Đề tài Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất

?

{
Luận văn
Đề Tài:

Thiết kế và thi cơng
bộ thí nghiệm điện tử
công suât

b.

-Ä


LOI NOI DAU
Chúng ta đang bước vào thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật.
Sự tiến bộ của kỹ thuật sẽ giúp thay đổi tồn bộ cuộc sống của chúng ta. Trong giai đoạn

cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, VIỆT NAM
mạnh thì phải chú trọng đến

muốn phát triển một cách vững

việc đầu tư cho giáo dục. Trong đó, nghành giáo dục cần phải

nâng cao chất lượng lẫn số lượng đào tạo.

Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi chúng ta phải đâu tư, phát triển các mơ

hình dạy học. Mơ hình dạy học giúp giảm chí phí đào tạo và nâng cao chất lượng giảng

dạy. Học sinh có dịp làm quen với các mơ hình giống với các hệ thống điều khiển trong
thực tế, do đó có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế.
Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng

đang đầu tư, phát triển các cơng cụ dạy học mang tính chất mơ phỏng nhằm giúp cho sinh

viên lĩnh hội kiến thức một cách thấu đáo thơng qua phương pháp trực quan. Qua đó, người
học có thể phát triển và vận dụng các kiến thức đã học một cách hiệu quả nhất theo những

yêu cầu cụ thể

hiện nay trong những khu chế xuất, các nhà máy cũng như trong các lĩnh

vực có liên quan về điện.

Để đáp ứng phân nào nhu câu trên, trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm

thực hiện xin tiến hành đề tài : "THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN

TỬ CƠNG SUẤT". Mục đích của dé tài là xây dựng mơ hình thí nghiệm giúp sinh viên

hiểu rõ hơn về các linh kiện bán dẫn công suất cũng như các ứng dụng của nó thơng qua
việc tiến hành các thí nghiệm trên bộ thí nghiệm này. Đơng thời, trên cơ sở mơ hình dụng

cụ dạy học, nhóm thực hiện cố gắng xây dựng các bài thực tập để sinh viên cũng cố lại các
bài học lý thuyết. Nội dung của mơ hình là sử dụng các linh kiện điện tử công suất như

thyristor, diode ... làm thay đổi điện áp một chiều để điều khiển tải dùng trong công suất
lớn. Trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển, vấn để thay đổi điện áp một

chiều là một vấn để thường gặp. Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ

động

cơ một chiều, diéu khiển độ sáng cửa đèn điện .v.v... Khi nắm được các ứng dụng trên,

sinh viên sẽ thấy được tâm quan trọng trong bài học để có thể vận dụng chúng vào thực

tiễn sau khi học xong.

Với sự giúp đỡ tận tình của thây hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực hiện cố gắng
thực hiện tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, thời gian và kinh
phí thực

hiện cịn q hạn hẹp nên nhóm thực hiện sẽ không tránh khỏi những nhầm lẫn và

thiếu sót, kính mong được sự góp ý của q thây cơ cũng như các bạn sinh viên để để tài
hồn thiện hơn.


L

PHAN DAN NHAP

ĐẶTVẤNĐỀ.

Như chúng ta đã biết, lĩnh vực Giáo Dục và Đào Tạo nói chung, Đào Tạo Kỹ Thuật

nói riêng, chất lượng đào tạo là vấn để hàng đâu trong xu thế phát triển hiện nay. Ngoài ra

loài người đang bước sang niên kỷ mới chắc chắn cần thiết sản phẩm đào tạo có nhiều chất
xám. Muốn được vậy, Ngành Đào Tạo cần phải đầu tư những thiết bị dạy học, mơ hình dạy
học phù hợp cho từng đối tượng đào tạo.
Đứng trước những yêu cầu thực tiễn trên, Nhóm sinh viên chúng em xin thực hiện để

tài mơ hình dạy học :' BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT ''.
Mục

đích của Nhóm

thực hiện là xây dựng dụng cụ dạy học ,bài học thực tập cho

sinh viên của Khoa Điện. Qua đó giúp cho sinh viên hiểu rổ về các linh kiện điện tử công
suất và các ứng dụng của nó.

I.

GIỚIHẠN ĐỀ TÀI.

Với để tài mang tính thực tiễn ,vấn để thực hiện việc thiết kế ,thi công và xây dựng

mơ hình cũng như bài thực tập của nhóm hồn chỉnh thật sự có những ứng dụng rộng rãi

trong các Trường Kỹ Thuật. Đó là điều mà nhóm thực hiện mong muốn đạt được.

Tuy nhiên thời gian, kiến thức có hạn cũng như những hạn chế khách quan khác nên

để tài không đi sâu điểu khiển động cơ một chiều bằng tất cả các phương pháp mà chỉ tập
trung diéu khiển động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp. Đồng thời xây dụng một mơ hình
đạy học sao cho vừa an toàn vừa đảm bảo đúng phương pháp sư phạm kỹ thuật.

Tóm lại nội dung thực hiện bao gồm ;

© Khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung.

e Thiết kế và thi công mạch điều khiển điện áp một chiều bằng phương pháp
thay đổi biến đổi độ rộng xung.

s Thiết kế và thi cơng mơ hình dạy học, xây dựng các bài thực tập dựa trên mơ

hình.

Ngồi ra nhóm thực hiên chưa thực hiện mơ hình điều khiển cho một đối tượng tải
bất kỳ bằng vịng kín để nâng hiệu quả trong ứng dụng thực tế.

I.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

Việc vận dụng mơn điện tử ứng dụng để điều chỉnh bằng phương pháp trên cho

động cơ một chiều là vấn để khơng cịn mới mẻ nhưng tính mới mẻ cửa đề tài được thể
hiện ở chổ :

XÂY DỰNG ĐƯỢC MƠ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CÁC LINH KIỆN BÁN

DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC QUAN GIÚP CHO SINH VIÊN
KHOA ĐIỆN THÍ NGHIỆM.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

. Nguyén Binh

DIEN TU CONG SUAT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội năm 1996
. Phạm Quốc Hải
Dương Văn Nghỉ

PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
. Nguyễn Việt Hàng

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XUNG VÀ SỐ
Khoa Điện - Trường Dai Học Sư Phạm Kỹ Thuật

4.

Năm

1998.

Bùi Đình Tiếu
Nguyễn Trọng Thuần

_
MOT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ, ĐIỆN TỬ VÀ BÁN
DẪN TRONG MÁY SẢN XUẤT

Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
. Raymond M.Marston

Người Dịch : Ngô Đúc Hoàng

110 MẠCH ỨNG DỤNG 0P -AMP
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật

Năm 1990

. R.H.Warring

SỐ TAY LINH KIỆN ĐIỆ

CHO NGƯỜI THIET KE MACH

Nhà Xuất Bản Thống Kê
’. Joseph Vithayathil
POWER ELECTRONICS Principles and Application
McGraw-Hill, Inc

C.J.SAVANT,Jr
MARTIN S.RODEN
GORDON L. CARPENTER
ELECTRONIC DESIGN


MUC LUC
LOICAMTA.
LOLNOI DAU.

PHAN DAN NHAP.

1. Đặt vấn đề.
1L Giới hạn vấn đề.

Trang

1
1

1II. Mục đích nghiên cứu.

PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN.

I. Thể thức nghiên cứu.
II. Cơ sở lý luận.

PHAN NOIDUNG

2
3

Chương I :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BAN DAN CONG SUAT.
1. Diode.

5

II. Transistor.

w

Ill. Thyristor.

11

1. Giới thiệu về động cơ điện một chiêu.

15

Chương II: KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC.

15

II. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một

chiều.

Chương II: KHAO SAT MACH DIEU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG
CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG.

18

20

1. Bộ băm xung một chiều dùng SCR.

20

II. B6 tạo xung kích cho SCR.

29

Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THỊ CƠNG MẠCH.

33

I. Thiết kế mạch.

33

1I. Thi công mạch.

40

Il. Thi cong.

44

Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH.
I. Thiết kế.

42
42

5


Chương VI: SOẠN BÀI THỰC
1. Giới thiệu mơ hình.
IL. Cac bai thi nghiệm.

KẾT LUẬN

MỤC LỤC

TẬP.

46
46
46


1. Thể thức nghiên cứu:
1. Thời gian nghiên cứu:
Quá trình nghiên cứu để tài được xem là một qui trình cơng nghệ hẳn hơi vì địi hỏi

phải tiến hành theo các khâu kế

tiếp nhau bao gồm việc chọn để tài, biên soạn để cương, thu

thập dữ kiện, xử lý dữ kiện, viết cơng trình nghiên cứu.

Luận văn tốt nghiệp được tiến hành thực hiện trong khoảng thời gian là 6 tuần :
liên hệ.

Tuan 1 : Chon dé tài, chính xác hóa để tài, soạn để cương, thu thập kiện và tài liệu
Tuần 2 : Biên soạn nội dung phần lý thuyết.

Tuần 3 : Thiết kế mạch trên giấy và tiến hành thi công, thử mạch.
Tuần 4 : Thiết kế bàn thực tập.
Tuần 5 : Soạn bài thực tập cho mô hình đã thiết kế.

Tuần 6 : Hồn chỉnh mơ hình, hoàn thiện phần lý thuyết để in ấn và nộp luận văn.

2. Phương pháp thu thập dữ kiện :
Đây là giai đoạn quan trọng, sử dụng các phương pháp và phương tiện nghiên cứu để
thu thập các dữ kiện về để tài đã xác định. Dữ kiện đã thu thập được sẽ là chất liệu để hình
thành cơng trình thực hiện dé tài. Vấn để là làm sao thu thập được dữ kiện đây đủ, chính xác,
và phù hợp với nội dung nghiên cứu.
Trong phạm vi luận văn này người nghiên cứu sử dụng phương pháp tham khảo tài liệu
để thu thập dữ kiện giải quyết để tài. Việc tham khảo tài liệu giúp người thực hiện bổ sung
thêm kiến thức, lý luận cũng như phương pháp mà những công trình nghiên cứu trước đó đã
xây dựng. Nhờ đó người nghiên cứu tập trung giải quyết vấn để còn tổn tại. Tuy nhiên việc
nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn bảo đẩm tính kế thừa và phát triển có chọn lọc.

3. Xử lý dữ kiện :
Các dữ kiện sau khi được thu thập chưa thể sử dụng được ngay mà phải qua q trình
sàng lọc, sửa chữa, phân tích khái quát thành lý luận. Tài liệu được sử dụng là những tài liệu

có chất lượng cao chủ yếu là tài liệu gốc nên bảo đảm chính xác về nội dung dé cập.
4. Trình bày đồ án :

Đề tài tốt nghiệp được trình bày theo cấu trúc một tập đổ án tốt nghiệp để phù hợp với
nội dung và thời gian nghiên cứu đồng thời đáp ứng đúng yêu cầu về chương trình đào tạo của
trường.
Trình bày thành văn cơng trình nghiên cứu khoa học là giai đoạn hoàn thành nghiên cứu,
do đó khơng được xem đó là q trình kỹ thuật mà là một quá trình sáng tạo sâu sắc. Chính
việc nắm vững bút pháp trong nghiên cứu khoa học giúp người nghiên cứu làm sáng tổ thêm

những kết quả đạt được, phát triển chúng và có thêm những kiến thức mới.


I. Cơ sở lý luận :
Đồ án tốt nghiệp thực chất là một quá trình nghiên cứu khoa học - q trình nhận thức

và hành động. Q trình này địi hỏi phải có thời gian nhất định tương xứng với nội dung của

đối tượng nghiên cứu và tinh chất phức tạp của vấn để nghiên cứu.

Việc nghiên cứu khoa học giúp ta tìm ra cái mới. Cái mới ở đây khơng những mang tính
chủ quan của người nghiên cứu mà cịn mang tính khách quan đối với xã hội. Nghiên cứu khoa

học phẩi nhằm mục đích phục vụ xã hội, đáp ứng yêu cầu thực tiễn.

Hoạt động ngiên cứu khoa học muốn đạt kết quả tốt phải hội đủ các yếu tố :
Phương tiện, phương pháp, cơ sở vật chất, máy móc thiết bị, hình thức tổ chức. Các yếu
tố này có mối quan hệ hữu cơ và phù hợp với đối tượng nghiên cứu.

CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1. Kiến thức và năng lực người nghiên cứu :

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện để tài người nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ

độ khó và độ phức tạp của để tài sao cho phù hợp với khả năng, kiến thức và năng lực của
người nghiên cứu.

Độ phức tạp của để tài thể hiện ở các mặt : lĩnh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ở một

ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu là đồng nhất hay không đồng nhất. Tuy nhiên cần
lưu ý rằng giá trị của để tài không phụ thuộc vào độ phức tạp của nó. Để tài hẹp chưa hẳn là
để tài kém giá trị. Mỗi để tài nghiên cứu khoa học có một phạm vi nhất định, phạm vi này

càng hẹp thì sự nghiên cứu càng sâu. Độ khó của để tài nói lên tính vừa sức đối với người
nghiên cứu. Do đó độ phức tạp của để tài thường có mối liên hệ tương hổ với độ khó của nó.

Kiến thức của người nghiên cứu (đây là điều kiện chủ quan ở người nghiên cứu). Trước

hết đó là vốn liếng, kinh nghiệm của người nghiên cứu.

Giáo sư Hà Văn Tấn đã nhận xét : “Trình độ học sinh, sinh viên hiện nay không cho
phép họ ngay từ đầu chọn được để tài nghiên cứu. Vì vậy phẩi có sự gợi ý của thầy cô

giáo....”. Mỗi để tài nghiên cứu khoa học có những yêu cầu nhất định của nó. Người nghiên

cứu cần nắm vững nội dung, phương pháp nghiên cứu phù hợp với để tài, nói khác đi để tài
nghiên cứu phải mang tính vừa sức.
Người nghiên cứu phải thể hiện năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm việc nắm vững

lý thuyết cơ bản của khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu của mình, nắm được mức độ nhất
định về sự phát triển và

tiến bộ thuộc lĩnh vực nghiên cứu. Có như thế mới chọn được để tài có

giá trị. Trong tình hình tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay trên thế giới, khối lượng thông
tin khoa học gia tăng với qui mô lớn và nhịp độ nhanh đòi hỏi người nghiên cứu phải tham
khảo tài liệu nước ngoài. Để thực hiện được vấn để này người nghiên cứu người nghiên cứu

khoa học cần có số vốn ngoại ngữ nhất định.

Thể hiện lòng ham mê khoa học và quyết tâm nghiên cứu tìm tịi chân ly.


2. Vấn để thực tiễn :
Người nghiên cứu phải coi thực tiễn làm cơ sở, là động lực của nhận thức. Ang - ghen

viết : “Khi xã hội có những yêu câu kỹ thuật thì xã hội thúc đẩy khoa học hơn mười trường đại
học”. Mặt khác thực tiễn cũng là tiêu chuẩn để kiểm tra nhận thức .

Thực tế là những sự việc có thật, những tình hình cụ thể, những vấn để đã hoặc chưa
được giải quyết trong cuộc sống. Người nghiên cứu với kinh nghiệm bản thân trong công tác

hàng ngày thường thấy được các mặt của vấn để, các mối quan hệ phức tạp, các diễn biến,
phương hướng phát triển của sự vật từ đó có định hướng thích hợp giải quyết để tài.
Chính thực tiễn giúp người nghiên cứu tìm thấy vấn để một cách cụ thể. Người nghiên

cứu phải xem thực tiễn cao hơn nhận thức ( lý luận ) vì nó có ưu điểm khơng những có tính
phổ biến mà cịn có tính hiện thực trực tiếp.Hồ Chủ Tịch cũng đã dạy : “Học tập thì theo

nguyên tắt: kinh nghiệm và thực tiễn phải đi cùng nhau”

Đề tài thực hiện mang tính thực tiễn, nội dung của để tàilà có thật, phát triển từ thực tế
khách quan.

Có thể nói hầu như mọi cơng trình nghiên cứu điều có giá trị thực tế của nó, chỉ khác

nhau ở mức độ ít nhiều, phục vụ trước mắt hay

lâu dài, gián tiếp hay trực tiếp.

3. Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện dé tài:

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện để tài người nghiên cứu là yếu tố chủ quan góp
phần quan trọng đến kết quả còn đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu kể cả phương
tiện ngiên cứu, thời gian nghiên cứu cùng những người cộng tác nghiên cứu và người hướng

dẫn nghiên cứu là những điều kiện khách quan ảnh hưởng trực tiếp đến việc nghiên cứu và kết
quả nghiên cứu. Người nghiên cứu càng nắm chắc các yếu tố khách quan đó bao nhiêu thì kết
quả nghiên cứu càng được khẳng định bấy nhiêu .


1.

UONG II: KHAO SAT PHAN DONG LUC
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyển sản xuất đang dần dần được tự động hóa

bằng cách áp dụng các kỹ thuật tiên tiến của khoa học kỹ thuật. Tuy thế, động cơ đi:
chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất

máy 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...
1.

Cấutạo:
Động cơ điện một chiều gồm hai phần : Phần tĩnh (stator) va phan quay (rotor).
Phân tĩnh là phần đứng yên của máy. Nó thường bao gồm các bộ phận sau :

—

Cue ti chính : là bộ phận sinh ra từ trường chính trong vỏ máy, gồm có lõi sắt cực từ

và đây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép
kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 + 1 mm ép chặt lại với nhau.

—_

Cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều giúp cho
máy điện làm việc khơng có tia lửa xảy ra giữa chổi điện và vành đổi chiều. Lõi

thép cực từ cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt
dây quấn.
—

Gong tir : dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.

—_

Các bộ phận khác như Nếp máy để bảo vệ, Cơ cấu chổi than.
Phân quay gồm có những bộ phận sau :

—

Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày
0,5 mưn được phủ lớp cách điện và ghép chặt lại với nhau.

—_

Dây quấn phần ứng : là phần sinh ra sức điện động và có dịng điện chạy qua. Dây
quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

—_

Các bộ phận khác như cánh quạr dùng để quạt gió làm nguội máy, ứrục máy để đặt

lõi sắt phân ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.

2.

Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiễu :

Động cơ điện một chiều là một thiết bị biến đổi năng lượng 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 phân ứng và trong mạch kích thích. Phần cịn lại là năng lượng được

biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.

Khi cho đồng 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 tác dụng tương hỗ lên dòng điện trong dây quấn
phần ứng tạo ra momen tác dụng lên rotor và làm rotor quay. Nhờ có vành đổi chiểu nên dòng

điện một chiều được chỉnh lưu thành dòng xoay chiều đưa vào đây quấn phân ứng. Diéu nay

làm lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiéu và làm động cơ quay


theo một hướng.

Công suất ứng với momen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng :
Pa =Mo=

Edy

Trong đó : M:

momen điện từ.

@ Ta

60

: tốc độ góc phần ứng.

l¿: đồng điện phần ứng.
E„: suất điện động phần ứng.
3...

Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc

lập.
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa hai thông số : tốc độ quay của trục và momen
đo động cơ sinh ra trong quá trình làm việc ở trạng thái định mức. Đặc tính cơ cho phép ta

đánh giá khả năng chịu tải cũng như nắm được khả năng làm việc của động cơ khi dùng để
truyền tải. Đặc tính tốc độ (1) thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ góc với dịng điện trong
mạch chính của nó. Đặc tính tốc độ cho phép ta đánh giá khả năng chịu tải của động cơ qua
dòng điện của nó.
Sơ đồ cơ bản và các đặc tính của nó :
a+

U

=

>

oT

K

RKT

O
H

a.

Hình II.1
Sơ đồ ngun lý của mạch kích từ độc lập.


Phương trình đặc tính tốc độ :
"Trong đó :

n: tốc độ quay của động cơ.
ne

uU__R

Kb

Ky

U: điện áp đặt vào động cơ.

R : tổng trở trên phần ứng.
I: dong dién chạy trong phần ứng.

M: momen của động cơ.
$: từ thông dưới một cực từ chính.

Kg: hé số suất điện động phụ thuộc vào cấu tạo.

II...
1.

Kự : hệ số momen của động cơ.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIEU.

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

n

U

nọ

TN

nl
Ny

Bộ điều chỉnh

điền

Uam
Ui

0

M

án.

Hình I3
Việc đ

So dé điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt trên phân

mức) và chỉ cho tŠc độ nhỏ hơn tốc độ định mức.

h

,

Uim> U; > U2

No> ny > Ng
Phương pháp điều chỉnh này có phạm vi điều chỉnh D = 10/1. Ưu điểm của phương pháp
này là giữ nguyên đặc tính của đường đặc tính cơ.

2.

Điễu chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng.


0

Mẹ

M

Hình II.4
So dé điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thêm điện trở phụ.

0=.

Ru„nọ > nị > nạ > nạ

Khi điện trở phụ R càng lớn thì độ cứng của đường đặc tính cơ càng giảm và ngược lại.

Phương pháp này chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản vì chỉ thêm điện trở vào chứ khơng
giảm nhỏ hơn R„ được. Đồng thời, phương pháp này cho tốc độ diéu chỉnh nhảy cấp, mức độ
nhảy cấp phụ thuộc vào số cấp khởi động.
3.

Diéu chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thơng ¿.

M

oT,

Sơ đồ diễn Chính BK

Hình

động cơ bằng phương pháp giảm từ thông.

Với phương pháp này, ta chỉ có thế giẩm từ thơng do trong thiét ké Ix: gần định mức, ¿ gần

ở bảo hoà. Néu ting In, ÿ cũng không tăng bao nhiêu. Nhưng khi gidm It, 6 gidm rat nhiều.
Khi giảm từ thông thấp hơn giá trị định mức, tốc độ động cơ tăng lớn hơn tốc độ cơ bản.
bam > Ôi > 0
Deb < Ny < Ny

Khi gidm từ thông, tốc độ tăng lên rất cao và tốc độ này có thể làm hỏng động cơ, nên

thông thường người ta chỉ cho phép nep = 3nam.
4..

Điễu chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.

n
Deb
ny

TN

ẽ mạch phần ứng

0

M

Hình II.6
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp rẽ mạch phan ting.


Phương trình đặc tính cơ của phương pháp này :

n=k

Với :

Udm
_Ru+kRnt
——
Keg
KeKm¢

..n

Rss + Rnt

Với phương pháp này, ta có thể điều chỉnh được tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản, tổn
thất năng lượng thấp và điểu chỉnh tốc độ nhẩy cấp.


CHUONG IIL KHAO SAT MACH DIEU KHIEN DIEN AP
BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG.
*%

z

r7

A

^

I. Bộ băm điện áp một chiều.

1.

Giơi thiệu.

Bộ băm xung một chiéu có thể coi như là bộ biến đổi DC/DC mà điện áp biến đổi được
đảm nhận bằng các linh kiện bán dẫn công suất. Nhiệm vụ chính của nó là thay đổi điện áp ra
theo yêu câu điều chỉnh hoặc ổn định điện áp ra tải. Băm xung một chiều được sử dụng nhiều
trong các thiết bị như động cơ điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trổ, các cơ cấu
điện từ, mạch ổn áp đải rộng...Van thích hợp với băm xung một chiều là các loại mà điều

khiển được cả q trình mở và khố van, do đó thường dùng Transistor (lưởng cực, MOSEET,
IGBT). Khi cần công suất

ra tải lớn (dòng điện và điện áp cao) ta phải dùng đến Tiristor. Vì

Tiristor là một linh kiện bán dẫn cơng suất có thể chịu được dịng điện qua nó rất lớn và cho
phép điện áp ngược đặt lên nó khá cao.

Để mạch băm xung hoạt động thì các phần tử đóng vai trị là van đóng mở phải được

điều khiển bằng các xung kích trong thời gian thích hợp. Trong hầu hết các linh kiện đóng mở

bán dẫn cơng suất, việc đóng cắt được thực hiện bằng cách đưa tín hiệu thích hợp vào chân
điều khiển. Đối với thyristor thì điều
trong việc kích mở thyristor mà thơi.
vào các phần tử chuyển mạch để có
thyristor hoặc làm cho dịng chạy qua
Bộ băm xung một chiều có thể

này khơng thể thực hiện được vì cực cổng chỉ có tác dụng
Để tắt thyristor khi đã dẫn trong nguồn DC, ta phải thêm
được các diểu kiện tắt là đặt điện áp ngược trên hai đầu
nó bị triệt tiêu.
chia thành ba loại co ban:

—

Bộ băm có van mắc song song tải còn điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu song

—

Bộ băm đảo dòng.

song).

Hai loại băm này có ưu điểm là cho điện áp ra trên tải lớn hơn điện áp nguồn nhưng nó

khơng thích hợp với tải có cơng suất lớn nên ít được sử dụng.
—_ Bộ băm có van và điện cắm mắc nối tiếp với tải (kiểu nối tiếp)
Bộ băm này chỉ cho điện áp ra nhỏ hơn điện áp nguồn nhưng có ưu điểm sử dụng được

cho tải có cơng suất cao, do đó nó thơng dụng hơn.

Trong phạm vi cuốn đồ án này, người thực hiện chỉ để cập đến bộ băm có van mắc nối
tiếp với tải. Hoạt động của nó dựa trên nguyên tắc đóng - ngắt tải với nguồn theo chu kỳ :
trong một chu kỳ T (hình aa), khoảng thời gian tạ cho van dẫn nên điện áp nguồn E đưa thẳng

ra tải, trong khoảng thời gian còn lại (T-t,) van hở, làm điện áp trên tải bằng khơng. Do đó
điện áp trung bình một chiéu ra tai 1a:

"=.
R

Trong
đó D = t/T là tỷ số chu
kỳ của
bộ băm.

a

oe

|, 6..„|
Hình IIL.1

Theo biểu thức trên ta thấy để điều chỉnh được điện áp ra tải có thể thay đổi độc lập tạ,

T hoặc đồng thời cả hai tham số này, thông dụng nhất là phương pháp thay đổi t„ trong khi giữ


chu kỳ Tcố định. Như vậy từ điện áp nguồn khơng đổi và liên tục, bằng cách “băm” nó ra

thành các xung, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra.

Để thiết kế hay khảo sát một bộ băm xung, người ta thường quan tâm đến các chế độ

dòng điện. Theo nguyên lý hoạt động, trong khoảng thời gian van khóa, nguồn bị ngắt khỏi tải,

tuy nhiên do tải có tính điện cảm nên dịng điện tải vẫn tiếp tục chẩy quẩn qua điơt Dạ nhờ

năng lượng tích lãy ở điện cảm này. Căn cứ vào các tham số R, L, Ea (sức điện động bên trong

tai) và khoảng thời gian ngắt nguồn (T-t,) mà dịng điện tải có thể tổn tại đến khi van dẫn trở
lại (gọi là chế độ dòng điện liên tục ) hoặc sẽ tắt trước đó (chế độ dịng điện gián đoạn).
Để biết được mạch hiện có đang làm việc ở chế độ dịng điện nào cần dựa theo một
trong các điều kiện giới hạn giữa hai chế độ này như sau :

a. Theo thời gian van dẫn tạp :

Š
bị TH

E,

Bie rễr¬0|

Nếu thời gian van dẫn thực tế to< tạn, thì dịng điện gián đoạn, ngược lại ts> tạ, dòng điện
sẽ liên tục.

b. Theo trị số trung bình dịng điện tải giới hạn lạu :
E
b,-1

y= QO-aq

ar

fy

Néu dòng thực của tải l,< Ign, dồng điện là gián đoạn còn I, > Ign, dong dién là liên tục.

c. Theo trị số của sức điện động E„ :

Nếu Ea > Eagụ thì dịng điện gián đoạn.
Nếu Ea < Eaạn thì dịng điện liên tục.
Các biểu thức tính tốn ở chế độ dòng điện liên tục :

Điện áp trung bình ra tải :
U=DE
Dong dién trung binh qua tai :


Các dạng sóng thể hiện như sau :

Ur
E

0

to]

T | (V+t.) 2T

t

ip
Imax

tin

ye

0¬

NL

Â

ip

Qui luật biến thiên dịng điện tải i, :

Giai đoạn từ 0 đến tọ :

g

E-E,

1=

R

Ea,b,

R

Giai đoạn từ tọ đến T:
t(t)=-

E

42}

_ h
B

Ri-a,

-

et

Giá trị cuc dai dong tai Imax:


TL.

EI-b"

=i(t=0)=—

ma

=bÚ

=0)

Ri~a

Giá trị cực tiểu dòng điện tải lun:
Io, =i (t=0) = E erh=4i _ Eị,

R la

8

Độ đập mạch dòng điện tải AI:

AI _E-bq=a*)
R
l-a,
Trị số trung bình của dịng điện qua điơt:

¡„~5 1=
I~ a.) Esqfay
R

TRI-a,)

R

T

Trị số*trung bình dịng điện qua van :

_Eliqạ_L

(-b)(q-ab)|

sE,

: Tin Ha

|

Các biểu thức tính tốn ở chế độ dòng điện gián đoạn :
Đồ thị làm việc của chế độ này như hình vẽ sau đây:
Ur

E
c

0

A

Ei

E

ih

t

ir

in

+>

0
ir

>

Tmax

3

t

to

Điện áp trung bình ra tải :
Í

t

U,=P+P,d=2)
Trong đó t„ là khoảng thời gian dịng điện tải còn tiếp tục chảy kể từ khi ngắt nguồn E
khỏi tải và được xác định theo biểu thức sau:

Quy luật biến thiên dòng điện tải i, :

Giai đoạn từ 0 đến tạ :

=

—_

de!"

Giai đoạn từ tạ đến T (hay đến tụ) :

i=“

8
0-e "+ E-E, be
R

_#

#*

Giá trị cực đại dong tai Imax :

E-E,
R

q=ð)

giá trị dồng điện cực tiểu I„„ tất nhiên bằng không.

2.

Giới thiệu bộ băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng điện áp.

Hình II.6

a. Vai trị của các linh kiện trong mạch (hình IIL6) :

§¡ là SCR chính có nhiệm vụ nối hoặc ngắt nguồn với tải.
XKI : mạch kích cho SCRI.

S214 SCR phu, tham gia vào việc ngắt (khố) S¡.
XK2 : mạch kích cho SCR2.
LC làm nhiệm vụ dao động, D¡ ngăn dòng điện ngược, D› bảo vệ cho mạch khi S1 ngắt.
b. Nguyên lý hoạt động của mạch :

Giả sử các SCR (S1, S2) đều lý tưởng và các linh kiện trong mạch khơng có tổn hao.
Khi nguồn một chiều E đã được cấp, trạng thái ban đầu : S1 và S2 đều bị khoá (tức chưa có
xung kích ở cực cổng) thì khơng có bất kỳ một dòng điện nào chạy qua tải. Để mạch hoạt
động một cách hợp lý thì đâu tiên cho tụ C nạp bàng cách cho xung điều khiển vào cực cổng


của S2, lúc này mạch điện hình HI.6 tương đương như hình IILa : tụ điện C sẽ được nạp theo
đườngE_ Rt_C

_ §2 _E và dịng ¡: giảm dân theo hàm mũ

Hình IIA

từ giá trị đầu E/Rt.

Hình IIb

Sau một khoảng thời gian, tụ C được nạp tới điện áp E của nguồn, nhưng thực tế khi dồng
điện tải giảm dưới mức duy trì của S2 thì đồng điện ngưng.
Khi có
tụ C phóng
chiều ngược
Dao động LC

xung điểu khiển vào cực cổng của S1, làm S1 đóng mạch như hình IILb, lúc này
điện qua S1 - L~D1 —C và được nạp ngược lại. Điện áp trên tụ tăng dân theo
lại và cuối cùng, diện áp trên nó sẽ là u¿ = -E do có sự xuất hiện dao động LC.
trong mạch sẽ nạp vào tụ C và nó chỉ kéo dài trong một nửa chu kỳ (vì DI ngăn
địng điện ngược).
Lúc này nếu cho xung để mở S2, thì S1 sẽ chịu điện áp ngược u, = -E làm S1 ngưng dẫn
(trạng thái chuyển từ hình III.b Shinh IIIa).
Goi chu kỳ băm là T: T = T¡+T›.
Thời gian đóng mạch của §¡ là Tì : T¡ = aT.

Thời gian ngắt mạch của S¡ là T; =T -T; và tỷ số chu kỳ là D = TT.
Gia trị trung bình của điện áp tải :
1?7

U, =— [Uat=DU
E

0

Bằng cách làm biến đổi tỷ số chu kỳ D (trong khi giữ cho tân số không đổi T=const) ta

có thể điều chỉnh được giá trị trung bình của điện áp một chiều đặt trên tải.

e Trường hợp tải là R+L :
Ww

a

toy
2

?

'Tải trở kháng tích luỹ một năng lượng điện từ :
Khi dong i, tang trưởng, Dạ có thể hồn trả năng lượng. D; đấu song song ngược với
mạch tải để tạo đường phóng điện cho khối năng lượng điện từ nói trên, khi dong i, gidm.
Liic dau dong tai i, = 0, dòng ¡; được xác lập dân dẫn. Qua một vài chu ky dong i, sé
biến động giữa hai giá trị lị và I›.

E0L

7ä

L

pha quá độ

E
I

t

ANN
TAT,

0T

i

t