Ứng dụng vi điều khiển điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
MỤC LỤC Trang
  Ệ Ả 
   Ầ Ụ Ụ 
 Ầ 
  Ớ Ệ 
 Ầ 
  ƯƠ Ế Ế
 Ầ 
          Í Ầ Ử Ạ ĐỘ Ự Ạ Đ Ề Ể
 
 ươ 
         Ổ ỀĐỘ ƠĐ Ệ Ộ Ề 
 ươ !
   "   Ổ Ề Ộ Ỉ Ư !
 ươ #
      $Ổ Ề Đ Ề Ể #
 ươ %
     Ế Ế Ạ ĐỘ Ự %
 ươ 
      Ạ Đ Ề Ể Ạ Ể Ị
 ươ 
       Ư ĐỒ Ậ Ủ Đ Ề Ể 
 ươ %
      Í Ầ Ử Ạ ĐỘ Ự %
 ươ #
       Í Ầ Ử Ạ Đ Ề Ể #
  Ạ Ệ Ị#
 ươ #!
  &Ầ Ậ #!
 '' ( )' )*+,+-. /0 1ạ ỉ ư ầ đố ứ 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC DATASHEET
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
PHẦN 1
GIỚI THIỆU CHUNG
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được xem là một loại
máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát hay dùng trong những
điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như
cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải .
Tuy vậy máy điện một chiều cũng có những nhược điểm của nó như: so với
máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo
và bảo quản cổ góp phức tạp Nhưng do những ưu điểm của nó nên máy điện một
chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất .
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 10.000 kW ,
điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V. Hướng phát triển hiện nay là cải tiến
tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy và chế tạo nhũng máy công
suất lớn hơn .
I . C u t o c a máy i n m t chi uấ ạ ủ đ ệ ộ ề :
I.1 Phần tĩnh hay stato :
Đây là một phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:
I.1.1 Cực từ chính :

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể làm
bằng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ
thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích
từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
I.1.2 Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây
quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ
những bulông.
I.1.3 Gông từ
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc, có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
I.1.4 Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có :
-Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm
bằng gang.
-Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp
chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể
quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì
dùng vít cố định chặt lại.
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều

I.2 Phần quay rotor :
Phần quay gồm có những bộ phận sau :
I.2.1 Lõi sắt phần ứng :
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện
(thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm
hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép
lại thì đặt dây quấn vào.
I.2.2 Dây quấn phần ứng :
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ
(công suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và
lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với
rãnh của lõi thép .
I.2.3 Cổ góp :
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành dòng điện một chiều.
I.2.4 Các bộ phận khác :
-Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy.
-Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ b . Trục máy
thường làm bằng thép cacbon tốt.
I.3 Các trị số định mức
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong
những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng
những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn
máy thường ghi những đại lượng sau :
Công suất định mức Pđm (KW hay W).
Điện áp định mức Uđm (V).
Dòng điện định mức Iđm (A).
Tốc độ định mức nđm (vg/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ và các số liệu về

điều kiện sử dụng .
II . c tính c c a ng c i n m t chi u kích t c l pĐặ ơ ủ độ ơ đ ệ ộ ề ừ độ ậ :
II.1 . Khái niêm chung :
Đặc tính cơ của động cơ là quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ :
 = f (M) hoặc n = f (M) .
Đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược, ví dụ :
 = f (M) hay M = f(  ).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc
tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch
động cơ :  = f (I) hay n = f (I) .
Trong các biểu thức trên :
 - tốc độ góc , rad/s
n - tốc độ quay , v/p
M - moment , N.m.
Trong nhiều trường hợp để đơn giản trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh,
đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ đơn vị
tương đối .
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối ta lấy trị số của nó
chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Các đại lương cơ bản thường được chọn là :
U
*
=
dm
U
U
hoặc U
*

% =
%100
dm
U
U

Tương tự các thông số khác :
I


=
dm
I
I
, M

=
dm
M
M
,
φ

=
dm
φ
φ
, R


=
cb
R
R
, 

=

dm
ω
ω
hoặc 

=
o
ω
ω

Việc chọn các đại lượng cơ bản là tuỳ ý , sao cho các biểu thức tính toán là
đơn giản thuận tiện như:
Tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp là tốc độ không tải
lý tưởng 
o
, với động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ 
1
, còn
với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là 
dm
Trị số điện trở cơ bản là : Rcb
Với các động cơ điện một chiều : Rcb =

dm
dm
I
U
.
II.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất

vô cùng lớn và điện áp không đổi thì
mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là
động cơ kích từ song song (H1-1).
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng
và mạch kích từ được mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau (H 1-2) , lúc
này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
II.2.1 Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ H1-1và H1-2, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch
phần ứng như sau:
Uư

= Eư +(Rư +Rf

).Iư (2-1)
Trong đó :
Uư : điện áp phần ứng (V)
Eư

: sức điện động phần ứng (V)
Rư

: điện trở của mạch phần ứng (

Ω
)
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng (
Ω
)
Iư

: dòng điện mạch phần ứng (A).
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

E
Hình 1-1 Sơ đồ nối dây của động
cơ kích từ song song
Ik
t
E
Rf
Rkt
Uư
Ckt
Hình 1-2 Sơ đồ ứôi dây của động cơ
kích từ độc lập
Ukt
Rk
t
Ikt
Ckt
Uư
Rf
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều

Với Rư = rư + rcf +rb + rct
rư

: điện trở cuộn dây phần ứng
rcf

: điện trở cuộn cực từ phụ
rct : điện trở tiếp xúc của chổi than.
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
Eư =
ωω
π
Φ=Φ K
a
pN
.2
, (2-2)
Trong đó :
p : số đôi cực từ chính
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : số đôi mạch nhánh song song

φ
: từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
 : tốc độ góc (rad /s)
K =
a
pN
.2
π

: hệ số cấu tạo của động cơ
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì
Eư = Ke
φ
n , (2-3)
Và  =
55,960
.2 nn
=
π

Vì vậy :
Eư =
n
a
pN
Φ
60
Đặt Ke =
a
pN
60
: Hệ số sức điện động của động cơ
Ke =
K
K
105,0
55,9
≈
Từ (2-1) và (2-2 ) ta có :

 =
2
2
2
I
K
RR
K
U
f
Φ
+
−
Φ
(2-4)
Biểu thức (2-4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ .
Mặt khác moment điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi :
Mđt = K
Φ
Iư (2-5)
Suy ra :
Iư =
ΦK
M
dt
.
Thay giá trị Iư

vào công thức (2-4) ta được :
 =

dt
f
M
K
RR
K
U
2
)( Φ
+
−
Φ
2
2
(2-6)
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì moment cơ trên trục động cơ bằng
moment điện từ , ta ký hiệu M . Nghĩa là Mđt = Mcơ = M.
 =
M
K
RR
K
U
f
2
)( Φ
+
−
Φ
2

2
(2-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Giả thiết
phản ứng phần ứng được bù đủ , từ thông
φ
= const , thì các phương trình đặc tính
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
#
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
cơ điện (2-4) và phương trình đặc tính cơ (2-7) là tuyến tính . Đồ thị của chúng được
biểu diễn trên hình H1-3 và H1-4 là những đường thẳng .







Theo các đồ thị trên , khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có :
 =
o
U
ω
=
Φ
2
(2-8)

o
dược gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ . Còn khi  =0 ta có :

Iư =
nm
f
I
RR
U
=
+
2
(2-9)
Và M = K
Φ
Inm

= Mnm

(2-10)
Inm , Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch .
Mặt khác , phương trình đặc tính (2-4) , (2-7) cũng có thể được viết ở dạng :
 =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o
K
RI
U


2
, (2- 11)
 =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o
K
RM
U
2
)(

2
, (2-12)
Trong đó : R = Rư +Rf ,  =
Φ
2
U
,

M
K
R
I
K
R
2

)( Φ
=
Φ
=∆
2
ω
,
ω
∆
được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M .
Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối , với
điều kiện từ thông là định mức (
Φ
=
Φ
đm
),
Trong đó : 

=
o
ω
ω
, I

=
34
I
I
, M


=
dm
M
M
, R

=
cb
R
R
,
(Rcb =
dm
dm
I
U
được gọi là điện trở cơ bản )
Từ (2-40 và (2-7) , ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối :
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
!
I
M


đm


o
?ư


Hình 1-3 Đặc tính cơ điện của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập

o

đm

Hình 1-4 Đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều
kích từ độc lập
Mđ
m
Mnm
InmIđm
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều


= 1- R

I

, (2-13)


= 1- R

M

, (2-14)

II.2.2 . Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ :
Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc
tính cơ : Từ thông
Φ
, điện áp phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ. Ta lần
lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó .
II.2.2.1 ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết Uư = Uđm =const và
Φ
=
Φ
đm
= const .
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần
ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng là :

o
=
const
K
U
dm
dm
=
Φ *
. (2-15)
Độ cứng của đặc tính cơ là :
var
)(

2
=
+
Φ
−=
∆
∆
=
f
RR
KM
2
ω
β
, (2-16).
Khi Rf càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0 ta có đặc
tính cơ tự nhiên :
2
R
K
dm
TN
2
)( Φ
−=
β
(2-17)
β
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc

tính cơ điện trở phụ .
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ đặc tính biến trở có dạng
như hình H1-5. Ứng với một phụ tải Mc

nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch cũng giảm. Cho
nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh
tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ cơ bản .

SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang



o
TN (Rn)
Rf
1
Rf
2
Rf
3
Mc M
Rf
4
Hình 1-5 Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
II.2.2.2 ảnh hưởng của điện áp phần ứng :
Giả thiết từ thông
Φ

=
Φ
đm
= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay
đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm, ta có :
Tốc độ không tải :
var=
Φ
=
dm
x
ox
K
U
ω

Độ cứng đặc tính cơ :
const
R
K
=
Φ
−=
2
2
)(
β
.
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình H1-6

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì moment ngắn mạch, dòng điện ngắn
mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định.
Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế
dòng điện khi khởi động.

II.2.2.3 Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết điện áp của phần ứng Uư =Uđm = const. Điện trở phần ứng
Rư=const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ.
Trong trường hợp này :
- Tốc độ không tải : 
ox
=
var=
Φ
x
dm
K
U
,
- Độ cứng đặc tính cơ : β =
var
)(
2
=
Φ
−
2
R
K
x

Do cấu tạo của động cơ điện , thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì 
ox
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với 
ox
tăng dần và
độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông .
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
%
Hình H1-6. Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ .

u
2
u
1
TN uđm

o

o1

o2

o3
Mc u
3
M (I)
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông :

Dòng điện ngắn mạch : Inm =
const
R
U
dm
=
2
Moment ngắn mạch : Mnm

= K.
Φ
x
.Inm =var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn
trên H1-7a,b .
Với dạng moment phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm
từ thông tốc độ động cơ tăng lên (xem hình H1-7b) .
II.2.3 . Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm:
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra moment quay ngược chiều với tốc độ
quay. Trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát .
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm : hãm tái sinh, hãm
ngược và hãm động năng .
II.2.3.1 Hãm tái sinh ( hãm trả năng lượng về lưới ):
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý
tưởng. Khi hãm tái sinh Eư > Uư, động cơ làm việc như một máy phát điện song song
với lưới. So với với chế độ động cơ, dòng điện và moment hãm đã đổi chiều và được
xác định theo biểu thức :
0<
Φ−Φ
=

−
=
R
KK
EU
I
o
h
ωω

22
, (2-38)
Mh = K
Φ
Ih <0 .
Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với moment phụ tải của cơ cấu sản xuất
thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ 
ođ
> 
o
.
Vì sơ đồ nối dây của mạch động cơ vẫn không thay đổi nên phương trình đặc
tính cơ tương tự như công thức (2-7) nhưng moment có giá trị âm .
Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ hai và thứ tư
của mặt phẳng toạ độ .
Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất được đưa trả về
lưới điện có giá trị P = (E - U)I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ
sinh ra điện năng hữu ích .

SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

$
Hình 1-7 Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
M
Mnm
2
Mnm
1
Mnm
dm
φ
MC
0
ω
01
ω
02
ω
ω
0
ω
01
ω
02
ω
ω
2
φ
1
φ

TN
I
I
nm
a ) b )
2
φ
1
φ
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều



II.2.3.2 Hãm ngược :
Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của
động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do moment thế năng quay
ngược chiều với moment điện từ của động cơ. Moment sinh ra bởi động cơ, khi đó
chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất .
Ngoài hai cách hãm trên còn có hãm động năng .
III . Các nguyên lý i u ch nh t c ng c i n m t chi uđ ề ỉ ố độ độ ơ đ ệ ộ ề :
III.1 Khái niện chung :
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt
hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều :
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ .
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao
giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ

hoặc mạch kích từ động cơ. Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến
đổi chính :
- Bộ biến đổi máy điện gồm :Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy điện
khuếch đại (MĐKĐ)
- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ (KĐT)
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thyristor (CLT)
- Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thyristor hoặc tranzito (BBĐXA)
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như :
- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)
- Hệ truyền động máy điện khếch đại -động cơ (MĐKĐ-Đ)
- Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)
- Hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ (T-Đ)
- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ)
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động , điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự
động ) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở” ). Hệ điều chỉnh
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang



ôđ

o
- 
o

o
Mc
M
Hình 1-8 Đặc tính cơ hãm tái sinh của động cơ kích từ độc lập

E
U
Ih
U
E
I
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và
dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn được phân loại
theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời tuỳ thuộc
vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở góc phần tư,
hai góc phần tư và bốn góc phần tư.
Trong phạm vi mục này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng như tính
chất riêng của hệ T-Đ.
III.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ:
III.2.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng :
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn
như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển vv Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng nguồn điện xoay chiều thành một
chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Và nguồn có
công suất hữu hạn so với động cơ, nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và
điện cảm Lb khác không.
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau :
Eb - Eư = Iư(Rb + Rưđ )
 =
2
23
I
K

RR
K
E
dm
b
dm
b
Φ
−
−
Φ
, (3-1)

β
ωω
M
U
dko
−= )(
.
Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
Uđk

của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để .
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn
bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông
cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của giải điều chỉnh bị giới hạn bởi
yêu cầu về sai số tốc độ và về moment khởi động. Khi moment tải là định mức thì các
giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là :

SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

b )
Rư
đ
Rb
U
Uđk
LK
Đ
BBĐ
Eb (uddk )

E
ư
I
a )
Hình 1-9 Sơ đồ khối và sơ đồ thay trế ở
chế độ xác lập
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
β
ωω
dm
o
M
−=
maxmax
, (3-2)

β

ωω
dm
o
M
−=
minmin
.
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh phải có
moment ngắn mạch là :
Mnmmin = Mcmax = KMMđm

.

Trong đó KM là hệ số quá tải về môment . Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song
song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết :
)1(
1
)(
minmin
−=−=
M
dm
dmnm
K
M
MM
ββ
ω
,
D =

1
1
/)1(
max
max
−
−
=
−
−
M
dm
o
dmM
dm
o
K
M
MK
M
βω
β
β
ω
, (3-3)
Một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 
omax
, Mđm , MM là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh
điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch

phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể sơ bộ được :
10/.
max
≤
dmo
M
βω



Vì thế với tải có đặc tính moment không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc
độ cũng không vượt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về giải điều chỉnh và độ
chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là
không thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền
động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ
cứng các đặc tính cơ trong toàn giải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương
đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh. Hay nói cách
khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của giải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt
quá giá trị sai số cho phép trong toàn bộ giải điều chỉnh. Sai số tương đối của tốc độ ở
đặc tính cơ thấp nhất là:
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang


đki

đk1

M,I
Mđm

Mnmmi
n

min

omin

max

omax
Hình 1-10 : Xác định phạm vi điều chỉnh
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều

minmin
minmin
oo
o
s
ω
ω
ω
ωω
∆
=
−
=
,
.
min
cp

o
dm
s
M
s ≤=
ωβ
(3-4)
Vì các giá trị Mđm , 
omin
, scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu
của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm việc
này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ
nguyên, do đó moment tải cho phép của hệ sẽ là không đổi :
Mc
.cp
= K
Φ
đmIđm
= Mđm
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và moment nằm trong hình chử nhật bao bởi các đường
thẳng  = 
đ
, M = Mđm và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trong
mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ .
Eb

= Eư + Iư(Rb + Rưđ) ,
IưEb = IưEư = Iư
2

(Rb + Rưđ) .
Nếu đặt Rb + Rưđ = R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là :
2
2
)(
φ
ω
ω
η
K
MR
RIEI
EI
+
=
+
=
222
22
2
,
***
*
RM+
=
ω
ω
η
2
.

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có moment do động cơ sinh ra đúng bằng moment
tải trên trục :M = Mc

và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là : Mc


= (

)
x
thì

1***
*
)(
−
+
=
x
R
ωω
ω
η
2
, (3-5)
Hình 3-3 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp đặc
tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích
hợp trong các trường hợp moment tải là hằng số trong toàn giải điều chỉnh. Cũng thấy
rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm
đáng kể hiệu suất của hệ.

III.2.2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ :
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Hình 1-15 Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ
với các loại tải khác nhau
X=-1
X=o

2
η
1
1


ođm
M
Mđ
m
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
moment điện từ của động cơ M = K
Φ
Iư và sức điện động quay của động cơ Eư = K
Φ
. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng
là hệ phi tuyến:
dt
d
rr
e

i
k
kb
k
k
φ
ω
+
+
=
, (3-6)
Trong đó :
rk - điện trở dây quấn kích từ
rb - điện trở của nguồn điện áp kích từ

k
- số vòng dây của dây quấn kích từ
Trong chế độ xác lập ta có quan hệ :
kb
k
k
rr
e
i
+
=
;
Φ
= f[ ik] .
Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng

giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là
đặc tính cơ điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ
bản (đôi khi chính là đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ). Tốc độ lớn nhất của giải điều
chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ
thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ
góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần
phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là moment cho phép trên trục động
cơ giảm rất nhanh, ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính
cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích :
2
R
K
2
)(
φ
φ
φ
=
hay β


= (
Φ

)
2
.
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ
thông định mức nằm ở cổ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của đặc tính
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang


ω

max
MMđ
m
O
uđ
k 
Hình 1-11 : a ) Sơ đồ thay thế ; b ) Đặc tính điều chỉnh khi điều
chỉnh từ thông động cơ ; c ) Quan hệ  (ikt) .
Lk
rb
k
Ik
wk
rk
I
E
b )
Đặc tính cơ bản
c )
Lk

(uđk


)
ik

wk
0

a )
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông
số kết cấu của máy điện :
k
kb
k
e
rr
C
iC
+
== .
φ

SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
#
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU
I. Gi i thi u v b bán d n công su t thyristorớ ệ ề ộ ẫ ấ :
I.1 Cấu trúc:
Thyristor còn gọi là SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) là loại linh kiện 4
lớp P – N đặt xen kẽ nhau. Để tiện việc phân tích các lớp bán dẫn này người ta đặt là
P
1
, N

1
, P
2
, N
2,
giữa các lớp bán dẫn hình thành các chuyển tiếp lần lượt từ trên xuống
dưới là J
1
, J
2
, J
3
.
Sơ đồ cấu trúc, ký hiệu, sơ đồ tương đương và cấu tạo của thyristor được trình bày H1

H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d
A : Anốt
K : catốt
G : Cực điều khiển
J
1
, J
3
: Mặt tiếp giáp phát điện tích
J
2
: Mặt tiếp giáp trung gian
H.I.1a : Sơ đồ ký hiệu của SCR
H.I.1b : Sơ đồ cấu trúc bốn lớp của SCR
H.I.1c : Sơ đồ mô tả cấu tạo của SCR

H.I.1d : Sơ đồ tương đương của SCR
I.2 Nguyên lý làm việc của thyristor:
Có thể mô phỏng một Thyristor bằng hai transistor Q
1
, Q
2
như H.I.1d.
Transistor Q
1
ghép kiểu PNP, còn Q
2
kiểu NPN.
Gọi α
1
, α
2
là hệ số truyền điện tích của Q
1
và Q
2.
Khi đặt điện áp U lên hai đầu A &K
của Thyristor, các mặt tiếp giáp J
1
& J
3
chuyển dịch thuận, còn mặt tiếp giáp J
2
chuyển dịch ngược ( J
2
mặt tiếp giáp chung của Q

1
& Q
2
). Do đó dòng chảy qua J
2
là
IJ
2
IJ
2
= α
1
Ie
1
+ α
2
Ie
2
+ Io.
I
0
: Là dòng điện rò qua J
2
Nhưng vì Q
1
& Q
2
ghép thành một tổng thể ta có:
Ie
1

= Ie
2
= IJ
2
= I.
Do đó IJ
2
= I = α
1
I + α
2
I + Io
Suy ra => I = Io

/ [1-( α
1
+ α
2
)] (1)
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
!
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Do J
2
chuyển dịch ngược nên hạn chế dòng chảy qua nó, dẫn đến α
1
, α
2
cùng điều có
giá trị nhỏ, I ≈ Io, cả hai transistor ở trạng thái ngắt.

Từ biểu thức (1) ta thấy rằng dòng điện chảy qua Thyristor phụ thuộc vào hệ
số truyền điện tích α
1
& α
2
. Mối quan hệ giữa α và dòng emiter được trình bày ở
H.I.2. Như vậy khi α
1
+ α
2
tăng dần đến 1 thì I tăng rất nhanh. Theo sơ đồ tương
đương của SCR H.I.1d ta có thể giải thích như sau:
- Dòng IC
1
chảy vào cực B của Q
2
làm cho Q
2
dẫn và IC
2
tăng, tức IB
1
cũng tăng (IC
2
= IB
1
) khiến Q
1
dẫn mạnh -> IC
1

tăng và cứ tiếp diễn như thế. Hiện tượng này gọi là
hồi tiếp dương về dòng, tạo điều kiện làm tăng trưởng nhanh dòng điện chảy qua
Thyristor.
-Dòng Ie
1
tăng làm cho α
1
tăng (H.I.2), còn tăng Ie
2
làm cho α
2
tăng. Cuối cùng thưcï
hiện được điều kiện (α
1
+ α
2
) -> 1, cả hai transistor chuyển sang trạng thái mở, lúc
này nội trở giữa A và K của SCR rất nhỏ.
Vậy muốn làm cho Q
1
, Q
2
từ trạng thái ngắt chuyển sang trạng thái bão hoà
(hay muốn mở Thyristor) chỉ cần làm tăng IB
2
. Để làm được việc này người ta thường
cho một dòng điều khiển Iđk chảy vào cực cổng của Thyristor, đúng theo chiều IB
2
trên H.I.1d.
I.3 Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor:

H.I.3 Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor
Ith
max
: Giá trị cực đại dòng thuận
Uth : Điện áp thuận
Ung : Điện áp ngược
Udt : Điện áp đánh thủng
Ing : Dòng ngược.
Io : Dòng rò qua Thyristor
Idt : Dòng duy trì
∆u : Điện áp rơi trên Thyristor
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Để giải thích được ý nghĩa vật lý của đường đặc tuyến Volt - Ampere
Thyristor, người ta chia ra làm bốn đoạn đánh số la mã như H.I. 3b
- Đoạn (I) ứng với trạng thái ngắt của Thyristor. Trong đoạn này (α
1
+ α
2
) < 1, có
dòng rò qua Thyristor I ≈ Io, việc tăng giá trị U ít có ảnh hưởng đến giá trị dòng I.
Khi U tăng đến giá trị Uch (điện áp chuyển mạch) thì bắt dầu quá trình tăng trưởng
nhanh chóng của dòng điện,Thyristor chuyển sang trang thái mở.
-Đoạn (II) ứng với giai đoạn chuyển dịch thuận của mặt tiếp giáp J
2
(Q
1
, Q

2
chuyển
sang trạng thái bão hoà). Ở giai đoạn này, mỗi một lượng tăng nhỏ dòng điện ứng với
một lượng giảm lớn của điện áp. Đoạn này được gọi là đoạn điện trở âm.
-Đoạn (III) ứng với trạng thái mở của Thyristor. Trong đoạn này cả 3 mặt tiếp giáp J
1
,
J
2
, J
3
điều đã chuyển dịch thuận, một giá trị điện áp nhỏ có thể tạo ra một dòng điện
lớn. Lúc này dòng điện thuận chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài, điện áp rơi
trên Thyristor rất nhỏ. Thyristor được giữ ở trạng thái mở chừng nào dòng Ith còn lớn
hơn dòng duy trì Idt
.
- Đoạn (IV) ứng với trạng thái của Thyristor khi ta đặt một điện áp ngược lên nó (cực
dương lên catốt, cực âm lên Anod). Lúc này J
1
, J
3
chuyển dịch ngược, còn J
2
chuyển
dịch thuận, vì khả năng khoá của J
3
rất yếu nên nhánh ngược của đặc tính Volt-
ampere chủ yếu được quyết định bằng khả năng khoá của mặt tiếp giáp J
1,
do đó có

dạng nhámh ngược của đặc tính diod thường. Dòng điện Ing có giá trị rất nhỏ Ing ≈
Io. Khi tăng Ung đến giá trị Uđt (điện áp đánh thủng) thì J
1
bị chọc thủng và Thyristor
bị phá hỏng. Vì vậy để tránh hư hỏng cho Thyristor ta không nên đặt điện áp ngược
có giá trị gần bằng Uđt lên Thyristor.
Bằng cách cho những Ig >0 sẽ nhận được một họ đặc tính V- A với các Uch
nhỏ dần đi.
I.4 Các thông số chủ yếu của Thyristor:
I.4.1 Điện áp thuận cực đại (Uth
.max
):
Là giá trị điện áp lớn nhất có thể đặt lên Thyristor theo chiều thuận mà
Thyristor vẫn ở trạng thái mở. Nếu vượt quá giá trị này có thể làm hỏng Thyristor.
I.4.2 Điện áp ngược cực đại (Ung
max
):
Là điện áp lớn nhất có thể dặt lên Thyristor theo chiều ngược mà Thyristor
vẫn không hỏng. Dưới tác động của điện áp này, dòng điện ngược có giá trị Ing = (10
- 20)mmA. Khi điện áp ngược đặt lên Thyristor lưu ý phải giảm dòng điều khiển .
I.4.3 Điện áp định mức (Uđm):
Là giá trị điện áp cho phép đặc lên trên Thyristor theo chiều thuận và ngược.
Thông thường U
đm
= 2/3 Uth
max
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
%
Hình 2-3 Đặc tính V - A của Tiristor





5$


6$
/


7





3


/



'

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
I.4.4 Điện áp rơi trên Thyristor:
Là giá trị điện áp trên Thyristor khi Thyristor đang ở trạng thái mở.
I.4.5 Điện áp chuyển trạng thái (Uch):
Ở giá trị điện áp này, không cần có Iđk, Thyristor cũng chuyển sang trạng thái

mở.
I.4.6 Dòng điện định mức (Iđm):
Là dòng điện có giá trị trung bình lớn nhất được phép chảy qua Thyristor.
I.4.7 Điện áp và dòng điện điều khiển (Uđkmin, Iđkmin):
Là giá trị nhỏ nhất của điện áp điều khiển đặt vào G - K và dòng điện điều
khiển đảm bảo mở được Thyristor.
I.4.8 Thời gian mở Thyristor (Ton):
Là khoảng thời gian tính từ sườn trước xung điều khiển đến thời điểm dòng
điện tăng đến 0,9 Iđm.
I.4.9 Thời gian khoá Thyristor (Toff ):
Là khoảng thời gian tính từ thời điểm I = 0 đến thời điểm lại xuất hiện điện áp
thuận trên Anod mà Thyristor không chuyển sang trạng thái mở.
I.4.10 Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép (du/ dt):
Là giá trị lớn nhất của tốc độ tăng áp trên Anod mà Thyristor không chuyển từ
trạng thái khoá sang trạng thái mở.
I.4.11 Tốc độ tăng dòng thuận cho phép (di/ dt):
Là giá trị lớn nhất của tốc độ tăng dòng trong quá trình mở Thyristor.
I.5 Điều khiển đóng_mở Thyristor:
I.5.1 Các biện pháp mở Thyristor:
1. Nhiệt độ:
Nếu nhiệt độ Thyristor tăng cao, số lượng điện tử tự do sẽ tăng lên, dẫn đến
dòng điện rò Io tăng lên. Sự tăng dòng này làm cho hệ số truyền điện tích α
1
, α
2
tăng
và Thyristor được mở. Mở Thyristor bằng phương pháp này không điều khiển được
sự chạy hỗn loạn của dòng nhiệt nên thường được loại bỏ.
2. Điện thế cao:
Nếu phân cực Thyristor bằng một điện thế lớn hơn điện áp đánh thủng Uđt thì

Thyristor mở. Tuy nhiên phương pháp này sẽ làm cho Thyristor bị hỏng nên không
được áp dụng.
3. Tốc độ tăng điện áp (du/dt):
Nếu tốc độ tăng điện áp thuận đặt lên Anod và Catot thì dòng điện tích của tụ
điện tiếp giáp có khả năng mở Thyristor. Tuy nhiên dòng điện tích lớn này có thể phá
hỏng Thyristor và các thiết bị bảo vệ. Thông thường tốc độ tăng điện áp du/dt thì do
nhà sản xuất qui định.
4. Dòng điều khiển cực G
Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K) ,
các điện tử từ N
2
chạy qua P
2
. Đến đây, một số ít của chúng chảy vào nguồn Ug và
hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G – J
3
– K – G; còn phần lớn điện tử,
chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J
2
lao vào vùng chuyển tiếp này,
chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết nguyên tử Si, tạo nên
những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được giải phóng này lại tham gia bắn phá
các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm
xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N
1
, qua P
1
và đến cực dương của nguồn
điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt, J
2

trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
$
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ
khoảng
scm
µ
100/1
.
Điện trở thuận của Thyristor, khoảng 100 k
Ω
khi còn ở trạng thái khoá, trở
thành khoảng 0,01
Ω
khi Thyristor mở cho dòng chảy qua.
Thời gian mở: ton là thời gian cần để thiết lập dòng điện chính chảy trong
Thyristor, tính từ thời điểm phóng dòng Ig vào cực điều khiển. Thời gian mở của
Thyristor kéo dài khoảng
s
µ
10
.
I.5.2 Khoá Thyristor :
Một khi Thyristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn
là cần thiết nữa. Để khoá Thyristor, có hai cách:
- Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH (Holding
current), hoặc là:
- Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng ).
Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor UAK < 0, hai mặt ghép J

1
và J
3
bị phân cực
ngược, J
2
bây giờ được phân cực thuận. Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính
UAK, đang có mặt tại P
1
, N
1
, P
2
, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện
ngược chảy từ catôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Buổi đầu của quá trình, từ to

đến t
1
, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J
1
rồi J
3
trở nên
cách điện. Còn lại một ít điện tử bị cầm tù giữa hai mặt ghép J
1
và J
3
, hiện tượng
khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết, Bây giờ J

2
khôi phục lại tính chất của
mặt ghép điều khiển.
Thời gian khoá toff tính từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược (to) cho đến khi
dòng điện ngược bằng không (t
2
). Đấy là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu đặt
điện áp thuận lên Thyristor, Thyristor cũng không mở. toff kéo dài khoảng vài chục
s
µ
. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt Thyristor dưới điện áp thuận
khi Thyristor chưa bị khoá, nếu không, có thể có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn.
Vậy có công thức:
Thyristor mở + U
AK
< 0
⇒
Thyristor khoá
II. Gi i thi u m t s b ch nh l u c u dùng Thysistorớ ệ ộ ố ộ ỉ ư ầ :
II.1 Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng:
II.1.1 Tải thuần trở:


tsinU2u
22
ω=
Khi
1
θ=θ
cho xung điều khiển mở T

1
và T
3
: u
d
=u
2
,
Hai Thysistor này sẽ tự nhiên bị khoá lại khi u
2
= 0 .
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang






/

/
3
)

α
u
d
/
8
/

8

π
π
2
θ

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Khi
α+π=θ
cho xung điều khiển mở T
2
và T
4
: u
d
=u
2
,
Dòng tải i
d
là dòng gián đoạn.
Trị trung bình của dòng điện áp tải, dòng thysistor như sau:
2
I
R2
U
sin
R
U2

2
1
I
R
U
I
),cos1(
U2
d.sinU2
1
U
dd
2
T
d
d
2
2d
==θ
π
=
=
α+
π
=θθ
π
=
∫
∫
π

α
II.1.2 Khi tải là R+L:
Dòng tải i
d
sẽ là dòng liên tục, i
d
= I
d
.
Phương trình mạch tải:
,
d
di
Xi.RsinU2
d
d2
θ
+=θ
Do đó có thể viết:
α
π
=
=
π
+θ
π
=θθ
π
∫ ∫∫
α+π

α
α+π
α
α+π
α
cos
U22
U
RIU
di
X
di
R
d.sinU2
1
2
d
dd
dd2
Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp:
d
2
d2
Id.I
1
I =θ
π
=
∫
α+π

α
II.1.3 Khi tải là R+L+E:
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang






/

/
3
)
α
)
3
/8
/
8
1
θ
π

π
9
/




Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Vì có điện cảm L trong mạch tải nên thực tế i
d
là dòng liên tục, i
d
=I
d
.
Khi T
1
và T
3
mở cho dòng chảy qua ta có phương trình:
EI.RU
di
X
d
E
di
R
d.sinU2
1
d
di
XEi.RsinU2
dd
dd2
d
d2
+=

π
+θ
π
+θ
π
=θθ
π
θ
++=θ
∫∫∫∫
α+π
α
α+π
α
α+π
α
α+π
α
Trong đó:
α
π
= cos
U22
U
2
d
Nếu xét đến hiện tương trùng dẫn thì thay U
d
bằng U
'

d
.
Khi bộ biến đổi ở chế độ nghịch lưu phụ thụôc, ta có phương trình:
θ
+=θ+
d
di
Xi.RsinU2E
d
d2
Qua vài phép biến đổi, ta nhận được:
R
UE
I
d
d
+
=
II.2 Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng:
Sơ đồ cầu một pha không đối xứng sử dụng một nửa số van là Thysistor, nửa
còn lại là Diot. Do đó làm giảm được một nửa giá thành thiểt bị biến đổi, vì Diot rẻ
hơn nhiều so với Thysistor. Sơ đồ điều khiển cũng đơn giản hơn.
Hoạt động của sơ đồ như sau:
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang

/



π

π
1
θ
/
8
/
8
u
d
α
)

/
3
/













/


/
3
)

α
)
3
/

/

π
π
2
θ
/


/
3
/

/


Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Khi
1
θ=θ
cho xung điều khiển mở T

1
. Trong khoảng
1
θ
đến
2
θ
, Thysistor T
1
và Diot D
2
cho dòng chảy qua. Khi u
2
bắt đầu đổi dấu, D
1
mở ngay, T
1
tự nhiên bị
khoá lại, dòng i
d
= I
d
chuyển từ T
1
sang D
1
, D
1
và D
2

cùng cho dòng chảy qua, u
d
= 0.
Khi
α+π=θ=θ
3
cho xung mở T
2
. Dòng tải i
d
= I
d
chảy qua D
1
và T
2.
Diot D
2
bị khoá lại .
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Thysistor và Diot không bằng nhau. Góc
dẫn dòng của Diot là
α+π=λ
D
, còn góc dẫn dòng của Thysistor là
α−π=λ
T
.
Trị trung bình của điện áp tải:
)cos1(
U2

d.sinU2
1
U
2
2d
α+
π
=θθ
π
=
∫
Trị trung bình của dòng tải :
R
U
I
d
d
=
Trị trung bình của dòng Thysistor:
π
α−π
=θ
π
=
∫
π
α
2
)(I
d.I

2
1
I
d
dT
Trị trung bình của dòng trong Diot:
π
α
−=θ
π
=
∫
1Id.I
1
I
d
2
dD
Nhận xét:
- Hệ số cos
1
ϕ
của sơ đồ cầu đối xứng cao hơn so với sơ đồ cầu đối xứng.
- Sơ đồ này không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
II.3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng :
Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của mạch:
Thời điểm Mở Khoá
α+π=θ 6/
1
T

1
T
5

α+π=θ 6/3
2
T
2
T
6
α+π=θ 6/5
3
T
3
T
1

α+π=θ 6/7
4
T
4
T
2
α+π=θ 6/9
5
T
5
T
3

α+π=θ 6/11
6
T
6
T
4
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha gồm 6 Thysistor chia thanh hain nhóm:
- Nhóm catốt chung: T
1
, T
3
, T
5
- Nhóm anốt chung: T
2
, T
4
, T
6
Góc
α
được tính từ giao điểm nửa hình sin.
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
ĐC



 #



"

$
  
#
1
θ
2
θ
π
2
θ
α
α
u
+
u
*
u
'

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng VĐK điều khiển tốc độ ĐC một chiều
Hoạt động của sơ đồ:
Giả thiết T
1
và T
5
cho dòng chảy qua.
Khi
α+π=θ=θ 6/

1
cho xung điều khiển mở T
1
, Thysistor này mở vì u
a
>0. Sự
mở của T
1
làm choT
5
bị khoá lại một cách tự nhiên vì u
a
>u
c
. Lúc này T
6
và T
1
cho
dòng chảy qua. Điện áp trên tải:
baabd
uuuu −==
Khi
α+π=θ=θ 6/3
2
cho xung điều khiển mở T
2.
Thysistor này mở vì khi T
6
dẫn dòng, nó đặt u

b
lên anốt T
2
mà u
b
>u
c
. Sự mở của T
2
làm cho T
6
bị khoá lại một
cách tự nhiên vì u
b
>u
c
.
Các xung điều khiển lệch nhau
3/π
được lần lượt đưa đến cực điều khiển của
các Thysistor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,
Trong mỗi nhóm, khi điều khiển, nó sẽ khoá ngay Thysistor dẫn dòng trước
nó.
Trị trung bình của điện áp trên tải:
∫
α
π
=θθ
π
= cos

U63
d.sinU2
2
6
U
2
2d
Cũng có thể tính U
d
= U
d1
- U
d2
, trong đó U
d1
là giá trị trung bình của u
d1
do
nhóm catốt chung tạo nên, còn U
d2
là giá trị trung bình của u
d2
do nhóm anốt chung tạo
nên.
α
π
=θθ
π
=
∫

α+π
α+π
cos
63
d.sinU2
2
3
U
6/5
6/
21d
α
π
=θ
π
+θ
π
=
∫
α+π
α+π
cos
63
d).
3
2
sin(2
2
3
U

6/7
6/3
2d
II.4  '' ( )' )*+,+-. /0 ạ ỉ ư ầ đố ứ :
(Trình bày trong phần "chọn phương án")
SVTH: NGUYỄN THẾ DOÃN__ 01Đ2A Trang
