MỤC LỤC
Mục lục 1
Lời nói đầu 2
Chương 1: Tổng quan về tổng hợp hệ điện cơ 3
1.1Ngun tắc cơ bản khi xây dựng hệ điều chỉnh tự động truyền động điện 3
Chương 2: Xây dựng mơ hình tốn học cho động cơ điện 1 chiều 5
2.1 Động cơ điện một chiều. 5
2.2 Chế độ xác lập của động cơ một chiều 6
2.3 Chế độ q độ của động cơ 1 chiều 7
Chương 3: Xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc độ quay với hai vòng có
phân cấp
3.1Tổng hợp mạch vòng dòng điện. 13
3.2Tổng hợp mạch vòng tốc độ. 15
Chương 4: Mơ phỏng động cơ điện 1 chiều bằng Matlab 20
4.1 Lựa chọn thơng số cho động cơ 20
4.2 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện Ri 21
4.3 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ Rw 22
4.4 Kết quả mơ phỏng 23
Tài liệu tham khảo 26
Trang : 1
Lời nói đầu
Sự bùng nổ tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện – điện tử - tin học những
năm gần đây đã dẫn đến nhũng thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyêt lẫn thực tế
lĩnh vực truyền động điện tự động. Trước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng
hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công suất với kích thước gọn nhẹ, độ tác động
nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử, vi
xử lý . Ngày nay việc sử dụng động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng
rãi trong các hệ truyền động; với việc điều khiển dễ dàng hơn so với động cơ
xoay chiều.Trong đồ án này trình bày cách xây dựng lên một hệ truyền động
điện để điều khiển truyền động của động cơ điện một chiều từ các phương pháp
đã được học. Với sự giúp đỡ của thầy giáo và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ

Để đảm bảo chất lượng của hệ, thường có nhiều mạch vòng mạch vòng điều
chỉnh như điện áp, dòng điện , tốc độ, từ thông, tần số , công suất . . .
Phân loại theo nhiêm vụ chung của hệ thống :
- Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh duy trì theo lượng đặt
trước không đổi.
Trang : 3
- Hệ điều chỉnh tùy động (hệ bám) là hệ điều chỉnh vị trí trong đó cần điều
khiển truyền độngtheo lượng đặt trước biến thiên tùy ý.
- Hệ điều khiển chương trình: thực chất là hệ điều chỉnh vị trí nhưng đại
lượng điều khiển lại tuân theo chương trình đặt trước.
1.1.2 Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động điện.
Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo thực
hiên được tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu
chất lượng và các yêu cầu về kinh tế. Vì vậy khi thiêt kế hệ ta phải thực hiện các
bài toán về phân tích và tổng hợp hệ để tìm ra lời giải hợp lý sao cho đáp ứng
được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật đề ra.
Đối với bài toán tổng hợp hệ, được đưa ra 3 loại:
- Bài toán tổng hợp chức năng.
- Bài toán tổng hợp tham số.
- Bài toán tổng hợp cấu trúc – tham số.
Chương 2:
Xây dựng mô hình toán học cho động cơ điện 1 chiều
2.1 Động cơ điện một chiều.
Trang : 4
Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện 1 chiều được biểu diễn như sau:
Hình 1. Sơ đồ thay thế của động cơ điện một chiều
Trong đó:
+ CKĐ: dây quấn kích từ độc lập
+ CKN: dây quấn kích từ nối tiếp
+ CB: dây quấn bù

= Φ = Φ
(1-1)
Trong đó :
p’ _ số đôi cực của động cơ;
N _ số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ ;
a _ số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng ;
k = p’N/2
π
a hệ số kết cấu của máy.
Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục. Các dây quấn phần ứng
quét qua từ thông và trong các dây quấn này cảm ứng sức từ động :

'.
.
2 .
p N
E k
a
ω ω
π
= Φ = Φ
(1-2)
Trong đó
ω
_ tốc độ góc của roto.
Trong chế độ xác lập ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
U = I.R
ư
+ E
Trong đó : E = kΦω _ sức điện động.

Nk: số vòng dây cuộn kích từ
Rk: điện trở cuộn dây kích từ
⇒ biến đổi Laplax ta được :
(1-4)
- Mạch phần ứng :

N
N
: số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp
=> (1-5)
Hoặc dạng dòng điện:

L
ư
_ điện cảm mạch phần ứng ;
N
N
_ số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp
T
ư
= L
ư
/R
ư _
hằng số thời gian mạch phần ứng
- Phương trình chuyển động của hệ thống :
M(p) – M
c
(p) = Jp
ω

=
∆
Tại điểm làm việc xác lập có: điện áp phần ứng U0; dòng phần ứng I0, tốc
độ
B
ω
, điện áp kích từ U
ko
, từ thông Φ
o
dòng kích từ I
ko
và mômen tải M
cb
. Biến
thiên nhỏ của đại lượng trên tương ứng là:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
, , , , , ,
P P P K P K P P c P
U I U I M
ω
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆Φ ∆
* Đối với động cơ 1 chiều kích từ độc lập thì NN = 0 => các phương trình
sau:
- Mạch phần ứng :
Trang : 9
Từ PT :
( ) ( )
di
U t RI t L e

ư
)
(1-
10)
-> phần kích từ :
∆U
k
(p) = R
k
.∆I
k
(p)(1+pT
k
) (1-10)
-> phương trình chuyển động cơ học :
K.I
o
.∆Φ(p) +K.Φ
o
.∆I(p) - ∆M
c
(p) = J.p∆ω(p) (1-11)
Trang : 10
2.3.2.Trường hợp từ thông kích từ không đổi.
Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích
thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số :
Ta có các phương trình cho động cơ như sau :
KΦ = const = C
u
-> phần ứng :

đ
= 1/C
u
Hằng số thời gian cơ học : T
c
=
2
u
u
R J
C
=>
2
( ). . ( )
( )
1
c c
u u
u c c
U p pT M p
R C
I p
T T p T p
+
=
+ +
Chương 3:
Xây dựng hệ thống điều chỉnh tốc độ quay với hai vòng có phân cấp
Trang : 12
3.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

T
ư,
T
i
- các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển
chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lưu, phần ứng và xen xo dòng điện ;
R
ư
- điện trở mạch phần ứng;
d
U
α
∂
∂
- hệ số khuếch đại của chỉnh lưu.
Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học
rất lớn hơn hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể coi sức
điện động của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch
vòng dòng điện (coi ∆E = 0 hoặc E = 0)
T
c
>> T
ư
Xác định hàm truyền đạt R
i

Ta có :
S
o
(p) =

si
= T
f
+ T
đk
+ T
vo
+ T
i
=> F
o

= R
i
.S
o
(p)
=> F(p) =
( )
1 ( )
i o
i o
R S p
R S p+
= F
MC
Với F
MC
=
2 2

+ +
+
Chọn τ
σ
= T
si
( )
1
1
( )
. . .
.2 .2 .2
1 1
. .
.2 .2
u
u
i
cl i cl i cl i
si si si
u u u
u
p
cl i cl i
i
si si
u u
T p
T p
R p

R
+
a = 1
3.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
3.2.1 Cấu trúc chung
Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc
độ góc của động cơ điện, các hệ này rất thường gặp trong thực tế kỹ thuật. Hệ
thống điều chỉnh điều chỉnh tốc độ được hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng
điện. Các hệ thống này có thể là đảo chiều hoặc không đảo chiều. Do các yêu
Trang : 15
cầu công nghệ mà hệ cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai câp 2. Nhiễu chính của hệ
là momen tải M
c
+ Hệ có : - đại lượng điều chỉnh ω, ϕ.
- nhiễu phụ tải M
c
- tín hiệu tác động U
ư
3.2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ có mạch vòng dòng điện.
a) Cấu trúc
Hệ có dạng nối cấp : mạch vòng dòng điện là mạch vòng trong, mạch vòng
tốc độ là mạch vòng ngoài. Nó được sử dụng khi: hệ không có khả năng chịu
quá dòng hoặc có yêu cầu cao về điều chỉnh gia tốc hoặc làm việc trong vung
gián đoạn
Số mạch vòng là 1 đối với hệ không đảo chiều; sẽ là 2 cho hệ đảo chiều
Kết cấu cơ bản của hệ truyền động động cơ có dạng như trên. Tín hiệu từ
bộ phát xung sẽ được đưa vào bộ biến đổi để điều khiển động cơ. Bộ điều chỉnh
dòng điện R
I
và sensor dòng S

++
Vì
<<
si
T
nên ta có thể bỏ qua các thành phần bậc cao:
⇒

=
Mi
F
pT
si
21
1
+
Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng tốc độ là:
Sơ đồ mạch vòng tốc độ động cơ điện một chiều.
=
c
T
2
)(
.
φ
K
JR
:Hằng số thời gian cơ học
pT
K

T
và
ω
T
<< nên ta có thể bỏ đi các thành phần bậc cao:
⇒
ω
0
S
=
[ ]
pTTpTKK
RK
sici
)2(1)(
ω
ω
φ
++
Đặt
ω
s
T
=2T
si
+
ω
T
thay vào biểu thức trên ta được:
ω

0
1 SR
SR
+
⇒
ω
R
=
)1(
1
1
0
−
−
ωω
M
FS
Thay vào ta được:
ω
R
=
)1(2.
)1()(
ppRK
pTpTKK
sci
σσω
ω
ττ
φ

Công suất định mức:
Trang : 19
dm
P
=
)(10 kW
Điện áp định mức:
=
dm
U
)(220 V
Tốc độ định mức:
=
dm
n
)/(1150 phv
Hiệu suất định:
=
dm
η
%90
Điện cảm phần ứng:
=L
)(3,0 H
Mômen quán tính:
=J
)/(2
2
mkg
Hằng số thời gian của:

.2
dm
n
π
=
60
1150.2
π
=
)/(43,120 srad
⇒
=
dm
M

dm
dm
P
ω
=
43,120
10000
=
)(04,83 Nm
Trang : 20
=
dm
I
dm
dm

η
)(Ω
)(25,1
24,0
3,0
s
R
L
T
u
===
)(004,0002,0001,0001,0 sTTTT
ivdksi
=++=++=
Ta có :
dmiid
dkcldm
IKU
UKU
.
.
=
=
Chọn
)(10 VUU
iddk
==
22,0
45,45
10

+
usiicl
u
pTTKK
RT
1
1
2
=








+
p.25,1
1
1
004,0.22,0.22.2
25,1.24,0
=
+2,6
p
75,7
⇒
Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện và đáp ứng đầu ra:
Hình 4.1:Sơ đồ mạch vòng dòng điện.

Ta có:

d
U
ω
=
ω
ω
K.
Chọn
d
U
ω
=
)(10 V
⇒

ω
K
=
ω
ω
d
U
=
43,120
10
=
083,0
⇒

đó ta phải đưa thêm vào sơ đồ mạch vòng tốc độ khối hạn chế dòng; giá trị
trong khối hạn chế dòng được chỉnh định sao cho dòng điện ra trong phạm vi
cho phép và tốc độ thực của động cơ vẫn tương đối thoả mãn được các yêu cầu
của việc sản xuất trong thực tế.
-Sơ đồ mô phỏng như sau:
-Kết quả mô phỏng
Trang : 23
Hình 4.4:Tốc độ thực
Hình 4.5:Mô men điện từ
Trang : 24
Hình 4.6:Dòng điện
Hình 4.7:Đặc tính cơ
Trang : 25