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

 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 1 
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 
Hình 1: Mạch tương đương của động cơ một chiều kích từ độc lập. 
Ikt 
U 
Rư 
Iư 
E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω 
Rkt 
 Ukt 
 Φkt 
ω 
Lư 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 2 
• Mô hình tĩnh: 
Các đại lượng Các phương trình 
Từ thông kích từ 
ktktkt I.k=Φ 
Sức điện động ωktkE Φ= 
Dòng điện phần ứng 
u
u R
EU
I
−
= 
Moment điện từ 
ukt
udt
dt Ik
EIP
M Φ===
ωω 
Tốc độ động cơ 
60
n
2
)RPM(
)s/rad( πω = ( )
co2
kt
u
oltu
kt
u
ktkt
M
k
R
I
k
R
k
U
k
E






Φ
−=





Φ
−





Φ
=
Φ
= ωω 
• Mô hình động: 
Các đại lượng Các phương trình Biến đổi Laplace 
Từ thông kích từ 
ktktkt i.k=φ ( ) ( )sI.ks ktktkt =Φ 
Sức điện động ωφktke = ( ) ( ) ( )s.s.ksE kt ωΦ= 
Dòng điện phần ứng 
dt
di
LiReu uuuu ++= ( )
( ) ( )
uu
u Rs.L
sEsU
sI
+
−
= 
Moment điện từ 
uktdt i..km φ= ( ) ( )sI.s.kM uktdt Φ= 
Tốc độ động cơ 
dt
d
Jmm Tdt
ω
=− ( )
( ) ( )
s.J
sMsM
s Tdt
−
=ω 
Hình 2: Mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập 
với từ thông kích từ không đổi. 
)s(U 
ktkΦ
uu RsL
1
+
 ktkΦ Js
1
( )sω 
Mđt (s) 
Iu(s) 
E (s) 
( )sMT 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 3 
• Các đặc tính làm việc 
• Làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi 
Hình 3: Đặc tính cơ khi từ thông thay đổi. 
• Làm việc với nguồn điện áp thay đổi, từ thông không đổi 
Hình 4: Đặc tính cơ khi điện áp thay đổi. 
• Các chế độ làm việc 
Hình 5: Bốn miền làm việc. 
I, Mđt 
ω 
0 
ωolt
ωo
ωđm
Iđm I0 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt 
VR 
Mđt 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
Φkt giảm 
Pmax 
ωmax 
Mmax 
Mđt 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
U giảm 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 4 
Hình 6: Đặc tính cơ trong bốn miền làm việc. 
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. 
I, Mđt 
0 
ωolt
ωo
ωđm
Iđm, Mđm 
, I 
I0 Ikđ, Mkđ 
ω
Mđt 
U giảm 
Mđm 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Φ giảm 
I 
II 
IV III 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 5 
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 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. 
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. 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 6 
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 Pđm nđm Uđm Rư Lư 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 0s-0%, 10s-100%, khi: 
• Điện áp và từ thông định mức. 

 Nhận xét: 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 7 
• Điện áp định mức, từ thông bằng 50% định mức. 

 Nhận xét: 
• Điện áp bằng 50% định mức, từ thông định mức. 

 Nhận xét: 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 8 
• Điện áp bằng -50% định mức, từ thông định mức. 

 Nhận xét: 
• Điện áp và từ thông định mức, moment theo chiều ngược. 

 Nhận xét: 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 9 
• 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(Mđt) với Mđt = [-Mđm, Mđm]. 
• Đặc tính cơ khi làm việc với nguồn điện áp không đổi, từ thông thay đổi 
(100%, 75%, 50%). 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 10 

 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%). 

 Giải thích và nhận xét: 
 Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm Máy Điện T©B 
Bài 4: Thí nghiệm mô phỏng động cơ một chiều 11 
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