Mô phỏng điều khiển động cơ dc kích từ độc lập sử dụng phần mềm matlab với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần

ĐỒ ÁN MÔN HỌCGVHD : Trần Quang ThọSINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:Nguyễn Văn Minh. 16342035Hồ Cát Vinh. 16342072Đề tài : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB VỚI MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN TOÀN PHẦNNội dungPhần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾTPhần II : TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRONG MATLABPhần III : KẾT LUẬNPhần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều: Gồm 2 phần chính :Phần tĩnh (Stator)Cực từ chính.Cực từ phụ.Gông từ.Phần quay (Rotor)Lõi thép phần ứng.Dây quấn phần ứng.Cổ góp.Cơ cấu chổi than.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay.Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.Do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Eư. Phương trình điện áp là:2. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.2.1 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ được cấp điện từ nguồn một chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rotor.Khái niệm - Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau. - Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ, dùng để xác định điểm làm việc xác lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệthống truyền động điện. - Đặc tính tốc độ của động cơ điện là mặt phẳng tọa độ giữa ω với momen ω= f(I).- Đặc tính cơ của động cơ điện là mặt phẳng tọa độ giữa ω với momen ω= f(M). Phương trìnhPhương trình đặc tính tốc độ.Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên.Phương trình đặc tính tốc độ nhân tạo.Phương trình đặc tính cơ.Phương trình đặc tính cơ nhân tạo.Phương trình đặc tính cơ tự nhiên. 2.2 Mở máy động cơ kích từ động lập.Vấn đề mở máy: dòng Imm lớnMmm lớn => động cơ dễ mở máy.Cháy lớp cách điện của dây quấn.Cháy dây dẫn điện.Biến dạng rãnh stator.Cách khắc phụcGiảm Uư khi mở máy.Giữ Uư = Uư đm thì thêm Rf vào mạch phần ứng.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng. Ở đây chúng ta sẽ xét phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng vì đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :- Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau, song song và có cùng độ cứng.- Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U<Uđm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ.Đặc điểm - Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.- Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1.Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤ Uđm).Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay đổi trơn điện áp ra.PHẦN II :TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRONG MATLAB.1. Lựa chọn mô hình: Speed Control of a DC Motor using BJT H-Bridge.Nguyên lí hoạt động:Bipolar Junction Transistor (BJT) hoạt động như một IGBT. Khi đang tiến hành (BJT hoạt động ở vùng bão hoà), một điện áp thuận Vf được khai triển giữa bộ thu và bộ phát (trong khoảng 1V).Khối IGBT không mô phỏng dòng cổng điều khiển BJT hoặc IGBT. Việc chuyển đổi được điều khiển bởi một tín hiệu mô phỏng (1/0). Động cơ DC sử dụng mô hình đặt sẵn trước (5 HP 240V 1750 rpm). Điện áp trung bình thay đổi 0 - 240 V khi chu kỳ làm việc dao động 0 -100%.Cầu H bao gồm bốn cặp BJT / Diode (BJT mô phỏng theo mô hình IGBT). Hai transistors được bật đồng thời: Q1 và Q4 hoặc Q2 và Q3. Khi Q1 và Q4 được kích hoạt, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn Vcc đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận và diode D2-D3 hoạt động như diode quay tự do khi Q1 và Q3 tắt. Khi Q2 và Q3 được kích hoạt, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn Vcc đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược. và diode D1-D4 hoạt động như diode quay tự do khi Q2 và Q3 tắt.2.Tìm hiểu cách thức hoạt động của mô hình:Biểu diễn thay đổi tốc độ động cơ.Trường hợp 1: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 75% (điện áp DC trung bình là 180V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải. Điện áp trung bình có thể thay đổi từ 0 đến 240 V khi chu kỳ làm việc (quy định trong khối Máy phát xung) dao động từ 0 đến 100%.Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải. Trường hợp 2: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 50% (điện áp DC trung bình là 120V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.Scope 1 cho thấy tốc độ động cơ, dòng điện phần ứng và mô men tải .Trường hợp 3: Động cơ bắt đầu theo chiều dương với chu kỳ hoạt động là 100% (điện áp DC trung bình là 240V). Tại t = 0.5 giây. Điện áp phần ứng đột ngột đảo ngược và động cơ chạy theo hướng âm.Scope 2 cho thấy các dòng chảy trong BJT Q3 và diode D3.PHẦN III: KẾT LUẬNƯu điểm:Cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt.Thiết bị đơn giản hơn và rẻ tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha. Nhược điểm:Chưa thể điều khiển tốc độ bằng hai phương pháp thay đổi từ thông và thay đổi điện trở phụ ở mạch phần ứng. Độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều thấp hơn sơ với động cơ không đồng bộ do có hệ số tiếp xúc chổi than.Khả năng áp dụng trong thực tế: Được sử dụng rất rộng rãi.Trong công nghiệp, được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng.Có đặc tính làm việc rất tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng không).Nhận xét của bản thân đối với vấn đề của đề tài:Trong quá trình tìm hiểu nhóm gặp khá nhiều khó khăn trong việc tìm hiểu phần mềm Matlab, nhưng với sự kiên trì, tích cực tìm kiếm từ nhiều nguồn tài liệu, nhóm đã tự trang bị cho mình một chút kiến thức về phần mềm Matlab. Tự nhận thức được do kiến thức còn hạn chế nên chưa đi sâu được nhiều vấn đề trong việc mô phỏng mô hình động cơ DC kích từ độc lập.Kết thúcxin cám ơn