Tài liệu Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều và mô phỏng

Lời nói 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 quá trình kỹ thuật - vật lý, mà không nhất thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực. Được trang bị một 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 Động cơ điện một chiều ngày nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp bởi những tính năng mà nó mang lại như: không cần nguồn xoay chiều, thực hiện việc thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng, …Chính vì những lí do đó mà em đã được giao đề tài về động cơ một chiều là đối tượng để mô phỏng trong bài làm của mình. Em xin cảm ơn thầy Phạm Tâm thành đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. 1 Chương 1- Khái quát về động cơ một chiều 1.1 – Khái niệm Động cơ điện một chiều là máy điện quay được dùng để biến đổi năng lượng điện một chiều thành cơ năng. Động cơ điện một chiều bao gồm: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp. 1.2 - Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều a. Cấu tạo của động cơ điện một chiều Máy điện một chiều có thể là máy phát hoặc động cơ điện và có cấu tạo giống nhau. Những phần chính của máy điện một chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng (phần quay). Ngoài ra còn có bộ phận chổi than, cổ góp. - Phần cảm (stator) Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ, vừa là vỏ máy, mặt trong có gắn các cực từ chính và cực từ phụ (hình 1.1). Dây quấn cực từ chính được đặt trên các cực từ chính và được nối nối tiếp nhau. Dây quấn cực từ phụ được đặt trên các cực từ phụ, nó tạo ra từ trường phụ. Nắp máy stator Cực từ chính Nắp máy Cực từ phụ rotor Hình 1.1 Hình dạng và mặt cắt ngang máy điện một chiều + Mạch từ và dây quấn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (dây đồng), các cuộn dây điện từ này được mắc nối tiếp với nhau. 2 + Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. + Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. - Phần ứng (rotor) Phần ứng của máy điện một chiều còn gọi là rotor, gồm lõi thép, dây quấn phần ứng. + Lõi thép phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (hình 1.2) dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. 3 Hình 1.2 Lá thép rotor + Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong các rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vòng kín. Phần tử của dây quấn là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của vành góp (hình 1.3a) hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên (hình 1.3b). 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều a) phần tử dây quấn b) bố trí phần tử dây quấn - Cổ góp và chổi than Cổ góp và chổi than là bộ phận để biến đổi dòng điện rotor. Đây có thể coi như bộ chỉnh lưu hay nghịch lưu cơ khí. Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục (1). Chổi than làm bằng than graphit (2). Các chổi than tì chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy. (1) (2) Hình 1.4 Cấu tạo cổ góp máy điện một chiều 4 b. Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ một chiều - Dựa theo cuộn kích từ, động cơ điện một chiều có các loại sau: + Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ. + Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng. + Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng. + Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng. - Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. + Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. 5 + Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. 1.3 - Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Trên hình 1.5 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác dụng lên rotor, làm quay rotor. Chiều lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1.5a). Hình 1.5 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau (hình 1.5b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rotor cũng theo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. - Các trị số định mức của động cơ điện một chiều Chế độ làm việc định mức của máy điện nói chung và của động cơ điện một chiều nói riêng là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là những đại lượng định mức. 1. Công suất định mức Pđm (kW hay W). 2. Điện áp định mức Uđm (V). 3. Dòng điện định mức Iđm (A). 4. Tốc độ định mức nđm (vòng/ph). Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ,… 6 1.3.1 - Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập Khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Lúc này động cơ được gọi là động cơ một chiều kích từ độc lập. Hình 1.6 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư (1.1) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng (V) Eư: Sức điện động phần ứng (V) Rư: Điện trở mạch phần ứng (  ) Iư: Dòng điện của mạch phần ứng (A) Với: Rư = rư + rcf + rcb + rct rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cuộn dây cực từ phụ rct: Điện trở chổi than rcb: Điện trở cuộn bù Sức điện động phần ứng được xác định theo biểu thức sau: Eư = pN  = k  2 a Trong đó: p: Số đôi cực từ chính N: Tổng số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng a: Số mạch nhánh song song 7 (1.2)  : Từ thông kích từ dưới một cực  : Tốc độ góc (rad/s) k: Hệ số cấu tạo động cơ Từ (1.1) và (1.2) ta có:  U Ru  R f . .I K K (1.3) Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ Mặt khác, mômen điện từ Mđt được xác định bởi (1.4) Mđt = K  Iư Ta rút ra M dt I = k Thay giá trị I vào phương trình (1.3) ta có:  Ru  R f U .M dt k ( K ) 2 (1.5) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta kí hiệu là M. Nghĩa là: Mdt = Mcơ = M  Ru  R f U .M k ( K )2 (1.6) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông  const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (1.3) và phương trình đặc tính cơ (1.6) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 1.7 là những đường thẳng. U - khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có:   k1 0 , 0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Khi  0 ta có I U1  Ru  R f Inm M k Inm = Mnm Inm và Mnm là dòng điện và mômen ngắn mạch 8 Từ các phương trình trên mối quan hệ   f (M) và   f ( I ) được biểu diễn như hình sau: n n n0 n0 Mnm M Inm I Hình 1.7 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều 9 Chương 2 – Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều 2.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ sử dụng điện áp một chiều. Động cơ gồm hai phần riêng biệt là rotor và stator. Rotor là phần ứng của động cơ được cấp nguồn thông qua chổi than và cổ góp, stato là phần tĩnh trên có gắn các cuộn dây kích từ. Sơ đồ tương đương của động cơ một chiều có thể được mô tả như sau:   u u Hình 2.1 Giản đồ thay thế động cơ một chiều + CKD: Cuộn kích từ độc lập của động cơ + CKN: Cuộn kích từ nối tiếp của động cơ + CB: Là cuộn bù + CF: Là cuộn phụ 2.1.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều a) Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ Khi thay đổi điện áp phần ứng thì đặc tính cơ của động cơ là các đường song song với nhau. Tốc độ của động cơ cũng sẽ được thay đổi tuy nhiên giá trị tốc độ chỉ có thể điều khiển được dưới đường đặc tính cơ tự nhiên. Phương pháp này hiện nay được sử dụng nhiều trong thực tế do có khả năng điều khiển trơn, mịn và dễ dàng thực hiện được nhờ các bộ biến đổi công suất. 10  0 U3 < U2 < U1  U1 U3 0 U2 Mc M Hình 2.1.a Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp b) Thay đổi điện trở phụ đặt vào phần ứng của động cơ Phương pháp này sử dụng điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng để thay đổi tốc độ của động cơ một chiều. Giá trị tốc độ thay đổi cũng nằm dưới đường đặc tính cơ tự nhiên. Dải thay đổi tốc độ theo điện trở phụ thuộc vào điểm làm việc, nếu mômen cản trên động cơ càng nhỏ thì dài điều chỉnh tốc độ càng bé.  0 Rf0 = 0 Rf1 0 Rf2 Mc M Hình 2.1.b Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ - Đặc điểm của phương pháp: + Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn. + Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm). 11 + Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục. + Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản. Ngày nay phương pháp này hầu như không được sử dụng. c) Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông của động cơ   Mc1 Mc2 Mc3 M Hình 2.1.c Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông Phương pháp này làm cho đường đặc tính cơ của động cơ trở nên mềm hơn và nó thường chỉ ứng dụng trong việc điều khiển tốc độ lớn hơn đường đặc tính cơ tự nhiên. Tuy nhiên việc thay đổi giảm từ thông cũng có thể dẫn đến giảm tốc độ và từ thông cũng phải đảm bảo lớn hơn một giá trị ngưỡng cho trước để động cơ đảm bảo an toàn. Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế (vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ (1 ÷ 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp). Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển. 2.1.2 Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều Ngày nay cấu trúc điều khiển động cơ một chiều thường sử dụng cấu trúc điều khiển nối tầng (phân tầng hoặc điều khiển casecade), cấu trúc này gồm nhiều vòng điều khiển nồng nhau 12 BBĐ – ĐC – Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều sp : giá trị tốc độ đặt I sp : giá trị dòng điện đặt R : bộ điều khiển tốc độ RI : bộ điều khiển dòng điện BBĐ : bộ biến đổi ĐC: động cơ một chiều kích từ độc lập Trong cấu trúc này gồm hai mạch vòng lồng nhau là mạch vòng điều khiển dòng điện và mạch vòng điều khiển tốc độ. Cấu trúc được sử dụng như trên hình là cấu trúc điều khiển tốc độ của động cơ. Giá trị tốc độ đặt được đặt vào bộ điều khiển tốc độ, đầu ra bộ điều khiển tốc độ R là giá trị dòng điện đặt cho bộ điều khiển dòng. Bộ điều khiển dòng có nhiệm vụ điều khiển dòng của động cơ và đảm bảo dòng phần ứng luôn nằm trong giá trị làm việc an toàn. Trong trường hợp động cơ có công suất nhỏ và có khả năng chịu quá tải lớn người ta có thể bỏ qua mạch vòng dòng điện. 2.2 Xây dựng mô hình của động cơ 2.2.1 Mô hình toán của động cơ điện một chiều - Xét một động cơ có mô hình như sau: 13 Hình 2.3 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập Với: Ru = ru + rcf + rcb + rct ru: điện trở cuộn dậy phần ứng rcf: điện trở cuộn cực từ phụ rcb: điện trở cuộn bù rct: điện trở tiếp xúc chổi điện Khi đó phương trình toán của động cơ có thể viết được (+) Phương trình mạch kích từ Uk = Ik.Rk + Nk. d dt Trong đó: Uk: điện áp mạch kích từ  : từ thông của động cơ Rk: điện trở mạch kích từ Nk: số cuộn dây mạch kích từ (+) Phương trình mạch phần ứng Uu = Iu.Ru + Lu. diu +E dt Trong đó: Uu: điện áp mạch phần ứng Iu : dòng điện mạch phần ứng Ru: điện trở mạch phần ứng E : sức điện động phần ứng (+) Phương trình chuyển động 14 d dt Me – Mc = J. Trong đó: Me: mômen điện của động cơ Mc: mômen cản trên trục động cơ J : mômen quán tính  : tốc độ của động cơ E = k.  . (k: hằng số động cơ) Me = k.  . Iu - Để xây dựng mô hình động cơ ta chuyển các phương trình của động cơ sang miền Laplace, ta được: Pt mạch kích từ: Uk = Ik.Rk + Nk.s.  (2.1) Pt mạch phần ứng: Uu = Iu.Ru + Lu.s.Iu + E (2.2) Me – Mc = J.s.  (2.3) Pt chuyển động: Từ (2.1) ta có:  = 1 .(Uk – Ik.Rk) Nk .s 1 Từ (2.2) ta có: Iư = R  L .s .(Uu – E) u u 1 1 Ru Ru .(U – E) = u Lu .(Uu – E) = 1  .s 1  T u .s Ru Lu Trong đó: Tu = R được gọi là hằng số thời gian mạch phần ứng u Từ (2.3) ta có:   1 .(Me – Mc) J .s Biểu diễn mô hình động cơ trên simulink: 15   Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc chung của động cơ một chiều Từ sơ đồ cấu trúc này ta thấy rằng phương trình động cơ một chiều kích từ độc lập là một phương trình phi tuyến do quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ là một quan hệ phi tuyến theo đường cong từ hóa. Ngoài ra quan hệ phi tuyến cũng tồn tại giữa mômen cản và tốc độ động cơ, đo đó mô hình của nó cũng là mô hình phi tuyến. Trong nhiều trường hợp phải tính toán các bộ điều khiển cho động cơ thường phải tuyến tính hóa các quan hệ phi tuyến này và chuyển mô hình động cơ về dạng mô hình một chiều tuyến tính hóa. 2.2.2 Mô hình tuyến tính hóa động cơ một chiều kích từ độc lập Ta biết rằng quan hệ giữa từ thông và dòng điện kích từ là một quan hệ phi tuyến nên nó gây khó khăn cho việc thiết kế điều khiển khi cần thay đổi từ thông của động cơ. Chính vì vậy trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hóa quanh điểm làm việc (phương pháp gia số). Trước hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hóa đặc tính từ hóa và đặc tính mômen tải như hình 2.5 16 Hình 2.5 Tuyến tính hóa đoạn đặc tính từ hóa và đặc tính tải Độ dốc của đặc tính từ hóa và đặc tính cơ mômen tải tương ứng là (bỏ qua hiện tượng từ trễ):  kk = I k B= M c  Tại điểm làm việc xác lập ta có: điện áp phần ứng Uu0, dòng điện phần ứng Iu0, điện áp kích từ Uk0, dòng điện kích từ Ik0, từ thông 0 , tốc độ quay 0 , mômen cản Mc. Những giá trị sai lệch (biến thiên nhỏ) của các đại lượng trên tương ứng là: U u , I u , U k , I k ,  ,  ,  Mc . Ta đã có các phương trình của động cơ khi xem xét mục (2.2.1) Phương trình phần ứng: dI u   . Uu = Iu.Ru + Lu. dt k. Phương trình kích từ: Uk = Ik.Rk + Nk. d dt Phương trình chuyển động: k.  . Iu – Mc = J. Khi đó ta có thể thay các giá trị: Uu = Uu0 +  Uu Iu = Iu0 +  Iu 17 d dt Uk = Uk0 +  Uk Ik = Ik0 +  Ik  0    0   Ta được: Pt phần ứng: Uu +  Uu = Ru.(Iu0 +  Iu) + Lu. d ( I uo  I u ) + k.( 0   ).( 0   ) dt Pt kích từ: Uk0 +  Uk = Rk.(Ik0 +  Ik) + Nk. d ( 0  ) dt Pt chuyển động: k( 0   )(Iu0 +  Iu) – Mc0 +  Mc = J. d (0   ) dt Rút gọn các giá trị tại điểm làm việc cân bằng và bỏ qua sai phân bậc cao  . = 0 ta thu được phương trình của động cơ tại điểm làm việc cân bằng sau khi tuyến tính hóa: Phương trình phần ứng:  Uu =  Iu.Ru + Lu. d I u + k. 0 .  + k 0 . dt (2.4) Phương trình kích từ:  Uk =  Ik.Rk + Nk. d  dt R d  k = k . + Nk. , (kk = I ) dt k k  (2.5) Phương trình chuyển động: k. 0 .I u + k.Iu0.  -  Mc = J. d  dt (2.6) Để xây dựng mô hình động cơ ta xuất phát tính từ thông và dòng phần ứng. Chuyển các phương trình của động cơ sang miền Laplace: Từ (2.4) ta có:  Uu = Ru.  Iu + L.s.  Iu + k. 0 .  + k 0 . 18  Iu = 1 Ru .(  U - k.  .  - k  . ) 0 0 u 1  Tu .s Từ (2.6) ta có:  Uk =  = Rk . + Nk.s.  kk kk . Uk Rk  N k .kk .s Từ các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hóa của động cơ một chiều kích từ độc lập. k 0  Me  Iu  Uu  k 0 k 0 kI0  Mc   Uk Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa 2.2.3 Mô hình động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi (   const) Đối với động cơ một chiều kích thích vĩnh cửu hay động cơ một chiều kích từ độc lập mà không điều khiển từ thông thì có thể coi từ thông của động cơ là hằng số. Khi đó phương trình mạch kích từ là một giá trị không đổi và ta không 19 cần xem xét đến nó, các phương trình còn lại của hệ chỉ liên quan đến giá trị của phần ứng động cơ Từ đây ta bỏ các chỉ số u và k. Và mặc định tất cả các giá trị đều là mạch phần ứng động cơ. - Phương trình mạch phần ứng: U = I.Ru + Lu. dI +E dt Trong đó: E = k.  . = Cu.  - Phương trình mômen: Me – Mc = J. d dt Trong đó: Me = k.  .I = Cu.I Từ các phương trình trên ta xác định được mô hình động cơ một chiều kích từ độc lập với   const I= 1 Ru (U – E) . 1  Tu .s  1 . (Me – Mc) J .s  Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 2.2.4 Động cơ kích từ độc lập với điện áp phần ứng không đổi 20