Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập và có đảo chiều

Đồ án điện tử cơng suất

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực
khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành cơng nghiệp nói chung và các ngành điện tử nói
riêng, các thiết bị điện tử có cơng suất lớn được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng
của nó trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và
thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện.
Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần số công nghiệp.
Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng điện điều chỉnh được cho những
thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện một chiều người ta đã hồn thiện bộ
chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor
Trong đề tài của em là thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc
lập có đảo chiều theo ngun tắc điều khiển chung. Mạch đảm bảo điều chỉnh tốc độ trơn và
có khâu bảo vệ chống mất kích từ. Bao gồm các chương:
Chương I : Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Chương II: Lựa chọn các phương án
Chương III: Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế
Chương IV: Tính tốn mạch lực
Chương V : Tính toán mạch điều khiển
Chương VI : Kiểm chứng mạch thiết kế bằng chương trình TINA
Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được học trong môn
Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị công suất trong đời
sống cũng như trong công nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng dạy bộ môn
Điện tử công suất, đặc biệt là thầy Phạm Quốc Hải đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

Mục lục
Trang
Chương I : Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Chương II: Lựa chọn các phương án

1

3
11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
Chương III: Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế
Chương IV: Tính tốn mạch lực
Chương V : Tính tốn mạch điều khiển
Chương VI : Kiểm chứng mạch thiết kế bằng chương trình TINA

21
28
43
56

Các số liệu cho trước
Uđm = 600V ;
Iđm = 10A ;
Phạm vi điều chỉnh tốc độ 25:1

Ukt = 400V ;

Ikt = 0,9A

Chương I
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 TÇm quan träng của động cơ điện 1 chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện 1 chiều vẫn đợc coi l 1 loại máy quan trọng.
Mặc dù động cơ xoay chiều có tính u việt hơn nh cấu tạo đơn giản hơn , công suất lớn . . .
Nhng động cơ ®iƯn xoay chiỊu kh«ng thĨ thay thÕ hoμn toμn ®éng cơ điện 1 chiều. Đặc biệt
l trong các ngnh công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên

2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử cơng suất
tơc trong ph¹m vi réng nh máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện . Vì động cơ điiện 1
chiều có những u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn v khả
năng quá tải. Bên cạnh đó động cơ điện 1 chiều cũng có những nhợc điểm nhất định nh giá
thnh đắt, chế tạo v bảo quản phức tạp . Nhng do những u điểm của nó nên nó vẫn có 1 tầm
quan trọng nhất định trong sản xuất.
Ngy nay hiệu suất của động cơ điện 1 chiều công suất nhỏ vo khoảng 75% - 85%, ở
động cơ điện công suất trung bình v lớn vo khoảng 85% - 94%. Công suất lớn nhất của động
cơ điện 1 chiều hiện nay vo khoảng 10000KW. Điện áp vo khoảng vi trăm đến 1000V.
Hớng phát triển hiện nay l cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ
v chế tạo những máy công suất lớn.

2 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều
2.1Phần tĩnh ( Phần cảm hay stator)
L phần đứng yên, bao gồm các bộ phận chính:

a) Cực từ chính :

Đợc lm bằng thép kĩ thuật dạng thép khối hoặc tÊm, xung quanh cã d©y quÊn cùc tõ
chÝnhgäi lμ kÝch từ. Nó thờng đợc nối với nguồn 1 chiều. Nhiệm vụ l tạo ra từ thông
trong máy.
b) Cực từ phụ :
Đợc đặt xen giữa các cực từ chính, xung quanh cùc tõ phơ cã d©y qn cùc tõ phơ. D©y
qn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto, NhiƯm vơ cđa cùc tõ phơ lμ triƯt tiªu tõ
tr−êng phần ứng ( Từ trờng do dòng điện roto sinh ra ). Trên vùng trung tính hình học để
hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than v cổ góp.

c) Vỏ máy ( Gông từ )
Ngoi nhiệm vụ thông thờng nh các vỏ máy khác, vỏ máy điện 1 chiều còn tham gia
dẫn từ, vì vậy nó phải đợc lμm b»ng thÐp dÉn tõ.

2.2 PhÇn quay ( PhÇn øng hay roto )
a) Lâi thÐp roto
Dïng ®Ĩ dÉn tõ, th−êng dùng những tấm thép kĩ thuật điện dầy 0.5mm phủ cách điện
mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép
có dập rÃnh để quấn dây
b) Dây quấn phần ứng
L phần phát sinh ra suất điện động v có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng
thờng lm bằng dây đồng có sơn cách điện
c) Cổ góp
Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thnh 1 chiều. Gồm nhiều phiến đồng ghép cách
điện với nhau, bề mặt cổ góp dợc gia công với độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt
giữa chổi than v cổ góp khi quay

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

Đồ án điện tử cơng suất

2.3 Gíi thiƯu vỊ ®éng cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Cho đến nay động cơ điện 1 chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền
động chất lợng cao, dải công suất động cơ điện 1 chiều từ vi W đến vi MW. Giản đồ
kết cấu chung của động cơ ®iƯn 1 chiỊu kÝch tõ ®éc lËp ®−ỵc thĨ hiƯn nh hình vẽ dới.
Phần ứng đợc biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E , ở phần stato có thể
có vi dâyquấn kích từ :
Dây quấn kích từ độc lập CKD, dây quấn kích từ nối tiÕp, d©y qn cùc tõ phơ CF, d©y
qn bï CB.
Khi nguồn điện 1 chiều có công suất không dử lớn thì mạch điện phần ứng v mạch kích từ
mắc vo 2 ngn 1 chiỊu ®éc lËp nhau, lóc nμy ®éng cơ dợc coi l động cơ kích từ độc
lập

Nguyờn lý làm việc
Khi đóng động cơ , Rơto quay đến tốc độ n , đặt điện áp Ukt nào đó lên dây quấn kích
từ thì trong dây qn kích từ có dịng điện ik và do đó mạch kích từ của máy sẽ có từ thơng
φ , tiếp đó ở trong mạch phần ứng , trong dây quấn phần ứng sẽ có dịng điện i chạy qua
tương tác với dịng điện phần ứng . Tăng từ từ dịng kích từ ( bằng cách thay đổi Rkt ) thì
điện áp ở hai đầu động cơ sẽ thay đổi theo qui luật :
Edư = (1% ÷ 42% )Uđm
Khi dịng ikt cịn nhỏ thì Eư hoặc U tăng tỉ lệ thuận với ikt nhưng khi Ukt bắt đầu lớn thì từ
thơng φ trong lõi thép bắt đầu bão hoà . Cuối cùng khi ikt = iktbh thì U = Eư bão hồ hồn
tồn.

4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

Đồ án điện tử cơng suất

2.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập :
Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của
động cơ :
Uư = Eư + (Rư +Rf ). Iư = Eư + R. Iư (1)
Trong đó :
Uư : điện áp phần ứng ( V )
Eư : Sức điện động phần ứng (V)
Rư : Điện trở của mạch phần ứng
Rf : Điện trở phụ của mạch phần ứng
Iư : Dòng điện mạch phần ứng
Với Rư = rư + rcf + rb + rct
rư : Điện trở cuộn dây phần ứng
rcf : Điện trở cuộn cực từ phụ
rb : Điện trở cuộn bù
rct : Điện trở tiếp xúc của chổi than
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ xác định theo biểu thức
pN
Eu
. φ . ϖ = k . φ .ϖ
→ ϖ =
Eư =
2πa
k .φ
Trong đó :
p : Số đơi cực từ chính
N : Số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng

5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
φ : Từ thơng kích từ dưới 1 cực từ
ω : Vận tốc góc rad/s
pN
k=
: Hệ số cấu tạo của động cơ
2πa
Từ phương trình (1)
Ư Eư = Uư - (Rư +Rf ). Iư
Ư Chia cả 2 vế cho k.φ

Eu
Uu Ru + Rf
=
.Iu
kφ
kφ
kφ
Uu Ru + Rf
.Iu (2 )
Ö ϖ =
kφ
kφ

Ö

Ö ϖ = f (I) : Đặc tính cơ điện
Mặt khác mơ men điện từ của của cơ điệ được xác định bởi :
M dt
Mđt = k .φ. Iư => Iư =
K .φ

Uu Ru + Rf
.M d t
kφ
(k φ ) 2
Ö ϖ = f (M) : Đặc tính cơ theo mơmen
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơ men cơ trên trục điện cơ bằng mơ men điện
từ , ta kí hiệu là M nghĩa là Mđt = Mcơ = M
Thế vào (2) => ϖ =

Ö ϖ =

Uu Ru + Rf
.M
kφ
(k φ ) 2

(3)

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ , từ thơng φ = const thì phương trình đặc tính cơ
điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính, đồ thị của chúng được thể hiện như sau :

ω

ω

ω0
ωđm

ω0
ωđm

N

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất

I
Iđm

M

Inm

Mđm

Mnm

Uu

= ϖ0
kφ
ϖ0 : Gọi là tốc độ khơng tải lý tưởng của động cơ, cịn khi ϖ0 = 0 ta có :
Uu
Iu =
= Inm
Ru + Rf
Inm , Mnm Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch .
Nhận xét : Nếu cho U, Rư + Rf , φ là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phương trình bậc nhất :
ϖ =

ϖ = ϖ0 + Δϖ

Δϖ =

Ru + Rf
M
k. φ

Độ sùt tốc độ

ω
ω0

Δω

2.5 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tình cơ.
Từ phương trình đặc tính cơ :

Uu Ru + Rf

.M
kφ
(k φ ) 2
ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là : Từ thơng động cơ φ , Điện áp phần ứng
Uư , và điện trở phần ứng của động cơ . Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó .
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết Uư = Uđm = Const
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng .
ω =

7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
- Tốc độ không tải lý tưởng : ϖ =
- Độ cứng của đặc tính cơ : β =

U dm
= con st
kφ

ΔM
kφ
=−
=variable
Δϖ
Ru + Rf

Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên
Rf càng lớn thì β càng nhỏ dẫn tới đặc tính cơ càng dốc
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được 1 họ
đặc tính cơ như hìng vẽ. ứng với một phụ tải Mc nào đó , nếu Rf càng lớn thì tốc độ càng
giảm cho nên người ta sử dụng
Phương
pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ

Đặc điển :
- Tốc độ n bằng phẳng
- Phạm vi điều chỉnh rộng
- Vùng điều chỉnh tốc độ nđc < nđm
- Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dịng điện lớn , tổn hao vơ ích
nhiều , hệ số động cơ giảm
b) Ảnh hưởng của in ỏp phn ng
Giả thiết = đm = const, điện áp phần ứng R = const trong thực tế thờng giảm điện áp.

8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut
- Tốc độ không tải lý tởng: 0x =
- Độ cứng đặc tính cơ: =

Ux
= variable, U giảm thì 0x giảm
k.dm

(k)2
= const
Ru



01
02

Udm(TN)

03

U1

04

U2
M(I)
U3

Nh vậy khi thay đổi điện áp đặt vo phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính cơ
song song với đờng đặc tính cơ tự nhiên. Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất
l giảm áp thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm v tốc độ của
động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Vì vậy phơng pháp ny cũng đợc sử
dụng để điều chỉnh tốc độ v hạn chế dòng điện khi khởi động
*.Đặc điểm
- Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng
- Phạm vi điều chỉnh rộng
- Vùng điều chỉnh tốc độ nc < nm

- Để thực hiện phơng pháp ny ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi đợc(bộ biến
đổi điện áp bằng điện tử công suất ).

c.ảnh hởng của từ thông
Giả thiết đIện áp phần ứng U = Uđm = const, điện trở phần ứng R = const. Muốn
thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ
- Tốc độ không tải: ϖ0x =

Udm
= var
kφx

n

9

(3)

LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(2)


ỏn in t cụng sut
- Độ cứng đặc tính cơ : =

(kx) 2
= var
Ru

(1) đờng đặc tính cơ tự nhiên đm =

(2) ,(3) đòng đặc tính khi gi¶m φ víi

φđm = φ1 < φ2 < φ3
Khi giảm thì 0x tăng , giảm ta có một

họ đặc tính cơ với 0x tăng dần v độ cứng của đặc tính giảm dần.


2
2
1
0


1
0

Mm2 Mnm Mnm M

Inm I

*.Đặc điểm

- Tốc độ bằng phẳng
- Phạm vi rộng
- Vùng điều chỉnh n®m < n®c
- Víi ®iỊu chØnh tèc ®é thùc hiƯn trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ,
tổn hao ít, hiÖu suÊt cao.

ChươngII

LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN

10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
Theo đề bài là thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo
chiều theo ngun tắc điều khiển chung với :
Uđm = 600 (V) Iđm = 10 (A)
Ukt = 400 (V) Ikt = 0,9 (A)
Phạm vi điều chỉnh 25 : 1
Ta xét 1 số sơ đồ 3 pha :
I) : SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA
a) Nguyờn lý :
Khi biến áp có ba pha đấu (Y) mỗi pha A,B,C đấu với một van, catốt đấu chung cho ta
điện áp dơng của tải còn trung tính biến áp sẽ l điện áp âm. Các pha A,B,C dịch pha
nhau 1200 theo các đờng cong điện áp pha vì vậy ta có điện áp của một pha dơng hơn
điện áp của hai pha còn lại trong 1/3 chu kỳ.Từ đấy thấy rằng tại mỗi một thời điểm chỉ có
điện áp của một pha dơng nên chỉ có một van dÉn mμ th«i.

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut

b. Nguyên lý hoạt động.

Khi anốt của van no dơng hơn thì van đó mới đợc kích mở, thời điểm hai điện áp
của hai pha giao nhau đựơc gọi l góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Trong trờng
hợp ny ta xét với gãc α = 75 tÝnh tõ thêi ®iĨm më tù nhiên
- ở thời điểm = 75 phát xung điều khiển IG1, lúc ny T1 thoả mÃn hai điều kiện UAK >
0 , IG1> 0 → T1 më (T2,T3 kho¸ ). Do trong mạch có thêm điện cảm L nên xuất hiện giai
đoạn điện áp âm của pha A tới khi xt hiƯn xung ®iỊu khiĨn IG2 cđa T2 lóc nμy tiristor T2

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut
thoả mÃn hai điều kiện lμ UAK >0, IG2 >0 → T2 dÉn (T1,T3 kho¸) tơng tự cho T3 khi có
xung điều khiển IG3 thì T3 dẫn (T1, T2 khoá )
- Trong quá trình lm việc của các van nh trên với giả thiết rằng Ld đủ lớn để cho
dòng điện l liên tục.
- Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện bằng dòng điện của tải khi van khoá thì
dòng điện van bằng 0 lúc ny điện áp ngợc m van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha
có van khoá với pha có van đang dẫn
*Điện áp trung bình nhận đợc trên tải lμ

Ud =

5π
+α
6

3 6U 2
3

2.U 2 sinθdθ =
.cosα = 1,17U 2 cos

2 +
2
6

= Udo cos
*Dòng điện trung bình nhận đợc trên tải l :

Id =

Ud
Rd

Nhận xét
- Khi tải thuần trở dòng điện v điện áp trên tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vo góc mở của các tisistor. Nếu góc của các tisistor < 30 thì các đờng cong Ud, id l
liên tục
- Khi tải điện cảm (nhất l Ld đủ lớn ) dòng điện v điện áp tải l các đờng cong
liên tục nhờ có năng lợng dự trữ trong điện cảm để duy trì dòng điện khi điện áp đổi
chiều .
*Ưu điểm của sơ đồ
- Chỉnh lu tia3 pha có chất lợng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lu một pha
- Biên độ điện áp đập mạch thấp hơn
- Thnh phần sóng hi bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng
hợp ny cũng đơn giản

13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut
*Nhợc điểm
- Chế độ dòng điện trên tải phụ thuộc vo tính chất của tải l thuần trở hay l điện cảm
nên có những chế độ dòng điện l liên tục v gián đoạn.
II) S ĐỒ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA

1.ChØnh l−u cÇu 3 pha điều khiển đối xứng
a.Nguyên lý.
Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha ®iỊu khiĨn ®èi xøng cã thĨ coi nh− hai sơ đồ chỉnh lu tia 3
pha mắc ngợc chiều nhau, 3 tisistor T1,T3,T5 t¹o thμnh mét chØnh l−u tia 3 pha cho điện
áp dơng tạo thnh nhóm anốt. Còn T2,T4,T6 l chỉnh lu tia 3 pha cho điện áp âm t¹o
thμnh nhãm catèt, hai chØnh l−u nμy ghÐp l¹i thμnh cầu 3pha
Chỉnh lu tia 3pha điều khiển đối xứng thì dòng điện chạy qua tải l dòng điện chạy
từ pha ny sang pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở tiristor chúng ta cần cấp hai xung
điều khiển ®ång thêi (mét xung ë nhãm anèt d−¬ng, mét xung ë nhãm catèt ©m )

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất

b) Nguyên lý hoạt động
- §iƯn ¸p c¸c pha thø cÊp biÕn ¸p

u2a = 2U 2sinθ

u2b = 2 U 2 sin (θ - 2 π )
3

u2c =

2 U 2 sin(-

4
)
3

- Góc mở đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin, giả thiết tisistor T5,T6 đang
cho dòng chảy qua. Tại thời điểm =


+ cho xung điều khiển mở T1 thì tiristor T1 më
6

v× u2a > 0, sù më cđa T1 lμm cho T5 đợc khoá lại một cách tự nhiên vì u2a > u2c lúc ny
T6 ,T1 cho dòng chảy qua, điện áp nhận đợc trên tải l

ud = uab = u2a – u2b

15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử cơng suất
- Thêi ®iĨm θ =

3π
+ α cho xung ®iỊu khiĨn më T2 tisistor nμy më vì khi T6 dẫn
6

dòng nó đặt điện áp u2b lên anèt T2 mμ u2b>u2c. Sù më cña T2 lμm cho T6 khoá lại một cách
tự nhiên (vì u2b>u2c).
- Các xung điều khiển lệch nhau một góc


đợc lần lợt đa tới cực điều khiển của
3

các tisistor theo thứ tự 1 2 3 4 5 6 1.
Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở nó sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòng trớc nó
Thời điểm


Mở

Khoá

+

T1

T5

=

3
+
6

T2

T6

=

5
+
6

T3

T1

+

T4

T2

=

9
+
6

T5

T3

=

11
+
6

T6

T4

=

6

=7


6

+) Trị trung bình của điện áp trên tải.
- Đờng bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F(VF), ®−êng bao phÝa d−íi biĨu
diƠn ®iƯn thÕ cđa ®iĨm G(VG).
- Điện áp trên tải l:
U d = V F – VG

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất

Ud =

5π
+α
6

6
2π π ∫+α

2U 2 sinθdθ =

3 6
U 2 cosα = 2,34U 2 cosα
π

6

còng cã thĨ tÝnh Ud = UdI – UdII
UdI lμ trÞ trung bình của udI do nhóm catôt chung tạo lên
UdII l trị trung bình của udII do nhóm anốt chung tạo lªn

U dI =

U dII =

3
2π

5π
+α
6

∫

2 U 2 sinθdθ =

π
+α
6

7π
+α
6

3
2π 3π∫
6

2U 2sin(+

+

3 6
U 2 cos

2

2
3 6
)d = cos
3
2

- Điện áp ngợc m các van phải chịu ở chỉnh lu cầu 3 pha sÏ b»ng ‘0’ khi van dÉn
vμ sÏ b»ng ®iƯn áp dây khi van khoá
-Dòng điện trên tải l : Id =

Ud - Ed
Rd

Nhận xét : Hình dáng điện áp nhận đợc trên tải không có sự xuất hiện của suất phản điện
động Ed khi chế độ dòng điện trên tải l liên tục. Còn khi chế độ dòng điện gián đoạn suất
phản điện động Ed sẽ xuất hiện trên điện áp Ud

*u điểm
- Chất lợng điện áp trên tải tốt
- Độ bằng phẳng tơng đối cao

17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut
*nhợc điểm

- Cần phải mở ®ång thêi hai van theo ®óng thø tù pha do vậy không ít khó khăn khi
chế tạo, vận hnh v sưa ch÷a.
2.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển khơng đối xng.
Loại chỉnh lu ny đợc cấu tạo từ một nhóm (anốt hoặc catốt ) điều khiển v một
nhóm không điều khiển.
Sơ đồ mô tả (sơ đồ mắc catôt chung )
?

?

?

Nguyên lý hoạt động .
- Trong khoảng 0 ặ 1 T5 v D6 cho dòng tải id = id chảy qua. D6 đặt điện áp u2b lên
anốt D2
- Khi > 1 điện thế catốt D2 l uc2 bắt đầu nhỏ hơn u2b điốt D2 mở cho dòng id chảy
qua D2 vμ T5, ud = 0.

18

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử cơng suất
- θ Ỉθ2 cho xung điều khiển mở T1, trong khoảng 2 3 thì T1v D2 cho dòng Id
chảy qua, D2 đặt điện thế u2c lên catốt D4
- Khi > 3 điện thế catốt D4l u2a bắt đầu nhỏ hơn u2c điốt D4 mở dòng tải id chảy
qua D4 v T1, ud = 0

Nhận xét : Trong chỉnh lu cầu 3 pha bán điều khiển dạng điện áp ra khi > 0 chỉ có 3 đập

mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ bán điều khiển thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ
điều khiển hon ton

*u điểm
- Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền
- Sơ đồ chỉnh lu bán điều khiển thì hệ số công suất cos cao hơn so với sơ đồ chỉnh
lu điều khiển hon ton

- So với sơ đồ điều khiển đối xứng thì sơ đồ chỉnh lu bán điều k hiển thì việc điều
khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản hơn
*Nhợc điểm

- Điện áp chỉnh lu chứa nhiều thnh phần sóng hi lên cần phải có bộ lọc
- Không đảo đợc chiều dòng
- Không thực hiện đợc chế độ nghịch lu phụ thuộc
- Dòng trung bình qua các van l khác nhau

19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất

I tb D =
I tb T =

+
Id
2

-
Id
2

* Nghịch lu phụ thuộc
- Nghịch l quá trình chuyển năng lợng từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều
(quá trình chuyển năng lợng ngợc lại với chế độ CL ). Trong hệ TĐĐ một chiều, động
cơ điện cần lm việc ở những chế độ khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thnh máy
phát điện. Năng lợng phát ra ny trả về lới điện xoay chiều. Để thoả mÃn yêu cầu ny bộ
CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lu vì nó hoạt ®éng (®ång bé ) theo ngn xoay
chiỊu nªn gäi lμ nghịch lu phụ thuộc.
-Nh vậy mạch điện lúc ny có 2 ngn søc ®iƯn ®éng :
e1 :s®® l−íi xoay chiỊu
Ed:s® ® mét chiỊu
Ta biÕt r»ng mét ngn søc ®iƯn ®éng sẽ phát đợc năng lợng nếu chiều sức điện động v
dòng điện trùng nhau,ngợc lại nó sẽ nhận năng lợng khi chiều sức điện động v dòng
điện ngợc nhau .Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lu chỉ cho phép
dòng điện đi theo một chiều xác định thì để có chế độ nghịch lu cần phải thực hiện hai
điều kiện :
+Về phía một chiều :bằng cách no đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều dòng v Ed trùng
nhau.
+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lu sao cho điện áp ud <0 để có dấu phù hợp
dòng tức l bộ chỉnh l lm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lới điện.
+Trong trờng hợp không đảo đợc chiều Ed ta buộc phải dùng một mạch chỉnh lu khác
đấu ngợc với mach cũ để dẫn đợc dòng điện theo chiều ngợc lại.
-Nh vậy nghịch lu phụ thuộc thực chất l chế độ khi bé chØnh l−u lμm viƯc víi gãc ®iĨu
khiĨn lín .Do ®ã toμn bé c¸c biĨu thøc tÝnh to¸n vÉn ®óng chỉ cần lu ý rằng Ed có giá tri
âm.
Kết luận : Từ các phơng án đà đề xuất ở trên ta nhận thấy rằng sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha
l sơ đồ có chất lợng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất vì vậy với yêu cầu

của tải l điều chỉnh trơn tốc độ có đảo chiều quay nên ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha
đốu xứng để thiét kế nguồn cấp ®iƯn cho ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lập có đảo
chiều quay l phù hợp nhất

20

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất

Chương III
XÂY DỰNG CHI TIẾT TOÀN BỘ SƠ ĐỒ NGUYÊN
LÝ MẠCH THIẾT KẾ
I GIỚI THIỆU V NGUYấN TC IU KHIN CHUNG

a.Nguyên tắc :
Tại cùng một thời điểm cả hai bộ biến đổi đều nhận đợc xung ®iỊu khiĨn, nh−ng chØ cã
mét bé biÕn ®ỉi lμm việc cấp dòng cho tải còn bộ biến đổi kia lm việc ở chế độ đợi. Nh vậy
lúc no hai bộ cũng đồng thời chạy do đó m nó không còn thời gian chết trong quá trình đảo
chiều dòng điện, vì vậy độ tác động l nhanh nhất. Tuy nhiên do hai bộ đều chạy nên sẽ có khẳ
năng có dòng điện xuyên qua hai bộ gây ngắn mạch nguồn cho nên ta phải đa thêm các cuộn
kháng cân bằng để chống dòng ngắn mạch ny.

b.Luật điều khiển
-Bộ biến đổi I(BĐI) lm việc ở
đờng đặc tính (1) có
UdI = Ud0cosI
-Bộ biến đổi I(BĐI) lm việc ở
đờng đặc tính (1) có

UdII = Ud0cosαII
Ta cã:
UdI = UdII
Suy ra
Ud0cosαI = - Ud0cosαII
→ cosαI + cosαII = 0
→ αI + αII = 180 (LuËt phối
hợp điều khiển )

2= 0


(2) 30

(1)

1= 0

60
90

uc2 uc1

120
150
1=180

180

2= 150

Từ luật phối hợp điều khiển ta thấy rằng khi I < 90 → αII = 180 - αI > 90 do ®ã bé
biÕn ®ỉi I(BB§I) lμm viƯc ë chÕ ®é chØnh lu còn bộ biến đổi II(BBĐII) sẽ lm việc ở chế độ
nghịch lu

21

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử cơng suất
VËy khi bé I ch¹y ở chế độ chỉnh lu thì bộ II bao giờ cũng chạy ở chế độ nghịch lu
nhng không có dòng chẩy bộ nghịch lu không chạy nên quá trình nghịch lu chỉ chạy khi
bắt đầu giảm dòng, giảm tốc ®é, ®¶o chiỊu víi t¶i søc ®iƯn ®éng Ed nh− động cơ điện một
chiều

*Ưu điểm của phơng pháp điều khiển chung
- Tốc độ đảo chiều rất nhanh cho phép đảo chiều với tần số cao

*Nhợc điểm
- Khó đảm bảo luật điều khiển vì vậy dễ xẩy ra sự cố
- Cần phải có hai cuộn kháng cân bằng lm tăng kích thớc của thiết bik, nếu
cuộn kháng thiết kế không chính xác thì cũng sẽ gây ra sự cố trong quá trình lm việc
nh cháy van, cháy cuộn kháng

II S NGUYấN Lí

a) Sơ đồ

22

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
C

B

A

Aptomat

+
M
Dg
D

MBA
Dg

Dg

1CC
R1

C1

R2

C2
R2

R2

C2

R1

C2

T4

R1

2CC
R1

C1

T1

C1

R1

C1

T3

T6

2CC

C1

R1

T2

C1

T5
Lcb

Lcb
R1

C1

R1
T4'

T1'

R1

C1

R1

C1

T6'

T3'

R1

C1

R1

C1
T5'

C1

T2'

3CC
Ld

DC
+
Rdieu chinh
Cuon kich tu
-

23

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ỏn in t cụng sut

b) Nguyên lý hoạt động của sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi BBĐ1v BBĐ2 đấu song song ngơch với nhau, có các cuộn
kháng cân bằng Lcb để không cho dòng điện chạy từ bộ BBĐ1 sang bộ BBĐ2. Từng bộ biến
đổi có thể lm việc ở chế độ chỉnh lu hoặc nghịch lu
Nếu góc I l góc mở đối với bộ BBĐ1 v góc II l góc mở đối với bộ BBĐ2 thì sự phối
hợp giữa góc I,, II phải đợc thùc hiÖn theo quan hÖ αI+αII = 180, sù phèi hợp ny gọi l
phối hợp tuyến tính
Giả sử cần động cơ quay thuận ta có BBĐ1 lm việc ở chế ®é chØnh l−u
αI= 0÷90 → UdI > 0, bÊy giê II > 90 BBĐ2 lm việc ở chế độ nghịch lu UdII<0.
Cả hai điện áp UdI v UdII đều đặt lên phần ứng của cuă động cơ M, lúc ny dòng điện chỉ có
thể chảy từ bộ BBĐ1 sang động cơ m không thể chẩy từ bộ BBĐ1 sang BBĐ2 vì các tiristor
không thẻ cho dòng chẩy từ katốt sang anốt động cơ quay thuận
Khi I = II = 90 thì UdI = UdII = 0 động cơ ở trạng thái dừng
Giả sử với góc điều khiển I = 30 II = 150, động cơ quay thuận với uc = uc1, lúc ny
điện áp trên BBĐ1 l UdI = U0cos30 =

3
U0
2

BB§1 lμ UdII = U0cos150 = -

3
U0

2

VËy BBĐ1 lm việc ở chế độ chỉnh lu còn bộ BBĐ2 lm việc ở chế độ nghịch lu
Nếu cần giảm tốc độ quay của động cơ ta có uc = uc2 víi gãc më αI = 60 → αII = 120 lúc
ny điện áp trên BBĐ1 l UdI = U0cos60 =

1
U0
2

BBĐ1 l UdII = U0cos150 = -

1
U0
2

Do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị số tơng ứng với
trạng thái trớc đó E > UdI bộ BBĐ1 bị khoá lại. Mặt khác E > UdII nên BBĐ2 lm việc ở ché
độ nghịch lu phụ thuộc trả năng lợng tích luỹ trong động cơ về nguồn, lúc ny dòng điện
phần ứng động cơ đảo dấu chẩy từ động cơ M vo BBĐ2, động cơ hÃm tái sinh tốc độ giảm
xuống đến giá trị tơng ứng UdI động cơ quay ngợc
Nếu cho điện áp điều khiển uc < 0 thì BBĐ2 lm việc ở chế độ chỉnh lu, còn BBĐ1 lm
việc ở chế độ nghịch lu phụ thuộc.

III S MCH IU KHIN

a. Nguyên tắc điều khiển

24

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Đồ án điện tử công suất
Trong thùc tÕ nh−êi ta sử dụng hai nguyên tắc điều khiển: Nguyên tắc thẳng đứng tuyến
tính v nguyên tắc thẳng dứng arccos. ở đây ta sử dụng nguyên tắc đièu khiển thẳng đứng
tuyến tính, theo nguyên tắc ny ngời ta dùng hai điện áp
- Điện áp đồng bộ kí hiệu l us đồng bộ với điện áp đặt trên tiristor, thờng đặt vo đầu đảo
của khâu so sánh
- Điện áp điều khiển kí hiệu l ucm (điện áp một chiều có thê điều chỉnh đợc biên độ )
thờng đặt vo đầu không đảo của khâu so sánh
Bấy giờ hiệu điện thế đặt vo khâu so s¸nh lμ ud = ucm – us, khi us = ucm khâu so sách lật
trạng thái ta nhận đợc sờn ra của điện áp đầu ra của khâu so sánh, sờn ny thông qua đa hi
một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều khiển

b.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

c.Các khâu trong mạch điều khiển
Phn ny trỡnh bày về nguyên lí và cấu trúc sơ bộ của từng khâu trong mạch điều
khiển. Cụ thể như sau :

. Khâu đồng pha ĐB:
Khâu này tạo ra một điện áp có góc lệch pha có định với điện áp đặt lên vam lực, phù
hợp nhất cho mục đích này là sử dụng biến áp. Biến áp còn đạt thêm hai mục đích quan trọng
nữa là :
• Chuyển đổi điện áp lực có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch điều khiển có
điện áp thấp.
• Cách li hồn toàn về điện áp giữa mạch điêu khiển và mạch lực .Điều này đảm bảo
an toàn cho người sử dụng cũng như linh kiện của mạch điều khiển.
Do phạm vi điều chỉnh của mạch lực chỉ từ 0 độ cho tới 150 độ nên cuốnơ cấp và thứ

cấp của biến áp đồng pha đều có thể đấu Y.
Sơ đồ biến áp như sau :

25

LUAN VAN CHAT LUONG download : add