mô phỏng mạch điện tử công suất và đặc tính động cơ điện một chiều

ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Mục lục
Lời mở đầu 4
Chơng 1 4
Các phơng pháp điều khiển 4
động cơ một chiều 4
1.1 Khái niệm chung 4
1.2 Động cơ điện một chiều 5
1.2.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều 5
1.2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 5
1.2.3 Nguyên lý lm việc động cơ điện một chiều 7
1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 8
1.3.1 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập 8
1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc độ 10
1.4 Các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng 14
1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động cơ (F-Đ) 14
1.4.2 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng băm áp một chiều 15
1.4.3 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng chỉnh lu 16
CHƯƠNG 2 18
CáC Bộ NGUồN CHỉNH LƯU Có ĐIềU KHIểN 18
2.1 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển 19
2.2 Sơ đồ chỉnh lu Ga ba pha có điều khiển 21
2.3 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 24
2.4 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 25
Chơng 3 32
tính toán mạch động lực 32
cho hệ truyền động 32
3.1 Mạch động lực hệ truyền động 32
3.2 Tính chọn Tiristor 32
3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lu 33
3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 41

3.4.1 Xác nh góc m cc Gu v cc i 41
3.4.2 Xác định các thành phần sóng hài 41
3.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 42
3.4.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 43
3.5 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 45
3.5.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 45
46
3.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 46
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
1
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
3.5.3 Bảo vệ quá dòng điện cho van 47
3.5.4 Bảo vệ quá điện áp cho van 48
Chơng 4 49
Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho 49
bộ nguồn chỉnh lu 49
4.1 Nguyên tắc điều khiển 49
4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 49
4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 50
4.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 51
4.3 Nguyên tắc phát xung mạch điều khiển 52
4.4 Tính toán các thông số mạch điều khiển 54
4.4.1 Tính biến áp xung 56
4.4.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng 58
4.4.3 Chọn cổng AND 59
4.4.4 Chọn R9và C3: 60
4.4.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm 60
4.4.6 Tính chọn tầng so sánh 61
4.4.7 Tính chọn khâu đồng pha 61
4.4.8 Tạo nguồn nuôi 62

4.4.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 63
Chơng 5 65
Tính toán thiết kế mạch điều khiển 65
hệ truyền động 65
5.1 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển tác động liên tục 65
5.1.1 Hệ thống điều tốc phản hồi tốc độ có phản hồi âm ngắt dòng điện 65
5.1.2. Hệ thống điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện 67
5.2 Tính toán bộ điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ và dòng điện 68
5.2.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện 69
5.2.2 Thiết kế mạch vòng tốc độ 70
5.2.3 Vấn đề hạn chế dòng I 72
Chơng 6 75
Mô phỏng mạch điện tử công suất và đặc tính động
cơ điện MộT CHIềU 75
6.1 Mô phỏng các mạch chỉnh lu có điều khiển bằng PSIM 75
6.1.1 Bộ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng 75
6.1.2 Bộ chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng 76
6.1.3 Bộ chỉnh lu Ga ba pha 77
6.1.4 Bộ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: 78
6.1.5 Bộ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 79
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
2
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
6.2 Mô phỏng đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng Matlab 80
6.2.1 Mô phỏng động cơ một chiều KTĐL 81
6.2.2 Mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai vòng phản hồi 83
Kết luận 89
Tài liệu tham khảo 89
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
3

ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Lời mở đầu
Hiện nay, nền công nghiệp càng phát triển mạnh mẽ bao nhiêu thì ứng
dụng của việc điều khiển một chiều cũng nh máy điện một chiều đặc biệt là
động cơ điện một chiều càng đợc sử dụng rộng rãi bấy nhiêu. Và để đáp
ứng những yêu cầu khắt khe nhất trong sản xuất thì chất lợng điều khiển
một chiều là hết sức quan trọng.
Những năm gần đây kĩ thuật số phát triển rất nhanh nhng kĩ thuật điện
tử và bán dẫn công suất lớn đã hoàn chỉnh hơn, cả về lý thuyết và ứng dụng
do có những u điểm u việt nh: có khả năng điều khiển rộng, có chỉ tiêu
kinh tế cao, kích thớc và trọng lợng thấp, độ tin cậy và chính xác caoứng
dụng của chúng vào việc biến đổi năng lợng là điều khiển điện áp và dòng
điện xoay chiều thành một chiều và ngợc lại ngày càng sâu rộng.
Vì vậy, mục đích của đề tài là xây dựng hệ thống chỉnh lu không điều
khiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác,
dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao.
Dới sự hớng dẫn tận tình của thầy Hà Xuân Hoà, em đã có thể tổng hợp đ-
ợc tất cả các kiến thức đã có trong quá trình học đồng thời tích luỹ đợc
thêm rất nhiều kiến thức khác khi thực hiện đề tài, điều đó sẽ rất hữu ích
cho bản thân em sau này. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
Thầy, ngời đã nhiệt tình chỉ bảo giúp đỡ và định hớng cho em trong suốt
thời gian qua.
Xin cảm ơn cha mẹ và gia đình đã ủng hộ hết lòng cho con cả về vật
chất lẫn tinh thần. Cảm ơn bạn bè đã ở bên động viên cổ vũ cho tôi.
Với kiến thức còn nhiều hạn chế, em cảm thấy đồ án còn cần thêm
nhiều điều bổ xung để nó có thể ứng dụng đợc trong môi trờng sản xuất.
Em rất mong đợc sự góp ý chân thành và tích cực từ các thầy và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn!

Tháng 11 năm 2008

Lê Minh Tú
Chơng 1
Các phơng pháp điều khiển
động cơ một chiều
1.1 Khái niệm chung.
Điều khiển tốc độ l một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản
xuất. Ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy
theo từng công việc, điều kiện l m việc m ta lựa chọn các tốc độ khác
nhau để tối u hoá quá trình sản xuất. Muốn có đ ợc các tốc độ khác
nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy nh tỉ số truyền
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
4
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
hoặc thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động. ở đây chúng ta chỉ
khảo sát theo ph ơng pháp thay đổi tốc độ động cơ truyền động.
Tốc độ l m việc của động cơ do ng ời điều khiển quy định đ ợc
gọi l tốc độ đặt. Trong quá trình l m việc, tốc độ động cơ có thể bị thay
đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc rất nhiều v o các thông số nguồn,
mạch v tải nên khi các thông số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ bị thay
đổi theo. Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ v có thể không cho phép.
Để khắc phục ng ời ta dùng những ph ơng pháp ổn định tốc độ.
Độ ổn định tốc độ còn ảnh h ởng quan trọng đến giải điều chỉnh
(phạm vi điều chỉnh tốc độ) v khả năng quá tải của động cơ. Độ ổn định
c ng cao thì dải điều chỉnh c ng có khả năng mở rộng v mômen quá tải
c ng lớn.
Có rất nhiều ph ơng pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ nh :
- Điều chỉnh tham số.
- Điều chỉnh điện áp nguồn.
- Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ.

ở đây chỉ đề cập đến điều khiển động cơ một chiều.

1.2 Động cơ điện một chiều.
1.2.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn đợc coi l một
loại máy quan trọng mặc dù ng y nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại
sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều u điểm nh khả năng điều chỉnh
tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn v đặc biệt l khả năng quá tải. Chính
vì vậy m động cơ một chiều đ ợc dùng nhiều trong các ngh nh công
nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép, hầm mỏ, giao
thông vận tải m điều quan trọng l các ngh nh công nghiệp hay đòi hỏi
dùng nguồn điện.
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhợc điểm nhất
định của nó nh so với máy điện xoay chiều thì giá th nh đắt hơn chế tạo
v bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nh ng do
những u điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan
trọng nhất định trong sản suất.
Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay v o khoảng
10000 KW, điện áp v o khoảng v i trăm cho đến 1000 V. H ớng phát triển
hiện nay l cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của
động cơ v chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn
1.2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Hình 1.1 :Cấu tạo động cơ một chiều.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
5
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Động cơ điện một chiều có thể phân th nh hai phần chính: phần tĩnh
v phần động.
1.2.2.1 Phần tĩnh hay stato.

Đây l phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
a) Cực từ chính:
L bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt cực từ v dây quấn kích
từ lồng ngo i lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ l m bằng những lá thép kỹ thuật
điện hay thép cacbon d y 0,5 đến 1 mm ép lại v tán chặt. Trong động cơ
điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ đợc gắn chặt v o vỏ máy nhờ các
bulông. Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện v mỗi
cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ th nh một khối tẩm sơn cách điện tr ớc
khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ n y đ -
ợc nối tiếp với nhau.
Hình 1.2 : Cực từ chính.
b) Cực từ phụ: Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính v dùng để cải
thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thờng l m bằng thép khối
v trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn m cấu rạo giống nh dây
quấn cực từ chính. Cực từ phụ đợc gắn v o vỏ máy nhờ những
bulông.
c) Gông từ: Gông từ dùng l m mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời
l m vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ v vừa th ờng dùng thép d y
uốn v h n lại. Trong máy điện lớn th ờng dùng thép đúc. Có khi
trong động cơ điện nhỏ dùng gang l m vỏ máy.
d) Các bộ phận khác:
Bao gồm:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngo i rơi v o l m hỏng
dây quấn v an to n cho ng ời khỏi chạm v o điện. Trong máy điện nhỏ
v vừa nắp máy còn có tác dụng l m giá đỡ ổ bi. Trong tr ờng hợp n y nắp
máy thờng l m bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: Để đa dòng điện từ phần quay ra ngo i. Cơ cấu
chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì
chạy lên cổ góp. Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than v cách điện
với giá. Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho

đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
1.2.2.2 Phần quay hay rôto.
Bao gồm những bộ phận chính sau:
a) Lõi sắt phần ứng :
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
6
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Dùng để dẫn từ. Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật điện d y 0,5
mm 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 v o. Trong những động cơ trung bình trở lên ng ời ta còn dập
những lỗ thông gió để khi ép lạ th nh lõi sắt có thể tạo đ ợc những lỗ thông
gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia th nh
những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi l khe hở thông
gió. Khi máy l m việc gió thổi qua các khe hở l m nguội dây quấn v lõi
sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp
v o trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục v lõi sắt có đặt giá rôto.Dùng
giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện v giảm nhẹ trọng l ợng rôto.
b) Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng l phần phát sinh ra suất điện động v có dòng
điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thờng l m bằng dây đồng có bọc cách
điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dới v i kW th ờng dùng dây có tiết
diện tròn.Trong máy điện vừa v lớn th ờng dùng dây tiết diện chữ nhật.
Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay
bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai
chặt dây quấn. Nêm có l m bằng tre,gỗ hay bakelit.
c) Cổ góp:
Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều th nh một chiều. Cổ góp
gồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica d y từ
0,4 đến 1,2mm v hợp th nh một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng

hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa v nh ốp v trụ tròn cũng cách
điện bằng mica. Đuôi v nh góp có cao lên một ít để h n các đầu dây của
các phần tử dây quấn v các phiến góp đ ợc dễ d ng.
Hình 1.3 : Lá thép roto. Hình1.4 : Phiến đổi chiều và cổ góp.
d) Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió l m nguội máy. Máy điện một chiều th -
ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt
lắp trên trục máy, khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngo i v o động
cơ. Gió đi qua v nh góp, cực từ lõi sắt v dây quấn rồi qua quạt gió ra
ngo i l m nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt v ổ bi.
Trục máy thờng l m bằng thép cacbon tốt.
1.2.3 Nguyên lý l m việc động cơ điện một chiều.
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B thì khi đó
trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng
điện nằm trong từ trờng sẽ chịu lực tác dụng tơng hỗ lên nhau tạo ra
mômen quay tác dụng lên roto làm roto quay chiều của lực tác dụng xác
định theo quy tắc bàn tay trái (hình1.5a).
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
7
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Khi roto quay đợc nửa vòng vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau nhờ có
phiến góp đổi chiều dòng điện biến đổi dòng điện đổi chiều đa vào phần
ứng giữ cho chiều của lực tác dụng không đổi do đó lực tác dụng lên roto
vẫn theo một chiều không đổi, đảm bảo chiều quay của động cơ không đổi
(hình1.5b).
Hình1.5 : Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều.
1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.
1.3.1 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập.
1.3.1.1 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Hình 1.6 :Sơ đồ nối dây động cơ một
chiều kích từ độc lập.
1.3.1.2 Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Phơng trình cân bằng điện áp phần ứng và mạch kích từ:
U= e + R
ut
.i
u
+L
ut
.
dt
di
u
> U
u
= E
u
+ R
ut
.(1+T
u
.p).I
u
(1-1)
U
kt
= R

kt
.i
kt
+L
kt
.
dt
di
kt
> U
kt
= R
kt
.(1+T
kt
.p).I
kt
(1-2)
Trong đó : R
ut
= R
u
+ R
fu
; L
ut
= L
u
+L
fu

; T
u
=
Ru
Lu
; T
kt
=
kt
kt
R
L


(1-3)
U

- điện áp phần ứng (v).
E

- sức điện động phần ứng (v).
R - điện trở của mạch phần ứng ().
R
fu
- điện trở phụ trong mạch phần ứng ().
I

dòng điện mạch phần ứng (A).
Với : R= r
u

+r
cf
+r
b
+r
ct
Trong đó :
r
u
- điện trở cuộn dây phần ứng.
r
cf
- điện trở cuộn cực từ phụ.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
8
-

+
+
-
C
KT
R
KT
I
ử
U
ẹ
U
KT

ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
r
b
- điện trở cuộn bù.
r
ct
- điện trở tiếp xúc của chổi điện.
Sức điện động E
u
của động cơ đợc xác định theo công thức:
E
u
=
a
NP

2
.



=K


(1-4)
Trong đó:
p số đôi cực từ chính.
N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a - số đôi cự mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.

từ thông kích từ dới một cực từ (wb)



- tốc độ góc(rad/s)
K=
a
NP

2
.

- hệ số cấu tạo của động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
E
u
=K
n

(1-5)
Và
55,960
.2 nn
==


Vì vậy E
u
=

n
a
NP

60
.
Trong đó hệ số sức điện động của động cơ là : K
e
=
a
NP
60
.

K
e
=
K
K
105,0
55,9

Từ (1-1) và (1-2) ta có:

u
fu
u
I
K
RR

K
U

+


=

(1-6)
Biểu thức trên là phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác
momen điện từ M
dt
của động cơ đợc xác định bởi:
M
dt
=
u
IK .

(1-7)
Suy ra

=
K
M
I
dt
u
Thay giá trị I
u

và (1-6) ta đợc :

dt
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(

+


=

(1-8)
Hình 1.7 : Đờng đặc tính cơ và đặc tính cơ điện động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
9
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc độ.
1.3.2.1 Điều khiển bằng thay đổi điện trở phụ phần ứng.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng có thể đợc dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong
phơng pháp này điện trở phụ đợc mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động
cơ theo sơ đồ nguyên lý nh sau:
Hình 1.8 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay

đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập:

dt
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(

+


=


u
fu
u
I
K
RR
K
U

+


=

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R
f
ta nhận thấy tốc độ không tải lý t-
ởng và độ cứng của đờng đặc tính cơ:
sẽ thay đổi khi giá trị R
f
thay đổi. Khi R
f
càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đ-
ờng đặc tính cơ càng dốc,ứng với giá trị R
f
= 0 ta có độ cứng của đờng đặc
tính cơ tự nhiên đợc tính theo công thức sau:
Ta nhận thấy
TN
có giá trị lớn nhất nên đờng đặc tính cơ tự nhiên có
độ cứng lớn hơn tất cả các đờng đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch
phần ứng. Vậy khi thay đổi giá trị R
f
ta đợc họ đặc tính cơ nh sau:
Hình 1.9 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập
khi thay đổi điện trở phụ phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng đợc giải thích nh sau: giả sử động cơ đang làm việc xác lập
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03

10
-
-
+
+


I
U
R
f
C
KT
R
KT
U
U
E
U
KT
const
K
U
dm
dm
=

=
.
0

;
fufuu
dm
RRR
K
1
~
)(
2
+

=

u
dm
TN
R
K
2
)(

=

;
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
với tốc độ

1
ta đóng thêm R

f
vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần
ứng I đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên cha kịp
biến đổi. Dòng I giảm làm cho momen động cơ giảm theo và tốc độ giảm
xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ

2
với

2
>

1
.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ

<

dm
. Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phơng pháp
này sẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng xa 1 tức

1
cách xa

2
.
Khi giá trị

min

càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:
D =
dm
dm




Trong thực tế, R
f
càng lớn thì tổn thất năng lợng phụ tăng. Khi động
cơ làm việc ở tốc độ

=
2

dm

thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho
nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm
vi điều chỉnh:
D =
1
32
ữ
Khi giá trị R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng
điện ngắn mạch I
n

và moment ngắn mạch M
nm
cũng giảm. Do đó, phơng
pháp này đợc dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dới tốc độ cơ
bản. Và tuyệt đối không đợc dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở
phụ trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và

<

dm
.
* Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thờng dùng cho các động
cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
* Nhợc điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ
đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn
định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất
lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng.
1.3.2.2 Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi từ thông.
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều
chỉnh momen điện từ M=K

.I
u
và sức điện động quay E= K

.

của động
cơ. Thông thờng, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ nguyên

giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung
bình, ngời ta thờng sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi
từ thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì
dùng các bộ biến đổi đặc biệt nh: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch
đại từ, bộ biến đổi van
Thực chất của phơng pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông
thì dòng điện kích từ I
kt
sẽ tăng dần đến khi hỏng cuộn dây kích từ. Do đó,
để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông
so với định mức

<
dm

nên các đặc tính cơ điện nhân tạo đều có vị trí cao
hơn đặc tính tự nhiên, tơng tự trong vùng phụ tải M
C
cho phép tốc độ trên
các đặc tính cơ nhân tạo lớn hơn tốc độ trên đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy
lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm:
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
11
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu

=
K
U
u

Momen ngắn mạch M
nm
= K

.I
nm
nên khi

giảm sẽ làm cho M
nm
giảm theo.
Dòng điện ngắn mạch : I
nm
=
u
dm
R
U
=I
nm.tn
= const
Độ cứng của đờng đặc tính cơ: =
u
R
K
2
)(

Khi giảm

<
dm

Hình 1.10 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể
điều chỉnh đợc tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ
tăng đến vô cùng. Nhng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn
nhất:

max
= 3

dm
tức phạm vi điều chỉnh: D = 3/1.
Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi
điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ
không thể đổi chiều dòng điện và chịu đợc hồ quang điện. Do đó, động cơ
không đợc làm việc quá tốc độ cho phép.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn
dm

. Phơng
pháp này đợc dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là
máy bào giờng. Do quá trình điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện trên mạch
kích từ nên tổn thất năng lợng ít, mang tính kinh tế. Thiết bị đơn giản.
1.3.2.3 Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng.

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều
chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi. Để tránh
những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phơng
pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng th-
ờng đợc áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
12
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hình 1.11 :Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phơng
pháp thay đổi điện áp phần ứng.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ
nguồn điều áp nh: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc
khuếch đại từ Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lới
điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho
phù hợp theo yêu cầu.
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

dt
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(

+

=


u
fu
u
I
K
RR
K
U

+


=

Tốc độ không tải:
dm
u
K
U

=
0

Độ sụt tốc độ của M
c
hay I

c
:

tncc
dm
u
c
dm
u
c
I
K
R
M
K
R
.
2

)(

=

=

=
=const
Độ cứng đặc tính cơ: =
const
R

K
tn
u
==


2
)(
Dòng điện ngắn mạch : I
u
=
u
u
R
U
Momen ngắn mạch M
nm
= K

dm
.I
nm
=
K

dm
.

u
u

R
U
~U
u

Khi giảm U
u
<U
dm
.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
13
-
+
BBĐ
(a)
KT
-
+
KL
I

U
đk

var
U
E
b
(b)

I

R

R
b
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hình 1.12 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập
khi thay đổi điện áp phần ứng.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
thực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức
dm

.
Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện
áp thay đổi một cách liên tục và ngợc lại.
Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = . Nhng trong thực tế
động cơ điện một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ
làm việc ở phạm vi cho phép: U
mincp
= U
đm
/10, nghĩa là phạm vi điều chỉnh:
D =
min


dm
=
1

10
. Nếu điện áp phần ứng U < U
mincp
thì do phản ứng phần ứng
sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đờng đặc tính cơ nên
đợc dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn tốc độ
định mức

<
dm


* Ưu điểm: Đây là phơng pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là
có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý
tởng.
* Nhợc điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi đợc nên vốn
đầu t cơ bản và chi phí vận hành cao.
1.4 Các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp
phần ứng.
1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động cơ (F-Đ).
Hệ hoạt động trên nguyên tắc: khi thay đổi Uđk thì UKF = Ud sẽ thay
đổi theo. Do Ud thay đổi nên dẫn đến dòng điện IKF thay đổi v từ thông

F
cũng biến đổi, từ đó Ef biến đổi v l m cho điện áp phần ứng Uu động cơ
thay đổi. Nh vậy U u của động cơ thay đổi ta có thể thay đổ tốc độ động
cơ.
Hình 1.13 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát - động cơ.

SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
14
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hệ cho phép hạn chế dòng diện v mômen động cơ nhờ có khâu
phản hồi âm dòng điện v tốc độ (qua máy phát tốc), dòng điện v mô
men đ ợc hạn chế d ới giá trị cho phép trong các tr ờng hợp khởi động,
hãm, đảo chiều, quá tải lớn v ngắn mạch. Ngo i ra hệ còn c ỡng bức
quá trình khởi động. Thực hiện đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo
chiều điện áp kích từ UKF, dòng kích từ v theo đó từ thông sẽ đảo chiều.
Động cơ đ ợc đảo chiều quay. Hệ F - Đ cho phép động cơ l m việc trên
cả 4 góc phần t của mặt phẳng toạ độ. Các chỉ tiêu chất l ợng của hệ F-
Đ về cơ bản t ơng tự nh chỉ tiêu của hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói
chung.
*Ưu điểm :
+Sự chuyển đổi trạng thái rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
+ Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi tốc độ.
+ Việc điều chỉnh thực hiện trên mạch kích từ nên tổn hao nhỏ, hệ
điều chỉnh đơn giản.
+ Có thể thực hiện hãm điện.
*Nh ợc điểm :
Dùng nhiều máy phát điện quay nên hiệu suất thấp không quá 75%,
thiết bị cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn, vốn đầu t ban đầu
cao. Ngo i ra do máy phát một chiều có từ trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc
độ. Do những nh ợc điểm nói trên hiện nay hệ máy phát có xu h ớng
đ ợc thay thế bằng hệ điều áp dùng bộ biến đổi van - động cơ.
1.4.2 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng băm áp một chiều.
Hình 1.14:Hệ thống điều khiển bằng băm áp.
Nguyên lí hoạt động của hệ thống (hình 1.15): Khi ta đóng khoá K,
điện áp phần ứng của động cơ đ ợc cấp U
u

=U. Dòng điện chạy từ nguồn
v o cuộn dây phần ứng tăng dần theo h m mũ. Khi khoá K cắt, động cơ đ -
ợc cắt ra khỏi nguồn U v đóng kín mạch qua Điode V
0
dòng điện đ ợc
duy trì nhờ năng l ợng tích luỹ trong điện cảm ở mạch phần ứng v nó
cũng giảm dần theo h m mũ:
Tdt
t
Tdt
T
Tdt
t
Tdt
T
n
e
R
U
e
ee
R
EU
I
d

1

=



SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
15
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của hệ thống băm áp một chiều.
Nếu điện cảm đủ lớn, dòng điện sẽ đ ợc duy trì đến nửa chu kỳ sau,
ta đ ợc dạng dòng điện dạng răng c a liên tục (chế độ dòng liên tục). Vì
dòng điện phần ứng biến thiên theo thời gian v cụ thể l chu kì chuyển
mạch khoá K, nên mômen v tốc độ động cơ cũng biến thiên theo thời gian
v hệ thống không có trạng thái xác lập tĩnh. Vì vậy trong truyền động
điện với yêu cầu mômen cản trên trục động cơ không đổi thì ph ơng pháp
n y cho ta chất l ợng điều khiển không tốt.
1.4.3 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng chỉnh lu.
Để tạo ra bộ nguồn một chiều có điện áp thay đổi đợc, ngoài các
máy phát điện một chiều, ngời ta còn dùng các bộ chỉnh lu có điều khiển.
Vào những năm cuối của thập niên 70 thế kỷ trớc, khi công nghệ chế tạo
chất bán dẫn phát triển, đặc biệt là các tiristor chịu đợc dòng điện lớn và
điện áp cao thì các bộ chỉnh lu tiristor ra đời. Các bộ chỉnh lu này ngày
càng phát triển mạnh mẽ vì có những u điểm nổi bật so với dùng nguồn
máy phát một chiều hoặc chỉnh lu dùng đèn khí:
- Có thể tạo ra những bộ nguồn công suất lớn hàng ngàn KW
mà các máy phát điện hoặc đèn thủy ngân cơ khí không thể tạo ra đợc.
- Tổn thất điện áp trên đèn rất bé, chỉ khoảng từ 0,5V đến
1,5V.
- Độ nhạy của hệ thống cao vì có tính quán tính điện từ bé.
- Làm việc đợc ở những nơi di chuyển, chấn động mà máy

phát điện, đèn khí, thủy ngân khó thực hiện đợc.
- Hiệu suất cao.
Hệ thống chỉnh lu đợc phân chia thành nhiều loại: chỉnh lu một pha
hay ba pha, đối xứng hay không đối xứng, có điều khiển hay không điều
khiển Nhng trong phần này chỉ xin trình bày hệ thống chỉnh lu động
cơ điện ba pha dùng linh kiện bán dẫn tiristor để điều khiển. Hệ thống này
dùng để thay đổi điện áp và dòng điện ngõ ra bằng cách thay đổi thời điểm
đặt xung kích lên cực điều khiển của tiristor, từ đó có thể điều chỉnh tốc độ
của động cơ điện. Việc điều chỉnh này thực hiện vô cấp và không cần tiếp
điểm.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
16
U
1
, f
1
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hình 1.16 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lu tia 3 pha - động cơ.
Trong đó:
- BA: Máy biến áp chỉnh lu có nhiệm vụ:
+ Biến đổi điện áp nguồn U
ng
thành điện áp phù hợp U
2
đặt lên bộ
chỉnh lu.
+ Biến đổi số pha nguồn thành số pha phù hợp với bộ chỉnh lu.
+ Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ mà
không quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc
dễ dàng hơn.

- T1, T2, T3: Các tiristor, biến điện áp xoay chiều U
2
thành điện áp
một chiều.
- CK: Cuộn điện kháng cân bằng.
- Đ: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đây là thành phần chủ
yếu, đối tợng cần điều chỉnh tốc độ.
- C
0
: lọc cho những thành phần xoay chiều còn sót lại đi qua tụ. Làm
cho dòng đi qua động cơ ít nhấp nhô nên momen ít thay đổi,do đó tốc độ
động cơ đợc ổn định.
Hình 1.17 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lu cầu 3 pha - động cơ.
Trong đó:
- BA: Máy biến áp chỉnh lu có nhiệm vụ:
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
17
U
2

CK
U
u
n
I
u
T
1
T
2

T
3
BA
I
1
I
2






+
C
kt
R
kt


-
CK
n

T
1
T
3
T
5
T
4
T
6
T
2
u
2a
u
2b
u
2c
BA
U
1
, f
1
+
-
C
KT

R
KT







C
C
C
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
+ Biến đổi điện áp nguồn U
ng
thành điện áp phù hợp U
2
đặt lên bộ
chỉnh lu.
+ Biến đổi số pha nguồn thành số pha phù hợp với bộ chỉnh lu.
+ Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ mà
không quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc
dễ dàng hơn.
- T1,T2,T3,T4,T5,T6: các tiristor, biến điện áp xoay chiều U
2
thành
điện áp một chiều.
- CK: Cuộn điện kháng cân bằng.
- Đ: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đây là thành phần chủ
yếu, đối tợng cần điều chỉnh tốc độ.

- C
0
: lọc cho những thành phần xoay chiều còn sót lại đi qua tụ. Làm
cho dòng đi qua động cơ ít nhấp nhô nên momen ít thay đổi,do đó tốc độ
động cơ đợc ổn định.
Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và
các tính chất của phụ tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là
cuộn kích từ ( L, R ) và mạch phần ứng động cơ ( R, L và E ). Để tiến hành
điều chỉnh tốc độ động cơ, ngời ta thay đổi góc mở của tiristor sẽ thay
đổi đợc điện áp chỉnh lu, làm cho điện áp đặt lên phần ứng động cơ thay
đổi, làm cho tốc độ động cơ thay đổi theo.
- Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơ
l độ tác động nhanh, không gây ồn v dễ tự động hoá do các van bán dẫn
có hệ số khuếch đại công suất rất cao, rất tiện cho việc thiết lập các hệ
thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất l ợng các đặc tính
tĩnh v các đặc tính động của hệ thống.
- Nh ợc điểm chủ yếu của hệ truyền động chỉnh l u điều khiển -
động cơ l do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh l u ra
có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, v ở các hệ
truyền động có công suất lớn còn l m xấu dạng điện áp của nguồn v l ới
xoay chiều. Hệ số công suất của hệ nói chung l thấp.
Để l m rõ hơn về u điểm của các hệ chỉnh l u điều khiển động cơ
một chiều ta sẽ tìm hiểu các bộ nguồn chỉnh l u có điều khiển d ới đây.
Từ đó có sự lựa chọn hê truyền động tối u nhất cho việc điều khiển động
cơ điện một chiều.
CHƯƠNG 2
CáC Bộ NGUồN CHỉNH LƯU Có ĐIềU KHIểN
Trong truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng
bộ chỉnh l u - động cơ (CL Đ) thì bộ biến đổi l mạch chỉnh l u có
điều khiển để điều chỉnh điện áp đặt v o phần ứng của động cơ. Tuỳ theo

SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
18
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
yêu cầu cụ thể của truyền động điện m ta có thể sử dụng bộ chỉnh l u
thích hợp. Một số sơ đồ chỉnh l u thông dụng l :
- Sơ đồ chỉnh l u cầu một pha có điều khiển.
- Sơ đồ chỉnh l u tia ba pha có điều khiển.
- Sơ đồ chỉnh l u cầu ba pha không đối xứng có điều khiển
- Sơ đồ chỉnh l u cầu ba pha đối xứng có điều khiển.
2.1 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển.
Hình 2.1.Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.
Hoạt động của sơ đồ:
+ Từ 0ữ điện áp U
A
> 0. Tại
1
cấp xung điều khiển T
1
và T
2
đồng thời nên T
1
, T
2
cùng mở U
d
= U
AB
+ Tiristo sẽ mở từ
1

ữ nếu tải thuần trở, nếu tải có L0 thì T
1
, T
2
sẽ đợc mở cho đến khi dòng điện bằng 0. Nếu L=: thì T
1
, T
2
sẽ đợc mở
cho đến khi T
3
, T
4
đợc mở.
+ Tại
2
cấp xung điều khiển cho T
3
, T
4
đồng thời,U
B
> 0; U
A
< 0
do đó T
3
, T
4
cùng mở U

d
= U
BA
= -U
AB
.
Tơng tự nh chu kì trớc T
3
, T
4
sẽ đợc mở cho đến khi dòng điện bằng
không. Nếu L=: thì T
3
, T
4
sẽ đợc mở cho đến khi T
1
, T
2
đợc mở.
- Giá trị điện áp trung bình trên tải
+ Khi tải thuần trở:
2
cos1
9,0
2

+
=
UU

d
+ Khi tải có L=

: U
d
= 0,9U
2
.cos

+ Khi tải có L0:
2
coscos
9,0
2

+
=
UU
d
Giá trị dòng tải: I
d
= U
d
/R
d

Giá trị dòng qua Tiristo: I
t
= I
d

/ 2
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
19
T4 T1
U2
T3
L
T2
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
T4 T1
U2
T3
L
T2
0
0
1
1

2
2
3
3
4
4
5
5
R
T4 T1
U2
T3
L
T2
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
T4 T1
U2
T3

L
T2
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hình 2.2 : Đờng cong dòng điện và điện áp của chỉnh lu cầu 1 pha.
Nhận xét :
- Ưu điểm : Có thể điều khiển đợc điện áp trong dải rộng,làm việc ở cả
hai chế độ chỉnh lu và nghịch lu và có điện áp ngợc thấp.
- Nhợc điểm :
+ Phải có hai xung điều khiển cùng một lúc nên khó điều khiển.
+ Tổn hao công suất lớn, phải dùng nhiều van.
(a) (b)
Hình 2.3 : Sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha điều khiển không đối xứng,
sơ đồ cùng cực tính (a), sơ đồ không cùng cực tính (b).
Hoạt động:
Sơ đồ cùng cực tính:
+ Tại
1

cấp xung điều khiển cho T
1
, T
1
mở. T
1
, D
1
dẫn từ
1
ữ .
Tại điện áp đổi dấu, năng lợng cuộn dây đợc tích luỹ.
+ Tại
2
cấp xung điều khiển cho T
2
, T
2
mở. D
2
phân cực T
1
khoá,
năng lợng cuộn dây xả qua D
1
và T
2
.
Sơ đồ không cùng cực tính:
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03

20
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
+ Tại
1
cấp xung điều khiển cho T
1
với điện áp U
A
(+) có dòng
điện chạy từ

A tới B. Từ
1
ữ : T
1
, D
1
dẫn, tại điện áp đổi dấu T
2
dẫn,
T
2
khoá, D
2
dẫn. Năng lợng cuộn dây sẽ xả qua D
1
, D
2
trong vùng từ
ữ

2
+ Tại
2
cấp xung điều khiển cho T
2
, D
2
phân cực thuận, T
2
mở và
T
1
khoá.
Hình 2.4: Đờng cong điện áp và dòng điện của các sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha điều
khiển không đối xứng.
Nhận xét :
+ Với sơ đồ chỉnh lu nối cùng cực tính ta có khi điện cảm vô
cùng lớn thì dòng điện của D và T bằng nhau.
+ Với sơ đồ không cùng cực tính D đóng vai trò xả năng l ợng nên
dòng điện của D lớn hơn dòng điện qua T.
+ Với chỉnh lu cầu điều khiển không đối xứng kể cả tải thuần trở
cũng nh tải có điện cảm ta không có phần âm điện áp nên không có
phần trả năng lợng về lới.
+ Tại thời điểm mở T ta chỉ cần 1 xung mở tiristor.
2.2 Sơ đồ chỉnh lu tia ba pha có điều khiển.
Hình 2.5 : Sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha có điều khiển.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
21
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
Hoạt động:

+
1
ữ
2
: có xung X
1
, T
1
thông U
d
= U
a
, I
d
= I
T1
.
+
2
ữ
3
: có xung X
2
, T
2
thông U
d
= U
b
, I

d
= I
T2
.
+
3
ữ
4
: có xung X
3
, T
3
thông U
d
= U
c
, I
d
= I
T3
.
Hình 2.6: Đờng cong điện áp , dòng điện của chỉnh lu tia 3 pha.
- Điện áp trên tải:
U
d
=

2
1
)(

2
0
)(
td
dtU


=

2
3
)(2
6
5
6
)sin( 2
t
dtU

+
+




=


cos.3.
2

23
2
U
=


cos
2
63
2
U
- Dòng điện trên tải:
d
d
d
R
U
I
=
- Dòng điện qua van:
3
d
T
I
I
=
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu:
20
.17,1 UU
d

=
- Điện áp ngợc trên van:
2
45,2 UU
ng
=
- Dòng điện phía thứ cấp: I
2
= 0,58I
d
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
22
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
- Dòng điện phía sơ cấp: I
1
= 0,47.I
d
.K
ba
- Công suất tải: P
d
= U
d0
.I
d
- Công suất máy biến áp: S
ba
= 1,35P
d
Nhận xét:

+ Mạch chỉnh lu có điều khiển cầu tia 3 fa có cấu tạo phức tạp, muốn
mạch hoạt động đợc cần mắc biến áp để đa điểm trung tính ra tải, mỗi van
chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van
nhỏ. Mạch dùng nguồn ba pha nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện
tải đến vài trăm ampe.
+ So với sơ đồ chỉnh l u cầu một pha thì sơ đồ chỉnh l u tia ba pha
có chất l ợng điện áp v dòng điện cao hơn tuy nhiên độ đập mạch của
điện áp v dòng điện vẫn lớn. Vùng dòng điện gián đoạn lớn khi điều
chỉnh sâu. Sơ đồ chỉnh l u n y chỉ thích hợp với những động cơ không
yêu cầu chất l ợng điện áp cao , có dải điều chỉnh điện áp hẹp vì khi điều
chỉnh sâu dòng điện sẽ bị gián đoạn.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
23
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
2.3 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
Hình 2.7 : Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.
Hình 2.8 : đờng cong điện áp và dòng điện sơ đồ chỉnh
lu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng khi

=30 .
Hoạt động:
+ Tại
1
cấp xung điều khiển cho T
1
với U
A
(+)>U
B
và U

C
nên T
1
dẫn
vì U
B
âm hơn nên D
2
dẫn V
E
=V
A
; V
F
=V
B
nên U
EF
=U
AB
. Đến
1
thì
V
B
=V
C
sau
1
đến

2
thì T
1
và D
3
dẫn: U
EF
=U
AC
.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
24
ỏn tt nghip: Thit k b ngun chnh lu ng c in mt chiu
+ Tại
2
cấp xung điều khiển cho T
2
với U
B
(+)>U
A
và U
C
nên T
2
dẫn
T
1
khóa, từ
2

đến
2
thì T
2
, D
3
dẫn U
EF
=U
BC
. Từ
2
đến
3
có T
2
, D
1
dẫn
do V
A
âm hơn V
B
, V
C
nên U
EF
=U
BA
.

Các chu kỳ sau lặp lại nh trên.
Nhận xét :
So với hai sơ đồ chỉnh l u trên thì sơ đồ chỉnh l u cầu có chất
l ợng điện áp tốt hơn nh ng với sơ đồ n y chỉ sử dụng cho những động
cơ không có nghịch l u trả năng l ợng về l ới.
Các thông số cơ bản :
- Giá trị trung bình của điện áp tải:
)cos1(.
2
63
2


+= UU
d
.
- Dòng điện tải:
d
d
d
R
U
I
=
.
- Dòng điện trung bình chạy qua tiristor và điôt: I
T
=I
D
=

3
d
I
-
Điện áp ngợc trên Tiristor và Diôt :
2
6UU
ng
=
2.4 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
Hình 2.9 : Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển đối xứng.
SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03
25