đồ án điện tử công suất '''' dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ ''''

Đồ án điện tử công suất
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1
Dòng điện mở máy của động
cơ không đồng bộ

Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 1
Đồ án điện tử công suất
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 2
Đồ án điện tử công suất
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I: 5
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 5
A. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 5
I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM 5
II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 6
B.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC 7
C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 8
CHƯƠNG II: 9

CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ,ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN.9
A.CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ: 9
I.MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC 9
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY 9
B.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỪNG PHƯƠNG ÁN 10
C.PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN 11
II. PT HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG ĐCKĐB XOAY CHIỀU 3 PHA 11
CHƯƠNG III: 16
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 16
I. TÍNH TOÁN CHO VAN 17
II.TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO VAN DẪN 19
CHƯƠNG IV: 23
TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23
I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 23
III.YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH 25
CHƯƠNG V 38
MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẰNG PSIM 38
I.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 38
II.CẤU TRÚC CỦA KHỐI THYRISTOR SONG SONG NGƯỢC 39
KẾT LUẬN 41
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 3
Đồ án điện tử công suất
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại
máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Trong công nghiệp
thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và

nhỏ, nguồn động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,…
Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió,trong nông nghiệp dùng làm máy
bơm hay máy gia công sản phẩm,trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ
cũng dần dần chiếm được một vị trí quan trọng: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ
lạnh,…Bởi nó có những ưu điểm nổi bật hơn so với máy điện một chiều cũng như máy
điện đồng bộ, đó là:Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy,
chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ.
Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động cơ và động cơ
điện. Chúng có một số nhược điểm đó là dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ
thường lớn(từ 4 đến 7 lần dòng điện định mức). Dòng điện mở máy quá lớn không những
làm cho máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là đối với những
lưới điện công suất nhỏ.
Do đó vấn đề đặt ra là ta phải giảm được dòng điện mở máy của động cơ không
đồng bộ , đặc biệt là đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Bởi vì việc tác động
vào động cơ rôto lồng sóc khó khăn so với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Đối
với động cơ đồng bộ mặc dù có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có
những đặc tính quí giá như hệ số công suất cosφ rất cao, không cần lấy công suất phản
kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do mômen chỉ tỷ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy
người ta cố gắng khắc phục những nhược điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm
ra phương pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi
động động cơ theo phương pháp không đồng bộ.
Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh
nghiệm, nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Nhóm chúng em rất mong được sự
nhận xét, chỉ bảo của thầy qua đó, chúng em có kiến thức sâu hơn về thiết kế mạch động
lực và mạch điều khiển cho bộ khởi động mềm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 4

Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG I:
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
A. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM
1. Cấu tạo:
1.1 Cấu tạo phần tĩnh (Stato):
Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
1.1.a Vỏ máy:
Vỏ máy thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường
dung thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ.
1.1.b Lõi sắt:
Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại. Lõi
sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao
do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt
trong của lõi thép có xể rãnh để đặt dây quấn.
1.1.c Dây quấn:
Dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi sắt. Dây quấn
stato gồm ba cuộn dây đặt lệch nhau 120º.
1.2 Cấu tạo phần quay (Rôto):
1.2.a Trục:
Làm bằng sắt, dùng để đỡ lõi sắt rôto.
1.2.b Lõi sắt:
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lõi sắt được ép trực tiếp
lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
1.2.c Dây quấn stato:
Gồm hai loại: Loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
* Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số
cực stato. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng
trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở

phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
* Loại rôto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với loại dây quấn stato. Mỗi rảnh của
lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng hai
vòng ngắn mạch đông hoặc nhôm, làm thành một cái lồng người ta gọi đó là lồng sóc.
1.3 Khe hở:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 5
Đồ án điện tử công suất
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷1mm). Do đó rôto là một
khối tròn nên rôto rất đều.
2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ:
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n
1
.
Trong đó:
n tốc độ quay của rôto.
n
1
tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của đông cơ).
II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
Ngày nay, các hệ thống điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây
truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các thiết bị điện dân
dụng…Ước tính có khoảng 50% điện năng sản ra xuất được tiêu thụ bơi các hệ
thống truyền động điện.
Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc tố độ thay

đổi được. Hiện nay khoảng 75 – 80% các hheej truyền động là loại hoạt động với
tốc độ không đổi. Với các hheej thống này, tố độ của động cơ hầu như không cần
phải điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn laị, các hệ thống có
thể điều khiển được tốc độ để phối hợp đặc tính cơ và đặc tính tải theo yêu cầu. Với
sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các
hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ
không thể thiếu trong quá trình tự động hóa.

Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điiểm như: kết cấu đơn giản, làm việc
chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc
hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao. Vì những ưu điểm này nên động cơ không
đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất
tư vài chục trới hàng trăm nghìn kW. Trong công nghiệp động cơ không đồng bộ
thường được làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy
công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhỏ… Trong công nghiệp được dùng làm máy
bơm hay máy gia công nông sản phảm. Trong đời sống hàng ngày động cơ không
động bộ ngày càng chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động
cơ trong tủ lạnh, máy quay đĩa… Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất
điện khí hóa, tự động hóa phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng
rộng rãi.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 6
Đồ án điện tử công suất
B.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC
Kết cấu động cơ điện rôto Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều
chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao,
giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc là loại máy được dùng rộng rãi

nhất trong nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat.
Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy
cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ
v v trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy
bơm máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ
cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,
v.v Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt
hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi lồng sóc
đơn giản, làm việc chắc chắn, có đặc tính làm việc tốt nhưng đặc tính mở máy của nó
không được như của động cơ điện rôto dây quấn. Dòng điện mở máy thường lớn mà
mômen mở máy lại không lớn lắm. Để cải thiện đặc tính mở máy của động cơ điện rôto
lồng sóc, người ta đã chế tạo ra nhiều kiểu đặc biệt trong đó hiện nay dùng nhiều nhất là
động cơ điện rôto rãnh sâu và rôto hai lòng sóc hay lồng sóc kép. Động cơ điện rôto rãnh
sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnh rôto gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt
ngoài của dòng điện để cải thiện đặc tính mở máy. Để tăng hiệu ứng mặt ngoài rãnh rôto
có hình dáng vừa hẹp, vừa sâu, thường tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh vào
khoảng 10 đến 12. Thanh dẫn đặt trong dãnh có thể coi như gồm nhiều thanh nhỏ đặt xếp
lên nhau theo chiều cao và hai đầu được nối ngắn mạch lại bởi hai vành ngắn mạch, vì
vậy điện áp hai đầu các mạch song song đó bằng nhau, do đó sự phân phối dòng điện
trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng. Khi mở máy lúc đầu dòng điện
dây quấn rôto có tần số lớn nhất bằng tần số lưới f
1
từ thông tản cũng biến thiên theo tần
số đó.
Kết quả việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng của dây dẫn coi như
bị nhỏ đi điện trở rôto tăng lên và như vậy làm cho mômen mở máy tăng lên.
Mặt khác dòng điện tập chung lên trên cũng làm giảm tổng từ thông móc vòng đi
một ít, nghĩa là x
2
sẽ nhỏ đi. Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện phụ thuộc vào tần số và

hình dáng của rãnh, vì vậy khi mở máy tần số cao, hiệu ứng mặt ngoài mạnh. Khi tốc độ
máy tăng lên, tần số dòng điện rôto giảm xuống nên hiệu ứng mặt ngoài giảm đi, dòng
điện dần dần phân bố lại đều đặn vì vậy dòng điện trở rôto r
2
coi như nhỏ trở lại, điện
kháng tản quy đổicủa rôto do tần số lưới x
2
tăng lên, đến khi máy làm việc bình thường
thì do tần số dòng điện rôto thấp khoảng 2 đến 3 Hz hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài hầu
như không có.
Do đó động cơ điện rãnh sâu trên thực tế có đặc tính làm việc như các máy loại
thường.Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất
trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay được thì mômen
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 7
Đồ án điện tử công suất
mở máy của động cơ điện phải lớn hơn mômen tải tĩnh. Theo yêu cầu của nhà sản xuất,
động cơ điện không đồng bộ lúclàm việc thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần.
Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưói điện mà yêu cầu về mở máy đối với động
cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở
máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở
máy thích ứng. Trong nhiều trường hợp, do phương pháp mở máy hay do chọn động cơ
điện có tính năng mở máy không thích đáng nên thường hỏng máy. Nói chung khi mở
máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau:
+ Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
+ Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
+ Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.

+ Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
P = 90 kw; n = 1430v/phút; = 0,9; cos M
kd
/M
dm
= 1,15; M
max
/M
dm
= 2;
I
kd
/I
dm
= 6; J = 1,6kg/m
2
; U
1
= 220/380v.
…………………………………………………………………………………………
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 8
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG II:
CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ,ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN
LỰA CHỌN

A.CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ :
I.MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC
Khi bắt đầu mở máy thì rôto đang đứng yên, hệ số trượt S=1 nên trị số dòng điện
mở máy tính theo mạch điện thay thế bằng:
2
211
2
211
1
)'xCx()'rCr(
U
k
I
+++
=
Từ công thức trên ta thấy, dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ phụ thuộc
vào bản thân cấu tạo của động cơ và phụ thuộc nhiều vào điện áp lưới.
Trên thực tế, do mạch từ tản rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở
máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức trên. Ở điện áp định mức, thường
dòng điện mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng điện định mức. Điều đó làm cho không
những động cơ nhanh chóng bị hỏng mà còn làm cho điện áp lưới mỗi khi khởi động
giảm nhiều. Do đó nhất thiết ta phải giảm dòng điện mở máy.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY
Các yêu cầu mở máy căn bản:
- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phương pháp mở máy và thiết bị dùng cần dùng đơn giản, giá thành thấp, chất
lượng đảm bảo.
- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
Mở máy trực tiếp bằng động cơ điện rôto lồng sóc:

Đây là phương pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện.
Khi đó điện áp U
1
đặt vào stato bằng điện áp lưới (như hình vẽ). Do đó dòng điện mở
máy lớn.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 9
Đồ án điện tử công suất
1.1 Hạ điện áp mở máy:
Từ công thức tính dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào stato khi mở
máy thì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng giảm điện áp mở máy thì cũng sẽ làm
cho mômen mở máy giảm xuống:
])'()'[(2
'
2
211
2
2111
2
2
11
xCxrCrf
rUpm
M
k
+++
=

π
Do đó ta chỉ dùng phương pháp này cho các thiết bị mở máy cỡ nhỏ.
1.2 Các phương pháp:
- Nối điện áp kháng trực tiếp vào mạch điện stato: khi mở máy trong mạch điện stato đặt
nối tiếp với một điện kháng, sau khi mở máy xong thì điện kháng này bị nối ngắn mạch.
- Dùng biến áp tự ngẫu: Ta sử dụng một biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện,
bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì biến áp tự ngẫu được loại ra
khỏi mạch.
6- Mở máy bằng phương pháp Y-∆: Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm
việc bình thường thì đấu ∆, khi máy thay đổi thì đấu Y.
- Dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha sơ đồ gồm 6 thyristor đấu song song ngược.
B.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỪNG PHƯƠNG ÁN
+ Cả ba phương pháp trên đều có tác dụng giảm dòng điện mở máy nhưng trong
quá trình hoạt động của động cơ khi dòng điện tăng đột ngột vì một lý do nào đó thì ba
phương pháp trên không đáp ứng được (không hạn chế được dòng điện đó). Vì vậy ta
dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha.
Ưu điểm của phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha là khi điều chỉnh
góc thích hợp của các xung điều khiển đặt vào các thyristor có thể giảm được điện áp
đặt vào stato và do đó hạn chế được dòng qua động cơ, và vẫn còn tham gia vào mạch
trong quá trình hoạt động của động cơ.
Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng điện và điện áp đều không
có dạng hình Sin. Nhưng do thời gian mở máy rất nhỏ (từ 1÷3 giây) nên ta vẫn có thể sử
dụng được.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 10
Đồ án điện tử công suất
C.PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

= Vì vậy ta quyết định chọn phương án dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để làm
bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
I.PHƯƠNG PHÁP DÙNG BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA
Ta sử dụng 6 thyristor đấu song song ngược theo sơ đồ như hình vẽ. Khi ta cấp
điện áp xoay chiều vào ba đầu A, B, C, do còn phụ thuộc vào góc mở van của các
thyristor nên ta sẽ có ba dạng điện áp đặt vào động cơ ứng với ba vùng của góc mở van.
Các điện áp này đều nhỏ hơn điện áp đầu vào.
II. PT HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG ĐCKĐB XOAY CHIỀU 3 PHA
- Vì động cơ không đồng bộ nên có thể coi như là một phụ tải gồm có điện trở và cuộn
cảm nối tiếp nhau, trong đó:
+ Điện trở rôto biến thiên theo tốc độ quay.
+ Điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rôto va stato.
+ Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay (s).
- Do tính chất tự nhiên của mạch có điện cảm, nên nếu trong khoảng υ < mà đặt xung
điều khiển vào các van bán dẫn thì các van này chỉ dẫn dòng ở thời điểm υ = trở đi. Do
đó điện áp của động cơ không phụ thuộc vào góc mở. Nếu như vậy thì ta không điều
chỉnh được điện áp, vì vậy ta chỉ đặt xung điều khiển với góc mở > .
- Khi góc mở lớn hơn thì tùy thuộc vào giá trị tức thời của điện áp dây mà có lúc có ba
van ở ba pha khác nhau dẫn dòng, hay hai van ở hai pha khác nhau dẫn dòng.
+ Nếu có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 11
Đồ án điện tử công suất
Khi đó dòng điện tải:
)sin(
3
ϕω

+=
Z
U
i
dm
U
dm
: Biên độ điện áp dây
: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp ở giai đoạn đang xét.
+ Nếu chỉ có hai pha có van dẫn:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 12
Đồ án điện tử công suất
Khi đó dòng điện tải:
)sin(
2
ϕω
+=
Z
U
i
dm
Tùy thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hay hai van dẫn
cũng thay đổi theo.
* Khoảng dẫn của van ứng với = 0÷60:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1

-K
5
THANH DO UNIVERSITY 13
Đồ án điện tử công suất
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van hay hai van dẫn xen kẽ nhau như sơ đồ
hình vẽ 3.4a.
* Khoảng van dẫn ứng với = (60÷90):
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Ta có đồ thị điện áp ra như
hình vẽ 3.4b.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 14
Đồ án điện tử công suất
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 15
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
Thời gian mở máy của động cơ không quá lớn t
kd
= 3s. Mặt khác dòng điện ở đây
đáng kể, nên việc chọn Triac để điều khiển sẽ phải tăng cấp điều kiện làm mát. Vì vậy ở
đây chúng ta chọn sơ đồ với các cặp Tiristor nối song song và ngược chiều như hình vẽ:
Dòng điện động cơ:
I

đ/c
=
= = 159,9 (A)
Dòng điện chạy qua mỗi Tiristor:
I
T lv
= = = 79,95 (A)
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 16
Đồ án điện tử công suất
Dòng điện làm việc của Tiristor 79,95 A là đáng kể, do đó tổn hao trên Tiristor
khá lớn, nên chọn điều kiện làm mát cho Tiristor là có cánh tỏa nhiệt, có quạt đối lưu
không khí. Với điều kiện náy Tiristor làm việc với dòng điện đến 50% dòng điện định
mức. Dòng điện của Tiristor cần chọn:
I
T dm
= 159,9 (A)
Điện áp Tiristor ở trạng thái khóa:
U
T lv
= .U
d
= .380 = 537,4 (V)
Điện áp định mức của Tiristor cần chọn:
U
T dm
= K

dt
.U
T lv
= 1,8.537,4 = 967,3 (V)
Tiristor mắc vào lưới điện xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển mạch của
Tiristor không ảnh hưởng đến việc chọn Tiristor.
Từ các thông số trên ta chọn Tiristor loại SH200N.21D có thông số:
U
dm
= 1000 V U
dk
= 3V t
cm
= 80
I
dm
= 200 A I
TG
= 200 mA T
cp
= 125
I
x
= 4 KA I
dò
= 20 mA
I
dk
= 0,15 A U = 1,7 A
I. TÍNH TOÁN CHO VAN

Dựa trên đồ thị dạng điện áp ra của bộ điện áp xoay chiều ba pha, ta có thể tính
toán được dòng điện qua van max, điện áp ngược qua van max là bao nhiêu.
Ta tính toán chọn van theo thông số sau:
+ Tính được U
ngmax
qua van.
+ Tính được I
tb
qua van.
Từ đó chọn điều kiện làm mát thích hợp cho van:
U
ngmax
=
2
U
d
=
6
U
p
Với điện áp dây: U
d
=380V
U
ngmax
=
2
U
d
=

2
380=537.4(V)
Dòng điện trung bình lớn nhất qua van:
Do dòng điện qua van không phải là dạng hình Sin nên ta phải phân tích chuỗi Fourier
sau đó lấy thành phần bậc nhất, do động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có thể
coi là tải cảm và trở đấu theo hình sao nên ta phải có được U
d
, I
d
, góc lệch pha ϕ giữa
dòng điện và điện áp:
Ta có thông số của động cơ như sau: P
dc
= 90KW
U=380V/50Hz
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 17
Đồ án điện tử công suất
cos
ϕ
=0.95
n=1430v/phút
Hiệu suất
η
=0.95
Nhận xét: Khi góc điều khiển α = 0 điện áp ra tải là hình Sin và như vậy, dòng điện
trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định dòng điện trùn bình

qua van.
θθ
π
=
∫
θ+π
θ
dsinI
2
1
I
1
1
maxmaxtb
Từ cos
ϕ
=0.95 ta có dòng điện chậm pha so với điện áp một góc
1
θ
=34
0

)]cos()cos([I
2
1
I
11maxmaxtb
θ−−θ+π−
π
=

I =
ϕ
cosU3
P
dm
1
=
ϕη
cosU3
P
dm
2
= = 159,93 (A)
I
max
=I
2
= 159,93.
2
= 226.17 (A)

17,226.
1
max
π
=
tb
I
.0,95 = 68,4 (A)
Khi chọn van ta phải chú ý đến điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt động van tỏa

nhiệt rất lớn, nên điều kiện làm mát cho van ảnh hưởng đến hiệu quả cũng như tuổi thọ
của van. Nếu như van hoạt động trong điều kiện được làm bằng không khí nhờ cánh tản
nhiệt thì van có thể hoạt động tốt với 25% dòng điện định mức. Nếu van hoạt động trong
điều kiện được làm mát bằng quạt gió cưỡng bức thì van có thể chịu được đến 30%÷60%
dòng điện định mức. Nếu làm mát bằng nước thì van có thể chịu được đến 80% dòng
điện định mức.
Thông thường trong công nghiệp thì van phải được làm mát tốt nhất là bằng không khí
có quạt gió cưỡng bức. Trong bản thiết kế này do dòng điện qua van không quá lớn nên
ta có thể chọn chế độ làm mát cho van bằng không khí có quạt gió cưỡng bức. Ta chọn
các điều kiện thích hợp để van có thể chịu được dòng điện đến 40% dòng điện định mức
của van.
Khi đó:
tb
I
maxthuc
=
%40
I
maxtb
=
%40
4,68

= 171 (A)
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 18
Đồ án điện tử công suất

Để chọn giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ số dự trữ điện áp
K
u
= 1,6÷2.
Ta chọn: K
u
= 1,6
ng
U
=
u
k
.
maxng
U
= 1,6 . 537,4 = 860 (V)
Từ các giá trị của
tb
I
và
ng
U
, tra trong sổ tay ta chọn được van C501 Do hãng G.E của
Mỹ chế tạo với các thông số:
ng
U
= 700 ÷ 1700 ( V )
tb
I
=550( A )

1000
dt
di
max
=
II.TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO VAN DẪN
Trong quá trình van hoạt động thì van phải được làm mát để van không bị phá
hỏng về nhiệt vì vậy ta đã tính toán chế độ làm mát cụ thể cho van ở phần I. Tuy nhiên,
van có thể bị hỏng khi van phải chịu tốc đô tăng dòng điện, tăng điện áp quá lớn. Nhưng
dòng điện chỉ tăng khi qua Tristor trong thơi gian rất ngắn từ 1÷ 3 giây nên van có thể
chịu được. Để tránh hiện tượng quá áp trên van dẫn đến hỏng van, ta phải có những biện
pháp bảo vệ cho van. Biện pháp bảo vệ van thường dùng nhất là mắc R,C song song van
để bảo vệ quá áp va mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc độ tăng dòng.
Do động cơ không đồng bộ có thể coi là tải trở cảm nên hạn chế tốc đọ tăng dòng.
Cuộn dây được dùng làm một cuộn kháng bão hòa có đặc tính là: Khi dòng qua cuộn
kháng ổn định thì điện cảm của cuộn kháng hầu như bằng không và lúc này cuộn dây dẫn
điện như một cuộn dây dẫn bình thường.
Ta có mạch như hình vẽ:
Để tính toán giá trị của cuộn kháng ta xét quá trình quá độ trong mạch:
U
f
= i.R + L.
dt
di
Ta thấy rằng tốc độ tăng dòng lớn nhất là:
dt
di
max =
L

U
f
Để bảo vệ an toàn cho van ta phải lựa chọn L sao cho di/dt max phải nhỏ hơn tốc
độ tăng dòng chịu được của van hay là:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 19
Đồ án điện tử công suất
dt
di
max < 1000 A/µs

L
U
f
< 1000A/µs
L >
6
10.90
−
f
U
=
6
10.1000
2.220
= 0.31 µH
Ta chọn cuộn kháng bão hòa có giá trị để tổng trở của điện cảm của động cơ và

cuộn kháng nối tiếp phải có giá trị lớn hơn 0.31 µH. Sau khi tính toán bảo vệ chống tốc
độ tăng dòng ta tính toán bảo vệ quá áp cho van. Người ta chia ra hai loại nguyên nhân
gây ra quá áp:
1-Nguyên nhân nội tại: là do sụ tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn. Khi khóa van
Tristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hành trình. Tạo ra dòng
điện ngược trong thời gian rất ngắn.Sự tạo ra biến thiên nhanh chóng của dòng điện
ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, vốn luôn luôn có của
đường dây nguồn dẫn đến các Tristor. Vì vậy, giữa canốt và anốt của Tristor xuất hiện
qua điện áp. Ta có đồ thị thể hiện quá trình biến thiên của điện áp và dòng điện trên van:
2- Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên
như khi đóng cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ
nhảy. khi có sấm sét…
Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên người ta dùng
mạch RC đấu song song voi Tristor như hình dưới:
Thông số của R,C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp xảy ra, tốc độ biến thiên của
dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hóa máy biến áp….Việc
tính toán thông số của mạch R,C rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian nên ta sẽ sử dụng
phương pháp xác định thông số R,C bằng đồ thị giải tích, sử dụng đường cong đã có sẵn.
Các bước tính toán như sau:
Xác định hệ số quá áp theo công thức:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 20
Đồ án điện tử công suất
k =
im
imp
U.b

U
Với
imp
U
là giá trị cực đại cho phép của điện áp ngược đặt trên diot hoặc Tristor
một cách không chu kỳ, tra trong sổ tay tra cứu.
im
U
là giá trị cực đại của điện áp ngược thực tế đặt trên diot hoặc Tristor.
b- là hệ số dự trữ an toàn về điện áp, b = 1÷2
- Xác định các thông số trung gian:
)k(C
*
min
,
)k(R
*
max
,
)k(R
*
min
Bằng cách tra trong đồ thị của sổ tay tra cứu.
- Tính
dt
di
max khi chuyển mạch như ở phần tính toán cuộn kháng bão hòa.
- Xác định điện lượng tích tụ Q = f(
dt
di

), sử dụng các đường cong trong sổ tay để
tra cứu để xác định.
- Tính toán các giá trị của R, C theo công thức:
C =
im
*
min
U
Q.2
.C
Q2
LU
RR
Q2
LU
R
im
*
max
im
*
min
≤≤
Trong đó L là điện cảm của mạch RLC.
Tuy nhiên , trong thực tế khi tính toán thiết kế bảo vệ van thì rất có thể tcos đầy
đủ tất cả các đường cong đặc tính cần thiết nên người ta thường chọn giá trị của R, C theo
kinh nghiệm :
R = 20 ÷ 100 ( Ω ) ; C = 0,4 ÷ 1 ( µF )
Với dòng qua van nhỏ, ta chọn giá trị của R lớn, C nhỏ. Với dòng qua van lớn, ta
chọn giá trị của R nhỏ, C lớn.

Theo tính toán, dòng qua van bằng 161 A là lớn nên ta chọn giá trị của R, C như
sau:
R = 20 Ω
C = 0,8 µF ( các giá trị chuẩn).
Ngoài ra, trong mạch lực cần có thêm các thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá tải…
như áptômát, cầu chì,…ở mỗi pha và cầu chì ở trước mỗi van đẻ tăng cao tính an toàn
cho mạch.
Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh như ở dưới:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 21
Đồ án điện tử công suất
Trên đây là toàn bộ quá trình thiết kế mạch động lực cho bộ khởi động mềm động
cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 22
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG IV:
TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
a.Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van:
- Đủ biên độ, U
x
- Đủ độ rộng, t

x
- Sườn xung ngắn (t
s
=0,5 )
(xung điều khiển thường có biên độ từ 2V đến 10V, độ rộng xung thường tu 20µs đến
100 µs)
Các thông số liên quan đến hình dạng một xung điều khiển được minh họa trên hình vẽ:
b). Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển
Trong sơ đồ điều khiển các Tristor ở đây thì độ cho phép của các xung ở các kênh khác
nhau phải trong phạm vi cho phép với cùng một giá trị điện áp điều khiển.
c). Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển va mạch lực với khâu biến áp xung, thường
được sử dụng như một khâu truyền xung cuối cùng ở tầng khuếch đại xung, điện áp chịu
đựng giữa sơ cấp và thứ cấp phải đạt 1500V÷2000V khi sơ đồ làm việc với điện áp lưới
3×380VA.
d). Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của các xung điều khiển. Đây là yêu cầu để
đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển . Thông thường đối với sơ đồ biến đổ
xung áp xoay chiều góc phải thay đổi trong phạm vi 0
0
÷210
0
.
e). Có thể điều chỉnh được góc , không phụ thuộc sự thay đổi điện áp lưới.
f). Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xung quanh.
g). Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng, mất pha… Và báo hiệu khi có sự cố.
II.CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Khi khởi động động cơ không đồng bộ hệ số công suất cos luôn thay đổi, góc trễ
pha giữa điện áp và dòng điện động cơ thay đổi. Do đó có sơ đồ mạch điều khiển hợp lý
là sơ đồ không bị ảnh hưởng của góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Với sơ đồ đã
chọn 6 Tristor, sơ đồ mạch điều khiển chọn bằng xung điều khiển không cần gửi xung
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH

1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 23
Đồ án điện tử công suất
điều khiển (Hình vẽ 4.1). Vì động cơ không đòng bộ khi mở máy góc mở Tristor ban đầu
đảm bảo cho U
mm
= 65% U
đm
thì góc mở Tristor không lớn hơn do đó việc đệm xung là
không cần thiết.
Nguyên lý điều khiển một mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha trên Hình
4.1 có thể được giải thích theo các đường cong trên Hình 4.2a và 4.2b như sau:
Điện áp đồng pha với điện áp xoay chiều hình sin U
v
được chỉnh lưu cả chu kỳ U
A
đưa vào A
1
qua R
1
dịch đi một trị số lấy qua VR
1
. Hai điện áp này đưa qua khuếch đại A
1
có điện áp ra của A
1
là U
B

. Phần dương của U
B
tích phân qua khuếch đại A
2
cho ta điện
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 24
Đồ án điện tử công suất
áp tựa U
C
. Điện áp tựa U
C
được kéo lên trên trục hoành bằng điện áp lấy ra từ VR
2
. Việc
kéo điện áp tựa lên trên trục hoành này chỉ nhằm mục đích để điện áp điều khiển U
đk
đồng biến với điện áp ra, nếu không cần làm điều này thì chúng ta có thể bỏ qua điện áp
lấy từ VR
2
.
Điện áp điều khiển U
đk
so sánh với điện áp tựa U
rc
tìm thời U
đk

= U
rc
.Tại các thời
điểm U
đk
= U
rc
khuếch đại A
3
lật dấu điện áp ra ta có U
d
như hình vẽ.
Điện áp U
d
đưa tới cổng và V
11
cùng với tín hiệu xung chùm liên tục lấy từ A
6
,
đầu ra của V
11
sẽ có chùm xung khi U
d
> 0.
Cổng và V
1
sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V
11
có cổng xung và V
F

>0. Lúc đó
biến áp xung BA
1
có xung điều khiển T
1
. Cổng và V
2
sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V
11
có cổng xung và V
E
>0. Lúc đó biến áp xung BA
2
có xung điều khiển T
2
.
Kết quả là T
1
được cấp xung điều khiển khi U
F
>0 trùng với U
v
>0 và T
2
được cấp
xung điều khiển khi U
E
<0 trùng với U
v
<0.

Nếu như các xung điều khiển T
1
và T
2
dịch pha 180
0
thì có thể đảo đầu điện áp
vào của biến áp đồng pha hoặc đổi đầu cáp vào của khuếch đại A
4
.
III.YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH
Có hai yêu cầu chính mà mạch điều khiển phải thực hiện được đó là:
+ Khi mở máy thì dòng mở máy qua động cơ phải hạn chế vì lúc này dòng mở máy tăng
đột ngột với giá trị lớn làm hại động cơ.
+ Để hạn chế dòng mở máy thì ta dùng bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha để hạ điện áp đặ
vào stato động cơ và do đó lúc này dòng điện mở máy sẽ được hạn chế. Vậy tại lúc mở
máy ta thường điều chỉnh U
đk
để cho điện áp stato bằng khoảng 60% U
đm
nên sau khi
khởi động thì ta phải cho điện áp stato phải tăng trở lại.
Sau khi mở máy thì U
đc
phải tăng trở lại theo như đồ thị dưới đây nhờ điều chỉnh
U
đc
thì ta sẽ điều chỉnh được thời gian khơi động t
kd
= 1s÷3s.

Để thực hiện được khâu này ta phải dùng một khâu sau:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 25