Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa (pbl2) đề tài thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁN YÊU CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤTĐỘNG CƠ 1.1 Tổng quan về hệ thống: 1.1.1 Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài: - Dự án nà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

 ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 2

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (PBL2)

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

Hướng dẫn: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG

Trợ giảng: HUỲNH QUỐC HÙNG

Nhóm thực hiện: NHÓM 3

Thành viên: NGUYỄN VĂN PHỤC

NGUYỄN QUANG REN NGUYỄN LƯƠNG TÀI NGUYỄN THANH TẨN PHAN MINH THUẬN Nhóm học phần: 19.33

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐÀ NẴNG, 2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁN YÊU CẦU CỦA

TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 6

1.1 Tổng quan về hệ thống: 6

1.1.1 Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài: 6

1.1.2 Xây dựng sơ đồ tổng quát hệ truyền động điện: 7

1.2 Tính toán yêu cầu của tải: 9

1.2.1 Tính toán các thông số yêu cầu của tải: 9

1.2.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 13

1.2.3 Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ: 14

1.3 Tính chọn công suất động cơ: 21

1.3.1 Tính chọn động cơ: 21

1.3.2 Kiểm nghiệm các thông số điện cơ của động cơ: 23

1.3.3 Kiểm nghiệm động cơ bằng mô phỏng MATLAB / SIMULINK: 26

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 30

2.1 Tính chọn bộ biến đổi công suất: 30

2.1.1 Phân tích chọn bộ biến đổi công suất: 30

2.1.2 Tổng quan về bộ chỉnh lưu kép 3 pha: 30

2.1.3 Tính chọn linh kiện cho bộ chỉnh lưu kép ba pha: 34

2.2 Thiết kế mạch điều khiển phát xung: 35

2.3 Mô phỏng bộ biến đổi công suất: 35

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN, VÀ HOÀN THIỆN SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG TOÀN HỆ THỐNG 40

3.1 Tính chọn phần đo lường: 40

3.1.1 Tính chọn các cảm biến: 40

T201 40

T201 41

3.1.2 Phân tích các vấn đề của cảm biến: 41

3.2 Tính chọn vi điều khiển: 42

3.3 Phân tích nguyên lí hoạt động của toàn hệ thống: 45

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TỔNG HỢP PHẦN ĐIỀU KHIỂN 46

4.1 Xây dựng mô hình toán học của hệ: 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Error: Reference source not found

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁN YÊU CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT

ĐỘNG CƠ

1.1 Tổng quan về hệ thống:

1.1.1 Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài:

- Dự án này yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ hệ thống truyền động sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập với tải chuyển động tịnh tiến

- Yêu cầu hệ truyền động: điều khiển băng tải để vật có khối lượng M chuyển

động tịnh tiến (mô tả như Hình 1.1) với tốc độ mong muốn (mô tả như Hình 1.2) Cụ thể trong đề tài này ta chọn tải là vật có khối lượng 120 kg Nguồn

cấp cho hệ thống là nguồn xoay chiều 3 pha 220/380V

 T em : Mô men điện từ của động cơ

 u : Tốc độ mong muốn của tải

 f L : Ngoại lực

- Theo yêu cầu ta có tải ở dạng băng tải, để đáp ứng yêu cầu thì trục rotor của động cơ cần phải quay với tốc độ mong muốn và truyền động cho băng tải

- Từ đồ thị tốc độ mong muốn của tải được mô tả ở Hình 1.2 ta xác định được

các giai đoạn hoạt động của động cơ như sau:

 Khởi động, tăng tốc lên tốc độ mong muốn

 Hoạt động ổn định ở tốc độ mong muốn

 Hãm dừng, giảm tốc độ về 0

 Đảo chiều và tăng tốc lên theo chiều ngược lại

 Hoạt động ổn định ở tốc độ mong muốn

 Hãm dừng, giảm tốc độ về 0

1.1.2 Xây dựng sơ đồ tổng quát hệ truyền động điện:

- Từ yêu cầu chuyển động của tải ta đưa ra được mối quan hệ giữa các bộ phậncủa hệ truyền động:

 Tải chuyển động tịnh tiến được truyền động từ trục Rotor của động cơ

 Để động cơ hoạt động cần cấp một nguồn điện phù hợp với các thông

số định mức động cơ → cần có bộ biến đổi công suất.

 Để giám sát tốc độ động cơ cần phải có các cảm biến đo được các tín hiệu cần dùng → cần có các cảm biến dòng, cảm biến tốc độ.

 Từ các giá trị cảm biến thu được và giá trị mong muốn hệ truyền độngđáp ứng, ta sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ →

cần có bộ điều khiển

- Từ các phân tích trên ta đưa ra sơ đồ tổng quát của hệ truyền động điện:

Hình 1 3 Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động điện.

- Từ sơ đồ tổng quát hệ truyện động ta sẽ đi phân tích chức năng của từng khối

để rõ hơn nguyên lí hoạt động của hệ truyện động

 Khối động lực:

- Ta có sơ đồ tổng quát khối động lực như Hình 1.4, khối động lực gồm có các

phần chính là bộ biến đổi công suất, động cơ điện, hộp số và băng tải như hình vẽ Dưới đây là mô tả và chức năng của từ phần trong khối động lực:

 Bộ biến đổi công suất: Các bộ biến đổi thường dùng trong các hệ truyền động điện hiện đại là các bộ biến đổi điện tử công suất như bộ chỉnh lưu, bộ băm điện áp, bộ điều áp xoay chiều, bộ biến tần Cụ thể

ở đề tài này bộ công suất có nhiệm vụ biến đổi từ nguồn điện xoay chiều 3 pha cố định đã cho sang nguồn điện phù hợp cấp cho động cơ

 Động cơ: Sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập để truyền động cho tải Trục Rotor của động cơ có chức năng truyền động trực tiếp cho pulley băng chuyền

 Trong trường hợp chọn động cơ không đủ tải ta sẽ sử dụng hộp số để tăng momen của động cơ lên cho phù hợp với tải

 Băng tải: Pulley chuyển động quay và truyền động cho tải M chuyển động tịnh tiến thông qua băng tải

 Khối điều khiển:

Hình 1 5 Sơ đồ tổng quát khối điều khiển

- Ta có sơ đồ tổng quát khối điều khiển như Hình 1.5, khối điều khiển có chức

năng giám sát, tính toán và đưa ra các giá trị điều khiển cho phần động lực đểkết quả đầu ra bám sát yêu cầu mong muốn Dưới đây là mô tả và chức năng của từng phần trong khối điều khiển:

 Bộ cảm biến có chức năng đo và phản hồi các giá trị tốc độ góc và dòng điện của động cơ về bộ điều khiển

 Bộ điều khiển được lập trình các thuật toán điều khiển truyền động và điều chỉnh quá trình công nghệ Từ các thông tin phản hồi cùng với giá trị đặt mong muốn ở đầu vào, các thuật toán điều khiển thực hiện tính toán và đưa ra các giá trị điều khiển cần thiết để điều khiển tốc độthực của động cơ bám theo giá trị đặt mong muốn

1.2 Tính toán yêu cầu của tải:

- Từ mô tả bài toán ta đi tính toán các thông số yêu cầu của tải

- Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Phân tích và đưa ra phương án truyền động cho động cơ

1.2.1 Tính toán các thông số yêu cầu của tải:

- Ta chọn các thông số mong muốn cho tải:

 Khối lương tải: M = 120kg

 Bán kính Pulley: r = 0.15m

 Giả sử bỏ qua ma sát ổ trục và lực cản không khí

- Từ đồ thị tốc độ mong muốn được mô tả ở Hình 1.2 ta đi tính tốc độ góc ω m

tương ứng theo từng mốc thời gian thông qua biểu thức:

ω m = u

d

- Ta biểu diễn kết quả tính toán ở bảng sau:

Bảng 1.1 Tốc độ mong muốn theo thời gian.

 Dựa vào đồ thị Hình 1.6 ta xác định được quá trình hoạt động động cơ:

- Quán trình tải chạy tới:

 Từ 0 đến 1s: tốc độ quay của động cơ tăng từ ω m=0rad/s đến ω m=33.3

rad/s

 Từ 1 đến 3s: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ω m=33.3rad/s

 Từ 3 đến 3.5s: tốc độ quay của động cơ giảm về ω m=0rad/s

- Quán trình tải chạy lùi:

 Từ 3.5 đến 4s: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên

ω m=33.3rad/s

 Từ 4 đến 6s: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay

ω m=33.3rad/s

 Từ 6 đến 7s: tốc độ quay của động cơ giảm về ω m=0rad/s và dừng

 Áp dụng định luật II Newton để đưa ra phương trình cân bằng của hệ:

- Theo định luật II Newton ta có:

- Từ các kết quả tính toán của mô men điện từ ta tính được công suất tức thời cần đáp ứng của tải thông qua biểu thức:

P=T em ω m

- Ta biểu diễn kết quả tính toán ở Bảng 1.3:

Bảng 1 3 Công suất tức thời yêu cầu của tải theo thời gian.

- Từ hai Bảng 1.2 và Bảng 1.3 ta có được giá trị mô men cực đại và giá

trị công suất cực đại yêu cầu của tải:

 T em=179.82 (N.m)

 P=5988 (W)

- Từ đây ta vẽ được đồ thị biểu diễn tốc độ quay (ω m), momen điện từ (

T em) và công suất (P) yêu cầu của tải như Hình 1.7

(1.4)

Hình 1 7 Đồ thị tổng hợp tốc độ, mô men, công suất yêu cầu của tải.

 Tiếp theo ta đi tính mô men đẳng trị T đt và công suất đẳng trị P đt:

1.2.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

 Giới thiệu động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập là một động cơ trong đó phầnứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ Từ thôngchính được sinh ra bởi nguồn điện kích từ độc lập Dòng điện chạy quacuộn dây phần ứng từ nguồn điện phần ứng làm cho phần ứng hoạtđộng như một nam châm

 Những phần chính của động cơ điện một chiều gồm stator (phần cảm)

và rotor (phần ứng) Stator là một nam châm điện được cấp điện từnguồn điện một chiều, rotor có các cuộn dây quấn và được nối vớinguồn điện một chiều tạo ra dòng điện đặt trong từ trường, Phần ứng

và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ

 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: Khi đặt một điện ápvào phần úng của động cơ, trong dây quấn phần ứng có dòng điệnđược đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng tương hổ lên nhau tạo nênmomen tác dụng lên rotor, làm rotor quay Khi rotor quay với tốc độnhất định thì các thanh dẫn của dây quấn phần ứng sẽ cắt từ trường củaphần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây sinh ra sứcđiện động cảm ứng

 Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

- Mô men điện từ:

 M dt (t )=K M ϕi a (t)

1.2.3 Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ:

1.2.3.1 Các trạng thái hoạt động của động cơ:

- Sau khi tính toán mô men và tốc độ cần đáp ứng của động cơ ta xác định được các trạng thái hoạt động của động cơ:

Hình 1 8 Đồ thị trạng thái hoạt động của động cơ.

- Từ đồ thị biểu diễn các trạng thái hoạt động của động cơ Hình 1.8 và đồ thị tốc độ mong muốn Hình 1.6 ta xác định được các trạng thái hoạt động của

động cơ ở từng giai đoạn cụ thể:

 Từ 0 đến 3s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ I (chế độ động cơ)

 Từ 3 đến 3.5s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ II (chế độ máy phát)

 Từ 3.5 đến 4s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ III (chế độ động cơ)

 Từ 4 đến 7s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ IV (chế độ máy phát)

1.2.3.2 Chọn phương án khởi động động cơ:

- Với giá trị dòng điện khởi động lớn, sẽ không cho phép về mặt chuyển mạch

ở vành góp, sụt áp trên nguồn điện và gây xung lực trong các cơ cấu truyền động Mô-men khởi động lớn có thể gây vặn xoán, gãy trục nối giữa động

cơ với tải Tác hại này còn nghiêm trọng hơn đối với những hệ thống cần khởi động, hãm máy nhiều lần trong quá trình làm việc

 Giải pháp hạn chế dòng điện khởi động động cơ:

- Khởi động với trở phụ:

 Để giới hạn dòng điện khởi động nhưng đồng thời đảm bảo mô men

đủ mạnh để khởi động, thường chọn dòng khởi động khoảng bằng:

bớt điện trở phụ: I2=(1.2÷ 1.5) I a,đm

Hình 1 9 Sơ đồ mạch điên và đồ thị đặc tính cơ – điện của khởi động với trở phụ.

- Khởi động mềm:

 khởi động mềm là sử dụng bộ biên đổi điện tử để điều chỉnh trơn điện

áp phần ứng Va của động cơ, tăng dần từ một giá trị ban đầu Va Điện áp phần ứng được lập trình và cho phép đặt tham số để tăng theo quy luật tuyến tính/phi tuyến từ một giá trị được xác định đến một điện áp có định mức

(1.11)(1.12)(1.13)

Hình 1 10 Đồ thị mô tả khởi động mềm.

 Kết luận: Để tối ưu phần cứng cũng như giảm chi phí cho hệ thống, trong đề tài này ta chọn phương pháp khởi động mềm cho động cơ

1.2.3.3 Chọn phương án đảo chiều động cơ:

 Các phương pháp đảo chiều động cơ điện kích từ độc lập:

- Có hai cách để đảo chiều động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

 Đảo chiều điện áp phần ứng

 Đảo chiều từ thông kích từ

- Phương trình đặt trưng khi đảo chiều:

R a (đảo chiều từ thông kích từ)

 Kết luận: Để tối ưu phần cứng cũng như giảm chi phí cho hệ thống, trong đề tài này ta chọn đảo chiều động cơ điện kích từ độc lập bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng

1.2.3.4 Chọn phương án hãm dừng cho động cơ:

 Khái niệm chung:

- Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quaycủa rotor Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm là:

 Hãm tái sinh

 Hãm ngược

(1.14)

(1.15)(1.16)

- Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ hai hoặc thứ tư:

Hình 1 11 Đồ thị đặt tính cơ-điện của hãm tái sinh.

- Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ chỉ dẫn dòng theo một chiều nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới thì các van không cho phép dẫn ngược Nên phương pháp hãm này không phù hợp với yêu cầucông nghê

Hình 1 12 Đồ thị đặt tính cơ-điện của hãm ngược.

- Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặt tính cơ tự nhiên với tải M c,

ta đổi chiều điện áp phần ứng Lúc đó dòng điện động cơ sẽ rất lớn, do sức điện động E chưa đổi dấu nên:

 I a=−V a −K e ϕ ω

R a +R f <0

 M e =K e ϕ I a<0

- Để hạn chế dòng điện khi hãm người ta đưa thêm vào phần ứng điện trở phụ

R f Trên đặc tính động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở, tại b mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm theo đoạn bc Tại c tốc độ bằng không, nếu ta cắt phần ứng khỏi điện

áp nguồn thì động cơ sẽ dừng lại, còn nếu giữ nguyên điện áp nguồn đặt vàođộng cơ và tại điểm c mô men động cơ lớn hơn mô men cản M c thì động cơ

sẽ quay ngược lại và làm việc ổn định tại điểm d

- Ta thấy hãm ngược thường đưa thêm điện trở phụ R f vào để hạn chế dòng điện hãm Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm đáng

kể tuổi thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện

 Hãm động năng:

- Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đóbiến thành điện năng, tạo ra mômen hãm

- Ta xét trường hợp hãm động năng kích từ độc lập:

 Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ

 Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị ω hđ nên:

E hđ =K e ϕ ω hđ

 Và dòng điện hãm ban đầu, mô-men hãm ban đầu: (1.17)

I hđ=−K R e ϕ ω hđ

a +R h <0

M hđ =K M ϕ I hđ<0

Hình 1 13 Sơ đồ mạch điện và đồ thị đặc tính cơ – điện của hãm động năng.

- Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lượng từ lưới Năng lượng chủ yếu được tạo do động năng của động cơ tích được trong quá trình làm việc

 Kết luận:

- Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy:

 Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thấtnăng lượng lớn làm phát nóng động cơ ảnh hưởng đến tuổi thọ thiếtbị

 Phương pháp hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãmngược khi có cùng tốc độ ban đầu và mô men cản Tuy nhiên hãmđộng năng lại ưu việt hơn về mặt năng lượng tiêu thụ rất ít từ lướiđiện và mạch điều khiển cũng đơn giản hơn

- Vì vậy ta chọn phương pháp hãm động năng

1.2.3.5 Chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ:

 Điều chỉnh điện trở phụ nối vào mạch phần ứng

- Thực tế trong công nghiệp sử dụng hai phương pháp chính để điều khiển tốc

độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập là điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ và điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

 Phương pháp điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ:

Hình 1 14 Sơ đồ mạch thay đổi điện áp phần ứng và sơ đồ thay thế.

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v… Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk

- Chúng ta có phương trình đặc tính cơ của hệ truyền động điện một chiều điều chỉnh điện áp phần ứng khi từ thông giữ không đổi và bằng định mức:

Hình 1 15 Đồ thị đặc tính cơ – điện khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ

- Khi điều chỉnh giá trị điện áp uđk ta nhận được các giá trị E b khác nhau và được họ đặc tính cơ song song với các giá trị ❑0 (ứng với E b ) khác nhau Tanhận thấy khi điều chỉnh điện áp phần ứng công suất động cơ tăng tuyến tính với tốc độ còn khả năng sinh mô men của động cơ không đổi

 Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ:

- Tương tự như điều chỉnh điện áp phần ứng, điều chỉnh điện áp kích từ để điều chỉnh từ thông động cơ cũng cần phải trang bị bộ biến đổi Bộ biến đổi

(1.18)

cho mạch kích từ có sức điện động là E f , điện trở trong là r bf Giả thiết khi điều chỉnh từ thông điện áp phần ứng được giữ không đổi và bằng định mức.

Hình 1 16 Sơ đồ mạch điện điều chỉnh điện áp kích từ của động cơ.

- Mạch nguyên lý điều khiển được trình bày trên hình vẽ Trong chế độ xác lập chúng ta có giá trị dòng điện kích từ:

 I f= e f

r bf +r f

Hình 1 17 Đồ thị đặc tính cơ-điện và đồ thị đặc tính từ -điện.

- Ta thấy khi điều chỉnh giảm từ thông, tốc độ không tải lý tưởng tăng và độ

sụt tốc độ tăng theo Như vậy đặc tính cơ sẽ dốc, rất mềm so với đặc tính điều chỉnh điện áp, khả năng sinh mô-men được giới hạn bởi đường nét đứt (Mmax ~ 1/) Khi giảm từ thông tốc độ tăng nhanh nhưng khả năng sinh mô-men của động cơ suy giảm nhiều, vì vậy giảm từ thông thường dùng để chạy nhanh không tải hoặc chạy với tải nhỏ

ở mạch điều khiển nên độ tinh điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và khả

(1.19)

1.3 Tính chọn công suất động cơ:

1.3.1 Tính chọn động cơ:

 Sau khi tính toán các thông số yêu cầu của tải ở mục 1.2.1 ta có thể tính toán

và đưa ra các thông số định mức cho động cơ:

- Với các giá trị đẳng trị của momen và công suất đã tính, ta phải lựa chọn

động cơ sao cho:

 Động cơ DZ37 có các thông số cụ thể như sau:

Bảng 1 4 Thông số điện của động cơ.

Điện áp (VDC) Momen định

mức (N.m)

Momen cựcđại (N.m)

Phạm vi tốc

độ (rpm)

Phầnứng

KíchtừZD3

Bảng 1 5 Thông số kích thước của động cơ.

Kích thước máy (mm) Kích thước trục (mm)

17

5 50 220 155 36 195 85 125 12 444 506 62 51 28 7 4 8 218

Hình 1 18 Động cơ điện một chiều ZD37.

 Hộp giảm tốc WPDS có các thông số cụ thể như sau:

Bảng 1 6 Thông số hộp giảm tốc.

Loại Tỉ số truyền Đường kính

trục vào (mm)

Rãnh cavet(mm)

Mô men quántính (Kg m2 ¿

Hình 1 19 Hộp giảm tốc WPDS.

1.3.2 Kiểm nghiệm các thông số điện cơ của động cơ:

1.3.2.1 Tính toán lại các thông số yêu cầu của tải sau khi chọn động cơ và hộp số:

- Sau khi chọn được động cơ và hộp giảm tốc ta sẽ tính toán lại momen và công suất của động cơ để kiểm nghiệm

- Lúc này ta xác định momen điện từ yêu cầu của tải là:

 T em =J m d ω m

dt +r2M

d ω m dt

 Với J m = 0.05 Kgm2 lấy từ datasheet của hộp giảm tốc đã chọn

- Momen điện từ yêu cầu của tải sau khi đã chọn động cơ:

Bảng 1 7 Mô men điện từ yêu cầu của tải sau khi chọn động cơ và hộp số.

(1.20)

1.3.2.2 Tính toán các thông số trên đầu trục ra hộp số:

- Mối quan hệ của các thông số của động cơ trước và sau khi qua hộp số được biểu diễn bởi công thức sau:

 n 1max : Tốc độ cực đại của động cơ

 n 2max : Tốc độ cực đại trên đầu trục ra của hộp số

 T 1đm : Mô men định mức của động cơ

 T 2đm : Mô men định mức trên đầu trục ra của hộp số

 T 1max : Mô men cực đại của động cơ

 T 2max : Mô men cực đại trên đầu trục ra của hộp số

- Mô men đẳng trị yêu cầu của tải và mô men định mức trên đầu trục ra củahộp số:

Hình 1 20 Đồ thị khiểm nghiệm mô men điện từ của động cơ khi có hộp số.

- Công suất đẳng trị yêu cầu của tải và công suất định mức của động cơ:

Hình 1 21 Đồ thị khiểm nghiệm công suất của động cơ khi có hộp số.

 Kết luận:

- Từ hai đồ thị hình 2.9 và hình 2.10 ta thấy rằng mô men điện từ, công suấtđộng cơ vượt quá giá trị định mức trong khoảng từ t = 3s đến t = 4s, tuynhiên vẫn nằm trong khoảng giá trị cực đại nên sẽ không ảnh hưởng đếnđộng cơ

- Qua so sánh và biễu diễn các thông số lên đồ thị ta kết luận động cơ và hộp

số đã chọn đạt yêu cầu của tài

1.3.3 Kiểm nghiệm động cơ bằng mô phỏng MATLAB / SIMULINK:

 Ta kiểm nghiệm việc cấp nguồn cho động cơ để hoạt động được với tải bằng cách thay đổi thông số nguồn cấp trực tiếp cho động cơ và thay đổi sơ đồ mạch điện.

- Biểu diễn trên đồ thị các kết quả kiểm nghiệm về tín hiệu dòng điện, điện

áp, mô-men, tốc độ quay, từ thông, Phân tích các kết quả đáp ứng, kiểm nghiệm và hiệu chỉnh lại động cơ, tải

- Sơ đồ mô phỏng động cơ DC:

Hình 1 22 Sơ đồ mô phỏng hoạt động động cơ.

- Ta kiểm nghiệm hoạt động của động cơ ở hai mức điện áp là 220VDC và 110VDC

- Vì có sửa dụng hộp số nên ta cần dùng khối Gain để tính toán tỉ số truyền động

- Dùng các khối To Workspace để xuất các đồ thị ra cửa sổ Workspace

Hình 1 24 Đồ thị điện áp, dòng điện phần ứng với điện áp 220VDC

Hình 1 25 Đồ thị mô men theo thời gian với điện áp 220VDC.

- Với điện áp 110VDC:

Hình 1 26 Đồ thị tốc độ theo thời gian với điện áp 110VDC.

Hình 1 27 Đồ thị điện áp, dòng điện phần ứng với điện áp 110VDC.