PBL2 HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

DỰ ÁN LIÊN MƠN
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA (PBL2)
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Người hướng dẫn: TS. GIÁP QUANG HUY
HÀ GIA CHÍNH
Sinh viên thực hiện:

TRẦN TRUNG HIẾU
NGUYỄN TRUNG HẬU
NGUYỄN QUANG TIẾN
NGUYỄN HỮU TẤN
TRẦN QUỐC BẢO

Nhóm HP / Lớp: 19.32B
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TỰ ĐỘNG HÓA


Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
2

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


LỜI NĨI ĐẦU

Trong suốt q trình thực hiện Đồ án, mặc dù gặp phải nhiều khó khăn nhưng được
sự giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô và các bạn nên Đồ án đang hoàn thành đúng
tiến độ. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo kinh
nghiệm quý báu.
Mặc dù nhóm thực hiện đã cố gắng hồn thiện được đồ án, nhưng trong quá trình
soạn thảo cũng như kiến thức cịn hạn chế nên có thể cịn nhiều thiếu sót. Nhóm thực
hiện mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên.
Sau cùng nhóm thực hiện xin chúc Thầy cơ sức khoẻ, thành cơng và tiếp tục đào tạo
những sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước. Chúc các bạn sức khỏe, học tập thật tốt để
không phụ công lao các Thầy Cô đã giảng dạy. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.
Trân trọng

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
3

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH ẢNH................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THƠNG, THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN PHẦN
ĐỘNG LỰC....................................................................................................................... 7
1.1 Tính tốn cơ cấu truyền động......................................................................................7
1.1.1

Mơ hình truyền động băng tải...............................................................................7

1.1.2

Tốc Độ u Cầu Của Băng Tải.............................................................................7

1.1.3

Tính tốn đặc tính tải yêu cầu...............................................................................8

1.2 Tổng quan về động cơ điện 1 chiều...........................................................................11
1.2.1

Cấu tạo động cơ điện một chiều..........................................................................11

1.2.2

Các phương trình đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập..............12

1.2.3

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.....................................13

1.3 Chọn động cơ............................................................................................................. 13
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.........................................15
2.1 Bộ chỉnh lưu cầu kép 1 pha điều khiển hoàn toàn......................................................15
2.1.1

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hồn tồn..........................................................15

2.1.2

Phương pháp điều khiển......................................................................................16

2.1.3

Ngun tắt thẳng đứng tuyến tính.......................................................................17

2.1.4

Bộ chỉnh lưu cầu kép 1 pha điều khiển hoàn toàn...............................................17

2.2 Tính tốn mạch động lực...........................................................................................20
2.2.1

Tính chọn Thyristor.............................................................................................20

2.2.2

Bảo vệ q điện áp cho van.................................................................................22

2.2.3

Mạch lọc.............................................................................................................. 22

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ MẠCH
PHẦN CỨNG TOÀN HỆ THỐNG.................................................................................23
3.1 Tính chọn linh kiện....................................................................................................23
3.1.1

Arduino Nano......................................................................................................23

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
4

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


3.1.2

Cảm biến đo dòng điện ACS712.........................................................................24

3.1.3

Cảm biến tốc độ IR-FC03...................................................................................26

3.2 Sơ đồ mạch phần cứng và nguyên lý hoạt động.........................................................27
3.2.1

Sơ đồ mạch nguồn...............................................................................................27

3.2.2

Sơ đồ mạch đồng bộ và so sánh..........................................................................27

3.2.3

Sơ đồ mạch điều khiển xung kích SCR...............................................................28

3.2.4

Sơ đồ mạch cầu kép một pha điều khiển hoàn toàn.............................................29

3.2.5

Sơ đồ mạch điều khiển và hiển thị......................................................................29

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TỔNG HỢP PHẦN ĐIỀU KHIỂN.........................................30
4.1 Xây dựng mơ hình tốn học.......................................................................................30
4.1.1

Mơ hình tốn học của động cơ............................................................................30

4.1.2

Mơ hình tốn học của các cảm biến....................................................................31

4.1.3

Mơ hình tốn học của bộ chỉnh lưu.....................................................................31

4.1.4

Mơ hình tốn học của hệ thống truyền động điện................................................32

4.1.5

Tổng hợp mạch vòng dịng điện..........................................................................32

4.1.6

Tổng hợp mạch vịng tốc độ................................................................................33

CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TRÊN MATLAB SIMULINK......35
5.1 Mô phỏng dưới dạng hàm truyền...............................................................................35

5.1.1

Mô phỏng trên Matlab Simulink.........................................................................35

5.2 Mô phỏng mạch nguyên lý trên Simulink..................................................................36
5.2.1

Khâu điều khiển..................................................................................................36

5.2.2

Khâu đồng bộ......................................................................................................36

5.2.3

Khâu chỉnh lưu cầu kép.......................................................................................37

5.2.4

Mạch mô phỏng..................................................................................................38

5.2.5

Kết quả mô phỏng...............................................................................................38

5.3 Nhận xét....................................................................................................................39
KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................................40
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
5

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................41

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Băng tải kéo vật m....................................................................................7
Hình 1.2 Tốc độ yêu cầu của băng tải.....................................................................8
Hình 1.3 Đồ thị tốc độ góc theo thời gian...............................................................9
Hình 1.4 Đồ thị momen xoắn..................................................................................9
Hình 1.5 Đồ thị cơng suất động cơ........................................................................10
Hình 1.6 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều..................................................................11
Hình 1.7 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.............................................12
Hình 1.8 Đặc tính cơ - điện của động cơ..............................................................12
Hình 1.9 Đặc tính cơ của động cơ.........................................................................12
Hình 1.10 Đặc tính cơ khi thay đổi Uư..................................................................13
Hình 1.11 Động cơ motor crouzet 80807018........................................................14
Hình 1.12 Thơng số độ lớn động cơ......................................................................14
Hình 2.1 Chỉnh lưu cầu một pha hồn tồn...........................................................15
Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hồn tồn..............................17
Hình 2.3 Sơ đồ hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược........................................18
Hình 2.4 Giản đồ dịng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc...............19
Hình 2.5 Mạch R-C bảo vệ q điện áp do chuyển mạch......................................22
Hình 2.6 Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc.............................................................22
Hình 3.1 Cảm biến đo dịng điện ACS712............................................................25
Hình 3.2 Sơ đồ chân của IR FC-03.......................................................................26
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn.................................................................27
Hình 3.4 Sơ đồ mạch đồng bộ và so sánh..............................................................27
Hình 3.5 Sơ đồ mạch điều khiển xung kích SCR..................................................28
Hình 3.6 Sơ đồ mạch cầu kép một pha..................................................................28

Hình 3.7 Sơ đồ mạch điều khiển và hiển thị..........................................................29
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
6

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Hình 5.1 Sơ đồ mạch mơ phỏng hàm truyền.........................................................35
Hình 5.2 Đồ thị tốc đồ đặt.....................................................................................35
Hình 5.3 Đồ thị tốc độ đầu ra................................................................................35
Hình 5.4 Sơ đồ mơ phỏng khâu điều khiển...........................................................36
Hình 5.5 Sơ đồ mơ phỏng khâu đồng bộ...............................................................36
Hình 5.6 Kết quả đầu ra của khâu đồng bộ............................................................37
Hình 5.7 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu kép................................................................37
Hình 5.8 Sơ đồ mạch mơ phỏng điều khiển động cơ bằng cầu kép.......................38
Hình 5.9 Đồ thị tốc độ đặt mong muốn.................................................................38
Hình 5.10 Đồ thị tốc độ, mo-men, dòng điện của động cơ....................................39

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
7

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG, THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN
PHẦN ĐỘNG LỰC
1.1

Tính tốn cơ cấu truyền động.
1.1.1 Mơ hình truyền động băng tải.

Hình 1.1 Băng tải kéo vật m.

Chọn tải băng chuyền:
 Bánh răng: - Con lăn tải: R=Ø 0.1 m.
 Tải: - Khối lượng băng chuyền: 2 kg.
- Khối lượng tải:
 Tổng khối lượng: .
1.1.2 Tốc Độ Yêu Cầu Của Băng Tải.
Băng tải chuyển động với tốc độ dự tính như Hình 1. 1 gồm các giai đoạn tăng
tốc, ổn định, đảo chiều và giảm tốc.
Chọn tốc độ ổn định dự tính là 2 m/s. Thời gian dự tính cho từng giai đoạn chuyển
đổi:
-

Tăng tốc 2s.
Ổn định 8s.
Đảo chiều 2s.
Giảm tốc 2s.

Đồ thị:
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
8

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Hình 1.2 Tốc độ u cầu của băng tải

1.1.3 Tính tốn đặc tính tải u cầu

1.1.3.1 Tốc độ góc:
- Với
Tại
Tại
- Với
- Với
Tại
Tại
Tại
- Với
- Với
Tại
Tại

Độ Thị Tốc độ:

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
9

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Hình 1.3 Đồ thị tốc độ góc theo thời gian

1.1.3.2 Momen xoắn tính tốn: .
Nếu bỏ qua momen qn tính của động cơ và lực cản , ta được:
-

Với .
Với .

Với .
Với .
Với .

Đồ thị:

tt

Hình 1.4 Đồ thị momen xoắn

Momen xoắn đẳng trị:
Chọn hệ số an toàn: .
.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
10

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.1.3.3 Công suất động cơ:
- Với
Tại
Tại
- Với
- Với
Tại
Tại
Tại
- Với

- Với
Tại
Tại
Đồ thị:

P (W)

Hình 1.5 Đồ thị cơng suất động cơ

Cơng suất đẳng trị:

Chọn hệ số an toàn cho động cơ:
.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
11

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.2

Tổng quan về động cơ điện 1 chiều.
1.2.1

Cấu tạo động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể chia
làm hai phần chính là: Phần tĩnh (stato) và
phần quay (rơto)

1.2.1.1 Phần tĩnh (stato).





Hình 1.6 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

Cực từ chính.
Cực từ phụ.
Gơng từ.
Các bộ phận khác: Nắp động cơ, cơ cấu chổi than.

1.1.1.1 Phần quay (rôto).





Lõi thép phần ứng.
Dây quấn phần ứng.
Cổ góp.
Các bộ phận khác: Cánh quạt, trục động cơ.

1.2.2 Các phương trình đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
1.2.2.1 Phương trình cân bằng điện áp.

U u  Eu  ( Ru  R f ).I u

 Eu  U u  ( Ru  R f ).I u

Hình 1.7 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc
lập

1.2.2.2 Phương trình sức phản điện động phần ứng động cơ.

Eu  K
p.N
K= 2 a : hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo động cơ
1.2.2.3 Momen điện từ của động cơ.

M  K I u
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
12

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.2.2.4 Phương trình đặc tính cơ – điện.

 

U u ( Ru  R f )

.I u
K
K

Hình 1.8 Đặc tính cơ - điện của động cơ

1.2.2.5 Phương trình đặc tính cơ.



U u ( Ru  R f )

.M
K
( K ) 2

Hình 1.9 Đặc tính cơ của động cơ

1.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
1.2.3.1 Nguyên lý điều khiển.
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ
một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát
điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh
lưu điều khiển). Ở phương pháp này: U = var;
đm = const; Rf = 0. Khi thay đổi phần ứng
( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ
thơng của động cơ được giữ khơng đổi nên độ

Hình 1.10 Đặc tính cơ khi thay đổi Uư

cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí tưởng o=U/k.thayđổi tùy
thuộc vào giá trị điện áp phần ứng. Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp
hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.
1.2.3.2 Đặc điểm của phương pháp.







Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp.
Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ khơng đổi trong toàn dải điều chỉnh.
Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm.
Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
13

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


 Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì  và ư đều khơng đổi.
1.3

Chọn động cơ.
Từ các thơng số được tính tốn ở mục 1.1 ta tính chọn động cơ motor crouzet
80807018, gồm có các thơng số sau:














Cơng suất định mức: 17
Điện áp định mức: 24V
Dịng định mức:
Dòng tối đa: 3A
Điện trở stator:
Điện trở rotor:
Điện cảm stator:
Điện cảm rotor:
Tốc độ định mức:
Tốc độ tối đa:
Momen định mức:
Momen tối đa:

Hình 1.11 Động cơ motor crouzet 80807018

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
14

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Hình 1.12 Thơng số độ lớn động cơ

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN MẠCH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
2.1

Bộ chỉnh lưu cầu kép 1 pha điều khiển hoàn toàn.
2.1.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn.

2.1.1.1 Cấu tạo.

Ở đây ta sử dụng 4 Thyristo để điều khiển

Hình 2.13 Chỉnh lưu cầu một pha hoàn toàn

Sử dụng phương pháp tương đương nguồn điện áp u thành 2 nửa bằng nhau u1 và
u2 => bộ chỉnh lưu hình tia 2 pha mắc nối tiếp:
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
15

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2.1.1.2 Hoạt động.
Nhóm anode gồm V1, V3. Góc điều điều khiển α được tính từ thời điểm bắt đầu
xuất hiện áp khóa trên linh kiện đến khi đưa xung kích vào cổng điều khiển của nó, ví dụ,
đối với V1, áp khóa tồn tại khi hay
Khi V4 dẫn:
Khi V2 dẫn:
Điệp áp và dòng tải chỉnh lưu: ;
Các hệ quả:
-

Trị trung bình điệp áp chỉnh lưu:

-

Mỗi
thyristor dẫn
điện trong ½ chu kì áp nguồn, từ đó trị trung bình dịng qua nó bằng . Điện áp cực
đại xuất hiện trên thyristor bằng biên độ áp nguồn

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
16

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2.1.2 Phương pháp điều khiển.
2.1.2.1 Các nguyên tắt điều khiển bộ chỉnh lưu.

 Khối điều khiển
Đưa xung điều khiển vào Thyristor lúc điện áp đặt lên Thyristor dương:
- Phải biết khi nào điện áp đặt lên Thyristor dương.
- Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên Thyristor.

 Khối đồng bộ
Tạo điện áp đồng bộ (hay còn gọi là điện áp tựa) cung cấp cho mạch so sánh:
- Dạng: sin điều hòa (phương pháp arcos) hoặc dạng răng cưa tuyến tính.
- Pha: đồng pha hoặc trễ pha.

 Khối so sánh
So sánh giữa điện áp đồng bộ và điện áp điều khiển phát tín hiệu xung vuông ngõ ra
khối so sánh.
 Khối khuếch đại và phân phối xung
Phân phối xung đến các van điều khiển để mở các van theo 1 quy luật nhất định.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
17

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2.1.3 Nguyên tắt thẳng đứng tuyến tính

Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa

Cách tính (xét tam giác đồng dạng)

2.1.4 Bộ chỉnh lưu cầu kép 1 pha điều khiển hoàn toàn.
2.1.4.1 Sơ đồ nguyên lý.
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hồn tồn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu
1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau.

Hình 2.14 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hồn
tồn

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
18

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2.1.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một
đồ chỉnh lưu để phân tích. Đây là sơ đồ mạch chỉnh lưu

cầu 1 pha có điều khiển. Nguyên lý hoạt động được trình
bày như ở phần “2.1.1”.

sơ

2.1.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ mắc song song
ngược:
Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ
chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ có một bộ cung cấp
điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải. Khi
chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi
trạng thái cho nhau.
Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp:
 Phương pháp điều khiển tuyến tính khống
chế phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắc song
song ngược (điều khiển chung).
 Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược
(điều khiển riêng).

Hình 2.15 Sơ đồ hai bộ chỉnh lưu mắc song song
ngược

2.1.4.4 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:

Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào hai bộ chỉnh lưu, tức là xung điều khiển hai
bộ này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ:
Với

�1: góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 1.
�2: góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2.

Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thuyết là dòng liên tục, bỏ qua tổn hao.
Bộ chỉnh lưu 1:
Bộ chỉnh lưu 2:
Mà �1 + �2 = � ⇒ = −= × �
���� 1
Như vậy, ta thấy thành phần một chiều của điện áp đầu ra của 2 sơ đồ chỉnh lưu là
bằng nhau nên chúng không gây ra thành phần điện áp khép vòng qua các van của 2 sơ
đồ chỉnh lưu.
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
19

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Xét giản đồ dịng điện trong q trình khống chế đảo chiều:

Hình 2.16 Giản đồ dịng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc.

Từ thời điểm t = 0 với phát xung cho 2 bộ theo quan hệ:
: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Từ thời điểm tdc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở �1 đồng thời �2 giảm. Điện áp
trên BCL 2 giảm. Do đó, tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ động cơ không giảm nhanh
bằng điện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp
chỉnh lưu nên BCL 2 đủ điều kiện nghịch lưu.
⇒ Bộ chỉnh lưu 2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồng thời hãm
cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh. Khi �1 = �2 = �/2 ⇒ Ud = 0.
Từ thời điểm t1 ta tiến hành giảm góc mở �2 tăng �1 để đảo chiều điện áp của hai
bộ chỉnh lưu.

�1 > ⇒ < 0 ⇒ BCL1: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
�2 < ⇒ Ud1 = > 0 ⇒ BCL2: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Sự xuất hiện dòng điện và hạn chế:
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
20

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


 Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung bình bằng
nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của hai sơ đồ có lúc khơng
bằng nhau, điều này tạo nên sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra dòng điện
khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà khơng đi qua tải, nó được
gọi là dòng cân bằng.
 Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dịng điện này có thể rất lớn làm hỏng
các van và phá hủy chế độ làm việc của bộ biến đổi. Vì vậy, ta cần phải có biện
pháp hạn chế dịng điện cân bằng. Như ta đã biết dịng cân bằng khơng có thành
phần một chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều nên ta sử dụng các cuộn kháng
để hạn chế dòng cân bằng. (đặc điểm của điện cảm là hạn chế dòng xoay chiều
nhưng cho dịng một chiều đi qua nó dễ dàng và không gây nên tổn thất công
suất tác dụng).
Phối hợp góc điều khiển:
Điện áp đặt vào phần ứng của động cơ: =
Trong đó: do vậy tốc độ của động cơ phụ thuộc vào �. Theo nguyên tắc điều khiển
thẳng đứng, muốn thay đổi góc mở � thì thay đổi .
Do đó, điều kiện: �1 + �2 = � với �1 ta có Uc1, �2 ta có Uc2.
Ta phải điều khiển sao cho Uc1 + Uc2 = const.
2.2

Tính tốn mạch động lực.

2.2.1 Tính chọn Thyristor.
2.2.1.1 Điện áp ngược lên van thyristor.
Điện áp trung bình của chỉnh lưu cầu 1 pha
Trong tính tốn ta phải tính sao cho Ud lớn nhất, cos� = 1
= × = = 18.8 (v)
 =√2=1,41: Hệ số điện áp ngược
 =12v AC: Điện áp xoay chiều thứ cấp
 : Hệ số điện áp mạch lực

2.2.1.2 Dòng điện làm việc của van.
=
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
21

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy




: Dòng qua tải

 : Dòng hiệu dụng qua van
 : Hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 1 pha
= 0.71
2.2.1.3 Chọn điện áp ngược của van.


= × ������
=1.5 ÷ 1,8: Hệ số dự trữ điện áp
Chọn = 1.6

⇒ = 1,6 × 18.8 = 30.08 (�)

2.2.1.4 Chọn dịng điện hiệu dụng của van.
=
Là hệ số dự trữ dòng điện, Chọn
(A)
 Vì 2 thơng số , nhỏ nhưng trên thực tế chỉ có loại van thyristor với các thơng số
lớn. Nên chọn thyristor 2P4M có các số liệu sau:
- Điện áp ngược van:
������ = 500(�)
- Dòng điện làm việc cực đại:
�ℎ���� = 2(�)
- Dòng điện xung điều khiển:
- Điện áp xung điều khiển:
- Độ sụt áp lớn nhất trên thyristor
ở trạng thái dẫn:
- Dòng điện rò:
- Thời gian chuyển mạch:
- Nhiệt độ làm việc cho phép:
- Đỉnh xung dòng điện:
- Dịng điện duy trì:
2.2.2 Bảo vệ q điện áp cho van.
Bảo vệ q điện áp do q trình đóng cắt Thiristo được thực hiện bằng cách mắc
R - C song song với Thiristo. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp
bán dẫn phóng ra ngồi tạo ra dịng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến
thiên nhanh chóng của dịng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các
điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anod và catod của Thiristor. Khi có mạch R - C mắc

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5

22

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


song song với Thiristor tạo ra mạch vịng phóng điện tích trong q trình chuyển mạch
nên Thiristor khơng bị q điện áp.

Hình 2.17 Mạch R-C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch.

Chọn R1 = 5Ω, C1 = 0.25μF.
2.2.3 Mạch lọc.
Điện áp qua chỉnh lưu là dòng một chiều nhưng chưa phẳng, chưa ổn định. Để làm
phẳng điện áp ta lắp thêm tụ điện vào để làm phẳng nguồn:
Dạng điện áp sau khi được lọc qua tụ:

Hình 2.18 Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc.

Khi điện áp tăng từ không đến giá trị hiệu dụng tụ được nạp, điện áp tụ nạp được
tối đa bằng điện áp ra qua chỉnh lưu.
Tụ được xả khi điện áp giảm từ định mức, nhưng vì tụ điện xả chậm hơn so với
khi nạp và điện áp tụ xả đi vào tải. Vì vậy khi tụ xả chưa hết thì đã gặp phải điện áp đang
tăng của chu kỳ kế tiếp, quay trở lại nạp, xả tiếp diễn.
Kết luận: để điện áp ổn định và phẳng tương đối thì ta lắp thêm một tụ điện và tụ
điện có thơng số càng lớn thì điện áp càng phẳng và ổn định.
Tính chọn tụ điện phù hợp với tải:

(

p=2 ; f=(hz) ; R=1 ; q=

C =(
Để phù hợp với linh kiện hiện có ta chọn tụ 2.2 (.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
23

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ
ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG TỒN HỆ THỐNG
3.1

Tính chọn linh kiện.
3.1.1 Arduino Nano.
Chọn vi điều khiển Arduino Nano.

3.1.1.1 Thông số của Arduino:
Chip điều khiển

ATmega328

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào(khuyên dùng)

7-12V – DC

Điện áp đầu vào (giới hạn)

6-20V – DC

Số chân Digital

22 (6 trong số đó là PWM)

Số chân Analog

8

Dịng điện DC trên mỗi chân I/O

40 mA

Bộ nhớ Flash

32KB trong đó 2KB được dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB

Tốc độ thạch anh

16 MHz

EEPROM

1 KB

Kích thước

18 x 45 mm

Trọng lượng

7g

3.1.1.2 Nguồn cấp cho Arduino Nano.
Cấp nguồn bằng chân 5V:
 Dùng nguồn 5V ổn định nối vào chân 5V và GND.
 Nếu dùng Pin thì dùng module LM2596 (mạch buck) để điều chỉnh
điện áp pin xuống 5V và cấp nguồn cho Nano.
3.1.1.3 Bộ nhớ của Arduino Nano.
Vi điều khiển ATmega328.
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
24

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


 32KB cho bộ nhớ Flash: Trong đó Bootloader chiến 2KB.
 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo
sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM.
Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất tương tự như ram của máy tính.
 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only
Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi

mất nguồn tương tự như rom trên máy tính.
3.1.1.4 Các chân của Arduino Nano.










22 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra.
Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng điện trên mỗi chân ra tối đa là 40mA.
RX0, TX1: Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
RST: Chân reset (hoạt động ở mức 0).
Ngắt ngoài: Chân 2 và chân 3.
Từ D2 đến D12: Chân Digital (I/O).
Chân D3, D5, D6, D9, D10, D11 có khả năng xuất xung PWM.
Chân A0 đến A7: Analog Input 10Bit có thể đọc được tín hiệu analog.
Chân A0 đến A5 là các chân đa năng: Có cả 2 khả năng Analog và Digital.

3.1.2 Cảm biến đo dòng điện ACS712.
3.1.2.1 Sơ đồ chân của cảm biến đo dòng điện ACS712.
Module cảm biến dòng điện hall ACS712 30A sử dụng ic ACS712ELC-30B dựa
trên hiệu ứng Hall chuyển dòng điện cần đo thành giá trị điện thế. Cảm biến hall
ACS712 là ic cảm biến dịng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall. Chân ACS712 sẽ xuất ra
một tín hiệu analog ở chân Vout biến đổi tuyến tính theo Ip (dịng điện cần đo) được lấy
mẫu thứ cấp DC (hoặc AC) trong phạm vi cho phép. Tụ Cf dùng để chống nhiễu.

Hình 3.19 Cảm biến đo dịng điện ACS712

3.1.2.2 Thơng số kĩ thuật cảm biến đo dòng điện ACS712.
 IC ACS712 5/20/30A
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5
25

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy