Đồ án truyền động XAĐ Xung áp động cơ ( có link ggdrive mô phỏng cuối bài hoặc liên hệ 0799008541)

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z
MỤC LỤC

Đồ án tốt nghiệp

1


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z
DANH MỤC HÌNH

Đồ án tốt nghiệp

2


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z
LỜI NĨI ĐẦU

Trong cơng cuộc đổi mới cơng nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, vấn
đề áp dụng khoa học kỹ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng đầu.
Cùng với sự phát triển của một số nghành như điện tử, công nghệ thông tin, nghành
kỹ thuật điều khiển và tự động hố đã phát triển vượt bậc. Tự động hóa các quy trình
sản suất đang được phổ biến, có thể thay sức lao động con người, đem lại năng suất
cao chất lượng sản phẩm tốt.

Hiện nay, các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy, xí nghiệp được
sử dụng rất rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao. Vấn đề quan trọng trong các dây
chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động cơ
để nâng cao năng suất.
Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều
chỉnh cao, cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi
điện tử. Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ và
từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao.
Ở nước ta hiện nay một số dây truyền ngoại nhập, với một số lý do khách quan
cho nên một số thiết bị khi có vấn đề về sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài.
Về việc thay thế và điểu khiển từng bước để hộ nhập cùng với sự phát triển chung của
khao học kỹ thuật.
Trong q trình nghiên cứu khơng thể tránh khỏi thiểu sót kính mong q thầy
cơ chỉ bảo để em được hiểu thêm, có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên
nghành của mình sau này.
Em xin trân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của cơ giáo Nguyễn Minh Thư
và các thầy cô trong tổ bộ môn đã hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đồ án tốt nghiệp

3


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG XA- Đ

1.1. Giới thiệu chung về hệ xung áp – động cơ.
Các bộ biến đổi xung áp một chiều (kí hiệu xung áp DC – XADC) dùng cho các
ứng dụng biến đổi mức điện áp một chiều. Băm xung một chiều (BXMC) là thiết bị
dùng để thay đổi điện áp một chiều ra tải từ một nguồn điện áp một chiều cố định.
Băm xung một chiều được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, tạo
nguồn ổn áp dải rộng,vv…
1.1.1. Nguyên lý chung của bộ biến đổi xung áp một chiều
Nguyên lý cơ bản của băm xung một chiều được mơ tả trên hình (1.1). Giữa
nguồn một chiều E và tải Rt là van Tr làm việc như một khóa điện tử, hoạt động của
BXMC là cho van đóng cắt với quy luật:
-

Trong khoảng thời gian 0 - cho van dẫn (khóa Tr đóng mạch) điện áp sẽ cho giá trị
bằng điện áp nguồn = E.

-

Từ – T van Tr không dẫn (mạch hở), tải bị ngắt khỏi nguồn .
Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải nhận được sẽ là:
(1.1)

Hình 1.1. Nguyên lý băm xung một chiều (BXMC)

Trong đó:

Đồ án tốt nghiệp

4

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

-

là thời gian van Tr dẫn.

-

là độ rộng xung điện áp chính là tham số điều chỉnh.

-

là chu kỳ đóng cắt của van.
Biểu thức (1.1) cho thấy có thể điều chỉnh điện áp ra bằng cách thay đổi tham
số . Việc điều chỉnh điện áp bằng cách “băm” điện áp một chiều E thành các “xung”
điện áp ở đầu ra nên thiết bị này gọi là “Băm xung một chiều – BXMC”.
Có hai phương pháp chính cho phép thay đổi tham số là:

-

Thay đổi thời gian còn giữ nguyên chu kỳ T không đổi, như vậy ta dùng cách thay
đổi độ rộng xung điện áp ra tải trong quá trình điều chỉnh, nên cách này được gọi là
phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

-

Thay đổi chu kỳ T, giữ nguyên thời gian không đổi. Cách này ngược lại với phương

pháp trên, độ rộng xung điện áp ra tải được giữ nguyên mà chỉ thay đổi tần số lặp lại
của xung này, vì vậy được gọi là phương pháp xung - tần. Phương pháp này không
thuận lợi khi điều chỉnh điện áp trong một giải rộng, vì tần số biến thiên nhiều sẽ làm
thay đổi mạch giá trị trở kháng khi mạch có điện cảm hoặc tụ điện nên khó tính tốn
thiết kế, nhất là các hệ thống điều chỉnh kín vì lúc đó mạch thuộc hệ có tham số biến
đổi.
Ta thấy rằng khóa điện tử Tr chỉ làm việc như một van bán dẫn, vì vậy băm
xung một chiều có nhiều ưu điểm như:

-

Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi là không đáng kể so với các bộ
biến đổi liên tục do tổn hao ở van bán dẫn là nhỏ.

-

Độ chính xác cao và ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ mơi trường vì yếu tố điều chỉnh
là thời gian đóng khóa Tr mà không phải giá trị điện trở phần tử điều chỉnh như
những bộ điều chỉnh liên tục kinh điển.

-

Kích thước gọn và nhẹ.
Tuy nhiên bộ BXMC cũng có nhược điểm là:

-

Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng qn tính điều chỉnh.

-

Tần số đóng cắt lớn sẽ gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh.
Các bộ băm xung một chiều được phân tích thành BXMC khơng đảo chiều và
BXMC có đảo chiều dịng tải.

Đồ án tốt nghiệp

5


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

1.1.2. Băm xung một chiều không đảo chiều
1.1.2.1. Bộ băm xung một chiều nối tiếp

Hình 1.2. Sơ đồ băm xung áp nối tiếp.
Sơ đồ xung áp động cơ nối tiếp cho trên (hình 1.2). Trên sơ đồ phần tử cơ bản là
khóa điện từ V, là một van điều khiển hồn tồn nào đó (GTO, IGBT, MOSFET,
BJT), được mắc nối tiếp giữa tải và nguồn. Từ đó sơ đồ có tên là xung áp động cơ nối
tiếp. Diode D0 có vai trị quan trọng trong sự hoạt động của sơ đồ, gọi là diode
không. Diode này sẽ dẫn dịng tải khi V khóa.
Sơ đồ hoạt động theo ngun lý sau:
Từ 0 đến : V thông, nối tải vào nguồn, .
Từ đến T: V khóa lại, tải bị cắt khỏi nguồn. Nếu tải có tính cảm,do năng lượng
tích lũy trong điện cảm tải, dòng tải phải tiếp tục duy trì qua diode D0,
-

Xét trường hợp tải trở cảm.

Tải trở cảm tiêu biểu trong bộ băm xung áp một chiều là mạch kích cho các
máy phát điện đồng bộ cơng suất nhỏ, dưới 30 KW. Trong những hệ máy công suất
vừa dưới 300 KW, nếu mạch kích từ là hệ máy phát kích cơng suất nhỏ thì bộ băm
xung được dùng để điều chỉnh kích từ cho máy phát kích từ.
Ta có hệ phương trình mơ tả hoạt động của sơ đồ (hình 1.2) là:
Khi V thơng:
Khi V khơng thơng: :
Các phương trình vi phân này có nghiệm tổng qt dạng: .

Đồ án tốt nghiệp

(1.3)

6


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Trong đó có đơn vị là (s), gọi là hằng số thời gian mạch tải.
Nghiệm tổng quát thỏa mãn phương trình khi V thơng có dạng:
.

(1.4)

Các hằng số A và B trong (1.3) và (1.4) có thể xác định được trong chế độ xác
lập khi dòng điện ở đầu mỗi chu kì phải bằng dịng điện ở cuối chu kì. Ngồi ra dịng
điện cịn phụ thuộc chế độ dịng liên tục hay gián đoạn như sẽ phân tích sau đây.
Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ, trong các chế độ làm việc khác

nhau thể hiện trên đồ thị (hình 1.3).

a)

b)
Hình 1.3. Dạng dịng điện, điện áp của các phần tử
trong sơ đồ XADC nối tiếp
a. Chế độ dòng điện liên tục.
Trong chế độ này dòng điện bắt đầu từ một giá trị lớn hơn 0 và bằng giá trị kết
thúc chu kì, như trên đồ thị (hình 1.3). Viết lại các biểu thức dòng điện như sau:
Trong khoảng : .
Trong khoảng : .
Với các điều kiện đầu: i(t = 0) = i(t = T) ta sẽ xác định được A và B trong
phương trình trên. Do đó dịng điện qua van và diode D0 có dạng:

Đồ án tốt nghiệp

7


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z
; .
Độ đập mạch của dòng tải ) – i(t = 0) nên:

b. Chế độ dòng tải gián đoạn.
Dịng tải gián đoạn khi khi năng lượng tích lũy trong điện cảm tải khơng đủ để
duy trì dịng điện khi van V khơng thơng. Dịng bắt đầu từ 0 ở đầu chu kì và về bằng
0 trước khi kết thúc chu kỳ:

i(t =0) = 0; ) = ). Xem đồ thị (hình 1.3)
Các biểu thức dịng điện qua van và diode có dạng như sau:
). ; ).
Về lý thuyết dòng điện chỉ về 0 khi . Tuy nhiên trong thực tế nếu thì có thể coi
như dịng đã về bằng khơng. Như vậy chế độ dịng điện gián đoạn có thể xảy ra nếu
hằng số thời gian của mạch tải quá nhỏ hoặc khi điều khiển mà .
-

Xét trường hợp tải có sức phản điện động.
Tải có sức phản điện động có thể là phần ứng của động cơ điện một chiều hoặc
acquy trong quá trình nạp. Trong thực tế XADC thường được dùng để điều khiển tốc
độ các động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp mạch phần ứng.

Hình 1.4. Sơ đồ XADC tải có sức phản điện động
Theo sơ đồ (hình 1.4), hệ phương trình mơ tả có dạng:
Khi V thơng: .
Khi V khóa:
Để xác định dịng điện ta cần giải hệ phương trình này bằng phương pháp tương
tự như trên. Nghiệm có dạng giống như trường hợp tải trở cảm nhưng có thêm tác

Đồ án tốt nghiệp

8


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

dụng của và cũng phân biệt cho hai chế độ dòng điện, dòng gián đoạn và dòng liên

tục.
Đồ thị đạngòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ XADC, tải có sức phản
điện động cho trên (hình 1.4).

a) Chế độ dịng liên tục.

b) Chế độ dịng gián đoạn.

Hình 1.5. Dạng dịng điện điện áp của các phần tử trên sơ đồ XADC,
tải có sức phản điện động.
c. Chế độ dòng liên tục.
Dòng tải sẽ được biểu diễn qua các dòng điện qua van và qua diode D0 như sau:
;
Có thể thấy rằng dịng điện có dạng như trường hợp tải trở cảm thông thường,
chỉ khác là dịng qua van và diode đều có thêm thành phần dòng điện một chiều do
tác dụng của sức phản điện động. Dạng dịng tải cho trên đồ thị (hình 2.13). Độ đập
mạch của dịng tải khơng thay đổi khi trong mạch có nên:
d. Chế độ dịng điện gián đoạn:
Dạng dịng điện tải và điện áp tải cho trên đồ thị (hình 1.5 b). Các biểu thức
dịng điện qua van và diode có dạng như sau:
;
e. Chế độ tới hạn:
Trong chế độ dòng gián đoạn, dòng qua diode sẽ bằng 0 tại một thời điểm nào
đó,. Cho biểu thức dịng điện qua diode bằng 0 có thể xác định được như sau:

Đồ án tốt nghiệp

9

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Điều kiện tới hạn để dòng điện chuyển sang chế độ gián đoạn chính là:
hay . Gọi độ rộng xung điều khiển ứng với chế độ chuyển tiếp này là độ rộng
xung tới hạn. có thể được xác định như sau:
Dòng sẽ gián đoạn với mọi , nhỏ hơn hoặc bằng .
1.1.2.2. Bộ băm xung một chiều song song
Sơ đồ của băm xung một chiều loại này trên (hình 1.5). Loại băm xung này có
cơng suất khơng lớn và phải có tụ lọc đầu ra tải.
Quy luật điều khiển van Tr theo nguyên tắc chung: Van Tr dẫn trong khoảng (0 và khóa trong khoảng (. Tuy nhiên quá trình năng lượng xảy ra khác đi và khi van Tr
dẫn, toàn bộ điện áp nguồn được đặt vào cuộn cảm L và dòng điện từ nguồn (dòng )
chảy qua điện cảm và cuộn cảm được nạp năng lượng. Trong giai đoạn này diode D
khóa và tải bị cắt hẳn khỏi nguồn, do đó năng lượng cấp ra tải là nhờ điện dung C vì
vậy tụ điện C là nhất thiết phải có ở bộ băm xung một chiều song song.

Hình 1.6. Băm xung một chiều song song
Khi van Tr bị khóa, năng lượng của cuộn kháng và của nguồn sẽ cấp ra tải
(dòng ). Nhờ nhận thêm năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước trong điện cảm nên
điện áp trên tải sẽ lớn hơn điện áp nguồn E. Tụ điện C dùng để tích năng lượng và
cấp cho trong giai đoạn van Tr dẫn.
Phân tích cho thấy quy luật điện áp trên tải có dạng:

Đồ án tốt nghiệp

10


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Khảo sát cho thấy điện áp ra có thể cao hơn nguồn E nếu như sụt áp trên nội
trở của nguồn nhỏ hơn 25% so với điện áp nguồn E. Điện áp tải lớn nhất có thể đạt
tới bằng:
=
a. Tham số chọn van Tr:
Khi khóa van T chịu điện áp trên tụ C hay điện áp tải, suy ra:
b. Dịng trung bình qua điện cảm bằng tổng dịng qua tải và qua van Tr:
c. Tham số chọn diode, dịng trung bình qua diode:
=
Diode khóa khi van Tr dẫn và chịu điện áp ngược là điện áp trên tụ C và do đó
trị số lớn nhất tương ứng:

d. Tham số cuộn cảm L có thể tính tốn, xuất phát từ các biểu thức sau khi coi :
-

Điện cảm tối thiểu để đảm bảo chế độ dòng liên tục:

-

Điện cảm tính theo độ đập mạch dịng điện qua điện cảm:

e. Tụ điện C tính gần đúng theo biểu thức sau:
1.1.2.3. Bộ băm xung một chiều kiểu nối tiếp – song song
Bộ biến đổi xung áp loại này (hình 1.6) cho phép điều chỉnh điện áp lớn hơn
hoặc nhỏ hơn điện áp nguồn E. So với sơ đồ của băm xung một chiều kiểu song song
ta thấy vị trí của van Tr và cuộn cảm L đã đổi chỗ cho nhau.
Hoạt động của mạch này như sau:

Đồ án tốt nghiệp

11


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Trong khoảng (0- ) khi van Tr dẫn, điện cảm L được nạp năng lượng trực tiếp
từ nguồn E bằng dòng điện với quy luật tương tự BXMC song song. Giai đoạn diode
D khóa và tải chỉ nhận năng lượng từ tụ điện C mắc song song với tải.
Trong giai đoạn cịn lại ) van Tr khóa, cắt nguồn E ra khỏi mạch để duy trì dịng
điện theo chiều cũ của mình sức điện động tự cảm của cuộn kháng L sẽ đủ lớn để
diode D dẫn và hình thành dịng điện . Năng lượng tích lũy trong điện cảm sẽ được
phóng qua tải, tụ điện C cũng được nạp năng lượng trong giai đoạn này.Lưu ý rằng
với chiều dọng điện nạp cho tụ điện C là thì chiều của điện áp trên tụ điện có dấu
ngược lại với hai loại băm xung đã xét, tức là điện áp Ut là âm. Như vậy băm xung
một chiều kiểu nối tiếp – song song cho phép tạo ra điện áp tải âm từ một nguồn
dương.

Hình 1.7. Băm xung một chiều nối tiếp – song song
Quy luật điện áp ra tải:
Đặc điểm của loại này là có thể điều chỉnh điện áp ra tải lớn hơn hoặc nhỏ
hơn điện áp nguồn E.
Các tham số chọn van:
a. Van Tr, dòng trung bình qua Tr:

Đồ án tốt nghiệp

12


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Khi van Tr bị khóa phải chịu được điện áp bằng:
b. Diode D, dịng trung bình qua diode:
Và diode chịu một điện áp ngược lớn nhất lúc van Tr dẫn và bằng:
c. Tham số cuộn cảm L có thể tính tốn, xuất phát từ độ đạp mạch dịng điện qua điện
cảm:
Dịng điện trung bình qua điện cảm bằng tổng dòng điện qua tải và qua van Tr:
d. Tụ C tính gần đúng từ biểu thức sau:
1.1.3. Bộ băm xung điện áp một chiều có đảo chiều
Ta sử dụng van bán dẫn IGBT, các van bán dẫn IGBT làm nhiệm vụ khóa khơng
tiếp điểm, các diode dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá
trình hãm tái sinh. Bộ băm xung áp một chiều dùng van điều khiển hồn tồn IGBT
(hình 2.16) có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện phụ tải.
Trong các hệ truyền động tự động thường có u cầu đảo chiều dịng điện phụ tải.
Trong các hệ truyền động tự động thường có yêu cầu đảo chiều động cơ, do đó bộ
biến đổi xung áp loại này thường hay dùng để cấp nguồn cho các động cơ một chiều
kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay. Hoạt động của sơ đồ phụ thuộc vào cách
phối hợp điều khiển của bốn van động lực.

Đồ án tốt nghiệp

13

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Hình 1.8. Băm xung một chiều đảo chiều sơ đồ cầu
Có các phương pháp điều khiển khác nhau: Điều khiển riêng hay điều khiển độc
lập, điều khiển đối xứng và điều khiển không đối xứng.
1.1.3.1. Bộ băm xung một chiều đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng.
Trong phương pháp này các van được chia thành hai nhóm Tr1, Tr2 và Tr3 và
Tr4. Hai nhóm khơng làm việc đồng thời, mỗi nhóm phụ trách một chiều của dịng
điện tải và chỉ hoạt động khi cần chiều do nhóm phụ trách. Trong mỗi nhóm và các
van cũng khơng chạy giống nhau, thường một van luôn luôn được điều khiển mở, chỉ
có van cịn lại được điều khiển đóng - ngắt theo nguyên lý băm xung đã được đề cập.
(Hình 2.17a) là sơ đồ thay thế khi BXMC cấp dòng điện dương cho tải, lúc đó
có hai van Tr3 và Tr4 hồn tồn bị khóa, khơng hề tham gia vào hoạt động của mạch.
Đồ thị làm việc trên (hình 2.17b) ở trạng thái van Tr1 ln dẫn cịn Tr2 được băm
xung.
Trong khoảng (0- ) dòng điện chạy từ nguồn E qua Tr1 – Tải - Tr2 rồi về nguồn
nên tải có =E.
Trong khoảng thời gian từ đến T, điều khiển khóa van Tr2, dịng điện buộc phải
tiếp tục chạy theo chiều cũ nên dòng này sẽ chạy vòng qua diode D3 có nghĩa là tải
bị ngắn mạch và do đó . Nếu trong giai đoạn này năng lượng tích lũy ở điện cảm đã
kịp phóng hết thì dịng điện về được đến không và mạch sẽ rơi vào chế độ dòng điện
gián đoạn.

Đồ án tốt nghiệp

14

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Như vậy hoạt động của sơ đồ hoàn tồn giống với BXMC khơng đảo chiều, do
vậy các biểu thức và phương pháp tính tốn là tương tự.
Để dịng điện đảo sang âm, cần khóa hẳn nhóm van Tr1, Tr2 và để nhóm van
Tr3, Tr4 hoạt động: van Tr3 ln dẫn và van Tr4 đóng – ngắt theo ngun lý.

Hình 1.9. Băm xung một chiều đảo chiều, điều khiển riêng.
1.1.3.2. Bộ băm xung một chiều đảo chiều dùng phương pháp điều khiển đối xứng.
Các van cũng được chia thành hai nhóm Tr1, Tr2 và Tr3 và Tr4, tuy nhiên chúng
cùng hoạt động ở bất kì chiều dịng tải nào. Van cùng nhóm được điều khiển như
nhau (cùng mở hoặc cùng khóa), nhưng hai nhóm này lại được điều khiển trạng thái:
Điều khiển mở nhóm này thì phải khóa nhóm kia và ngược lại.Trong khoảng (0- ),
Tr1,Tr2 mở còn Tr3, Tr4 khóa nên .
Trong khoảng thời gian từ đến T thì Tr3, Tr4 mở cịn Tr1, Tr2 khóa nên .
Do điện áp ra tải có quy luật điều khiển:
Biểu thức này cho thấy:
-

Với thì dương.

-

Với thì âm.

Đồ án tốt nghiệp

15


Khoa: Điện
-

Lớp: DHTDHCK12Z

Với thì điện áp tải bằng khơng.

Hình 1.10. Băm xung một chiều đảo chiều điều khiển đối xứng.
Như vậy chỉ điều chỉnh tham số trong phạm vi ( đã làm điện áp ra tải không
những thay đổi về giá trị mà cả về dấu, tức là đảo chiều được.
Tuy vậy nguyên lý điều khiển nêu trên chưa phản ánh q trình vật lí xảy ra
thực sự trong mạch, ta xem xét lại q trình hình thành dịng điện ra với tải tổng quát
RLE.
Trong khoảng ( Tr1, Tr2 mở cịnTr3 và Tr4 khóa nên dịng điện từ nguồn E qua
Tr1 – Tải – Tr2 rồi về nguồn nên ta có =E.
Vào thời điểm hai van Tr1 và Tr2 bị khóa, Tr3 và Tr4 được điều khiển mở, song
dịng điện vẫn phải chạy theo chiều cũ (do tải có tính cảm) nên dịng điện khơng thể
đi ngược qua Tr3, Tr4 mà phải chạy qua các diode đấu song song với chúng như hình
(1.9).
Như vậy trong giai đoạn năng lượng tích lũy ở điện cảm được trả về nguồn E,
bây giờ có hai khả năng xảy ra:
-

Nếu năng lượng tích lũy ở điện cảm đủ lớn và không kịp tiêu tán hết thì dịng điện
khơng thể về đến khơng, do đó chỉ có diode D3 và D4 dẫn tồn bộ khoảng này cho
đến khi các van mở lại ở đầu chu kỳ.

-

Nếu năng lượng tích lũy khơng lớn thì nó bị tiêu tán hết trước thời điểm T, dòng điện
kịp về đến không. Tuy nhiên do các van Tr3, Tr4 đang điều khiển mở nên đến lúc này
dòng tải sẽ đảo dấu, nguồn E lại cấp năng lượng ra tải. Đến thời điểm T khi nhóm
Tr1, Tr2 mở ngược lại, dịng điện tải âm nên không đảo chiều được ngay, buộc phải
Đồ án tốt nghiệp

16


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

chạy qua các diode D1, D2. Chỉ đến khi năng lượng trên điện cảm hết, dòng mới đảo
về giá trị dương.

Hình 1.11. Băm xung một chiều đảo chiều điều khiển đối xứng.
Như vậy với phương pháp điều khiển này khơng thể có chế độ dịng điện gián
đoạn, dịng tải sẽ liên tục chạy, hoặc theo chiều này hoặc theo chiều kia.
1.1.3.3. Băm xung một chiều đảo chiều dùng phương pháp khơng đối xứng.
a. Ngun lí.
Trong phương pháp này cả bốn van lực đều hoạt động, nhưng các van điều
khiển khác nhau tùy theo chiều dịng tải cần có.
(hình 1.10a) là sơ đồ thay thế BXMC cấp dòng điện dương cho tải, lúc đó van
Tr3 hồn tồn bị khóa, van Tr2 ln được điều khiển dẫn. Cịn hai van Tr1 và Tr4
thay nhau đóng cắt theo nguyên lý băm xung.
Trong khoảng thời gian) dòng điện chạy từ nguồn E qua hai van Tr1, Tr2 có =E.
Trong khoảng thời gian ( điều khiển khóa van Tr1, dịng điện buộc phải chạy

theo chiều cũ nên dòng sẽ chạy vòng tròn qua Tr2 và diode D4, tải bị ngắn mạch .
Tuy nhiên tùy theo dạng tải mà q trình vật lý có thể khác nhau.
-

Với tải RL có thể xuất hiện chế độ dịng điện gián đoạn nếu năng lượng tích lũy ở
điện cảm kịp phóng hết ở giai đoạn (. Như vậy các quá trình hoạt động của mạch là
tương tự với BXMC không đảo chiều.

Đồ án tốt nghiệp

17


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Hình 1.12. Băm xung một chiều đảo chiều, điều khiển khơng đối xứng luật điều khiển
tạo chiều dịng điện tải dương
-

Với tải RLE, do tải chứa sức điện động nên dịng tải có thể đảo chiều sau khi năng
lượng tích lũy ở điện cảm đã phóng hết năng lượng, như vậy lại khơng thể có dịng
điện gián đoạn. Biểu thức luật điều chỉnh điện áp ra vẫn là nhưng quy trình luật dịng
điện sẽ khác vì có sự tham gia của .
Để dòng điện tải âm (đảo chiều) cần thay đổi toàn bộ cách điều khiển bốn van
động lực.
1.2. Động cơ điện một chiều
1.2.1. Nguyên lý và cấu tạo

a. Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu chủ yếu của MĐMC gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần quay.
 Phần tĩnh (Stato): là phần đứng yên của máy.
+

Cực từ chính:

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay

Đồ án tốt nghiệp

18


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

thép cácbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể dùng
thép khối. Cực từ được gắn chặt vào các vỏ máy bằng các bu lơng. 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 và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích
từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
+ Cực từ phụ:
Được đặt giữa các cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều. 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 nhờ những bulông.
+ Gông từ:
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong

máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn lại và hàn. Trong máy điện lớn
thường dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ còn dùng gang làm vỏ máy.
+ Các bộ phận khác:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp

Đồ án tốt nghiệp

19


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

máy còn tác dụng làm giá ổ bi. Trong trường hợp nắp này nắp máy thường làm bằng
gang.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than
gồm nhiều chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lo xo tì chặt lên cổ góp. Hộp
chổi than được đặt cố định lên giá chổi than và cách điện với giá đó. Giá chổi than có
thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong
thi dùng vít cố định chặt lại.
 Phần quay hay rô to
+ Lõi sắt phần ứng
Kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm tẩm
cách điện mỏng ơ hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao
do dịng điện xốy gây nên. Trên lá thép đó có dập rãnh

Nêm
Cách điện rãnh

để đặt dây quấn vào. Trong máy điện cỡ vừa thì cịn dập
các lỗ thơng gió. Máy điện nhỏ lõi sắt trực tiếp được ép

Dây quấn

vào trục.
+ Dây quấn phần ứng.
Là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm
bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ cơng suất dưới vài kW thường
dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây có tiết diện
hình chữ nhật. Dây qn được cách điện cẩn thận với lõi thép.
+ Cổ góp
Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành
một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đi

Phiến góp

nhạn cách điện với nhau bằng một lớp mica dày 0,4
đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ trịn.
+ Các bộ phận khác
- Cánh quạt: dùng để làm nguội máy. Cánh quạt lắp trên trục máy và hút gió từ
ngồi vào máy khi máy quay.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép cácbon tốt.
b. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều

Đồ án tốt nghiệp

20

Khoa: Điện


Lớp: DHTDHCK12Z

Sơ đồ nguyên lý:

e, i
i
e,

t

n
e, i

b

N
a

c

A+
I B→

d
S

Máy gồm có một khung dây abcd đầu nối với hai phiến góp. Khung dây và
phiến góp được quay quanh trục của nó với tốc độ khơng đổi trong từ trường của hai
cực nam châm N – S.
Các chổi điện A và B đặt cố định và luôn tỳ sát vào phiến góp.


Chế độ máy phát.
Khi cho một khung dây quay, thì theo định luật cảm ứng điện

N

từ. Trong thanh dẫn xuất hiện một sức điện động cảm ứng có trị số
tức thời: E=Bvl

F, Mđt

n

Trong đó: B là cảm ứng từ ở nơi dây dẫn quét qua, v là tốc
độ quét của thanh dẫn, l là chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ
trường.

Đồ án tốt nghiệp

S

21

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Chiều của dòng điện được xác định bằng quy tắc bàn
phải.
Như vậy sức điện động của thanh dẫn ab sẽ có chiều đi
b đến a cịn thanh dẫn cd có chiều đi từ d đến c. Nếu mạch

tay
F, Mđt

N

từ

n

ngồi khép kín qua tải thì s.đ.đ trong khung dây sẽ tạo ra ở
mạch ngồi một dịng điện chạy từ chổi than A đến chổi than

S

B.

Khi khung dây quay, nếu từ cảm phân bố hình sin thì
s.đ.đ cũng là hình sin nhưng do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới cực
N, chổi than B tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới cực S nên dòng điện mạch ngoài chỉ
chạy từ A (cực dương) đến B (cực âm). Dòng điện xoay chiều trong thanh dẫn đã
được chỉnh lưu thành dịng điện một chiều.

Để có một sức điện động lớn giữa các chổi điện và giảm bớt sự đập mạch của
sức điện động đó người ta dùng nhiều khung dây đặt lệch nhau một góc trong khơng
gian làm thành dây quấn phần ứng. Do đó có nhiều phiến góp cách điện với nhau và
ghép lại tạo thành một cổ góp điện.

Chế độ động cơ.
Ngược lại nếu ta cho dòng điện một chiều đi vao khung dây qua hệ thống vành
góp thi dưới tác dụng của từ trường các thanh dẫn sẽ sinh ra mơmen có chiều khơng
đổi là cho máy quay. Đây là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
c. Các lượng định mức.
- Công suất định mức: Pđm
Tải của MĐ ứng với độ tăng nhiệt cho phép của máy theo điều kiện lúc thiết kế
được quy định là công suất định mức của máy.
Với tất cả các máy công suất định mức đều được tính ở đầu ra của máy.
- Các đại lượng định mức khác:
Điện áp định mức: Uđm(V)
Dòng điện định mức: Iđm(A)
Các trị số điện áp, dòng diện, tốc độ quay, hệ số công suất... ứng với P đm đều là
các trị số định mức
1.2.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
a. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như
máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển…
Các thiết bị nguồn này có chức năng biến lưới điện xoay chiều thành một chiều
có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển U đk. Vì là nguồn có cơng

Đồ án tốt nghiệp

22

Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R b và điện cảm
Lb khác khơng.
I
Rb

Rưđ

Eb(Uđk)

U

Eư

)

LK
Đ

BBĐ

Uđk

Hình 1.13. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:
Eb - Eư = Iư(Rb + Rưđ)

ω=

Eb
R + R ud
- b
Iu
K.Φ dm K.Φ dm

(1.5)

M
β

ω = ω0(Uđk) Vì từ thơng của động cơ được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
Uđk của hệ thống, do đó, có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Đồ án tốt nghiệp

23


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị
chặn bởi đặc tính cơ cơ bản là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ
thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới
hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức

thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
ω max = ω 0 max -

M dm
β

ω min = ω 0 min -

M dm
β

(1.6)
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có
momen ngắn mạch là:
Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm
Trong đó KM là hệ số quá tải về momen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng
song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
1 M dm
(K M - 1)
β
β
ωmin = (Mnmmin - Mđm) =
ω 0 max -

M dm
β

(K M - 1)M dm / β

ω 0 max . β

=

M dm
K M -1

-1

D=

(1.7)

Đồ án tốt nghiệp

24


Khoa: Điện

Lớp: DHTDHCK12Z

Đồ án tốt nghiệp

25