Đồ án: Đồ án môn học Điện tử công suất pps

§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Đồ án môn học
Điện tử công suất
Giáo viên hướng dẫn: Võ Minh Chính.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Đoàn Thị Quỳnh Lan
Vũ Trung Dũng
Nguyễn Tiến Dũng
Đoàn Minh Dung
Mai Sỹ Hùng
1
Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá
MC LC
CHNG I: NG C IN MT CHIU 4
CHNG II: CHN PHNG N MCH LC 11
CHNG III: TNH CHN MCH LC V MY BIN P 20
CHNG IV: CC THIT B BO V MCH LC V CC VAN BN DN
35
Ta sử dụng vi mạch LMC6762A/NS với sơ đồ nh sau: 42
CHNG VII: Mễ PHNG 50
KT LUN 55
21
Thit k b bm xung ỏp mt chiu cú o chiu (theo nguyờn tc i
xng) iu chnh tc ng c in mt chiu (kớch t nam chõm vnh
cu) vi s liu cho trc nh sau:
Phng ỏn
in ỏp li
điện (VAC)
Dũng in
nh mc
in ỏp phn

ng
Phm vi iu
chnh tc
4 127 6A 400V 25:1
2
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
MỞ ĐẦU
Trong nền sản suất hiện đại, máy điện một chiều được coi là một loại máy điện
quan trọng. Nó được dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong các điều
kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được dùng
nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán
thép, hầm mỏ, giao thông vận tải.
Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nhưng
luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện áp, dòng điện. Chính vì vậy cần một
phương pháp nhằm đáp ứng được những yêu cầu trên.
Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu những ứng dụng các
linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trình biến đổi điện năng.
Hiện nay các thiết bị điện tử công suất chiếm hơn 30% trong số các thiết bị của một xí
nghiệp hiện đại. Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới, dây
truyền sản xuất mới, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử
công suất về vi mạch và vi xử lý. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của
bộ môn điện tử công suất các thầy cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em
từng bước tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn học điện tử công suất.
Đối với những sinh viên năm thứ 3, đây là lần đàu tiên tiếp xúc với thực tế.
Chính vì vậy, trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nên
em rất mong sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp
công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo ts.Võ Minh Chính tận tình hướng dẫn em hoàn
thành đồ án này.

3
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế
so với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc
điều chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy,
động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều
trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ.
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ:
• Nguyên lý hoạt động chung.
• Cấu tạo chung.
• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
• Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều.
I. NGUYÊN LÝ CHUNG
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực
từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì
các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh
dẫn nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của
từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto của
máy quay.
4
I
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng
và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được
gọi là động cơ kích từ độc lập.
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U
kt

, dây cuốn kích từ sinh ra
từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có
Φ
max
tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R
kt
đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm
bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay
được, do đó E
ư
= 0 và theo biểu thức U = E
ư
+ R
ư
I
ư
thì dòng điện I
ư
sẽ rất lớn làm
cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > M
c
) rôto
bắt đầu quay và suất điện động E
ư
sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện
và tăng lên của E
ư
, dòng điện I
ư
sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn.

II. CẤU TẠO CHUNG.
Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:
• Phần tĩnh: Stato.
• Phần quay: Roto.
1. STATO.
Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ
chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác.
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 được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon
dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều
được bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực
từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau.
b. Cực từ phụ.
Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây
5
Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá
qun m cu to ging nh dõy qun cc t chớnh. Cc t ph c gn vo v nh
cỏc bulụng.
c. Gụng t.
Gụng t c dựng lm mch t ni lin cỏc cc t , ng thi lm v mỏy.
d. Cỏc b phn khỏc.
Ngoi ba b phn chớnh trờn cũn cú cỏc b phn khỏc nh: Np mỏy, c cu
chi than.
Np mỏy: bo v mỏy khi b nhng vt ngoi ri vo lm hng dõy qun
hay an ton cho ngi khi chm phi in.
C cu chi than: a dũng in t phn quay ra ngoi. C cu chi than
gm cú chi than t trong hp chi than v nh mt lũ xo tỡ cht lờn c gúp.

Hp chi than c c nh lờn giỏ chi than v cỏch in vi giỏ ú. Giỏ chi
than cú th quay c iu chnh v trớ chi than ỳng ch.
2. Roto.
Roto ca ng c in mt chiu bao gm cỏc b phn sau: lừi st phn ng,
dõy qun phn ng, c gúp v cỏc b phn khỏc.
a. Lừi st phn ng.
Dựng dn t. Thng lm bng nhng tm thộp KT (thộp hp kim silix)
dy 0.5 mm bụi cỏch in mng hai mt ri ộp cht li gim tn hao do dũng in
xoỏy gõy nờn.
b. Dõy qun phn ng.
L phn sinh ra sc in ng v cú dũng in chy qua. Dõy qun phn ng
thng lm bng dõy ng cú bc cỏch in. Trong mỏy in nh (cụng sut di vi
kilowatt) thng dựng dõy cú tit din trũn. Trong mỏy in va v ln thng dựng
dõy tit din ch nht. Dõy qun c cỏch in cn thn vi rónh ca lừi thộp.
trỏnh khi b vng ra do sc li tõm, ming rónh cú dựng nờm ố cht
hoc phi ai cht dõy qun. Nờm cú th lm bng tre, g hay ba-ke-lit.
6
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
c. Cổ góp.
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với
nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn
dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các
đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác.
• Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều
thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió.
Cánh quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài
vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió
ra ngoài làm nguội động cơ.

• Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ
thường được làm bằng thép cácbon tốt.
III. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:
nn
C
RRIU
C
E
n
e
fuu
e
∆−=
+−
==
0
.
)(
.
θθ
với







+

=∆
=
θ
θ
.
).(
.
0
e
fuu
e
C
RRI
n
C
U
n
hay
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC
MRR
C
U

n
+
−=
Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ
thông), R (điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của
động cơ điện một chiều ta có ba phương án.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
trên
mạch phần ứng.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
7
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng
với các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n
0
tăng nhưng ∆n còn
tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau.
Chúng sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: I
ư
= (U/R
ư
).
Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc
điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8.
Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp
khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy
tăng.

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
trên mạch phần ứng.
Ta có:
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC
MRR
C
U
n
+
−=
Từ thông không đổi nên n
0
không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ thấy
nữa là, do ta chỉ có thể đưa thêm R
f
chứ không thể giảm R
ư
nên ở đây chỉ điều chỉnh
được tốc độ dưới tốc độ định mức.
M(I
ư

)

θ
δ
’’’
θ
δ
’’
θ
δ
’
θ
δđm
n (vòng/phút)

n
0
’’’

n
0
’’

n
0
’

n
0đm
M

đm
(I
đm
)
8
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Do R
f
càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay
đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I đường đặc
tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn).
Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất.
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
n (vòng/phút)

n
0
R
f0
R
f1
R
f2
R
f3
M
đm
(I
đm
) M(I

ư
)

n (vòng/phút)

M(I
ư
)

4
2
3
1 (U
đm
)
M
đm
(I
đm
)
9
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy
nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường
giảm điện áp U. Khi U giảm thì n
0
giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy
thường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều
chỉnh trong phạm vi rất nhỏ.
Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men

không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = C
M
. θ. I
ư
).
Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn
nữa có thể đến 1:25.
Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song
song làm việc ở chế độ kích từ độc lập.
10
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC
I. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ.
Theo đề bài thì động cơ làm việc với kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên từ
thông của nó không thay đổi và do đó ta không thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi từ thông được.
Cũng từ đề bài, điện áp phần ứng là U = 24(V), dòng điện phần ứng là I
ư
= 45
(A) nên công suất của động cơ chỉ là 1080 (W). Công suất này nhỏ do đó ta không
dùng phương pháp thêm điện trở phụ vào vì như vậy sẽ khiến hiệu suất kém đi.
Với phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng ta thấy
ngay các ưu điểm của nó so với hai phương pháp trên là:
• Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triệt để) hơn,
tổn hao công suất điêù khiển nhỏ.
• Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn
mạch giảm, dòng ngắn mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động
động cơ.
• Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điều chỉnh xác
định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục.

Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có
nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu điểm của nó.
Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi.
II. CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC.
Theo yêu cầu của đề bài ta cần sử dụng mạch băm xung áp một chiều theo
phương pháp không đối xứng để điều khiển tốc độ của động cơ và có cả đảo chiều.
Mạch băm xung áp cần nguồn là nguồn một chiều. Do không có nguồn Ácquy
nên nên ta phải lấy điện áp từ lưới điện xoay chiều. Do đó để có được nguồn một chiều
cho mạch băm xung áp ta sẽ phải dùng một mạch chỉnh lưu. Và ở đây ta dùng mạch
chỉnh lưu không điều khiển (các van là diode). Để chất lượng điện áp sau bộ chỉnh lưu
11
Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá
tt hay núi cỏch khỏc gim c h s p mch ca in ỏp sau chnh lu ta cn cú
thờm b lc sau khõu chnh lu.
Bờn cnh ú cú giỏ tr mong mun ca ngun mt chiu thỡ khi ly t li
in xoay chiu vo ta phi dựng thờm mỏy bin ỏp.
Do cụng sut ca ng c P = U

*I

= 24 * 45 = 1080 (W) < 10 kW nờn ng
c lm vic vi cụng sut õy l nh. Ta chn mch chnh lu cu mt pha (loi 3
pha ch dựng cho cụng sut trờn 10 kW). Ta khụng chn mch chnh lu 1 pha cú im
trung tớnh vỡ nh vy cht lng in ỏp s thp v lỳc ny cu to mỏy bin ỏp s
phc tp hn (cun dõy bờn th cp s phc tp).
Ti m chỳng ta xột õy l ng c in. Vi mụ hỡnh bm xung thỡ nú
thng c ng dng trong cỏc mỏy nõng hng do ú yờu cu v n nh tc l
khụng cao. Ta hon ton cú th chn n nh tc trong mt gii hn no ú.
õy tin cho vic tớnh toỏn ta s chn n nh tc ca ng c l 6.7%.
Do chnh lu cu mt pha nờn bin ỏp ta dựng cng l loi bin ỏp mt pha.

12
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Sơ đồ mạch lực của hệ thống ban đầu như sau:
13
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Sơ đồ khối của hệ thống như sau:
C10
L2
R5R4
R3R2
C5C4
C3C2
M1
L1
Q2 Q3
D21 D22
D20
D19
Q4
Q1
C1
D15
D16
D17 D18
C6
C7
C8
C9
50
Hz

V25
-110/110V
T5
R1
R6
R7
R8
R9
14
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
III. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC.
1. Khâu chỉnh lưu cầu một pha.
Trong khoảng thời gian từ 0 - ∏ van D1 và D4 dẫn, điện áp trên tải U
AB
bằng
điện áp U
2
ở nửa chu kỳ đầu. Dòng điện có chiều từ A sang B.
Trong nửa chu kỳ tiếp theo, từ ∏ - 2∏ van D2 và D3 dẫn, điện áp trên tải U
AB
bằng –U
2
. Dòng điện vẫn theo chiều thừ A sang B.
Trong cả hai nửa chu kì của điện áp dòng điện đều có chiều không đổi từ A
sang B, điện áp đầu ra AB luôn ở phần dương. Do đó có thể thấy dòng xoay chiều đã
được chỉnh lưu thành dòng một chiều.
Nếu tải thuần trở thì dạng dòng điện trên tải giống hệt dạng điện áp trên tải.
Biến áp
1 pha
Chỉnh lưu

cầu một pha
Băm
xung áp
Động cơ
Lưới
điện
Mạch bảo vệ Mạch bảo vệ
D3
D4
D2
D1
T1
50
Hz
V1
-110/110V
R1
15
A
U
2
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Còn nếu tải cảm thì dòng điện sẽ bị san phẳng.
2. Băm xung áp một chiều theo nguyên tắc không đối xứng.
Q1
Q4
D4
D1
D3
D2

Q3Q2
L1
M1
16
E +
-
A
B
+
-
-
+
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Trong mạch băm xung áp một chiều này ta sử dụng các van điều khiển hoàn
toàn IGBT và các bóng bán dẫn Diode. Sơ đồ bố trí các van như hình vẽ.
Ở đây ta coi như xung điều khiển dương thì bóng sẽ dẫn, xung điều khiển âm
thì bóng sẽ bị khóa. Giả sử lúc đầu ta đưa xung điều khiển vào cực G của các bóng
IGBT như trên đồ thị. Tức là:
17
t
t
t
t
t
t
U
G1
U
G4
U

G2
U
G3
U
t
I
t
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
• Từ 0-t
1
: van Q1 dẫn, van Q4 khóa
• Từ t
1
-T
S
: van Q1 khóa , van Q4 dẫn.
• Van Q2 luôn dẫn.
• Van Q3 luôn khóa.
Xét quá trình hoạt động của mạch băm xung áp:
Trong khoảng thời gian từ t
0
-t
1
: van Q1, Q2 dẫn và van Q4, Q3 khóa. Dòng điện
đi qua Q1, Q2 và có chiều từ A  B.
Trong khoảng thời gian từ t
1
-t
2
: van Q1, Q3 khóa và van Q4, Q2 dẫn. Tuy nhiên

dòng diện tải không đảo chiều vì lúc này năng lượng trong điện cảm L1 sẽ sinh ra để
duy trì dòng điện chạy theo chiều từ A  B. Dòng điện khép mạch qua van Q2 và
Diode D4.
Trong khoảng thời gian từ t
2
-T
S
: tại thời điểm t
2
năng lượng trong cuộn dây kết
thúc, lúc này chỉ còn năng lượng là sức điện động của phần ứng của động cơ. Dòng
điện đảo chiều (chiều từ B  A) do sức điện động trong phần ứng của động cơ. Cuộn
cảm lại tiếp tục tích lũy năng lượng theo chiều ngược với chiều ban đầu.
Trong khoảng thời gian từ T
S
-t
3
: Van Q1, Q2 dẫn và van Q3, Q4 khóa.Tuy
nhiên dòng điện vẫn duy trì theo chiều như cũ (B  A) do năng lượng trong điện cảm
có tác dụng duy trì chiều dòng điện. Ta thấy lúc này tổng sức điện động cảm ứng trên
điện cảm và sức điện động trong phần ứng của động cơ lớn hơn E. Nên dòng điện sẽ
khép mạch qua diode D1, qua nguồn E và diode D2.
Ta nhận thấy trong khoảng thời gian từ t
1
tới T
S
dòng điện qua tải đảo chiều, tuy
nhiên do quán tính cơ rất lớn so với quán tính điện nên động cơ không bị đảo chiều.
Từ đồ thị ta cũng nhận thấy điện áp trên tải trong khoảng thời gian này là bằng không,
bởi vì trong khoảng thời gian này thì Q4 và Q2 dẫn nên 2 đầu A và B luôn nối mát, do

đó điện áp U
AB
= 0. Đây là điểm khác biệt giữa phương pháp điều khiển không đối
xứng và đối xứng. Nó cho ta thấy khi điều khiển không đối xứng thì điện áp ra đối
xứng hơn khi điều khiển đối xứng vì nó không có phần âm. Do đó phương pháp điều
khiển này tốt hơn.
Từ đồ thị ta có dòng điện qua các van tương ứng với các khoảng thời gian đã
nêu ở trên là:
18
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸













×
−
=
×
−
=
×

−
=
×=
0
1
2,4
0
12
1,2
0
01
2,1
0
0
2,1
I
T
tT
I
I
T
tt
I
I
T
tt
I
I
T
t

I
S
S
DQ
S
DQ
S
QQ
S
DD
Điện áp ngược đặt lên các van là: U
ng
= E.
19
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ MÁY
BIẾN ÁP.
I. TÍNH CHỌN MẠCH LỰC.
Để tính chọn được các diode và các bóng IGBT ta cần dựa vào hai tiêu chí đó là
dòng điện và điện áp. Vì vậy trước tiên ta cần xác định dòng điện trung bình chạy qua
các van trong một chu kì xét, và điện áp ngược lớn nhất đặt lên các van đó.
Xét dòng điện tính toán cho các van:
Từ nguyên tắc hoạt động của mạch băm xung áp đã trình bày ở trên ta có dòng
trung bình qua các van lần lượt là:















≤×
−
=
≤×
−
=
≤×
−
=
≤×=
00
1
2,4
00
12
1,2
00
01
2,1
00
0
2,1

II
T
tT
I
II
T
tt
I
II
T
tt
I
II
T
t
I
S
S
DQ
S
DQ
S
QQ
S
DD
Từ các biểu thức dòng điện trung bình qua các van ta thấy giá trị dòng trung
bình qua các van đều nhỏ hơn hoặc bằng I
0
. Vậy để tính chọn van ta lấy luôn giá trị I
0

làm giá trị dòng điện tính toán cho các van.
Động cơ làm việc với công suất 1080 (W), đây là công suất nhỏ do đó ta lựa
chọn chế độ làm mát cưỡng bức cấp một (dùng quạt gió) nên hệ số làm mát là K
i
= 2.
Vậy dòng điện tính toán dùng để chọn van là:
I
lv
= K
i
*0 I
0
= 2 * 45 = 90 (A).
Xét điện áp tính toán cho các van:
Theo yêu cầu của đề bài điện áp phần ứng U
ứ
= 24 (V)  về sơ bộ (chưa tính
sụt áp trên các van) thì nguồn một chiều có E = 24(V). Vậy điện áp đặt lên các van là:
U
ng
= E = 24 (V).
Chọn hệ số dự trữ điện áp là K
dt
= 2. Điện áp tính toán dùng để chọn van là:
20
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
U
nv
= K
dt

* U
ng
= 2 * 24 = 48 (V).
Vậy dòng điện và điện áp dùng để chọn van là:



=
=
)(800
)(12
VU
AI
nv
lv
Ta tiến hành lựa chọn cụ thể như sau:
a. Chọn diode công suất.
Ký hiệu I
max
U
n
(V) I
pik
(A) ∆U(V) I
th
(A) I
r
(mA) T
cp
(

0
C)
1N2427 100 100 950 1.1 50 2 175
Với:
• I
max
: Dòng điện chỉnh lưu cực đại.
• U
n
: Điện áp ngược đặt lên diode.
• I
pik
: Đỉnh xung dòng điện.
• ∆U: Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của diode.
• I
th
: Dòng điện thử cực đại.
• I
r
: Dòng điện rò ở 25
0
C.
• T
cp
: Nhiệt độ làm việc cho phép.
b. Chọn van điều khiển
Với đặc tính làm việc của mạch băm xung áp, các van điều khiển cần có khả năng điều
khiển hoàn toàn (tức là điều khiển được cả quá trình đóng và mở bằng tín hiệu xung
điều khiển). Ta chọn van ở đây là các bóng IGBT với thông số như sau:
Ký hiệu I

cmax
(A) U
Ce
bão hòa(V)
P
cmax
U
Cemax
(V) U
Gemax
U
Cemax
(th) I
GE
(mA) t
off
(μs)
GA100NA60U 100 2.1 250 600 ±20 6 1 1
Một số thông số khác:
• Điện áp cực đại khi đưa vào cực điều khiển là U
GE
= ±20 (V)
• Dòng điện đưa vào cực điều khiển I
G
= 1 (mA).
21
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
• Điện áp rơi thuận trên IGBT sau khi thông là 1.49 (V).
• Các thông số thời gian:
TYP MAX UNIT

t
on
0.3 0.7 μs
t
off
0.5 1 μs
t
r
0.4 0.8 μs
t
f
0.18 0.38 μs
II. TÍNH CHỌN DIODE CHO MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU
KHIỂN.
Ta chọn mạch chỉnh lưu không điều khiển cầu một pha. Với các van đã chọn
trong mạch băm xung áp ta thấy điện áp sụt trên các van
)(9.245.12 VU
v
=×=∆
(sut ap
khi dong qua 2 IGBT). Vậy để điện áp phần ứng của động cơ là 400 (V) thì điện áp
sau chỉnh lưu là:
U
d
= 400+ 2.9 = 402.9(V)
Vậy



=

=
)(6
)(9.402
AI
VU
d
d
Dòng trung bình qua các diode là:
I
D
= I
d
/ 2 = 6/2 =3 (A).
Chọn chế độ làm mát như trong mạch băm xung áp ta có:
I
lv
= 2 * 3 = 6 (A)
(Ở đây ta không cần xét đến chế độ khởi động của động cơ vì ta chỉ quan tâm
đến việc điều chỉnh tốc độ của động cơ).
• Xét điện áp tính toán cho van:
Ta có:
22
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
)(447
22
9.402
22
22
2
22

VU
UUUU
dd
==→
=→=
π
π
π
Điện áp ngược đặt lên các van là: U
ng
=
2
2U
= 632(V).
Chọn hệ số dự trữ điện áp là K
u
= 2 ta có U
nv
= K
u
.U
ng
= 2 * 632= 1264 (V)
Vậy các tham số cần thiết chọn diode là:



=
=
)(1264

)(6
VU
AI
nv
lv
Ta chọn chế độ làm mát cưỡng bức cấp một có quạt gió.
Chọn 4 diode công suất
Ký hiệu I
max
(A) U
n
(V) I
pik
(A) ∆U (V) I
n
(mA) T
cp
(
0
C) I
th
(A)
S5020PF 50 200 800 1 2 200 50
III. TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP.
Trong phần này ta sẽ thực hiện tính toán các thông số sau cho máy biến áp:
• Tính toán kích thước mạch từ.
• Tính toán dây quấn, số vòng và kích thước dây.
• Tính toán kích thước mạch từ.
• Tính chọn kích thước cửa sổ.
• Tính chọn kết cấu dây quấn.

• Tính tổng sụt áp bên trong biến áp.
Để có thể tính chọn được máy biến áp trước tiên ta cần các đại lượng.
a) Điện áp chỉnh lưu không tải : U
do
= U
d
+ ∆U
v
+ ∆U
ba
+ ∆U
dn
.
Ở đó:
23
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
• U
d
: Điện áp chỉnh lưu.
• ∆U
v
= 2* 1= 2 (V) vì mỗi lần dòng điện đều đi qua 2 diode của mạch chỉnh
lưu.
• ∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
1
= 2.7 (V) (chọn bằng 10% U

d
)
• U
dn
: sụt áp trên dây coi bằng 0.
6.40707.229.402
0
=+++=
d
U
(V).
b) Công suất tối đa của tải
P
dmax
= U
d0
* I
d
= 407.6 * 6 = 2445.6 (W).
c) Công suất máy biến áp nguồn cấp.
Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển nên:
k
S
=1.23
S
ba
= k
S
* P
dmax

= 1.23 * 2445.6 = 3008 (W).
1.Tính mạch từ.
Tiết diện trụ Q
Fe
của lõi máy biến áp là:
fm
S
kQ
ba
QFe
.
.=
Với:
k
Q
: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn k
Q
= 5 (làm mát bằng dầu).
số pha m = 1
tần số lưới điện.f = 50 (hz)
Vậy
→=
×
= )(78.38
501
3008
.5
2
cmQ
Fe

đường kính trụ
)(1.7
78.384
.4
cm
Q
d
Fe
=
×
==
ππ
2. Tính toán dây quấn_số vòng và kích thước dây.
Điện áp cuộn dây thứ cấp:
)(452
9.0
6.407
2
0
2
VU
k
U
U
u
d
=⇒==
24
§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸
Điện áp cuộn dây sơ cấp

Điện áp này bằng điện áp nguồn cấp. Do biến áp một pha nên điện áp sơ cấp là điện áp
pha
)(32.73
3
127
1
VU ==→
Dòng điện của các cuộn dây:
Sơ cấp:
)(3.52
3
127
6.244557.1
.
1
max1
1
1
1
A
U
Pk
U
S
I
dsba
=
×
===
Thứ cấp:

)(60
5.63
6.244557.1
.
2
max2
2
2
2
A
U
Pk
U
S
I
dsba
=
×
===
Số vòng của mỗi cuộn dây:
Số vôn trên vòng:
4.44 * f * Q
fe
* B * 10
-4
= 4.44 * 50 * 29.6* 1.5 * 10
-4
= 1 (V)





=÷=
=÷=
)(4521
)(32.731
22
11
vongUW
vongUW
Tiết diện dây quấn (kích thước dây)
J
I
S
Cu
=
Với I: cường độ dòng qua các dây
J là mật độ dòng điện trong các dây. Chọn J= 25 (A/mm
2
).
Ta có S
Cu1
= S
Cu2
=
)(14
5.2
35
2
2

mm
J
I
==

 D
1
= D
2
= 4.22 (mm)
Vậy ta chọn dây đồng có các thông số:
Đường kính thực của lõi : d = 4.1 (mm)
Tiết diện lõi đồng : S
Cu
= 13.2 (mm
2
)
Trọng lượng riêng / mét : m
Cu =
117 (g/m)
25