›
›

Bài giảng Phân tích các hệ truyền động điện sử dụng MatLab/Simulink - Phần 1: Truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập - Nguyễn Thanh Sơn

pdf 54 trang haiha333 08/01/2022 6350
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Phân tích các hệ truyền động điện sử dụng MatLab/Simulink - Phần 1: Truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập - Nguyễn Thanh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftai_lieu_phan_tich_cac_he_truyen_dong_dien_su_dung_matlabsim.pdf

Nội dung text: Bài giảng Phân tích các hệ truyền động điện sử dụng MatLab/Simulink - Phần 1: Truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập - Nguyễn Thanh Sơn

  1. PHÂN TÍCH CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG MATLAB/Simulink Phần 1: TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TS. Nguyễn Thanh Sơn Viện Điện ĐHBK Hà Nội 1 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các hệ truyền động điện bao gồm các thiết bị điện, các bộ biến đổi công suất được sử dụng để biến đổi năng lượng điện-cơ.  Một hệ truyền động điện bao gồm phần lực (bộ biến đổi và động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều) và phần điều khiển (các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh truyền động và các thiết bị đóng cắt). 2 1
  2. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Khái niệm về công suất cơ: Công suất cơ,P , của hệ truyền động cấp cho máy sản xuất được tính như sau: P M. (1.1) M là mô men trên trục động cơ (N.m)  là vận tốc góc của động cơ (rad/s) 3 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Khái niệm về đặc tính cơ: Quan hệ giữa mô men và tốc độ của động cơ điện được gọi là đặc tính cơ:  f M n fM (1.2) M là mô men trên trục động cơ (N.m)  là vận tốc góc (rad/s) 4 n là tốc độ (vòng/phút) 2
  3. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Khái niệm về độ cứng đặc tính cơ: Độ cứng, ,của đặc tính cơ được định nghĩa như sau: dM  (1.3) d  lớn có nghĩa là đặc tính cơ cứng  nhỏ có nghĩa là đặc tính cơ mềm 5  đặc tính cơ tuyệt đối cứng Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Một số máy sản xuất điển hình: Các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, máy bơm, quạt gió, cơ cấu máy ly tâm, cơ cấu dịch chuyển, máy cuộn, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại. 6 3
  4. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Phương trình tổng quát đặc tính cơ của các máy sản xuất có dạng như sau:  (1.4) MMc o M dm M o dm 7 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Phương trình tổng quát của các đặc tính cơ máy sản xuất có dạng như sau: M c mô men ứng với tốc độ  mô men ứng với tốc độ 0 M o  M dm mô men ứng với tốc độ định mức dm 8 4
  5. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: 0 Mc M dm const (1.5) Các cơ cấu nâng hạ, băng tải và cơ cấu ăn dao máy cắt gọt có đặc tính thuộc loại này. 9 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất:  1 MMc o M dm M o (1.6) dm Mô men tỷ lệ bậc nhất với tốc độ ít gặp như máy phát một chiều tải thuần trở có đặc tính thuộc loại này. 10 5
  6. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: 2  (1.7) 2 MMc o M dm M o dm Mô men tỷ lệ bình phương với tốc bao gồm máy bơm và quạt gió có đặc tính thuộc loại này. 11 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: 1  (1.8) 1 MMc o M dm M o dm Mô men tỷ lệ nghịch với tốc độ như cơ cấu máy ly tâm, cơ cấu dịch chuyển, máy cuộn và các truyền động quay trục chính máy cắt gọn kim loại có đặc tính thuộc loại này. 12 6
  7. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Ví dụ 1.1: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất có các thông số sau: Mô men ứng với tốc độ bằng không: Mo 1 Nm . Tốc độ định mức:dm 80 rad / s Mô men định mức: Mdm 3 Nm . 13 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Chương trình MATLAB để vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất có có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Mco = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm = 3; % Mo men dinh muc omegadm = 80; omega = 0:0.1:120; Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(0); plot(Mc, omega, 'r-', 'linewidth', 3); 14 hold on; 7
  8. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Chương trình MATLAB để vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất có có dạng như sau (phần 2): Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(1); plot(Mc, omega, 'b:', 'linewidth', 3); hold on; Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(2); plot(Mc, omega, 'k-.', 'linewidth', 3); hold on; Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(-1); plot(Mc, omega, 'k ', 'linewidth', 3); 15 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: Chương trình MATLAB để vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất có có dạng như sau (phần 3): axis([0 5 0 max(omega)]); xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); grid on; legend('alpha = 0','alpha = 1','alpha = 2', 'alpha = -1'); 16 8
  9. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Đặc tính cơ của máy sản xuất: 120 alpha = 0 alpha = 1 Hình.1.1: Dạng đặc 100 alpha = 2 tính cơ một số máy alpha = -1 sản xuất 80 60 40 Van toc goc (rad/giay) 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 17 Mo men (N.m) Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các trạng thái làm việc của truyền động điện: Các quá trình biến đổi hệ năng lượng điện-cơ trong hệ truyền động điện quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện. Định nghĩa: Dòng công suất điện,Pd , có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ,Pc M . , cấp cho máy sản xuất. Công suất này có giá trị dương nếu mô men sinh ra cùng chiều tốc độ quay. 18 9
  10. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các trạng thái làm việc của truyền động điện: Ngược lại, công suất điện có giá trị âm nếu nó truyền từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mô men động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Mô men của máy sản xuất hay còn gọi là mô men phụ tải hay mô men cản cũng được định nghĩa dấu âm và dương ngược lại với dấu mô men của động cơ. 19 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các trạng thái làm việc của truyền động điện: Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động có dạng như sau: Pd P c P (1.9) Pd là công suất điện Pc là công suất cơ P là công suất tổn hao 20 10
  11. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các trạng thái làm việc của truyền động điện: 21 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Các trạng thái làm việc của truyền động điện: Pd 0; P c 0; PP d Không tải Pdc 0; P 0; PPP dc Có tải Pd 0; P c 0; PPP c d Hãm tái sinh Pd 0; P c 0; PPP c d Hãm ngược Pdc 0; P 0; PP c Hãm động năng 22 11
  12. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Phương trình động lực học tổng quát của hệ truyền động điện có dạng như sau: d 1 dJ MJ  M (1.10) dt2 dt c M là mô men của động cơ M c là mô men cản  là tốc độ góc 23 J là mô men quán tính Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Phương trình động lực học rút gọn của hệ truyền động điện có dạng như sau: dJ Thôngthường 0 nêntacó: dt d MJ M (1.11) dt c 24 12
  13. Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ và được tính theo phần trăm (%) như sau:   s % d .100% (1.12) d d là tốc độ đặt  là tốc độ làm việc thực 25 Chương 1. Các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện  Dải điều chỉnh tốc độ: Dải điều chỉnh tốc độ,D ,được định nghĩa như sau:  D max (1.13) min max là tốc độ làm việc lớn nhất min là tốc độ làm việc nhỏ nhất 26 13
  14. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ độc lập bao gồm 2 phần: Phần 1: Phần cảm bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ. Phần 2: Phần ứng là phần quay nối với điện áp một chiều qua vành góp và chổi than. 27 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Các phương trình động lực học của động cơ: R là điện trở phần ứng L là điện cảm phần ứng e là sức điện động ngược  là góc quay của rô to  là vận tốc góc của rô to Hình.2.1: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều b là hệ số mô men cản dịu 28 kích từ độc lập M mô men điện từ 14
  15. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Phương trình cân bằng điện áp của phần ứng: diu VRiL . e (2.1) u u u dt Vu là áp một chiều đặt vào phần ứng iu là dòng điện chảy trong mạch phần ứng 29 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Sức điện động ngược của phần ứng: (2.2) e Ke. (2.3) Ke K1. K1 là hệ số phụ thuộc cấu tạo của động cơ  là từ thông kích từ dưới một cực từ 30 15
  16. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Phương trình cân bằng mô men: d MM M J (2.4) b c dt (2.5) M Kii. u (2.6) Ki K. (2.7) Mb b. 31 M là mô men điện từ, M b là mô men cản dịu Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Phương trình cân bằng điện áp phần ứng ở chế độ xác lập có dạng như sau: Vu RRIK u fu e  (2.8) Ke là hằng số sức điện động ngược  là vận tốc góc Rf là điện trở phụ trong mạch phần ứng 32 Iu là dòng điện phần ứng ở chế độ xác lập 16
  17. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Phương trình đặc tính cơ điện có dạng như sau: Vu Ru R f  Iu (2.9) Ke K e 33 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Phương trình đặc tính cơ có dạng như sau: V Ru R f  u M (2.10) Ke KK ei V Ru R f  u M (2.11) K K 2 34 17
  18. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.1: Sử dụng phần mềm MATLAB để xét ảnh hưởng của điện trở phần ứng đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số sau: Điện áp một chiều đặt vào phần ứngVu 220 V Điện trở phần ứng Ru 10  Điện trở phụ phần ứng Rf 20  Hệ số K 2 35 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.1: Chương trình MATLAB vẽ đặc tính cơ với ảnh hưởng của điện trở phần ứng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 10; % Dien tro phan ung (Ohms) Rf0 = 0; % Dien tro phu phan ung (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) M = [0:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) 36 18
  19. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.1: Chương trình MATLAB vẽ đặc tính cơ với ảnh hưởng của điện trở phần ứng như sau (phần 2): omega0 = V/K - (Ru + Rf0)*M/K^2; % Toc do ro to plot(M, omega0, 'b-', 'linewidth', 2); hold on; Rf1 = 20; omega1 = V/K - (Ru + Rf1)*M/K^2; % Toc do ro to plot(M, omega1, 'r ', 'linewidth', 2); Rf2 = 40; omega2 = V/K - (Ru + Rf2)*M/K^2; % Toc do ro to 37 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.1: Chương trình MATLAB vẽ đặc tính cơ với ảnh hưởng của điện trở phần ứng như sau (phần 3): plot(M, omega2, 'k.-', 'linewidth', 2); grid on; axis([0 max(M) 0 1.25*max(omega0)]); xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Dac tinh co tu nhien Rf = 0 (Ohms)', 'Dac tinh co nhan tao khi Rf = 20(Ohms)', 'Dac tinh co nhan tao khi Rf = 40 (Ohms)'); 38 19
  20. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Dac tinh co tu nhien Rf = 0 (Ohms) 120 Dac tinh co nhan tao khi Rf = 20 (Ohms) Dac tinh co nhan tao khi Rf = 40 (Ohms) Hình.2.2: Các đặc 100 tính cơ của động 80 cơ bao gồm đặc tính cơ tự nhiên và 60 hai đặc tính cơ Van Van toc goc (rad/giay) 40 nhân tạo khi có thêm các điện trợ 20 phụ trong mạch 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 điện phần ứng. Mo men (N.m) 39 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét: – Khi điện trở phụ trong mạch phần ứng càng lớn thì độ cứng của đặc tính cơ càng nhỏ có nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. – Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ (không có điện trở phụ mắc trong mạch phần ứng) có độ cứng lớn nhất. 40 20
  21. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.2: Sử dụng phần mềm MATLAB để xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số sau: Điện trở phần ứng Ru 10  Điện trở phụ phần ứng Rf 20  Hệ số K 2 41 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.2: Chương trình MATLAB dùng để xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng đến đặc tính cơ (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 10; % Dien tro phan ung (Ohms) Rf = 20; % Dien tro phu phan ung (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V0 = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) M = [0:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) 42 21
  22. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.2: Chương trình MATLAB dùng để xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng đến đặc tính cơ (phần 2): omega0 = V0/K - (Ru + Rf)*M/K^2; % Toc do ro to plot(M, omega0, 'b-', 'linewidth', 2); hold on; V1 = 150; omega1 = V1/K - (Ru + Rf)*M/K^2; % Toc do ro to plot(M, omega1, 'r ', 'linewidth', 2); hold on; 43 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.2: Chương trình MATLAB dùng để xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng đến đặc tính cơ (phần 3): V2 = 80; omega2 = V2/K - (Ru + Rf)*M/K^2; % Toc do ro to plot(M, omega2, 'k.-', 'linewidth', 2); axis([0 max(M) 0 1.25*max(omega0)]); grid on; 44 22
  23. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.2: Chương trình MATLAB dùng để xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng đến đặc tính cơ (phần 4): xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Dac tinh co tu nhien V = 220 (V)', 'Dac tinh co nhan tao khi V = 150 (V)', 'Dac tinh co nhan tao khi V = 80 (V)'); 45 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Dac tinh co tu nhien V = 220 (V) 120 Dac tinh co nhan tao khi V = 150 (V) Dac tinh co nhan tao khi V = 80 (V) Hình.2.3: Các đặc 100 tính cơ của động cơ 80 bao gồm đặc tính cơ tự nhiên và hai đặc 60 tính cơ nhân tạo khi Van Van toc goc (rad/giay) 40 thay đổi điện áp đặt 20 vào phần ứng của động cơ. 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Mo men (N.m) 46 23
  24. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét: – Khi giảm điện áp đặt vào phần ứng của động cơ, ta thu được một họ các đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên (có cùng một độ cứng). – Thay đổi điện áp phần ứng được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và mở máy động cơ. 47 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động lực học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được mô tả bởi hai phương trình sau: di V RiL u K . (2.12) uuudt e d Mb . M J (2.13) c dt 48 24
  25. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.3: Sử dụng MATLAB/Simulink để khảo sát động lực học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có thông số sau: Điện trở phần ứng: R 1  Điện cảm phần ứng: L 5 mH Mô men quán tính: J 0,01 kgm . 2 Hằng số mô men cản dịu: b 0,1 Nms . . Hằng số sức điện động: Ke 0,05 Vrads / / Hằng số mô men: Ki 0,05 NmA . / 49 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhập thông số của động cơ: clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace R = 1; % Dien tro phan ung (Ohms) L = 5e-3; % Dien cam phan ung (H) J = 0.01; % Mo men quan tinh (kg.m^2) b = 0.1; % Hang so mo men can diu (N.m.s) Ke = 0.05; % Hang so suc dien dong nguoc (V/rad/s) Ki = 0.05; % Hang so mo men (N.m/A) Mc = 2.5; % Mo men tai dinh muc (N.m) 50 25
  26. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.4: Mô hình động lực học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập trong 51 Simulink Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập 900 800 700 600 Hình.2.5: Quá 500 trình quá độ 400 của động cơ. Toc (vong/phut) do 300 200 100 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 52 Thoi gian (giay) 26
  27. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập: Định nghĩa: Hãm là trạng thái làm việc của động cơ khi mô men động cơ sinh ra có chiều ngược với tốc độ quay. 53 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh: Động cơ nhận cơ năng từ máy sản xuất và biến đổi năng lượng này thành điện năng phát vào lưới. Để phát năng lượng vào lưới sức điện động của động cơ phải lớn hơn điện áp lưới cung cấp. Khi đó dòng điện sẽ đảo dấu cùng chiều với sức điện động. 54 27
  28. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh: Hãm tái sinh bao gồm hai dạng: – Hãm tái sinh do thế năng: thường có trong truyền động kéo tàu hay ở trong cơ cấu nâng hạ. – Hãm tái sinh do động năng: xuất hiện khi giảm đột ngột điện áp phần ứng, tốc độ giảm đến tốc độ ổn định. Động năng dư được biến đổi thành điện năng cấp cho 55 lưới. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Công suất động cơ:Pd EI u. u 0 (2.14) (2.15) Công suất lưới: Pl VI u. u 0 Hình.2.6: Chiều của điện áp lưới Vu, sức điện động Eu và dòng điện Iu khi hãm tái sinh. 56 28
  29. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Nhắc lại phương trình đặc tính cơ tự nhiên của động cơ có dạng như sau: V R  u u M (2.16) K K 2 Động cơ làm việc ở trạng thái động cơ nếu vận tốcgóc, ,vàmômencủađộngcơ,M ,làcùng chiều (góc phần tư 1 và 3). Nếu vận tốc góc và mô men động cơ ngược chiều, động cơ làm việc ở trạng thái hãm( góc phần tư 2 và 4). 57 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4:Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của động cơ ở trạng thái động cơ và trạng thái hãm tái sinh với động cơ có các thông số sau: Điện trở phần ứng: Ru 50  Hệ số K 2 Điện áp phần ứng định mức: Vu 220 V Hệ có mô men tải định mức: Mc 2 Nm . 58 29
  30. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 50; K = 2; Mco1 = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm1 = -2; % Mo men dinh muc omegadm1 = 80; 59 omega1 = -150:0.1:150; Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): Mc1 = Mco1 + (Mdm1 - Mco1).*(omega1./omegadm1).^(0); plot(Mc1, omega1, 'k ', 'linewidth', 3); hold on; Mco2 = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm2 = 2; % Mo men dinh muc omegadm2 = 80; 60 omega2 = -150:0.1:150; 30
  31. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): Mc2 = Mco2 + (Mdm2 - Mco2).*(omega2./omegadm2).^(0); plot(Mc2, omega2, 'k ', 'linewidth', 3); hold on; % Trang thai dong co goc phan tu thu nhat: Vu1 = 220; M1 = 0:0.1:3; 61 omega1 = Vu1/K - Ru*M1/K^2; Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): plot(M1, omega1, 'b:', 'linewidth', 3); hold on; % Trang thai ham goc phan tu thu 2: Vu2 = 220; M2 = -3:0.1:0; omega2 = Vu1/K - Ru*M2/K^2; plot(M2, omega2, 'r-', 'linewidth', 3); 62 hold on; 31
  32. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 5): % Trang thai dong co goc phan tu thu 3: Vu3 = -220; M3 = -3:0.1:0; omega3 = Vu3/K - Ru*M3/K^2; plot(M3, omega3, 'b:', 'linewidth', 3); hold on; % Trang thai ham goc phan tu thu 4: 63 Vu4 = -220; Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do thế năng: Ví dụ 2.4: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 6): M4 = 0:0.1:3; omega4 = Vu4/K - Ru*M4/K^2; plot(M4, omega4, 'r-', 'linewidth', 3); hold on; axis([-3 3 -1.5*max(omega1) 1.5*max(omega1)]); grid on; xlabel('Mo men (N.m)'); 64 ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); 32
  33. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.6: Hãm tái sinh do thể năng trong truyền động kéo tàu: đoạn AB và CD là hãm tái sinh khi đảo ngược cực tính điện áp phần ứng. 65 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do động năng: Ví dụ 2.5: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của động cơ khi có hãm tái sinh do động năng khi giảm điện áp phần ứng cấp cho động cơ và động cơ có thông số như sau: Điện trở phần ứng: Ru 50  Hệ số K 3 Điện áp định mức phần ứng: V 220 V 66 33
  34. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do động năng: Ví dụ 2.5: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 50; K = 3; Mco = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm = 3; % Mo men dinh muc omegadm = 80; omega0 = 0:0.1:200; 67 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do động năng: Ví dụ 2.5: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega0./omegadm).^(0); plot(Mc, omega0, 'r:', 'linewidth', 3); hold on; M = -5:0.1:5; Vu1 = 220; omega1 = Vu1/K - Ru*M/K^2; plot(M, omega1, 'b-', 'linewidth', 3); hold on; 68 34
  35. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do động năng: Ví dụ 2.5: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): Vu2 = 150; omega2 = Vu2/K - Ru*M/K^2; plot(M, omega2, 'k ', 'linewidth', 3); hold on; grid on; axis([-5 5 0 1.3*max(omega1)]); xlabel('Mo men (N.m)'); 69 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm tái sinh do động năng: Ví dụ 2.5: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Co cau nang ha', 'Dien ap phan ung la 220V', 'Dien ap phan ung la 150V'); title('Dac tinh co'); 70 35
  36. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.7: Đặc tính cơ của động cơ có hãm tái sinh do động năng khi giảm điện áp phần ứng: đoạn AB là hãm tái sinh. 71 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm ngược: là trạng thái làm việc của truyền động điện trong đó động cơ điện nhận cả điện năng và cơ năng tạo ra mô men hãm có chiều ngược chiều quay của động cơ. Theo dạng năng lượng cơ, có hai hai dạng hãm ngược. - Hãm ngược do thế năng - Hãm ngược do động năng 72 36
  37. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm ngược do thế năng: Đối với hệ truyền động làm việc ở trạng thái động cơ (góc phần tư thứ nhất) với tải là cơ cấu nâng hạ khi thêm điện trở phụ vào phần ứng tốc độ sẽ suy giảm về không sau đó quay ngược. Để hiểu rõ bản chất của hãm ngược do thế năng ta xét ví dụ sau: 73 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.6: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của hệ truyền động có hãm ngược do thế năng khi máy sản xuất là cơ cấu nâng hạ với động cơ có thông số như sau: Điện trở phụ phần ứng: Ru 40 200  Hệ số K 2 Điện áp định mức phần ứng: V 220 V 74 37
  38. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.6: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 10; % Dien tro phan ung (Ohms) Rf1 = 40; % Dien tro phu phan ung (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) M = [0:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) omega0 = V/K - (Ru + Rf1)*M/K^2;% Toc do (rad/s) 75 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.6: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): plot(M, omega0, 'b-', 'linewidth', 2); hold on; Rf2 = 200; omega1 = V/K - (Ru + Rf2)*M/K^2; % Toc do (rad/s) plot(M, omega1, 'r ', 'linewidth', 2); grid on; axis([0 max(M) -1.2*max(omega0) 1.4*max(omega0)]); Mco = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 76 38
  39. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.6: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): Mdm = 3; % Mo men dinh muc omegadm = 80; omega0 = -200:0.1:200; Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega0./omegadm).^(0); plot(Mc, omega0, 'k:', 'linewidth', 3); hold on; 77 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.6: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Dac tinh co nhan tao khi Rf = 40 (Ohms)', 'Dac tinh co nhan tao khi Rf = 200 Ohms)', 'Dac tinh co may san xuat'); 78 39
  40. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.8: Đặc tính cơ của động cơ có hãm ngược do thế năng khi có thêm điện trở phụ phần ứng: đoạn CD là hãm ngược do thế năng. 79 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét: Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng, trạng thái làm việc của hệ truyền động chuyển từ vị trí cân bằng A đến B sau đó từ B đến C. Đoạn BC ứng với tốc độ động cơ giảm dần tới giá trị không. Sau đó hệ chuyển từ điểm làm việc C (tốc độ bằng không) đến điểm D ứng với quá trình tốc độ tăng dần nhưng ngược chiều quay khi chưa thêm điện trở phần ứng. Hệ đạt đến trạng thái cân bằng tại điểm D. Đoạn CD là 80 đặc tính hãm ngược. 40
  41. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm ngược do động năng: Dạng hãm này xảy ra khi đảo cực tính của điện áp một chiều cấp cho phần ứng. Khi đó điện áp phần ứng và sức điện động phần ứng cùng dấu nên dòng điện phần ứng là rất lớn. Để hạn chế dòng điện người ta đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng. 81 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của hệ truyền động có hãm ngược do động năng khi máy sản xuất là cơ cấu nâng hạ với động cơ có thông số như sau: Điện trở phụ phần ứng: Ru 40 200  Hệ số K 2 Điện áp định mức phần ứng: V 220 V 82 41
  42. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 10; % Dien tro phan ung (Ohms) Rf1 = 20; % Dien tro phu phan ung (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V1 = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) M = [-5:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) omega1 = V1/K - (Ru + Rf1)*M/K^2; % Toc do(rad/s) 83 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): plot(M, omega1, 'b-', 'linewidth', 2); hold on; Rf2 = 200; V2 = -220; % Dao cuc tinh dien ap phan ung (V) omega2 = V2/K - (Ru + Rf2)*M/K^2; % Toc do(rad/s) plot(M, omega2, 'r ', 'linewidth', 2); grid on; hold on; 84 42
  43. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): % Mo men can goc phan tu thu 2: Mco1 = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm1 = -1; % Mo men dinh muc omegadm1 = 80; omega1 = -200:0.1:0; Mc1 = Mco1 + (Mdm1 - Mco1).*(omega1./omegadm1).^(0); plot(Mc1, omega1, 'k ', 'linewidth', 3); 85 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): hold on; % Mo men can goc phan tu thu 4: Mco2 = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm2 = 1; % Mo men dinh muc omegadm2 = 80; omega2 = 0:0.1:200; Mc2 = Mco2 + (Mdm2 - Mco2).*(omega2./omegadm2).^(0); 86 43
  44. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ví dụ 2.7: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 5): plot(Mc2, omega2, 'k ', 'linewidth', 3); axis([-5 5 -200 250]); xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Dac tinh co khi V=220 Rf = 40 (Ohms)', 'Dac tinh co khi V=-220V Rf = 200 (Ohms)', 'Dac tinh co may san xuat'); 87 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.9: Đặc tính cơ của động cơ có hãm ngược do động năng khi đảo ngược cực tính điện áp phần ứng: đoạn BC là hãm ngược do động năng. 88 44
  45. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng: là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học mà động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tạo ra mô men hãm. Hãm động năng có hai dạng: -Hãm động năng kích từ độc lập -Hãm động năng tự kích 89 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của động cơ có hãm động năng kích từ độc lập khi động cơ có các thông số sau: Điện trở phụ phần ứng: Rf 250  350  Hệ số K 2 Điện áp định mức phần ứng:V 220 V 90 45
  46. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 50; % Dien tro phan ung (Ohms) Rh1 = 0; % Dien tro ham (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V1 = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) M = [-5:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) 91 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): omega1 = V1/K - (Ru + Rh1)*M/K^2; % Toc do(rad/s) plot(M, omega1, 'b-', 'linewidth', 2); hold on; Rh2 = 250; V2 = 0; % Dien ap phan ung la 0(V) omega2 = V2/K - (Ru + Rh2)*M/K^2; % Toc do(rad/s) plot(M, omega2, 'r ', 'linewidth', 2); 92 hold on; 46
  47. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): Rh3 = 350; V3 = 0; % Dien ap phan ung la 0(V) omega3 = V3/K - (Ru + Rh3)*M/K^2; % Toc do(rad/s) plot(M, omega3, 'b:', 'linewidth', 2); hold on; axis([-2 2 -200 250]); grid on; 93 hold on; Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): % Mo men can Mco = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm = 1; % Mo men dinh muc omegadm = 80; omega = -200:0.1:250; Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(0); plot(Mc, omega, 'k ', 'linewidth', 3); 94 47
  48. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng kích từ độc lập: Ví dụ 2.8: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 5): xlabel('Mo men (N.m)'); ylabel('Van toc goc (rad/giay)'); legend('Dac tinh co Rf = 0(Ohms)', 'Dac tinh co Rf = 250 (Ohms)', 'Dac tinh co Rf = 350 (Ohms)', 'Dac tinh co may san xuat'); 95 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.10: Đặc tính cơ của động cơ có hãm động năng kích từ độc lập: đoạn BD hay CD là hãm động năng, các điểm E, F là tốc độ ổn định. 96 48
  49. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét: Khi điện trở hãm càng nhỏ, đặc tính cơ của động cơ càng cứng, mô men hãm càng lớn do đó động cơ hãm càng nhanh. Điện trở hãm ban đầu cần chọn phù hợp sao cho giá trị dòng điện hãm ban đầu nhỏ hơn từ 2 đến 2,5 giá trị định mức của dòng điện hãm. 97 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Hãm động năng kích từ độc lập đòi hỏi phải có nguồn một chiều luôn luôn phải cấp cho mạch kích từ và khi mất điện lưới chế độ hãm này không thể thực hiện được. Do đó, ta phải dùng phương pháp hãm động năng tự kích. 98 49
  50. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Để thực hiện được hãm động năng tự kích, ta phải đồng thời cắt nguồn điện cấp cho mạch kích từ và nguồn điện cấp cho mạch phần ứng. Khi đó, dòng điện phần ứng sẽ bằng tổng của dòng điện kích từ và dòng điện hãm. 99 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Sử dụng MATLAB để vẽ đặc tính cơ của động cơ có hãm động năng tự kích khi động cơ có các thông số sau: Điện trở phụ phần ứng: Ru 100  Hệ số K 2 Điện áp định mức phần ứng:V 220 V 10 0 50
  51. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 1): clc; % Xoa man hinh clear; % Xoa cac bien trong workspace Ru = 50; % Dien tro phan ung (Ohms) Rh1 = 0; % Dien tro ham (Ohms) K = 2; % He so phu thuoc cau tao dong co V1 = 220; % Dien ap dat vao phan ung (V) 10 M = [-5:0.01:5]; % Mo men tren truc ro to (N.m) 1 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 2): omega = V1/K - Ru*M/K^2; % Toc do(rad/s) plot(M, omega, 'r-', 'linewidth', 2); hold on; Rkt = 200; % Dien tro kich tu (Ohms) Rh1 = 100; % Dien tro ham(Ohms) omega1 = -(Ru + (Rkt*Rh1)/(Rkt + Rh1))*M/K^2; 10 plot(M, omega1, 'k ', 'linewidth', 2); 2 hold on; 51
  52. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 3): Rh2 = 350; omega2 = -(Ru + (Rkt*Rh2)/(Rkt + Rh2))*M/K^2; plot(M, omega2, 'b-', 'linewidth', 2); % Mo men can Mco = 1; % Mo men ung voi van toc goc bang 0 Mdm = 1; % Mo men dinh muc 10 omegadm = 80; 3 omega = -200:0.1:250; Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 4): Mc = Mco + (Mdm - Mco).*(omega./omegadm).^(0); plot(Mc, omega, 'k ', 'linewidth', 3); hold on; grid on; axis([-5 5 -200 250]); xlabel('Mo men (N.m)'); 10 ylabel('Van toc goc (rad/giay)’); 4 52
  53. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hãm động năng tự kích: Ví dụ 2.9: Chương trình MATLAB có dạng như sau (phần 5): legend('Dac tinh co Rh = 0(Ohms)', 'Dac tinh co Rh = 100 (Ohms)', 'Dac tinh co Rh = 350 (Ohms)', 'Dac tinh co may san xuat'); 10 5 Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình.2.11: Đặc tính cơ của động cơ có hãm động năng tự kích: đoạn BD và CD là hãm động năng. 10 6 53
  54. Chương 2. Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét: Hãm động năng có hiệu quả kém hơn hãm ngược khi hai trạng thái hãm này có cùng chung tốc độ ban đầu và cùng mô men cản. Tuy nhiên, hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng so với hãm ngược đặc biệt là hãm động năng tự kích vì dạng hãm này không tiêu thụ năng lượng từ lưới nên được sử dụng nếu 10 có sự cố mất điện. 7 54