Đồ án điều khiển và giám sát tốc độ động cơ điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển

lOMoARcPSD|16911414

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

DỰ ÁN LIÊN MƠN
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA 2 (PBL2)
ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU SỬ DỤNG VI
ĐIỀU KHIỂN

Giảng viên hướng dẫn: TS. GIÁP QUANG HUY
Sinh viên thực hiện:

HOÀNG QUỐC HUY
NGUYỄN MINH CHUYÊN
ĐỖ THANH NGUN
PHAN ĐÌNH VƯƠNG
LÊ ANH TIẾN
LÊ PHÚ NAM

Nhóm HP / Lớp:

19N32A

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1...................................................................................................................... 2
THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI......................................2
1. Cơ cấu truyền động tải băng chuyền..............................................................................2
2. Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ.......................................................................2
3. Xác định momen quán tính và momen quán tính của hệ và quy đổi.............................3
3.1 Momen quán tính:......................................................................................................3
3.2 Momen quán tính quy đổi về trục động cơ:................................................................4
3.3 Momen tải:................................................................................................................. 4
3.4 Xác định Momen đẳng trị:..........................................................................................5
3.5 Xác định công suất cơ yêu cầu của hệ.......................................................................5
3.6 Kết luận:..................................................................................................................... 7
3.7 Chọn động cơ:............................................................................................................7
CHƯƠNG 2...................................................................................................................... 8
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN......................8
1. Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động:..................................................................................8
1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:.......................................................8
1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:...............................9
1.6 Các trạng thái hoạt động:.............................................................................................9
2. Lựa chọn phướng pháp điều khiển dự kiến và kết luận:..............................................12
CHƯƠNG 3.................................................................................................................... 13
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT..............................................................13
1. Mạch động lực.............................................................................................................13
1.1 Khối biến áp:.............................................................................................................14
1.2 Khối van chỉnh lưu:..................................................................................................14
1.3 Các phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu:................................................................15
1.3 Khối lọc...................................................................................................................... 16

2. Tính tốn mạch động lực:.............................................................................................17

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

2.1 Tính chọn Thyristor:...................................................................................................17
2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu:..........................................................................18
2.3 Thiết kế bộ lọc:.........................................................................................................19
CHƯƠNG 4.................................................................................................................... 21
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN.........................................................21
1. Khái quát mạch điều khiển...........................................................................................21
1.1 Khái quát chung:.......................................................................................................21
1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos:..............................................................21
2. Nguyên lý hoạt động từng khâu trong mạch điều khiển:.............................................21
2.1 Khâu đồng bộ.............................................................................................................21
2.2 Khâu so sánh.............................................................................................................22
2.3 Khâu tạo xung chùm..................................................................................................22
2.4 Khâu khuếch đại và phát xung..................................................................................24
CHƯƠNG 5.................................................................................................................... 25
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK..........................................25
1. Mơ hình tốn học.........................................................................................................25
1.2 Tính các tham số hàm truyền động cơ........................................................................25
1.3 Tính tốn thơng số hàm truyền bộ chỉnh lưu..............................................................26
1.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:................................................................................26
1.5 Tổng hợp mạch vịng điều khiển tốc độ:....................................................................27
2. Mạch mơ phỏng hàm truyền tốn học :.......................................................................27
2.1 Mơ hình hàm truyền tốn học.....................................................................................27
2.2 Kết quả mô phỏng:.....................................................................................................27

3. Mô phỏng nguyên lý (Matlab Simulink) :................................................................28
3.1 Sơ đồ mạch điều khiển...............................................................................................28
3.2 Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ:.............................................................................28
3.3 Kết quả mô phỏng đáp ứng dịng điện:.......................................................................29
3.4 Kết quả mơ phỏng đáp ứng Moment:.........................................................................29
3.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng điện áp phần ứng:...........................................................29
4. Mô phỏng mạch bằng Proteus...................................................................................29

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

4.1 Sơ đồ mạch điều khiển Proteus:................................................................................30
DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG SỐ LI
Hình 1. 1 Mơ phỏng truyền động cho tải băng chuyền................................................2
Hình 1. 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền ...........................3
Hình 1. 3 Đồ thị momen điện từ của động cơ..............................................................5
Hình 1. 4 Đồ thị cơng suất của động cơ.......................................................................7
Hình 1. 5 Hình ảnh thực tế đơng cơ.............................................................................7
Y
Hình 2. 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều............................................................8
Hình 3. 1 Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển...................................................................13
Hình 3. 2 Sơ đồ mạch động lực.................................................................................13
Hình 3. 3 Khối biến áp..............................................................................................14
Hình 3. 6 Sơ đồ mạch lọc LC....................................................................................20
Hình 4. 1 Sơ đồ điều khiển Thyristor........................................................................21
Hình 4. 2 Sơ dồ mạch khâu đồng bộ..........................................................................22
Hình 4. 3 Sơ đồ mạch khâu so sánh...........................................................................22
Hình 4. 5 Sơ đồ mạch tạo xung chùm và tín hiệu kích xung.....................................23

Hình 4. 6 Sơ đồ sóng dạng ........................................................................................23
Hình 4. 7 Sơ đồ mach khâu khuếch đại và phát xung....................................................
Hình 5. 1 Sơ đồ khối hàm truyền động cơ.................................................................25
Hình 5. 2 Hàm truyền bộ điều khiển dịng điện.........................................................26
Hình 5. 3 Mơ hình hàm truyền tốn học....................................................................27
Hình 5. 4 Mơ hình tốn học động cơ bằng matlab.....................................................27
Y
Bảng 3. 1 Thời điểm mở, khóa các van thyristor..................................................................26

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

Tài liệu tham khảo
1. Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins Power Electronics Converters,
Applications, and Design 2003
2. Electric drives - An integrative approach-NED-MOHAN

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành
kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Tự động hóa q
trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống cơng nghiệp trên thế giới nói
chúng và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hóa khơng những làm giảm nhẹ sức lao động của con
người mà cịn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng

sản phẩm.
Trong thời buổi đất nước ta đang bước vào q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa,
động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của xã hội đặc biệt là ngành công
nghiệp sản xuất hiện đại, và trong nhiều lĩnh vực đời sống khơng thể thiếu động cơ điện, vì vậy
các động cơ điện được chế tạo rất đa dạng về chủng lại và ngày càng hiện đại hướng tới giảm
tổn hao về điện năng, tăng hiệu suất và công suất làm việc. Trong các ngành công nghiệp chủ
yếu sử dụng động cơ ba pha với ưu điểm công suất lớn, đáp ứng yêu cầu làm việc của ngành
nghiệp nặng. Tuy nhiên việc điểu khiển và điểu chỉnh tốc độ của động cơ ba pha rất khó đạt
được độ chính xác cần thiết chính vì vậy người ra sử dụng động cơ DC với nhiều ưu điểm hơn,
nhưng cũng như động cơ ba pha, động cơ DC cũng có nhược điểm đó là bộ phần cổ góp dễ
hỏng.
Nhận thấy động cơ DC có nhiều ứng dụng trong thực tiễn liên quan đến bài học trên lớp
cúng với những kiến thức về điện tử công suất, truyền động điện, vi điều khiển, đo lường trong
cơng tác kỹ thuật hiện đại, Nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Điều khiển và giám sát động cơ
điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển”. Em xin cảm ơn Tiến sĩ Giáp Quang Huy đã hướng dẫn
chúng em.
Do việc sắp xếp thời gian để tiến hành nghiên cứu các đồ án chưa được hợp lý và kiến
thức còn thiếu nhiều nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung thêm để đồ án của
chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đồ án gồm các chương:
CHƯƠNG 1: Thiết kế chọn động cơ
CHƯƠNG 2: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện
CHƯƠNG 3: Phân tích và chọn mạch động lực
CHƯƠNG 4: Phân tích và chọn mạch điều khiển
CHƯƠNG 5: Mô phỏng hệ thống trên Matlab Simulink

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
CHƯƠNG 1
THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
1. Cơ cấu truyền động tải băng chuyền

Hình 1. 1 Mô phỏng truyền động cho tải băng chuyền
2. Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ.
Tốc độ dự kiến của băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính của Rulo R = 0,08 (m).Suy ra:
Tốc độ quay của Rulo: (rad/s) = 83,5 (vòng/phút).
Chọn tốc độ của động cơ là 3000(vịng/phút) tương đương với 314(rad/s). Nên ta có tỉ
số truyền :
Tốc độ dài của băng tải :

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
2


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Tốc độ quay của Rulo

Hình 1. 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền .
Dựa vào đồ thị trên Hình 1.2, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau :
Quá trình động cơ chuyển động theo chiều kim đồng hồ :
 Từ 0 đến 2 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ ωM = 0 rad/s đến ωM = 314 rad/s.


Từ 2 đến 8 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ωM = 314 rad/s.



Từ 8 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ωM = 0 rad/s.
Quá trình băng chyền đảo chiều :
 Từ 10 đến 12 giây: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên ωM = 314
rad/s.
 Từ 12 đến 18 giây: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ωM = 314 rad/s.
 Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ωM = 0 rad/s.

3. Xác định momen quán tính và momen quán tính của hệ và quy đổi
3.1 Momen quán tính:
Chọn kích thước dự kến cho cấu trúc của hệ:
- Rulo của băng chuyền có kích thước R = 8 (cm), h = 2 (cm), băng chuyền có tất cả 4
rulo.
- Bánh răng có kích thước h = 2 (cm), Khối lượng vật m = 50 (kg).
Momen quán tính của một Rulo

Vậy 4 rulo có qn tính là:
Momen qn tính của bánh răng có
Momen qn tính của bánh răng có

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
3


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

3.2 Momen quán tính quy đổi về trục động cơ:

 Vậy ta tính được:
3.3 Momen tải:
Momen tải chỉ chịu tác động của lực ma sát, nên Momen tải được tính tốn trong
từng giai đoạn như sau:
 Từ 0 đến 2 giây:

 Từ 2 đến giây 8:

 Từ 8s đến 10s:

 Từ 10 đến giây 12:



Từ 12 đến giây 18:

 Từ 18 đến giây 20:

3.4 Xác định Momen đẳng trị:
 Từ momen điện từ ta có thể tính được momen định mức như sau:

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
4

lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Từ đây ta có đường đồ thị của momen điện từ của động cơ sau khi tính tốn sơ bộ:

Hình 1. 3 Đồ thị momen điện từ của động cơ.



3.5 Xác định công suất cơ yêu cầu của hệ
Công suất của động cơ điện một chiều được xác định qua biểu thức:
Từ 0 đến 2 giây:

 Từ 2 đến giây 8:
 Từ 8s đến 10s:

 Từ 10 đến giây 12:
 Từ 12 đến giây 18:

 Từ 18 đến giây 20:
Cơng suất đẳng trị:
Từ cơng suất đẳng trị ta có thể tính ra được cơng suất định mức:

 Tại t=2s

 Tại t=8s

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
5

lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
 Tại t=10s

 Tại t=12s

 Tại t=18s

 Tại t=20s
Từ đây ta có đường đồ thị của cơng suất của động cơ sau khi tính tốn sơ bộ:

Hình 1. 4 Đồ thị công suất của động cơ.
3.6 Kết luận:
Ta đã tính được các thơng số để chọn động cơ:
Cơng suất định mức: ;
Momen định mức: ;

Tốc độ định mức:
3.7 Chọn động cơ:
Từ các thơng số đã tính tốn ở trên, ta chọn động cơ DC XD 3420 12V 30W
Đặc điểm chi tiết của động cơ:
- Loại sản phẩm: Động cơ DC chổi than Model: XD-3420
- Công suất định mức: 30W
- Điện áp định mức (Tùy chọn): 12V
- Tốc độ định mức: 3000RPM
- Dòng điện: 0,5 A

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
6


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
-

Chiều dài trục đầu ra: 26mm / 1.02 inch
Mô-men xoắn: 1kgf.cm
Khối lượng: 460g

Hình 1. 5 Hình ảnh thực tế đông cơ

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()
7


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1. Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động:
1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:
Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh
(stato), phần ứng (roto).

Hình 2. 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Cấu tạo bao gồm:
 Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
 Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.
 Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor.
Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.
 Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.
 Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của
nó là biến đổi dịng điện trong khi Rotor quay liên tục.
 Trục động cơ: dùng để quay băng tải.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
8
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Nguyên lý làm việc: Khi đặt một điện áp vào phần úng của động cơ, trong dây quấn phần
ứng có dịng điện được đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng tương hổ lên nhau tạo nên momen
tác dụng lên rotor, làm rotor quay. Khi rotor quay với tốc độ nhất định thì các thanh dẫn của dây
quấn phần ứng sẽ cắt từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây
sinh ra sức điện động
cảm ứng.

1.6 Các trạng thái hoạt động:
Các trạng thái hoạt động (khởi động, hãm liên quan đến đồ thị vận tốc trong chương

trước, tìm hiểu sự liên quan với các trạng thái hoạt động dự kiến sẽ thiết kế cho động cơ như đã
trình bày trong chương 1).

 Từ 0 đến 2s : Quá trình khởi động :

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
9
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Khỏi động bằng cách cấp nguồn trực tiếp cho động cơ với các giá trị định mức và động
cơ số hoạt động trên đặc tính tự nhiên sau :

A

M

 Từ 2 đến 8s : Tốc độ hoạt động ổn định
Sau quá trình khỏi động, đến thời điểm momen điện từ do động cơ sinh ra bằng với
momen cản.
Suy ra : Động cơ hoạt động với tốc độ ổn định
 Từ 8 dến 12s : Quá trình đảo chiều động cơ

A
B
M
C

D

E
B→C:

Tại thời điểm 8s, điểm làm việc tai điểm A(lúc tốc độ ổn định không đổi)

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
10
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Lúc này để đảo chiều động cơ ta đảo chiều điện áp cấp vào mạch phần ứng
Khi đảo chiều điện áp , tốc độ w chưa thay đổi ngay lập tức mà điểm làm việc sẽ chuyển
sang đường đặc tính mới A → B :
Tại B
Vậy tốc độ động cơ sẽ giảm dần đến khi
Tại , momen do động cơ
Sinh ra lớn hon momen cản nên sẽ kéo động cơ đảo chiều quay
Lúc này :

tăng , suy ra tăng nên tang theo chiều ngược lại
 Từ 12- 18s : Tốc độ hoạt động ổn định
Tốc độ tăng đến thời điểm (Tức là điểm làm việc tại D)
Vậy nên tốc độ ổn định.
 Từ 18-20s: Quá trình hãm động cơ
Để hãm dần tốc độ của động cơ, ta tiến hành đảo chiều điện áp, cấp cho phần ứng 1 điện

áp Va , từ đó ta được một đường đặc tính cơ như ban đầu:
Ngay khi đảo chiều điện áp, tốc độ chưa giảm ngay mà sẽ chuyển điểm làm việc sang
đường đặc tính mới với .
Tại E: sẽ giảm
Mà và
giảm
Tốc độ giảm dần về 0.
Lúc này sẽ cắt điện áp phần ứng thì động cơ sẽ dừng lại.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
11
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2. Lựa chọn phướng pháp điều khiển dự kiến và kết luận:
 Giai đoạn khởi động từ 0 đến 2s:
Ta sử dụng phương pháp Starting registors: Nối thêm các cấp điện trở phụ trong mạch
phần ứng của động cơ và cắt dần ra trong quá trình khởi động.

 Giai đoạn đảo chiều từ 8 đến 12s:
Ta sử dụng phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng Va và thêm điện trở phụ.
 Giai đoạn hãm dừng động cơ: Ta sử dụng phương pháp hãm ngược do
động năng.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
12
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển cơng suất:

Hình 3. 1 Sơ đồ tổng qt bộ điều khiển

1. Mạch động lực

Hình 3. 2 Sơ đồ mạch động lực
1.1 Khối biến áp:

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT

Hình 3. 3 Khối biến áp
Chuyển đổi điện áp của lưới điện xoay chiều � 1 sang điện áp �2 thích hợp với tải.
Biến đổi số pha của nguồn lưới (1,2,3,6,12,… pha ).
Cách ly với điện áp lưới.
1.2 Khối van chỉnh lưu:
1.2.1 Cấu tạo
Gồm 2 (hai) bộ chỉnh lưu cầu ba pha dùng Thyristor đấu song song ngược.

Từng bộ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu phụ thuộc.
Cả hai bộ biến đổi G1 và G2 đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm.

1.2.4 Điện áp và dòng chỉnh lưu
Số xung đập mạch

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
14
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

Dịng trung bình qua tải:
Dịng điện qua thyristor:
1.3 Các phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu:
a. Khái niệm chung:
Sơ đồ khâu phát ung – bộ điều khiển:

c.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

 Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.
 Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcos�
 Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.
 Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
 Khi � = � thì Uc = Udb =Umcos�
 ⇒ Góc điều khiển � = arccos (� �/� � )

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
15
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
 Điện áp chỉnh lưu: � � = � �� × ��/Um
d.Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu cầu ba pha kép:
 Phương pháp điều khiển chung:
Từng bộ chỉnh lưu làm việc độc lập, trong khi đó bộ chỉnh lưu cịn lại khơng làm việc.
Khi làm việc thì chỉ có một trong hai sơ đồ chỉnh lưu được cấp tín hiệu điều khiển và làm
việc cịn sơ đồ kia thì nghỉ hồn tồn.

 Điều kiện điều khiển chung: để khơng có dịng ngắn mạch giữa 2 bộ chỉnh lưu thì phải thỏa:

1.3 Khối lọc

Giúp loại bỏ bớt thành phần sóng hài (thành phần xoay chiều) sau khi chỉnh lưu để dòng
điện đầu ra bằng phẳng, có chất lượng ổn định và giảm tổn hao.
2. Tính tốn mạch động lực:
2.1 Tính chọn Thyristor:
Khi lựa chọn van ta dựa vào hai thông số cơ bản và quan trọng nhất là dòng điện qua van
và điện áp ngược lớn nhất mà van chịu được.
Chỉnh lưu cầu 3 pha ta có:

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
16

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Ud 

3 6
U 2 cos 


 Trong tính tốn ta phải tính sao cho Ud lớn nhất, cos� = 1.
 Điện áp ngược lên van:
������ = ���

U ngm ax  6 U 2
 6 5.13
12.57(V )

Chọn hệ số an toàn là:1,5
Điện áp ngược lên van khi có hệ số an tồn :
������ = 1,5 ×12.57= 18.855 (V)
�nv =

6 : Hệ số điện áp ngược.

3 6
�u =  : Hệ số điện áp mạch lực.

��
: Điện áp trung bình chỉnh lưu.
�2
: Điện áp nguồn xoay chiều.
 Dòng điện làm việc của van:
I hdv 

1
I dm 0.577 0.5 0.2885( A)
3

�hdv : Dòng hiệu dụng qua van
1
0,577
�hdv : Hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 3 pha , �hdv = 3

�dm : Dòng qua tải
Hệ số bảo vệ là 2 Ihdv = 2×0.2885= 0.577(A)
Ta chọn Thyristor TNY0512 T0220
2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu:
2.2.1 Điện áp chỉnh lưu trên tải:
U d 0 cos  min U d  2 UV  U ba  U dn

Trong đó :  min 10 : góc dữ trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới
U v 2(V )

sụt áp trên thyristor.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
17

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
U dn 0

sụt áp trên dây nối.

U ba U r  U x

sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA. Chọn sơ bộ vào

khoảng (5 – 10)%.
U ba  6% U d  0, 06  220  13, 2 (V )

U  2 UV  U dn  U ba 12  2 2, 6  6% 12
 Ud0  d

16,17(V )
cos  min
cos10

2.2.2 Công suất tối đa của tải:
Pd max U d 0 I d 16,17 0.5 8.085(W )

2.2.3 Công suất biểu kiến của MBA:
S K s PdMax 1.05 8.085 8.49(VA)

: Hệ số công suất theo sơ đồ cầu 3 pha �� = 1,05
����� : Công suất phụ tải lúc cực đại.
2.2.4 Tính tốn sơ bộ mạch từ:
Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp:
QFe kQ 

S
58,5
6 
3.75(cm 2 )
mf
3 50

Trong đó: kQ: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát. (kQ = 6 biến áp khô)
m: số pha của máy biến áp.
f: tần số.
2.2.5 Tính tốn dây quấn biến áp:
Điện áp cuộn dây sơ cấp: �1 = 220 (�)
Điện áp cuộn dây thứ cấp:
U
16, 67
U2  d 0 
9.261( V )
1.8
Ku

Số vòng dây của mỗi cuộn được tính:
W

U 104

4, 44  f QFe B

 Trong đó: W: số vịng dây cần tính.
U: điện áp cuộn dây cần tính.
B: từ cảm (thường chọn trong khoảng 1T ÷ 1,8T). Chọn B = 1 (T)
 Số vòng dây cuộn sơ cấp:
W1 

220 104
2643
4, 44 50 3.75 1
(vòng)

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
18
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
 Số vòng dây cuộn thứ cấp:
W2 

9.261104
111
4, 44 50 3.75 1
(vòng)

 Dòng điện của các cuộn dây:

I1 

S
8.49

0.013( A)
m U1 3 220

I2 

8.49
S

0.31( A)
m U 2 3 9.261

2.2.6 Tính tiết diện dây dẫn:
SCu 

I
mm 2
J





 Trong đó: I: dịng điện chạy qua cuộn dây.
A
2

J: mật độ dòng điện trong biến áp, thường chọn 2 ÷ 2,75 ( mm )
A
J 2, 75
mm 2
Chọn

 Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp:

SCu1 

 Đường kính dây quấn cuộn sơ cấp:
 Tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp:

I1 0.013

0, 0065 mm 2
J
2



4 SCu1
4 0, 0065

0, 09( mm)



d1 

SCu 2 



I 2 0.31

0.155 mm 2
J
2

d2 





4 SCu 2
4 0.155

0.44( mm)



 Đường kính dây quấn cuộn thứ cấp:
2.3 Thiết kế bộ lọc:
Chức năng: Để hạn chế thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu để giảm độ nhấp
nhơ của dịng điện và điện áp tải.
Ta chọn bộ lọc LC:

GVHD: TS.Giáp Quang Huy

19
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT
Hình 3. 4 Sơ đồ mạch lọc LC
 Hệ số san bằng: đánh giá hiệu quả của khâu lọc.
k sb 

U (1) in U dout
qin

qout U  (1) out U din

 Giả sử độ sụt áp một chiều trên bộ lọc không đáng kể: U din U dout
U  (1)[ n
X
ksb  1
k sb 
 L  1  L f C f 
U  (1) out
XC
( p 2  f ) 2

 Hệ số ksb càng lớn hơn 1 thì càng tốt nên ta chọn ksb =19, Ta có:
L f C f 







19  1
5, 07 10 5
(2 2 50) 2

Chọn C trước do C mặc định còn L chế tạo được:
C 100  F
L 5, 07 mH
Chọn f
và f
KẾT LUẬN CHUNG:
Qua kết quả tính tốn ở trên ta chọn:
Thysristor TYN0512 T0 220
Chọn máy biến áp với các thông số: U1 = 220 V; U2 = 5.13 V; W1 = 2643 vòng;
W2 = 111 vòng; I1 = 0,013 A; I2 = 0.31 A; S = 8.49VA; d1 =0,09 mm; d2 = 0.44 mm.
Chọn bộ lọc LC với thông số: L = 300 mH, C = 100 ��.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy
20
Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()