DỰ ÁN LIÊN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (PBL2) ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống truyền động điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

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

Thiết kế hệ thống truyền động điện
Giảng viên hướng dẫn: T.S Giáp Quang Huy
Phạm Đồn Thơi (Trợ Giảng)
Sinh viên thực hiện:

Trần Thanh Lân
Phạm Văn Quốc Hùng
Đào Nguyên Đán
Châu Đức Hoàng
Đỗ Viết Huy

Nhóm HP / Lớp: 20.32 / 20TDH2
Nhóm 3
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống, tính tốn yêu cầu của tải và công suất động cơ......7
1.1 Tổng quan về hệ thống................................................................................................7
1.1.1

Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài...............................................7

1.1.2

Xây dựng sơ đồ tổng qt hệ thống truyền động điện...........................................8

1.2 Tính tốn tải và chọn động cơ....................................................................................10
1.2.1

Tính tốn u cầu của tải.....................................................................................11

1.2.2

Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ...........................................15

1.3 Tính chọn cơng suất động cơ...................................................................................18
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT.............................................................22
2.1 Chọn bộ biến áp.........................................................................................................22
2.2 Thiết kế bộ chỉnh lưu:................................................................................................23
2.2.1

Sơ dồ nguyên lý..................................................................................................23

2.2.2

Nguyên lý hoạt dộng...........................................................................................23

2.2.3

Tính chọn Diode..................................................................................................24

2.3 Thiết kế mạch lọc......................................................................................................26
2.4 Thiết kế mạch cầu H sử dụng Mosfet........................................................................28
2.4.1

Nguyên lý mạch cầu H:.......................................................................................28

2.4.2

Mạch cầu H sử dụng Mosfet điều khiển tốc độ:..................................................29

CHƯƠNG 3: Chọn Vi điều khiển....................................................................................30
3.1 Lựa chọn vi điều khiển phù hợp................................................................................30
3.2 Chọn cảm biến...........................................................................................................34
3.2.1

Cảm biến đo dòng điện ACS712 20A.................................................................34

3.2.2

Cảm biến đo tốc độ.............................................................................................35

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TỔNG HỢP PHẦN ĐIỀU KHIỂN........................................37
2


4.1 Xây dựng mơ hình tốn học của hệ thống..................................................................37
4.1.1

Mơ hình tốn học của động cơ............................................................................37

4.1.2

Mơ hình tốn học của bộ băm điện áp:(Bộ biến đổi cơng suất)...........................39

4.1.3

Mơ hình tốn học của cảm biến:..........................................................................39

4.1.4

Mơ hình tốn học của hệ thống truyền động điện:...............................................40

4.1.5

Tổng hợp mạch vòng dòng điện..........................................................................40

4.1.6

Tổng hợp mạch vịng tốc độ................................................................................41

CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG SIMULINK VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.............................43
LỜI KẾT.......................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................50

3


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển khơng ngừng của nền khoa học kỹ thuật đã tạo ra
những thành tựu to lớn, trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần khơng nhỏ vào thành

cơng đó. Một trong những vấn đề quan trọng trong các dây truyền tự động hoá sản xuất
hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ. Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi
lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại và
trong nhiều lỉnh vực đời sống không thể thiếu các động cơ điện,vì vậy các loại động cơ
điện được chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn. Từ trước đến nay, động cơ một chiều vẫn
luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả trong những hệ thống yêu cầu cao.
Với Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền
động điện sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lâp” đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về
động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cũng như những ứng dụng thực tế của nó trong
đời sống hiện nay. Với đề tài này, giúp em thấy được sự cần thiết của đông cơ điện trong
cuộc sống hiện tại, những phương pháp lựa chọn động cơ, tính tốn tải … nhằm xây dựng
một hệ thống điều khiển đảm bảo tính tin cậy, chính xác, đảm bảo các vấn đề kinh tế, kỹ
thuật.
Với đề tài trên bài báo cáo của em gồm các phần chính sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống, tính tốn u cầu của tải và tính
cơng suất động cơ.
Chương 2: Tính tốn mạch điện tử cơng suất.
Chương 3: Tính chọn phần đo lường, bộ điều khiển và hồn thiện sơ đồ mạch
phần cứng toàn hệ thống
Chương 4: Thiết kế, tổng hợp phần điều khiển.
Chương 5: Mô phỏng đánh giá kết quả.

4


Việc hồn thành đề tài này khơng tránh được những sai lầm thiếu sót. Em rất
mong được nhận sự phê bình, đánh giá của các Thầy Cơ để chúng em có thể rút ra được
kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình.

5

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của các
Thầy Cô trong ban dạy bộ môn PBL2 và các môn học liên quan, đặc biệt là sự hướng dẫn
tận tình từ các Thầy/Cơ để nhóm chúng em có thể hồn thành đề tài này. Chúng em xin
chân thành cảm ơn!
Ngoài ra chúng em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh Phạm
Đồn Thơi – trợ giảng chính cho đồ án liên mơn này cũng như các bạn trong Khoa, trong
Trường đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.
Đà nẵng, ngày 27 tháng 12 năm 2022

6


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống, tính tốn u cầu của tải và công
suất động cơ
1.1

Tổng quan về hệ thống
1.1.1 Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài

Dự án này yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ hệ thống truyền
động sử dụng động cơ một chiều được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu với tải chuyển
động quay.
Yêu cầu hệ truyền động: điều khiển động cơ để làm vật có khối lượng M chuyển
động quay (mơ tả như Hình 1.1) với tốc độ mong muốn (mơ tả như Hình 6). Cụ thể trong
đề tài này ta chọn tải.

Hình 1 Tải chuyển động quay

+ Trong đó
-

M: Khối lượng của tải
r: Bán kính tải

-

Jm: Mơ men qn tính trên trục động cơ

-

𝜔m: Tốc độ quay động cơ

-

𝑇em: Mô men điện từ của động cơ
7


-

𝜔: Tốc độ mong muốn của tải
+ Theo yêu cầu ta có tải ở dạng máy tiện, để đáp ứng yêu cầu thì trục rotor của
động cơ cần phải quay với tốc độ mong muốn và truyền động cho máy tiện.

+ Từ đồ thị tốc độ mong muốn của tải được mơ tả ở Hình 6 ta xác định được các
giai đoạn hoạt động của động cơ như sau:
-

Khởi động, tăng tốc lên tốc độ mong muốn
Hoạt động ổn định ở tốc độ mong muốn
Hãm dừng, giảm tốc độ về 0
Đảo chiều và tăng tốc lên theo chiều ngược lại
Hoạt động ổn định ở tốc độ mong muốn
Hãm dừng, giảm tốc độ về 0
1.1.2Xây dựng sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động điện
+ Cấu trúc

-

Phần lực (mạch lực): Lưới điện (nguồn điện) cấp điện năng đến bộ biến đổi
(BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động phụ tải (MSX).
Các bộ biến đổi:
+ Bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện
khuếch đại)
+ Bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà)
+ Bộ biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu thyristor, diode, bộ điều áp một
chiều, biến tần transistor, thyristor).
Động cơ điện:
+ Một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.

-

Phần điều khiển (mạch điều khiển):
+ Các cảm biến (để đo phản hồi tốc độ, dòng điện… của động cơ)
+ Bộ điều khiển (sử dụng vi xử lý, vi điều khiển, máy tính cơng nghiệp, PLC, …).
Sử dụng các thơng tin từ cảm biến để điều khiển động cơ theo mong muốn

-

 Từ yêu cầu chuyển động của tải ta đưa ra được mối quan hệ giữa các bộ phận
của hệ truyền động:
Tải chuyển động quay được truyền động từ trục Rotor của động cơ
8


-

Để động cơ hoạt động cần cấp một nguồn điện phù hợp với các thông số định mức
động cơ → cần có bộ biến đổi cơng suất
Để giám sát tốc độ động cơ cần phải có các cảm biến đo được các tín hiệu cần
dùng → cần có các cảm biến dòng, cảm biến tốc độ.
Từ các giá trị cảm biến thu được và giá trị mong muốn hệ truyền động đáp ứng, ta
sẽ tính tốn và đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ → cần có bộ điều khiển.

Hình 2 Tổng quan hệ thống

Đề tài nhóm chúng em là thiết kế máy tiện (sử dụng động cơ 1 chiều kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu để điều khiển và giám sát hoạt động của động cơ với tải quay
theo mong muốn)

Hình 3 Hình minh họa mơ hình

9


1.2 Tính tốn tải và chọn động cơ

Hình 4 Sơ đồ khối động lực

+ Khối động lực gồm có các phần chính là bộ biến đổi cơng suất, động cơ điện,
hộp số và tải là máy tiện như hình trên. Dưới đây là mô tả và chức năng của từng phần
trong khối động lực:
-

-

Bộ biến đổi công suất: Các bộ biến đổi thường dùng trong các hệ truyền động điện
hiện đại là các bộ biến đổi điện tử công suất như bộ chỉnh lưn. Cụ thể ở đề tài này
bộ biến đổi cơng suất có nhiệm vụ biến đổi từ nguồn điện xoay chiều 1 pha cố
định đã cho sang nguồn điện DC cấp cho động cơ.
Động cơ: Sử dụng động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu để truyền
động cho tải. Trục Rotor của động cơ có chức năng truyền động trực tiếp cho tải
Trong trường hợp chọn động cơ có tốc độ cao hơn mong muốn, ta sẽ sử dụng hộp
số để giảm tốc độ của động cơ cho phù hợp với mong muốn.

Hình 5 Sơ đồ khối điều khiển

10


+ Khối điều khiển có chức năng giám sát, tính toán và đưa ra các giá trị điều
khiển cho phần động lực để kết quả đầu ra bám sát yêu cầu mong muốn. Dưới đây
là mô tả và chức năng của từng phần trong khối điều khiển:
- Bộ cảm biến có chức năng đo và phản hồi các giá trị tốc độ góc và dịng điện của
động cơ về bộ điều khiển.
- Bộ điều khiển được lập trình các thuật tốn điều khiển truyền động và điều chỉnh
q trình cơng nghệ. Từ các thông tin phản hồi cùng với giá trị đặt mong muốn ở

đầu vào, các thuật toán điều khiển thực hiện tính tốn và đưa ra các giá trị điều
khiển cần thiết để điều khiển tốc độ thực của động cơ bám theo giá trị đặt mong
muốn.
1.2.1 Tính toán yêu cầu của tải

ω (ra d / s )

-Từ mơ tả bài tốn ta đi tính tốn các thơng số yêu cầu của tải, tổng quan về động
cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu và phân tích, đưa ra phương án
truyền động cho động cơ.

ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ MONG MUỐN CỦA ĐỘNG CƠ
150
100

100

100

2

4

50
0
0

0
0

6

8

-100

-100

10

t (s)
12

-50
-100
-150

Hình 6 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ

Chọn r = 0.06 m;
M = 3 kg;

ω0 = 100 rad/s,
11


l=0.13m
Trong đó:
 r là bán kính của tải (m)
 M là khối lượng của tải (kg)



ω0 là tốc độ mong muốn của động cơ (rad/s)

 l là chiều dài của tải (m)
Dựa vào quá trinh hoạt động của động cơ ta đi tính tốn momen
- Theo định luật II Newton ta có:

Với
là mơ men u cầu để quay trục rotor của động cơ, vì chưa chọn
động cơ nên tạm thời bỏ qua giá trị này, sau khi chọn được động cơ ta sẽ kiểm nghiệm
lại, để thuận lợi cho việc tính tốn ta cũng tạm thời bỏ qua ngoại lực 𝑓L. Lúc này ta xác
định công thức sơ bộ momen điện từ của động cơ là

Tn = r2×M×
-

dω
dt

Lúc này ta tính tốn mơ men điện từ cần cung cấp để kéo tải trong từng giai đoạn
như bảng sau:
Giá trị mô men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 0s đến 2s

T1 = 0.062×3×

100−0
2−0

= 0.54 (N.m)

Giá trị mơ men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 2s đến 4s

T2 = 0.0252×3×

100−100
4−2

= 0 (N.m)

Giá trị mơ men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 4s đến 5s

T3 = 0.0252×3 ×

0−100
5−4

= -1.08 (N.m)

Giá trị mô men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 5s đến 6s

T4 = 0.062×3×

−100−0
6−5

= -1.08 (N.m)

Giá trị mô men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 6s đến 8s
12

T5 = 0.062×3×

−100−(−100)
8−6

= 0 (N.m)

Giá trị mơ men điện từ yêu cầu của tải theo thời gian từ 8s đến 10s

T6 = 0.062×3×
-

100−0
10−8

= 0.54 (N.m)

Tính momen đẳng trị theo cơng thức

√

Tdt =

❑

( T 2em .t i )
∑
❑

❑

ti
∑
❑

= 0.6 (N.m)

Chọn hệ số dự trữ của momen là KT = 1.2

T ( N .m )

=> Tdm = 1.2× 0.6 = 0.72 (N.m)

T (N.m)
1

0.5

0

0.72

0.72

0.72

0.72

0.54

0.54

0

0.72

2

0.54
4

6

8

0.72
0.54

10

t (s)

12

-0.5

-1
-1.08

-1.08

T
Tdm
Tdt

-1.5

Hình 7 Đồ thị momen

- Từ các kết quả tính tốn của mơ men điện từ ta tính được công suất tức thời cần đáp
ứng của tải thông qua biểu thức:

P = Tem× ωm (W)
Tính tốn cơng suất tức thời yêu cầu của tải theo thời gian
13


*Từ 0s đến 2s
P1 = 0.54×100 = 54 (W)
P2 = 0×100 = 0 (W)
*Từ 2s đến 4s
P3 = 0×100 = 0 (W)
P4 = -1.08×100 = -108 (W)
*Từ 4s đến 5s
P5 = 0×100 = 0 (W)
*Từ s đến 5s đến 6s
P3 = 1.08×100 = 108 (W)
P4 = 0×100 = 0 (W)
*Từ s đến 6s đến 8s

P3 = 0×100 = 0 (W)
P4 = 0.54×100 = 54 (W)
*Từ s đến 8s đến 10s
P3 = 0×100 = 0 (W)
Tính cơng suất đẳng trị theo cơng thức

Pdt =

√

❑

2
Pi × ∆ t i
∑
❑
❑

∆ ti
∑
❑

= 60 (W)

Kp = 1.3

=> Pdm = 1.3×Pdt (W)
Pdm = 1,3×60 = 78 (W)
Suy ra được đồ thị công suất động cơ theo tốc độ ω m

14


P (W )

P (W)
150
108
10078

78

78

78

78

78

4

6

8

10

54
50

0
0

0
0

2

t (s)
12

-50
-54
-100
-150

-108

P
Pdm

Hình 8 Đồ thị cơng suất

1.2.2Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ
1.2.2.1

Các trạng thái hoạt động của động cơ

Hình 9 Đồ thị trạng thái hoạt động của động cơ

-

Từ 0s đến 4s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ I (chế độ động cơ)
15


-

Từ 4s đến 5s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ II (chế độ máy phát)
Từ 5s đến 6s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ III (chế độ động cơ)
Từ 8 đến 10s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ IV (chế độ máy phát)

-

Ta suy ra được các trạng thái hoạt động của động cơ:
Khởi động
Hãm
Đảo chiều

-

1.2.2.2

Chọn phương án khởi động động cơ

Khởi động mềm là sử dụng bộ biên đổi điện tử để điều chỉnh trơn điện áp
phần ứng Va của động cơ, tăng dần từ một giá trị ban đầu Va. Điện áp phần ứng
được lập trình và cho phép đặt tham số để tăng theo quy luật tuyến tính/phi tuyến
từ một giá trị được xác định đến một điện áp có định mức.

Hình 10 Khởi động mềm

1.2.2.3
-

-

Chọn phương án đảo chiều động cơ:

Phương trình đặt trưng khi đảo chiều:

Nếu vẫn giữ nguyên điện áp định mức, dòng điện khi đảo chiều có giá trị rất lớn,
đốt nóng động cơ. Đồng thời gây ra mô men đảo chiều rất lớn => Gây xung lực,
vặn xoắn rất nguy hiểm cho động cơ, tải và hệ thống sản suất

16


❖ Kết luận: Để tối ưu phần cứng cũng như giảm chi phí cho hệ thống, trong đề tài
này ta chọn đảo chiều động cơ điện kích từ độc lập bằng cách đảo chiều điện áp
phần ứng.
1.2.2.4

Chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ:

❖ Phương pháp điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ:

Hình 11 Sơ đồ mạch thay đổi điện áp phần ứng và sơ đồ thay thế

-

-

-

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy
phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v… Các thiết bị
nguồn này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện
động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk
Chúng ta có phương trình đặc tính cơ của hệ truyền động điện một chiều điều
chỉnh điện áp phần ứng khi từ thông giữ không đổi và bằng định mức:

Sự khác nhau giữa đặc tính cơ của động cơ và đặc tính cơ của hệ truyền động điện
là độ sụt tốc độ Dw của hệ truyền động lớn hơn do sự xuất hiện điện trở trong Rb
của bộ biến đổi.

17


Hình 12 Điều chỉnh tốc độ động cơ

-

Khi điều chỉnh giá trị điện áp Uđk ta nhận được các giá trị 𝐸𝑏 khác nhau và được
họ đặc tính cơ song song với các giá trị 0 (ứng với 𝐸𝑏) khác nhau. Ta nhận thấy
khi điều chỉnh điện áp phần ứng cơng suất động cơ tăng tuyến tính với tốc độ cịn
khả năng sinh mơ men của động cơ khơng đổi.

1.3 Tính chọn cơng suất động cơ
Với các giá trị đẳng trị của momen và cơng suất đã tính, ta phải lựa chọn động cơ sao

cho:
+ 𝑃dm = (1 ÷ 1.3)𝑃đt
+ 𝑇đm = (1 ÷ 1.3)𝑇đt
-

Dựa vào thơng số u cầu của động cơ ta đo chọn động cơ cụ thể
 Chọn động cơ Graphite brushes, 150 watt, ∅40 mm cùng với hộp số Spur
Gearhead GS 45 A ∅45 mm, 0.5–2.0 Nm

Hình 13 Động cơ graphite brushes

18


Hình 14 Hình chiếu và mặt cắt của động cơ

Hình 15 Datasheet của động cơ

19


Chọn tỉ lệ truyền hộp số: I

=

ω
ω0

=

6920
1000

=> 7:1

Hình 16 Datasheet của hộp số

1.3.2 Kiểm nghiệm các thông số điện cơ của động cơ:
1.3.2.1 Tính tốn lại các thơng số u cầu của tải sau khi chọn động cơ và hộp số:
- Sau khi chọn được động cơ và hộp giảm tốc ta sẽ tính tốn lại momen và cơng suất yêu
cầu của tải để kiểm nghiệm.
- Lúc này ta xác định momen điện từ yêu cầu của tải là:

1.3.2.2 Tính tốn các thơng số trên đầu trục ra hộp số:
- Mối quan hệ của các thông số của động cơ trước và sau khi qua hộp số được biểu diễn
bởi cơng thức sau:

Trong đó
+n1max : Tốc độ cực đại của động cơ.
+ 𝑛2max : Tốc độ cực đại trên đầu trục ra của hộp số.
+ 𝑇1đm : Mô men định mức của động cơ.
+ 𝑇2đm : Mô men định mức trên đầu trục ra của hộp số.
+ 𝑇1max : Mô men cực đại của động cơ.
+ 𝑇2max : Mô men cực đại trên đầu trục ra của hộp số.
1.3.3 Kiểm nghiệm động cơ bằng mô phỏng MATLAB / SIMULINK:
❖ Ta kiểm nghiệm việc cấp nguồn cho động cơ để hoạt động được với tải bằng cách thay
đổi thông số nguồn cấp trực tiếp cho động cơ và thay đổi sơ đồ mạch điện.
20

- Biểu diễn trên đồ thị các kết quả kiểm nghiệm về tín hiệu dịng điện, điện áp, mơ-men,
tốc độ quay, từ thơng,... Phân tích các kết quả đáp ứng, kiểm nghiệm và hiệu chỉnh lại
động cơ, tải

Hình 17 Scope động cơ

21


Hình 18 Mơ phỏng Simulink động cơ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1

Chọn bộ biến áp

Đề tài này yêu cầu có sử dụng nguồn điện áp xoay chiều 1 pha 220V để điều
khiển động cơ DC với điện áp tối đa là 12V nên ta sẽ sử dụng máy biến áp.
2 2
Ud = √π U2 (Ud: điện áp trung bình chỉnh lưu; U2: điện áp thứ cấp)

Ta có: Ud ≤ 12V
2√ 2
U2≤ 12V
π
12 π

U2≤ 2 √ 2 ≈ 13.33 ( V )
n1 U 1
=

n2 U 2

=

220
≈ 16.5
13.33

Sử dụng máy biến áp với tỉ số là 1:17.

22


2.2

Thiết kế bộ chỉnh lưu:

2.2.1 Sơ dồ nguyên lý
Bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển gồm 4 phần tử Diode được mắc
như hình bên:

Hình 19 Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lưu

2.2.2Nguyên lý hoạt dộng

Hình 20 Nguyên lý hoạt động của bộ chỉnh lưu

- Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha khơng điều khiển có cấu tạo gồm 4 diode, 2 diode D1 và
D2 mắc chung katot, 2 diode D3 D4 mắc chung anot với nhau tạo thành mạch hình cầu.
- Bộ chỉnh lưu có tác dụng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều

không điều khiển.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Khi nguồn xoay chiều đặt điện áp dương lên điểm A và điện áp âm lên điểm B,
2 diode D1 D3 phân cực thuận nên dẫn dòng chạy qua, 2 diode D2 D4 phân cực ngược
nên khóa lại. Dịng điện chạy theo chiều từ nguồn → điểm A → D1 → tải → D3 → điểm
B → âm nguồn.
23


+ Khi nguồn xoay chiều đặt điện áp ngược lại lên 2 điểm A và B, tương tự D2 D4
dẫn, D1 D3 khóa, dịng chạy theo chiều từ dương nguồn → điểm B → D2 → tải → D4
→ điểm A → âm nguồn.
+ Ta thấy trong suốt quá trình, dòng điện đều qua tải theo 1 chiều từ M đến N.

Hình 21 Đồ thị điện áp và dịng điện sau chỉnh lưu

2.2.3 Tính chọn Diode

*Điện áp ngược lên van:

Ungmax = √ 2U2 = √ 2× 13.33 = 18.85 (V)
Điện áp ngược của van cần chọn:
Ungvan = K×Ungmax
Chọn K = 1.7 => Ungvan = 1.7 × 18.85 = 32.045 (V)
Chỉnh lưu cầu 1 pha nên:
2 2
Ud = √π U2.cosα

Trong tính tốn ta phải tính sao cho Ud lớn nhất, cosα = 1

 Ud = 12 (V): điện áp trung bình sau chỉnh lưu
* Dòng điện làm việc của van:
24


2
Ihdvan = Khdvan×Idm = √2 .Idm
Pdm

80

Với Idm = Id = Udm× ηdm = 12× 0.85 = 7.84 (A)
2
 Ihdvan = √2 ×7.84 = 5.54 (A)

Dịng điện hiệu dụng của van cần chọn

Ihdvan’ = K×Ihdvan
Chọn K = 1.2 => Ihdvan’ = 1.2×5.54 = 6.648 (A)

 Dựa vào: Ungmax = 32.045 (V) và Ihdvan’ = 6.648 (A) để chọn
Diode: Schottky 10SQ045 45V-10A

Hình 22 Diode Schottky 10SQ045 45V-10A

 Datasheet:

25