Thiết kế động cơ DC đồng trục design for coaxial DC motor

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM T G ĐẠI HỌC CH H A - GUYỄ ĐỨC THỊ H THIẾT Ế ĐỘ G CƠ DC ĐỒ G T ỤC DESIGN FOR COAXIAL DC MOTOR Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số: 60520114 LUẬ VĂ THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH th ng 12 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM C n hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ tên học hàm học vị chữ ký) C n chấm nhận xét : (Ghi rõ họ tên học hàm học vị chữ ký) C n chấm nhận xét : (Ghi rõ họ tên học hàm học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học B ch Khoa ĐHQG Tp HCM ngày th ng năm Thành phần Hội đồng đ nh gi luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ tên học hàm học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) X c nhận Chủ tịch Hội đồng đ nh gi LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒ G T Ở G H A………… T ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM G ĐẠI HỌC CH H A CỘ G HÒA XÃ HỘI CHỦ GHĨA VIỆT Độc lập - Tự - Hạnh phúc HIỆM VỤ LUẬ VĂ AM THẠC SĨ Họ tên học viên: MSHV: Ngày th ng năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Mã số : I TÊ ĐỀ TÀI: II HIỆM VỤ VÀ ỘI DU G: III GÀY GIA IV GÀY H À V C HIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) THÀ H Ộ H Ớ G DẪ HIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) (Ghi rõ học hàm học vị họ tên): Tp HCM, ngày tháng năm 20 C Ộ H Ớ G DẪ (Họ tên chữ ký) CHỦ T Ở G HIỆM Ộ MÔ ĐÀ TẠ (Họ tên chữ ký) H A….……… (Họ tên chữ ký) ii L IC MƠ Em xin gửi lời c m ơn tới thầy hướng dẫn trực tiếp PGD.TS Nguyễn Tấn Tiến với định hướng nghiên cứu c c phương ph p tiếp cân tài liệu bổ ích Thầy Em xin gửi lời c m ơn tới tất Thầy hội đồng đ nh gi đề cương với câu hỏi lời góp ý bổ ích cho đề tài Em xin gửi lời c m ơn tới tất anh em High tech lab hỗ trợ tạo điều kiện giúp đỡ làm việc thời gian thực luận văn Em xin gửi lời c m ơn tới anh em làm việc ngành EEIT Trường Đại học Việt Đức hỗ trợ tư vấn trang thiết bị để làm thực nghiệm thời gian dự án Và sau cùng, em xin gửi lời c m ơn đến vợ gia đình em ln động viên, hỗ trợ động lực để em hồn thiện dự án iii TÓM TẮT LUẬ VĂ THẠC SĨ Nội dung trình bày luận văn thiết kế động DC đồng trục bao gồm: Phần tổng quan trình bày sơ lược nghiên cứu động đồng trục vài ứng dụng thực tế Từ c c giải ph p đưa mơ hình động chọn loại động DC có trục quay ngược chiều (một trục phần cảm trục phần ứng) Phần lý thuyết động chiều c c đặc tính tóm tắt lại Phần trọng tâm luận văn trình bày Chương với nội dung thực sau: - Xây dựng mơ hình to n cho động DC đồng trục dựa mô hình tốn động DC mơ hình to n động pha đồng trục - Tính toán thiết kế cho động DC đồng trục với số yêu cầu cho trước ; xây dưng mô hình tính chung p dụng việc thiết kế động DC (thiết kế GUI matlab) - Thiết kế chế tạo mơ hình động DC đồng trục nhỏ từ động DC có sẵn hệ thống kiểm tra mô men xoắn tốc độ động thu lại liệu máy tính cho mơ hình thực nghiệm nhỏ - Kết luận văn có từ kết mô matlab, kết mô thiết kế động ANSYS Maxwel thông số điện trở, cảm kháng, hàng số thời gian, mơ men qn tính động phương ph p thực nghiệm iv ABSTRACT Base on the result from current researches and applications of many kind of coaxial motor, a DC motor with rotor and Stator can rotate in opposed directions is conducted The first part of this thesis represents the princinple of DC machine Functions and characteristics of rotor, Stator, commulator, winding are determined The main content of this thesis is represented in chapter and the result in the chapter as following: - A mathematic model of this design is developed basing on the combination of mathematic model of DC motor and mathematic model of 3-phase coaxial motor - The foundation of mathematic model then the calculation of DC motor 35kW, 90V, 1760 rpm are shown And the a calculation model for designing a general DC motor is built in Matlab GUI - The real model is designed base on improving of DC motor and Torque testing system is designed with coincident separated axes for experimental part The torque system has two axes a joined by a spiral spring The motor torque is calculated by the difference angle of axes - Experimental method is approached to determin motor parameters such as resistance, inductance, electrical time constant, and moment of ineria - The result of this thesis comes from the Matlab, desing of motor in ANSYS Maxwell, and the result of the experimental part v Lời cam đoan tác giả luận văn Đề tài luận văn thiết kế động DC đồng trục dựa theo yêu cầu đơn vị đặt hàng với c c thông số cho trước Phần sở lý thuyết trình bày dựa c c tài liệu nghiên cứu trước có trích dẫn Phần xây dựng mơ hình to n cho động t c giả xây dựng lên Phần tính to n thiết kế cho động t c giả tính to n lựa chọn c c thơng số mô Matlab thiết kế ANSYS Maxwel Phân thực nghiệm t c giả tự thiết kế xây dựng lên vi MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN Giới thiệu động DC 1.1 Tổng quan động đồng trục 1.2 Đặt vấn đề 1.3 Một số giải pháp đề xuất Giải pháp Giải pháp Giải pháp Giải pháp CHƯƠNG NGUY N L Đ C TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VI C C A Đ NG CƠ M T CHI U 2.1 Nguyên lý động chiều 2.2 Cấu tạo m y điện chiều 2.2.1 Stator m y điện chiều 2.2.2 Cực từ 2.2.3 Cực từ phụ 2.2.4 Gông từ 2.2.5 Lõi thép 10 2.2.6 Dây quấn phần ứng 10 2.2.7 Cổ góp 10 2.2.8 Thiết bị chổi 10 2.3 Phân loại động điện chiều 11 2.4 Kết cấu m y điện 12 2.4.1 Phân loại theo phương ph p bảo vệ m y môi trường 12 2.4.2 Phân loại theo c ch lắp đặt 13 2.5 Tổng quan đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp 13 2.5.1 Phương trình đặc tính 13 2.5.2 nh hưởng c c thơng số điện đặc tính 14 2.5.3 Mở m y (khởi động) động điện chiều kích từ nối tiếp 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ 17 vii 3.1 Mơ hình hóa hệ thống 17 Phương trình mơ hình động single phase double rotor biểu diễn : 17 Với đông DC đồng trục double-rotor kết hợp trường hợp 21 3.2 Thiết kế hệ thống cho động 23 3.2.1 Chọn kích thước chủ yếu 23 3.2.2 Kích thước rãnh phần ứng 24 3.2.3 Khe hở khơng khí, cực từ gơng từ 27 3.2.4 Cổ góp, chổi than 29 3.3 Xây dựng Graphic User Interface (GUI Matlab) cho thiêt kế chung cho động DC 30 3.4 Thực nghiệm 31 Đo c c thông số động 32 Kiểm nghiệm vận tốc torque động thiết kế 36 CHƯƠNG KẾT QU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHI M 46 4.1 Kết mô Matlab simulink 46 4.2 Kết thiết kế động chiều 35 kW 90V 1760 vg/ph 47 4.3 Kết thực nghiệm 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN 55 Phục lục 1: Thiết kế cho phần thực nghiệm 56 Thiết kế động đồng trục 57 Phần b nh đà có mơ men qu n tính thay đổi 58 Phần hệ thống kiểm tra tốc độ mô men xoắn trục 58 Thiết kế phần điện cho động đồng trục 59 Thiết kế cho hệ thố ng đo mô men xoắn động 59 Thiết kế phần điều khiển cho đối trọng có mơ men qu n tính thay đổi 60 Phụ lục 2: Motor data sheet 64 Phụ lục 3: Matlab code 70 viii CH Ơ G TỔ G QUA Giới thiệu động Năm 1831 Michael Fraday ph t minh khảo s t tượng cảm ứng điện từ Năm 1832 Thiết bị điện quay công bố người chưa rõ tên P.M Năm 1834 động DC Moritz Jacobi chế tạo Năm 1875 Hefner-Alteneck Werner Siemens bắt đầu ph t triển motor hình mỏ neo tang trống Năm 1889 Dolivo-Dobrowolsky thiết kế động pha Thiết kế sử dụng rộng rãi ngày Nửa đầu kỷ 19 hầu hết động chạy lượng Pin động DC tập trung ph t triển Và sau động đồng động AC ph t triển ngày Phân loại động điện Hình 1.1 Sơ đồ phân loại động điện Động điện chiều (động DC) thiết bị chuyển từ lượng điện chiều thành lượng t c dụng lực điện từ Động DC có phần là: rotor (phần chuyển động) Stator (phần đứng yên) Động điện chiều gồm c c loại sau: Động chiều kích từ độc lập Động chiều kích từ nối tiếp Động chiều kích từ song song Động chiều kích từ hỗn hợp % hObject handle to P (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor', 'White'); end % - Executes during object creation, after setting all properties function A_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to A (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor', 'White'); end % - Executes during object creation, after setting all properties function vA_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vA (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor', 'White'); end % - Executes during object creation, after setting all properties function Bg_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Bg (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor', 'White'); end function edit46_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit46 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit46 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit46 as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function edit46_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit46 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB 87 % handles called empty - handles not created until after all CreateFcns % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end 88 Code tính tốn tồn thơng số cho động DC % Design of 40KW, 90V, Lap wound DC Machine KW = 40; % Power V = 90; % Voltage nv = 4; %No.of ventilating ducts bv = 10; % Width of ventilating ducts ki = 0.9; % iron factor dVp=3; Zh = 2; %Assuming no of conductors ht-wise ia slot (Zh) = 2; LossP = 3; %Power loss 3% LtoPA = 1; %Length/PolearcRatio InsHs = 3.2; InsWs=1.8; Hw=3; HL= 1; PPmax = 450; ATaPmax = 8500; P = 6; %No of poles A= P; %No of parallel paths N=17500; %Rated Speed (RPM) PAbPP = 0.7; %Polearc /Pole pitch Pole Arc = Arme Core Length SpP = 14; %Slots/pole Iron factor (ki)= 0.9; Volage drop on FL = 3% Values of Specific magnetic loading (Bay) = 0.66 T and Specific electric loading(q) = 36500 ac/m -7 are read from the table given above cda1 = 5; wca = 1.9; Bc = 1.3; %Assuming Flux density in Core DcbD = 0.66; Ish1 = 3; %Assumptions Shunt Field Curren for part2 % \*Assuming Conductor width (wca) = 1.9mm, % Assuming a factor of 0.98 for rounding at the conductor edges, % Assuming cond insulation thk = 0.4 mm and width-wise Insulation (InsWs) = 1.8 mm % Assuming ht -wise Insulation (InsHs) = 3.2 mm, Wedge ht (Hw) = mm and Lip ht (HL) = mm, % Assuming 20% Eddy Current Losses, % Assuming Flux density in Core (Be) = 1.3 T, Area ofCS in eore (Ae) % \* Bp = 1.6; Pf = 730; Sf = 0.6; By = 1.2; Kg = 1.15; HPS = 40; %Assurnption for part ti = 10; dcu = 1.6; cdse = 2.2; % Assumptions for part4 cdb = 6; Tb = 10; Wb = 20; Hb = 32; Vb = 2; % Assumptions for part cdip1 = 2.3;% Assumption for part % < -1) Main Dimensions of Armature (Part-1) -SKW SKW= [5 10 50 100 200 300 500 1000 1500 2000 5000 10000]; Sbav = [.43 45 56 62 64 66 68 72 74 76]; Sq = [15 17.5 25 28 32.5 34 36.5 41 42 44 48 51]; Bav = interp1 (SKW, Sbav, KW, 'spline') q = interp1 (SKW, Sq, KW, 'spline')*10^3; %Sp.ElecLoad (ac/m) IFL = KW*1000/V; % FL current hz = P*N/120; %Frequency if hz < 25 || hz > 50 continue; end; 89 Pa = (1 + LossP/100)*KW % Assuming Field and Armature copper loss = 3% of KW rating, C0 = 0.164*Bav*q*10^(-3) %Output Coefft DsqL = 1/C0*Pa/N; D1= DsqL^(1/3)*(P/(pi*PAbPP*LtoPA) )^(1/3); D = ceil(D1*100)*10 % Armature core diameter vA = pi*D/1000*N/60; %Peripheral speed if vA >= 30 continue; end; L1 = DsqL/D^2*1e9; %Net Iron length L = ceil(L1/10)*10 %Arme Core Length Li = (L-nv*bv)*ki; IBA = IFL/P*2; % Current per Brush Arm if IBA >= 400 continue; end; Bg = Bav/0.7; %Max Flux density Vseg = 2*Bg*L/1000*vA; %Voltage between commutator segments if Vseg >= 20 continue;end; PP = pi*D/P; %Pole PItch = PPmax continue; end; Parc = PAbPP*PP; %Pole Arc FI1 = Bav*pi*D*L/P*(10^(-6)) fprintf ('Design of %3d KW,%3d V, LAP wound DC Machine\n',KW, V) % -2) Armature-Winding and core (part-2) -> ATaP = pi*D/1000*q/(2*P); %Arme AT per pole if ATaP >= ATaPmax continue; end; E = (1 - dVp/100)*V; %Induced Emf on No load for motor /////E = (1 + dVp/100)*V;for motor A = P; %For lap wound machine , Number of parrallel paths Z1 = E*60*A/(P*FI1*N); %Total no.of Conductors (Z) S = SpP*P; %Assuming Slots/Pole (SpP) = I4~ No of SIots(S) = SpP x P = 14 x = 84 sp = pi*D/S %Slot pitch if sp < 25 || sp > 35 continue; end; Zs1 = Z1/S; Zsf= ceil (Zs1/2)*2; %floor = Round towards minus infinity Zsc = ceil (Zs1/L)*2; %ceil = Round towards plus infinity Zs = Zsf; %conductor/slot mm (Rounded otl'even Integer if Zs1 - Zsf > || Zs < Zsc; end; Z = S*Zs %corrected number of conductor FI = E*60*A/(P*Z*N) %Corrected value of flux per pole CV = IFL/A*Zs %Current volume per slot if CV < 1000 || CV > 1500 continue; end; Ia = IFL + Ish1 %Armature current(Assuming Shunt Field Current(lsh) = A,) Aca1 = Ia/A/cda1; hca1 = Aca1/wca; hca = ceil(hca1); if hca > 16 continue; end; Aca = 0.98*hca*wca; %Cond Area ofCS (Assuming Conductor width (wca) = 1.9mm, ) cda = Ia/A/Aca %Armature current density (Assuming current density (cda)= A/nun) 90 if cda >= 5.01 continue; end; %Corrected current density (cds) = la = 836.33 =4.991A/mm2 Zw = Zs/Zh; Ws = Zw*(wca + 0.4) + InsWs; Hs = Zh*(hca + 0.4) + InsHs + Hw + HL; D1b3 = D - 2*(2/3*Hs); sp1b3 = pi*D1b3/S; Wt1b3 = sp1b3 - Ws; At1b3 = Wt1b3*Li*S/P; Btav = FI*(10^6)/At1b3; Ks = sp1b3*L/Wt1b3/Li; if Ks >= 2.2 continue; end; Btm = Btav/PAbPP; if Btm >= 2.1 continue; end; Lfr = 140 + 1.15*PP; Lac = (L + Lfr)/(10^3); Ra = 0.021*Lac/Aca*Z/A^2; Pcua = 1.2*Ia^2*Ra; Wcua = Lac*Aca*Z*8.9*(10^-3); FIc = FI/2; Ac = FIc*(10^6)/Bc; Hc1 = Ac/Li;Di1 = D-2*(Hs + Hc1); Di = ceil(Di1/10)*10; Hc=(D - Di)/2 - Hs; Dmc = D - 2*Hs - Hc; Wc = 7.8*(10^-6)*pi*Dmc*Ac; HysPkgc = (2.9/30)*hz; % Emperial Formula Physc = Wc*HysPkgc; Peddyc = 0.0045*(Bc*hz*0.5)^2*Wc; Pic = (Physc + Peddyc) *1.25; Wt = 7.88*(10^-6)*Wt1b3*Li*S*Hs; HysPkgt = (8/30)*hz; Physt = Wt*HysPkgt; Peddyt = 0.007*(Btm*hz*0.5)^2*Wt; Pit = (Physt + Peddyt)*1.25; Pi = (Pic + Pit); PibKW = Pi/(KW*10^3)*100; Pa = Pcua+Pi; Larme = L+70+0.3*PP % - Over all length of Arme SA = pi*D*Larme/100; Pd = Pa/SA Tra = 270*Pd/(1 + 0.09*(vA^1.3)) % -Temperature-rise of Arme % ~ 3) Design of Poles and Calculation of AT-(Part-3) -> DA = [200 300 400 500 700 1000]; dSFW = [30 33 37 40 45 50]; plot(DA,dSFW); grid; xlabel ('Arrne-dia(mm) >'); ylabel('Wdg-depth(mm) >'); title ('Depth of Shunt Field Winding'); Lp = L - 15; Ap = 1.2*FI/Bp/0.95; %Length of Pole Wp1 = Ap*(10^6)/Lp; Wp = ceil (Wp1) ; % Assuming Flux density in Pole (Bp) = 1.6 T, % Assuming 20% Leakage flux, Area of Pole (Ap) % Assuming permissible loss/sq.mt of cooling surface (Pt) = 730 W/m % Assuming Field AT (ATt) = A Tpp = 7805.8, % Assuming height of pole shoe (UPS) = 40 mm, % Assuming flux density in Yoke (By) = 1.2 T, 91 % Assuming axial length of yoke to be 50% more, Lengh ofYoke(Ly) % Assuming A ir Gap Coefficient (Kg) == I 15 (Varies from 1.12 to I 18); dfl = interp1 (DA,dSFW,D,'spline'); df = ceil (dfl*10)/10; atpm = 10^4*sqrt(Pf*Sf*df/(10^3)); Atpp = Ia/A*Z/2/P ATf = Atpp; Hfc = ATf/atpm*(10^3); Hp1 = Hfc + HPS + 0.1*PP; Hp = ceil (Hp1); Ay = 1.2*FI*(10^6)/2/By; Ly = 1.5*L; dy1 = Ay/Ly; dy = ceil(dy1); Wmp = 7.8*(10^-6)*Lp*Wp*Hp; Wyoke = 7.8*Ay*Ly/(10^6); BB = [.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0]; % Tesla Ha = [18 28 38 48 67 80 95 120 140 180 220 295 390 580 1000 2200 5000 9000 16000 24000]; % for Lohys-steel H = [20 30 40 50 70 90 115 140 160 200 250 320 480 1000 2200 4400 9000 16000 25000 38000]; % for 42 quality steel Hcs = [180 270 370 440 520 590 670 750 820 920 1030 1230 1600 2200 3200 4800 7700 13000 22000 40000]; % for Cast-Steel SBt = [1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5]; SATm = [ 12 20 31 51 80 113 155]*10^3; % for Ks = 2.0 semilogx (Ha, BB, '-', H, BB, '-.', Hcs, BB,' *'); grid; xlabel ('AT/m >'); ylabel ('Fluxdensity (T) >'); title ('Magnetization curves'); legend ('Lohys', '42 Quality', 'Cast-Steel'); atp = interp1 (BB, H, Bp, 'spline'); ATp = atp*Hp/(10^3); plot (SATm, SBt); grid; xlabel ('AT/m >'); ylabel ('Fluxdensity (T) >'); title ('Magnetization curves of teeth at Ks = 2.0'); atat = interp1 (SBt, SATm, Btm, 'spline'); Att = atat*Hs/(10^3); atac = interp1 (BB, Ha, Bc, 'spline'); Lfpc = pi*Dmc/2/P; Atc = atac*Lfpc/(10^3); % -Dmc=597 from part aty = interp1 (BB, Hcs, By, 'spline'); Dmy = D + 2*Hp + dy; Lfpy = pi*Dmy/(2*P); ATy = Lfpy*aty/(10^3); ATT = ATp + Att + Atc + ATy; Perc = ATT/ATf*100; AT0 = 0.85*ATf; ATg = AT0 - ATT; Bgm = Bav/PAbPP; Lg = ATg/(0.796*Bgm*Kg*10^6)*(10^3); D0 = D + 2*(Lg + Hp + dy); %4) Design of Shunt Fieldand series Fld Windings -~ % Assuming 15% voltage drop in Field Regulator, % Assuming thickness of insulation on pole body (ti) = 10111m, % Assuming 80% of Field coil ht for Shunt field wdg and balance 20% for series fld wdg, % Assuming permissible loss per sq.m of cooling surface = 730 WI m % Assuming current density (cdse) = 2.2 A/mm2 92 Vsh = 0.85*V; Vc = Vsh/P; Lmt = (2*(Wp + Lp) + pi*(df + 2*ti))/(10^3); Ash = 0.021*Lmt*AT0/Vc; cssfc =2*Lmt*0.8*Hfc/(10^3); Psfc = 730*cssfc*P; Ish = Psfc/Vsh; Tsh1 = AT0/Ish; T1a = 0.8*Hfc/(dcu+0.11); T1 = floor(T1a); NL1 = Tsh1/T1; NL = ceil(NL1); Tsh = T1*NL; Dw = NL*(dcu+0.11); Acu = pi*dcu^2/4; Rsh = 0.021*Lmt*Tsh*P/Acu; Psh = Ish^2*Rsh; Wcsh = Acu*Lmt*Tsh*P*8.9*(10^-3); ATse1 = ATf-AT0; Tse1 = ATse1/Ia; Tse = ceil(Tse1); ATse = Tse*Ia; Ase = Ia/cdse; Pse = 0.021*Lmt*Tse*P/Ase; Wcse = Ase*Lmt*Tse*P*8.9*(10^-3); % < -5) Design of Commutator and Brushes > % Assuming commutator dia is (DcbD = 66%) of Armature dia,Comm dia(Dc) = 0.66 x 800 = 528 mm % Assuming Brush Frictioll Coefft = 0.2 and Brush pressure on Commutator = 13000 N/m2, % Assuming Voltage drop across brush set (Vb) = V, Dc1 = DcbD*D; Dc = ceil (Dc1); vC = pi*Dc/1000*N/60; if vC >= 20 continue; end; Nc = Z/2; pitC = pi*Dc/Nc; if pitC >= 10 continue; end; GbSp = pi*Dc/P; if GbSp < 250 continue; end; NbPs1 = (Ia*2/(P*cdb*Tb*Wb/100)); NbPs = ceil(NbPs1); Lcom = NbPs*(Wb + 5) + 40 + 30 + 20; BFL = 0.2*P*Wb*Tb*(10^-6)*NbPs*13000*vC; BCL = Vb*Ia; Pcom = BFL + BCL; CSC = pi*Dc*Lcom/100; Trc = 120*Pcom/CSC/(1 + 0.1*vC); if Trc >= 50 continue; end; Wccom = Lcom*pi*Dc^2/4*8.9*(10^-6); % < -6) Design ofinter/Compensating-Pole-Wdg and Overall performance -> % Assuming Interpole length (Lip) = 0.7 x L = 0.7 x 300 = 210 mm % Assuming Air gap under Inter-Pole(Lgi) =1.5 xL = 1.5 x 4.8439 = 7.2659 mm % Assuming Curr~nt density (cdip) = 2.3 A/mm2, % Assuming Bcaring friction and Windage Loss (Pbrg) = 0.01 x KWx 1000 = 0.01 x 500x 1000 = 5000 W 93 Lip = 0.7*L; x =Zs/2; bip = ((x-1 )*pitC + Tb-0.8)*D/Dc; Lgi = 1.5*Lg; Hip1 = Hp-(Lgi-Lg); Hip = ceil(Hip1); hcai = 2*(hca + 0.4); ht = Hw + HL + InsHs/2; perip = 2*(Zs/2*(wca + 0.4) + (hca +0.4)); Lmd1 = 0.4*pi*(hcai/3/Ws + ht/Ws + bip/6/Lgi); Lmd2 = Lfr/L *(0.23*log(Lfr/perip) +0.07); Lamda = (Lmd1 + Lmd2)*(10^-6); Bip = L/Lip*2*Ia/6*Zs*Lamda/(bip/(10^3)); ATip1 = ATf+ 0.796*Bip*1.1 *Lgi*(10^3); Tip1 = ATip1/Ia; Tip = ceil(Tip1); ATip = Tip*Ia; aip1 = Ia/cdip1; spt = (Hip-40)/Tip; hcse1 = (spt-0.5); hcse = floor(hcse1); tcse1 = aip1/2/hcse; tcse = ceil(tcse1); aip = 0.98*2*hcse* tcse; cdip = Ia/aip; Lmtip = (2*(Lip + bip) + 4*(tcse + 0.5) +3)/(10^3); Rip = 0.021 *Lmtip*Tip*P/aip; Pip = Ia^2*Rip; Wcip = aip*Lmtip*Tip*P*8.9* (10^-3); Wip = 7.8*(10^-6)*Lip*bip*Hip; Pbrg = 0.01 *KW*(10^3); Pvar = Pcua + Pse + Pip + BCL; Pconst = Psh + Pi + BFL + Pbrg; Pt = (Pvar + Pconst)/1000; Eff= KW/(KW + Pt)*100; Ldmxef= sqrt(Pconst/Pvar)*KW; MaxEff = Ldmxef/(Ldmxef + *Pconst/(10^3))* 100; WtTot = 1.01*(Wc + Wt + Wcua + Wccom + Wcsh +Wcse + Wcip + Wmp + Wyoke + Wip); KgPkw = WtTot/KW; KiếTeTTrn thức điều khiển sliding mode yếu nên phần mô sử dụng kếtquả điều khiển conventional sliding mode có sẵn cho phần động DC thiết kế Mơ hình tốn tìm chưa áp dụng cho điều khiển Chưa có tiêu chí cho điều khiển lên chưa đánh giá chất lượng điều khiển Phần kiểm nghiệm torque cho động thiết kế dừng lại ý tưởng chưa có phần thiết kế chi tiết 94 Phụ lục 4: ết đo mơ hình thực nghiệm ảng 4.1 Kết ghi từ encoder với trường hợp không tải No load Time 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.017 0.018 0.019 0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 Encoder 3.49117 -1.19461 -1.1997 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 3.45042 3.43005 3.48608 3.46061 3.44533 3.50645 3.48608 3.46061 3.44024 3.50136 3.47589 3.46061 3.43514 3.50136 3.4708 Encoder 3.50319 3.45228 3.42683 3.41156 3.46756 3.44719 -1.04292 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.03783 -1.04292 -1.04292 -1.03274 -1.03783 -1.04292 -1.04292 -1.03783 -1.03783 3.40647 3.47265 3.4421 3.42683 3.40647 3.46756 3.4421 3.42174 3.40137 3.45737 3.43701 Encoder 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 95 0.038 0.039 0.04 0.041 0.042 0.043 0.044 0.045 0.046 0.047 0.048 0.049 0.05 0.051 0.052 0.053 0.054 0.055 0.056 0.057 0.058 0.059 0.06 0.061 0.062 0.063 0.064 0.065 0.066 0.067 0.068 0.069 0.07 0.071 0.072 0.073 0.074 0.075 0.076 0.077 0.078 0.079 0.08 3.45552 3.43514 3.49117 3.4708 3.45042 3.43514 3.49117 3.4657 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.1997 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 3.43005 3.48608 3.4657 3.44024 3.50645 3.48098 3.46061 3.44024 3.50136 3.47589 3.45552 3.44024 3.49626 3.47589 3.41665 3.40137 3.45737 3.43701 3.41665 3.39628 3.45228 3.43701 3.41156 3.46756 3.4421 3.42174 -1.04292 -1.03783 -1.04292 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.03274 -1.03783 -1.04292 -1.03274 -1.03783 -1.03783 -1.04292 -1.03783 -1.03783 -1.04292 3.46756 3.4421 3.42683 3.40647 3.46246 3.4421 3.42174 3.40137 3.46246 3.43701 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 96 0.081 0.082 0.083 0.084 0.085 0.086 0.087 0.088 0.089 0.09 0.091 0.092 0.093 0.094 0.095 0.096 0.097 3.45552 3.43514 3.49117 3.47589 3.45552 3.43514 3.49117 3.4708 3.45042 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.1997 -1.19461 -1.19461 -1.1997 -1.19461 3.42174 3.40137 3.45737 3.43701 3.41665 3.40137 3.45737 3.43701 3.41665 3.4981 3.45228 3.42683 -1.04292 -1.03274 -1.03783 -1.03783 -1.04292 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 ảng 4.2 Kết ghi từ encoder với tải 1kg Testing result with load of 1kg Time (s) Encoder (V) Encoder (V) Encoder (V) -1.19461 -1.02765 0.118833 0.001 -1.19461 -1.02765 0.118833 0.002 -1.19461 -1.02765 0.118833 0.003 -1.18952 -1.02765 0.118833 0.004 -1.19461 3.46756 0.108638 0.005 -1.19461 3.4421 0.108638 0.006 -1.19461 3.42683 0.118833 0.007 -1.18952 3.48283 0.118833 0.008 -1.18952 3.45737 0.108638 0.009 3.45552 3.43701 0.118833 0.01 3.44024 3.41665 0.108638 0.011 3.49626 3.47774 0.118833 0.012 3.4708 3.45228 0.118833 0.013 3.45552 3.43701 0.118833 0.014 3.50136 3.50828 0.118833 0.015 3.49117 3.47265 0.118833 0.016 3.4708 3.45228 0.108638 0.017 3.45042 3.43701 0.118833 0.018 3.51154 3.4981 0.118833 0.019 3.49117 3.47265 0.118833 0.02 3.4657 3.45228 0.118833 97 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 0.038 0.039 0.04 0.041 0.042 0.043 0.044 0.045 0.046 0.047 0.048 0.049 0.05 0.051 0.052 0.053 0.054 0.055 0.056 0.057 0.058 0.059 0.06 0.061 0.062 0.063 3.44533 3.51154 3.48608 3.4657 3.44533 3.50136 3.47589 3.46061 3.44024 3.49626 3.4708 3.45042 3.51154 3.49117 3.46061 3.44533 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 -1.19461 3.43192 3.49301 3.46756 3.44719 3.43192 3.48283 3.46246 3.4421 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02256 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02256 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02256 3.45228 3.43192 3.52355 3.46756 3.44719 3.42174 3.47774 3.45737 3.43701 0.108638 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 98 0.064 0.065 0.066 0.067 0.068 0.069 0.07 0.071 0.072 0.073 0.074 0.075 0.076 0.077 0.078 0.079 0.08 0.081 0.082 0.083 0.084 0.085 0.086 0.087 0.088 0.089 0.09 0.091 0.092 0.093 0.094 0.095 0.096 0.097 3.43514 3.49117 3.4708 3.45042 3.51154 3.48608 3.4657 3.44533 3.50645 3.48098 3.46061 3.44024 3.50136 3.47589 3.46061 3.44024 3.50136 3.47589 3.45042 3.48098 3.49117 3.4657 3.45042 3.50645 3.48098 3.46061 3.44024 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.18952 -1.19461 -1.19461 -1.18952 3.41665 3.47265 3.45228 3.43701 3.49301 3.47265 3.44719 3.43192 3.48792 3.46246 3.4421 3.42683 3.48283 3.45737 3.4421 3.42174 3.47774 3.45737 3.43701 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02765 -1.02256 -1.02256 -1.02765 -1.02256 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.108638 0.108638 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.108638 0.118833 0.108638 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 0.118833 ảng 4.3 Kết ghi từ encoder từ thí nghiệm time(s) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Encoder (V) 0.163591 0.163591 0.163591 0.163591 0.163591 0.163591 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.153399 0.163591 0.153399 0.163591 0.163591 0.163591 99 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.163591 0.153399 0.153399 4.118005 4.118005 4.128196 4.118005 4.118005 4.128196 4.118005 4.128196 4.128196 4.128196 4.128196 4.128196 4.128196 4.118005 4.118005 4.118005 4.118005 4.118005 4.118005 4.118005 4.128196 4.128196 4.118005 4.128196 4.128196 4.128196 0.163591 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5 0.51 0.52 0.53 0.163591 0.153399 0.153399 0.153399 0.153399 0.153399 0.163591 0.163591 0.153399 0.163591 0.163591 0.163591 100 PHẦ L QU LỊCH T CH GA G Họ tên: Nguyễn Đức Thịnh Ngày th ng năm sinh: 03/01/1990 Nơi sinh:Thái Bình Địa liên lạc: Chi Lăng Hưng Hà Th i Bình T Ì H ĐÀ TẠ Từ 2008 đến 2013: Học trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Từ 2016 đến 2018: Học trường Đại học B ch Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ 2013 đến 2015: Giảng viên trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Th i Nguyên Từ 2015 đến 2018: Kỹ sư phịng thí nghiệm trường Đại học Việt Đức 101 ... động DC mơ hình to n động pha đồng trục - Tính tốn thiết kế cho động DC đồng trục với số yêu cầu cho trước ; xây dưng mơ hình tính chung p dụng việc thiết kế động DC (thiết kế GUI matlab) - Thiết. .. Xây dựng mơ hình to n cho động DC đồng trục - Tính to n thiết kế c c thơng số cho động - Thiết kế mơ hình thực nghiệm nhỏ có chức tương đồng động DC đồng trục - Thiết kết thiết hệ thống đo vận tốc... bày luận văn thiết kế động DC đồng trục bao gồm: Phần tổng quan trình bày sơ lược nghiên cứu động đồng trục vài ứng dụng thực tế Từ c c giải ph p đưa mơ hình động chọn loại động DC có trục quay