(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án môn học điện tử CÔNG SUẤT thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Họ tên sinh viên
Mã sinh viên
Lớp HP
GVHD

Đà Nẵng, tháng 2 năm 2022


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa Điện-Điện
tử

Độc lập - Tự do - Hạnh
phúc
---o0o---

---o0o---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Lớp: 221DADTCS2001
Họ và tên sinh
viên: Nông Văn
Tùng

GVHD: Phạm Thanh Phong

1.Tên đề tài:
Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc
độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2. Các
số liệu ban đầu:
1.
2.
3.
4.

Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 2
Động cơ điện một chiều kích từ độc
Pđm= 15 KW; Uđm=220 V; nđm= 1560
Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8
Hệ số dự trữ dịng điện:

3. Nội dung:
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều
kích từ độc lập và các phương pháp điều chỉnh tôc độ
động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ
bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu cầu ba pha
Chương 3: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch
động lực
Chương 4: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch
điều khiển
Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận
4. Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý

mạch động lực, mạch điều khiẻn và bảo
vệ
5. Tài liệu tham khảo:

Các tài liệu môn học
Kiểm tra tiến độ đồ án
(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đến



Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG
CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
I.

Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1. Khái niệm:

Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều
Động cơ điện một chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng
Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dịng điện Iư ngược
chiều với E
Động cơ 1 chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thơng vận
tải và những nơi có u cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng

Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính cơ M c(ω) của máy
sản xuất.
Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mơ men, dịng điện
động cơ,…cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng.
Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử
dụng như loạt số liệu cho trước.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay
dạng ngược ω = f(M).
2. Cấu tạo và hoạt động:

2.1. Cấu tạo:
Gồm có 2 phần chính là Stato và Roto.
2.1.1. Stato:
Stato còn gọi là phần cảm gồm có lõi thép bằng thép đúc là mạch từ vừa là vỏ máy, trên đó có
các cực từ chính, cực từ phụ và dây quấn kích từ
2.1.2. Rơto:
Roto của máy điện một chiều (phần ứng) gồm có lõi thép, dây quấn phần ứng và cổ góp

SVTH: Nơng Văn Tùng

1


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một
chiều 2.2. Nguyên lý hoạt động:
Khi ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than thì do dịng điện chỉ đi vào thanh

dẫn dưới cực N và đi ra các thanh dẫn dưới cực S nên dưới tác dụng của từ trường
sẽ sinh ra 1 moment có chiều khơng đổi làm quay máy. Chiều của lực điện từ được
xác định theo qui tắc bàn tay trái.
Bộ phận chỉnh lưu ( chổi than cổ góp ) sẽ đảo chiều dịng điện sau nửa vòng quay.
Kết quả là phần bên trái của cuộn dây thì dịng điện ln đi ra phía sau phần bên
phải cuộn dây thì dịng điện ln đi ra phía trước nên moment lực tạo ra ln
hướng về một chiều quay
Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần ứng chuyển động trong từ trường của
phần cảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm ứng, sinh ra dòng cảm
ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng. Vì thế sức điện động cảm ứng
này cịn gọi là sức phản điện.

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều
3. Đặc điểm:

SVTH: Nông Văn Tùng


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.
Khi nguồn có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng đổi thì có thể mắc kích từ
song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích
từ song song. Ở đây động cơ kích từ song song được coi như kích từ độc lập nên
ta coi hai động cơ này như nhau.
Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cấp
điện từ một nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng. Ở động cơ
điện một chiều kích từ song song thì cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi

cùng một nguồn. Trường hợp này mà nguồn điện có cơng suất lớn hơn nhiều so
với cơng suất cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập.

Hình 1.3. Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều
a) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập
b) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song
4. Phương trình đặc tính:

4.1. Phương trình cân bằng điện áp :
Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư )
Trong đó:

Uư – Điện áp phần ứng (V).
Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động cơ (Ω).
Bao gồm:
rư – Điện trở cuộn dây phần ứng;
rcf – Điện trở cực từ phụ;
rcb – Điện trở cuộn bù (nếu có);
rct – Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp rcf.

SVTH: Nơng Văn Tùng


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Rf – Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω).
Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A).
Eư – Sức điện đồng phần ứng động cơ (V).

Được xác định theo công thức:

Eư = K Ф ω

pN
Với: p – Số đôi cực từ chính.
N – Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a – Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng.
Ф– Từ thơng kích từ dưới một cực từ (Wb)
Phương trình đặc tính cơ:

ω=

Momen điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thông Ф và dịng điện phần ứng Iư:
M

= KФIư

4.2. Phương trình đặc tính cơ điện:

Từ phương trình chính, cơng thức tính sức điện động, công thức thể hiện mối quan
hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng Iư. Ta được phương trình đặc tính cơ điện:

ω=
Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω là một hàm của momen M được gọi là
phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Nếu dùng đơn vị tốc độ là vịng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành:

n=ω .9,55

(

n = 9,55 KФ

Uư −

( KФ

RưΣ

)2

.M

)

a) Tốc độ góc định mức:
ω đm = 2π.nđm

U −I

KФđm =

đm

ω

R
đm ư

đm

SVTH: Nông Văn Tùng

4


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

b) Tốc độ động cơ:

ω

ω= 0-∆ω=
 Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

ω=

Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng
cách thay đổi các đại lượng Rư ,U, .
Điều khiển tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động
nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Để đánh giá chất lượng
của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:
 Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc
độ đặt và được đánh giá thông qua:

❑ − ¿ ¿
d

❑ d x100

S%=

Mong muốn: sai số

đ

=

s% càng nhỏ càng tốt.
 Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh)

= i + 1/ i
i
i

+1

+1

i : hệ thống điều khiển liên tục
i : hệ thống điều khiển nhảy cấp

Mong muốn 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá
trong suốt dải điều chỉnh.
 Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá

trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:
❑

D= ❑Max
Min

Mong muốn D càng lớn càng tốt
Ngồi ra cịn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước.
5. Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:

Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần
ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là những
đường thẳng.


SVTH: Nông Văn Tùng

5


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

a)

b)
hình 1.4. Đường đặc tính
a) Đường đặc tính cơ-điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
b) Đường đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập

II. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:

1. Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc điện trở phụ R f :
- Nguyên lý điều khiển

Trong phương pháp này người ta giữ Uư =Uđm ; Ф=Фđmvà nối thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.
Tốc độ động cơ:

ω

ω= 0-∆ω=

ω
ω

(Rn)
Rf1
Rf1 + Rf2

Hình 1.5. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:
ω0=

Uđm

=const
K Фđm

Độ cứng đặc tính cơ:
β=

SVTH: Nơng Văn Tùng

6


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do
đó càng mềm hơn
Khi Rf =0 thì độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:
(

)

|βtn|= K Φđm 2
R

βtn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc

tính có điện trở phụ. Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn
đặc tính cơ tự nhiên.
Đặc điểm của phương pháp
Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ
càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.
Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định
mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).
Chỉ áp dụng cho động cơ điện có cơng suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện
trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện

trong cần trục.
Đánh giá các chỉ tiêu
+ Tính liên tục: phương pháp này khơng thể điều khiển liên tục được mà phải điều
khiển nhảy cấp.
Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải. Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh
❑
D= Max càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1
❑
Min

Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn.
Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.
2. Thay đổi điện áp phần ứng:

- Nguyên lý làm việc 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.)

Ta có: Rf = 0; Rư

Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: KФ
Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thơng của động cơ
được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí
U
tưởng ω0= KФ ư thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.
R

R

∆ωc =
KФ

Uư

.I=
M
ư
c ( KФ )2 .
c
KФ
ư

- (KФ

Rư

)2

U

= ∆ωC.TN ω =

.M = KФ -KФ

Rư

.Iư


SVTH: Nông Văn Tùng

7


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

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.

Hình 1.6. Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng
thay đổi điện áp mạch phần ứng
Tốc độ không tải lý tưởng:
U

ω0 x= x
K Фđm

Độ cứng đặc tính cơ:
β=

−( K Ф)2
R

=const

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng thì các đường đặc tính cơ song song với nhau độ dốc
của đường đặc tính, số vịng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch và tốc độ động cơ
giảm. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thì chỉ thay đổi được theo chiều
tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã đƣợc thiết kế với Uđm , nên không thể tăng điện áp đặt lên

cuộn dây), phạm vi điều chỉnh hẹp.
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 tồn dải điều
chỉnh. Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm
Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.
Phương pháp này điều khiển với mơmen khơng đổi vì và Iư đều không đổi. Đánh giá chi tiêu điều khiển
Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)
Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các bộ biến
đổi hiện nay đều có cơng suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.
Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1
-

Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc
độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.
SVTH: Nông Văn Tùng


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều
3. Thay đổi từ thơng:
Ta thay đổi dịng kích từ Ikt để thay đổi từ thơng
Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max)
mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể
điều chỉnh theo hướng giảm từ thông tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc
độ định mức.

Hình 1.7. Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thơng

Khi giảm thì:

Tốc độ khơng tải lý tưởng:tăng

U

ω = đm
x
K Фx

0

Độ cứng đặc tính cơ:giảm

−( K Ф )

β=

x

2

Rư

Ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.
Ta nhận thấy rằng khi từ thơng thay đổi thì:
Dịng điện ngắn mạch khơng đổi:

-

Mơmen ngắn mạch thay đổi:
Khi ta giảm từ thơng thì tốc độ động cơ tăng lên và độ cứng của đặc tính cơ giảm.

Nhưng nếu cứ tiếp tục giảm dịng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ khơng tăng
được nữa vì do mơmen điện từ của động cơ giảm. Phương pháp thay đổi từ thông để
điều chỉnh theo chiều tăng ( từ tốc độ định mức ), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao
điều chỉnh nhỏ(ưu) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức(nhược). Do vậy
thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh.
Đặc điểm của phương pháp:
Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.

SVTH: Nông Văn Tùng


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định
mức. Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.
Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển
với công suất không đổi.
Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển
Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên.
Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn trong dải
điều chỉnh D = 3 :1
Tính liên tục: vì cơng suất của cuộn dây kích từ bé, dịng điện kích từ nhỏ nên
ta có thể điều khiển liên tục với 1
Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh
tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ = (1
– 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).

-



GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều
chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương
pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

BI.

Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng:
Để điều chỉnh được điện áp động cơ một chiều đòi hỏi phải có một nguồn riêng có
U điều chỉnh được. Ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều,
các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… vì là nguồn có cơng suất hữu hạn so với
động cơ 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.

Hình 1.8. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều khiển điện
áp phần ứng
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:
Eb −Eư =Iư (Rb + Rưđ )

ω=

M

ω=ω0 . Uđk−| β|

SVTH: Nông Văn Tùng

10

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.9. Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp
Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp,
nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với q trình giảm
tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh. Chẳng hạn, cũng trên hình 1.9, động cơ
đang làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ωA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1.
Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3. Lúc này động cơ chuyển điểm làm
việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với ωA=ωE).
Vì ωE lớn hơn tốc độ khơng tải lý tưởng ω03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm
việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3.
Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thơng của động cơ
được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí
U
tưởng ω0 = K Φ 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. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi
yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động. Khi mômen tải là định mức thì các
giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

ω =ω
max

ω =ω
min

−

0 max

−
0 min

Để thoả mãn khả năng q tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có
mơmen ngắn mạch là: M nmmin=M cmax=K M M đm. Trong đó K M là hệ số quá tải về
mơmen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa
về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:



Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.10. Đặc tính cơ q trình thay đổi điện áp
-

ω
M
K
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 0 max, đm, M là xác định, vì vậy phạm
vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng. Khi điều chỉnh điện
áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch
phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ
bộ được:
1

ω0 max .|β| M
≤10
đm

-

-

Vì thế tải có đặc tính mơmen khơng đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng
không vượt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính
xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không
thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động
một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ
cứng có đặc tính cơ trong tồn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ
đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh. Hay nói cách khác,
nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá
giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn
sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số tương đối của tốc độ ở đặc
tính cơ thấp nhất là:
ω −ω
s= 0 min min = ∆ ω
ω 0 minω0 min

s=

M đm

≤ scp

|β|ω0 min

-

-

Vì các giá trị M đ m, ω0 min, Scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ
cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm việc này,
trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vịng kín.
Trong suốt q trình điều chỉnh tốc độ và mơmen nằm trong hình chữ nhật bao
bởi các đường thẳng ω=ωđ m, M =Mđ m và các trục tọa độ. Tổn hao năng lượng

SVTH: Nông Văn Tùng

12


Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi
trong hệ.
Eb =Eư + Iư (Rb + Rưđ )
I ư Eư =Iư Eư + I
-

2
ư

(Rb + Eưđ )

Nếu đặt Rb +Eưđ=R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:
ηư =

- Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mơmen do động cơ sinh ra đúng bằng mômen tải
trên trục: M ¿=M¿c và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là M ¿c=(ω¿)x thì:

η =
ư

ω ¿
ω¿+ R¿ .( ω¿)x−1


SVTH: Nông Văn Tùng

13


Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển
Phong

GVHD: T.S Phạm Thanh

CHƯƠNG 2
LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
I.

Chỉnh lưu không điều khiển:

4. Sơ đồ và dạng sóng:

Hình 2.1. Sơ đồ

chỉnh lưu cầu ba pha

khơng điều khiển

Hình 2.2. Dạng sóng của sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
không điều khiển
5. Nguyên lý hoạt động:

Khi θ1 < θ < θ2: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6, D1).
Khi θ2 < θ < θ3: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D2 mở (D1, D2).
SVTH: Nông Văn Tùng


Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Khi θ3 < θ < θ4: Điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2, D3).
Khi θ4 < θ < θ5: Điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3, D4).
Khi θ5 < θ < θ6: Điện áp pha c cao nhất, pha a thấp nhất D4, D5 mở (D4, D5).
Khi θ6 < θ < θ7: Điện áp pha c cao nhất, pha b thấp nhất D5, D6 mở (D5,
D6). Ta có:
Điện áp trung bình ở lối ra là: Utb = 2,34Up
6. Thông số của sơ đồ:

Điện áp trung bình trên tải

Udtb =
Trị dịng điện trung bình qua tải

Id =

U d
R
d

Mỗi diode dẫn điện trong khoảng thời gian

1
3 chu kỳ của điện áp nguồn. Do

đó, trị trung bình dịng điện qua diode

I

IDtb = 3d
Trị số dịng điện hiệu dụng
I

Điện áp ngược cực đại của van

IDhd = √3d

UND = √2 √3U2f = 2,45.U2f =
Công suất biến áp

S1 BA +S2 BA

SBA =

(2,452,34 )U

d

= 1,05UdId

2

Số lần đập mạch trong một chu
kì m = 6
AI. Chỉnh

lưu có điều khiển đối xứng:

7. Giới thiệu:

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia
ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Thyristor T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba
pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, cịn T2, T4, T6 là một chỉnh lưu tia cho ta
điện áp âm (-) tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha.


SVTH: Nông Văn Tùng


Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 2.3. Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng
8. Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng:

Hình 2.4. Giản đồ các đường cong cơ bản chỉnh =60lưucầu,
=90bapha
điều khiển đối xứng và điện áp tải khi góc mở
0

0

Dịng điện chạy qua tải là dịng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm
cần mở Thyristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod
(+), một xung ở nhóm catod (-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình cần mở Thyristor T1 của pha
A phía anod, chúng ta cần cấp xung X1, đồng thời tại đó ta cấp xung X4 cho Thyristor T4 của
pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Cần chứ ý rằng các thứ tự cấp xung
điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha.
SVTH: Nông Văn Tùng

16


Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển

GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp
dương hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng thời gian t1 ÷ t2 pha A có điện áp

dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thơng T1, T4 dịng điện được chạy từ A về
B.
Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm
này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điều nay có thể thấy
rõ trong khoảng t1 ÷ t3 như trên hình Thyristor T1 nhóm anod dẫn, nhưng trong nhóm catod
T4 dẫn trong khoảng t1 ÷ t2 cịn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ÷ t3.
Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng
điện áp dây khi van khóa. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1, trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện
áp bằng 0, trong khoảng thời gian t3 ÷ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến
khoảng t5 ÷ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA.
Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình trị số điện áp tải được tính
theo cơng thức Ud = Udo.Cosα.
Khi góc mở các Thyristor lớn lên tới góc α > 600 và các thành phần điện cảm của tải quá
nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình (khi góc mở các Thyristor α =
900 với tải thuần trở). Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do
các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đường nét mảnh trên
giản đồ Ud của các hình vẽ), cho tới khi các điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân
cực ngược nên chúng tự khóa.
Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần phải
mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây khơng ít khó khăn khi chế tạo, vận hành
và sửa chữa. Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển khơng đối xứng.
Điện áp trung bình trên tải:

3

Ud = π

√6

.U2.cosα

Trị dịng điện trung bình qua tải:

Id =
BI.

U −E
d

R

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng:

9. Giới thiệu:

Loại chỉnh lưu này tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không
điều khiển.

SVTH: Nông Văn Tùng

17