Đồ án 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

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
 ĐỒ ÁN MÔN HỌC
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
 Mã số lớp HP: PRED410945_16_2_04
 GVHD : Trần Quang Thọ
 Nhóm thực hiện: Minh-Vinh 
 Học kỳ 2- Năm học 2016- 2017
 TP.HCM, tháng 5/ 2017 HỌ TÊN SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
 1. Nguyễn Văn Minh. 16342035
 2. Hồ Cát Vinh. 16342072
Điểm: 
Nhận xét của GV:
 ...........................................................................................................................................
 ...........................................................................................................................................
 ...........................................................................................................................................
 ...........................................................................................................................................
 ...........................................................................................................................................
 ...........................................................................................................................................
 GV ký tên MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................................5
PHẦN NỘI DUNG........................................................................................................................................6
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................................................6
 1.1.TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................................................................................6
 1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều ...................................................................................................6
 1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều...........................................................................7
 1.2. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP...........................................................8
 1.2.1 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập....................................................................8
 1.2.2 Mở máy động cơ kích từ độc lập .................................................................................................10
 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP...11
 1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông ..........................................................................11
 1.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng...............................................12
 1.3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng............................................................13
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐÔC LẬP TRONG 
MATLAB.....................................................................................................................................................16
 2.1. Lựa chọn mô hình : ......................................................................................................................................16
 2.2. Tìm hiểu cách thức hoạt động của mô hình...............................................................................................17
 2.2.1 Thiết bị trong mô hình................................................................................................................17
 2.2.2 Mô tả nguyên lý hoạt động:........................................................................................................21
 2.2.3 Biểu diễn thay đổi tốc độ động cơ ..............................................................................................21
PHẦN KẾT LUẬN .....................................................................................................................................26
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................27 PHẦN MỞ ĐẦU
 -Lý do chọn đề tài :
 Động cơ điện một chiều 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 và 
 rẻ tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha. Vì một số ưu điểm như vậy 
 cho nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp.
- Mục tiêu của đề tài: Trang bị những kiến thức cơ bản về động cơ điện một chiều 
 kích từ độc lập, cũng như vai trò của mạch chỉnh lưu toàn kỳ trong việc điều khiển 
 tốc độ động cơ. Hiểu được mô hình làm việc của một số mô hình Demo trong 
 Matlab về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách thức làm việc của động cơ một 
 chiều kích từ độc lập.
- Phương pháp thực hiện đề tài: Chủ động, tích cực (tìm hiểu và xây dựng mô 
 hình mô phỏng động cơ, tham khảo tài liệu, )
 • Làm việc theo nhóm (thuyết trình, tranh luận theo sự phân công của 
 nhóm trưởng)
 • Liên hệ chặt chẽ với giảng viên (trực tiếp trên lớp hoặc gián tiếp qua email, 
 điện thoại )
 • Gắn học tập với thực hành mọi lúc, mọi nơi.
 5 PHẦN NỘI DUNG
 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính: 
Phần tĩnh ( Stato)
Gồm các bộ phận chính sau: 
Cực từ chính: là bộphận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ. 
+ Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1) mm ép lại và tán chặt. 
+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện. 
Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu. 
Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện. 
- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện 
và đổi chiều 
+ Lõi thép cực từphụcó thểlà một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế 
độlàm việc. 
Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối với 
dây quấn phần ứng. 
Gông từ: dùng đểlàm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏmáy. 
Phần quay ( roto)
Bao gồm các bộphận chính sau:
- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 
0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy 
gây lên. 
 6 Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục. 
Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto. 
Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. 
Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện. 
Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn. 
Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ 
nhật. 
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. 
Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
1.1.2 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 F đt 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. Ở động cơ 
điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đông Eư còn 
được gọi là sức phản diện.
Phương trình điện áp là
 7 1.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch 
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động 
cơ kính từ độc lập.
 Hình 1.1 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 rôto.
1.2.1 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 
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. 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) 
1.2.1.1 Đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
* Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:
 R
 U u u
  .Iu
 K E . đm K E . đm
* Phương trình đặc tính tốc độ nhân tạo:
 Uu Ru Rf
  .Iu
 KE .đm KE .đm
 8 U
  u
*Khi không tải: Iư = Ic=0 => (Tốc độ không tải lý tưởng)
 K E . đm
 Ru
*aTN(tự nhiên)= : Hệ số góc (độ dốc)
 K E . đm
  a .I : độ sụt tốc độ
* TN u
*Eư = K E .đm  . : sứt điện động 
Với 
 p.N
Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: E .. K ..
 u 2 a E
 p.N
 K E : là hệ số kết cấu của động cơ.
 2 a
 P: Số đôi cực từ chính.
 N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
 a: Số mạch nhánh song song của cuộn ứng. 
 đm ≡ IKTđm
  ≡ IKT : từ thông kích từ dưới một cực từ
1.2.1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
 Phương trình đặc tính cơ nhân tạo:
 U u (Ru R f )
  2 .M
 K E . đm K E . đm 
 Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
 U uđm Ru
  2 .M
 K E . đm K E . đm 
 9 Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const, thì các phương trình 
đặc tính tốc độ và phương trình đắc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn 
trên Hình1.2 và Hình 1.3 là những đường thẳng.
 Hình 1.2: Đặc tính tốc độ (cơ điện) Hình 1.3: Đặc tính cơ
 Theo các đồ thị trên, khi I ư=0, M=0 , ta có:
 Tốc độ ω o được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ . Đó là tốc độ lớn 
nhất của động cơ mà không thể đạt được ở chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra trường 
hợp Mc = 0.
 U u
 Khi ω = 0 , ta có I u .I nm M K E .I nm M nm
 Ru . R f .
Mômen Mnm và Inm gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch. Đó là giá trị 
mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ mà tốc độ 
bằng 0. Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở máy và khi động cơ đang chạy mà bị 
dừng lại vì bị kẹt hoặc tải lớn quá kéo không được. Dòng điện I nm này lớn và thường 
bằng: Inm = (10 ÷20)Iđm
 Nó có thể gây cháy hỏng động cơ nếu hiện tượng tồn tại kéo dài.
1.2.2 Mở máy động cơ kích từ độc lập
* Vấn đề mở máy:
 Uuđm Eu Uuđm KE.đm.n
 I u 
 Ru Ru
Khi mở máy : n=0 => Eư mm = 0
 10 (0,04 ÷ 0,05 ).U uđm
Thường : Ru 
 I đm
Thay vào Iư đm = (20 ÷ 25). Iđm
Dòng Imm lớn :
 -Mmm lớn => động cơ dễ mở máy.
 - Cháy lớp cách điện của dây quấn.
 - Cháy dây dẫn điện.
 - Biến dạng rãnh stator.
 -
* Cách khắc phục:
 U uđm
 Iư mm = (1,8 ÷ 2,5). Iđm = 
 R u
 Cách 1 :Giảm Uư khi mở máy.
 Cách 2 : Giữ Uư = Uư đm thì thêm Rf vào mạch phần ứng.
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ 
 ĐỘC LẬP
 Khi xem xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, 
ta đã biết quan hệ ω=f(M) phụ thuộc các thông số điện U, φ, RưΣ. Sự thay đổi các thông 
số này sẽ cho những họ đặc tính cơ khác nhau. Vì vậy, với cùng một mômen tải nào đó, 
tốc độ động cơ sẽ khác nhau ở các đặc tính cơ khác nhau. Như vậy, động cơ điện một 
chiều kích từ độc lập có thể được điều chỉnh tốc độ bằng các phương pháp sau đây:
1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
 Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động 
cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp này chỉ cho phép 
tăng điện trở vào mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt ≤ Iktđm) 
do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và 
có tốc độ không tải lớn hơn. Họ đặc tính giảm từ thông như hình1.4:
 11