thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ

Đề bài
ĐỀ 6:
Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ.
Yêu cầu :
Thiết kế mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều .
Điện áp 380V;công suất 50KW
+, Giới thiệu công nghệ
+, Tính mạch công suất
+, Thiết kế mạch điều khiển.
Sinh viên thực hiện :
Nguyển Tiến Dũng
BÀI LÀM
Công nghệ điều khiển
Trong các loại động cơ phục vụ cho các ngành công nghiệp hiện nay thì
động cơ không đồng bộ là động cơ là động cơ được sử dụng rộng rãi nhất.Với
công suất từ vài KW đến hàng nghìn KW:ví dụ
Trong công nghiệp cán thép dùng làm máy cán thép loại vừa và
nhỏ,động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ…
+, Trong hầm mỏ dùng làm máy tời,các quạt gió
+,Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm,máy gia công sản xuất
+, Trong đời sống hàng ngày,động cơ điện không đồng bộ cũng chiếm
những vị trí quan trọng,nổi bật hơn so với động cơ 1 chiều như: quạt gió,động
cơ trong tủ lạnh… bởi vì nó có những nổi bật hơn hẳn so với các loại động cơ
đồng bộ,1 chiều,đó là:
Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắc chắn ,vận hành tin
cậy chi phí vận hành và bảo trì sửa chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ. Động
cơ không đồng bộ sử dụng trực tiếp nguồn điện 3 pha từ lưới điện nên không tốn
thêm các chi phí phụ cho các thiết bị biến đổi.
Tuy nhiên động cơ này cũng có những nhược điểm riêng đó là dòng
khởi động của động cơ khi khởi động thường lớn ( từ 4 đên 7 lần dòng định
mức). Dòng điện quá lớn không những làm động cơ quá nóng mà còn gây sụt áp

cho lưới điện có công suất nhỏ,giảm tuổi thọ của các cuộn dây.
Do đó vấn đề đặt ra là phải giảm được dòng điện khởi động của động cơ
không đồng bộ đặc biệt là với động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc( vì không
thể nối thêm điện trở phụ vào mạch cuộn Roto). Tuy nhiên hiện nay áp dụng
những ứng dụng của điện tử công suất lớn thì công việc đó trở nên dễ dàng hơn
rất nhiều.
Chương I: Các phương pháp mở máy
I, Mở máy động cơ không đồng bộ :
Khi bắt đầu mở máy thì Rôto đang đứng yên,hệ số trượt s=1 nên trị số
dòng điện mở máy tính theo mạch điện thay thế như sau:
I1
Io
I2
R1
X1
R2
X2
R2(1-S)
RFe
Xu
U1
S
Lúc đó I
kđ
=
ng
X
s
R
R

U
2
2
2
'
1
1
+










+
= I
2ng
=
( )
2
2
'
21
1
ng
XRR

U
++
Từ công thức trên ta thấy dòng điện phụ thuộc rất nhiều vào điện áp lưới.
Trên thực tế , do mạch từ bão hòa rất nhanh ,điện kháng giảm xuống nên dòng
điện mở máy rất lớn,tương đương như trường hợp ngắn mạch vậy,do đó dòng sẽ
bằng 4 đến 7 lần dòng định mức.Điều đó không những ảnh hưởng đến các cuộn
dây,gây nóng ,hỏng động cơ mà còn gây sụt áp cho lưới điện.Do đó nhất thiết ta
phải giảm dòng khi khởi động.
II, Các phương pháp mở máy :
Các yêu cầu mở máy cơ bản:
- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với các đặc tính của tải
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản,giá thành hợp
lí,chắc chắn .
- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy là càng nhỏ càng tốt.
1, Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc :
Đây là phương pháp đơn giản nhất,ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới
điện xoay chiều.Khi đó điện áp U
1
đặt vào Stato bằng điện áp lưới (như hình
vẽ ). Do đó dòng điện mở máy lớn, nếu quán tính của tải lớn,thời gian mở máy
dài thì sẽ có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp lưới.
2. Hạ điện áp mở máy :
Từ công thức của dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào
Stato khi mở máy thì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng hạ điện áp mở
máy thì cũng sẽ làm cho mômen giảm xuống, mà mômen thì được tính theo
công thức:
M
k
=









+








+
2
2
'
2
11
'
2
2
11

ng
X

s
R
Rs
RUm
ω
Do đó ta chỉ dùng phương pháp khởi động trực tiếp này cho những thiết
bị có công suất lớn.
Nhận xét: 2 yêu cầu giảm dòng điện và tăng mômen là mâu thuẫn với
nhau. Do đó để thỏa mãn cả hai yêu cầu trên thì tùy thuộc vào tính chất tải có
thể là quạt gió, động cơ bơm, máy nâng hạ hàng,… mà ta có sự lựa chọn thích
hợp để ưu tiên dòng điện hay mômen.
2.1. Các phương pháp giảm hạ điện áp:
- Nối vào mạch Stato một cuộn kháng Z
k
(thường dùng cho động cơ rôto
lồng sóc, đôi khi dùng cả rôto dây quấn).Sau khi mở máy xong thì cuộn kháng
được nối ngắn mạch. Ở phương pháp này điện áp giảm k lần thì I
kđ
giảm k lần và
M
kđ
giảm k
2
lần.
- Dùng biến áp tự ngẫu 3 pha (cũng thường dùng cho rôto lồng sóc), bên
cao áp nối với lưới điện, bên thấp áp nối với động cơ.Sau khi mở máy xong thì
biến áp tự ngẫu được loại ra khỏi mạch điện. Khi giảm điện áp Stato M
kđ
giảm đi
k

2
lần, còn dòng I
kđ
sẽ giảm k
2
lần, với k là hệ số máy biến áp. Phương pháp này
cồng kềnh, tốn kém nên ít sử dụng.
- Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y-
∇
: phương pháp này thích ứng
với những máy khi làm việc bình thường thì đấu tam giác, khi mở máy thì đấu
hình sao.Phương pháp này cần những cơ cấu chuyển đổi đấu nối, thông số về
cuộn dây, số cặp cực nên phức tạp, có thể phát sinh tia lửa điện trong quá trình
đảo đấu nối. So với khởi động trực tiếp thì khi khởi động đổi nối thì dòng điện
và mômen khởi động cũng giảm đi 3 lần.
- Khởi động bằng cách giảm dần điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch Rôto
khi khởi động (chỉ dùng cho rôto dây quấn ) Ưu điểm là vừa giảm được dòng
khởi động, vừa tăng được mômen khởi động.Phương pháp này cũng khá phổ
biến nhưng tổn thất sẽ rất lớn, và hay xảy ra tia lửa điện với những động cơ công
suất lớn.
- Khởi động bằng cách dùng các động cơ đặc biệt như: Rôto rãnh sâu,
Rôto rãnh kép.
- Dùng các bộ khởi động bán dẫn công suất (khởi động mềm) cụ thể ở đây
là dùng biến tần và Thyristor,transistor công suất
*) Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp trên:
5 phương pháp trên có thể hạ điện áp trong quá trình khởi động, tuy
nhiên hoặc là ta phải có thêm các cơ cấu để cắt chúng ra khỏi mạch điện, hoặc là
vẫn dùng nhưng không có mấy tác dụng.Và phần lớn các phương pháp đều gây
tổn hao lớn, và điều khiển thiếu linh hoạt, thụ động hiệu quả không cao khi
muốn có thêm các thay đổi trong việc điều chỉnh. Và với phương pháp 5 thì lại

phải thay đổi cả cơ cấu trong động cơ nên phức tạp và khó thực hiện.
Phương pháp dùng biến tần là phương pháp tốt nhưng chi phí lớn vận
hành phức tạp.
Trong 5 phương pháp trên thì phương pháp 5 là ta có thể sử dụng hiệu
quả nhất. Ưu điểm của phương pháp này là khi điều chỉnh góc mở
α
cho
Thyristor thích hợp thì có thể hạ được điện áp đặt vào Stato khi khởi động và
vẫn còn tiếp tục sử dụng trong quá trình hoạt động của động cơ. Và phương
pháp này có chi phí hợp lí, dễ thiết kế, vận hành đơn giản hơn.
Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng điện và điện áp đều
không sin. Nhưng do thời gian mở máy nhỏ ( từ 1-3s cho động cở nhỏ và trung
bình, 3-5s cho động cơ công suất lớn)
Vì vậy ta quyết định dùng phương án dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha
để làm bộ khởi động cho động cơ Rôto lồng sóc.
2.2. Phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha:
Để thực hiện phương pháp này ta sử dụng 6 Thyristor đấu song song
ngược theo hình vẽ.
T1
T3 T5
T4T6
T4
2.2.1. Phân tích nguyên lí hoạt động của bộ điều áp:
- Vì động cơ không đồng bộ có thể coi như là một phụ tải gồm có điện trở
và cuộn cảm nối tiếp với nhau, trong đó:
+ Điện rôto không đổi.
+ Điện kháng phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rôto và stato.
+ Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay
ϕ
=

ϕ
(s).
- Do tính chất tự nhiên của mạch điện có điện cảm nên nếu trong khoảng
thời gian
θ
<
ϕ
mà đặt xung điều khiển vào các Thyristor thì các thyristor chỉ
dẫn dòng ở thời điểm
θ
=
ϕ
trở đi, thì ta không điều chỉnh được điện áp vì điện
áp sẽ không phụ thuộc vào góc mở
α
. Vì vậy ta chỉ điều chỉnh được điện áp nếu
góc mở
α
>
ϕ
.
- Khi
α
>
ϕ
thì tùy thuộc vào giá trị tức thời của các điện áp dây mà sẽ
có lúc 3 van trên 3 pha khác nhau dẫn dòng, hoặc 2 van trên 2 pha khác nhau
dẫn dòng:
+ Nếu có 3 van ở ba góc khác nhau dẫn dòng :
a

b
c
a'
Za
b'
Zb
Zc
c'
i =
Z
U
đm
3
sin(
ϕθ
+
)
U
đm
: biên độ điện áp dây

ϕ
: góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xét.
+ Nếu chỉ có hai pha có van dẫn:
c'
Zc
Zb
b'
Za
a'

c
b
a
Khi đó dòng tải :
i =
Z
U
đm
2
sin(
ϕθ
+
)
Tùy thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có 3 van dẫn hoặc 2 van
dẫn xen kẽ như đồ thị sau:
Trường hợp
α
= 60
0
thì có những đoạn có 2 hoặc 3 van cùng dẫn xen kẽ
nhau trên đồ thị dưới đây:
Trường hợp
α
= 60-90
0
thì chỉ có giai đoạn 2 van dẫn mà thôi:

Chương II: Mạch động lực
I.Tính toán chọn van:

Dựa trên đồ thị dạng điện áp ra của bộ điều áp xoay chiều ba pha ta có
thể tính toán dòng qua van max, điện áp ngược qua van max là bao nhiêu.
Ta tính toán chọn van theo các thông số sau:
+ Tính được U
ngmax
qua van
+ Tính được I
tb
qua van
Từ đó chọn điều kiện làm mát thích hợp cho van
U
ngmax
=
2
U
d
=
6
U
p
Với điện áp U
d
= 380V
U
ngmax
=
2
U
d
=

2
380 = 537,4(V)
Dòng trung bình lớn nhất qua van: do dòng trung bình lớn nhất qua van
là không sin nên ta phải lấy tích phân chuỗi Fourie thành phần bậc nhất do động
cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc có thể coi là tải trở cảm đấu theo hình sao
nên ta phải có được U
d
, I
d
, góc lệch pha
ϕ
giữa dòng điện và điện áp :
Ta giả sử ta có các thông số như sau cho động cơ :
P
đc
= 50KW
U = 380V/ 50Hz
Cos
ϕ
=0,85
n = 1500v/phút

η
= 0,9
Nhận xét : khi góc điều khiển
α
=0 điện áp ra tải là hình sin và như vậy,
dòng trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định được giá
trị dòng điện trung bình qua van.
I

tbmax
=
∫
+
θ
θ
π
x
2
1
I
max
sin
θ
d
θ
Từ Cos
ϕ
= 0.85 ta có dòng điện chậm pha so với điện áp một góc

1
θ
= 31,8
0

)]cos()cos([I
2
1
I
11maxmaxtb

θ−−θ+π−
π
=
I =
ϕ
cos3
1
dm
U
P
=
ϕη
cos3
2
dm
U
P
=
85,0.380.39,0
10.50
3
= 99,3(A)
I
max
=I
2
=99,3.
2
= 140,4 (A)
 I

tbmax
=
π
1
.140,4.0,85=38 (A)
Khi chọn van ta phải chú ý tới các điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt
động nhiệt độ trên van khá cao do tỏa nhiệt nên việc làm mát sẽ ảnh hưởng khá
lớn tới hiệu quả làm việc và tuổi thọ của van. Nếu van hoạt động trong điều kiện
được làm mát bằng không khí nhờ cánh tản nhiệt thì van có thể làm việc tốt với
25% dòng định mức. Nếu van làm việc trong điều kiện làm mát bằng quạt gió
thì có thể chịu được 30-60% dòng định mức. Nếu làm mát bằng nước thì van có
thể chịu được đến 80% dòng định mức.
Thông thường trong công nghiệp thì van phải được làm mát tồi nhất cũng
phải là không khí hoặc bằng nước vì thiết bị lớn và khá đắt tiền, nên việc thiết bị
hoạt động tin cậy, ổn định là tiêu chuẩn hàng đầu, tiêu thụ điện năng là thứ yếu.
Trong bài thiết kế này do chúng ta sử dụng động cơ có công suất trung bình
50KW nên ta có thể chọn phương pháp làm mát bằng quạt gió cưỡng bức. Ta
chọn các điều kiện về không gian, công suất quạt tản nhiệt, kích cỡ, vị trí để có
thể tạo điều kiện cho van có thể chịu tới 40% dòng định mức.
Khi đó:
I
tbmax thuc
=
%40
maxtb
I
=
%40
38
= 95(A)

Để chọn điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ số dự trữ
điện áp k
u
= 1,6 -2 , mục đích là để van có thể chịu thêm được một lượng điện áp
ngược gấp 2 lần giá trị định mức có thể chịu được, phòng trong những trường
hợp quá áp, hay sự cố.
Ta chọn K
u
= 2
U
ng
= k
u
.U
ngmax
= 2.380.
3
= 1075(V)
Từ các giá trị I
tb
và U
ng
ta chọn trên thị trường được van C501 có các
thông số sau:
U
ng
= 700 -1700 (V)
I
tb
= 200 (A)

dt
di
max =1000
II. Tính toán bảo vệ van bán dẫn:
Trong quá trình van hoạt động thì van phải được làm mát để van không
bị phá hỏng về nhiệt vì vậy ta chọn chế độ làm mát bằng quạt gió.Tuy nhiên van
cũng có thể bị hỏng khi dòng điện và điện áp biến thiên quá lớn. Nhưng vì dòng
chỉ tăng qua thyristor trong thời gian ngắn 1-3s nên van có thể chịu được. Để
tránh hiện tượng quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta phải có các biện pháp
thích hợp. Thường dùng nhất là mắc mạch R, C song song với van để bảo vệ quá
áp và mắc nối tiếp cuộn kháng vào để hạn chế sự tăng dòng quá nhanh.
Do động cơ không đồng bộ có thể coi là tải trở -cảm nên hạn chế tốc độ
tăng dòng. Cuộn dây được dùng là một cuộn kháng bão hòa có đặc tính là: khi
dòng qua cuộn kháng ổn định thì điện cảm của cuộn kháng hầu như bằng không
và lúc này cuộn dây dẫn như một dây dẫn bình thường.
Ta có mạch như hình vẽ:
C
R
R L
t
Để tính toán giá trị của cuộn kháng ta xét quá trình quá độ trong mạch :
U
f
= i.R + L.
dt
di
Ta thấy rằng tốc độ tăng dòng lớn nhất là:
dt
di

max =
L
U
f
Để đảm bảo an toàn cho van ta phải chọn tốc độ biến thiên của dòng
điện nhỏ hơn tốc độ tăng dòng chịu được của van, ta sẽ phải chọn L sao cho
dt
di
max phải nhỏ hơn tốc độ tăng dòng chịu được của van, hay:
dt
di
max < 1000A/
s
µ

L
U
f
< 1000A/
s
µ
 L >
6
10.1000
f
U
=
6
10.1000
2220

= 0,31.
6
10
−
= 0,31 (
H
µ
)
Ta chọn cuộn kháng bão hòa có giá trị sao cho tổng của điện cảm của
động cơ và cuộn kháng mắc nối tiếp phải có giá trị > 0,31
H
µ
. Sau khi tính toán
bảo vệ chống tốc độ tăng dòng ta tính toán bảo vệ quá áp cho van. Người ta chia
ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá áp :
1- Nguyên nhân nội tại: do sự tích điện tích trong các lớp bán dẫn. Khi
khóa van thyristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành
trình, tạo ra dòng điện ngược trong thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh
chóng của dòng điện ngược gây nên sức điện động cảm ứng lớn trong trong các
điện cảm, vốn luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn đến các thyristor. Vì vậy,
giữa anốt và catốt của thyristor xuất hiện quá điện áp. Ta có đồ thị thể hiện quá
trình biến thiên của điện áp và dòng điện trên van:
Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu
nhiên như hki đóng cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu
chì bảo vệ nhảy, khi có sấm sét…
Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện khi chuyển mạch gây nên người ta
dùng mạch RC đấu song song với thyristor như sau:
R
C
t

R
Thông số của R, C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc
độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, từ hóa lõi
thép của máy biến áp… Việc tính toán thông số của mạch RC rất phức tạp, đòi
hỏi nhiều thời gian do đó ta chọn phương pháp đồ thị, sử dụng những đường
cong có sẵn.
Các bước xác định như sau:
- Xác định các hệ số quá áp theo công thức:
k =
m
mp
Ub
U
.
Với U
mp
là giá trị cực đại cho phép của điện áp ngược đặt trên thyristor
hoặc Điốt một cách không chu kì, ta tra trong sổ tay.
U
m
là giá trị cực đại của điện áp ngược thực tế đặt trên Điốt hoặc
thyristor.
b là hệ số dự trữ an toàn về điện áp ( b= 1-2)
Xác định các thông số trung gian:
min
*
C
(k),
max
*

R
(k),
min
*
R
(k)
Bằng cách tra trong đồ thị trongsổ tay
- Tính
dt
di
max khi chuyển mạch như ở phần tính toán cuộn kháng bão
hòa.
- Xác định điện tích trên tụ Q = f(
dt
di
), sử dụng các đường cong cho
trong sổ tay tra cứu để xác định.
- Tính toán các giá trị R, C theo các công thức:
C =
min
*
C
.
m
U
Q2

Q
LU
RR

Q
LU
R
imim
22
*
max
*
min
≤≤

Trong đó L là điện cảm của mạch RLC.
Tuy nhiên trong thực tế rất khó có các đường cong đặc tính cần thiết nên
người ta thường chọn theo kinh nghiệm :
Chọn R = 20 -100(
Ω
) ; C= 0,4 – 1 (
F
µ
)
Với dòng qua van nhỏ ta chọn giá trị R lớn, C nhỏ. Với dòng qua van lớn
ta chọn R nhỏ, C lớn.
Theo tính toán dòng qua van bằng 38A là giá trị dòng trung bình nên
ta chọn : R = 50 (
Ω
)
C = 0,4 (
F
µ
)

Ngoài ra, trong mạch lực cũng cần có thêm các thiết bị bảo vệ ngắn
mạch, quá tải… như áptômát, cầu chì… ở mỗi pha và cầu chì ở trước mỗi van
để tăng cao tính an toàn cho mạch
Ta có mạch hoàn chỉnh như sau:
R
t
C
R
R
C
t
R
R
t
C
R
T1
T3
T5
T2
T6
T4
L
L
L
Chương III:
Thiết kế mạch điều khiển toàn hệ thống
I. Giới thiệu chung về mạch điều khiển toàn hệ thống:
1.Các yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển
a, Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van:

- Đủ biên độ U
x

- Đủ độ rộng t
x
Xung điều khiển thường có biên độ từ 2V đến 10V, độ rộng xung
thường từ 20
s
µ
đến 100
s
µ
. Các thông số liên quan đến hình dạng một xung
điều khiển được minh họa trên hình vẽ:
b, Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển
Trong sơ đồ điều khiển các thyristor ở đây thì độ lệch cho phép của các
xung khác nhau phải ở trong một phạm vi cho phép với cùng một giá trị điện áp
điều khiển.
c, Đảm bảo cách li giữa mạch điều khiển và mạch lực
Đối với khâu biến áp xung, thường được sử dụng như một khâu truyền
xung cuối cùng ở tầng khuếch đại xung, điện áp chịu đựng giữa sơ cấp và thứ
cấp phải đạt 1500V – 2000V khi sơ đồ làm việc với điện áp lưới 3x380VA.
d, Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của các xung điều khiển
Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển
α
.
Thông thường đối với sơ đồ biến đổi xung áp xoay chiều góc
α
phải thay đổi
trong phạm vi 0

0
– 210
0
.
e, Có thể điều chỉnh được góc điều chỉnh
α
không phụ thuộc sự thay đổi
điện áp lưới.
f, Không gây nhiễu cho các hệ thống điều khiển khác ở xung quanh.
g, Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng mất pha…và báo hiệu khi có sự
cố.
Đối với yêu cầu cụ thể của sơ đồ điều chỉnh điện áp cho bộ khởi động
cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì có hai yêu cầu chính là:
- Khi mở máy dòng mở máy qua động cơ phải được hạn chế vì lúc này
dòng mở máy tăng đột ngột sẽ gây hỏng động cơ.
- Để hạn chế dòng mở máy thì ta dùng bộ biến đổi xung áp xoay chiều ba
pha để hạ điện áp đặt vào Stato bằng khoảng 60%U
đm
nên sau khi khi khởi động
thì ta phải cho điện áp Stato tăng trở lại
Sau khi khởi động thì U
đc
phải tăng trở lại theo như đồ thị dưới đây và
nhờ điều chỉnh U
đc
thì ta sẽ điều chỉnh được thời gian khởi động t
kđ
=1-3s.
U
®c

®c
U
60%U
®m
=
0
t
U
(1-3s)
t
k®
t
0
Để thực hiện điều này ta phải dùng một khâu sau:
Start
D1
D2
Rx
C1
+E
-E
R4
U
R3
-E
+E
R1
R2
_
+

®c
®
U
B C
D
OP2
Mục đích: khi khởi động thì sẽ có một giá trị nhất định và ta điều chỉnh
điện áp điều khiển này để lúc khởi động sẽ có U
đc
= 60% U
đm
để dòng qua động
cơ được hạn chế. Sau đó công tắc start sẽ đóng và mạch tích phân hoạt động U
đk
sẽ là một hàm tuyến tính của U
đ
có dạng như sau:
U
U
0
U
®k0
Chính nhờ U
đk
tăng thì góc
α
sẽ giảm dần và U
đc
sẽ tăng dần đạt theo
đúng yêu cầu.

II.Phân tích hoạt động:
Khi chưa đóng công tắc U
đk
= U
đk0
trong đó U
đk0
là điện áp điều khiển
ứng với U
đc
= 60%U
đm

Khi đóng công tắc thì U
d
= -E:
Ta có –U
dk
=
∫
C
1
I
c
dt =
∫
C
1
x
d

RR
U
+
2
dt =
)(
2 x
d
RRC
U
+
t

)(
2 x
RRC
E
+
−
t
U
đk
=
t
)RR(C
E
x2
+
+ U
đk0

Sau đó U
đk
sẽ tăng dần và
α
giảm dần thì U
đc
sẽ tăng dần.
Vậy nhờ khâu trên ta đã thự hiện được yêu cầu đề ra cho công việc khởi
động.
Cấu trúc của một mạch điều khiển như sau:
Uc
Urc
D2
D2
4
3
21
§F
M
Trong đó:
- ĐF : khâu tạo điện áp đồng pha
- Urc: điện áp răng cưa
- Uc : điện áp điều khiển
- Khâu 1: khâu so sánh điện áp giữa Uc và Urc, khi Uc-Urc =0 thì Triger
chuyển trạng thái.
- Khâu 2:khâu tạo xung chùm
- Khâu 3 :khâu khuếch đại xung
- Khâu 4: khâu biến áp xung.
Bằng cách điều chỉnh Uc ta có thể điều chỉnh được vị trí xung điều

khiển tức là điều chỉnh được góc mở
α
1.Khâu tạo điện áp đồng bộ:
Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áp xoay chiều ba pha để điều
chỉnh sáu Thyritor thường cần một hệ điện áp sáu pha làm điện áp đồng bộ. Góc
α
được tính từ gốc tọa O. Hệ điện áp pha này gồm sáu điện áp đồng bộ hình
sin lệch nhau 1 góc
3
π
. Yêu cầu này sẽ thỏa mãn dễ dàng nếu dùng một máy
biến áp ba pha sơ cấp có 3 cuộn dây đấu sao lấy điện áp lưới.
Máy biến áp này có thể được bố trí bằng sơ đồ sau:
A
B
C
U
Uc
Uc
Ub
Ub
Ua
Ua
Điểm trung tính kí hiệu là O nối với điểm O của mạch điều khiển u
z1
, u
z3
,
u
z5

dùng làm điện áp đồng của pha a, b, c tương ứng:
u
z1
= U
m
.sin(
θ
+
3
π
); u
z3
= U
m
.sin(
θ
-
3
π
); u
z5
= U
m
.sin(
θ
-
π
);
u
z2

= U
m
.sin
θ
; u
z4
= U
m
.sin(
3
2
π
θ
−
);u
z6
= U
m
.sin(
3
4
π
θ
−
);
2.Khâu biến áp xung và khuếch đại xung:
a, Tác dụng:
Khâu khuếch đại là khâu cuối cùng quan trọng trong hệ thống điều
khiển. Khâu KĐX có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu điều khiển đưa đến để
điều khiển van bán dẫn công suất, đảm bảo các tham số cơ bản như biên độ, độ

rộng, công suất. Một trong những nhiệm vụ cơ bản của KĐX là cách ly giữa
mạch động lực và hệ thống điều khiển.
Khối khuếch đại xung có tác dụng tăng dòng từ cổng AND đi ra( dòng
từ cổng AND đi ra thường nhỏ) sau đó đi qua BAX để tạo được dòng điều
khiển I
2
, áp điều chỉnh U
2
có biên độ thích hợp để mở thyristor.
Khâu BAX là loại biến áp đặc biệt trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp
có dạng xung hình chữ nhật mà không phải một điện áp hình sin. Điều này dẫn
đến chế độ làm việc và tính toán BAX rất khác so với các biến áp thông thường.
Sơ đồ của một máy BAX:
BAX
R
Dz
D1
T1
R1
Un
D2
D4
K
G
BAX
b, Hoạt động:
Sơ đồ một khóa Transistor T1 được điều khiển bởi một xung có độ rộng
t
x
. Khi T1 mở bão hòa gần như toàn bộ điện áp nguồn U

n
được đặt lên cuộn sơ
cấp của máy biến áp xung. Điện áp cảm ứng bên phía thứ cấp có cực tính dương
mở Điốt D2 đưa dòng điều khiển vào giữa cực điều khiển và Catốt của thyristor
T. Điốt D4 có tác dụng làm giảm điện áp ngược đặt lên giữa catốt và cực điều
khiển của thyristor T khi điện áp dương hơn điện áp anốt. Điều này đảm bảo an
toàn cho tiếp giáp G-K của thyristor khi T ở chế độ khóa.
Khi transistor T1 khóa lại dòng C-E của nó sẽ về bằng 0. Tuy nhiên
dòng qua cuộn sơ cấp BAX không thể bị dập tắt đột ngột được. Sức điện động
tự cảm trên cuộn dây khi đó sẽ đảo chiều theo hướng chống lại sự sụt giảm này,
nghĩa là cực tính sức điện động co dấu (-) ở phía trên và (+) ở phía dưới. Sức
điện động này có thể rất lớn vì nó tỷ lệ với tốc độ giảm của dòng điện sơ cấp i
1
là
dt
di
1
. Tuy nhiên khi đó điốt D1 và điốt ổn áp Zener Dz sẽ mở tạo ra đường
khép kín cho dòng điện i
1
. Dòng điện i
1
sẽ suy giảm dần về 0 do tổn hao công
suất trên điện trở thuần của cuộn dây và chủ yếu do tiêu hao năng lượng trên D1
và Dz. Nhờ đó điện áp trên cực E của Trasistor T1 được giữ ở mức U
n
+ (U
D1
+
U

Dz
).
Điện trở R mắc nối tiếp giữa nguồn và biến áp xung có tác dụng hạn chế
dòng từ hóa BAX. Điện trở R được tính để đảm bảo dòng qua transistor T1
không bao giờ vượt quá dòng C lớn nhất cho phép.
c, Tính toán cụ thể cho sơ đồ:
Với các thông số I
G
= 0,2A
U
GK
= 5V
t
x
= 100
µ
s
Ta có:
Diện tích xung điều khiển U.t
x
=5.100 = 500(V.
µ
s). Với dòng điều
khiển yêu cầu I
G
= 0,2A theo bảng tra ta có thể chọn loại BAX là loại IT235 với
2 cuộn dây, có tỷ số máy biến áp 1:1, điện cảm Lp = 3mH.
Dòng sơ cấp BAX : I
1
= I

G
+ I
µ
. Trong đó I
µ
là dòng từ hóa của
BAX. Vì điện áp đặt lên cuộn dây BAX không đổi nên dòng từ hóa thay đổi
theo tỷ lệ bậc nhất với thời gian.
I
µ
=
Lp
tU .
1
Như vậy I
max
µ
=
Lp
tU
x
.
1
Ta phải có U
1
= U
GK
+
∆
U

D
= 5+1=6V
Vậy I
max
µ
=(6.100.10
-6
)/(3.10
-3
) = 200.10
-3
= 0,2(A).
I
Lmax
=(30-6)/0,4 = 60 (
Ω
).
Theo sơ đồ tính toán thì transistor phải chọn loại có dòng I
cmax
> 0,4A và
hệ số khuếch đại dòng
β
=100. Khi đó dòng điều khiển Bazơ sẽ là 4mA là phù
hợp.
Chọn điốt ổn áp Dz với U= 12V, khi đó U
cmax
=30+12+1=43(V).
Chọn transistor T loại ST603 có các thông số cơ bản sau:
U
CE

= 30V ;
I
CE
= 800mV

β
= 100
3.Khối tạo nguồn 1 chiều:
Khối tạo nguồn 1 chiều cung cấp điện áp một chiều cho các khuếch đại
thuật toán hoạt động và cho các điện áp đặt đầu ở đầu vào các IC thực hiện
nhiệm vụ so sánh điện áp.Ta có sơ đồ sau:
7915
7815
-E
+E
D21
D23
D24
D22
C21
C2
C3
C5
C4
C6
*Chọn IC ổn áp loại:
UA7815 có điện áp ngưỡng =35V
Dòng điện ra I
0
=1,5A

Điện áp ra : E = 15V
Và IC UA7915 có điện áp ngưỡng =-40V
Dòng điện ra I
0
= 1,5A
Điện áp ra : -E = -15V
• Chọn tụ lọc phẳng C1 = 1000
µ
F ;
• C2 = 500
µ
F ;
• C3= C4 = 100
µ
F
Chọn tụ lọc nhiễu C5 = C6=0,1
µ
F
Chọn các điốt loại D-1001 có các thông số I
tb
= 800mA
U
ng
= 100V.
4.Khâu tạo điện áp răng cưa:
Do yêu cầu của điện áp xoay chiều ba pha trong mạch để khởi động
động cơ không đồng bộ ba pha thì mạch phải có chất lượng càng cao càng tốt,vì
tính đồng bộ của các điện áp điều khiển rất cao.
Mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng khuếch đại thuật toán sẽ cho độ tuyến
tính của sườn răng cưa tốt hơn.Độ ổn định của sơ đồ này rất cao tốt nhất so với

các sơ đồ khác dùng transistor.
Cho nên ta sử dụng mạch tạo xung như dưới đây:
+E
RX2
R4
D3
R5
Dz
C1
R6
(III)
(II)
-E
+E
OP2
Nguyên lí hoạt động:
Điện áp của bộ phát xung chủ đạo được đưa vào cửa đảo của khâu tạo
điện áp răng cưa.
Khi U
II
< 0 thì điốt D thông, C1 được nạp thông qua R5 và D3 về với
dòng nạp:
I
R2
=
5
R
U
II

Chọn U
DZ
= 6V, chọn điện trở R
2
sao cho dòng qua tụ C trong khoảng
1ms đạt đến giá trị U
DZ
của điốt ổn áp.
Nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi điện áp trên tụ thay đổi theo quy
luật tuyến tính U
C
=
C
I
C
t , do đó
C
U
C
=
t
U
C
=
3
10
6
−
= 6.10
3

.
Từ đó dòng qua tụ có giá trị :
I
C
=6.10
3
(C)
Chọn tụ : có C = 0,22
µ
F
I
C
= 0,22.10
-6
.6.10
3
= 1,32 (mA)
R
5
=
C
II
I
U
=
3
10.32,1
12
−
= 9,05.10

3
(
Ω
)
Chọn R
5
= 8,2 (K
Ω
)
Khi U
II
> 0  D
s
khóa  U
ra
= 0 tụ C sẽ phóng điện về âm nguồn của
OP
2
. Dòng qua tụ bằng dòng qua điện trở R
x2
và R
4
, thời gian phóng còn lại sẽ là
9ms nên ta phải chọn giá trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về đến 0V sau
đúng 10,67ms.
Trong khoảng thời gian này điện áp trên tụ C thay đổi theo quy luật:
U
C
= U
Co

-

C
I
C
−
.
t , với U
Co
= U
DZ
= 6V.
Vậy : 0 = 6 -
C
I
C
.10,67.10
-3

 I
C
=
3
10.67,10
.6
−
C
=
3
6

10.67,10
6.10.22,0
−
−
= 0,214.10
-3
(A)
Vì : I
C
=
42
RR
U
x
II
+
 R
x2
+ R
4
=
RR
U
x
II
+
2
=
3
10.124,0

12
−
= 96,77 (k
Ω
)
Để điều chỉnh được điện áp tụ C đúng bằng 0V sau 10,67ms và có khả
năng điều chỉnh điện áp răng cưa ở nhiều kênh khác nhau ta chọn:
R
4
=60k
Ω
là điện trở cố định, R
x2
= 60k
Ω
là biến trở điều chỉnh.
Chọn linh kiện:
OP
2
:
µ
A741 có các thông số:
U
ng
=
+
3-22 V ; U
nF
=
+

15V; U
dF
=
+
30V; K
0
= 5.10
6
; P
1
=100mW
[t] = 55-125
0
C ; I
ra
=
+
25mA; E
n
=
+
15V ; Z
ra
= 60
Ω
; Z
vao
=300k
Ω