ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
  
A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA:
1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha :
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 1
Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha
R
E
L
T
3
T
2
T
1
A
B
C
a
b
c
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha:
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y
o
, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1.
 Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:
+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính.

+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catod đấu chung cho
điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này dịch góc 120
o
theo
các đường cong điện áp pha ,có điện áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong
khoảng thời gian 1/3 chu kì .
+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha
kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.
Góc mở tự nhiên:
+Góc mở
α
được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ
đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào.
+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.
+
µγπα
−−<≤
0

Trong đó : γ: góc dẫn
µ: góc chuyển mạch
2.Nguyên lý hoạt động :
a). Xét khi góc mở α = 0:
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 2
i
d
E
i
2
E

i
3
E
i
1
E
V
a
V
b
V
c
u
θ
1
θ
2
θ
3
θ
4
θ
θ
θ
θ
θ
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp
θ= sinu2v
2a

( )
2
2 sin 2 / 3
b
v u
θ π
= −
( )
2
2 sin 2 / 3
c
v u
θ π
= +
- Qua hình trên ta thấy:
• Lúc
21
θ<θ<θ
→
cba
vvv >>
.
a
v
có giá trị lớn nhất nên T
1
mở cho dòng chạy qua T
2
;
T

3
khoá
R
Ev
i
a
1
−
=
• Lúc
32
θ<θ<θ
→
acb
vvv >>
.
b
v
có giá trị lớn nhất nên T
2
mở cho dòng chạy qua T
1
; T
3
khoá
R
Ev
i
b
2

−
=
• Lúc
13
θ<θ<θ
.
bac
vvv >>
, T
3
mở; T
1
, T
2
khoá;
R
Ev
i
c
3
−
=
Trong đó: R: điện trở của động cơ.
E: suất điện động phản kháng của động cơ.
R
Eu
I
d
d
−

=
Dòng trung bình:
5 6
1 2 3
6
1
.
2 3
d
d
I
I I I I d
π
π
θ
π
= = = =
∫
b). Xét khi góc mở α ≠ 0 :
Giả thiết tải : R, L,E
u
, chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
θ
sin
1 m
Uu
=
)
3

2
sin(
2
π
θ
−=
m
Uu
3
2
sin( )
3
m
u U
π
θ
= +
*Nhịp V
1
: khoảng thời gian từ
1 2
θ θ
→
. Tại
1
θ
điện áp đặt lên u
1
> 0, có xung kích khởi:
T

1
mở, khi đó:





<−=
<−=
=
0
0
0
133
122
1
uuu
uuu
u
v
v
v
T
1
mở, T
2
, T
3
đóng, lúc này:
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u

1
: u
d
= u
1
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: i
d
= I
d
= i
1
+Dòng điện qua T
2
, T
3
bằng 0: i
2
= i
3
= 0
Trong nhịp V
1
: u
V2
từ âm chuyển lên 0, khi u
V2
= 0 thì T2 mở, lúc này u
V1
= u
1

– u
2
= 0 và
bắt đầu âm nên T
1
đóng, kết thúc nhịp V
1
, bắt đầu nhịp V
2
.
*Nhịp V
2
: từ
2 3
θ θ
→
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 3
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Lúc này :





−=
−=
=
233
211
2

0
uuu
uuu
u
v
v
v
T
2
mở, T
1
, T
3
đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
2
: u
d
= u
2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: i
d
= I
d
= i
2
+Dòng điện qua T
1
, T
3

bằng 0: i
1
= i
3
= 0
Trong nhịp V
2
: u
V3
từ âm chuyển lên 0, khi u
V3
= 0 thì T
3
mở, lúc này u
V2
= u
2
– u
3
= 0 và
bắt đầu âm nên T
2
đóng, kết thúc nhịp V
2
, bắt đầu nhịp V
3
.
*Nhịp V
3
: từ

3 4
θ θ
→
Lúc này :
3
1 1 3
2 2 3
0
v
v
v
u
u u u
u u u
=


= −


= −

T
3
mở, T
1
, T
2
đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u

3
: u
d
= u
3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: i
d
= I
d
= i
3
+Dòng điện qua T
1
, T
2
bằng 0: i
1
= i
2
= 0
Trong nhịp V
3
: u
V1
từ âm chuyển lên 0, khi u
V1
= 0 thì T
1
mở, lúc này u
V3

= u
3
– u
1
= 0 và
bắt đầu âm nên T
3
đóng, kết thúc nhịp V
3
, bắt đầu nhịp V
1
.
Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện i
d
cùng
dạng sóng u
d
,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi L
d
tiến
tới vô cùng dòng điện i
d
sẽ không đổi, i
d
= I
d
.
Trị trung bình của điện áp tải:
5
6

2
2 2
6
3 62
2. .sin . .cos 1,17U cos .
3 2
d
U
U U d
π
α
π
α
θ θ α α
π π
+
+
= = =
∫
Trong đó : α : Góc mở Thyristor.
Trùng dẫn:
θ
sin 2
2
Ue
a
=
)
3
2

sin( 2
2
π
θ
−= Ue
b
2
2
2. .sin( )
3
c
e U
π
θ
= +
Giả sử T
1
đang cho dòng chạy qua, i
T1
= I
d
. Khi
2
θθ
=
cho xung điều khiển mở T
2
. Cả 2
Thyristor T
1

và T
2
đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e
a
và e
b
. Nếu chuyển gốc
toạ độ từ
θ
sang
2
θ
ta có:
)
6
5
sin( 2
2
α
π
θ
++= Ue
a
)
6
sin( 2
2
α
π
θ

++= Ue
b
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 4
α
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Điện áp ngắn mạch:
)sin( 2
2
αθ
+=−=
UeeU
abc
Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình:
dt
di
XU
c
c
2)sin( 6
2
=+
αθ
Do đó:
[ ]
)cos(cos.
.2
.6
2
αθα
+−=

c
c
X
U
i
Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor
đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các
Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất .
Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi
t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ
hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình của các Thyristor đều bằng 1/3 I
d
.trong
khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện
Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor khoá với
pha có Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở
Thyristor .
+Nếu α ≤ 30 → U
d
, I
d
liên tục.
+Nếu α > 30 → U
d
, I
d
gián đoạn
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 5
t

I
2
U
d
I
1
I
3
U
T1
t
t
t
t
I
d
t
1
t
2
t
3
t
4
U
d
I
d
T
2

0
Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi
α
= 30
o
tải thuần trở
α
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
 Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha:
+Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn.
+Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn.
+Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn .
+Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn.
Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi
thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn. Khi
chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn
hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải.
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 6
U
d
t
t
t
t
t
I
d
I
1
I

2
I
3
U
T1
U
d
I
d
T
2
0
Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở
α
= 60
o
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
3. Tổng quan về Thyristor :
a) Cấu tạo:
Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 cực anốt,
catốt và cực điều khiển riêng G .


Kí hiệu :
b) Nguyên lý hoạt động :
Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm
đặt vào catốt, thì tiêp giáp J
1
, J
3

được phân cực thuận còn miền J
2
phân cực ngược, gần như
toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J
2
, điện trường nội tại E
1
của J
2
có chiều từ N
1
hướng
tới P
2
. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E
1
, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện
càng được mở rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù nó được đặt dưới 1 điện
áp dương.
+Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương U
g
tác động vào cực G (dương so
với K ) thì các electron từ N
2
chạy sang P
2
. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn U
g
và hình thành dòng điều khiển I
g

chảy theo mạch G
1
- J
3
- K - G , còn phần lớn điện tử dưới
sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J
2
lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng
tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gảy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên các điện
tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển
tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng nhiều điện twr chạy vào
vung N
1
qua P
1
và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào ạt
làm cho J
2
trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở sung quanh cực rồi
phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100µs

Có thể hình dung như sau : Khi dặt Thyristor ở U
AK
> 0 thì Thyristor ở tình trạng sẵn sàn
mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu I
g
ở cực điều khiển, nếu I
g
> I
gst

thì
Thyristor mở.
+Khoá Thyristor :
Một khi Thyristor đã mở thì tín hiệu thì tín hiệu I
g
không còn tác dụng nữa. Để khoá
Thyristor có 2 cách :
. Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì I
dt
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 7
- Một trong những biện pháp đơn giản nhất để mở
Thyristor được trình bày trên hình vẽ.
. Khi đóng mở K, nếu I
g
> I
gst
thì T mở ( I
g
≈ (1,1
÷1,2 ). I
gst
)
gst
I
E
G
)2,11,1( −
=

I

g
: Giá trị dòng điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu
Thyristor
R
2
= 100÷ 1000(Ω)
-E
+E
K
T
R
2
R
t
R
1
Hình 1-6a
A
P
1
P
2
N
1
K
N
2
G
J
2

J
3
E
i
J
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Hình 1-5
A K
G
C
C
R
t2
R
t1
+E
T
R
+E
T
2

T
1
K
BA
Hình 1-6b
Hình 1-6c
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
. Đặt một điện áp ngược lên Thyristor U
AK
< 0, hai mặt J
1,
J
3
phân cực ngược, J
2
phân
cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính U
AK
< 0 đang có mặt tại P
1
, N
1
,

P
2
,
bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm
của nguồn điện áp ngoài.

- Lúc đầu quá trình từ t
0
→ t
1
, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J
1
, J
3
trở nên cách điện.
Còn một ít điện tử được giủ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần
đi cho đến hết và J
2
khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển.
- Thời gian khoá t
off
được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dong điện ngược bằng 0 (t
2
) đây
là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor vẫn không mở, t
off
kéo dài khoảng vài chục αs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới
điện áp thuận khi Thyristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn.
Trên sơ đồ hình (b), việc khoá Thyristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đong
khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa Thyristor một cách tự động. Trong mạch hình (c) khi
mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào
G
1
→T
1
mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R

1
-T
1
-
-E,còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R
2
-T
1
- -E.
- Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây giờ nếu
cho một xung điện áp dương tác động vào G
2
→T
2
mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt
của T
1
. Như vậy là T
1
bị đặt dưới điện áp U
c
= -E và T
1
bị khoá lại.
-T
2
mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : + E - R
1
-C - T
2

- -E.
Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E - R
2
- T
2
- -E.
- Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T
2
khi ta cho xung mở T
1
c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch :
- Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C phải có giá trị bằng
bao nhiêu thì có thể khoá được Thyristor ?
→ Như đã nói ở trên khi T
1
mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. bản
cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung mở T
2
(cả 2 Thyristor điều mở), ta có phương
trình mạch điện.
c
URiE +=
1
.
với
dt
du
Ci
c
=

Nên
c
c
U
dt
du
RCE +=
1
.
Viết dưới dạng toán tử Laplace :
( ) ( )
[ ]
{ } ( )
pUUpUPRC
E
P
ccc
+−=
0
1
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 8
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Vì
( )
EU
c
−=0
nên
( )
( )

app
EQ
pU
c
+
=
.
với
CR
a
.
1
1
=
Từ đó ta có :
( )
( )
1
.21
T
at
c
UeEtU
=−=
−
.
Thời gian t
off
là khoảng thời gian kể từ
khi mở T

2
cho đến khi U
T1
bắt đầu trở thành dương, vậy ta có :
( )
CRteE
off
toffa
1
.
.693,00.21
=→=−
−
hoặc
1
.693,0 R
t
C
off
=
I
E
R =
1
sẽ nhận được
E
tI
C
off
44,1

=
t
off
:µ ; I : Ampe ; E : Volt ; C : µF
d) Đặt tính Volt - Ampe của Thyristor :
Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Thyristor
khi tăng U lên đến U
ch
(điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chống của
dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở.
Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J
2
. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng
nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thyristor, đoạn này gọi
là đoạn điện trở âm.
Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn
điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rãi trên
Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn
dòng duy trì I
H
.
Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn,
khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đên U
ng
thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, mặt
ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho I
g
lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính
Volt - Ampe với các U
ch

nhỏ dần đi.
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 9
I
a
III
IV
II
I
I
H
U
I
ng
U
ng
I
0
U
th
U
ch
Hình 1-7
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :
Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp,giao thông vận tải và
nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng. Máy
điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động cơ. Khi máy làm việc ở chế độ
máy phát công suất đầu vào là công suất cơ còn công suất đầu ra là công suất điện. Động cơ
quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbine gas, động cơ điesel hoặc là động cơ điện.

Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ, công suất đầu vào là công suất điện còn
công suất đầu ra là công suất cơ.
Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và
có dòng điện chạy qua.
SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:
E
ư
= kE
Φ
n = kM
ω
Φ
Mômen điện từ tính theo công thức
M = kM
Φ
I
ư
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ :
U = E
ư
+ R
ư *
I
ư
II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU :
1.Phần tĩnh hay stato :
 Đây là một phần đứng yên của máy .
Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:
a).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

ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày
0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối . Cực từ được
gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông .Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng 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.
b).Cực từ phụ :
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và 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.
c).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 và hàn lại , Trong máy điện lớn thường dùng
thép đúc . Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy .
d).Các bộ phận khác :
Các bộ phận khác gồm có :
-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 máy còn có tác
dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp 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 có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên
cổ góp .
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá .
Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ .
Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại.
2.Phần quay rotor :
Phần quay gồm có những bộ phận sau :
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 10
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
a).Lõi sắt phần ứng :
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện (thép hợp

kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng
điện xoáy gây nên .Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
b).Dây quấn phần ứng :
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua .Dây quấn
phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện . Trong máy điện nhỏ (công suất dưới
vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn . Trong máy điện vừa và lớn , thường dùng dây tiết
diện hình chữ nhật . Dây quấn được cách điện cẩn thận với rảnh của lõi thép .
c. Cổ góp :
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều .
d).Các bộ phận khác :
-Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy .
-Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt và ổ bi .
Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt .
3.Các trị số định mức:
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều
kiện mà xưởng chế tạo đã quy định.Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên
nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức . Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng
sau :
Công suất định mức: P
đm
(KW hay W);
Điện áp định mức: U
đm
(V);
Dòng điện định mức: I
đm
(A);
Tốc độ định mức: n
đm

(vg/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ và các số liệu về
điều kiện sử dụng .
III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :
Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ :
ω = f(M) hoặc n = f(M).
Quan hệ giửa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất:
ω
c
= f(M
c
) hoặc n
c
= f(M
c
).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ
điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giửa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ:
ω = f(I) hoặc n = f(I).
Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
1. Phương trình đặc tính cơ:
Theo sơ đồ hình (1-5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng
như sau:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư

+R
f
)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, (Ω)
R
f
- điện trở phụ trong của mạch phần ứng, (Ω)
Với: R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct
Trong đó: r
ư
- điện trở cuộn dây phần ứng.

r
cf
- điện trở cuộn cực từ phụ.
r
b
- điện trở cuộn bù.
r
ct
- điện trở tiếp xúc chổi than.
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 11
R
KT
C
KT
R
f
U
ư
I
KT
E
U
KT
Hình 1-5
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
xác định theo biểu thức:
E

ư
=
φωφω
π
k
a
pN
=
2
(1-2)
Trong đó: 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.
ω - tốc độ góc,rad/s.
k =
a
pN
π
2
- hệ số cấu tạo của động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
E
ư
= K
e
.φn (1-3)
Với: ω =
2
60 9,55

n n
π
=
Vì vậy: E
ư
=
n
a
pN
φ
60
K
e
=
a
pN
60
là hệ số sức điện động của động cơ .
K
e
=
9,55
K
≈ 0.105K
Từ (2-1) và (2-2) ta có:
 =
f
R R
U
I

K K
+
−
Φ Φ



(1-4)
Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ.
Mặt khác, mômen điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi:
M
đt
= Kφ I
ư
(1-5)
Suy ra: I
ư
=
ΦK
M
dt
.
Thay giá trị I
ư
vào (2-4) ta được:
 =
dt
f

M
K
RR
K
U
2
)( Φ
+
−
Φ


(1- 6)
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
e
= M. Khi đó ta được:
 =
M
K
RR
K
U
f
2
)( Φ
+
−

Φ


(1-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = const, thì cá phương trình đặc
tính cơ điện (1- 4) và phương tình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu
điển trên hình (1-2) là những đường thẳng.
Theo các đồ thị trên, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:
 =
o
U
ω
=
ΦK

(1-8)
ω
0
: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.
Còn khi ω = 0 ta có: I
ư
=
nm
f
I
RR
U

=
+

(1-9)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 12
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Và M = KφI
nm
= M
nm
I
nm
,
I
nm
,M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể được viết dưới dạng:
 =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o
K
RI
U
K


(1-10)
 =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o
K
RM
U
2
)(
K

 =
ΦK

U

M
K
R
I
K
R
2
)( Φ
=

Φ
=∆

ω
: gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ
thông động cơ φ, 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 rằng U
ư
=U
đm
= Const và φ = φ
đm
=const.
Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

o
=
const
K
U
dm

dm
=
Φ *

Độ cứng đặc tính cơ:
var
)(
2
=
+
Φ
−=
∆
∆
=
f
RR
KM

ω
β
Khi R
f
càng lớn β càng nhở nghĩa là
đặc tính cơ càng dốc.
Ưng với R
f
=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:

R

K
dm
TN
2
)( Φ
−=
β
(1-11)
β
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả cá đường đặc tính
có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở R
f
ta được một họ đặc tính biến trở như hình
(2-5) ứng với mổi 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 củng 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.
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 13
b. Đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
ω
0
a. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập
ω
0

ω
đm
ω
đm
I
đm
I
nm
I I
ω ω
M
đm
M
nm
Hình 1-6
ω
0
TN(R
n
)
Hình 1-7
R
f1
R
f2
R
f3
R
f4
M

c
M
TN
M
C
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
b).Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết từ thông φ = φ
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:
var
=
Φ
=
dm
x
ox
K
U
ω
Độ cứng đặc tính cơ:
const
R
K

=
Φ
−=

2
)(
β
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ
song song như trên (Hình 2-4).
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 động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó
phương pháp này củng 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
=
var=
Φ
x

dm
K
U
Độ cứng đặc tính cơ : β =
var
)(
2
=
Φ
−

R
K
x
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thìω
0x
tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω
0x
tăng dần và độ cứng của
đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điên ngắn mạch: I
nm
=
const
R
U
dm
=


Mômen ngắn mạch: M
nm
=Kφ
x
I
nm
=Var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn ở hình
(1-9)a. Với dạng mômen phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ
thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1-9)b.
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 14
ω
b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập khi giảm tư thông
Hình 1-9
a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một
chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
ω
02
ω
01
ω
0
0
φ
2
φ
1

φ
đm
ω
02
ω
01
φ
2
φ
đm
φ
1
M
c
M
I
nm
0
ω
ω
0
ω
01
ω
02
ω
03
ω
04
U

đm
U
1
U
2
U
3
U
4
M
c
Hình 1-8
M(I)
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH
TỪ ĐỘC LẬP :
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên
mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến động lớn về
gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như: 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 lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động
của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n
o
= U
đm

/K
E
Φ
đm
.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều trong máy cắt kim loại
và cho những tốc độ nhỏ hơn n
cb
.
* Ưu điểm: Đây là phương 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 tưởng.
* Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và
chi phí vận hành cao.
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông :
Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ
của động cơ M = K
M
φI
ư
và sức điện động quay của động cơ.
E
ư
= K
E
φn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá
trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta
thường 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 như: máy phát,
khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ
I
KT
sẽ tăng dần đến khi hư 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. Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông
giảm: n = U/K
E
Φ.
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
được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép.
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 15
• -
•
+ •
+ •
• -
C
KĐ

R
KĐ
I
ư
U
DM
Đ
U

KT
M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất
năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản.
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng :
Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ
theo sơ đồ nguyên lý như sau:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng được
giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n
1
ta đóng thêm R
f
vào
mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I
ư

đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do
quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng I
ư
giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ
giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n
2
với n
2
> n
1
.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n
cb
.
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
n
cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện
và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của
máy cắt kim loại.
Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng.
* Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục,
thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
* Nhược 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.

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 16
• -
• -
+ •
+ •
•
•
I
ư
R
f
C
K
R
K
U
E
U
KT
A
B
C
ĐM
T
3
T
2
T

1
i
1
i
2
i
3
c
b
a
i
d
LK
Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
CHƯƠNG II :TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC :
  
A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC:

B. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :
-Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng điện
một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể điều khiển suất điện động bộ biến đổi
nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ.
-Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới cho phù
hợp với điện áp cung cấp cho động cơ , tạo điểm trung tính , tạo pha cho chỉnh lưu nhiều
pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm d
i
/d
t
< d

i
/d
t cp
nhằm bảo vệ van….
-Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ.
-Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc
α
,do đó biến thiên U
ö
dẫn đến thay đổi
ω
-Bộ lọc gồm tụ điện C
o
và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao
cho K
sb
< K
sb cp
,với K
sb cp
phụ thuộc yêu cầu của tải.
C. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC :
I . TÍNH CHỌN THYRISTOR :
1/ Điện áp ngược của van:
U
lv
= k
nv
.U
2

Với U
2
=
d
u
U
k
=
17,1
220
=188,03 (V)
Trong đó: U
d
: Điện áp tải của van
U
2
: Điện áp nguồn xoay chiều của van
k
u
: Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: k
u
= 1,17)
k
nv
: Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1:k
nv
=
6
)

U
lv
: Điện áp ngược của van.
U
lv
=
6
×188,03 = 460,58 (V)
Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp
làm việc.
U
nv
= k
dt u
. U
lv
= 1,8 × 460,58 = 829,04 (V)
Trong đó: k
dt u
: hệ số dự trữ ( k
dt u
=1,5÷ 1,8)
2/ Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van
I
lv
= I
hd
Dòng điện hiệu dụng I
hd

= k
hd
. I
d
=0,58 × 59,5 = 34,51 (A)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 17
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
Trong đó: k
hd
: Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(k
hd
=0,58)
I
hd
: Dòng điện hiệu dụng của van.
I
d
: Dòng điện tải.
Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với
đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% I
dm v
.
I
dm v
= k
i
. I
lv
= 1,4×34,51 = 48,314 (A)
Trong đó: K

i
: hệ số dự trữ dòng điện. k
i
=(1,1÷1,4)
Vậy thông số van là: U
nv
= 829,04 (V)
I
dm v
= 48,314 (A)
Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảng p2)
-Dòng điện định mức của van: I
dm
= 60 (A)
-Điện áp ngược cực đại của van: U
nv
= 1000 (V)
-Đỉnh xung dòng điện : I
pik
= 1400(A)
-Điện áp của xung điều khiển: U
đk
= 1,4 (V)
-Dòng điện của xung điều khiển: I
đk
= 150 (mA)
-Dòng điện rò: I
r
= 25 (mA)
-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V)

-Tốc độ biến thiên điện áp
dt
du
= 1000 V/s
-Thời gian chuyển mạch : t
cm
= 180 µs
-Nhiệt độ làm việc cho phép : T
max
=125
o
C
IV . TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU:
Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng không khí.
 THÔNG SỐ CƠ BẢN :
1/Điện áp các cuộn dây:
Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U
1
= 380 (V)
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải:
U
do
.cos α
min
= U
d
+ 2∆U
v

+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
Trong đó: U
d
: Điện áp chỉnh lưu.
α
min
= 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới
∆U
v
= 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor
∆U
dn
≈ 0 : sụt áp trên dây nối
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
x
: sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp
Sơ bộ ∆U
ba
= 5% . U
d
= 220×5% = 11 (V)
Suy ra U
do

=
min
2. Uv
cos
d dn ba
U U U
α
+ ∆ + ∆ + ∆
=
220 2 1,8 0 11
cos10
o
+ × + +
=238,22 (V)
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U
2f
=
do
u
U
K
=
238,22
1,17
= 203,6(V)
2/Dòng điện các cuộn dây:
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:
I
2
=

3
1
. I
d
=
3
2
× 59,5 = 48,58 (A)
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
I
1
= k
BA
. I
2
=
1
2
U
U
×I
2
=
203,6
380
×48,58 = 26,03 (A)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 18
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
 TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ :
3/Tiết diện sơ bộ trụ Q

Fe
:
Q
Fe
= k
Q

.
ba
S
m f

Trong đó: S
ba
: Công suất biến áp.
k
Q
: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy k
Q
= 6 (biến áp khô)
m : Số pha máy biến áp (m=3)
f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz)
Công suất biến áp nguồn cấp được tính :
S
ba
= k
S
. P
dmax
= k

S
×U
do
×I
d
= 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 (W)
Trong đó : k
s
: Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(k
s
= 1,345)
P
dmax
: Công suất cực đại của tải [W]
Suy ra: Q
Fe
= 6.
19064,15
3 50×
= 67,64 (cm
2
)
4/Đường kính trụ :
Fe
d⇒
=
π
Fe
Q.4
=9,28 (cm)

Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm)
5/Chọn loại thép:
Ta chọn loại thép ∃330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm).
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1 Tesla
6/Chọn tỷ số : m =
Fe
d
h
= 2,3 (m = 2 – 2,5)
⇒
h = 2,3×d
Fe
= 2,3×9 = 20,7 (cm)
Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm)
 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN :
7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:
W
1
=
1
4,44. . .
Fe
U
f B Q
=
4
380
4,44 50 1 67,64.10
−
× × ×

= 253,06(vòng)
Trong đó : B

: Từ cảm

(B=1)
Chọn W
1
= 253 (vòng)
8/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
W
2
=
1
2
U
U
×W
1
=
203,6
380
× 253 = 135,55 (vòng)
Chọn W
2
= 136 (vòng)
9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2÷2,75[A/mm
2
]

⇒
Chọn J
1
= J
2
= 2,75 (A/mm
2
)
10/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S
1
=
1
1
J
I
=
26,03
2,75
= 9,46 (mm
2
)
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S
1
= 9,51(mm
2
)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B
Kích thước dây có kể cách điện: S
1 cd

= a
1
. b
1
= 2,63 . 3,80 (mm)
11/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 19
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
J
1
=
1
1
S
I
=
26,03
9,51
= 2,74 (A/mm
2
)
12/Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
S
2
=
2
2
J
I
=

75,2
58,48
= 17,66 (mm
2
)
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S
2
= 17,70 (mm
2
)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B
Kích thước dây có kể cách điện: S
2 cd
= a
2
. b
2
= 1,95 .9,30(mm)
13/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
J
2
=
2
2
S
I
=
34,51
17,7
= 2,74 (A/mm

2
)
 KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP :
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
14/Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:
W
1l
=
1
2
b
hh
g
−
. k
c
=
21 2 1,5
0,38
− ×
. 0,95 = 45 (vòng)
Trong đó : h - chiều cao trụ
h
g
- khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp h
g
= 1,5 (cm)
K
c
- hệ số ép chặt k

c
= 0,95
15/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n
1l
=
1l
1
W
W
=
253
45
= 5,62 (lớp)
16/Chọn số lớp n
1l
=6 lớp
Như vậy 253 vòng chia thành 6 lớp,5 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, lớp thứ 6 có 43 vòng
17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
h
1
=
l1 1
c
W b
k
×
=
45 0,38
0,95

×
= 18 (cm)
18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S
01
= 0,1 (cm)
19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: cd
01
= 1,0 (cm)
20/ Đường kính trong của ống cách điện:
D
1
= d
Fe
+ 2×cd
01
– 2×S
01
= 9 + 2×1 – 2×0,1 = 10,8 (cm)
21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
D
t1
= D
1
+ 2 × S
01
= 10,8 + 2 × 0,1 = 11 (cm)
22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd
11
= 0,1 (mm)
23/ Bề dày cuộn sơ cấp:

B
d1
= (a
1
+ cd
11
)×n
1l
= (0,263 + 0,1)×6= 1,638 (cm)
24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
D
n1
= D
t1
+ 2×B
d1
= 11 + 2 . 1,638 = 14,27 (cm)
25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp :
D
tb1
=
2
11 nt
DD
+
=
11 14,27
2
+
= 12,64 (cm)

26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp :
l
1
= W
1
.
π
. D
tb1
= 253×
π
× 12,64 = 10046,56 (cm)∼ 100,46 (m)
27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd
12
= 1,0 (cm)
 KẾT CẤU DÂY QUẤN THỨ CẤP :
28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h
1
= h
2
= 18 (cm)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 20
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
W
12
=
2
2

b
h
×k
c
=
18
0,93
× 0,95 ≈ 18 (vòng)
30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
n
12
=
l2
2
W
W
=
136
18
= 7,5 (lớp)
31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp:
Như vậy 136 vòng chia thành 8 lớp :mỗi lớp có 17 vòng.
32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
h
2 =
c
2l2
k
bW
=

18 0,93
0,95
×
=
17,62 (cm)
33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
D
t2
= D
n1
+ 2 . cd
12
= 14,27 + 2× 1,0 = 16,27 (cm)
34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd
21
= 0,01 (cm)
35/ Bề dày cuộn thứ cấp:
B
d2
= (a
2
+ cd
21
) . n
l2
= (0,195 + 0,01) . 8 = 1,64 (cm)
36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
D
n2
= D

t2
+ 2 . B
d2
= 16,27 + 2 .1,64 = 19,55 (cm)
37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
D
tb2
=
2
22 nt
DD
+
=
16,27 19,55
2
+
= 17,91 (cm)
38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp:
l
2
=
π
. W
2
. D
tb2
=
π
. 135 . 17,91 = 7652,169 (cm) = 76,52 (m)
39/ Đường kính trung bình các cuộn dây:

D
12
=
1 2
2
t n
D D
+
=
11 19,55
2
+
= 15,27 (cm)
Suy ra : r
12
=
2
12
D
=
15,27
2
= 7,6(cm)
40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: cd
22
= 2 (cm)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 21
Bd
1
W

2
W
1
W
1
W
2
h
g
Bd
2
cd
12
cd
t
Cd
n
Hình 2-2 :Bố trí cuộn dây biến áp
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
 TÍNH KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ :
41/ Đường kính trụ d = 9 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6 bậc.
42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:
Q
bt
= 2 . (1,6×8,5 + 1,1×7,5 + 0,7×6,5 + 0,6×5,5 + 0,4×4,5 + 0,7×2) = 65,8 (cm
2
)
43/ Tiết diện hiệu quả của trụ:
Q
T

= k
hq
. Q
bt
= 0,95×65,8 = 62,51 (cm
2
)
44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:
d
t
= 2 . (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm)
45/ Số lá thép dùng trong các bậc:
Bậc 1: n
1
=
5,0
16
. 2 = 64 (lá)
Bậc 2: n
2
=
5,0
11
. 2 = 44 (lá)
Bậc 3: n
3
=
5,0
7
. 2 = 28 (lá)

Bậc 4: n
4
=
5,0
6
. 2 = 24 (lá)
Bậc 5: n
5
=
5,0
4
. 2 = 16 (lá)
Bậc 6: n
6
=
5,0
7
. 2 = 28 (lá)
Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau:
-Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = d
t
= 10,2 (cm)
-Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 8,5 (cm)
Tiết diện gông: Q
bg
= a .b = 8,5 . 10,2 = 86,7 (cm
2
)
46/ Tiết diện hiệu quả của gông:
Q

g
= k
hq
. Q
bg
= 0,95 . 86,7 = 82,365 (cm
2
)
47/ Số lá thép dùng trong một gông:
h
g
=
5,0
b
=
5,0
2,10
= 204 (lá)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 22
1
2
3
4
5
6
a
01
h
g
B

d1
B
d2
a
12
Hình 2-3 :Sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kì
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:
B
T
=
T1
1
.QW 44,4 f
U
=
4
380
4,44 50 253 62,51.10
−
× × ×
= 1,082 (T)
49/ Mật độ từ cảm trong gông:
B
g
= B
T
.
g
T

Q
Q
= 1,082 .
62,51
82,365
= 0,82 (T)
50/ Chiều rộng cửa sổ:
c = 2 . (cd
01
+ B
d1
+ cd
12
+ B
d2
) + cd
22
= 2 . (1 + 1,638 + 1 + 1,64) +2 = 12,56 (cm)
51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục:
c’ = c + d = 12,56+ 9 = 21,56 (cm)
52/ Chiều rộng mạch từ:
L = 2×c + 3×d = 2×12,56 + 3× 9 = 52,12 (cm)
53/ Chiều cao mạch từ:
H = h + 2×a = 21 + 2×8,5 = 38 (cm)
 TÍNH KHỐI LƯỢNG CỦA SẮT VÀ ĐỒNG :
54/ Thể tích của trụ:
V
T
= 3 . Q
T

. h = 3 × 62,51× 21 = 3938,13 (cm
3
)
55/ Thể tích của gông:
V
g
= 2 .Q
g
. L = 2×82,365×52,12 = 8585,73 (cm
3
)
56/ Khối lượng trụ:
M
T
= V
T
. m
Fe
= 3,938×7,85 = 31 (kg)
57/ Khối lượng gông:
M
g
= V
g
. m
Fe
= 8,586×7,85 = 67,4 (kg)
58/ Khối lượng sắt:
M
Fe

= M
T
+ M
g
= 31 + 67,4 = 98,4 (kg)
59/ Thể tích của đồng:
V
Cu
= 3.(S
1
.l
1
+ S
2
.l
2
) = 3.(9,51.10
-4
×100,46.10 + 17,7.10
-4
×76,52.10) = 6,93 (dm
3
)
60/ Khối lượng đồng:
M
Cu
= V
Cu
. m
Cu

= 6,9×8,9 = 61,67 (kg)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 23
H h
L/2
a
a/2
b
c
Hình 2-4 :Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp
L
Hình 2-5 :Sơ đồ kết cấu máy biến áp
1
2
52,12
26,06
12,56
21
18
8,5
11
9
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
 TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP
61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75
0
C:
R
1
=
1

1
S
l
ρ
= 0,02133 .
100,46
9,51
= 0,225 (
Ω
)
Trong đó : ρ
75
=0,02133(Ω)
62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75
0
C:
R
2
=
2
2
S
l
ρ
= 0,02133 .
76,52
17,7
= 0,092 (
Ω
)

63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
R
BA
= R
2
+ R
1
(
1
2
W
W
)
2

= 0,092 + 0,225.
2
136
253
 
 ÷
 
= 0,16 (
Ω
)
64/ Sụt áp trên điện trở máy biến áp:
∆U
r
= R
BA

. I
d
= 0,16 × 59,5 = 9,52 (V)
65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
X
BA
= 8 . π
2
. (W
2
)
2
. (
qd
h
r
) . (a
12
+
3
21 dd
BB +
) .
ω
. 10
-7

= 8 . π
2
. 136

2
.
8,315
18
 
 ÷
 
. [0,001 +
( )
2
1,638 1,64 .10
3
−
+
]. 314 . 10
-7

= 0,253 (
Ω
)
66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
L
BA
=
ω
BA
X
=
0,253
314

= 0,0008 (H) = 0,8 (mH)
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 24
38
Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: LÊ TIẾN DŨNG
67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:
∆U
x
=
π
3
. X
BA
. I
d
=
π
3
. 0,253 . 59,5 = 14,37 (V)
R
dt
=
π
3
. X
BA
=
π
3
. 0,253 = 0,24 (
Ω

)
68/ Sụt áp trên máy biến áp:
∆U
BA
=
22
xr
UU
∆+∆
=
2 2
9,52 14,37
+
= 17,24 (V)
69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở : α
min
= 10
0
U = U
do
. cosα
min
- 2 . ∆U
v
– ∆U
BA
= 238,22 . cos10
0
– 2×1,8 – 17,24 = 213,76 (V)
70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:

Z
BA
=
22
BABA
XR
+
=
2 2
0,16 0,253
+
= 0,3(
Ω
)
71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:
∆P
n
= 3 . R
BA
.
2
2
I
= 3 . 0,16 . 48,58
2
=1132,8 (W)
∆P
n
% =
S

P
n
∆
. 100% =
1132,8
19064,15
. 100% = 5,94%
72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ:
P
o
= 1,3 . n
f
. (M
T
. B
T
2
+ M
g
.B
g
2
)
= 1,3 . 1,15 . (31 . 1,082
2
+ 67,4 . 0,82
2
) = 122,01(W)
∆P
o

% =
S
P
o
. 100% =
122,01
19064,15
.100% = 0,64 %
73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng:
U
nr
=
2
2
.
U
IR
BA
. 100% =
0,16 48,58
203,6
×
. 100% = 3,82 %
74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng:
U
nx
=
2
2
.

U
IX
BA
. 100% =
0,253 48,58
203,6
×
. 100% = 6,04%
75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm:
U
n
=
22
nxnr
UU
+
=
2 2
3,82 6,04
+
= 7,15(V)
76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập:
I
2nm
=
BA
Z
U
2
=

203,6
0,3
= 678,6 (A)
77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:
I
max
=
2
. I
2nm
. (1 +
nx
U
U
nr
e
π
−
)
=
2
. 678,6 . (1 + e
.0,0382
0,0604
π
−
) = 1091,27 (A)
I
max
= 1091,27 (A) < I

pik
= 1400 (A)
Trong đó : I
pik
: Đỉnh xung max của Thyristor.
78/ Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển
mạch:
Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình:
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 25