Mơ phỏng mơ hình: Dùng lệnh Start (Menu Simulation > Start) hoặc nhấp chuột vào icon Start
Xem tín hiệu từ Scope: nhấp đơi vào khối Scope
Hình 2. 15 Tín hiệu từ khối Scope
Chỉnh thông số của một khối bằng cách nhấp đơi vào khối cần chỉnh
Hình 2. 16 Chỉnh thơng số khối
Trước khi mơ phỏng mơ hình Simulink, chúng ta cần đặt các thông số mô phỏng bằng cách chọn menu Simulation > Configuration Parameters. Ở cửa
sổ Configuration Parameters, chúng ta có thể đặt một số thơng số như Start time, Stop time (second – giây), và phương pháp giải Solver, Solver options,.. sau đó nhấn nút OK
Hình 2. 17 Chỉnh thơng số mơ phỏng
2.5 Mơ phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập
2.5.1 Xây dựng phương trình tốn học để mơ phỏng
Phương trình điện áp phần ứng
𝑉𝑎(𝑡) = 𝑒𝑎(𝑡) + 𝑅𝑎. 𝑖𝑎(𝑡) + 𝐿𝑎.𝑑𝑖𝑎(𝑡) 𝑑𝑡 Suất điện động cảm ứng trong roto
𝑒𝑎(𝑡) = 𝑘𝑒 . 𝛷. 𝜔𝑟(𝑡) Phương trình Momen điện từ
𝑀𝑒(𝑡) = 𝑘𝑀. 𝛷. 𝑖𝑎 Phương trình mơ tả quan hệ điện-cơ
𝑀𝑒(𝑡) − 𝑀𝑐(𝑡) = 𝐽𝑑𝜔(𝑡) 𝑑𝑡 Laplace các phương trình mơ tả động cơ
𝑉𝑎(𝑠) = 𝐸𝑎(𝑠) + 𝑅𝑎. 𝐼𝑎(𝑠) + 𝐿𝑎. 𝑠. 𝐼𝑎 𝐸𝑎(𝑡) = 𝑘𝑒 . 𝛷. 𝜔𝑟(𝑠)
Suy ra
𝐼𝑎(𝑠) = 𝑉𝑎(𝑠) − 𝑘𝑒 . 𝛷. 𝜔𝑟(𝑠) 𝐿𝑎. 𝑠 + 𝑅𝑎
𝜔𝑟(𝑠) =𝑘𝑀. 𝛷. 𝐼𝑎(𝑠) − 𝑀𝑐(𝑠) 𝐽. 𝑠
2.5.2 Mô phỏng động cơ DC sử dụng Matlab Simulink
a) Sơ đồ mô phỏng
Chọn các khối sử dụng để mô phỏng trong Simulink Library
+ Thư viện Sources ( tín hiệu vào): lấy khối “Constant” và khối “Step”
+ Thư viện Continuous: Lấy khối “Transfer Fcn”
+ Thư viện Math Operation: Lấy khối “Gain” và khối “Sum”
+Thư viện Sinks (tín hiệu ra): Lấy khối “Scope”
Hình 2. 18 Sơ đồ mơ hình hóa Động cơ điện 1 chiều
Sau khi thiết lập mơ hình mơ phỏng ta cần thiết lập các thơng số cho các khối
• Thiết lập tín hiệu đầu vào Va ( điện áp phần ứng)
Hình 2. 20 Thiết lập thơng số đầu vào khối Step
• Thiết lập các thơng số truyền
Hình 2. 22 Thiết lập tơng số hàm Transfer Fcn1
Hình 2. 23 Thiết lập thơng số hàm Gain
Hình 2. 24 Thiết lập thơng số khối Scope
3.3 Tính tốn, kiểm nghiệm kết quả mơ phỏng
Chọn các thông số Va=220; Mc=100; Ra= 0.5; La = 0.0003; Km_Phi = 0.8; Ke_Phi = 0.8; J= 0.0167;
Hình 2. 25 Nhập thơng số để chạy mơ hình
Động cơ hoạt động khi khơng tải Mc= 0
Hình 2. 27 Tại thời điểm động cơ hoạt động không tải Mc=0
Kết quả mơ phỏng
Hình 2. 29 Đồ thị bao gồm cả 3 đường Tốc độ, Dòng điện và Momen Phần code để xây dựng đồ thị Phần code để xây dựng đồ thị figure() subplot(3,1,1) plot(Time.time,Speed); title('Toc do quay w'); xlabel('Thoi gian t(s)');
ylabel('Toc do 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 do dong dien Ia (A)'); grid on
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
2.6 Kết luận chương 2
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ điện. Ở chương 2 ta đi vào tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ điện DC kích từ độc lập đây là một trong các động cơ được sử dụng trong hệ thống truyền động trên xe
Tìm hiểu về phần mềm Matlab Simmulink, đây là phần mềm được ứng dụng sử dụng trong quá trình học tập và nghiên cứu. Ta áp dụng phần mềm Matlab Simmulink để xây dựng mô phỏng nguyên lý hoạt động của động cơ điện qua đó hiểu được các thơng số của động cơ điện như momen xoắn, dịng điện cảm ứng, và tốc độ vòng tua máy khi động cơ hoạt động sẽ thay đổi như thế nào
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Thơng số chọn động cơ Công suất định mức 𝑃𝑑𝑚 110KW Tốc độ định mức 𝑛𝑑𝑚 1800 rpm Điện áp định mức 𝑈𝑑𝑚= Va= 220V Điện trở phần ứng Ra 0,5 Điện cảm La 0,0003 H Momen quán tính J 0,0167 (kg.𝑚2) Từ thông định mức 300 V Tốc độ định mức động cơ 𝜔𝑑𝑚 =𝑛𝑑𝑚.2𝛱 60 = 1800.2𝛱 60 = 188,5 (rad/s) Tốc độ không tải 𝑘. 𝛷 = 𝑀𝑑𝑚 𝐼𝑑𝑚 =0,8 𝜔0 = 𝑈𝑑𝑚 𝑘.𝛷 = 220 0,8 = 275 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) suy ra 𝑛0 = 2626(𝑟𝑝𝑚) Hình 3. 1 Dữ liệu đồ thị tốc độ
Phương trình cân bằng điện áp
𝑈𝑑𝑚 = 𝐸𝑑𝑚+ 𝑅ư. 𝐼𝑑𝑚 𝑅ư =𝑼𝒅𝒎
𝑰𝒌𝒅= 𝟐𝟐𝟎
𝟑𝟗𝟑,𝟔 = 0,55 Ω (sát với Ra = 0,5 chọn từ ban đầu)
Hình 3. 2 Kết quả đồ thị dịng điện so với tính tốn
𝐸𝑑𝑚= 𝑘. 𝛷. 𝜔𝑑𝑚 = 0,8. 188,5=150,8 (V) Udm= 𝐸𝑑𝑚+ 𝑅ư. 𝐼𝑑𝑚= 150,8 + 0,55.125,1= 219,605 ( V) sai số 0,17% Hệ số khi mở máy 𝐾𝑚𝑚 = 𝐼𝑘𝑑 𝐼𝑑𝑚 =393,6 125,1 = 3,15 → 𝐼𝑘𝑑 = 3,15. 𝐼𝑑𝑚
𝑀𝑘𝑑=3,15. 𝑀𝑑𝑚 =3,15.100,1=315,315 (N.m) ( sát với kết quả mô phỏng trên đồ thị)
𝜔𝑑𝑚 = 𝑈𝑑𝑚
𝑘.𝜙 − 𝑅ư
𝑘.𝜙𝐼𝑑𝑚 =220
0,8 −0,55
0,8 . 125,1=188,9 (rad/s) = 1804 (rmp)> 1800(rmp) (thông số chọn ban đầu ) sai số 0,2%
𝜔𝑑𝑚 = 𝑈𝑑𝑚 𝑘.𝜙 − 𝑅ư (𝑘.𝜙)2𝑀𝑑𝑚 =220 0,8 - 0,55 0,82. 100,1 = 188,97 (rad/s) = 1804(rmp) sai số 0,2% Độ sụt tốc ∆ω = 𝑅ư (𝑘.𝜙)2𝑀𝑑𝑚=0,55 0,82. 100,1=821(rpm)
Theo lý thuyết độ sụt tốc là 2626-1800= 826(rpm) > theo mô phỏng 821(rpm)
KẾT LUẬN
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, em đã đưa ra kết quả mô phỏng về động cơ điện về các thơng số động cơ, những đặc tính cơ bản của một loại động cơ điện điển hình. Qua đồ án tốt nghiệp này, em đạt được các kết quả sau: – Những mặt ưu cũng như khuyết điểm của xe điện để chúng ta có thể nhìn nhận và đánh giá về hiệu quả cuối cùng của nó
– Tìm hiểu được một cách khái quát về nguyên lý truyền động của động cơ điện
– Tính chọn được thơng số của một động điện dựa trên các số liệu tính tốn trên phần mềm Matlab
– Trở thành một nguồn tài liệu tham khảo cho những sinh viên, nghiên cứu sinh muốn tìm hiểu, cải tiến và chế tạo ra những động cơ điện thế hệ mới, phục vụ con người.
Hạn chế
Do thời gian tìm hiểu và nghiên cứu khá ngắn và việc làm đồ án cũng như đề tài còn khá mới nên còn nhiều hạn chế như:
– Chưa tìm hiểu được thực sự sâu về chủ đề.
– Chưa thực nghiệm thực tế nên không kiểm nghiệm được tính chính xác của các tính chọn đã đưa ra trong nội dung đồ án.
– Chưa được kiểm nghiệm qua mơ hình thực tế nên chưa có đánh giá chính sác về các thơng số
Kết luận
Sau quá trình 9 tuần thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã có những kiến thức cơ bản để mô phỏng đánh giá thông số của động cơ điện, hiệu quả của việc sử dụng động cơ điện so với sử dụng động cơ đốt trong
Qua đồ án tốt nghiệp này, em càng hiểu thêm về việc ứng dụng phần mềm vào việc phân tích các bài tốn, các đối tượng, đề nắm rõ hơn về nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng nó vào thực tế
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Văn Dũng. 2007. Hệ thống điện điện tử ô tô hiện đại. NXB SPKT
TPHCM, 2007.
[2] Đỗ Văn Dũng. 2007. Hệ thống điện động cơ. 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 Xuân Nam ,2013. Mơ hình hóa và mơ phỏng. 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 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.
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.