 3 pha, từ đó thay đổi được tốc độ động cơ mong muốn.

Hình 2 1 Sơ đồ mạch điện của biến tần

Hình 2 2 Biến đổi điện áp/tần số qua biến tần

Tính chọn các thành phần của hệ thống điều khiển truyền động điện

2.2.1 Tính chọn mạch chỉnh lưu:

Nguyên lý của bộ chỉnh lưu:

Hình 2 4 Cấu tạo mạch chỉnh lưu cầu 3 pha diode

Hình 2 5 Đồ thị điện áp dây sau chỉnh lưu

Trong khoảng từ 0° đến 30°, điện áp U3 đạt giá trị lớn nhất, khiến cho V5 dẫn điện, trong khi U2 ở mức thấp nhất làm cho V6 cũng dẫn điện Dòng điện chảy từ nguồn U3 qua V5, đi qua tải và trở về nguồn U2 qua V6 Do đó, điện áp chỉnh lưu Ud được tính bằng U3 trừ đi U2.

Trong khoảng từ 30° đến 60°, điện áp U1 đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến V1 hoạt động, trong khi U2 ở mức thấp nhất khiến V6 dẫn Dòng điện di chuyển từ nguồn U1 qua V1, đi qua tải và trở về nguồn U2 qua V6 Do đó, điện áp chỉnh lưu Ud được tính bằng U1 trừ đi U2.

Trong khoảng từ 60° đến 90°, điện áp U1 đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến việc V1 hoạt động, trong khi U3 ở mức nhỏ nhất khiến V2 dẫn Dòng điện di chuyển từ nguồn U1 qua V1, đi qua tải và trở về nguồn U3 qua V2 Do đó, điện áp chỉnh lưu Ud được tính bằng U1 trừ U3.

Trong khoảng từ 90° đến 120°, điện áp U2 đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến V3 hoạt động và U3 ở mức tối thiểu, khiến V2 dẫn điện Dòng điện chảy từ nguồn U2 qua V3, đi qua tải và trở về nguồn U3 qua V2 Do đó, điện áp chỉnh lưu Ud được tính bằng U2 trừ đi U3.

Từ 120° đến 150°, điện áp U2 đạt giá trị lớn nhất, khiến V3 dẫn điện, trong khi U1 ở mức nhỏ nhất, làm cho V4 dẫn điện Dòng điện di chuyển từ nguồn U2 đến V3, qua tải, rồi đến V4 và trở về nguồn U1, dẫn đến điện áp chỉnh lưu Ud được tính bằng U2 – U1.

Từ 150° đến 180°, điện áp U3 đạt giá trị lớn nhất, khiến V5 dẫn điện, trong khi U1 ở mức nhỏ nhất làm cho V4 dẫn điện Dòng điện di chuyển từ nguồn U3 qua V5, qua tải, và trở về nguồn U1 qua V4 Do đó, điện áp chỉnh lưu được tính bằng Ud = U3 – U1.

Cấu trúc bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:

Ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển với các van bán dẫn là các diode

- Điện áp xoay chiều 3 pha: 220/380V

- Điện áp sau bộ chỉnh lưu:

- Điện áp ngược đặt lớn nhất đặt lên diode:

-Chọn hệ số dự trữ 𝐾 = 1,3

Dòng điện định mức của động cơ: 𝐼 đ𝑚 = 78𝐴

Suy ra dòng điện trung bình qua các van:

Vậy chọn diode D42-32-06-N0 có các thông số:

Nguyên lý mạch chỉnh lưu:

Hình 2 7 Sơ đồ điện áp ra sau nghịch lưu Để tạo ra điện áp 3 pha đối xứng, luật dẫn điện của các van phải tuân theo:

• T1 và T4 dẫn lệch nhau 𝜋 và tạo ra pha A

• T2 và T5 dẫn lệch nhau 𝜋 và tạo ra pha C

• T3 và T6 dẫn lêch nhau 𝜋 và tạo ra pha B

Các pha lệch nhau góc 2𝜋

3 Dạng điện áp ra trên tải được xác định:

• Trong khoảng 0 -> t1: T1, T6, T5 dẫn,ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = E/3

• Trong khoảng t1 -> t2: T1, T2, T6 dẫn,ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = 2E/3

• Trong khoảng t2 -> t3: T1, T2, T3 dẫn, ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = E/3

• Trong khoảng t3 -> t4: T2, T3, T4 dẫn, ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = -E/3

• Trong khoảng t4 -> t5: T3, T4, T5 dẫn, ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = -2E/3

• Trong khoảng t5 -> t6: T4, T5, T6 dẫn, ta thấy 𝑈 𝑍𝐴 = -E/3

Qui trình tiếp tục như vậy trong các chu kì khác

Cấu trúc bộ nghịch lưu 3 pha:

Hình 2 8 Cấu trúc bộ nghịch lưu

Ta chọn hệ số dự trữ điện áp: 𝑲 𝒖 = 𝟏, 𝟐

- Điện áp ngược đặt lên IGBT là: 𝑼 𝒏𝒈 = 𝑲 𝒖 𝑼 𝒅 = 𝟏, 𝟐 𝟓𝟏𝟓 = 𝟔𝟏𝟖 𝑽 (2.5)

- Dòng điện qua mỗi van: 𝑰 đ𝒎 = 𝑷 đ𝒎

- Chọn hệ số dự trữ dòng diện 𝑲 𝒊 = 𝟏, 𝟑

Chọn IGBT STGW80H65DFB có U max = 650 V, I max = 120A

2.2.3 Tính chọn bộ lọc: Để giảm sự nhấp nhô của dòng điện sau chỉnh lưu ta có thể dùng cuộn cảm L và để giảm sự nhấp nhô của điện áp sau chỉnh lưu ta dùng tụ điện C Vì thế chọn bộ lọc LC tuân thủ theo công thức: 𝑳𝑪 = 𝐊 𝐬𝐛 +𝟏

• p là số xung đập mạch trong 1 chu kỳ Tại đây ta dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha nên có p=6

• K sb là hệ số san bằng (tối thiểu)

Hình 2 9 Mạch lọc 1 chiều LC

Thành phần trong hệ thống truyền đồng điện:

Thiết bị Thông số Giá trị Động cơ P21R 225 S4 Công suất định mức 45 KW

Tốc độ định mức 1500 vòng/phút

Momen quán tính của roto 0,269 Kg 𝑚 2

Hộp số Worm Gear 1:7.5 Công suất đầu vào 0.06 – 45KW (4 poles electric motors)

IGBT STGW80H65DFB U ce.max 650 V

Bảng tính chọn các thành phần trong mạch điện

MÔ PHỎNG PHẦN MẠCH ĐỘNG LỰC

Mô phỏng mạch chỉnh lưu diode

Hình 3 1 Sơ đồ mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab – Simulink

• 3 Nguồn điện Ua, Ub, Uc lệnh nhau 120° có cùng biên độ 220√2 V

• 3 Khối Scope hiển thị điện áp 3 pha, điện áp và dòng điện 1 chiều sau chỉnh lưu

Từ mô phỏng trên sau khi chạy ta ra được kết quả dưới đây:

Hình 3 2 Đồ thị điện áp nguồn

Nhận xét: Đồ thị điện áp 3 pha đồng đều hình sin, đều lệch nhau 2𝜋/3, đúng với yêu cầu

Hình 3 3 Đồ thị đòng điện sau chỉnh lưu

Đồ thị dòng điện và điện áp đầu ra cho thấy rằng dòng điện sau bộ chỉnh lưu là dòng 1 chiều, đáp ứng đúng yêu cầu Tuy nhiên, giá trị của dòng điện và điện áp vẫn còn dao động mạnh do chưa được trang bị bộ lọc.

Mô phỏng mạch nghịch lưu

Hình 3 4 Sơ đồ mô phỏng mạch nghịch lưu bằng Matlab - Simulink

• 3 khối scop để hiển thị điện áp và dòng điện

Sau khi chạy mô phỏng trên ta được kết quả sau:

Hình 3 5 Đồ thị điện áp ra sau nghịch lưu

Hình 3 6 Đồ thị dòng điện ra sau nghịch lưu

Hình 3 7 Đồ thị dòng điện pha a sau nghịch lưu

Hình 3 8 Đồ thị điện áp giữa pha a và pha b sau nghịch lưu

Bộ điều khiển sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM), do đó tín hiệu đầu ra của nó là xung vuông Điều này được xác định bằng cách so sánh điện áp điều khiển hình sin với điện áp tam giác cân.

Từ nguồn 1 chiều DC, sau khi qua bộ nghịch lưu thì dòng điện và điện áp đã chuyển sang xoay chiều đúng với yêu cầu

Sơ đồ mô phỏng tổng quát

Hình 3 9 Sơ đồ mô phỏng tổng quát phần mạch động lực

• Động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ

• 3 nguồn điện xoay chiều 220√2 V có số pha lần lượt là 0°, −120° , −240° cấp cho mạch chỉnh lưu

• 6 diode trong mạch chỉnh lưu

• Cuộn dây L và tụ điện C tính toán ở phần mạch lọc

• 6 IGBT trong mạch nghịch lưu

• Khối phát xung PWM Generator cấp xung cho 6 van của IGBT

• Khối Step cấp tải vào động cơ

• Khối Powergui để có thể mô phỏng sơ đồ

• Các Scope để thấy được tín hiệu đầu ra

Hình 3 10 Sơ đồ dòng điện sau khi qua chỉnh lưu

Hình 3 11 Sơ đồ điện áp sau khi ra bộ chỉnh lưu

Nhận xét điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu:

• Điện áp và dòng điện sau khi qua bộ chỉnh lưu cho thấy dòng điện sau khi qua bộ chỉnh lưu đã đáp ứng là dòng 1 chiều

Mạch chỉnh lưu có mạch lọc LC giúp ổn định dòng điện và điện áp hiệu quả hơn Cuộn kháng sinh ra suất điện động phản kháng làm giảm độ nhấp nhô của dòng điện, trong khi tụ điện giảm độ nhấp nhô của điện áp Nhờ đó, việc sử dụng mạch lọc LC sau mạch chỉnh lưu mang lại dòng điện một chiều mượt mà hơn so với việc không có mạch lọc.

Khi khởi động động cơ, dòng điện và momen lớn gây ra sự không ổn định, thể hiện rõ qua sự nhấp nhô của dòng điện và điện áp trong khoảng thời gian từ 0s đến 0.4s Sau giai đoạn này, các thông số dần ổn định lại.

Hình 3 12 Sơ đồ tốc độ và momen của động cơ

Nhận xét tốc độ và momen của động cơ:

Trong giai đoạn khởi động, mạch không tải sẽ gặp tình trạng tốc độ và mô men điện từ không ổn định Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian ngắn, các thông số này sẽ ổn định Lúc này, mô men điện từ sẽ tương đương với mô men không tải và đạt giá trị bằng 0 trong khoảng thời gian 0,2 giây đầu tiên.

Khi thời điểm đóng tải ở 0.2 giây, dòng điện và tốc độ của động cơ giảm xuống, gây ra sự dao động lớn trên đồ thị Momen điện từ tăng lên cho đến khi đạt bằng momen tải, lúc này động cơ bắt đầu ổn định và tốc độ từ từ trở về mức ban đầu.

Tốc độ của động cơ vẫn không thay đổi vì chúng ta chưa mô phỏng được bộ điều khiển, do đó chưa thể cung cấp xung kích cho các van bán dẫn nhằm điều chỉnh tần số và điện áp.

Phương pháp điều khiển độ rộng xung

Phương pháp điều chế PWM (Pulse Width Modulation) là kỹ thuật điều khiển trong lĩnh vực điện tử và điện lạnh, được sử dụng để kiểm soát công suất đầu ra của mạch điện Trong một chu kỳ PWM, tín hiệu được chia thành hai pha: ON (mức cao) và OFF (mức thấp), trong đó tỉ lệ thời gian giữa ON và OFF quyết định độ rộng xung của tín hiệu.

Trong bài viết này, chúng tôi khám phá phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM), bao gồm hai loại chính là điều chế hình Sin (SPWM) và điều chế Vecto (VPWM) Mặc dù VPWM có sự đa dạng phong phú và đang được nghiên cứu phát triển, chúng tôi tập trung vào việc áp dụng SPWM nhằm điều chỉnh điện áp ra tải và giảm thiểu ảnh hưởng của các điều hòa bậc cao.

Phương pháp cơ bản sử dụng sóng mang tần số cao dưới dạng xung tam giác để so sánh với điện áp hình sin, được gọi là sóng điều chế Điểm giao nhau giữa hai loại điện áp này xác định trạng thái chuyển đổi của các cặp van.

Hình 3 13 Dạng sóng đầu vào và đầu ra của so sánh

Phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ một cách nhanh chóng và ổn định Ngoài việc điều khiển và ổn định tải, PWM còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chế các mạch nguồn như boost, buck, và nghịch lưu một pha và ba pha PWM thường xuất hiện trong thực tế và các mạch điều khiển, đặc biệt là để điều khiển các phần tử điện tử công suất với đặc tính tuyến tính khi có nguồn một chiều cố định.

3.4.2 Nguyên lí của phương pháp PWM Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn

Trong khoảng thời gian từ 0 đến t0, van G được mở để cung cấp toàn bộ điện áp nguồn Ud cho tải Từ t0 đến T, van G sẽ khóa lại, ngắt nguồn cung cấp cho tải.

Vì vậy tới t0 thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải

3.4.3 Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển Để tạo ra được PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng:

+ Bằng phần cứng và bằng phần mềm

-Trong phần cứng có thể tạo ra bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như: IC 555, LM556

Phần mềm được phát triển bằng các chip có thể lập trình mang lại độ chính xác cao hơn so với việc sử dụng phần cứng Do đó, việc tạo tín hiệu PWM thường được thực hiện thông qua phần mềm.

3.4.4 Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm mạch điều khiển động cơ Ưu điểm:

Transistor ở lối ra chỉ có hai trạng thái duy nhất là ON và OFF, giúp loại bỏ hoàn toàn mất mát năng lượng do đốt nóng hoặc rò rỉ tại lối ra.

• Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều khiển tuyến tính

• PWM cung cấp khả năng kiểm soát độ chính xác của tín hiệu đầu ra, cho phép điều chỉnh độ rộng xung để đạt giá trị mong muốn

• PWM dễ dàng tích hợp vào các mạch vi điều khiển giúp dễ dàng thiết kế

• Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành

Khi các xung kích lên 12V, tiếng ồn có thể phát sinh nếu motor không được gắn chặt Tiếng ồn này sẽ gia tăng khi gặp phải hiện tượng cộng hưởng của vỏ.

Trong quá trình chuyển đổi giữa trạng thái ON và OFF, có thể xảy ra hiện tượng mất điện năng, dẫn đến tăng nhiệt độ và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của các linh kiện.

SƠ ĐỒ MẠCH TOÀN HỆ THỐNG – MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Mô hình toàn bộ hệ thống trên phần mềm Matlab-Simulink

Hình 4 1 Sơ đồ mạch toàn hệ thống trên Matlab - Simulink

Bộ phát xung SPWM

Hình 4 2 Bộ phát xung SPWM

Đồ thị các thông số và đánh giá kết quả

Mô phỏng khi không tải:

Hình 4 3 Đồ thị biểu diễn tốc độ và moment của động cơ khi không tải

Nhận xét: Tốc độ đáp ứng gần giống với tốc độ đặt vào Moment dao động quanh giá trị

Do bộ lọc LC chưa được tối ưu, dòng điện một chiều sau khi qua bộ nghịch lưu vẫn còn nhấp nhô và chưa đạt tiêu chuẩn.

Mô phỏng khi có tải:

Hình 4 4 Đồ thị biểu diễn moment đặt vào động cơ

Hình 4 5 Đồ thị biểu diễn tốc độ và momen của động cơ khi có tải

Tốc độ đáp ứng của hệ thống đã được nhận thấy là chưa đạt yêu cầu mong muốn, đặc biệt là trong các giai đoạn khởi động động cơ và khi động cơ chuyển trạng thái, với sự dao động vẫn còn diễn ra nhiều.

• Moment điện từ vẫn còn dao động, chưa ổn định ở mức ổn do mạch lọc vẫn chưa tối ưu.

Đánh giá kết quả và hướng phát triển

Tốc độ và moment của động cơ hiện tại đáp ứng được các thông số đầu vào và đầu ra, tuy nhiên đồ thị moment và tốc độ vẫn có sự dao động đáng kể trong quá trình chuyển trạng thái làm việc Do đó, cần điều chỉnh hệ thống điều khiển và thiết kế bộ lọc hiệu quả hơn để cải thiện độ chính xác của đồ thị và giảm thiểu sự dao động.

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Điện Sử Dụng Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha Chuyển Động Quay
Tác giả	Nguyễn Quang Quân-105210329, Trần Đức Thịnh - 105210337, Nguyễn Xuân Bình - 105210306, Lê Viết Tâm – 105170310
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Khánh Quang
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Khoa Điện
Thể loại	Đồ án liên môn
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,78 MB