đồ án điều áp xoay chiều 1 pha

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ
thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong cơng nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có
cơng suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó
vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết
sức mạnh mẽ.
Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của cơng
nghiệp thì ngành điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu
nhất. Đặc biệt với chủ trương cơng nghiệp hố - hiện đại hố của Nhà nước, các nhà
máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào
trong sản xuất. Do đó địi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an tồn,
chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết.
Để giải quyết được vấn đề này thì Nhà nước ta cần phải có đội ngũ thiết kế
đơng đảo và tài năng. Sinh viên ngành TĐH tương lai không xa sẽ đứng trong độ ngũ
này, do đó mà cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng.
Chính vì vậy đồ án mơn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh
viên TĐH. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng
là điều kiện để cho sinh viên ngành TĐH tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện
tử cơng suất.
Đồ án này hồn thành khơng những giúp em có được thêm nhiều kiến thức hơn
về mơn học mà còn giúp em dược tiép xúc với một phương pháp làm việc mới chủ
động hơn,linh hoạt hơn và đặc biệt là sự quan trọng của phương pháp làm việc theo
nhóm.Quá trình thực hiện đồ án là một thời gian thực sự bổ ích cho bản thân em về
nhiều mặt.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU..........................1
1.1

Tổng quan động cơ xoay chiều một pha.................................................... 1
Tổng quan nguyên lý........................................................................... 1
Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha.........................5

1.2

Bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha.................................................... 7
Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi................................................................. 8
Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi............................................ 9

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH LỰC......................................................... 11
2.1

Thiết kế tính tốn mạch lực...................................................................... 11
Tính tốn thiết kế sơ đồ mạch lực..................................................... 11

2.2

Mô phỏng sơ đồ mạch lực........................................................................ 14
Tải thuần trở...................................................................................... 14
Tải trở cảm........................................................................................ 15

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................17
3.1

Tính tốn thiết kế mạch điều khiển.......................................................... 17
Tính tốn lựa chọn mạch điều khiển................................................. 18

CHƯƠNG 4. MƠ PHỎNG MẠCH LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN......................30
4.1

Sơ đồ mơ phỏng....................................................................................... 30

4.2

Kết quả mơ phỏng.................................................................................... 31
Đặc tính phát xung............................................................................ 31
Đặc tính điện áp ra............................................................................ 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 34


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo của động cơ khơng đồng bộ một pha [5]................................ 1
Hình 1.2: Dây quấn chính và dây quấn phụ stator.............................................. 2
Hình 1.3: Rotor và Stator động cơ khơng đồng bộ một pha có cấu tạo gần giống
động cơ 3 pha...................................................................................................... 2
Hình 1.4: Nguyên tắc tạo từ trường quay trong động cơ không đồng bộ 1 pha...2
Hình 1.5: Nguyên lý làm việc............................................................................. 3
Hình 1.6: Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay.......................................... 4
Hình 1.7: Đồ thị momen..................................................................................... 5
Hình 1.8: Các sơ đồ điều áp xoay chiều một pha................................................ 9
Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực................................................................................. 11
Hình 2.2: Cánh nhơm tản nhiệt......................................................................... 13
Hình 2.3: Sơ đồ bảo vệ quá áp cho van mạch lực............................................. 13
Hình 2.4: Điều áp xoay chiều một pha tải thuần trở.......................................... 14
Hình 2.5: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp trong ĐAXC tải thuần trở R (R = 10Ω
và L = 0)........................................................................................................... 15
Hình 2.6: Điều áp xoay chiều một pha tải RL................................................... 15
Hình 2.7: Đồ thị dạng dịng điện, điện áp trong ĐAXC tải R+L (R = 10Ω và L =

100mH)............................................................................................................. 16
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc điều khiển dọc......................................... 17
Hình 3.2: Ngun lí điều khiển......................................................................... 18
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khâu đồng pha........................................................ 18
Hình 3.4: Điện áp đồng bộ Uđb............................................................................................................... 19
Hình 3.5: Sơ đồ chân IC 741............................................................................. 19
Hình 3.6: Mạch tạo răng cưa............................................................................. 20
Hình 3.7: Đồ thị điện áp răng cưa..................................................................... 21
Hình 3.8: Khâu so sánh..................................................................................... 21
Hình 3.9: Tín hiêu xung sau khâu so sánh........................................................ 22
Hình 3.10: Khâu phát xung chùm..................................................................... 23
Hình 3.11: Đồ thị khâu tạo xung chùm............................................................. 23
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý.............................................................................. 25
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý...............................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14: Biểu đồ xung....................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15: Cổng AND...................................................................................... 25
Hình 3.16: Sơ đồ chân IC4073.......................................................................... 26
Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý.............................................................................. 26
Hình 3.18: Biến áp xung................................................................................... 28


Hình 4.1: Sơ đồ mơ phỏng................................................................................ 30
Hình 4.2: Đặc tính các tầng điều khiển............................................................. 31
Hình 4.3: Đồ thị điện áp ra điều áp xoay chiều 1 pha, xung chùm....................32


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông tin về hệ thống....................................................................... 11
Bảng 2.2: Thông số van Thyristor..................................................................... 12
Bảng 2.3: Bảng liệt kê thiết bị mạch lực........................................................... 14

Bảng 3.1: Bảng liệt kê linh kiện mạch điều khiển............................................. 29


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan động cơ xoay chiều một pha.
Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện
xoay chiều khơng cổ góp được chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được
sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước động
cơ quạt động cơ trong các hệ thống tự động...Khi sử dụng loại động cơ này người ta
thường cần điều chỉnh tốc độ ví dụ như quạt bàn, quạt trần.
Thường có một số loại như:
- Động cơ điện khơng đồng bộ một pha có vịng ngắn mạch (công suất
dưới 150W).
- Động cơ không đồng bộ một phat dùng tụ điện hoặc có vịng dây chập
ngược.
- Các kiểu động cơ này đều dùng rơto lồng sóc để chạy các máy gia dụng.
- Động cơ điện vạn năng: cả stato và rơto đều có dây quấn.
Tổng quan nguyên lý
Cấu tạo
Động cơ 1 pha được cấu tạo gồm 2 bộ phận stator và rotor.

Hình 1.1: Cấu tạo của động cơ khơng đồng bộ một pha [5]

• Stator
Phần tĩnh gồm: mạch từ, dây quấn, vỏ máy.

7


Hình 1.2: Dây quấn chính và dây quấn phụ stator

Mạch từ có cấu tạo giống như stator động cơ 3 pha dây quấn stator gồm dây
quấn chính và dây quấn phụ có kết cấu thường khơng giống nhau đặt lệch nhau góc
900.
• Rotor
Roto của động cơ khơng đồng bộ 1 pha thường dùng la roto lồng sóc.
Ngồi hai phần chính trên, cịn có các bơ phận khởi động như tụ điện, ngắt điện
ly tâm hay rơle dòng điện rơle điện áp, …

Hình 1.3: Rotor và Stator động cơ khơng đồng bộ một pha có cấu tạo gần giống động cơ
3 pha

Nguyên lý làm việc

Hình 1.4: Nguyên tắc tạo từ trường quay trong động cơ không đồng bộ 1 pha


Nếu chỉ có 1 cuộn dây nối vào 1 pha sẽ có từ trường xoay chiều như sau.

Hình 1.5: Ngun lý làm việc

Xét từ trường do dịng điện hình sin

i = I m sin
ωt
động cơ không đồng ộ 1 pha chỉ có dây quấn một pha.

trong dây quấn stator của

Dịng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường xoay

chiều, đường sức từ trường được xác định theo quy tắc vặn nút chai. Xét tại các thời
điểm:
B = BT (thuan) + BN (nghich)
(1.1)
+ Tại

dòng điện đạt cực đại dương i=I

t =
T

m,

cảm ứng B đạt cực đại,

1

4
giả sử đường sức có chiều từ trên xuống dưới. BT
r
r
cùng chiều, cùng độ lớn: BT = BN =

T
+ Tại T

và BN cùng phương,

r

B
2

,dòng điện vẫn dương, cảm ứng B vẫn có chiều như

4

22
nhưng độ lớn bé hơn, BT và

lệch nhau góc α.

BN

+ Tại t3=

T

, i=0, B=0.

BT và

BN cùng phương, ngược chiều, cùng độ

2

lớn.
+ Tại

T

24


<
3T

, i<0, cảm ứng từ
4

B đổi chiều hướng từ dưới lên trên, ⃗


BT và BN lệch nhau góc α như trường hợp t2

+ Tại t =
5

3T

,

i = -Im, cảm ứng từ B đạt cực đại với chiều từ dưới lên

4

trên.
+ Tại t6 = T, i=0, B=0.

Vậy từ trường do dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn một pha sinh ra là
từ trường đập mạch, có thể phân tích thành hai từ trường quay có biên độ bằng ½ biên
độ từ trường cực đại và quay ngược chiều nhau với cùng một vận tốc góc.
F = Fm sin(ωt )cos(α )

(1.2)

Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay:
• Stđ quay
thuận:

jω t
F&
11 e
m
1

• Stđ quay
ngược:

F e − jω t
&
1

21m

Hình 1.6: Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay

Hai stđ quay này có:
+ Biên độ từ trường đập quay:

F1
m

=

= F21m =

2 F11m
+ Tốc độ quay: Quay thuận ω1, Quay ngược – ω1. Hệ số
trượt:
+ Thuận: s1=
+ Ngược: s =
ω
1

ω1 − ω
ω1
−ω1 −
−ω1

=s
=2−s

2 W1kdql

π

p

I


Phương trình cân bằng stđ tổng:
+ Thuận:

=&
F&
01
11m
m

21
m

+ F& B1m
e
sinh
ra từ
cảm

j(ω1t+α1)


+ Ngược:

&
=&
F&
02

12 + F22m sinh ra từ cảm B2m
m

− j(ω1t+α2 )

m

Từ cảm tổng hình
thành từ trường quay
hình elip:

B%=1mB e

2 từ
v sẽ tạo ra
trườn à 2
mômen
g
B
quay N điện từ
ngược
chiều

j(ω1t+α1)

2m B
+

M
T

v
à

BT
MN

ngược chiều nhau, tác
dụng lên trục rotor của
động cơ. Momen tổng
được xác định bằng phép
cộng đồ thị.

Hình 1.7: Đồ thị
momen

Tổng
đại số M = f (s) :
hai
mơmen
cho đặc
tính cơ
M = M1 + M2 = f (s)

Tại thời
điểm tốc
độ bằng
không (n =

0,Ms == M

1
1),
2


và ngược
nc
chiều nhua
gđộn
g
nên momen tổng
ccơ
bằng không (M =
ơkhi
0), nên động cơ
.vận
không thể tự khởi
hàn
động được, nếu1.1.2.1. Điề
uh
quay rotor theo
tại
khiê
chiều nào thì sẽ
ntốc
xuất hiện moment
tốc
quay theo chiều
độ
đó, tác động làm

bằn
rotor tiếp tục quay.
g
các
Vì vậy để
h
động cơ một pha
tha
làm việc được, ta
y
phải có biện pháp
đổi
mở máy, nghĩa là
số
tìm cách tạo ra cho
+ cực
động
cơ
một
mômen lúc rôto
đứng yên (M = Mk
khi s =1).

s
a
u
:

Các
phươn

g pháp
điều
khiển
tốc độ
động
cơ một
pha.
Để điều khiển
tốc độ động
cơ một pha
người ta có
thể sử dụng
các phương
pháp
+ Điều khiển
bằng cách
thay đổi số
đôi cực.
+ Điều khiển
tần số dịng

C
ơ
n
g
s
u
ấ
t
t

r
ê
n
t
r
ụ

đ
ộ
c
a
o
:


Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp::

Pth = 3 (U d .I ) nth .cosϕth

(1.6)

 .cosϕ 
P
Pth = 1,15 nnth.cos
ϕ th
c
 c
c 

(1.7)

Vậy:

Momen động cơ ở tốc độ cao:
Pc
M =
c
2π .nc

(1.8)

Momen động cơ ở tốc độ thấp:
P
M th = 2π th.n
th

(1.9)

Với n = 2n
c
th
Vậy:

 n .cosϕ  P
Mth
th
th
= 2,3  th
≈ 1, 6
→ ≈ 0,8 →

M
n .cosϕ
P
M
c
 c
c 
c
c

Mth

(1.10)

• Trường hợp thay đối tốc độ, moment và công suất thay đổi
Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao:

Pc = 2 3 (Ud .I )nc.cosϕc
Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp:

Pth = 3 (Ud .I ) nth.cosϕth

(1.11)

 .cosϕ 
P
Pth = 0,5 nnth.cos
ϕ th
c
 c

c 

(1.12)

Vậy:

Vậy:

Mth nth .cosϕth Pth
M
=
→ ≈ 0,35 → th ≈ 0,7
Mc
nc .cosϕc
Pc
Mc
1.1.2.2. Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ

U1′ f1′ M ′
=
U1 f1 M
Trong đó:
+ U , M là điện áp, momen tương ứng với tần số f1
+ U ′, M ′ là điện áp, momen tương ứng với tần số f1′

(1.13)

(1.14)

Khi yêu cầu moment không đổi (như trong máy cắt gọt kim loại):
U1′ f1′
(1.15)
=
U 1 f1
Khi yêu cầu đảm bảo công suất cơ Pcơ không thay đổi (như trong máy
điện):
M ′ f1 U1′
f1′
= ′→ =
M f1 U1
f1

(1.16)

Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương của tốc độ (trong quạt gió)
U′

 f ′2

U11 =  f11 
Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

(1.17)

Nếu điện áp �1 giảm x lần (x<1) thì:
S

n = n 1−
(1.18)



1

x2
Sau khi tìm hiểu về các phương điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều một pha
em chọn phương pháp “Đưa điện áp vào động cơ”. Vì đây là phương pháp phổ thơng
và dễ dàng thực hiện
1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha
Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều (ký hiệu xung áp AC - XAAC) được dùng
để điều chỉnh giá trị điện áp xoay chiều với hiệu suất cao, trong khi tần số của sóng hài
cơ bản thì giữ ngun khơng đổi, bằng tần số của điện áp lưới. XAAC chủ yếu sử
dụng các tiristo mắc song song ngược hoặc triăc để thay đổi giá trị điện áp trong mỗi
nửa chu kỳ điện áp lưới theo góc mở α , từ đó mà thay đổi được giá trị hiệu dụng của
điện áp ra tải.
Nhược điểm của XAAC là dạng điện áp ra bị méo, nghĩa là ngồi sóng hài cơ
bản có tần số bằng tần số lưới, xuất hiện các thành phần sóng hài bậc cao. Tuy nhiên
do cấu trúc rất đơn giản, độ tin cậy cao nên các sơ đồ loại này vẫn được ứng dụng, đặc
biệt trong các trường hợp mà độ méo điện áp không ảnh hưởng nhiều đến phụ tải.
Có thể kể ra hai trường hợp mà XAAC có những ứng dụng quan trọng. Một là
đối với tải thuần trở, ví dụ như cần điều chỉnh điện áp cấp cho sợi đốt của các lò điện
trở, một pha hoặc ba pha. Rõ ràng là đối với các tải trở thì dạng điện áp khơng hề ảnh
hưởng đến khả năng phát nhiệt của chúng. Cũng là tải thuần trở có thể kể đến các loại
đèn sợi đốt cần điều chỉnh áng sáng trong một phạm vi rộng, ví dụ trong nhà hát hay
các rạp chiếu phim, ở đó đèn sợi đốt là loại có thể điều chỉnh ánh sáng bằng điều chỉnh
điện áp. Trường hợp thứ hai ứng dụng XAAC là khi quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra
trong một thời gian ngắn hoặc trong một phạm vi hẹp. Các bộ khởi động mềm động cơ
không đồng bộ thuộc loại này, trong đó do thời gian khởi động chỉ diễn ra một vài giây
nên độ méo điện áp có thể chấp nhận được. Sau khi đã khởi động có thể cần điều chỉnh
tốc độ hoặc mơmen của động cơ trong một dải hẹp nhờ điều chỉnh điện áp xoay chiều,

khi đó độ méo điện áp là khơng lớn lắm.


Ngay cả khi XAAC phát sinh các thành phần sóng hài bậc cao nhưng do tính
chất đơn giản, tin cậy của nó người ta vẫn sử dụng những thiết bị này như trong các
cuộn cảm có điều khiển (Thyristor Controlled Reactor – TCR), đặc biệt với công suất
rất lớn và điện áp cao. Khi đó cần phối hợp với các mạch lọc thụ động để giảm ảnh
hưởng của sóng hài lên lưới điện.
XAAC cịn có ứng dụng trong các bộ chỉnh lưu điều khiển phía sơ cấp máy
biến áp như đã đề cập đến ở chương V. Hai trường hợp đặc trưng cho các ứng dụng
này. Một là, trong các chỉnh lưu cao áp, trong đó phần một chiều yêu cầu điện áp rất
cao, 50 – 100 kV, nhưng dòng điện lại rất nhỏ, cỡ 0,5 đến 2 A, như trong phần nguồn
cho các bộ lọc bụi tĩnh điện. Khi đó điều chỉnh phía thứ cấp sẽ bất lợi và nguy hiểm vì
điện áp khá cao. Giải pháp tốt hơn là điều chỉnh phía sơ cấp máy biến áp với điện áp
thấp và dịng điện khơng lớn lắm. Hai là, ngược lại trường hợp trên, một số nguồn
chỉnh lưu yêu cầu dòng rất lớn, cỡ 10.000 đến 100.000 A nhưng điện áp lại nhỏ, cỡ 12
– 24 VDC. Khi đó điều chỉnh phía thứ cấp cũng bất lợi vì nhiều van phải mắc song
song để chịu được dòng điện lớn. Do đó giải pháp điều chỉnh phía sơ cấp với dịng
điện tương đối nhỏ sẽ có lợi hơn.
Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi
Công suất của tải P = 0,37kW<10kW nên ta lựa chọn các sơ đồ 1 pha.
Các sơ đồ điều áp xoay chiều một pha.

a)

b)

c)

d)

e)
Hình 1.8: Các sơ đồ điều áp xoay chiều một pha

Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi
Sơ đồ hình 1.8a: Thường được sử dụng rộng rãi hơn, do có thể điều khiển được
với mọi công suất tải. Hiện nay Thyristor được chế tạo có dịng điện đến 7000A, thì
việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp
ứng được.
Tuy nhiên, việc điều khiển hai Thyristor song song ngược đơi khi có chất lượng
điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi
cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp hay động
cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do linh kiện mạch
điều khiển Thyristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so
sánh trên hình 1.8.
Điện áp và dịng điện khơng đối xứng như hình 2.1b cung cấp cho tải, sẽ làm
cho tải có thành phần dịng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hồ, phát nóng và bị
cháy. Vì vậy việc định kì kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm
đối với sơ đồ mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn
cả cho việc lựa chọn.
Sơ đồ hình 1.8b: Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor
song song ngược, triac ra đời. Sơ đồ này có ưu điểm là các đường cong điện áp ra gần
như mong muốn như hình 5.a, nó cịn có ưu điểm hơn khi lắp ráp. Sơ đồ mạch này
hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Tuy nhiên triac hiện nay được
chế tạo với dịng điện khơng lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn cần
phảighép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và khó điều khiển song
song. Những tải có dịng điện trên 400A thì sơ đồ hình 2.1b ít dùng.
Sơ đồ hình 1.8c: đây là biến dạng của sơ đồ 1.8a, trong đó một Thyristor được
thay thế bằng Diode, như vậy ta có thể điều chỉnh được điện áp của một nửa chu kỳ và

sẽ làm mất đối xứng điện áp trên tải (đây là nhược điểm của sơ đồ). Ưu điểm của sơ đồ
này là điện áp ngược trên thyristor chỉ bằng sụt áp trên diode, tức là không đáng kể,
tuy nhiên điện áp thuận đặt trên thyristor khi đang khóa vẫn lớn, thêm nữa là giá thành
thấp hơn các các loại khác do diode rẻ hơn thyristor và lại có độ tin cậy cao hơn. Mạch
điều khiển sẽ đơn giản hơn vì chỉ có một thyristor, trong một chu kỳ chỉ 1 lần nhận
xung điều khiển.


Sơ đồ hình 1.8d: Có hai Thyristor và hai Diode có thể được dùng chỉ để nối các
cực điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần
phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van.
Sơ đồ hình 1.8e: Trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng
điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một Thyristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển
đối xứng điện áp dễ dàng hơn. Số lượng Thyristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi
van điều khiển còn hiếm. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao
trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp. Ngoài ra, tổn hao
năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.
Từ những phân tích trên ta lựa chọn bộ biến đổi băm xung áp xoay chiều một
pha dùng hai thyristor đấu song song ngược để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều
một pha là phù hợp.


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH LỰC
2.1 Thiết kế tính tốn mạch lực
T1
RC
T2
Rd

Ld

Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực

• Phân tích chức năng của từng phần tử trong mạch
+ Hai thyristor đấu song song ngược: Cặp van lần lượt dẫn dòng theo 1
chiều xác định nên dòng qua cặp thyristor đấu song song ngược này là
dòng xoay chiều. Các van thyristor được phát xung điều khiển lệch nhau
góc 1800 độ điện để đảm bảo dịng qua cặp van là hồn tồn đối xứng
+ Tải thuần trở
+ Mạch bảo vệ RC: Trong quá trình van hoạt động thì van phải được làm
mát để van khơng bị phá hỏng về nhiệt vì vậy ta đã tính tốn chế độ làm
mát cụ thể cho van rồi. Tuy nhiên, van cũng có thể bị hỏng khi van phải
chịu tốc độ tăng dòng, tăng áp quá lớn. Để tránh hiện tượng quá dòng,
quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta phải có những biện pháp thích hợp
để bảo vệ van. Biện pháp bảp vệ van thường dùng nhất là mắc mạch R,
C song song van để bảo vệ quá áp và mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn
chế tốc độ tăng dịng.
+ Aptomat có chức năng bảo vệ ngắn mạch và q tải.
Tính tốn thiết kế sơ đồ mạch lực
Lựa chọn van
Thông tin về thiết bị:
Bảng 2.1: Thơng tin về hệ thống

STT
2

Cơng suất
(kW)
0,37

Điện áp định
mức (VAC)
220

Dịng điện định
mức (A)
2,8

Dòng điện chay qua các Thyristor T1, T2 được tính:

IT 1

= IT = It = 1, 4 ( A)
2
2

Tốc độ định mức
(v/phút)
1400

Cặp cực
2p = 4


Chọn Thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt, khơng cần quạt đối lưu
khơng khí. Hệ số dữ trữ dòng điện Ki = 4 để đảm bảo van hoạt động tin cậy cao.


Dòng điện định mức của Thyristor cần chọn:
IdmV = K

i
.IV

= 4.1, 4 = 5,6 ( A)

Điện áp làm việc của cac van cần chọn theo biên đội điện áp nguồn xoay chiều:

Ung max =

2.220 = 308(V )

Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku = 2.
Chọn van có điện áp làm việc:

UdmV = Ku.Ung max = 2.308 = 616(V )

Với những thơng số đã tính tốn kể trên, em chọn được van Thyristor T10-16
do Nga sản xuất có thơng số như sau:
Bảng 2.2: Thơng số van Thyristor

Dịng trung bình qua van:
Cấp điện áp:
Sụt áp thuận trên van ở dòng
định mức:
Điện áp điều khiển:
Dòng điện điều khiển:
Tốc độ tăng dòng cho phép:
Tốc độ tăng áp cho phép:
Lựa chọn phần tử bảo vệ

Itb = 16A
Uv = 1000V

∆U = 1,85 V
Uđk = 3V
Iđk = 75mA
di/dt = 50A/às
du/dt = 300V/às

ã Bo v quỏ nhit độ cho các van bán dẫn
Khi van bán dẫn làm việc, có dịng điện chạy qua, trên van có sụt áp ΔU, do đó
có tổn hao cơng suất Δp. Tổn hao này sinh nhiệt, đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác, van
bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép (T cp), nếu quá nhiệt độ cho
phép các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an tồn, khơng bị chọc
thủng về nhiệt, phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lí.
• Tính tốn cánh tản nhiệt
Thơng số cần cố:
+ Tổn thất cơng suất tên 1
Thyristor:
+ Diện tích bề mặt tỏa nhiệt:

∆p = ∆U.Idm = 1,85.5 = 9, 25(W)

ST = ∆p / Km .τ

N
Trong đó:
Δp - tổn hao cơng suất W
τ - đ ộ chênh nhiệt độ so với môi trường

Chọn nhiệt độ môi trường Tmt =40°C.
Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor Tcp =125°C.
Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv =80° C
τ = T − T = 400C


lv

mt


(

Km hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn K m = 8 W / m2 0C

S
Vậy

T
N

)

2
= 9 = 289, 06 ( cm )
,
2
5
8
.

1
0−
4

.
4
0

Hình 2.2: Cánh
nhơm tản nhiệt

Chọn loại cánh toả nhiệt
có 12 cánh, kích thước
mỗi cánh:
a × b = 10 ×10(cm ×
cm)

Tổng
diện tích tỏa
nhiệt của
cánh: cầu
tính tốn).
• Bả
o
vệ
qu
á
áp
ch

STN

=
12.2.
10.1
0=
2400

(m
)

2


(thỏa mãn yêu
Chọn phần tử bảo vệ quá áp R-C mắc song
song với van: Chọn theo kinh nghiệm van càng lớn

thì tụ càng lớn và điện trở càng nhỏ với các trị số:
Điện trở nằm trong khoảng vài trục đến 100 Ω, điện
trở nằm trong khoảng 0,1 đến 2μF.
Hình 2.3: Sơ đồ bảo vệ quá áp cho van
mạch lực

Bảo vệ q điện áp do trong q trình đóng
cắt các thyristor được bảo vệ bằng cách mắc mạch
RC song song với thyristor. Khi có sự chuyển mạch,
các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngồi
tạo dịng điện ngược trong khoảng thời thời gian
ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện tạo ra

suất diện động cảm ứng rất lờn