ĐỀ tài THIẾT kế bộ CHỈNH lưu HÌNH TIA BA PHA để điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ điện một CHIỀU KÍCH từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐƠ ÁN ĐIỆN

TỬ CƠNG
ŚT
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA
PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN
MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
GVHD

: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI

SVTH

: Hà Tiến Đạt

LHP

: 221DADTCS2002

MSV

: 1911505510210

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật
Khoa Điện – Điện tử
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT

NAM

Độc lập - Tự do
- Hạnh phúc
---o0o---

NHIỆM VỤ ĐÔ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Họ và tên sinh viên: Hà Tiến Đạt
Lớp: 19TDH2
GVHD: Võ Khánh Thoại
1. Tên đề tài:
Thiết kế bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
2. Các số liệu ban đầu:
1. Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 220/380V
2. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Pđm= ......13..... KW; Uđm=220 V; nđm= ....1400... vg/ph; ηđm= ...0,84...; J=…
0,54… kgm2
3. Hệ số dự trữ điện áp:
Ku= 1,5 ÷ 1,8
Hệ số dự trữ dịng điện:
Ki= 1,1 ÷ 1,4
3. Nội dung
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp

điều chỉnh tốc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ bằng cách thay đổi điện
áp phần fíng
Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu tia ba pha
Chương 3: Thiết kế và tính chọn các phần tfí mạch động lực
Chương 4: Thiết kế và tính chọn các phần tfí mạch điều khiển
Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận
Chương 6: Mô phỏng mạch trên Matlab/Simulink
4. Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển
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
gặp thông qua đồ án)

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 02 năm 2022
Giảng viên hướng dẫn

Vo Khánh Thoại


ĐÔ ÁN ĐIỆN TƯ CÔNG

GVHD: ThS. VO KHÁNH

LỜI MƠ ĐẦU
Ngày nay, điện tfí cơng suất đã và đang đóng một vai trị rất quan trọng trong q
trình cơng nghiệp hố đất nước. Sfí dụng fíng dụng của điện tfí cơng suất trong các hệ
thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tfí bán dẫn và việc dễ dàng
tự động hố cho các q trình sản xuất.

Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tfí cơng suất đem lại hiệu suất cao.
Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường
như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ... Và để đáp fíng được nhu cầu ngày càng khắc
khe của nền cơng nghiệp thì điện tfí cơng suất ln phải nghiên cfíu, phát triển để ra giải
pháp tối ưu nhất. Đặc biệt trong cuộc cách mạng cơng nghệ 4.0 thì tự động hóa trong
cơng nghiệp có vai trị hết sfíc quan trọng.
Do đó các nhà máy, phân xưởng cần phải có các thiết bị tự động địi hỏi sự bền bỉ,
độ an tồn, chính xác cao. Đó là nhiệm vụ của điện tfí cơng suất cần phải giải quyết.
Trong nền công nghiệp hiện đại ngày nay, động cơ điện một chiều vẫn được coi là một
loại máy điện rất quan trọng. Mặc dù động cơ điện xoay chiều có tính ưu việt hơn như cấu
tạo giản đơn, cơng suất lớn… Nhưng khơng thể hồn tồn thay thế được động cơ điện
một chiều.
Đặc biệt là trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng
như máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện. Vì vậy việc điều khiển động cơ điện
một chiều một cách ổn định, chính xác là một trong những nhiệm vụ của điện tfí cơng
suất. Ở đồ án này, em xin trình bày một trong những phương pháp điều khiển động cơ
điện một chiều. Đó là “Thiết kế bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ
điện một chiều kích từ độc lập”

SVTH: HA TIEN


LỜI CẢM ƠN
Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thfíc về điện tfí
cơng suất là một điều cần thiết. Đồ án môn học điện tfí cơng suất là một cơng cụ hữu hiệu
để em bổ sung, mở rộng và tổng kết kiến thfíc căn bản về điện công suất.
Qua đồ án môn học Điện tfí cơng suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba
pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập", đã giúp em hiểu rõ hơn về:
động cơ điện một chiều, Thyristor, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển, vi
mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính tốn các thơng số của các linh kiện

trong mạch.
Với sự hướng dẫn của thầy: ThS.Võ Khánh Thoại em đã tiến hành nghiên cfíu và
thiết kế đề tài. Mặc dù vậy, trong quá trình thực hiện đồ án chắc chắn khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Nếu có sai sót kính mong thầy và các bạn góp ý để em hồn thiện hơn và
có cơ hội bổ sung vào vốn kiến thfíc của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!!!


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do sinh viên tự thực hiện dựa vào việc tham khảo một số tài liệu
và khơng sao chép tài liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự lận nào
tơi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện

Hà Tiến Đạt


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐAU
1
LỜI CẢM ƠN
2
LỜI CAM ĐOAN
3
MỤC LỤC
4
DANH MỤC HÌNH ẢNH
10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU

CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHAN ỨNG 12
1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập...................................................
1.2. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều.......................................................... .....
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ............................................................ .....
1.3.1. Điều chỉnh R phần fíng bằng cách mắc điện trở phụ Rf..............................................
1.3.2. Thay đổi điện áp phần fíng.........................................................................................
1.3.3. Thay đổi từ thơng.......................................................................................................
1.4. Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần fíng..........................................
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU
25
2.1. Tổng quan về chỉnh lưu tia ba pha............................................................................ .....
2.2. Chỉnh lưu không điều khiển...................................................................................... .....
2.2.1. Sơ đồ và dạng sóng.....................................................................................................
2.2.2. Ngun lý hoạt động...................................................................................................
2.2.3. Thơng số.....................................................................................................................
2.3. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển........................................................................... .....
2.3.1. Sơ đồ và dạng sóng.....................................................................................................
2.3.2. Hoạt động của sơ đồ khi tải thuần trở.................................................................... .....
2.3.3. Thông số.....................................................................................................................
2.4. Hoạt động của tải điện cảm....................................................................................... .....
2.4.1. Giới thiệu....................................................................................................................


2.4.2. Thơng số.....................................................................................................................
2.5. Chỉnh lưu có điều khiển khi có diode xả năng lượng.....................................................


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHAN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC...31
3.1. Sơ đồ mạch động lực................................................................................................ .....

3.2. Nguyên lý hoạt động......................................................................................................
3.3. Tính chọn thyristor........................................................................................................
3.4. Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu.............................................................................. .....
3.4.1. Tính cơng suất biểu kiến của máy biến áp............................................................. .....
3.4.2. Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp...................................................................... .....
3.4.3. Điện áp pha thfí cấp của máy biến áp.................................................................... .....
3.4.4. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp........................................................ .....
3.4.5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp........................................................ .....
3.5. Tính sơ bộ mạch từ........................................................................................................
3.5.1. Tiết diện sơ bộ trụ.......................................................................................................
3.5.2. Đường kính trụ...........................................................................................................
3.5.3. Chọn loại thép.............................................................................................................
3.5.4. Chọn tỷ số...................................................................................................................
3.6. Tính tốn dây quấn........................................................................................................
3.6.1. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp.............................................................. .....
3.6.2. Số vịng dây mỗi pha thfí cấp máy biến áp............................................................ .....
3.6.3. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp................................................... .....
3.6.4. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp.................................................................... .....
3.6.5. Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn sơ cấp......................................................... .....
3.6.6. Tiết diện dây dẫn thfí cấp máy biến áp.................................................................. .....
3.6.7. Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn sơ cấp......................................................... .....
3.7. Kết cấu dây dẫn sơ cấp............................................................................................. .....
3.7.1. Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp................................................
3.7.2. Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp.......................................................................... .....
3.7.3. Chọn số lớp.................................................................................................................
3.7.4. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp......................................................................... .....
3.7.5. Chọn ống cuốn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày.........................................


3.7.6. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp................................................................. .....

3.7.7. Đường kính trong của ống cách điện..................................................................... .....


3.7.8. Đường kính trong của cuộn dây sơ cấp.................................................................. .....
3.7.9. Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp.......................................................... .....
3.7.10. Bề dày cuộn sơ cấp...................................................................................................
3.7.11. Đường kính ngồi của cuộn sơ cấp...................................................................... .....
3.7.12. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp.............................................................. .....
3.7.13. Chiều dài dây quấn sơ cấp................................................................................... .....
3.7.14. Chọn bề dày cách điện giữa sơ cấp và thf í cấp..................................................... .....
3.8. Kết cấu dây dẫn thfí cấp............................................................................................ .....
3.8.1. Chiều cao thực tế của cuộn thfí cấp....................................................................... .....
3.8.2. Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn thfí cấp...............................................
3.8.3. Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thfí cấp......................................................................... .....
3.8.4. Chọn số lớp dây quấn thfí cấp................................................................................ .....
3.8.5. Chiều cao thực tế của cuộn thfí cấp....................................................................... .....
3.8.6. Đường kính trong của cuộn dây thfí cấp chọn a12 = 1,0 (cm)......................................
3.8.7. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thfí cấp.............................................
3.8.8. Bề dày cuộn thfí cấp n12 = 6 (lớp)......................................................................... .....
3.8.9. Đường kính ngồi của cuộn dây thfí cấp................................................................ .....
3.8.10. Đường kính trung bình của cuộn thfí cấp............................................................. .....
3.8.11. Chiều dài dây quấn thfí cấp.................................................................................. .....
3.8.12. Đường kính trung bình các cuộn dây................................................................... .....
3.8.13. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thfí cấp............................................................ .....
3.9. Tính kích thước mạch từ................................................................................................
3.9.1. Với đường kính trụ d = 9 cm, ta có số bậc là 5 trong nfía tiết diện trụ........................
3.9.2. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ........................................................................ .....
3.9.3. Tiết diện hiệu quả của trụ...................................................................................... .....
3.9.4. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ.................................................................... .....
3.9.5. Số lá thép dùng trong các bậc................................................................................ .....

3.9.6. Tiết diện hiệu quả của gông (khq = 0,95)................................................................ .....


3.9.7. Số lá thép dùng trong một gông............................................................................. .....


3.9.8. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ................................................................. .....
3.9.9. Mật độ tự cảm trong gông...................................................................................... .....
3.9.10. Chiều rộng cfía sổ.....................................................................................................
3.9.11. Tính khoảng cách giữa 2 tâm trục........................................................................ .....
3.9.12. Chiều rộng mạch từ............................................................................................. .....
3.9.13. Chiều cao của mạch từ..............................................................................................
3.10. Tính khối lượng sắt và đồng........................................................................................
3.10.1. Thể tích của trụ.........................................................................................................
3.10.2. Thể tích của gơng.....................................................................................................
3.10.3. Khối lượng của trụ....................................................................................................
3.10.4. Khối lượng của gơng................................................................................................
3.10.5. Khối lượng của sắt....................................................................................................
3.10.6. Thể tích đồng............................................................................................................
3.10.7. Khối lượng của đồng................................................................................................
3.11. Tính các thơng số máy biến áp............................................................................... .....
3.11.1. Điện trở cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 75ºC..........................................................
3.11.2. Điện trở cuộn thf í cấp của máy biến áp ở 75ºC.........................................................
3.11.3. Điện trở của máy biến áp qui đổi về thfí cấp........................................................ .....
3.11.4. Sụt áp trên điện trở máy biến áp.......................................................................... .....
3.11.5. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thfí cấp........................................................ .....
3.11.6. Điện cảm máy biến áp qui đổi về thfí cấp............................................................ .....
3.11.7. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp..................................................................... .....
3.11.8. Sụt áp trên máy biến áp....................................................................................... .....
3.11.9. Điện áp trê động cơ khi có góc mở αmin = 10ºC......................................................

3.11.10. Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi về thf í cấp....................................................... .....
3.11.11. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp.............................................................. .....
3.11.12. Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ........................................................ .....
3.11.13. Điện áp ngắn mạch tác dụng.............................................................................. .....


3.11.14. Điện áp ngắn mạch phản kháng......................................................................... .....


3.11.15. Điện áp ngắn mạch phần trăm........................................................................... .....
3.11.16. Dòng điện ngắn mạch xác lập............................................................................ .....
3.11.17. Dịng điện ngắn mạch tfíc thời cực đại............................................................... .....
3.11.18. Kiểm tra máy biến áp thiết kê ́ có đủ điện kháng để hạn chê ́ tốc độ biến thiên của
dòng điện chuyển mạch............................................................................................. .....
3.11.19. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu................................................................................ .....
3.12. Thiết kế cuộn kháng lọc.......................................................................................... .....
3.12.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại................................................................... .....
3.12.2. Xác định các thành phần sóng hài........................................................................ .....
3.12.3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc...................................................................... .....
3.12.4. Thiết kê ́ kết cấu cuộn kháng lọc.......................................................................... .....
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHAN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 49
4.1. Xác định yêu cầu cơ bản........................................................................................... .....
4.1.1. Nguyên tắc điều khiển................................................................................................
4.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đfíng arcos............................................................... .....
4.2. Lựa chọn và thiết kế mạch điều khiển...................................................................... .....
4.2.1. Vi mạch TCA 780.......................................................................................................
4.2.2. Khâu khuếch đại xung................................................................................................
4.3. Phân tích hoạt động của mạch điều khiển................................................................. .....
4.4. Tính chọn các thơng số của các phần tfí mạch điều khiển.............................................
4.4.1. Tính chọn các phần tf í trong khâu khuếch đại xung....................................................

4.4.2. Chọn các phần tfí bên ngồi TCA 780................................................................... .....
4.4.3. Tính tốn máy biến áp đồng pha............................................................................ .....
4.4.4. Tính chọn biến áp xung..............................................................................................
4.4.5. Sơ đồ cả hệ thống hoàn chỉnh................................................................................ .....
CHƯƠNG 5. MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN
64
5.1. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực............................................................ .....
5.1.1. Giới thiệu....................................................................................................................
5.1.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn.............................................................. .....


5.1.3. Bảo vệ quá dòng điện cho van............................................................................... .....
5.1.4. Bảo vệ quá điện áp cho van................................................................................... .....


5.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ.............................................................. .....
5.2. Kết luận.........................................................................................................................
CHƯƠNG 6. MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN MATLAB/SIMULINK
69
6.1. Mô phỏng bộ chỉnh lưu 3 pha tia dùng THYRISTOR...................................................
6.2. Mô phỏng động cơ DC............................................................................................. .....
TÀI LIỆU THAM KHẢO
74


DANH MỤC HÌNH ẢNH


Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
14

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều
15
Hình 1.3. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập
16
Hình 1.4. Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song
16
Hình 1.5. Sơ đồ ngun lý
17
Hình 1.6. Sơ đồ ngun lí nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
18
Hình 1.7. Đường đặc tính
19
Hình 1.8. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần fíng
19
Hình 1.9. Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng
thay đổi điện áp mạch phần fíng
20
Hình 1.10. Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm
từ thơng
21
Hình 1.11. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều khiển
điện áp phần fíng
22
Hình 1.12. Q trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp
22
Hình 1.13. Đặc tính cơ q trình thay đổi điện áp

23

Hình 2 1. Dạng sóng ngõ ra 25

Hình 2.2. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha
Hình 2.3. Dạng sóng
Hình 2.4. Sơ dồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển
Hình 2.5. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải thuần trở
Hình 2.6. Sơ đồ động lực chỉnh lưu tia ba pha điều khiển
Hình 2.7. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải điện cảm
Hình 2.8. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển khi có diode xả năng lượng

26
27
27
28
29
29
30

Hình 3.1. Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ
Hình 3.2. Bố trí cuộn dây biến áp
Hình 3.3. Sơ đồ chỉnh lưu 1 nfía chu kỳ
Hình 3.4. Kết cấu cuộn từ mạch kháng
Hình 3.5. Sơ đồ kết cấu máy biến áp
Hình 3.6. Kết cấu mạch từ cuộn kháng

38
38
39
40
46

31

Hình 4.1. Xác định góc thơng tự nhiên và khoảng dẫn của Thyristor trong chỉnh
lưu ba pha 49
Hình 4.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đfíng tún tính
50
Hình 4.3. Sơ đồ khối điều khiển thyristor
Hình 4.4. Nguyên tắc điều khiển thẳng đfíng arcoss
Hình 4.5. Sơ đồ ngun lý TCA780
Hình 4.6. Sơ đồ vi mạch TCA 780
Hình 4.7. Ký hiệu chân TCA780
Hình 4.8. Vi mạch TCA780
Hình 4.9. Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung
Hình 4.10. Sơ đồ 1 pha điều khiển Thyristor
Hình 4.11. Giản đồ đường cong mạch điều khiển
Hình 4.12. Đặc tính điều chỉnh Ud = f (α )

51
51
52
53
53
54
55
56
56
63

Hình 5.1. Hình dáng và kích thước giới hạn cánh tỏa nhiệt một van bán dẫn 65
Hình 5.2. Mạch R-C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch

66
Hình 5.3. Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới
67
Hình 5.4. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
67
Hình 6 1. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink 69
Hình 6.2. Dạng sóng chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink
70
Hình 6.3. Mơ hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thơng kích từ
khơng đổi
71
Hình 6.4. Chương trình mfile trên Matlab
71
Hình 6.5. Chạy chương trình ta được kết quả của mfile
Hình 6.6. Mơ hình động cơ DC trên Simulink
Hình 6.7. Mơ hình của động cơ một chiều kích từ độc lập trên Simulink
Hình 6.8. Kết quả dạng sóng

72
72
73
73


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ
ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TƠC ĐỘ ĐỘNG CƠ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY
ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
□ Giới thiệu động cơ điện 1 chiều
- Khái niệm

+ Là loại máy điện quay sfí 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 Mc(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 fíng. Mỗi
động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mfíc và được sfí 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).
+ Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thơng
vận tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm
vi rộng. Máy điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động cơ. Khi máy
làm việc ở chế độ máy phát công suất đầu vào là cơng suất cơ cịn cơng suất đầu ra là
công suất điện. Động cơ quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbine gas, động cơ
điesel hoặc là động cơ điện. Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ, công
suất đầu vào là cơng suất điện cịn cơng suất đầu ra là công suất cơ. Cả hai chế độ làm
việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và có dịng điện chạy
qua.
- Mơmen điện từ tính theo cơng thfíc:
-

M = kMΦIư
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:
U = Eư + Rư * Iư
SĐĐ phần fíng động cơ điện một chiều tính theo cơng thfíc:
Eư = kEΦn = kMΦω

1.2. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều
□ Cấu tạo
- Phần tĩnh Stato là một phần đfíng yên của máy.
Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:
+ Cực từ chính:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon
dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối. Cực
từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulơng. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng
cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách
điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối
nối tiếp với nhau.
+ Cực từ phụ:
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép
của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà
cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông.
+ Gông từ:
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy
điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường
dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
+ Các bộ phận khác gồm có:
+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn
hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có
tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ra ngồi.
+ Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lị xo tì
chặt lên cổ góp.
+ Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá.
+ Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ. Sau

khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại.
- Phần quay rotor:
Phần quay gồm có những bộ phận sau:
+ Lõi sắt phần fíng:


Lõi sắt phần fíng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện (thép
hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn
do dịng điện xốy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt
dây quấn vào.
+ Dây quấn phần fíng:
Dây quấn phần fíng là phần sinh ra sfíc điện động và có dịng điện chạy qua. Dây
quấn phần fíng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công
suất dưới vài kW) thường dùng dây có tiết diện trịn. Trong máy điện vừa và lớn, thường
dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rảnh của lõi thép.
+ Cổ góp: là (cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Các bộ phận khác:
+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
+ Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần fíng, cổ góp cánh quạt và ổ bi.

+ Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
- 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 nfía vịng 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 luôn hướng về
một chiều quay.

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều
+ Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần fíng chuyển động trong từ trường của
phần cảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm fíng, sinh ra dịng cảm fíng
ngược chiều với dịng điện đưa vào phần fíng. Vì thế sfíc điện động cảm fíng này cịn gọi
là sfíc phản điện.
+ Dịng điện trong cuộn dây phần fíng tạo ra một từ trường riêng, gây ảnh hưởng
đến từ trường của cuộn dây phần cảm và tạo ra hiện tượng gọi là phản fíng phần fíng.
Phản fíng phần fíng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lfía điện giữa chổi than và
cổ góp cũng như các lá thép trong cổ góp. Cực từ phụ đặt xen giữa các cực từ chính dùng
để hạn chế phản fíng phần fíng. Cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần
fíng.
+ Ở động cơ cơng suất trung bình và lớn, người ta cịn dùng biện pháp tăng khe hở
khơng khí giữa stato và roto và đặt thêm các rãnh ở cực từ chính một cuộn dây gọi là
cuộn bù. Cuộn bù cũng mắc nối tiếp với cuộn dây phần fíng.
+ Động cơ điện một chiều có 2 cực từ chính (hình 1.2) gọi là có 1 cặp cực (p = 1).
Hình 1.2a là động cơ có 2 cặp cực (p = 2).
□ Các trị số định mức
Chế độ làm việc định mfíc của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những
điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng
ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mfíc. Trên nhãn máy thường ghi những
đại lượng sau:
Công suất định mfíc: Pđm (KW hay
W); Điện áp định mfíc: Uđm (V);

Dịng điện định mfíc: Iđm (A); Tốc


độ định mfíc: nđm (vg/ph).