Nghiên cứu mô phỏng động cơ điện DC MOTOR trên phần mềm MATLAB SIMULINK

Nghiên cứu mô phỏng động cơ điện DC MOTOR trên phần mềm MATLAB SIMULINK MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học được thiết kế để cung cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao. MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính toán và quan sát. Các dữ liệu vào của MATLAB có thể được nhập từ Command line hoặc từ mfiles, trong đó tập lệnh được cho trước bởi MATLAB. MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn tùy chọn. Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các mfiles được viết cho các ứng dụng cụ thể. Chúng ta có thể sử dụng các tập tin trợ giúp của MATLAB cho các chức năng và các lệnh liên quan với các toolbox có sẵn (dùng lệnh help).

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK ĐỂ MÔ

PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DC MOTOR

3.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB SIMULINK

3.1.1 MATLAB

MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học được thiết

kế để cung cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính toán

và quan sát Các dữ liệu vào của MATLAB có thể được nhập từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đó tập lệnh được cho trước bởi MATLAB MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn tùy chọn Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các "mfiles" được viết cho các ứng dụng cụ thể Chúng ta có thể sử dụng các tập tin trợ giúp của MATLAB cho các chức năng và các lệnh liên quan với các toolbox

có sẵn (dùng lệnh help)

Hình 3 1 Màn hình tiêu chuẩn sau khi khởi động Matlab

3.1.2 SIMULINK`

Để khởi động simulink ta vào mục “ SIMULINK LIBRARY”

hoặc đánh“Simulink” ra màn hình làm việc

Hình 3 2 Cách mở Simulink

Hình 3 3 Cửa sổ thư viện Simulink

Tạo một mô hình mới bằng cách:

-Click vào icon New model hoặc gõ Ctrl-N

Hình 3 4 Tạo mô hình mới

Hình 3 5 Cửa sổ làm việc, xây dựng mô hình

Tạo các khối: từ thư viện Simulink chọn khối cần dùng, nhấp chuột

vào và kéo ra ra cửa sổ mô hình

Hình 3 6 Cách lấy khối từ thư viện

Hình 3 7 Lưu file mô hình

Dịch chuyển các khối đơn giản bằng cách nhấp vào khối đó và kéo thả

Hình 3 8 Di chuyển các khối

Nối tín hiệu: Đưa con chuột tới ngõ ra của khối (dấu “>”), khi đó con chuột sẽ có dạng “+” Kéo rê chuột tới ngõ vào của một khối khác và thả ra để kết nối tín hiệu

Hình 3 9 Nối tín hiệu các khối

Mô phỏng mô hình: Dùng lệnh Start (Menu Simulation > Start) hoặc nhấp chuột vào icon Start

Hình 3 10 Chạy mô hình sau ki hoàn thành

Xem tín hiệu từ Scope: nhấp đôi vào khối Scope

Hình 3 11 Tín hiệu từ khối Scope

Chỉnh thông số của một khối bằng cách nhấp đôi vào khối cần chỉnh

Hình 3 12 Chỉnh thông số khối

Trước khi mô phỏng mô hình Simulink, chúng ta cần đặt các thông số

mô phỏng bằng cách chọn menu Simulation > Configuration Parameters Ở cửa sổ Configuration Parameters, chúng ta có thể đặt một số thông số như

Start time, Stop time (second – giây), và phương pháp giải Solver, Solver options, sau đó nhấn nút OK

Hình 3 13 Chỉnh thông số mô phỏng

3.2 Mô phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập

3.2.1 Xây dựng phương trình toán học để mô phỏng

Phương trình điện áp phần ứng

Suất điện động cảm ứng trong roto

Phương trình Momen điện từ

Phương trình mô tả quan hệ điện-cơ

Laplace các phương trình mô tả động cơ

+ Thư viện Sources ( tín hiệu vào): lấy khối “Constant” và khối

“Step”

+ Thư viện Continuous: Lấy khối “Transfer Fcn”

+ Thư viện Math Operation: Lấy khối “Gain” và khối “Sum”

+Thư viện Sinks (tín hiệu ra): Lấy khối “Scope”

Thực hiện nối các khối như hình

Hình 3 14 Sơ đồ mô hình hóa Động cơ điện 1 chiều

Sau khi thiết lập mô hình mô phỏng ta cần thiết lập các thông số cho các khối

 Thiết lập tín hiệu đầu vào Va ( điện áp phần ứng)

Hình 3 15 Thiết lập thông số đầu vào

Hình 3 16 Thiết lập thông số đầu vào khối Step

 Thiết lập các thông số truyền

Hình 3 17 Thiết lập thông số hàm transfer Fcn

Hình 3 18 Thiết lập tông số hàm Transfer Fcn1

Hình 3 19 Thiết lập thông số hàm Gain

 Thiết lập thông số đầu ra

Hình 3 20 Thiết lập thông số khối Scope

3.3 Tính toán, kiểm nghiệm kết quả mô phỏng

Hình 3 21 Nhập thông số để chạy mô hình

Hình 3 22 Mô hình động cơ DC

Động cơ hoạt động khi không tải Mc= 0

Hình 3 23 Tại thời điểm động cơ hoạt động không tải Mc=0

Kết quả mô phỏng

Hình 3 24 Đồ thị kết quả Tốc độ, Dòng điện, Momen sau khi có tải Mc

Hình 3 25 Đồ thị bao gồm cả 3 đường Tốc độ, Dòng điện và Momen

Phần code để xây dựng đồ thị

figure()

subplot(3,1,1)

plot(Time.time,Speed);

title('Toc do quay w');

xlabel('Thoi gian t(s)');

ylabel('Toc do quay w (rad/s)');

grid on

subplot(3,1,2)

plot(Time.time,Ia);

title('Dong dien phan ung Ia');

xlabel('Thoi gian t(s)');

ylabel('Cuong do dong dien Ia (A)');

grid on

subplot(3,1,3)

plot(Time.time,Me);

title('Do thi momen dien tu Me ');

xlabel('Thoi gian t(s)');

ylabel('Momen dien tu Me (Nm)');

grid on

figure()

plot(Time.time,Speed,Time.time,Ia,Time.time,Tem); title('Toc do, Dong dien, Mo-men');

xlabel('Thoi gian t(s)');

ylabel('w (rad/s),Ia (A),Me (Nm)');

grid on

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Thông số chọn động cơ

Phương trình cân bằng điện áp

0,55 Ω (sát với Ra = 0,5 chọn từ ban đầu)

Hình 3 27 Kết quả đồ thị dòng điện so với tính toán

Hình 3 28 Kết quả Momen điện từ

=188,9 (rad/s) = 1804 (rmp)> 1800(rmp) (thông số chọn ban đầu ) sai số 0,2%

- (rad/s) = 1804(rmp) sai số 0,2%

Độ sụt tốc

∆ω =

=

=821(rpm) Theo lý thuyết độ sụt tốc là 2626-1800= 826(rpm) > theo mô phỏng 821(rpm)

Hình 3 29 Kết quả mô phỏng tốc độ động cơ w

KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, em đã đưa ra kết quả mô phỏng về động cơ điện một chiều về các thông số động cơ, những đặc tính cơ bản của một loại động cơ điện điển hình Qua đồ án này, em đạt được các kết quả sau:

– Những mặt ưu cũng như khuyết điểm của xe điện để chúng ta có thể nhìn nhận và đánh giá về hiệu quả cuối cùng của nó

– Tìm hiểu được một cách khái quát về nguyên lý truyền động của động

Hạn chế

Do thời gian tìm hiểu và nghiên cứu khá ngắn và việc làm đồ án cũng như đề tài còn khá mới nên còn nhiều hạn chế như:

– Chưa tìm hiểu được thực sự sâu về chủ đề

– Chưa thực nghiệm thực tế nên không kiểm nghiệm được tính chính xác của các tính chọn đã đưa ra trong nội dung đồ án

– Chưa được kiểm nghiệm qua mô hình thực tế nên chưa có đánh giá chính sác về các thông số

– Kiểm nghiệm, chỉnh sửa và tối ưu hóa cho các mẫu động cơ điện sau chế tạo

Kết luận

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, em đã có những kiến thức cơ bản để mô phỏng đánh giá thông số của động cơ điện qua đây hiểu them về sự phát triển xe điện hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đỗ Văn Dũng 2007 Hệ thống điện điện tử ô tô hiện đại NXB SPKT

TPHCM, 2007

[2] Đỗ Văn Dũng 2007 Hệ thống điện động cơ NXB SPKT TPHCM, 2007

[3] Phạm Thị Ngọc Yến, Ngô Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị Lan

Hương 2005 Cơ Sở Matlab Và Ứng Dụng Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kĩ

University of Hong Kong, 2015

[7] Das, Shuvra 2009 Mechatronic Modeling and Simulation Using Bond Graphs Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite

300 Boca Raton, 2009

[8] Dean C Karnopp, Donald L Margolis, Ronald C Rosenberg 2012

System Dynamics Modeling, Simulation, And Control Of Mechatronic Systems John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2012

[9] Erjavec, Jack 2013 Hybrid, Electric & Fuel-Cell Vehicles 2013

[10] James Larminie, John Lowry 2012 Electric Vehicle Technology Explained John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,

West Sussex, PO19 8SQ, United Kingdom, 2012

[11] John G Hayes, G Abas Goodarzi 2018 Electric Powertrain Energy Systems, Power Electronics and Drives for Hybrid, Electric and Fuel Cell

Vehicles The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ,

[19] https://www.youtube.com/watch?v=9qjlunVr8kM

[20] https://vi.wikipedia.org/wiki/hien-tuong-cam-ưng-dien-tu