VII. ÂP DỤNG CƠNG THỨC MASON VĂO SƠ ĐỒ KHỐI.
MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ DC.
Sơ lược về câc lọai động cơ DC:
Motor DC cĩ thể được xếp thănh 2 loại : loại cĩ từ thơng thay đổi được vă loại khơng cĩ từ thơng thay đổi được.
-Trong loại thứ nhất: Từ trường được tạo bởi cuộn cảm. Mă cuộn cảm thì đấu với 1 từ trường ngoăi. Loại động cơ năy lại được cĩ thể chia lăm 2 loại: kích từ nối tiếp vă kích từ riíng.
H.5_19a, ký hiệu của động cơ DC kích từ nối tiếp. Cuộn cảm đấu nối tiếp với phần ứng. H.5_19b động cơ nối tiếp kích từ riíng. Cuộn cảm câch ly với phần ứng vă được cấp điện bởi 1 nguồn điện khâc.
+ Trong loại kích từ nối tiếp, từ thơng trong động cơ thì tỷ lệ với dịng điện cảm, mă dịng năy thì thay đổi, sự liín hệ giữa moment vă vận tốc thường lă phi tuyến. Như vậy loại động cơ năy chỉ dùng trong những ứng dụng đặt biệt cần đến moment lớn với vận tốc thấp. Momen của motor giảm rất nhanh khi vận tốc tăng.
+ Đối vối loại kích từ riíng từ thơng thì độc lập với dịng điện ứng. Vì vậy nĩ cĩ thể được điều khiển từ bín ngoăi trong 1 phạm vi rộng.
-Trong loại thứ 2 motor DC cĩ từ thơng khơng đổi, từ trường phần cảm lă do 1 nam chđm vĩnh cửu vă khơng thay đổi . Loại năy gọi lă PM motor.
Điều năy khiến đặc tuyến moment-vận tốc tương đối tuyến tính.
Câc động cơ DC qui ước đều cĩ chổi vă cổ gĩp. Nhưng hiện nay cĩ loại động cơ DC mă cổ gĩp được thay bằng bộ phận điện tử . Loại năy được gọi lă động cơ DC khơng chổi(đDC brushless motor).
Mơ hình hĩa động cơ DC:
Vì câc động cơ DC được dùng rất nhiều trong câc hệ điều khiển ta cần quan tđm tới việc thiếp lập 1 mơ hình tôn học cho chúng.
Sau đđy ta khai triển mơ hình tôn học cho 2 lọai động cơ DC kích từ riíng vă loại kích từ bằng nam chđm vĩnh cữu (PM.motor).
• Động cơ DC kích từ riíng:
Phần ứng được mơ hình hĩa như lă 1 mạch với điện trở Ra, nối tiếp với 1 cuộn cảm La. Một nguồn điện thế Eb biểu diễn cho sức điện động sinh ra trong phần ứng khi rotor quay.
Phần cảm được biểu diễn bằng 1 điện trở Rf nối tiếp với 1 cuộn điện cảm Lf . Từ thơng trong khe từ lă rỗng.
Câc biến số vă thơng số tĩm tắt như sau: Ea(t): điện thế phần ứng.
Ef(t): điện thế phần cảm. Ra: điện trở phần ứng.
Eb(t): suất điện động trong phần ứng. Rf: điện trở phần cảm.
La: điện cảm phần ứng. Lf: điện cảm phần cảm. I a(t): dịng điện phần ứng.
I f(t): dịng điện phần cảm. Ki: hằng số moment.
Kb: hằng số suất điện động phần ứng.
Tm(t): moment được khai triển bởi động cơ. Jm: quân tính của rotor.
Bm: hệ số ma sât trượt. θm(t):gĩc dời của rotor. ωm(t):vận tốc dăi của rotor. TL(t): moment tải.
Giả sử ef(t) được cung cấp 1 câch hiệu quả để cho if(t) khơng đổi. Sự điều khiển được đặt lín 2 đầu phần ứng dưới dạng điện thế ea(t). Vă để phđn giải tuyến tính ta giả sử thím:
1- Từ thơng ở khe từ thì tỷ lệ với dịng điện cảm.
2- Moment khai triển bởi động cơ thì tỷ lệ với từ thơng trong khe từ vă dịng điện ứng . Vì K mKf If lă hằng số, nín:
Tm(t)=Ki ia(t) (5.65) Ki lă hằng số moment.
Bắt đầu với điện thế điều khiển ở ngõ văo câc phương trình nhđn quả của hệ được viết lại: dia(t) dt = La1 ea(t) − RaLaia(t) − La1eb(t)(5.66) Tm(t)=Ki ia(t) (5.67) eb(t) =Kbdθm(t) dt =Kbωm(t)(5.68) d2θm(t) dt2 = Jm1 Tm(t) − Jm1 TL(t) − BmJmdθmdt(t) (5.69)
Trong đo,ù TL(t) lă moment tải(cản). Một câch tổng quât TL(t) biểu diễn 1 moment mă động cơ phải vuợt quâ mới cĩ thể thay đổi được. TL(t) cũng cĩ thể lă moment ma sât khơng đổi thí dụ ma sât culomb.
* Câc phương trình (5.66) đến (5.69) lă nguyín nhđn của câc nguyín nhđn.
Phương trình (5.56) xem diat)/dt lă hậu quả trung gian do ea(t) gđy ra. Trong phương
trình (5.57) ia(t) tạo nín moment Tm(t).
Phương trình (5.68) định nhgĩa suất điện động phần ứng vă cuối cùng trong phương trình (5.69) moment gđy ra gĩc dời ?m.
Câc biến số trạng thâi của hệ cĩ thể được định nhgĩa lă ?m , Wm vă ia.
Câc phương trình trạng thâi của động cơ DC , được viết dưới dạng ma trận (5.70):
[
dia(t) dt dωm(t) dt dθm(t) dt]
=[
−Ra La Ki Jm 0 −Kb La −Bm Jm 1 0 0 0]
.[
ia(t) ωm(t) θm(t)]
+[
1 La 0 0]
.ea(t) −[
0 1 Jm 0]
.TL(t)(5.70)Nhớ lă trong trường hợp năy TL(t) lă input thứ 2 trong câc phương trình trạng thâi. Đồ hình trạng thâi của hệ được vẽ ở hình H.5_27, bằng câch dùng phương trình (5.70). Hăm chuyển giữa độ dời vă điện thế suy được từ đồ hình trạng thâi.
θm(s)
Ea(s) = Ki
LaJmS3 + (RaJm+BmLa)S2 + (KbKi+RaBm)S (5.71) Trong đĩ TL đặt ở Zero.
