Điện tử công suất

Đồ án mơn học

Điện tử cơng suất

Lời nói đầu
Việc sự dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi ,
đặc biệt là động cơ điện chiều bởi vì động cơ điện 1 chiều có rất nhiều ưu
điểm so vơi động cơ xoay chiều . Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ
điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho
phù hợp với yêu cầu của thực tế
Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn Tự Động Hoá được trang bị
với những kiến thức về nhiều mơn học trong đó có mơn điện tử cơng suât,
qua các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu em đã hồn thành
bản đồ án này.
Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lượng công việc lớn và mới mẻ
đối với chúng em cho nên em đã gặp một số khó khăn trong qúa trình thiết
kế, song được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ
môn, đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự giúp đỡ nhiệt tình của
các bạn cùng lớp, nên em đã hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành
cảm ơn sự giúp đỡ q báu đó. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như
về trình độ của bản thân, nên khơng tránh khỏi cịn nhiều chỗ thiếu sót, em
rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để em hoàn thiện
hơn bản đồ án này.
Trong bản đồ án này em xin trình bày một số nội dung sau :
Chương 1 : Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều.
Chương 2 : Các phương án tổng thể.
Chương 3: Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế.
Chương 4 : Thiết kế và tính tốn mạch lực
Chương 5 : Tính tốn và thiết kế mạch điều khiển.
Sinh viên thiết kế
Đinh anh Dũng

Đinh Anh Dũng TĐH1 – K46

Trang 1


CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử
dụng nguồn điện xoay chiều thơng dụng .
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc
độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng q tải . Chính vì
vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành cơng nghiệp
có u cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ, giao thông vận
tải ...
mà điều quan trọng là các nghành cơng nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện
một chiều .
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất
định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và
bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện )... nhưng do
những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn cịn có một tầm quan
trọng nhất định trong sản suất .
Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng
10000 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 động
cơ và chế tạo những động cơ có cơng suất lớn hơn ...

2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và
phần động.
2.1.Phần tĩnh hay stato.
Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau:
a, 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 cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt .
Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ
máy nhờ các bulơng . Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách
điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn
cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ được đặt trên
các cực từ này được nối tiếp với nhau.


b, 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 mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ
chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời
làm vỏ máy. Trong động cơ điện 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 dùng gang làm vỏ máy.
d, Các bộ phận khác.
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng
dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện
nhỏ và vừa nắp máy cịn 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 ngồi. Cơ cấu

chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì
chặy 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 lại.
2.2 Phần quay hay rơto.
Bao gồm những bộ phận chính sau :
a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ
thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm
tổn hao do dòng điện xốy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để
sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta cịn dập những lỗ thơng
gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thơng gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những
đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thơng 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 ép trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rơto. Dùng giá
rơto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b, Dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dịng điện
chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ có cơng suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện
trịn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây
quấn được cách điện cẩn thận 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. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành một chiều.
Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica

dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục trịn. Hai đầu trục trịn
dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ trịn cũng cách
điện bằng mica. Đi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các
phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng.
d, Các bộ phận khác.
- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều
thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió.
Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ
ngồi vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi
qua quạt gió ra ngồi làm nguội 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.
3. Phân loại máy điện
Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động
cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối
tiếp,kích thích hỗn hợp
Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song
song là giống nhau nên khi cần cơng suất lớn người ta thường dùng động cơ
kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dịng điện kích thích được thuận tiện do
đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó địi hỏi có dịng
bên ngồi.
Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ
U
E

Rf
U

CKT

Ikt

Rkt
Ukt


Khi mà nguồn một chiều có cơng suất khơng q lớn thì mạch phần
ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động
cơ điện một chiều kích từ độc lập
4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều
Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh
ra dịng điện Iư .Các thanh dẫn ab,cd có dịng điện nằm trong từ trường sẽ
chịu tác dụng của lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay
nửa vịng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến
góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động cơ
có chiều quay khơng đổi,khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ
cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái
Phương trình phần ứng
Uư = Eư +Rư.Iư
II. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU

1) Phương trình đặc tính cơ
Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư
Uư : Điện áp phần ứng
Eư : Suất điện động phần ứng
Rư ,Rf : Điện trở phần ứng,điện trở phụ trong mạch
phần ứng
Iư : Dòng điện mạch phần ứng
Rư =rư +rct +rb +rtc
rư : Điện trở cuộn dây phần ứng

rct : Điện trỏ cực từ phụ
rb : Điện trở cuộn bù
rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện
P.N

Eư = 2 .a  .
K 

U
E

Rf

I
U
Rkt

CKT

Ikt

 K . .

P.N
2. .a

P : Số cực từ chính
N : Số đơi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
 : Từ thơng kích từ dưới một cực từ Wb
 : Tốc độ góc (Rad/s)

Ukt


Eư = Ke .  .n


U  ( Ru  R f ).I u
( Ru  R f )
Eu
U



Iu
K .
K .
K
K

Mômen điện từ Mđt =K.  .Iư
Suy ra Iư =

M dt
K .

Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ bằng mômen cơ đầu trục
Mđt =Mcơ =M
 

Ru  R f
Uu

.M
K .
( K . ) 2

(1)

Mômen phụ thuộc vào từ thơng và dịng phần ứng
Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng
phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thơng  tức là thay đổi
dịng kích từ Ikt và thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf
M =K.  .Iư .do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mơmen
M ta có thể dùng phương pháp đảo chiều từ thơng (tức là đảo chiều dịng
kích từ Ikt ) hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng Iư
2. Các phương pháp thay đổi tốc độ
a) Phương pháp thay đổi từ thơng  ,thay đổi dịng kích từ Ikt .Với một phụ
tải Mc nhất định .Khi  giảm tốc độ động cơ tăng lên
n

nodm

 dm
M(Iu)

Iu

Khi kích thích dịng khác nhau đặc tính cơ nhận được khác nhau và độ dốc
khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với các đường trên cho biết tốc

độ xác lập ứng với thông số khác nhau của từ thông .
b) Thay đổi điện áp phần ứng
- Để điều chỉnh điện áp phần ứng đơng 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 các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành một
chiều có suất điện động Eb điều chỉnh được là nhờ tín hiệu Uđk
LK
BB§


- Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau:


Eb
R  Rb
 ud
.I u
K dm
K dm

- Vì từ thơng của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính
cơ cũng khơng thay đổi cịn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào
giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều
chỉnh này là triệt để
- Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định
mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi
động , khi mơmen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của
tốc độ là

 max  0 max 

M dm


 min  0 min 

M dm


Để thoả mãn khả năng q tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh
phải có mơmen ngắn mạch là:
Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm
Trong đó : KM hệ số quá tải về mơmen, do họ đặc tính cơ là những đường
thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có
thể viết:
 min  M nm min  M dm 

M
1
 dm  K M  1



M dm
 0 max 
1

M dm


M
KM  1
 1 dm


 0 max 
D

KM

* Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào 
omax
max
®k1

0min

®k2

min
M®m

Mnmmin


3.Vấn đề đảo chiều
Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mơmen có thể dùng hai
phương pháp .Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư hoặc đổi chiều từ thơng
(đổi chiều dịng kích từ Ikt).
Nếu dùng phương pháp đảo chiều dịng kích từ .Khi máy đang quay

thì do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vịng dây)
nên khi thay đổi dịng kích thích Ikt thì xuất hiện suất điện động cảm ứng rất
cao gây ra điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích .
Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chon phương pháp đảo chiều
dòng phần ứng Iư
4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác
a) Độ trơn


 i 1
i

Trong đó :  i ,  i 1 là tốc độ ổn định của động cơ đạt được ở cấp i ,i+1
  1 tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong tồn dải
điều chỉnh
b) Dải điều chỉnh tốc độ
Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc
độ làm việc ứng với mơmen tải đã cho
D

Trong đó :

 max
 min

bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành góp
bị chặn bởi u cầu về mơmen khởi động ,khả năng quá
tải và sai số tốc độ làm việc cho phép.
c) Chống mất kích từ
Khi mở máy phải đảm bảo chống mất kích từ mà nguyên nhân là do ngắn

mạch kích thích
 max
 min

U  Eu

U

Vì khi đó Eư = 0 nên Iư = R  R
u
u
Do U không đổi và Rư rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư rất lớn
làm cháy dây quấn và vành góp
Cách khắc phục điều này là phải có bộ phận nhận biết được mất kích từ


(  0 và do đó Iư =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = 0.
Khi đó Iư khơng lớn và tránh được sự cố trên.

CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ
Để lựa chọn được một phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đơng
cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng
“ ta cần phải lựa chọn 1 phương án điều chỉnh tốc độ và sơ đồ mạch lực phù
hợp
I .LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐƠNG CƠ

Nói chung ta có thể tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ theo 2 phương pháp
chủ yếu như đã nêu ơ trên : Điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ
thông 

 Phương pháp điều chỉnh từ thông  .
Phương pháp điều chỉnh từ thơng  có thể thay đổi tốc độ được một cách
liên tục và kinh tế nhưng chỉ có thể điều chỉnh được tốc độ trong vùng
trên tốc độ định mức và bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí
 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng .
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có
thể điều chỉnh tốc độ 1 cách liên tục và dễ dàng thực hiện bằng cách thay
đổi góc điều kiển  . Mặt khác phương pháp này trong quá trình điều
kiển thay đổi tốc độ thì không tiêu hao năng lương và momen của đông
cơ không đổi .
Nhân xét :
Từ những phân tích ở trên ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ của
đông cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC.

Để thay đổi và đảo chiều của động cơ điện 1 chiều chúng ta buộc phải thiết
kế các bộ chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý như sau .

Tải

CL II


Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một
pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thơng thường theo kinh nghiêm ta có :
+ Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5  7 kW ta sử dụng
mạch chỉnh lưu 3 pha
+ Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5  7 kW ta sử
dụng mạch chỉnh lưu 1 pha
- Công suất mạch phần ứng :

Pư = 600.5 = 3000W = 3kW < 5  7 kW nên ta sử dụng mạch
chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần ứng.
- Công suất mạch phần cảm :
Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5  7 kW nên ta sử dụng
mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần cảm.
 Các sơ đồ chỉnh lưu 1 pha
1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ .
T
U1

U2
R

L

Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa
chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh
lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu .
Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải
Udo = 0,45U2
Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp .
Sba = 3,09.Ud.Id
+Ưu điểm
- Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van
+Nhược điểm
- Chất lượng điện áp xấu
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp
2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

4

53210

4

53210


T1
U2
U1

R

U2

L
T2

Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường
hợp tải điện cảm lớn
a

Ud
o

2?

id

i T1
i

T1

Id

Id

4

0
1
2
3
5

4

0
1
2
3
5

Id

Ud

o

2?

 Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt
- Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi
nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua
- Khi  =  cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có
xung mở . Khi  =  , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn
còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi  =  +  ,
phát xung mở T2 thì T1 bị khố và T2 dẫn . T1 khố khơng phải dòng đã về 0
mà là do T2 dẫn .


T2 lại dẫn cho đến khi  = 2 +  , T1 được phát xung mở , T1 dẫn và T2
bị khố lại.
Q trình cứ như vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2
lần tần số điện áp xoay chiều .
Với  : là góc điều khiển mở .
+ Điện áp trung bình trên tải
2

Ud = 2
Udo =

 

2 2





2. U2.sind



=

2 2



.U2.cos = Udo.cos

.U2 = 0,9.U2 :

 Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở .
+ Điện áp ngược trên van là lớn
Unv = 2 2 U2
Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id
Mỗi van dẫn thơng một nửa chu kỳ
+ Dịng hiệu dụng qua van (chính là dịng hiệu dụng qua máy biến áp).
Ihd =

1 2 2
. I d d
2 
0

=

Id
2

= 0,71.Id

+ Hệ số đập mạch Kđm = 0,67.
+ Công suất máy biến áp Sba = 1,48.UdId
 Nhận xét :
+ Ưu điểm :
- So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện
áp với chất lượng tốt hơn
- Dịng qua van khơng q lớn
- Điều khiển van đơn giản
+ Nhược điểm
- Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm
việc 1nửa chu kỳ
- Chế tạo biến áp phức tạp
- Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn
- Điện áp ngược trên van là lớn .
3. Chỉnh lưu cầu một pha


Các đặc tính điện áp tải , dịng qua tải , dòng qua van và điện áp
ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải
là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ
Ud

a

0

2 ?

Id

id

i T1T2

Id

Id

i T3T4

UT1

o

i2

2 ?

Id

- Mạch có T1 , T3 chung Katot
T2 , T4 chung Anot
Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có
xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và

đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay
chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van
phụ thuộc vào tải ) .


Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm ,
nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông
và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước
+ Giá trị trung bình của tải
Ud =

2
2

 



2.U 2 sin  .d



=

2 2
.U 2 cos 
2

= Udo cos.

Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu khơng điều khiển .
+ Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) .
+ Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp
I2 =

2
2

 

I d

2



= Id



+ Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu
Unv = 2 U2
+ Dịng làm việc của van tính theo giá trị trung bình
IT =

1
2

 

I d


2



=

Id
2

= 0.71 Id

+ Hệ số đập mạch kđm = 0,67
+ Công suất biến áp Sba = 1,23Pd
Nhận xét :
Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu
hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn ,
hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia .
+ Ưu điểm :
- Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia
Unv= 2 U2.
- Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với
chỉnh lưu hình tia .
+ Nhược điểm :
- Số van nhiều hơn
- Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó
khăn hơn.
Nhận xét chung

Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu điều
khiển cầu một pha.
Do yêu cầu cấp điện cho động cơ có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển
riêng nên ở đây ta lựa chọn sơ đồ cầu 1 pha đối xứng vì sơ đồ cầu 1 pha
khơng đối xứng có hệ số cos cao hơn nhưng khơng đảo chiều dịng điện ra
tải .


Vậy ta lựa chọn sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng và phần cảm
của động cơ như sau:

Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng .

T1

T2

Ru

T1’

T2’

T3’

T4’

Lu
T3

T4

Eu

Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm.
T1

D2

T3

D4

Rf


CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ
I.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC .
Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh
lưu I chạy thì bộ chỉnh lưu II không chạy , ngược lại bộ chỉnh lưu II chạy thì
bộ chỉnh lưu I nghỉ .
Do vậy khi bình thường 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lưu thì sơ đồ
mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha .
1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha như sau :
Tải ta coi tải là RLE , cuộn cảm L được thêm vào để lọc điện áp và dòng .

a) Mạch hoạt động khi La = o
+  =  phát xung mở T1 , T2
T1T2 dẫn T3 , T4 khoá

Điện áp ra tải Ud = U2
+  =  +  phát xung mở T3 , T4
T1 , T2 khoá ; T3 , T4 dẫn (mở)
Điện áp ra tải Ud = - U2
+ Điện áp trung bình tải


2 2

Ud =



U2cos

+ Điện áp ngược lớn nhất trên van
Unv = 2 .U 2
+ Dòng liên tục nên id =Id
+ Phương trình mạch tải
2U 2 . sin 

di

=R.id +XL . dt +E

1  
1  
1  
E  
2

U
sin

.
d


R
.
i

X
.
di

d
2
d
L
d
 
 
 
 

Ud =RId +E
+ Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
1   2
I d d  I d
 

I2 =
b) Trùng dẫn
Ud

0

id



2

iT1

iT3

Id

Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm La nên trong mạch sẽ xẩy
ra hiện tượng trùng dẫn.
Giả sử T1 ,T2 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT2 =Id
Khi     phát xung mở T3,T4
Vì có La nên dịng iT1,iT2 khơng giảm đột ngột về 0 và dịng iT3,iT4 cũng
không tăng đột ngột từ 0 đến Id
Lúc này cả 4 van cùng mở thơng cho dịng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch
ud =0
Nguồn e2 bị ngắn mạch sinh ra dịng ngắn mạch ic
Phương trình
2U 2 sin   X a

dia
( X a.La )
d




ic = 
0

Đặt

2 .U 2
2 .U 2
sin(   ) 
(cos   cos(   ))
Xc
Xc

ic = ic1 + ic2 , ic1 = ic2 = 0,5.ic
ic1 : làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T2
Ic2 : làm tăng dòng trong T3 và làm giảm dòng trong T1
iT 3, 4 

2 .U 2
 cos   cos    
2. X c

iT 1, 2  I d 

Khi kết thúc giai đoạn trùng

2. U 2
 cos  cos    
2. X c
dẫn tức khi   , thì

cos   cos    

iT1,2 = 0

2 . X c .I d
2 .U 2

Ta thấy so với khơng trùng dẫn đặc tính điện áp sụt một phần và đó là sụt
áp gây ra do trùng dẫn U 
2
U  
2.



 2.U

2

. sin     d 

0

2 .U 2
. cos   cos     


2 . X c .I d
U  


khi đó giá trị trung bình điện áp trên tải là
Ud’ = Ud -

2 . X c .I d





2. 2



.U 2 . cos 

2. X c .I d



’

Ud = R.Id +E
2. Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ
Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực
hiện các bước đảo chiều như sau :
Giả sử ta chuyển từ sự làm việc của bộ chỉnh lưu I sang bộ chỉnh lưu II
Ta cần thực hiện thứ tự các bước như sau
1. Ngắt xung điều khiển bộ chỉnh lưu I
2. Đo dòng chạy qua tải để xác định dịng điện về khơng
3. Sau khi phát hiện dịng về không phải dữ trữ 1 thời gian trễ  > tph
đủ để đảm bảo thyristor đã khố chắc khi đó mới phát xung để điều
khiển van kia
4. Phát xung điều kiển cho các van ở bộ chỉnh lưu II
Nếu suất điện động Ed chưa đảo chiều ,thì khơng được chạy bộ chỉnh
lưu II với  < 900 vì lúc đó suất điện động Ed và Id cùng chiều nhau , trường
hợp nay dễ gây sập nghịch lưu do dòng điện rất lớn .Do đó bắt đầu phải điều
khiển  ở bộ chỉnh lưu II lớn hơn 900 , lúc đó bộ chỉnh lưu II làm viêc ở chế
độ nghịch lưu phụ thuộc .


a) Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong sơ đồ cầu 1 pha như sau :
Trong đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện
nào đó nó có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu - là chế độ biến đổi năng
lượng dòng một chiều phía tải thành dịng điện xoay chiều cấp trở lại lưới
điện, chế độ làm việc như vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng
lượng .
Để sức điện động E phát năng lượng trở lại lưới điện thì dịng và áp phải
ngược chiều nhau Ud và Id ngược nhau
Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta
điều chỉnh sao cho
- Chiều dòng như cũ

- Đảo chiều sức điện động Ed
- Ở trong chế độ chỉnh lưu với góc mở là  thì Ud =Ud0.cos  .

Nên nếu   2  U d

 0 tức

là điện áp trên tải thay đổi cực tính và ngược

chiều van .Do đó để duy trì dịng chảy qua van từ A đến K của van thì ta
phải đảo chiều Ed và đảm bảo E  U d vậy ở chế độ chỉnh lưu ,dòng trong
mạch được duy trì bởi Ud – E > 0 thì trong chế độ nghịch lưu phụ thuộc
dịng được duy trì bởi E  U d  0
Trong chế độ nghịch lưu lưới điện nhận năng lượng từ phía tải
Điều kiện hoạt động chế độ nghịch lưu phụ thuộc
-




2

- Đảo chiều Ed
- Đảm bảo E  U d
Xét dạng điện áp trên tải .
Ud


0




2

Trong mạch có điện cảm biến áp nên nó có q trình trùng dẫn với góc trùng
dẫn 
Xét T1,T2 đang dẫn ,   phát xung mở T3 ,T4 ,UA > UK nên có dịng
qua van và T1,T2 vẫn cịn dẫn từ đó 4 van cùng dẫn trong khoảng  .
Sau đó T1 ,T2 khố và T3,T4 mở


Điện áp ngược trên van T1 ,T2
Unv = 2 .U 2 . sin  U 2  
Điện áp ngược chỉ xuất hiện trên van trong khoang từ     đến   vì
sau đó điện áp trên T1 ,T2 lại là thuận (UA > UK )
Như vậy trong một chu kỳ làm việc mỗi van chỉ chịu điện áp ngược trong
khoảng từ     đến   tức là trong khoảng thời gian    (   )
khoảng thời gian này khá nhỏ .
Nếu   (   )   off (ứng với thời gian phục hồi Thyristor)
Thyristor sẽ tự mở trở lại khơng cần dịng điều khiển (mở tự nhiên )
Khi đó trong mạch cả hai nguồn cùng phát năng lượng khi đó Id rất lớn
gây sự cố sập nghịch lưu .
Do đó để an tồn phải có   (   )   off
Chọn  off 10 o ( ứng với toff =555 s thì có thể khố van Thyristor thơng
thường )      (    off )
Vậy góc mở  phải thoả mãn trong nghịch lưu phụ thuộc là

     (    off )
2

II.PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN RIÊNG
Để thực hiện quá trình đảo chiều cho động cơ ta cần có 1 bộ điều
khiển Lơgic. Sơ đồ của bộ điều khiển Lôgic như sau :

1

2L

b1

b1

b2

b2

iLd

Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một
thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi cịn một bộ bién đổi
kia bị khố do chưa có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và
BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2 . Trật tự
hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu lơgic b1 và
b2. Q trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong