Mục Lục
Lời mở đầu
Đối với kỹ sư điều khiển - tự động hóa nói riêng và những người nghiên cứu
khoa học - kỹ thuật nói chung, mô phỏng là công cụ quan trọng cho phép khảo sát các
đối tượng, hệ thống hay qúa trình - vật lý, mà không nhất thiết phải có đối tượng hay
hệ thống thực. Được trang bị công cụ mô phỏng mạnh và có hiểu biết về các phương
pháp mô hình hóa, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí
nghiên cứu - phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi
sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn. Do yêu cầu
của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết hệ thống truyền động
,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn học “Tổng hợp hệ điện cơ”em
được nhận đề tài” Xây dựng mô hình hệ truyền động đảm bảo đồng bộ tốc độ giữa 2
động cơ để đảm bảo xe đi thẳng về phía trước. Động cơ truyền động sử dụng động cơ
một chiều kích từ đôc lập sử dụng nguồn cấp riêng”
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1 Cấu tạo chung của động cơ 1 chiều
Động cơ một chiều bao gồm 2 phần phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng (phần quay).
* Phần cảm (stator)
Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dòng điện chạy trong dây
quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau. Cực từ
chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông. Ngoài ra máy điện một chiều còn có nắp máy,
cực từ phụ và cơ cấu chổi than.

Hình 1.1 Cực từ chính
* Phần ứng (rotor)
Rôto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy

Hình 1.2 Lá thép rôto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều
1. Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm,
phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ thông gió và rãnh để đặt dây

1.4 Phân loại các động cơ điện 1 chiều
Dựa theo cuộn kích từ, động cơ điện 1 chiều có các loại như sau:
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
+ Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp
1.5 Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
* Định nghĩa: Phương trình đặc tính cơ là đồ thị miêu tả mối quan hệ giữa

mô men điện từ M
đt
và tốc độ góc ω của động cơ.
* Đặc tính cơ:
Từ phương trình cân bằng điện áp :



Φ=
−=
ω

.E
0
0
KE
RIU
u
⇒
2
.

∆Μ
=
ω
β
β càng lớn đặc tính cơ càng cứng
Đồ thị:
Φ
=
.
0
k
U
ω
: tốc độ không tải lí tưởng.
M
mm
=
u
R
KU Φ
: Mômen mở máy.
1.6 Các cách khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Từ phương trình điện áp phần ứng :
U=E
u
+R
u
.I
u
u

+ Dùng biến trở mở máy R
mở
:
TN
M
n
M
C
M
C1
n
0
n
yc
n
1
Mắc biến trở này vào mạch phần ứng lúc có biến trở này :
Iưmở =U/(Rư+Rmở )
Lúc đầu để R
mở
max, trong quá trình mở này tốc độ tăng lên Eư tăng lên và điện trở
này giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức.
+ Giảm điện áp đặt vào phần ứng:
Phương pháp này là phương pháp thường dùng hơn cả nó đòi hỏi có một nguồn
điện có thể điều chỉnh được điện áp như nguồn chỉnh lưu, hệ máy phát động cơ hay
bộ băm xung một chiều. Phương pháp này dùng kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng rất tiện lợi.
1.7 Các trạng thái hãm của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều tốc độ quay
.Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát. Tùy theo

U
1
U
2
U
3
TN ( U
dm
)
n
0
n
cb
n
1
n
2
n
3
M
n
M
C
U
dm
> U
1
> U
2
> U

TN
R
f1
R
f2
R
f3
0
M
C
n
3
n
2
n
1
n
cb
n
M, I
0 < R
f1
< R
f2
< R
f3
n
cb
> n
1

n
cb
> n
1
> n
2
> n
3
Đặc điểm :
- Vì từ thông trong lõi thép rất dễ bão hoà nên người ta thường chỉ điều chỉnh giảm
từ thông trong động cơ.
- Khi từ thông Φ
dm
giảm đến Φ
i
thì có một M
ik
nào đó, khi M
c
< M
ik
việc giảm Φ sẽ
làm tăng tốc độ động cơ, khi M
c
>M
ik
việc giảm Φ sẽ làm tốc độ động cơ.
Trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là rất khó thực hiện vì
quan hệ Φ(ω) là phi tuyến.
Chương 2: Xây dựng mô hình động cơ và các mạch vòng điều chỉnh

điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua.
Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành mômen điện từ, giá
trị của mômen điện từ được tính như sau:
M =
IkI
a
Np
Φ=Φ

.2
.
'
π

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/2пa - 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 dây quấn này cảm ứng sức điện động (sđđ):
E =
ωω
π
Φ=Φ k
a
Np

và từ thông Φ là phụ thuộc phi tuyến
bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:
U
k
(p) = R
k
I
k
(p) + N
k
.p.Φ(p)
Trong đó: N
k
- số vòng dây cuộn kích từ;
R
k
- điện trở cuộn dây kích từ.
* Mạch phần ứng:
U(p) = R
ư
.I(p) + Lư.p.I(p) ± N
N
.p.Φ(p) + E(p)
Hoặc dạng dòng điện:
I(p) =
[ ]
)()( )(
1
/1
pEppNpU

Ta thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh (có khâu phi tuyến), do đó
trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc
(phương pháp số gia).
Trước hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá
và đặc tính mômen tải như hình 2.4

ω
cb
ω
c
φ
φ
0
Hình 2.4 Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải.
Độ dốc của đặc tính từ hoá và đặc tính cơ mômen tải tương ứng (bỏ qua hiện
tượng từ trễ) là:
k
k
=
00
,
K
I
k
I
Φ
∆
∆Φ

B =

, ∆Φ và
∆M
C
.
Xét cho động cơ kích từ độc lập (N
N
= 0), khi đó các phương trình có thể viết
như sau:
- Mạch phần ứng:
U
ư
+ ∆U = R
ư
[I
ư0
+ ∆Iư] + pL
ư
[I
ư0
+ ∆Iư] + K[Φ
0
+ ∆Φ].[ω
0
+ ∆ω]
- Mạch kích từ:
U
k0
+ ∆U
k
= R

∆Iư + pL
ư
∆Iư + KΦ
0
∆ω +K∆Φω
0

∆U
k
= R
k
∆I
k
(p) (1 + pT
k
)
K∆ΦI
ư0
+KΦ
0
∆Iư - ∆M
c
= J d∆ω/dt
Từ các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hoá
của động cơ một chiều kích từ độc lập Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa
Sau đây ta xét một số trường hợp đặc biệt của động cơ một chiều kích từ độc
lập trong chế độ quá độ.

phần ứng ∆Uư = 0.
Phương pháp này có ưu điểm là: bộ chỉnh lưu có điều khiển trong mạch kích từ
nhỏ gọn hơn, rẻ tiền hơn, với công suất nhỏ hơn dẫn đến kích thước và trọng lượng
nhỏ hơn.
Tuy nhiên nó có những nhược điểm cơ bản đó là:
- Đụng chạm đến tính phi tuyến của động cơ.
- Số vòng dây của cuộn kích từ lớn hơn do đó hằng sô thời gian mạch kích từ
lớn hơn nhiều so với mạch phần ứng (T
k
>>T
u
) dẫn đến thời gian quá độ của hệ
kéo dài.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ quay hẹp và còn bị phụ thuộc nhiều vào giá trị
mômen cản.
Do ảnh hưởng của từ dư sẽ gây ra sai lệch trong quá trình thực hiện đảo chiều
quay động cơ
Lựa chọn động cơ và tính toán các thông số mô phỏng:
Chọn động cơ 1 chiều
- Công suất định mức:

đm
P
=11KW
- Điện áp định mức:

đm
U
=220V
- Tốc độ định mức


dm
dm
P
ω
=
08,157
1100
=
)(03,70 Nm

⇒
φ
K
=
dm
dm
I
M
=
5,59
03,70
=
2,1

)(071,0
197,0
014,0
s
R

I
S
=
)1()1)(1(
BĐ
pTRpTpT
k
uuwv
+++
=
)1)(1)(1)(1(
.
pTpTpTpTR
kk
Iđkvuu
IBĐ
++++

v
T
= 0.001 (chọn)

10
220
==
dk
N
BĐ
U
U

10
==
đm
đk
I
U

I
ư
dòng điện phần ứng động cơ, I
ư
= 59,5(A)
T
i
= 0,001 (chọn)
Vì T
đk
,T
v
,T
i
là các hằng số thời gian rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ T
ư
nên nếu đặt
T
s
I
=T
đk
+ T

uu
2
)1(
+
I
R
=
p
p
02244,0
)071.01(197.0 +
Hình 2.13 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện
Hình 2.14 Đặc tính mô phỏng dòng định mức
2.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Hệ có dạng nối cấp: mạch vòng dòng điện bên trong và mạch vòng tốc độ ở bên
ngoài, nó được sử dụng khi:
- Hệ không có khả năng về quá dòng hoặc có yêu cầu cao về điều chỉnh gia tốc hoặc
rơi vào dòng gián đoạn phần ứng.
Số mạch vòng dòng điện thường là một đối với hệ không đảo chiều, là hai đối với
hệ có đảo chiều.
Muốn thay đổi chiều quay của hệ thì phải thay đổi dấu của tín hiệu đặt.
Cần phải lắp thêm bộ hạn chế dòng điện sau bộ điều khiển tốc độ để giảm tín hiệu
đặt cho mạch vòng dòng điện.
Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh tốc độ có mạch vòng dòng điện:
M
c
ω
U
ωsp
R

=
Do hệ số TSI là rất nhỏ nên ta có thể xấp xỉ hàm truyền FI về dạng:

pT
K
F
SI
I
I
21
/1
+
=
Khi đó đối tượng cho bộ điều khiển được tính:

pT
K
Jp
C
pT
K
S
u
SI
I
ω
ω
ω
++
=

2
===
u
u
c
C
JR
T
T
ω
= 0,001 (s) (chọn)
Theo tiêu chuẩn modul tối ưu ta có:

ωω
ω
φ
Su
cI
TR
TKK
R
4
1
.
K.

=
Thay số ta có :

003,0.4