Mục lục Lời giới thiệu Chương 1. Giới thiệu khái quát về động cơ điện một chiều Chương 2. Xây dựng mô hình động cơ và các mạch vòng điều chỉnh 2.1 Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều và các chế độ xác lập, quá độ của nó. 2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện và điều chỉnh tốc độ. Chương 3. Mô phỏng các đặc tính của động cơ bằng Simulink. 3.1 Lựa chọn các thông số cho mô phỏng.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Mục lục
Lời giới thiệu
Chương 1. Giới thiệu khái quát về động cơ điện một chiều
Chương 2. Xây dựng mô hình động cơ và các mạch vòng điều chỉnh
2.1 Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều và các chế độ
xác lập, quá độ của nó.
2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
và điều chỉnh tốc độ.
Chương 3. Mô phỏng các đặc tính của động cơ bằng Simulink.
3.1 Lựa chọn các thông số cho mô phỏng.
3.2 Mô phỏng các trường hợp cụ thể của động cơ
3.3 Nhận xét về kết quả mô phỏng thu được
Kết luận
Lôøi giôùi thieäu
§èi vêi kü s ®iÒu khiÓn - tù ®éng hãa nãi riªng vµ nh÷ng ngêi nghiªn cøu khoa häc - kü thuËt nãi chung, m« pháng lµ c«ng cô quan träng cho phÐp kh¶o s¸t c¸c ®èi tîng, hÖ thèng hay qóa tr×nh - vËt lý, mµ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã ®èi tîng hay hÖ thèng thùc. §îc trang bÞ c«ng cô m« pháng m¹nh vµ cã hiÓu biÕt vÒ c¸c ph¬ng ph¸p m« h×nh hãa, ngêi kü s sÏ cã kh¶ n¨ng rót ng¾n thêi gian vµ gi¶m chi phÝ nghiªn cøu - ph¸t triÓn s¶n phÈm mét c¸ch ®¸ng kÓ. §iÒu nµy ®Æc biÖt co ý nghÜa khi s¶n phÈm lµ c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ kü thuËt phøc hîp víi gi¸ trÞ kinh tÕ lín
§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ngµy nay vÉn ®îc sñ dông kh¸ réng r·i bëi nh÷ng tÝnh n¨ng u viÖt mµ nã mang l¹i nh: kh«ng cÇn nguån xoay chiÒu , thùc hiÖn viÖc thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ mét c¸ch dÔ dµng v.v…ChÝnh v× nhng lÝ do ®ã mµ em chän ®éng c¬ mét chiÒu lµ ®èi tîng ®Ó m« pháng trong bµi lµm cña m×nh.
Chương 1- Khái quát về động cơ một chiều 1.1 - Cấu tạo chung của động cơ một chiều:
Máy điện một chiều có thể là máy phát hoặc động cơ điện và có cấu tạo giống
nhau. Những phần chính của máy điện một chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) và
phần ứng (phần quay).
1.1.1- Phần cảm (stator)
Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là
vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dòng điện chạy trong
dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau.
Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông. Ngoài ra máy điện một chiều còn
có nắp máy, cực từ phụ và cơ cấu chổi than.
Hình 1.1 Cực từ chính
1.1.2- Phần ứng (rotor)
Phần ứng của máy điện một chiều còn gọi là rôto, gồm lõi thép, dây quấn phần
ứng, cổ góp và trục máy.
Hình 1.2 Lá thép rôto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều
a) Phần tử dây quấn; b) Bố trí phần tử dây quấn
1. Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm,
phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ thông gió và rãnh để đặt
dây quấn phần ứng (hình 1.2).
2. Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong các
rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vòng kín. Phần tử của dây quấn là
một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của
vành góp (hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai
cực từ khác tên (hình 1.3b).
3. Cổ góp (vành góp) hay còn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồng hình
đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện với nhau và cách điện
với trục máy.
Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy…
1.2- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Trên hình 1.4 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây
quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong
từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác dụng lên
rôto, làm quay rôto. Chiều lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay trái
(hình 1.4a).
Hình 1.4 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau (hình
1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biến đổi
thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác
dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rôto cũng theo một chiều nhất định, đảm
bảo động cơ có chiều quay không đổi.
1.3 Các trị số định mức của động cơ điện một chiều
Chế độ làm việc định mức của máy điện nói chung và của động cơ điện một
chiều nói riêng là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy
định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là
những đại lượng định mức.
1. Công suất định mức Pđm (kW hay W).
2. Điện áp định mức Uđm (V).
3. Dòng điện định mức Iđm (A).
4. Tốc độ định mức nđm (vòng/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ…
Chú ý: Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối với máy
phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối với động cơ đó là
công suất đưa ra trên đầu trục động cơ.
1.4 Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa theo cuộn kích từ, động cơ một chiều có các loại như sau:
- Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ song song.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp.
Chương 2- Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều
và các mạch vòng điều chỉnh động cơ
2.1 Động cơ điện một chiều và chế độ xác lập, quá độ của nó.
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ
thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ
vài W đến vài MW. Giản đồ kết cấu chung của Đ như hình 1.5, phần ứng được
biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E, ở phần stato có thể có vài
dây quấn kích từ: dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN,
dây quấn cực từ phụ CF và dây quấn bù CB. Hệ thống các phương trình mô tả Đ
thường là phi tuyến, trong đó các đại lượng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường
là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ Uk; tín hiệu ra thường là tốc độ góc của
động cơ ω, mômen quay M, dòng điện phần ứng I, hoặc trong một số trường hợp
là vị trí của rôto φ. Mômen tải Mc là mômen do cơ cấu làm việc truyền về trục
động cơ, mômen tải là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ truyền điện tự động.
Hình 2.1 Giản đồ thay thế động cơ một chiều.
2.1.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp uk nào đó thì trong dây quấn kích từ
sẽ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ. Tiếp đó đặt một
giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện
chạy qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành
mômen điện từ, giá trị của mômen điện từ được tính như sau:
M = (2.1)
Trong đó: p’ - số đôi cực của động cơ;
N - số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ;
a - số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng;
k = p’N/2пa - hệ số kết cấu của máy.
Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phần ứng
quét qua từ thông và trong các dây dây quấn này cảm ứng sức điện động (sđđ):
E = (2.2)
Trong đó: ω - tốc độ góc của rôto.
Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng điện
áp phần ứng:
(2.3)
Trong đó Rư- điện trở mạch phần ứng của động cơ.
Từ các phương trình (1.1) và (1.3) có thể vẽ được họ đặc tính cơ M(ω) của
động cơ một chiều khi từ thông không đổi, hình 2.2.
Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
khi từ thông không đổi.
2.1.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều
Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các phương
trình mô tả sơ đồ thay thế hình 1.5 như sau:
* Mạch kích từ, có hai biến dòng điện kích từ ik và từ thông Φ là phụ thuộc phi