Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
CHUN NGÀNH TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hồn tồn

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Đình Hùng
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
MÃ LỚP:122211.1

1


TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT
HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện Tử
----------o0o---------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
----------***---------

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3
Nhóm sinh viên thực hiện:
Khoá học: 2021 – 2025
Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Lớp: 122211.1

Tên đề tài:
Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn
Số liệu cho trước:
Các thiết bị hiện có trên phịng thí nghiệm;
u cầu kỹ thuật: Cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập tại phịng 403B5
với thơng số Pđm = 200W, Uđm = 220V, Iđm = 1A.
Nội dung cần hoàn thành:
1. Thuyết minh: Giới thiệu cơ sở lý luận đề tài
Chương 1: Tổng quan về điện tử công suất và bộ biến đổi AC-DC.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế và chế tạo sản phẩm.
Chương 3: Khảo sát và đánh giá sản phẩm.
2. Phần thực hành:
Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật, mỹ thuật
Tên sản phẩm: Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn.
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Ngày giao đề: tuần 4

Nguyễn Đình Hùng

Ngày hồn thành: tuần 18

DĐ/Zalo: 0944051280
Email:
Hưng Yên, ngày 12 tháng 9 năm 2023

2

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

3


MỤC LỤC
MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3....................................................................2

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.............................................................3
MỤC LỤC...........................................................................................................................4
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................9
LỜI NĨI ĐẦU..................................................................................................................10
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................11

1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................11
2. Mục đích của đề tài.......................................................................................11
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài.......................................................11
4. Tóm tắt nội dung của đề tài...........................................................................11
5. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................11
6. Sản phẩm dự kiến đạt được...........................................................................12
CHƯƠNG 1.......................................................................................................................13
TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ BIẾN ĐỔI AC-DC.......................13

1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều.........................................................13
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều...........................................................13
1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều........................................................15
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều................................16
1.1.4. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một
chiều........................................................................................................................16
1.2 Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều...........21
1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ
................................................................................................................................. 21
1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông..22
1.2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp
phần ứng..................................................................................................................23
4

1.3 Giới thiệu về bộ biến đổi AC-DC...............................................................24
1.3.1 Khái niệm về bộ biến đổi AC-DC........................................................24
1.3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi AC-DC......................................24
1.3.3 Phân loại và các thành phần của bộ biến đổi AC-DC...........................24
1.3.4 Ứng dụng và tương lai của bộ biến đổi AC-DC...................................25
1.4 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu...............................................................................26

1.4.1 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu một chiều không điều khiển...............26
1.4.2 Giới thiệu một sô mạch chỉnh lưu một chiều có điều khiển:....................40
CHƯƠNG 2.......................................................................................................................54
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM...................................................54

2.1 Mục đích và ý nghĩa....................................................................................54
2.2 Sơ đồ khối và phân tích chức năng, nguyên lý từng khối............................54
2.2.1 Khối nguồn..........................................................................................55
2.2.2 Khối cách ly, khối công suất................................................................56
2.2.3 Khối điều khiển....................................................................................57
2.2.4 Mạch chỉnh lưu....................................................................................58
2.3 Nguyên lý làm việc của tồn mạch.............................................................60
2.4 Tính chọn các phần tử của mạch công suất.................................................61
2.4.1 Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau...................................61
2.4.2 Tính tốn chọn van động lực................................................................61
2.4.3 Bảo vệ quá nhiệt cho van.....................................................................63
2.4.4 Bảo vệ quá dòng cho van.....................................................................63
2.4.5 Bảo vệ quá áp.......................................................................................64
2.5 Tính chọn mạch điều khiển.........................................................................65
2.5.1 Tính tốn các phần tử mạch điều khiển................................................65
2.6 Tính chọn khối cách ly................................................................................67
2.7 Tính chọn khối nguồn cho mạch điều khiển...............................................68
2.8 Bảng dự toán các thiết bị trong đề tài..........................................................69

5


2.9 Nguyên tắc điều khiển.................................................................................69

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình 1. 1 Một số hình ảnh động cơ điện một chiều..........................................................14
Hình 1. 2 Cấu tạo động cơ điện một chiều........................................................................15
Hình 1. 3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều............................................17
Hình 1. 4 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.......................................................18
Hình 1. 5 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song...................................................18
Hình 1.6 Đặc tính cơ và cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập..........................20
Hình 1. 7 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ nối tiếp.......................................................20
Hình 1. 8 Đặc tính từ hố của động cơ kích từ nối tiếp....................................................21
Hình 1. 9 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp..........................22
Hình 1. 10 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp................................22
Hình 1. 11 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ song song với những điện trở phụ
khác nhau.......................................................................................................................................23
Hình 1. 12 Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm
từ thơng..........................................................................................................................................24
Hình 1.13 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia một pha một nửa chu kỳ...........................................28
Hình 1.14 Dạng sóng dịng điện, điện áp mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kì.........28
Hình 1.15 Sơ đồ và dạng sóng mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ khơng điều khiển tải
R+E................................................................................................................................................30
Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dịng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha
tải R...............................................................................................................................................32
Hình 1.17 Sơ đồ ngun lý và dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha

tải R+E...........................................................................................................................................34
Hình 1.18 Sơ đồ ngun lý và dạng sóng dịng điện, điện áp mạch chỉnh lưu tia pha tải
R+L................................................................................................................................................35
Hình 1.19 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R+L.............................36
Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R.............................................37
Hình 1.21 Giản đồ dịng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R..................................38
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha tải R+L+E..................................39
Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dịng điện, điện ápmạch chỉnh lưu hình tia một
pha có điều khiển tải R..................................................................................................................41

7


Hình 1.25 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hồn tồn.........................................43
Hình 1.26 Đồ thị dịng, áp- sơ đồ cầu điều khiển một pha đối xứng................................44
Hình 1.27 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển...................................................45
Hình 1.28 Giản đồ dòng, áp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển............................46
Hình 1.29 Sơ đồ ngun lý và dạng sóng dịng điện, điện ápmạch chỉnh lưu tia 3 pha có
điều khiển tải R+L.........................................................................................................................48
Hình 1.30 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển tải R.....................50
Hình 1.31 Dạng sóng dịng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển tải R
.......................................................................................................................................................53
Hình 1.23 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha tải R+L+E..........55
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn...............................................................................58
Hình 2.2 MOC3020...........................................................................................................59
Hình 2.3 Sơ đồ mạch điều khiển.......................................................................................60
Hình 2.4 Sơ đồ ngun lý tồn mạch................................................................................61
Hình 2.6 Sơ đồ mạch bảo vệ quá áp..................................................................................68
Hình 2.7 Sơ đồ, cấu tạo của cách ly quang.......................................................................70

8


LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Thầy Nguyễn Đình Hùng đã trực tiếp hướng
dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian nghiên cứu và hồn thành đồ án mơn học 3.
Em xin bày tỏ lịng cảm ơn tới các thầy cơ, cán bộ thuộc Khoa điện – điện tử Trường Đại
học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong suốt quá trình học tập và nghiện cứu.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên giúp đỡ em về tinh thần và vật chất
trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Hưng Yên, ngày..... tháng.... năm...........
Sinh viên thực hiện

9


LỜI NĨI ĐẦU
Trước hết em xin bày tỏ lịng biết ơn tới Thầy Nguyễn Đình Hùng đã trực tiếp
hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian nghiên cứu và hồn thành đồ án mơn học 3.
Em xin bày tỏ lịng cảm ơn tới các thầy cơ, cán bộ thuộc Khoa điện – điện tử Trường Đại
học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong suốt quá trình học tập và nghiện cứu. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động
viên giúp đỡ em về tinh thần và vật chất trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều
chỉnh cao, cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử.
Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo
cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trường
ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá

trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả
năng thực tế cao.
Đồ án môn học 3, em đã được nhận đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu
một pha điều khiển hoàn toàn”. Sau một thời gian thực hiện đề tài, em đã thu được rất
nhiều kiến thức mới hữu ích về lĩnh vực thiết kế chế tạo ra một sản phẩm hồn thiện
nhằm phục vụ cho q trình đào tạo trên giảng đường cũng như các lĩnh vực khác trong
thực tế. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết
và khó khăn trong việc thi cơng sản phẩm.Tuy nhiên, em đã nhận được sự giải đáp và
hướng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Đình Hùng. Vì vậy, em xin chân thành cảm ơn thầy
Nguyễn Đình Hùng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để
hồn thành đồ án mơn học 3.

Hưng n, ngày.....tháng....năm
2022
Sinh viên thực hiện

10


MỞ ĐẦU
GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỀ TÀI

1. Tính cấp thiết của đề tài
Một thực tế hiện nay là trong khi các doanh nghiệp trên thị trường sử dụng khá
phổ biến loại động cơ trong quá trình điều khiển của mình như: động cơ ba pha, động cơ
một chiều, động cơ servo,...để sử dụng ứng dụng các ngành công nghiệp, giao thông vận
tải.
Xuất phát từ những nhu cầu như vậy, nhóm em dưới sự hướng dẫn của thầy
Nguyễn Đình Hùng đã lựa chọn đề tài là: “Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha
điều khiển hoàn toàn”.

2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu chế tạo ra mạch điều khiển động cơ điện một chiều đáp ứng yêu cầu
đào tạo cho sinh viên chuyên ngành tự động hóa trong các trường kỹ thuật.
Giúp cho sinh viên hiểu biết sâu hơn về học phần điện tử công suất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu động cơ điện một chiều.
Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn
Phạm vi nghiên cứu:
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Kết nối linh hoạt với các thiết bị trên phịng thí nghiệm 403B5.
Thay đổi được giá trị, các tham số hiệu chỉnh cho hệ thống ổn định.
4. Tóm tắt nội dung của đề tài
Mở đầu: Giới thiệu cơ sở lý luận đề tài
Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều và bộ biến đổi AC-DC
Chương 2. Tính tốn, thiết kế và chế tạo sản phẩm
Chương 3. Khảo sát và đánh giá sản phẩm
Kết luận
11


5. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành nội dung đồ án nhóm nghiên cứu đã áp dụng những phương pháp sau:
Khảo sát đánh giá thiết bị hiện có.
Tìm và phân tích tài liệu.
Sử dụng phương pháp thực nghiệm.
Trao đổi kinh nghiệm và kiến thức với các thầy cô và các bạn sinh viên khác.
6. Sản phẩm dự kiến đạt được
Một quyển thuyết minh trình bày nội dung đề tài.
Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

12


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ACDC
1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện 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 cơng nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán
thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, thành các động cơ kích thích
độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp. Trên thực tế, đặc
tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song song hầu như giống nhau
nhưng khi cần công suất lớn ngừơi ta thường dùng động cơ điện kích thích độc lập để
điều chỉnh dịng điện kích thích được thuận lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này
địi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngồi. Ngồi ra, khác với trường hợp máy phát
kích thích nối tiếp, động cơ điện nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo
tải bằng điện.

Hình 1. 1 Một số hình ảnh động cơ điện một chiều

1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần: phần tĩnh( stator), phần quay( roto).

13

Hình 1. 2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

1) Phần tĩnh (stator)
Đấy là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay cacbon dày 0.5

đến 1mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ
thành một khối và tấm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. các cuộn dây kích từ
đặt trên các cực từ này nối nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: cực từ phụ 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.
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.
Các bộ phận khác gồm:
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 cịn
có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang.
Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ra ngồi. Cơ cấu chổi than gồm
có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lị xo tì chặt kên 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 chổ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định
chặt lại.
14

2) Phần quay( rotor)
Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng : Là lõi sắt dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỹ thuật
điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp 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 máy cỡ trung bình trở lên ,người ta cịn dập những lỗ thơng gió để
khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thơng gió dọc trục.
Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa
các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thơng gió ngang trục. khi máy làm việc, gió thổi
qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Dây quấn phần ứng: Là phần 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
thường dùng dây có thiết diện trịn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện
chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép. Để tránh khi bị văng ra do

lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể
làm bằng tre ,gỗ hay bakelit.
Cổ góp: Cổ góp cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ,dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đi
nhạn cách điện vói nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ trịn.
Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại. Giũa vành ốp và trụ trịn cũng
cách điện bằng mica .Đi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các
phần tử dây quấn vào các phiến góp được dể dàng.
Các bộ phận khác: Gồm có cánh quạt và trục máy.
Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế theo
kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió. Cánh quạt lắp trên trục máy ,khi máy
quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây

quấn rồi qua quạt gió ra ngồi làm nguội máy.
Trục máy : Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:

- Kích từ độc lập
15


- Kích từ song song
- Kích từ nối tiếp
- Kích từ hỗn hợp
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
-Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một
chiều thành cơ năng . Trong q trình biến đổi đó , một phần năng lượng của dòng xoay
chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ , phần cịn lại năng
lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ.

Hình 1. 3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

-Khi có dịng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng
sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh . Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dịng điện trên
dây quấn phần ứng tạo ra mơmen tác dụng lên roto làm cho roto quay. Nhờ có vành đổi
chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn
phần ứng . Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị
đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng.
1.1.4. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều
1) Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

16


Hình 1. 4 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn điện độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động
cơ kích từ độc lập (hình 1.4).

Hình 1. 5 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song

Theo sơ đồ ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
𝑈ư = 𝐸ư + (𝑅ư + 𝑅𝑓) 𝐼ư

(1-1)

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)
17


𝐼ư – dòng điện mạch phần ứng, (A)
Với:
𝑅ư = rư + rcf + rb + rct
rư - điện trở cuộn dây phần ứng
rcf - điện trở cuộn cực từ phụ
rb - điện trở cuộn bù

rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
Eư =

pN
φω
2 πaa

(1-2)

Trong đó
p – số đơi cực từ chính
N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ – từ thơng kích từ dưới một cực từ, Wb
ω - tốc độ góc, rad/s
K=

pN
: Hệ số cấu tạo của động cơ
2 πaa

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì:
Eư = Ke Φn

(1-3)

2 πan

n

Và: ω = 60 = 9.55
pN

Vì vậy: Eư = 60 a Φn
pN

Do đó: Ke = 60 a

Hệ số sức điện động của động cơ

Từ (1-2) và (1-3) ta có:
Uư

ω = kΦ –

Rư + Rf
kΦ

𝐼ư

(1-4)

Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác mômen
điện từ Mđt của động cơ được xác định :
Mđt = KΦ𝐼ư

(1-5)
Mđt

Suy ra: 𝐼ư = KΦΦ

Thay giá trị 𝐼ư vào (1-5) ta được:
18


ω=

Uư
kΦ

–

Rư + Rf
( kΦ ) 2 𝑀đ𝑡

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơmen cơ trên trục độn cơ M bằng
mômen điện từ: 𝑀đ𝑡𝑡 = 𝑀𝑐ơ = M

ω=

Uư
kΦ

–

Rư + Rf
(kΦ)2 𝑀

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả

thiết phản ứng được bù đủ, từ thông Φ = const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (14) và phương trình đặc tính cơ (1-6) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên
là những đường thẳng hàng.

Hình 1.6 Đặc tính cơ và cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập

2) Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Hình 1. 6 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ nối tiếp

Từ sơ đồ trên ta có:
𝑈Ư = 𝐸Ư + 𝐼Ư𝑅Ư = K∅𝜔 + 𝐼Ư𝑅Ư
Với R = 𝑟Ư + rctf + rct + rkt
19


Sau khi biến đổi ta nhận được:

𝜔=

Uu
KΦ ∅

-

Ru
KΦ ∅

𝜔=

Uu

KΦ ∅

- (KΦ ∅)2 M

𝐼𝑢

Ru

Trong phương trình trên ∅ biến đổi phụ thuộc vào dịng kích từ theo đặc tính
từ hố.

Hình 1. 7 Đặc tính từ hố của động cơ kích từ nối tiếp

Để đơn giản khi thành lập phương trình các đặc tính ta giả thiết tùe thơng phụ
thuộc tuyến tính với dịng điện kích từ như đường 1.
∅ = C 𝐼𝑘𝑡

: Với C là hệ tỷ lệ.

Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ: ∅ = C 𝐼𝑢
Thế vào phương trình (1-10) ta được:

𝜔=

Uu
KΦCIu

-

R

KΦC

=

A1
I
Uu

Trong đó: Đặt 𝐴1 = KΦC
Ta cũng có: 𝐼𝑢 =

√

–B
R

B = KΦC

M
KΦC

Thay vào ta được: 𝜔 =

A2
A 1 √ KΦC
–B=
–B
√M
√M

Trong đó 𝐴2 = 𝐴1√𝐾𝐶
Biểu thức (1-12) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ và (1-13) là phương
trình đặc tính cơ của động cơ. Dạng của đặc tính này được biểu diễn trên hình 1.9, hình
1.10.

20