Đề tài " Thiết kế chỉnh lưu cầu 3 pha điều kiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập " Chương 1&2 docx

TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Lời nói đầu
Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong cạc lỉnh vực điện, điện tử,
tin học trong nhửng năm gần đây đả ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực
tiển và ứng dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều lỉnh vực khác nhau.
Đặc biện là lỉnh vực điều khiển tự động và các dây truyền công nghiệp thép kín
ra đời trong đó có lỉnh vực điều khiển động cơ điện.
Điều khiển động cơ điện một chiều là một lỉnh vực không mới và được ứng
dụng rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều các phương
điều khiển. Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử đơn
giản và các phương pháp điều khiển được học. Em được giao nhiệm vụ”
THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ”.
Nội dung đề tài bao gồm các chương:
 Chường I: Tổng quan về động cơ điện một chiều và cá phương pháp
điều chỉnh tốc độ.
 Chương II: Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Thiết kế sơ đồ
nghuyên lý hệ chỉnh lưu động cơ điện một chiều (hệ T-D) kích từ độc
lập.
 Chương III: Tính toán và thiết kế mạch động lực.
 Chương IV: Tính toán thiết kế mạch điều khiển và mạch bảo vệ.
Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh
khỏi những sai xót. Mong thây cô và các bạn giúp đồ án của em hoàn thiện
hơn.
Với sự giúp đở hết sức tận tình của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là
cô giáo TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH. Đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ này
một cách tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơm!

Giáo viên hướng dẩn Sinh viên thực hiện
Trương Thị Bích Thanh Lê Xuân Trung

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
1.1.1 Khái quát chung:
Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trọng một
phạm vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt, thiết bị đơn
giản hơn và rẻ tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha.Vì một số ưu
điểm như vậy cho nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong
công nghiệp, trong giao thông vận tải….
1.1. 2. Cấu tạo của độn cơ điện một chiều.
Động cơ điên một chiều chia thành 2 thành phần chính:
- phần tỉnh( stato).
Gồm các bộ phận như sau:
Cực chỉnh từ: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lỏi sắt cực từ và dây quấn kích
từ.
+ Lỏi sắt cực từ làm bằng lá thép kỹ thuật điện dày( 0,5-1)mm ép lại và tán chặt.
+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bóc cách điện.
Trong các máy có công suất nhỏ cực từ chính là một nam châm vinh cửu. Còn
trong máy có công suất lớn cực từ là nam châm điện.
Cực từ phụ đặt giửa cực từ chính dùng để cải thiện trình trạng làm việc cảu máy
điện và đổi chiều.
+ lỏi thép cực từ phụ có thể là một khối hoạc được gép bằng các lá thép tùy theo
chế độ làm việc.
Xung quanh cực từ phụ được đặt giây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ
được nối với dây quấn phần ứng.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.

- Phần quay(roto)
Bao gồm các bộ phận sau:
+ lỏi thép phần ứng: dùng để dẩn từ, thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện
dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng
điện xoáy gây lên.
Trong máy điện nhỏ lỏi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục còn tong máy
điên lớn giửa trục và lỏi sắt có giá roto.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua, nó
thường được làm bằng đồng bọc cách điện.
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Cơ cấu nối than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
1.1.3. phân loại động cơ điện một chiều.

Cũng như máy phát, động cơ điện củng được phân loại theo cách kích thích từ
thành các động cơ sau:
- Động cơ điện kích từ độc lập:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có quộn kích từ được câp điện từ một
nguồn điện ngòai độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.
- Động cơ kích từ nối tiếp:
Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
- Động cơ kích từ hổn hợp:
Gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp
trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.
1.1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một
chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần
ứng
có

dòng điện I
ư
. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu
lực
F
đt
tác dụng làm cho rôto
quay.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho
nhau,
do có
phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi,
đảm
bảo
động cơ có chiều quay không đổi.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện
động
E
ư

Ở động cơ điện một chiều sức điện động E
ư
ngược chiều với dòng điện I
ư
nên
sức điện đông E
ư
còn được gọi là sức phản
điện.
Phương trình điện là:

.
u u u
U E R I= +
1.1.5.phơng trình đặc tính cơ:
Để điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì ta phải
phân tích, tìm các mối quan hệ giữa tốc độ với các thông số khác của động cơ để
từ đó đưa ra phương pháp điều khiển. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì
dòng kích từ độc lập với dòng phần ứng.Vì được nuôi bởi hai nguồn một chiều
độc lập với nhau.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 1-1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập
Theo hình 1 ta viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng :
U
ư
=E
ư
+ ( R
ư
+ R
f
)I
ư
(1)
Trong đó: U
ư
: Điện áp đặt lên phần ứng động cơ(V).
E
ư
: Sức điện động phần ứng (V)

R
ư
: Điện trở của mạch phần ứng (Ω)
R
f
: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
I
ư
: Dòng điện mạch phần ứng (Α)
Với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+r
b
+ r
ct
Trong đó : r
ư
điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)
R
cf
: Điện trởcuộn cực từ phụ(Ω)
R
b
: Điện trở cuộn bù ( Ω)
R
ct

: Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω)
• Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thưc sau:

2
u
PN
E
a
ωφ
π
=
(2)
Trong đó : p : Số đôi cực từchính
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 mỗi cực từ(wb)
ω: Tốc độ góc (rad/s)
K = : Hệ số cấu tạo động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) thì

. .
u e
E k n
φ
=
(3)

= =
Vì vậy :
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Với : : Hệ số sức điện động của động cơ.
.
Thay (1) và (2) và biến đổi ta được : ; (4)
Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.Mặt khác, mômen điện
từ: M
đt=
. (5)
Nếu bỏ qua tổn thất trong các ổ trục, tổn thất tự quạt mát và tổn thất trong thép thì
mômen cơ trên trục của động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, tức là :
M
đt
= M
cơ
=M
Vậy phương trình đặc tính cơ của động cơ là :
( 6)
Biểu thức (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập .
Không xét đến ảnh hưởng của phản ứng phần ứng ngang trục làm giảm từ thông
Ø của động cơ tức là xem Ø=const thì quan hệ ω=f(M,I) là tuyến tính.

Hình 1-2 đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Từ đồthị ta có : khi I
ư
= 0 hoặc M =0 ta có:
(7)

ω
0
: được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ, khi ω=ω
0
ta có:

u nm
u f
U
I I
R R
= =
+
(8)
Và M = k (9)
I
nm
, M
nm
: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Mặt khác : phương thình đặc tính (4) và (6) cũng có thể viết dưới dạng:
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

0
u
u
U
R
I

k k
ω ω ω
φ φ
= − = − ∆
(10)

( )
0
2
u
U
R
M
k
k
ω ω ω
φ
φ
= − = − ∆
(11)
Vì : ta suy ra từ (5)
Trong đó : R = R
ư
+ R
f
,

( )
2
u

R R
I M
k
k
ω
φ
φ
∆ = =
(12)
Δω: được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trịcủa M (hay I) , ta có thể biểu diễn
đặc
tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối với điều kiện từ thông là
định
mức (Ø =Ø
đm
).
Trong đó:
* * * *
0
; ; ;
dm dm cb
I M R
I M R
I M R
ω
ω
ω
= = = =
;
( R

cb
=U
đm
/ I
đm
được gọi là điện trở cơ bản )
Từ(4) và (6) ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối
ω*=1- R*I* (13)
ω∗= 1- R*M∗(14)
• Độ cứng của đặc tính cơ:
( )
( )
2
15
nm
k
dM
d R
φ
β
ω
∑
= =
• Công suất (năng lượng điện)
Từ phương trình lý tưởng : IU =(E
ư
+IR
ư
)I (16)
Ta có P

điện
=P
đt
+ΔΡ
Trong đó P
đt
= IE
ư
công suất điện từ.
ΔP =I
2
R
ư
tổn hao công suất cơ trên điện trở phần ứng .
Thực tế :P
điện
=P
đt
+ ΔP
ư
+ ΔP
0
(17)
Với ΔP
0
tổn hao ma sát do sự quay
Từ biểu thức (4) hoặc (6) ta thấy ω là một hàm phụ thuộc R, Ø,U : 〈ω=f(R,Φ,U)
do đó để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
có ba phương pháp điều khiển sau :
- Điều khiển điện trở phụ phần ứng

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
- Điều khiển từ thông kích từ
- Điều khiển điện áp phần ứng
Sau đây ta xem xét từng phương pháp điều khiển một
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
1.2.1 Phương pháp điều khiển bằng điện trở phụ phần ứng (R
f
):
•Nguyên lý điều chỉnh:
Nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch phần ứng
Ta đã phân tích ở trên nên ta có ω= f〈Rf, Ø
kt
, U, giả thiết rằng :Nếu giữ
Ø=Ø
đm
=const ; U= U
đm
= const; R
ư
=const thì ω=f(R
f
)
Muốn thay đổi được giá trị R
f
của mạch phần ứng bằng cách nối tiếp một điện
trở phụ(R

f
) thay đổi được giá trị vào mạch phần ứng. Lúc này ta có : R = R
ư
+ R
f
Từ phương trình đặc tính cơ :
Từ phương trình trên ta thấy : khi tăng giá trị của R
f
thì tốc độ của động cơ giảm,
khi giảm giá trị của R
f
thì tốc độ của động cơ tăng .
Lúc này ta có tốc độ không tải lý tưởng:
0
=cons
.
dm
dm
U
t
k
ω
φ
=
(18).
Còn độ cứng của đặc tính cơ:
( )
2
ar(19)
dm

u f
k
v
R R
φ
β
= =
+
Như vậy khi thay đổi R
f
cho ta một họ đặc tính như sau:
Hình 1-3 : Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở những điện
trở phụ khác nhau
•Nhận xét: Nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời I
nm
và M
nm
cũng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi
động.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện.
- Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.
1.2.2. Phương pháp điều chỉnh bằng từ thông kích từ:
•Nguyên lý điều chỉnh:
Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô men

điện từ của động cơ M = kØI
ư
và sức điện động quay của động cơ E
ư
=kØω.
Hình 1-4: Sơ đồ nối dây điều chỉnh kích từ của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập.
Từ biểu thức (4) và (6) ta thấy ω= f(U, φkt, Rf), nếu giữ U=U
đm
=const và điện trở
phần ứng R
ư
= const (R
f
=0 ) lúc này ω= f(φkt). Để thay đổi được tốc độ ω ta cần
thay đổi Ø
kt
, mà từ thông kích từ do dòng kích từ sinh ra.
Vậy để điều chỉnh Ø
kt
ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, khi điều chỉnh
Ø
kt
ta phải tuân theo điều kiện sau.
Không thể tăng dòng kích từ I
kt
lớn hơn dòng định mức của cuộn dây kích từ vì
nó phá hỏng cuộn kích từ và khi Ø
kt
= Ø

đm
đã bảo hòa rồi, nếu muốn tăng I
kt
thì
Ø
kt
cũng không tăng đáng kể nên ta điều chỉnh bằng cách giảm Ø
kt
.
•Trong trường hợp này ta có:
- Tốc độ không tải lý tưởng:
0
ar
dm
x
U
v
k
ω
φ
= =
- Độ cứng của đặc tính cơ:
( )
2
ar
x
u
k
v
R

φ
β
= =
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế hường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi
từ thông giảm thì ω
x
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có đồ thị đặc tính cơ với ω
x
tăng dần
và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

Hình 1-5 : Đặc tính cơ và cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập khi giảm từ thông.
Từ đồ thị ta nhận thấy khi từ thông thay đổi vơi Ø
đm
>Ø
1
>Ø
2
ta có:
- Dòng điện ngắn mạch : =
- Mô men ngắn mạch: M
nm
= kØ
x
I
nm
= var (M

nm
> M
nm1
> M
nm2
)
Từ đồ thị đặc tính ta thấy ω
0
<ω
1
<ω
2
.Vậy phương pháp điều chỉnh từ thông là
phương pháp điều chỉnh trên tốc độ cơ bản.
•Các chỉ tiêu chất lượng khi giảm từ thông Ø
kt
- Tốc độ không tải lý tưởng: tăng.
- Độ cứng đặc tính cơ : giảm.
- Dải điều chỉnh không rông. : D = 1 : 2
+ Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (Ø=Øđm)
+ Tốc độ lớn nhất ω
max
bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của
động cơ
- Ưu điểm: Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thất năng lượng nhỏ.
- Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8
nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và cộng
nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
1.2.3. Phương pháp điều khiển động cơ điện mợt chiều kích từ độc lập bằng
thay đổi điện áp phần ứng:

Từ phương trình đặc tính cơ (6)
( )
2
u f
u
R R
U
M
k
k
ω
φ
φ
+
= −
Giả thiếtØ = Øđm=const; R
ư
=const; (R
f
=0), M = const. Lúc này ω= f(U
ư
)
Khi thay đổi điện áp phần ứng ta có:
- Tốc độ không tải lý tưởng:
0
ar
u
U
v
k

ω
φ
= =
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
- Độ tính của đặc tính cơ
( )
2
=cons
u
k
t
R
φ
β
=
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng cho ta một họ các đặc tính sau.

Với U
đm
>U
1
>U
2
>U
3
>……………>U
i
Hình 1-6 : Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
khi điện áp phần ứng thay đổi.

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song
song với đặc tính tự nhiên.
•Nhận xét :
- Ưu điểm : + không gây ồn
+ Không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ Dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+Độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh
+ Dễ tự động hóa.
- Nhược điểm: + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi
trơn điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp
•Kết luận : Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp
này càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.
1.2.4. Nuyên lý điều chỉnh:
• Đặc tính điều chỉnh :
Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng một bộ biến đổi, điều chỉnh
được điện áp đầu ra cấp cho mach phần ứng của động cơ.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

Hình 1-7 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ.
Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều
và điều chỉnh được giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu. Điện trở trong của bộ biến
đổi. R
bđ
phụ thuộc vào loại thiết bị, vì thông thường công suất của bộ bến đổi và
động cơ xấp xỉ bằng nhau nên R
bđ
cũng có giá trị đáng kể so với R
ư

của động cơ.
Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế

Hình 1-8 : Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ
Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp.
E
ư
= U
bđ
– (R
bđ
+ R
ư
)I
ư
(20)
Sức điện động của động cơ
E
ư
= kØ
đm
ω (21)
Từ biểu thức (20) và (21) ta có
kØ
đm
ω= U
bđ
– ( R
bđ
+ R

ư
)I
ư
(22)
Từ phương trình (22) ta có phương trình đặc tính cơ điện.

Phương trình đặc tính cơ:

Với : M =kØ
đm
I
ư
Trong đó Ø
đm
là từ thông định mức của động cơ, Ø
đm
= const.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Tốc độ không tải lý tưởng

Độ cứng của đặc tính cơ

Ta thấy tốc độ không tải lý tưởng không phụ thuộc vào M, I mà phụ thuộc vào
U
bđ
.
U
bđ
=k

a
U
đk
Trong đó : k
a
là hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi
U
đk
là điện áp điều khiển
Từ phương trình (23) và (24) ta có đồ thị đặc tính được biểu diễn như sau.

Hình 1-9 : Đồ thị đặc tính cơ điện khi U
bđ
thay đổi
Từ đồ thị ta thấy, khi U
bđ
thay đổi thì ta có những tốc độ không tải lý tưởng khác
nhau, còn độ cứng đặc tính cơ không đổi và đặc tính điều chỉnh dốc hơn đặc tính
tự nhiên.
•Nhận xét :
- Điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả không tải lý tưởng , đặc tính
cơ điều chỉnh tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn phương pháp dùng
biến trở và thay đổi Ø
kt
- Điều khiển phước tạp, vốn đầu tư lớn nhưng nó là phương pháp tốt hơn so với
hai phương pháp trên
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
• Kết luận : Sau khi phân tích ba phương pháp điều khiển nêu trên thì phương
pháp điều khiển bằng thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn cả. Cho nên em chọn

phương pháp làm phương pháp nguyên cứu cho đề tài của em.
1.3. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
KÍCH TỪ ĐỘC LẬP BẰNG THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG.
- Hiện nay trong công nghiệp người ta thường sử dụng ba loại bộ biến đổi sau:
+ Bộ biến đổi máy phát điện một chiều
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển
- Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi đó ta có các hệ truyền động sau:
+ Hệ máy phát – động cơ( F – Đ)
+ Hệ điều chỉnh xung áp – động cơ( XA – Đ)
+ Hệ chỉnh lưu Tiristo – động cơ( T – Đ)
Chương II
TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 3 PHA.
THIẾT KẾ SƠ ĐỒN NGHUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ
ĐIỆN 1 CHIỀU(hệ T- Đ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
2. TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HINH CẦU 3 PHA.
2. 1 giới thiệu về thyristor.
Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẩn P
1
-N
1
-P
2
-N
2
liên tiếp tạo nên ba cực:
anot A, catot K và cực điều khiển G(gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của các lớp
P
1
-N

1
-P
2
-N
2
tạo nên các lớp tiếp giáp J
1
,J
2
,J
3
.
Về lý thuyết có hai loại thyristor:
- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anot.

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 2-1 thyristor
- Thyristor kiểu P hay thyristor có cực G nối với vùng P gần catot.
- Hoạt động của thyristor:
- Thyristor làm việc ở ba trạng thái: đóng – mở – khóa
U
BR
: điện áp ngược đánh thủng
U
BO
: điện áp tự mở của thyristor
U
TO
: điện áp rơi trên Thyristor

I
L
latching
I
H
dòng duy trì.
Hình 2-2 Sơ đồ đặc tính làm việc của thyristor
+ thyristor khóa nếu U
AK
< 0 và sẻ vẩn kháo nếu ta cho U
AK
> 0.
+ thyristor chuyển qua trạng thái từ khóa sang dẩn nếu đồng thời đảm bảo 2
điều kiện: U
AK
> 0, và có dòng điều khiển I
G
đủ mạnh( về cả công suất và
thời gian). Khi thyristor đã dẩn nếu ngắt dòng điều khiển đi( cho I
G
=0) nó sẻ
vẩn dẩn chừng nao dòng điện qua nó lớn hơn một giá trị gọi là dòng duy
trỳ.
- Trong thực tế người ta sử dụng thyristor kiểu N nhiều hơn.
2.2 CHỈNH LƯU THYRISTOR CẦU 3 PHA.
2.2.1 sơ đồ chỉnh lưu cầu thyristor cầu 3 pha.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

Hình 2- 2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

Hình 2-3 Dạng sóng chỉnh lưu cầu 3 pha
2.2.2 Các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha:
- giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

Khi thì U
d0
= 2,34.U
2
- Trỉ số trung bình dòng điện qua van:

- Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc:

- Công suất tính toán mạch MBA nguồn: S
ba
= 1,05.P
d
- Hệ sơ đồ mạch cảu điện áp chỉn lưu Kđm = 0,057 sơ đồ chỉnh lưu 3 pha( H
gồm 6 thyristor chia than hai nhóm)
+ Nhóm catot chung: T
1
,T
3
,T
5
+ Nhóm anot chung: T
2
,T
4

,T
6
.
- Điện áp pha:
=
=
=
Gó mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin (hay thời gian
chuyển mạch tự nhiên).
- Hoạt động của sơ đồ.
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua V
F
= U
2C
,V
G
= U
2b
khi cho
xung điều khiển mơ T
1
. Thyristor mở vì U2a >0. Sự mở của T1 làm cho T5
bị khóa lại một cách tự nhiên và U
2a
> U
2c
, lúc này T
6
và T
1

cho dòng chạy
qua. Điện áp trên tải U
d
= U
ab
=U
2a
= U
2b
.
Khi cho sung điều khiển mở T
2.
Thyristor này mở vì khi T
6
dẩn dòng, nó
đặt U
2b
nên anot T
2
mà U
2b
> U
2c
. sự mở của T
2
làm cho T
6
bị khóa lại một
cách tự nhiên U
2b

> U
2c
.
Các sung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến cực điều khiển của
các thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,2…
Trong mổi nhóm khi 1 Thyristor mở nó sẻ khóa ngay thyristor dẫn dòng
trước nó.
Tóm tắt bảng:
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Giá trị trung bình điện áp tải:

 Nhận xét: Chỉnh lưu cầu thyristor cầu 3 pha là loại được sử dụng nhiều nhất
trong thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện
3 pha, độ đập mạch rất nhỏ(5).
Nếu có dùng biến áp thì gây méo lưới điệ ít hơn các loại trên đông thời công suất
MBA cũng chỉ xấp xỉ bằng công suất tải. công suất mạch chỉnh lưu có thể rất lớn
lên tới hàng trăm kw.
Nhược điểm của nó là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên không
phù hợp vơi điện áp ra tải dới 10V.
2.2.3. Hiện tượng trùng dẫn .
Giả sử T
1
, T
2
đang dẫn dòng . Khi θ = θ
1
cho xung điều khiển mở T
3
, do L

c
≠
0 nên i
T3
không thể tăng đột ngột từ 0 → I
d
và dòng i
T1
cũng không thể giảm đột
ngột từ I
d
→ 0 . Cả ba thyristor T
1
, T
3
, T
5
đều dẫn dòng , hai nguồn e
a
, e
b
nối
ngắn mạch .
Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 đến θ
1
ta có :
2
5
2. sin
6

a
e U
π
θ α
 
= + +
 ÷
 
(2-2)
2
2. sin
6
b
e U
π
θ α
 
= + +
 ÷
 
(2-3)
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
T2
Lc
←
→
Iư
ea
eb
ec

Lc
Lc
ic
2
ac
ee +
Ud
0
1
3
5
6
2
4
α
µ
5;1
1;3
3;5
6;2
2;4
4;6
2
cb
ee +
2
ba
ee +
u2a
u2b u2c

VG
VF
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Điện áp ngắn mạch U
c
= U
b
– U
a
=
6
. U
2
sin(θ + α)
Dòng điện ngắn mạch i
c
được xác định bởi phương trình :
U
c
=
6
. U
2
sin(θ + α) = 2X
c
.
θ
d
di
c

; i
c
=
c
X
U
.2
.6
2
[ cosα – cos(θ + α) ] ; (2-
5)
Hình 2-4 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hiện tượng trùng dẫn .

Hình 2-5 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn .
Dòng điện chạy trong T
1
là i
T1
= T
d
- I
c
;
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
T1
T4
T6
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Dòng điện chạy trong T
3

là i
T3
= i
c
;
Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ
2
và ký hiệu μ = θ
2
– θ
1
là góc trùng
dẫn .
Khi θ = μ , i
T1
= 0 , ta có biểu thức sau :
cosα – cos(μ + α) =
2
.6
2
U
IX
dc
(2-6)
Hình dạng điện áp tải U
d
trong giai đoạn trùng dẫn trong khoảng θ
1
→ θ
2

. T
2
dẫn
dòng , T
1
, T
3
trùng dẫn dòng . Vậy có thể viết các phương trình sau :
e
a
- e
c
- 2L
c

dt
di
T1
= U
d
(2-7)
e
b
– e
c
- 2L
c.
dt
di
T 3

= U
d
(2-8)
i
T3
+ i
T1
= i
T2
= I
d
=const (2-9)
Từ 3 phương trình ta rút ra : U
d
=
2
ba
ee +
- e
c
(2-10)
Do trùng dẫn ( L
c
≠ 0) nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một ∆U
μ
,
và được xác định như sau :
∆U
μ

=
π
.2
6

∫ ∫
+=
+
−
µ µ
θαθ
π
θ
0 0
).sin(.6
3
)
2
( dd
ee
e
ba
b

=
π
.2
63
[cosα - cos(μ+ α) ] (2-11)
Từ đó ta có thể xác định được : ∆U

μ
=
π
c
LX 3
; (2-12)
2.2.4. Nghịch lưu phụ thuộc.
Ta có ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải I
d
và điện áp trung
bình U
d
luôn cùng chiều . Công suất tiêu thụ trên tải P = U
d
.I
d
luôn dương và
chiều của công suất luôn từ phía nguồn xoay chiều chuyển qua tải một chiều , ta
nói bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
Tải
a )
M
N
_
+
Tải
Ud
Id
BBĐ

Công suất P = Ud.Id > 0
b )
M
N
+
_
Ud
Id
BBĐ
Công suất P = Ud.Id < 0
α
u2a
u2b u2c
π
2π
3π
0
U
VG
VF
t
1
3
5
6
2
4 6
2 4
1
3

Utb
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 2-6 : a ) Chế độ chỉnh lưu ; b ) Chế độ nghịch lưu .
Khi tăng góc mở α , giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu U
d
giảm đi
nhưng vẫn còn dương . Tiếp tục tăng α >
2
π
, điện áp chỉnh lưu trung bình đổi
dấu . Cực M trỏ thành âm ( - ) và N thành dương ( + ) , điện áp – U
d
tăng dần đến
khi α = π . Vì điện áp U
d
đổi chiều trong khi I
d
có chiều không đổi nên công suất P
đổi dấu . Điều này có nghĩa là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất
truyền ngược từ phía tải về nguồn . Ta nói bộ biến đổi đã chuyển sang làm việc ở
chế độ nghịch lưu . Lưu ý rằng ở chế độ nghịch lưu , lưới xoay chiều nhận công
suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suất phản kháng và ảnh
hưởng đến dạng sóng , tần số của điện áp xoay chiều ta nói rằng sơ đồ này làm
việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc .
Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tải thì tải phải là một nguồn phát và
điện áp của tải phải lớn hơn điện áp của nguồn để đảm bảo cho van bán dẫn phân
cực thuận

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
ω01

ω’01
Ed0
Ed > 0
Ed = 0
Ed < 0
HN
HTS
ωdm
ω1
Id.gđ
Id.lt
ĐC
Id.blt
Giới hạn ωmax
b )
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 2-7: Sơ đồ dạng sóng của nghịch lưu phụ thuộc .
Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển α > π/2
ta có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là U
tb
< 0 như hình 2-9 .
2.3 SƠ ĐỒ NGHUÊN LÝ HỆ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ
ĐIỆN 1 CHIỀU (HỆ Đ – T) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
2.3.1 Tổng quan về hệ truyền động T-Đ không đảo chiều.
Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor để
làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như các phần
trước ta đã giới thiệu , ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là :
U
d
= U

d0
. cosα ;
Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T – Đ
không đảo chiều là :
ω =
dm
clu
dm
d
K
RR
K
E
φφ
α
+
−
′
cos.
0
. I ;
ω =
2
0
)(
cos.
dm
clu
dm
d

K
RR
K
E
φφ
α
+
−
′
. M ;
ω = ω
0
- ∆ω ;
Trong đó :
ω
0
=
dm
d
K
E
φ
α
cos.
0
là tốc độ không tải lý tưởng , vì lúc đó ở vùng dòng điện
gián đoạn , hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn , tốc
độ không ,tải lý tưởng thực ω
0
sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’

0
như
hình 2-9 .
Vậy , khi thay đổi góc điều khiển α = 0 → π thì E
d0
thay đổi từ E
d0
đến -E
d0
và
ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng toạ
độ [ ω , I ] hoặc [ω , M ] .
I
d.blt
=






−
+
∑
′
m
g
mLfX
E
uBA

d
ππ
π
α
cot1
2
sin.
1
0
;
Trong đó : X
BA
: Điện kháng máy biến áp . f
1
: Tần số lưới .
L
ưΣ
: Điện cảm tổng mạch phần ứng . m : Số pha chỉnh lưu .

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
←
Ed
E
Iư
Id
T
a )
ω
Id
ω0dm

Us
-Usm
Ucm
ωt
Ucm
α
π
2π
α
Us
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 2-10 : a ) Sơ đồ thay thế hệ T – Đ không đảo chiều .
b ) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T – Đ .

Trong vùng dòng điện gián đoạn ( ω’
0
< ω
0
) :









>⇒
∆−−

≤≤⇒
∆−
=
mK
U
m
E
mK
UE
dm
Vm
dm
Vm
π
α
φ
π
α
π
α
φ
ω
)cos(.
0
2
2
0
Trong đó : E
2m
: Biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu .

Đường giới hạn tốc độ cực đại :
ω
gh.max
=
bitd
u
dm
d
I
K
R
K
E
.
0
.
cos.
φφ
α
∑
′
−
2.3. Nguyên tắc điều khiển:
Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau: “ Thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ
dương của điện áp đặt trên thyristor .
4.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:
Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:
- Điện áp đồng bộ ( U
s

) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của
thyristor , thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh .
- Điện áp điều khiển ( U
cm
) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được
biên độ . Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh .
Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là :
U
d
= U
cm
– U
s
;
Khi U
s
= U
cm
thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của
điện áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái
bền ổn định tạo ra xung điều khiển .
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
Rcl
Rư
←
Ucm
ωt
π
UAK
0

Us
α
UAK
Us
2π
Um
-Um
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG

Hình 4-2 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :
Như vậy bằng cách làm biến đổi U
cm
, ta có thể điều chỉnh được thời điểm
xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α .
Giữa α và U
cm
có quan hệ sau :
α =
max
.
s
cm
U
U
π
; Người ta lấy U
cmmax
= U
smax
;

4.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos :
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :
- Điện áp đồng bộ U
s
, vượt trước U
AK
= U
m
Sinωt của thyristor một góc
2
π

U
s
= U
m
Cosωt .
- Điện áp điều khiển U
cm
là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên
độ theo hai chiều dương và âm .
Nếu đặt U
s
vào cổng đảo và U
cm
vào cổng không đảo của khâu so sánh thì :
Khi U
s
= U
cm

, ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so
sánh khi khâu này lật trạng thái .
U
m
Cosα = U
cm
; (3-1)
Do đó: α = arcos(
m
cm
U
U
) ; (3-2)
Khi U
cm
= U
m
thì α = 0 ;
Khi U
cm
= 0 thì α =
2
π
;
Khi U
cm
= - U
m
thì α = π ;
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC

BKC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Hình 4-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss
Như vậy , khi điều chỉnh U
cm
từ trị U
cm
= +U
m
, đến trị U
cm
= -U
m
ta có thể
điều chỉnh được góc α từ 0 đến α .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh
lưu đòi hỏi chất lượng cao.
• Sơ đồ nghuyên lý hệ truyền đông T-Đ:

Hình 2-14 sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T –D.
Bộ biến đổi van thyristor là một loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến
đổi dòng soay chiều thành dòng một chiều. việc điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ
biến đổi, được thực hiện bằng cách điều chỉnh góc mở của van.
Điện áp chỉnh lưu U
d0
( điện áp không tải ở đầu ra) có dạng đập mạch với tần
số đập mạch là n trong một chu kỳ của điện áp sơ cấp của máy biến áp lực.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC
TRƯỜNG ĐHBK – ĐÀ NẴNG
Sơ đô chỉnh lưu cầu n= 2m.(với m là số pha).sơ đồ hình tia n=m.

Giả sử điện áp cấp cho bộ biến đổi van có dạng.
t
Ta đả biết sau một chu kỳ dòng điện và điện áp lặp lại nên ta chỉ cần xét cho một
chu kỳ là đủ, coi điện trở van R
v
=0.
• Sơ đồ thay thế mạch.
Một bộ biến đổi van có thể bao gồm : Máy biến áp lực, tổ van, kháng lọc, thiết
bị bảo vệ và hệ thống điều khiển.
Sơ đồ thay thế có dạng như sau:

Hình 2-15 Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thyristor đông cơ điện một chiều
Khi van dẩn ta có phương trình:
-
Với : =
=
• Nhận xét:
- Ưu điểm: Hệ( T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít, kích thước và
trọng lượng nhỏ, không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ
số khếch đai lớn, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự
động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các
đặc tính động của hệ thống.
- Nhược điểm: Do các van bán dẩn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu
ra có độ đập mạch cao, khả năng linh hoạt và chuyển trạng thái làm việc
không cao, gây tổn thất phụ và làm sấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp.
- Khắc phục: thiết kế truyền động van cố gắng làm hẹp vùng dòng gián đoạn
bằng cách nối kháng lọc đủ lớn, tăng số lần đập mạch, nối van đệm.
GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH: LÊ XUÂN TRUNG – 11D1CLC