Tài liệu Đồ án môn học điện tử ứng dụng: THIẾT KẾ BỘ PID SỐ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC pptx

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 1

-

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐỂ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ PID SỐ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 2

-

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 3

-

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 4

-

PHẦN 1: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1Giới thiệu động cơ DC:

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một

chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân

dụng cũng như công nghiệp

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với

stato. Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi

trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên

rôto). Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng

sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto,

làm cho rôto quay.

Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động

cơ sau:

- Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và

cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng

biệt.

- Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn

dây phần ứng:

Đối với loaj động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây

kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng

nam châm vĩnh cữu. Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này.

1.2 Mô hình hóa động cơ DC:

Mô hình tương đương của phần ứng động cơ như sau:

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 5

-

A

-

+

1 2

R a

L a

E g

U a

I a

g

a

a a a a

e

dt

di

u = R i + L + (1.1)

eg = kvΦn (1.2)

Trong đó Φ là từ thông do nam châm vĩnh cữu gây ra. n là tốc độ động

cơ.

Momen điện từ:

Td = Kt Φia (1.3)

Phương trình của động cơ:

d B TL

dt

d

T = J + ω +

ω

(1.4)

B: hệ số ma sát

T: monen tải.

Ở chế độ xác lập:

a a a g u = R i +e (1.5)

d L t a T = 2πnB +T = K Φi (1.6)

Ta có được tốc độ động cơ ở chế độ xác lập:

Φ

−

=

v

a a a

K

U I R

n (1.7)

1.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ:

Đối với loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cữu, để thay

đổi tốc độ, ta thay đổi điện áp cung cấp cho roto. Việc cấp áp 1 chiều

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

Đồ án môn học: Điện tử ứng dụng Trang - 6

-

thay đổi thường khó khăn, do vậy người ta dùng phương pháp điều xung

(PWM):

Hình 1.1: PWM

Phương pháp điều xung sẽ giữ tần số không đổi, thay đổi chu kì nhiệm

vụ (Duty cycle) để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ.

Điện áp trung bình:

in

on

dk V

T

T

V =

Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng qua động cơ là dòng liên tục,

gợn sóng như sau:

Hình 1.2: Dạng sóng dòng và áp trên động cơ.

Nhóm 1 – Lớp 04DT2

U

dk

t

Ia

t