Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện - Bài 4: Mô phỏng động cơ một chiều

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN

BÀI 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

I. Giới thiệu

Bài thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều nhằm mục đích trang bị cho sinh viên khả

năng thiết kế và tiến hành các thí nghiệm trên động cơ một chiều thông qua công cụ mô

phỏng trên máy tính là phần mềm Matlab/Simulink. Sinh viên có điều kiện phân tích và

giải thích các dữ liệu từ kết quả mô phỏng được. Từ đó, giúp sinh viên khả năng áp dụng

các kiến thức môn máy điện để nhận diện, diễn đạt và giải thích các vấn của động cơ một

chiều.

Mỗi nhóm tự xây dựng mô hình mô phỏng trên máy tính ngay tại phòng thí nghiệm.

Tuyệt đối không được sử dụng file có sẵn tự làm ở nhà hay tham khảo từ các nguồn

khác. Mỗi sinh viên nộp lại báo cáo theo mẫu đúng 01 tuần sau khi thí nghiệm xong bài

này. Các báo cáo giống nhau giữa các SV ở bất kỳ nhóm nào cũng sẽ không được chấm

điểm. Đánh giá:

• Điểm danh, đánh giá tại lớp: 25%

• Báo cáo: 25%

• Thi vấn đáp cuối kỳ: 50%

II. Công cụ thí nghiệm

• Bản in tài liệu hướng dẫn thí nghiệm, có kèm mẫu báo cáo thí nghiệm.

• Phần mềm Matlab/Simulink.

• Tài liệu về động cơ một chiều (bài giảng môn Máy Điện).

III. Nội dung thí nghiệm

1. Nội dung: Mô phỏng, khảo sát đáp ứng và vẽ các đặc tuyến của động cơ một chiều

kích từ độc lập theo các thông số cho sẵn.

2. Trình tự thí nghiệm

• Mô phỏng mô hình động cơ một chiều trên Matlab/Simulink.

• Vẽ và khảo sát các đáp ứng theo các điều kiện làm việc khác nhau.

• Vẽ các đặc tuyến làm việc.

• Nhận xét các các đặc tính của động cơ một chiều.

• Báo cáo thí nghiệm.

3. Mô hình toán của động cơ một chiều kích từ độc lập

R_ư

L_ư

ω

I_ư

I_kt

R_kt

U

U_kt

E = k_E.Φ_kt.ω ≈ k.I_kt.ω

Φ_kt

Hình 1: Mạch tương đương của động cơ một chiều kích từ độc lập.

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

1

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

• Mô hình tĩnh:

T©B

Các đại lượng

Các phương trình

Từ thông kích từ

Φ_kt= k_kt.I_kt

Sức điện động

E = kΦ_kt

ω

Dòng điện phần ứng

U − E

R_u

I_u=

Moment điện từ

Tốc độ động cơ

P

EI_u

dt

M_dt=

=

= kΦ_ktI_u

ω

E

ω















 



U

R_u

n ^(RPM)

60



 

−



ω

=

I_u= ω_olt

−

M_co

2

)

^{(rad /s)}= 2

π

 



ω

kΦ_kt

(

kΦ_kt



 



• Mô hình động:

Các đại lượng

Các phương trình

Biến đổi Laplace

Từ thông kích từ

φ_kt= k_kt.i_kt

Φ_kt

(

)

s

)

= k_kt.I_kt

( )

s

Sức điện động

e = kφ_ktω

E

(

s

= k.Φ_kt

(

s

)

.ω

(

s

)

Dòng điện phần ứng

di_u

( )

U s − E s

u = e + R_ui_u+ L_u

I_us =

( )

dt

L_u.s + R_u

Moment điện từ

Tốc độ động cơ

m_dt= k.

φ

_kt.i_u

M_dt= k.Φ_kt

(

s

)

.I_us

(

d

ω

M_dt

(

s

)

− M_T

s

( )

m_dt− m_T= J

ω

(

s =

)

dt

J.s

M_T

s

( )

I_u(s)

M_đt(s)

ω s

( )

U(s)

1

kΦ_kt

Js

L_us + R_u

E (s)

kΦ_kt

Hình 2: Mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập

với từ thông kích từ không đổi.

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

2

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

Các đặc tính làm việc

T©B

•

Làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi

ω

ω_max

P_max

Φ_ktgiảm

ω_olt

I_u

VR

R_ư

ω_đm

I_kt

R_kt

U

M_max

U_kt

E

Φ_kt

ω

0

M_đm

M_đt

Hình 3: Đặc tính cơ khi từ thông thay đổi.

•

Làm việc với nguồn điện áp thay đổi, từ thông không đổi

ω

ω_olt

ω_o

ω_olt

ω_đm

U giảm

I, M_đt

0

M_đt

M_đm

I₀

I_đm

Hình 4: Đặc tính cơ khi điện áp thay đổi.

•

Các chế độ làm việc

Hình 5: Bốn miền làm việc.

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

3

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

ω

II

I

Φ giảm

ω_olt

ω_đm

U giảm

M_đt

0

M_đm

III

IV

Hình 6: Đặc tính cơ trong bốn miền làm việc.

ω

ω_olt

ω_o

ω_đm

I, M_đt

0

I₀

I_đm, M_đm

I_kđ, M_kđ

Hình 7: Moment và dòng điện khởi động của động cơ một chiều kích từ độc lập.

4. Xây dựng mô hình mô phỏng của động cơ một chiều trên Matlab/Simulink

Mô phỏng theo mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập:

Hình 8: Mô hình mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập bằng Matlab/Simulink.

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

4

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

Hình 9: Mô hình khảo sát động cơ một chiều kích từ độc lập trên Matlab/Simulink.

5. Khảo sát đáp ứng của động cơ một chiều kích từ độc lập

a. Thông số động cơ (tạo file .m trong Matlab)

Thông số

P_đm

n_đm

1

10

1180

500

17

3

30

2,XX

2

500

230

8,5

3

1,5

2650

160

8

1,4

3,3

0,1XX

4

Đơn vị

HP

RPM

V

100

3000

500

200

0,15

10

U_đm

I_ưđm

R_ư

L_ư

J

A

Ω

12

1, XX

mH

5,XX

kg.m²

Với XX là 2 số cuối MSSV.

Sinh viên tự tính các thông số mô phỏng: (k.Φ) và moment tải M_Tđịnh mức từ

các thông số trên.

b. Vẽ các đáp ứng tốc độ, dòng điện, moment theo thời gian (20s): động cơ khởi

động không tải, và mang tải định mức tại thời điểm 10s, khi

:

•

Điện áp và từ thông định mức.

Điện áp định mức, từ thông bằng 50% định mức.

Điện áp bằng 50% định mức, từ thông định mức.

Điện áp bằng ꢀ50% định mức, từ thông định mức.

Điện áp và từ thông định mức, moment theo chiều ngược.

Điện áp bằng ꢀ50% định mức, từ thông định mức, moment theo chiều ngược.

c. Vẽ các đặc tuyến của động cơ

• Đặc tính cơ khi làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi.

• Đặc tính cơ khi làm việc với nguồn điện áp thay đổi, từ thông không đổi.

• Giải thích và so sánh với các đặc tuyến lý thuyết.

d. Nhận xét

•

Nhận xét các điểm mạnh, điểm yếu của động cơ một chiều kích từ độc lập.

Nếu ra các khuyến cáo khi sử dụng của động cơ một chiều kích từ độc lập.

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

5

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

BÀI 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

IV. Báo cáo thí nghiệm: Mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập.

MSSV

Họ và tên

Nhóm Tổ Ngày thí nghiệm Ghi chú

1. Thông số động cơ

Thông số

P_đm

n_đm

U_đm

R_ư

L_ư

J

Bộ thông

số: …….

HP

RPM

V

Ω

mH

kg.m²

2. Các đáp ứng tốc độ, dòng điện, moment của động cơ một chiều kích từ độc lập

theo thời gian (20s), với moment tải ở 0sꢀ0%, 10sꢀ100%, khi

Điện áp và từ thông định mức.

:

•

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

6

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

Điện áp định mức, từ thông bằng 50% định mức.

T©B

•

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

•

Điện áp bằng 50% định mức, từ thông định mức.

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

7

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

Điện áp bằng ꢀ50% định mức, từ thông định mức.

T©B

•

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

•

Điện áp và từ thông định mức, moment theo chiều ngược.

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

8

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

•

Điện áp bằng ꢀ50% định mức, từ thông định mức, moment theo chiều ngược.

ꢀ

Nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

3. Vẽ, giải thích và nhận xét các đặc tuyến của động cơ một chiều kích từ độc lập

ω=f(M_đt)

với M_đt= [ꢀM_đm, M_đm].

Đặc tính cơ khi làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi

(100%, 75%, 50%).

•

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

9

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

Giải thích và nhận xét:

T©B

ꢀ

……………………………………………………………………………………………………

•

Đặc tính cơ khi làm việc với từ thông không đổi, nguồn điện áp thay đổi

(100%, 75%, 50%, 25%, 0%, ꢀ25%, ꢀ50%, ꢀ75%, ꢀ100%).

ꢀ

Giải thích và nhận xét:

……………………………………………………………………………………………………

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

10

Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện

T©B

……………………………………………………………………………………………………

4. Bài học nhận được qua bài thí nghiệm

•

Điểm mạnh của động cơ một chiều kích từ độc lập

……………………………………………………………………………………………………

•

Điểm yếu của động cơ một chiều kích từ độc lập

……………………………………………………………………………………………………

•

Các khuyến cáo khi sử dụng của động cơ một chiều kích từ độc lập

……………………………………………………………………………………………………

Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều

11