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

THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN 
BÀI 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 
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% 
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). 
Nội dung thí nghiệm 
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. 
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. 
Mô hình toán của động cơ một chiều kích từ độc lập 
I
kt
U
R
ư
I
ư
E = k
E
.
Φ
kt
.
ω
≈
 k.I
kt
.
ω
R
kt
U
kt
Φ
kt
ω
L
ư 
Hình 1: Mạch tương đương của động cơ một chiều kích từ độc lập. 
Mô hình tĩnh: 
Các đại lượng 
Các phương trình 
Từ thông kích từ 
Φkt = kkt.Ikt
Sức điện động 
E = kΦktω
Dòng điện phần ứng 
Iu = U − E
Ru
Moment điện từ 
Mdt = Pdt = EIu = kΦktIu ω ω
Tốc độ động cơ 
ω= kΦEkt = kΦUkt − kRΦukt Iu =ωolt −(kΦRktu )2 Mco
ω(rad /s)= 2πn (RPM) 60
Mô hình động: 
Các đại lượng 
Các phương trình 
Biến đổi Laplace 
Từ thông kích từ 
φkt = kkt.ikt
Φkt(s)= kkt.Ikt (s)
Sức điện động 
e = kφktω
E(s)= k.Φkt (s .)ω(s)
Dòng điện phần ứng 
u = e+ Ruiu + Lu diu dt
Iu ( )s = U(s)− E(s)
Lu.s + Ru
Moment điện từ 
mdt = k.φkt.iu
Mdt = k.Φkt (s .I) u (s)
Tốc độ động cơ 
mdt − mT = J dω dt
ω( )s = Mdt (s)− MT (s)
J.s
(
)
s
U
kt
k
Φ
u
u
R
s
L
1
+
kt
k
Φ
Js
1
(
)
s
ω
M
đt
 (s) 
I
u
(
s) 
E (s) 
(
)
s
M
T
Hình 2: Mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông kích từ không đổi. 
Các đặc tính làm việc 
Làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi 
U
R
ư
I
u
E
I
kt
R
kt
U
kt
ω
Φ
kt
VR 
M
đt
ω
0
ω
olt
ω
đm 
M
đm
Φ
kt
 giảm
P
max
ω
max
M
max
Hình 3: Đặc tính cơ khi từ thông thay đổi. 
Làm việc với nguồn điện áp thay đổi, từ thông không đổi 
ω
U giảm 
ω
ωoltωolt ωo
ωđmωđm 
I, Mđt 
0 0 
	I0 	Iđm 	Mđm Mđt 
Hình 4: Đặc tính cơ khi điện áp thay đổi. 
• Các chế độ làm việc 
Hình 5: Bốn miền làm việc. 
Hình 6: Đặc tính cơ trong bốn miền làm việc. 
M
đt
U giảm 
M
đm
ω
0
ω
olt
ω
đm 
Φ
 giảm 
I
II
IV
III
ω
I, M
đt
0
ω
olt
ω
o
ω
đm
	I0 	Iđm, Mđm 	Ikđ, Mkđ 
Hình 7: Moment và dòng điện khởi động của động cơ một chiều kích từ độc lập. 
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. 
Hình 9: Mô hình khảo sát động cơ một chiều kích từ độc lập trên Matlab/Simulink. 
Khảo sát đáp ứng của động cơ một chiều kích từ độc lập 
Thông số động cơ (tạo file .m trong Matlab) 
Thông số 
1 
2 
3 
4 
Đơn vị 
Pđm 
10 
2 
1,5 
100 
HP 
nđm 
1180 
500 
2650 
3000 
RPM 
Uđm 
500 
230 
160 
500 
V 
Iưđm 
17 
8,5 
8 
200 
A 
Rư 
3 
3 
1,4 
0,15 
Ω 
Lư 
30 
12 
3,3 
10 
mH 
J 
2,XX 
1, XX 
0,1XX 
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 MT định mức từ các thông số trên. 
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. 
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. 
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: 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 
Thông số động cơ 
Thông số 
Pđm 
nđm 
Uđm 
Rư 
Lư 
J 
Bộ thông 
số: . 
HP 
RPM 
V 
Ω 
mH 
kg.m2 
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 0s-0%, 10s-100%, khi: 
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. 
Vẽ, giải thích và nhận xét các đặc tuyến của động cơ một chiều kích từ độc lập 
ω=f(Mđt) với Mđt = [-Mđm, Mđm]. 
Đặc tính cơ khi làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi (100%, 75%, 50%). 
 Giải thích và nhận xét: 
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%). 
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