thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều

THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ BÀI: Đề số 38
Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện
một chiều
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển Điện áp nguồn: U
dm
= 3.380V
10%±
AC,
50 Hz
Động cơ: 10kW, 440V DC, 3000v/ph
Giáo viên hướng dẫn : ĐOÀN VĂN TUÂN
Sinh viên : LÊ MẠNH LINH
Mã sinh viên : 39186
Lớp : ĐTĐ51 - ĐH2
Hải Phòng, năm 2012
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
1.1.1. Phân loại
Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ :
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.1.2. Cấu tạo
Động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính: Phần tĩnh và phần
động

- Phần tĩnh ( stato)
Đây là phần đứng yên của máy bao gồm các bộ phận chính sau:
+ Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường chính gồm lõi sắt cực
từ và dây quấn cực từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. lõi sắt cực từ được làm bằng
những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm được ép lại và
tán chặt. trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. cực từ được gắn chặt
vào vỏ máy nhờ bulong. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện với nhau tạo thành một
khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ
+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên 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 và cấu tạo giống như dây quấn cực từ
chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ các bulong
Gông từ: Gông từ được dùng để ghép nồi tiếp các cực từ, đồng
thời làm vỏ máy. Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và
hàn lại. trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện
nhỏ lại sử dụng gang làm vỏ máy.
+ Các bộ phận khác
Bao gồm:
• Nắp máy: Dùng để bảo vệ khi các vật xung quanh rơi, va vào
gây hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người khỏi chạm vào điện.
trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong
trường hợp này, nắp máy thường được làm bằng gang.
• Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay bên trong ra
ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đạt trong hộp chổi nhờ một lò
xo tì 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 có thể điều chỉnh vị trí chổi than
cho đúng chỗ. Sau khi dùng xong thì dùng vít cố định lại.
- Phần quay ( Roto)
+ Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. thường dùng những tấm thép

kỹ thuật điện phủ cách điện ở hai mặt rồi ép chặt để giảm tổn hao dòng xoáy
gây ra. Trên lõi thép có dập hình dạng rảnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn
vào.
Trong nhữ động cơ điện trung bình trở lên, người ta thường dập những lỗ
thông gió để khi ghép lại có thể tạo thành những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường được chia làm
những đoạn nhỏ. Giữa những đoạn ấy thường để một khe gọi là khe hở
thông gió. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn
và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ghép trực tiếp
vào trục, trong động cơ lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto. Dùng giá rôt
để tiết kiệm thép kỹ thuật và giảm trọng lượng cho roto.
+ Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy
qua. Dây quấn phần ứng thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ công suất dưới vài kW thì thường dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện công suất lớn thì dùng dây quấn có tiết diện hình chữ
nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để
đè chặt hoặc đai chặt dây quấn.
+ Cổ góp
Dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm
nhiều phiến đồng được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2
mm và hợp thành một trục tròn. Hai đầu trục hình tròn, dùng 2 tấm ốp hình
chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng được bọc cách điện bằng
mica.
+ Các bộ phận khác
• Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một
chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. ở hai đầu nắp máy có lỗ thông
gió. Cánh quạt lắp trên trục máy. Khi động cơ quay, gió được hút từ ngiaif

váo trong máy.
• Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ
bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.

1.1.3. Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều
- Ưu điểm:
+ Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ
+ có nhiều phương pháp hãm tốc độ
- Nhược điểm:
+ Tốn nhiều kim loại màu
+ Chế tạo, bảo quản khó khăn
+ Giá thành đắt hơn các loại máy điện khác
1.1.4. Sơ đồ nguyên lý

1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các
máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ
phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một
cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận
làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ.
Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều
ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc
độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực,
mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao,
dải điều chỉnh rộng.
Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng
điện áp:
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện

phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng
những bộ biếnđổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây :
+ Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ) ( được sử dụng
với đồ án này )
► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ)
Thường được sử dụng bộ chỉnh lưu có thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi
bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ. Để thay đổi
điện áp chỉnh lưu, ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm
thông thyristor.
+ Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động
hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó
thuận lợi cho việc thiết lập hệ điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng
đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống.
+ Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng
chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện
hệ số công suất cosɸ của hệ thống nói chung là còn thấp. tính dẫn điện một
chiều của van buộc ta phải sử dụng hai bộ biến đổi để cung cấp điện cho
động cơ có đảo chiều quay.
1.3. Các phương pháp chỉnh lưu có đảo chiều
• Các bộ chỉnh lưu một chiều dùng cho động cơ một chiều cần quay theo
cả hai chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh.
• Tuỳ theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể dùng các sơ đồ
sau:
1.3.1. Dùng phương pháp đảo chiều bằng đảo dấu điện áp đặt vào phần
ứng động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu.
1.3.2. Dùng phương pháp đảo chiều kích từ.
1.3.3. Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N
Kt
Kt

1.3.4. Đảo chiều kích từ bằng công tắc tơ T và N

Chương 3
Tính toán và thiết kế mạch điều khiển
3.1 Yêu cầu đối với mạch điều khiển
- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vì nó
đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của
BBĐ. Yêu cầu của mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau:
+ Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển.
+ Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển.
N
T T
N
Kt
T
N N
T
+ Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng
tốt thông thường
0,1A/μ,
dt
di
DK
≥
).
+ Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển.
+ Yêu cầu về độ tin cậy.
. Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Tiristor không tự mở khi dòng
rò tăng.

.Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện
áp nguồn.
. Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm.
+ Yêu cầu về lắp ráp vận hành.
. Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh.
. Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.
3.2 Nguyên lý chung của mạch điều khiển.
3.2.1 Nhiệm vụ của mạch điều khiển
là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động
lực của bộ chỉnh lưu.
- Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên
Anốt và có xung áp dương đătj vào cực điều khiển không còn tác dụng gì
nữa.
- Chức năng của mạch điều khiển :
+ Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ
dương của điện áp đặt trên anốt – katốt của tiristor.
+ Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung t
x
<
10µs. Biểu thức độ rộng xung:
dt
di
I
t
dt
x
=
Trong đó: I
đt
là dòng duy trì của tiristor.

di/dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải.
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc
α.
3.2.2 Cấu trúc của mạch điều khiển tiristor .
U
đk
là điện áp điều khiển , điện áp một chiều.
U
r
là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ
với điện áp anốt – catốt của tiristor.
Hiệu điện áp U
đk
– U
r
dưa vào khâu so sánh (1) làm việc như một Trigơ.
Khi U
đk
– U
r
= 0 thì trigơ lật trạng thái, ở đầu ra nhận được một chuỗi xung
(sinU
s
chữ nhật ).
Khâu 2 : là đa hài một trạng thái ổn định.
Khâu 3 : là khâu khuyếch đại xung.
Khâu 4 : là biến áp xung.
Tác động vào U
đk
có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều

khiển góc α.
3.2.3 Nguyên tắc điều khiển.
* Mạch điều khiển tiristor có thể phân loại theo nhiều cách. Song các mạch
điều khiển đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có hai
nguyên lý khống chế “ngang” và khống chế “đứng”.
- Khống chế “ngang “ là phương pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch
chuyển điện áp ra hình sin theo phương ngang so với điện áp tựa.
+ Nhược điểm của phương pháp khống chế này là góc α phụ thuộc
vào dạng điện áp và tần số lưới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp.
- Khống chế “đứng” là phương pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch
chuyển điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa răng cưa.
+ Phương pháp khống chế “đứng” có độ chính xác cao và khoảng điều
khiển rộng ( từ 0 -> 180
0
).
+ Có hai phương pháp điều khiển “đứng “:
. across
. tuyến tính
a) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Tổng đại số của U
r
+ U
đk
đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng cách
làm biến đổi U
đk
ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra tức
là điều chỉnh được góc α.
Khi U
đk

= 0 ta có α = 0.
Khi U
đk
< 0 ta có α > 0.
Quan hệ giữa α và U
đk
như sau:
rmax
dk
U
U
π.α =
b) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “acrcoss”.
Nguyên tắc này dùng hai điện áp:
+ Điện áp đồng bộ U
r
vượt trước điện áp anốt – catốt một góc bằng
π/2 (Nếu U
AK
= A.sinwt thì U
r
= B.coswt )
+ Điện áp điều khiển được U
đk
là điện áp một chiều có thể điều chỉnh
được biên độ theo hai hướng (dương và âm).
Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp này
người ta tạo ra U
r
. Tổng đại số U

r
+ U
đk
được đưa đến đầu vào của khâu so
sánh .
Khi U
r
+ U
đk
= 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh :
U
đk
+ B.cosα = 0
Do đó α = arccos(-U
đk
/B)
Thường lấy B = U
đk max
Khi U
đk
= 0 thì α =π/2
Khi U
đk
= - U
đk max
thì α= 0
Như vậy khi cho U
đk
biến thiên từ - U
đk max

đến + U
đkmax
thì α biến thiên từ
0 đến π.
Nguyên tắc này được sử dụng trong cscs thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất
lượng cao.
Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên tắc
điều khiển thẳng đứng tuyến tính là phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều khiển
này.
3.3 Tính toán các thông số của mạch điều khiển
3.3.1 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển:
Khi cấp nguồn điện 380V vào sơ cấp của BA nguồn phía thứ cấp của BA
hạ áp qua cuộn dây W
2-1
qua cầu chỉnh lưu hai nửa chu kì D
9
và D
10
điện
áp tại điểm (I) U
1
là điện áp một chièu hình sin láy phần dương và đặt
vào cửa đảo của thuật toán A
1
tại đây so sánh với điện áp U đặt được đưa
vào cửa trừ của A
1
Nếu U
r
<U

đ
thì U
ra
trên OA
1
là điện áp dương điốt D
11
mở lúc này tụ C
8
được phóng điện từ C
8
đến R
5
-> D
11
qua OA
1
về âm nguồn .
Do sự đóng mở của D
11
làm trên tụ C
8
phóng nạp tạo ra trên (III) một
điện áp hình răng cưa .Độ dốc của răng cưa có thể thay đổi qua triết áp
VR
2
. Do đó điốt zơle (D
z
) nên diện áp trên tụ max khi nạp luôn bằng điện
áp ngưỡng trên điốt zơle. Điện áp răng cưa được đưa vào cửa đảo của

OA
7
và so sánh với điện áp điều khiển.Điện áp điều khiển này được lấy
từ điện áp phản hồi đưa vào so sánh với điện áp đặt qua bộ cộng đảo
dấu. Khi tốc độ trên mạch lực thay đổi , tốc độ phản hồi cũng thay đổi tỉ
lệ thuận với điện áp trên mạch lực và đưa vào khâu so sánh để khuyếch
đại đưa đến tín hiệu điều khiển để điều khiển sự thay đổi góc mở α.
Trong mạch vòng phản hồi có mạch vòng phản hồi dòng điện . Dòng
điện qua sun thay đổi thì điện áp phản hồi qua sun thay đổi.Tín hiệu điều
khiển đưa vào cửa cộng của khâu so sánh .Nếu U
rc
>U
đh
thì đầu ra của OA
3
là xung âm.Nếu U
rc
<U
đk
thì đầu ra của OA
3
là xung dương Khi đó bộ phát
xung chùm dưới sự phóng nạp của tụ C
9
tạo ra chuỗi xung hình chữ
nhật.Vì tín hiệu ra nhỏ được khuếch đại qua đèn T
s
, xung qua điốt Đ
13
chỉ

giữ lại phần âm được trộn lẫn với xung ra từ khâu so sánh A
3
tạo thành
từng chùm xung dương. Nhưng tín hiệu xung vẫn chưa đủ lớn để kích mở
Tiristo do đó được đưa qua bộ khuếch đại xung. Các transisto mắc theo
kiểu Dalingtơn. Xung dương được đặt vào bazơ của T
1
làm T
1
mở và T
2
mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung.Trên cuộn thứ cấp của biến
áp xung có xung để kích mở tiristo. Khi xung tắt T
1
vàT
2
bị khoá ,điện áp
trên biến áp xung giảm đột ngột ,cuộn dây của biến áp xung xuất hiện sức
điện động cảm ứng ngược dấu lúc đó điốt D
15
và D
19
thông dập tắt sức
điện động để bảo vệ các transistor.
3.3.2 Tính toán các khâu của mạch điều khiển
Theo như trên ta đã tính toán cho mạch lực:
Ud=440(v) Id= 68,18 (A)
Ơ đây mạch điều khiển sẽ điều khiển điện áp cũng như dòng điện ở
mạch lực cho phù hợp với yêu cầu.
Để tính toán cụ thể cho mạch điều khiển ta điều khiển điện áp mạch

lựcđể cung cấp cho động cơ điện một chiều.
1.Tính toán khối đồng pha
Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha:
Khi cấp nguồn 220v vào sơ cấp của biến áp đồng pha,phía thứ cấp của
biến áp được hạ áp.Giả sử tại thời điểm ban đầu t=0,nửa chu kỳ đầu điện
áp dương đặt trên D
1
,D
1
sẽ thông và D
2
sẽ bị khoá,nửa chu kỳ sau tại thời
điểm t
2
= π điện áp xoay đảo dấu và thế dương được đặt vào anốt D
2
,D
2
sẽ
thông và D
1
bị khoá.Vậy điện áp trên điểm (I) là điện áp xoay chiều đươc
đưa qua chỉnh lưu thành điện áp một chiều nửa hình sin.
Điện áp một chiều nửa hình sin liên tiếp tại (I) được đưa vào cửa cộng
của khâu so sánh OA
1
.Điện áp được đưa vào cửa đảo của OA
1
là điện áp
một chiều phẳng Uđ có giá trị :U

imin
<Uđ< U
Imax
.Khi điện áp đặt vào cửa
cộng của OA
1
lớn hơn điện áp Uđ trên cửa đảo của OA
1
thì tại cửa ra của
OA một điện áp dương.Còn khi điện áp trên cửa cộng của OA nhỏ hơn
điện áp trên cửa đảo thì điện áp ra của OA
1
sẽ là một điện áp âm đặt lên
điốt D
35
.Như vậy OA
1
có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của U
1
với Uđ trên cửa đảo và tạo ra trên đầu ra một điện áp dương ,âm liên tiếp
dạng âm
D
10
D
10
A
1
R
1
R

2
R
3
VR
1
a
b
2-1
w
-E
+E
+E
Tính toán khối đồng pha:
Chọn E
+
= 12.
.sinθUU
dfmaxd
=→
với U
đf max
= 12V
θ = 8
0
-> U
d
= 12.sinθ
0
= 12.sin8
0

= 1,7(V)
I.R
3
= 1,7V -> Chọn R
3
= 1,5 (kΩ)
Ta có :
1,7(V).R
RVR
E
3
31
=
+
-> VR
1
= 10,6(kΩ)
Thường chọn điện trở R
1
và R
2
sao cho dòng vào khuyếch thuật toán
I
V
<1mA.
Chọn R
1
= R
2
= U/I =9/10

-3
= 9(kΩ)
Chọn R
1
= R
2
= 10kΩ.
2.Khâu tạo điện áp răng cưa
Nguyên lý hoạt động của khâu tạo điện áp răng cưa :
Mạch làm nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa đưa vào cửa đảo của A
3
.Khi
U
đf
>0 thì D
11
mở tụ C
8
phóng theo đường
+E -> VR2 -> R
4
-> C
8
-> A
2
về âm nguồn
+ Tính chọn khâu răng cưa :
Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C
1
, mặt khác để dảm bảo

điện áp tựa có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số
thời gian tụ nạp được :
D10
D10
+E
III
A
2
D
11
R
8
R
8
R
1
+E
-E
T
1
= R.C = 0,005 (s)
Chọn tụ C
1
= 0,47µF thì R
3
= T/C = 0,005/0,47.10
-6
= 10.10
3
(Ω) =

10(kΩ)
Giá trị điện tích trên tụ C
8
:
0n
42
c
θ
θ
0
42
θ
θ
0nc
U.I
RVR
E
.
C
1
U
U.dt
RVR
E
C
1
U.dti
C
1
U

1
0
1
0
+
+
=
+
+
=+=
∫∫
U
0
là điện áp trên tụ khi bắt đầu nạp tụ C
8
.
U
0
= U
D 7
ta chọn điốt rơle có điện áp ngưỡng :
U
ng D 7
= 9,1 (V)
Chọn nguồn nạp : ± 12V.
Để cuối quá trình nạp U
c
= 0 ta cần chọn :
VR
4

+ R
4
sao cho :
9,1.C
12.9,2.10
RVR
0U
).CR(VR
E.T
3-
42
0
42
n
=+
=+
+
Chọn C
8
= 0,47 µF thì VR
4
+ R
4
= 26.10
3
(Ω) = 26 (kΩ)
Giá trị của dòng nạp:
(A)0,46.10
26
12

RVR
E
I
3
42
n
−
==
+
=

Giá trị điện áp trên tụ sau khi phóng :
1,7(kΩ,
0,47.10
0,8.10
R
0,8(ms).RC
I
)U.(UC
T
.I.t
C
1
UU
U.T.I
C
1
UI.dt.
C
1

U
6
3
5
58
P
0C8
P
Pp
8
0c
θ
θ
0PP
8
0
8
c
1
2
==
==
+
=
=+
−=−=
−
−
∫
Chọn R

5
= 1,7kΩ.
3. Khâu so sánh
Điện áp răng cưa đưa vào cửa đảo của A
7
Điện áp điều khiển đưa vào cửa cộng của A
7
Nếu U
rc
>U
đk
đầu ra của A
7
là xung âm
Nếu U
rc
>U
dk
đầu ra của A
7
là xung dương
Khi đó đầu ra của A
7
có chuỗi xung vuông liên tiếp .Phần tử chính của
khâu so sánh là IC thuật toán A
7
.
Chọn R
6
= R

25
=10kΩ
4.Khâu phát xung chùm
A
7
R
25
-E
R
6
+E
-E
+E
A
8
D
12
D
13
R
6
R
10
R
9
R
8
R
11
T

5
-E
Nguyên lý hoạt động của khâu phát xung chùm
Đóng nguồn cho A
8
sau một pha quá độ ở đầu ra của thuật toán A
8
sẽ
cho một chuỗi xung hình chữ nhật xen kẽ nhau ta chọn giá trị của tụ C và
các điện trở phù hợp cho các xung ra xuất hiện với tần số cao thì các
xung ở đầu ra thể hiện như dạng chùm xung
Giả sử tại thời điểm ta xét tụ C được nạp đầy tức là U
2
>U
c
điện áp lúc
này ở đầu ra của A
8
sẽ là điện áp âm sau một thời gian khi điện áp ra qua
R
8
về tụ hết phóng điện(được nạp theo chiều ngược lai )U
2
<0.Khi đó
Ud>0 và điện áp đầu ra thay đổi thành điên áp dương.Như vậy do đặc
tính phóng nạp của tụ C
9
tạo trên A
8
một điện áp ra dạng xung vuông liên

tiếp,tín hiệu ra nhỏ do đó được khuếch đại qua transistoT
5
qua xung điốt
D
13
chỉ là chùm xung giữ lại phần âm.
+ Tính chọn phát xung :
T = 2,2 . R
8
. C
9
.
Chọn R
7
= R
9
.
Chọn tần số phát xung chùm f = 5kHz.
T = 1/ 5.10
-3
= 0,2 . 10
-3
= 2.10
-4
(s)
Chọn C
9
= 0,02µF = 0,02.10
-6
F.

)Ω4545(
02,2.0,02.1
2.10
R
6
4
8
==
−
−
Chọn R
8
= 4,5kΩ.
Chọn R
7
= R
9
= 5kΩ.
Chọn đèn T
5
loại P – N – P ký hiệu A564 có thông số :
Điện áp giữa colectơ và bagơ khi hở mạch emitơ U
Cbo
= 25V.
Điện áp giữa emito và bazơ khi hở mạch colectơ U
Beo
= 7V.
Dòng điện qua Colectơ I=100mA.
Nhiệt độ T
0

= 150
0
C.
Hệ số khuyếch đại β = 250.
0,4(A)
250
100
β
I
I
C
β
===

Chọn R
6
= - E/I
R6
= 12/0,1 = 120(Ω)
5.Khâu khuếch đại xung và biến áp xung
a)Đặc điểm và ứng dụng của biến áp xung
- BAX dễ truyền tín hiệu điều khiển
- Tạo ra được biên độ xung theo yêu cầu
- Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển
- Dễ thay đổi cực tính xung ra
- Dễ phân bố các xung đi các kênh điều khiển
b )Tính toán máy biến áp xung
- Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng điều khiển
ngược trở lên .
- Mạch điều khiển được tính suất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor .Các

thông số cơ bản trong mạch điều khiển :
+ Điện áp điều khiển Tiristor U
đk
= 3,0 (V)
+ Dòng điện điều khiển Tiristor I
đk
= 0,1 (A)
+ Thời gian mở Tiristor t
m
= 80 µs
+ Độ vòng xung điều khiển t
x
= 167 µs
+ Tần số xung điều khiển ƒ
x
= 3 (khz)
+ Độ mất đối xứng cho phép ∆α = 4
0
+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U =
V12±
+ Mức sụt biên độ xung S
x
= 0,15
Tính biến áp xung
D
21
R
16
R
BAX2

R
20
R
18
T
4
R
19
T
2
D
22
D
21
D
20
R
17
+En
- Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM . Lõi có dạng hình xuyến , làm việc trên
một phần của đặc tính từ hoá có ∆B = 0,3T ∆H = 30 (A/m) không có khẽ
hở không khí .
+ Tỉ số biến áp xung thường m = 2÷ 3 chọn m =3
+ Điện áp thứ cấp máy biến áp xung
U
2
= U
đk
=3,0 (V)
+ Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA

U
1
= mU
2
= 3.3 = 9 (V)
+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung
I
1
=
m
I
2
=
3
1,0
= 0,33 (A)
+ Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt
µ
TB
=
3
6
0
10.8
10.25,1
3,0
==
∆
∆
−

H
B
µ
Trong đó : µ
0
= 1,25.10
-6
(H/m) là độ từ thẩm của không khí
+ Thể tích của lõi thép cần có
2
110

.
B
IUSt
lQV
xxtb
∆
==
µµ
V =
2
63
3,0
033,0.9.15,010.25,110.8
−
= 0,834.10
6
(m
3

) = 0,834 (cm
3
)
Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 (cm
3
) . Với thể tích đó ta có các kích thước
mạch từ như sau :
a = 4,5 mm = 0,45 cm
b = 6mm = 0,6 cm
Q = 0,27 cm
2
= 27 mm
2
d = 12mm
D = 21mm
Chiều dài trung bình mạch từ l = 5,2 (cm)
- Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung :
- Theo định luật cảm ứng điện từ
U
1
= W
1
Q
tx
B
QW
dt
dB ∆
=
1

W
1
=
186
10.27.3,0
10.167.9
6
6
1
==
∆
−
−
BQ
txU
(vòng)
- Số vòng dây thứ cấp
W
2
=
62
3
186
1
==
m
W
(vòng)
- Tiết diện dây cuốn thứ cấp
S

1
=
0056,0
6
10.3,33
3
1
1
==
−
J
I
(mm
2
)
Chọn mật độ dòng điện J
2
= 6 (A/mm
2
)
+ Đường kính dây cuốn thứ cấp
d
2
=
084,0
0056,0.4
4
1
=
Π

=
Π
S
(mm)
Chọn d =0,1 (mm)
Tiết diện dây cuốn thứ cấp
S
2
=
025,0
4
1,0
2
2
=
J
I
(mm
2
)
Chọn mật độ dòng điện J
2
= 4(A/mm
2
)
+ Đường kính dây cuốn thứ cấp
d
2
=
178,0

0025,0.4
4
2
=
Π
=
Π
S
(mm)
Chọn dây có đường kính d
2
= 0,18 (mm)
Kiểm tra lại hệ số lấp đầy
K
lđ
=
03,0
12
62.18,0186.1,0

)
4
(

2
22
2
2
21
2

1
2
2211
=
+
=
+
=
+Π
+
d
WdWd
d
WSWS
Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết .
c)Tính khâu khuếch đại xung
Chọn Tranzito công suất loại Tr3 loại 2SC9111 Tranzito loại npn vật liệu
bán dẫn là Si .
Điện áp giữa colecto và bazơ khi hở mạch Emitơ U
CB0
=40 (V) .
Điện áp giữa Emito và bazơ khi hở mạch Colecto U
EB0
=4 (V) .
Dòng điện lớn nhất mà colecto có thể chịu đựng I
max
= 500 (mA) .
Công suất tiêu tán ở colecto P
c
= 1,7 (W) .

Nhiệt độ lớn nhất của mặt tiếp giáp T
1
= 175
0
C .
Hệ số KĐ β = 50
Dòng điện làm việc của colecto I
c3
= I
1
= 33,3 (mA)
Dòng điện làm việc của bazơ I
b
=
66,0
30
3,33
==
β
c
I
(A)
Ta thấy rằng trong hai loại Tiristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé
U
đk
= 3,0 (V) I
đk
= 0,1 (A)
Nên dòng Colecto – bazơ của Tranzito I , trong trường hợp này ta có thể
không cần Tranzito I

r2
mà vẫn có đủ công suất điều khiển Tranzito
- Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = 12(V) , với nguồn E =12 (V) ta phải
mắc thêm điện trở R
10
nối tiếp với cực Emito của I
r3
, R
1
.
R
10
=
90
10.33
912
3
1
1
=
−
=
−
−
I
UE
(Ω)
Tất cả các Diod trong mạch điều khiẻn đều dùng loại 1N4009 có tham
số .
Dòng điện định mức I

đm
= 10 (mA)
Điện áp ngược lớn nhất U
n
= 25 (V)
Điện áp để cho Diod mở thông U
m
= 1(V)
6 .Khối nguồn
Ta cần chọn nguồn nuôi ± 12V để cấp cho BAX nuôi IC, các bộ điều
chỉnh dòng điện tốc độ , điện áp đặt tốc độ . Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu
ba pha dùng điốt, điện áp từ cấp MBA nguồn nuôi :
)(1,5
34,2
12
2
VU ==
Ta chọn U
2
= 9V.
C
5
C
7
C
4
C
6
7912
490

µ
F
490
µ
F
7912
+12
-12
A
B
C
220V
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812
và 7912, các thông số chung của vi mạch này:
Điện áp đầu vào : U
V
= 7 -> 35V.
Điện áp đầu ra : U
R
= 12V với IC 7812
U
R
= - 12V với IC 7912.
Dòng điện đầu ra : I
R
= 0-> 1A.
Tụ điện C
4
, C
5

dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.
Chọn C
4
= C
5
=C
6
= C
7
=470µF.
7.Tính toán máy BA nguồn nuôi và đồng pha :
- Ta thiết kế MBA dùng cho cả 3 việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn
nuôi. Chọn kiểu MBA 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 3 cuộn dây : 1 cuộn sơ cấp
và 2 cuộn thứ cấp.
- Điện áp lấy ra ở thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha:
U
2
= U
2đp
= U
N
= 9(V).
- Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha :
I
2đp
= 1(mA)
- Công suất tiêu thụ ở 6IC TL 084 sử dụng làm khuyếch thuật toán . Ta
chọn 2IC TL084 để tạo 6 cổng AND
P
8IC

= 8.P
- Công suất BA xung cấp cho cực điều khiển Tiristor
P
x
= 6. U
đk
. I
đk
=6.3.0,1 = 1,8(W)
- Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi :
P
N
= P
đp
+ P
8IC
+ P
X
P
N
= 0,056 + 5,12 +1,8 =6,976(W)
- Công suất của MBA có kể đến 5% tổn thất trong máy :
S = 1,05.(P
đp
+ P
N
) = 1,05 . (0,054 + 6,976) = 7,38 (VA)
- Dòng điện thứ cấp MBA :
I
2

= S/ (6.U
2
) = 0,137(A)
- Dòng điện sơ cấp MBA:
I
1
=S/ (3.U
1
) = 0,0112(A)
- Tiết diện trụ của MBA được tính theo công thức kinh nghiệm:
)(33,1
50.3
38,7
.6
.
.
2
cm
fm
S
kQ
QT
===
Trong đó : k
Q
= 6 : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát.
m = 3 : số trụ của BA
f =50 : tần số điện áp lưới.
- Chuẩn hoá tiết diện trụ theo bảng :
Q

T
= 1,63(cm
2
)
- Kích thước mạch từ lõi thép dày δ = 0,5mm.
- Số lượng lá thép : 68 lá.
a = 12mm
b = 16mm
h = 30mm
hệ số ép chặt k
e
= 0,85.
- Chọn mật độ từ cảm B = 1T ở trong trụ ta có số vòng dây sơ cấp :
6080(vong)
1,63.104,44.50.1.
220
4,44.f.B.Q
U
w
4
T
1
1
===
−
- Chọn mật độ dòng điện J
1
= J
2
= 2,75A/mm

2
.
- Ta có tiết diện dây quấn sơ cấp :
)0,0043(mm
3.220.2,75
7,38
3.U.J
S
S
2
1
===
- Đường kính dây quấn sơ cấp :
)0,074(mm
π
4.S
d
1
1
==
- Chọn d = 0,1mm để dảm bảo độ bền cơ. Đường kính có kể cách điện
là 0,12mm.
8. Chọn cổng AND
-Toàn bộ mạch điều khiển phải dùng sáu cổng AND nên ta chọn hai IC4081
họ CMOS . Mỗi IC4081 có bốn thông số .
Nguồn nuôi 1C V
cc
= 3÷ 9 (V) . Ta chọn V
cc
= 12 (V) .

Nhiệt độ làm việc : 40 ÷ 80
0
C
Điện áp ứng với mức logic (1) : 2÷ 4,5 (V) .
Dòng điện nhơ hơn 1mA .
Công suất tiêu thụ P = 2,5 (nW/1 cổng) .
* Tính chọn IC:
Mỗi kênh điều khiển phải dùng bốn khuyếch đại thuật toán . Do đó ta chọn
6IC loại TL084 do hãng Texasluctrument chế tạo . Mỗi IC này có 4 khuyếch
thuật toán .
Thông số của TL 084:
Điện áp đầu vào V
cc
=12V.
Hiệu điẹn thế giữa hai đầu vào ± 30V.
Nhiệt độ làm việc T = -25 ÷ 85
0
C.
Công suất tiêu thụ P = 0,68W.
Tổng trở đầu vào R
in
= 10
6
M Ω.
Dòng điện đầu ra I
ra
= 30pA.
Tốc độ biến thiên điện áp cho phép :
)13(V/μ
dt

du
s=

9. Khâu phản hồi:
-Khi thiết kế hệ điểu chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ
thực hiện được tất cả các yêu cầu đặt ra đó là yêu cầu công nghệ các chỉ tiêu
chất lượng và các yêu cầu về kinh tế.
-Độ ổn định và độ chính xác điểu chỉnh là hai chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng
bậc nhất của hệ thống tự động. Độ chính xác được đánh giá trên cơ sở phân
tích các sai lệch điểu chỉnh ,các sai lệch này phụ thuộc rất nhiều yếu tố . Sự
biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không thể tránh được trong
quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong quá trình xác lập.trên cơ
sở phân tích các sai lệch điểu chỉnh ta có thể chọn được các bộ điểu chỉnh
,các mạch bù thích hợp dể nâng cao độ chính xác của hệ thống .
-Để đạt được những chỉ tiêu về công nghệ trong điểu chỉnh tự động điểu
chỉnh hệ thống truyền động động cơ một chiều ta sử dụng hai mạch vòng
điểu chỉnh tổng hợp mạch vòng dòng điện ,tổng hợp mạch vòng tốc độ.
*Tổng hợp mạch vòng dòng điện :
Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ thống chấp hành
thì mạch vòng dòng điện là mạch vòng cơ bản .Chức năng cơ bản của mạch
vòng dòng điện trong các hệ thống truyền động là trực tiếp hoặc gián tiéep
xác định mô men kéo của động cơ, bảo vệ ,điểu chỉnh gia tốc
+Khâu lọc tín hiệu F: dùng để lọc tín hiệu một chiều hàm truyền là khâu
quán tính :
1
.1
1
Tp
F
+

=
T
1
:là hằng số thời gian của khâu lọc.
+Khâu điểu chỉnh dòng điện R
i
:là bộ điểu chỉnh có chức năng bù các khâu
có hằng số thời gian tương đối lớn bằng cách đó giảm cấp cho mạch hở ,các
khâu có hằng số thời gian tương đối nhỏ sẽ không được bù .Tuỳ theo dạng
hàm truyền của hệ khác nhau mà ta có các bộ điểu chỉnh khác nhau.
+ Bộ biến đổi BĐ: đối với các động cơ một chiều bộ biến đổi là bộ chỉnh lưu
cầu ba pha cấp cho mạch phần ứng của động cơ.
Hàm truyền của bộ biến đổi có dạng:
).1(
0v
cl
BD
Tp
K
F
+
=
Với K
cl
=
dα
dU
d