đồ án điện tử công suất Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu3 pha Động cơ một chiều

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BCH KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu
3 pha Động cơ một chiều
ỏn in t Cụng Sut GVHD: NGUYN MNH H
GII THIU
Ngày nay cng với vic phát trin mạnh m các ng dng ca
khoa hc k thut trong công nghip, đc bit là trong công
nghip đin - đin t thì các thit bị đin t c công sut lớn
cng đc ch tạo ngày càng nhiu. Và đc bit các ng dng ca
n vào các ngành kinh t quc dân và đi sng hàng ngày đã và
đang đc phát trin ht sc mạnh m.
Tuy nhiên đ đáp ng đc nhu cầu ngày càng nhiu và phc tạp
ca công nghip thì đin t công sut luôn phải nghiên cu đ
tìm ra giải pháp ti u nht. Đc bit với ch trơng công nghip hoá
- hin đại hoá ca Nhà nớc, các nhà máy, xí nghip cần phải
thay đi, nâng cao đ đa công ngh t đng điu khin vào trong
sản xut. Do đ đòi hi phải c thit bị và phơng pháp điu khin an
toàn, chính xác. Đ là nhim v ca đin t công sut cần phải
giải quyt.
Đ giải quyt đc vn đ này thì nớc ta cần phải c đi ng thit k
đin t công sut. Là sinh viên ngành T NG HA cần phải t
trang bị cho mình c mt trình đ và tầm hiu bit sâu rng. Chính
vì vy đ án môn hc đin t công sut là mt yêu cầu cp thit cho mỗi
sinh viên T ng ha. Đ là điu kin đ cho sinh viên t tìm hiu và
nghiên cu kin thc v đin t công sut. Mc d vy, với sinh viên năm th

4 còn đang ngi trong gh nhà trng thì kinh nghim thc t còn cha c
nhiu, do đ cần phải c s hớng dn gip đỡ ca thầy giáo. Qua đây
cho em đc gi li cảm ơn tới thầy NGUYN MNH H đã tn tình ch
dn, gip em hoàn thành tt đ án môn hc này.
Xin chn thnh cm n!
Sinh viờn:
PHM DUY TRNG
SVTH: PHM DUY TRNG Trang: 2
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Phần I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH
I. KHÁI NIỆM CHUNG: 1.
Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các
thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay
đổi từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc
mới phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền
chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính
phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì
vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai. Ngoài
ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ
khi phụ tải thay đổi của động cơ điện.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu
việt hơn so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều
chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản
hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ
rộng.
2. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và

căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống
truyền động điện:
a) Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ
lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của
động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên.
b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n
max
và tốc
độ bé nhất n
min
mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là
định mức: D = n
max
/n
min
.
Trong đó:
- n
max
: được giới hạn bởi độ bền cơ học.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 3
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
- n
min
: được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động
cơ, thông thường người ta chọn n
min
làm đơn vị.

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng
hệ thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
c) Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng: = M/ n. Khi càng lớn tức M càng lớn và n nhỏ nghĩa là độ
ổn định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều
chỉnh tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao
độ cứng của đường đặc tính cơ. Hay nói cách khác càng lớn thì càng
tốt.
d) Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục
khi điều chỉnh tốc độ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ
kề nhau:
= n
i
/n
i+1

trong đó:
- n
i
: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.
- n
i + 1
: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ). Với n
i
và n
i + 1
đều lấy tại một giá trị mômen nào đó.
tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên
tục. Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là

điều chỉnh tốc độ vô cấp.
1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
e) Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có
hiệu suất làm việc của động cơ là cao nhất khi tổn hao năng lượng
P
phụ
ở mức thấp nhất.
f) Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao
nhất là một hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ
thống. Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành
thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn
cho nhau.
II. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN:
1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi
thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ song song.
Uỉ
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG
R
f
Trang: 4
E
CKT
RKT
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Uỉ
CKT

RKT
IKT
Rf
E
I
Sơ đồ nối dây của động cơ
Sơ đồ nối dây của động cơ
kích từ song song
kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng
và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ độc lập.
a) Phương trình đặc tính cơ:
Theo sơ đồ trên có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch
phần ứng như sau:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
t
)I
ư
(1-1)
trong đó:
U
ư
_

điện áp phần ứng.(V)
E
ư
_
sức điện động phần ứng.(V)
R
ư
_
điện trở của mạch phần ứng.( )
R
t
_
điện trở phụ trong mạch phần ứng.( )
I
ư
_
dòng điện mạch phần ứng.(A)
Với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
i
+ r
ct
r
ư
_

điện trở cuộn dây phần ứng.
rcf _ điện trở cuộn cực từ phụ.
r
b
_
điện trở cuộn bù.
r
ct
_ điện trở tiếp xúc của chổi điện.
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
E
ư =
pN
Φω=K Φω
(1-2)
trong đó:
2 πa
p _ số đôi cực từ chính,
N _
số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a _
số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng,
φ_
từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb.
ω_
tốc độ góc, rad/s.
SVTH: PHẠM DUY
TRƯỜNG Trang: 5

Đồ án Điện tử Cơng suất GVHD: NGUYỄN MẠNH H
K=
pN
_ hệ số cấu tạo của động cơ.
2π a
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vong/phút) thì
E
ư
=K
c
φ n
(1-3)
và
ω=
2 n
=
n
60
9.55
Vì vậy
E
ư=
pN
n
60a
K
c
=
pN
: Hệ số sức điện động của động cơ,

60a
K
c
=
K
=0.105K .
9.55
Từ đó ta có:
ω =
U
ư
-
R
ư
R
f
I
ư
(1-4)
Kφ Kφ
đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi:
M
đt
= K I
ư
(1-5)
suy ra

I
ư
=
M
đt
K
thay giá trị I
ư
vào (1-4) ta được:
ω=
U
ư
-
R
ư
R
f
.M (1-6)
Kφ
K φ
2
đt
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng
mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là M
đt
= M
cơ
= M.
ω
=

U
ư
-
R
ư
R
f
.M (1-7)
Kφ
Kφ
2
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 của động cơ const , thì
các phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ
(1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình là
những đường thẳng.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 6
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

o o
đm đm
m nm
I
Mm Mnm
M
I I
Đặc tính cơ điện của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập.
một chiều kích từ độc lập.

Theo các đồ thị trên, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:
U
ư
o
(1-8)
K
o
được gọi là tốc
độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi
o
0 ta có:
U
I
ư
I
nm
(1-9)
R
ư
R
f
và
M K I
nm
M
nm
(1-
10)

I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác,
phương trình đặc tính (1-4), (1-7) cũng có thể được viết ở
dạng:
U
ư
R
.I
ư
o
(1-
K
11)
K
U
ư
R
.M
o
(1-
K
K
2
12)
trong đó:
U
ư

R R
ư
R
f
.
o
K
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 7
Đồ án Điện tử Cơng suất
GVHD: NGUYỄN MẠNH H
R
.I
ư
R
.MK
K
2
được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị
tương đối, với điều kiện từ thông là định mức
đm
,
trong đó
,I
I
,M
M
,R
R
R

cb
o
I
đm
M
đm
( R
cb
U
đm
được gọi là điện trở cơ bản).
I
đm
Từ (1-4), (1-7) ta viết được đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở
đơn vị tương đối:
1
(1-
R I
13)
1
M
R
(1-14)
2. Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến
đặc tính cơ: từ thông động cơ , điện áp phần ứng U
ư
và điện trở phần ứng động
cơ. Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó.
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết U
ư
= U
đm
= const và
đm
const .
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ
R
t
vào mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:
o

U
đm
const
K
đm
Độ cứng của đặc tính cơ:
M
K
đm

2
var
R
ư
R
f

Khi R
t
càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng
với R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
K
đm
2
TN
(1-
R
ư
17)
SVTH: PHẠM DUY
TRƯỜNG
Trang:
8
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn
tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ.
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta được một họ đặc tính
biến trở có dạng như hình vẽ.
o
TN(Rn)
Rf1
Rf2

Rf3
Mc M
Rf4
Hình vẽ: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc
lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Ứng với một phụ tải M
c
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời
dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử
dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới
tốc độ cơ bản.
b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết từ thông
đm
const , điện trở phần ứng R
ư
= const.
Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
, ta có:
Tốc độ không tải:
ox
U
x
var
K
đm
Độ cứng đặc tính cơ:

K
đm

2
const .
R
ư
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được
một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
o
TN
Um
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG
Trang: 9
U1
U2
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
01
02
03
04
Hình vẽ: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi
giảm áp đặt vào phần ứng động cơ.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện
ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do
đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế
dòng điện khi khởi động.
c) Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư

= U
đm
=const. Điện trở phần ứng R
ư
=
const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I
kt
động
cơ. Trong trường hợp này:
Tốc độ không tải:
ox
U
đm
var
K
x
Độ cứng đặc tính cơ:
K
x

2
var .
R
ư
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ
thông. Nên khi từ thông giảm thì
ox
tăng, còn sẽ giảm. Ta có một họ
đặc tính cơ với
ox

tăng dần và độ của đặc tính giảm dần khi giảm từ
thông.
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch:
I
nm
U
đm
const
R
ư
Mômen ngắn mạch:
M
nm
K
x
I
nm
var
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 10
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ
thông được biểu diễn như hình vẽ:
02
02
2
01
2
01
0 1 0 1

đm
McTN
đm
,TN
Inm I
Mnm2
M
nm
1
Mnm
M
Hình vẽ: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
Với dạng mômen của phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ
thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.
BI. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH:
Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác,
không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc
mạch điều khiển đơn giản.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều trong thực tế có 2
phương pháp:
. Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 11
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Đối với máy điện nhiều khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên phần
ứng thì mômen sẽ thay đổi. Do đó đó tốc độ sẽ thay đổi.
Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải dùng những bộ nguồn điện áp như máy

phát 1 chiều, bộ biến đổi van hay khuếch đại từ.
Bộ biến đổi BD dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng 1 chiều và
điều chỉnh giá trị suất điện động E
b
của nó theo yêu cầu về các chỉ tiêu kĩ thuật và
năng lượng, phương pháp điều áp được đánh giá tốt. Trước hết nó là phương pháp
điều chỉnh triệt để, nghĩa là nó có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể
cả khi không tải lý tưởng. Phương pháp này đảm bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả
năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn năng lượng ít.
Mặt khác, vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi và mạch có
công suất nhỏ nên tính điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện
hệ thành tự động vòng kín.
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp điều áp là phải dùng bộ biến đổi điều khiển khá
phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản cao và vận hành phí cao.
Tuy nhiên, nhờ những ưu điểm đã nêu, phương pháp này tạo ra cho máy sản
xuất một năng suất cao, đồng thời tổn thất năng lượng ít nên thời gian hoàn vốn
nhanh. Do đó phương pháp điều áp được sử dụng rộng rãi, chính vì vậy nó đem
lại cho động cơ 1 chiều một vị trí quan trọng trong thực tế mà máy điện xoay
chiều rất khó cạnh tranh.
Cấu trúc mạch động lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1
chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho phần ứng
của động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ. Hiện nay, trong công nghiệp sử
dụng các bộ biến đổi chính:
Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát 1 chiều
hoặc máy điện khuếch đại (KĐM)
Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT)
Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT)
Bộ biến đổi xung áp 1 chiều: Tiristor hoặc Transitor (BBĐXA)
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:
Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)

Hệ truyền động máy điện khuếch đại – động cơ (MĐKĐ – Đ) Hệ
truyền động khuếch đại từ – động cơ (KĐT – ĐC)
Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ (T – Đ) Hệ
truyền động xung áp – động cơ (XA – ĐC).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
có loại điều khiển theo mạch chính (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và loại điều khiển
mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”). Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc
phức tạp,
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 12
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với
hệ truyền động “hở”.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn
được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều
quay. Đồng thời tùy thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có
truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần
tư.
Trong phần này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng
như tính chất riêng của từng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ
một chiều.
1. 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 v.v Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức
điện động E
b
điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển U
đk
. Vì là nguồn có công suất hữu
hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R

b
và điện cảm L
c
khác
không.
~
LK
uk
BB
Rb Rỉ
Eb(uk) u
E
ỉ
Hình: 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:
E
b
– E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ưđ
)
E
b
R

b
R
ưđ
.I
ư
K.
đm
K.
đm
M
o
U
đk
Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính
cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị
điện áp điều khiển U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều
chỉnh này là triệt để.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang:
13
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị
chặn bởi đặc tính 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 mômen khởi động. Khi mômen tải là
định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
max o max
M
đm

min o min
M
đm
Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều
chỉnh phải có mômen ngắn mạch là:
M
nm min
M
c max
K
M
.M
đm
,
trong đó K
M
là hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song
nhau, nên định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:
min
M
nm min
M
đm

1 M
đm
K
M
1
o max

M
đm
o max
.
1
D
M
đm
K
M
1 M
đm
/ K
M
1
o max
max đk1
đki
M,I
0 Mm Mnm min
Hình: Xác định phạm vi điều chỉnh
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 14
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị
o max
, M
đm
, K
M
là xác định, vì vậy phạm

vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng . Khi điều chỉnh điện áp
phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần
ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:
o max
. / M
đm
10
Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ
cũng không vượt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ
chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là không
thỏa mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một
chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc
tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn
nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh. Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp
nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ
truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều
chỉnh. Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:
s
o minmin
o mino min
s
M
đm
s
cp
.
o min
Vì các giá trị M
đm

,
o min
, s
cp
là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu
của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm
việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu
vòng kín.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ
nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:
M
c.cp
K
đm
.I
đm
M
đm
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao
bởi các đường thẳng
đm
,M M
đm
và các trục tọa độ. Tổn hao năng
lượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao
không đổi trong hệ.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 15
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
E
b

= E
ư
+ I
ư
(R
b
+ R
ưđ
), I
ư
E
b
= I
ư
E
ư
+ I
ư
2
(R
b
+ R
ưđ
).
Nếu đặt R
b
+ R
ưđ
= R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:
ư

I
ư
E
ư
I
ư
E
ư
I
2
ư
R
MR
K
đm

2
ư
M R
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng mômen
tải trên trục: M
*
= M
c
*
và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ
x
thì
tải là M
c

ư
R .
x 1
đm
1
x=0
1
x=
-
M
ư
Mm 1
Hình: Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải
khác nhau.
Hình trên mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp đặc tính
tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong
các trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh. Cũng thấy rằng không nên nối
thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.
2. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 16
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
mômen điện từ của động cơ M K I
ư
và sức điện động quay của động cơ E
ư
K . Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ
thông cũng là hệ phi tuyến:
i
k

trong đó
e
k
k
.
d
,
r r
dt
b
k
r
k
_ điện trở dây quấn kích thích,
r
b
_ điện trở của nguồn điện áp kích thích,
k
_ số vòng dây của dây quấn kích thích.
Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
. Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động F – Đ là việc chuyển đổi trạng thái
làm việc rất linh hoạt, khả năng điều chỉnh vận tốc tương đối rộng, khả
năng quá tải lớn.
. Nhược điểm quan trọng của hệ F – Đ là dùng nhiều máy điện quay trong
đó ít nhất là 2 máy điện 1 chiều, gây tiếng ồn lớn, công suất lắp máy ít nhất
phải gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra do máy phát 1 chiều
có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
KT DM F
4. Hệ truyền động khuếch đại từ động cơ:

A B C
Sơ đồ nguyên lý:
Khuếch đại từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật để điều chỉnh dòng điện và
điện áp. Trong trường hợp này người ta dùng nó để điều chỉnh điện áp đặt
vào phần ứng động cơ 1 chiều ĐM.
Phần tử điều chỉnh chủ yếu là KĐT là cuộn kháng bão hòa được nối theo sơ đồ trên.
Trong mạch làm việc người ta nối các điốt làm nhiệm vụ chỉnh lưu cho phụ tải và tạo
ra thành phần dòng từ hoá KĐT.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 18
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Điện áp chỉnh lưu trên đầu ra của khuếch đại từ được điều chỉnh bằng các biến
đổi dòng trong cuộn dây điều khiển của nó. Cuộn đó có thể quấn bao tất cả các
lõi của KĐT như bằng cách biến đổi dòng điều khiển ta sẽ biến đổi được mật độ
từ thông trong lõi từ ở nửa cuối chu kì điều khiển ( tức nửa chu kì làm việc).
Chính mật độ từ thông này quyết định góc bão hòa
s
. Đối với khuếch đại từ lý
tưởng trị số của suất điện động chỉnh lưu:
E
KĐT
=
n
1
U
m
(1 cos
s
)
2
Việc đảo chiều quay động cơ được thực hiện bằng cách đảo chiều

kích từ hoặc đổi các dấu dòng phần ứng động cơ.
+ Ưu điểm: hệ thống này hiệu suất trung bình cao hơn hệ
thống F – Đ nhưng thấp hơn T – Đ.
+ Nhược điểm: khi dùng hệ thống để cấp điện áp cho động cơ điện 1 chiều,
việc dùng hệ biến đổi khuếch đại từ có cực tính điện áp ra thay đổi là không
kinh tế, nên việc đảm bảo chiều quay được thực hiện bằng việc thực hiện
đảo chiều đầu dây phần ứng hoặc đảo chiều dòng kích từ. Do đó, việc đảo
chiều mất nhiều thời gian.
KĐT
T
N
N T
ĐM
5. Hệ truyền động T – Đ:
Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi các bộ biến đổi van điều khiển để biến năng
lượng điện xoay chiều thành điện 1 chiều để cung cấp cho các động cơ điện 1 chiều.
Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu bằng cách thay đổi
thời điểm thông van.
Ưu điểm: ưu điểm nổi bật của hệ T – Đ là độ tác động nhanh không gây ồn và dễ tự động
hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho
việc thiết lập cho hệ thống tự
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 19
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
động điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và
các đặc tính động của hệ thống.
Nhược điểm: chủ yếu do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện
áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện.
Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1
chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho
động cơ có đảo chiều quay.

6. Chọn phương án:
Trong thực tế truyền động nào có ưu điểm thì cũng có nhược điểm khác. Do đó
tùy trường hợp thực tế cụ thể người ta chọn phương án truyền động cho phù hợp
và trên nguyên tắc nhược điểm là ít nhất.
Trong phần đồ án này ta dùng hệ truyền động T – Đ.
Phần II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN
Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:
Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ
Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được
phân ra 4 sơ đồ chính:
. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ
. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng cà đảo chiều
quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ
không đổi)
. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG Trang: 20
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển
chung
Tuy nhiên, mỗi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với
từng loại tải và công nghệ.
Ta chọn bộ truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển
chung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và
thực hiện đảo chiều êm hơn.
1. Sơ đồ nguyên lý làm việc:
Sơ đồ gồm 2 bộ biến đổi G
1
và G
2

, đấu song song ngược với các
cuộn kháng cân bằng L
c
. Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ
chỉnh lưu hoặc nghịch lưu.
Cả 2 bộ biến đổi G
1
và G
2
đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm. Ta gọi
1
là góc
mở đối với G
1
,
2
là góc mở đối với G
2
, thì sự phối hợp
giữa 2 giá trị
1
và
2
phải được thực hiện theo quan hệ:
1
+
2
= 180
o
Sự phối hợp này là tuyến tính

Giả sử ta cần động cơ quay thuận ta cho G
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu
1
= 0 90
o
, U
d
> 0, G
2
làm việc ở chế độ nghịch lưu U
i2
< 0 bấy giờ
2
>
90
o
U
d1
= U
o
cos
1
> 0
U
i2
= U
o
cos
2

< 0
Cả 2 điện áp U
d1
và U
i2
đều đặt lên phần ứng của động cơ. Động cơ chỉ
tuân theo U
d1
và quay thuận. Động cơ không thể quay ngược theo U
i2
vì
các tiristor không thể cho dòng chạy qua.
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG
Trang: 21
Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ
Lc Lc
L
c
L
c
Sơ đồ mạch hệ T-D có đảo chiều
0
0°
0
30°
60°
uc1
90°
uc2
120°

150°
180
o
180°
180
o
Biểu đồ phối hợp tuyến tính
Khi
1
=
2
= 90
o
thì U
d1
= U
d2
= 0. Lúc này điện áp đặt lên phần ứng của
động cơ bằng không. Động cơ ở trạng thái dừng.
Giả sử U
c
là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM
quay thuận ta cho U
c
= U
c1
180
o

1

150
o
1
= 30
o
,
2
, U
i2
=
U
o
U
d1
=
3
U
o
3
2 2
G
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn G
2
làm việc ở chế độ đợi
SVTH: PHẠM DUY TRƯỜNG
Trang: 22