Đồ án Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều

Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 2
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
1
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
LỜI NÓI ĐẦU
-Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh
tế xã hội, các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công
nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử
công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng
dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu
biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện
-Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động
cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. và việc tính toán
cấp nguồn cho động cơ điện một cũng được coi trọng.
-Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì
trong bản đồ án môn học này được sự hướng hẫn của thầy Nguyễn Đắc Nam
với nội dung:
“ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều”
-Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên
với sự hiểu biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em
không tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Em rất mong nhận được sự góp ý
và chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Nguyễn Trọng Thịnh
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh

2
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. Cấu tạo
Hình 1.1 cấu tạo động cơ điện một chiều.
1.1.1.Phần tĩnh (stato)
a. Cực từ chính :
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt.
Trong động cơ nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào
vỏ máy nhờ bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối
và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt
trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
3
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Hình 1.2 : Cực từ stato
b. Cực từ phụ :
Cực từ phụ được 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 cũng được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c. Gông từ :
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy .
Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại.
Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ

máy trong động cơ điện nhỏ.
d. Các bộ phận khác :
Nắp động cơ :
Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn
hay an toàn cho người khi vận hành. Trong động cơ điện nhỏ và vừa,
nắp động cơ còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này
nắp động cơ thường làm bằng gang.
Cơ cấu chổi than:
Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có
chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp.
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi
than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi
điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại.
1.1.2. Phần quay (rôto)
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
4
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
a.Lõi sắt phần ứng :
Lõi sắt phần ứng 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
mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện gây nên. Trên lá thép có
dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.Trong những động
cơ cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại
thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.Trong những động
cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành từng đoạn nhỏ.Giữa các
đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi động
qua cơ làm việc, gió thổi các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt.Trong động
cơ điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục. Trong động cơ
điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể

tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto
Hình 1.3 : Lá thép rôto
b. Dây quấn phần ứng :
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài KW) thương dùng dây có
tiết dện tròn. Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện
hình chữ nhật. Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép. Để
tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng
nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ .
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
5
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Hình 1.4 : Dây quấn phần ứng .
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
được 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 cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các
phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
Hình 1.5 : Phiến đổi chiều và Cổ góp
d. Các bộ phận khác :
-Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ.
-Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt.
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều :
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh

6
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Động cơ điện một chiều thực chất là máy điện đồng bộ trong đó s.đ.đ xoay
chiều được chỉnh lưu thành s.đ.đ một chiều. Để chỉnh lưu s.đ.đ ta có hai đầu
vòng dây được nối với hai phiến góp trên có hai chổi điện luôn tỳ sát vào
chúng. Khi rôto quay, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanh
dẫn. Vì vậy s.đ.đ xoay chiều trong vòng dây đã được chỉnh lưu ở mạch ngoài
thành s.đ.đ một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi điện. Để s.đ.đ một chiều
giữa các chổi điện có trị số lớn và ít đập mạch, dây quấn rôto thường có nhiều
vòng dây nối với nhiều phiến góp làm thành dây quấn phần ứng và có cổ góp
điện (còn gọi là cổ góp hoặc vành đổi chiều).
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và
2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện.
Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho
rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và
2 đổi chỗ cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác
dụng không đổi cho nên động cơ có chiều quay không đổi.
Hinh 1.6 : Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảm
ứng E
ư
trong dây quấn rôto. Ở chế độ động cơ, sđđ E
ư
ngược chiều với dòng
điện phần ứng I
ư
.
Phương trình điện áp động cơ điện một chiều:
U = E

ư
+ R
ư
I
ư
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
7
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
1.3. Phân loại động cơ điện một chiều.
Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau:
1.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Hình 1.7 Đường đặc tính cơ của đông cơ kích từ độc lập và song song
Đặc tính cơ là mối quan hệ hàm giữa tốc độ và momen điện từ =f(M),khi I = const
Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng. Trường
hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu,
người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu.
1.3.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song:
Dây quấn kích từ được nối song song với mạch phần ứng.
Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không
đổi khi công suất trên trục P
2
thay đổi, chúng được dùng nhiều trong Máy cắt
kim loại, Máy công cụ .
1.3.3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
8
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học

Nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ dòng
kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của động cơ phụ thuộc
vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ.
1.3.4 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp:
Hình 1.9 Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp.
Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ
nối tiếp. Trong đó, cuộn kích từ song song thường là cuộn chủ đạo.
Hinh 1.10 Các loại động cơ điện một chiều
a. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b. Động cơ điện một chiều kích từ song song
c. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
d. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.4. Ứng dụng
Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ
nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc
đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy
gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
9
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
gió cũng dựa vào động cơ điện. Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện
được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ).
1.5.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
1.5.1.Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng
Hình 1.11 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor.
Đồ thị này cho thấy những ưu khuyết điểm sau:
-Dễ thực hiện, giá thành rẻ.
-Điều chỉnh tương đối láng.
-Phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều chỉnh

càng rộng)
-Không thực hiện được ở vùng tốc độ không tải, điều chỉnh có tổn hao lớn.
-Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện
trở khởi động (làm việc ở chế độ ngắn hạn), làm điện trở điều chỉnh.
-Khi thêm
điện
trở vào m
ạ
ch ph
ầ
n ứng, tốc độ gi
ả
m. Vì dòng
điện ph
ầ
n ứng
lớn, nên tổn hao công su
ấ
t lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ công
su
ấ
t nhỏ.
1.5.2. Thay đổi
điện
áp U
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp thì chỉ thay đổi được theo
chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với U nên không thể tăng
điện áp đặt lên cuộn dây).
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh

10
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Hình 1.12 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp
Dùng nguồn
điện
một chi
ề
u
điều
chỉnh được
điện
áp cung c
ấ
p
điện
cho động cơ.
Phương pháp này được sử dụng nhi
ề
u.
1.5.3. Thay đổi từ thông
Hình 1.13 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Thay đổi từ thông b
ằ
ng cách thay đổi dòng
điện
kích từ.

Khi
điều
chỉnh tốc độ,

ta k
ế
t hợp phương pháp thay đổi từ thông với thay đổi
điện
áp thì ph
ạ
m vi
điều
chỉnh tốc độ
rất
rộng, đây là ưu điểm rất lớn của động cơ điện một chiều.
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
11
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1. Các phương án
2.1.1. Máy phát một chiều
2.1.1.1. Cấu tạo,nguyên lí làm việc
Các thành phần chính của một máy phát điện
-Động cơ
-Đầu phát
-Hệ thống nhiên liệu
-Ổn áp
-Hệ thống làm mát và hệ thống xả
-Bộ nạp ắc-quy
-Control Panel hay thiết bị điều khiển
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11

SV: Nguyễn Trọng Thịnh
12
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
-Kết cấu khung chính
a.Động cơ
Động cơ là nguồn năng lượng cơ học đầu vào của máy phát điện. Kích thước
của động cơ tỷ lệ thuận với sản lượng điện tối đa các máy phát điện có thể
cung cấp. Máy phát điện sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau
như: diesel, xăng, propan (ở dạng lỏng hoặc khí), và khí thiên nhiên. Động cơ
nhỏ thường hoạt động bằng xăng trong khi động cơ lớn hơn chạy dầu diezen,
propan lỏng, khí propane, hoặc khí tự nhiên.
b.Đầu phát
Nó là một phần của các máy phát điện. Bao gồm một tập hợp các bộ phận tĩnh
và các phần có thể di chuyển được. Các phần làm việc với nhau, tạo ra chuyển
động tương đối giữa từ trường và điện, do đó tạo ra điện.
-Stato (phần cảm): là thành phần không thể di chuyển. Nó gồm một tập hợp
các dây dẫn điện quấn lại thành dạng cuộn trên một lõi sắt.
-Roto (Phần ứng): là thành phần chuyển động tạo ra một từ trường quay.
c.Hệ thống nhiên liệu
Bình nhiên liệu thường đủ năng lực để giữ cho máy phát điện hoạt động từ 6
đến 8 giờ trên mức trung bình. Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa
nhiên liệu là một phần đế trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung
máy phát điện. Bao gồm :
-Ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ.
-Ống thông gió bình nhiên liệu: Các bồn chứa nhiên liệu có một đường ống
thông gió, để ngăn chặn sự gia tăng áp lực, hoặc chân không trong quá trình
bơm và hệ thống thoát nước của bể chứa.
-Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu đến các đường ống cống: Đây là yêu cầu
để khi bị tràn trong quá trình bơm, nhiên liệu không làm đổ chất lỏng lên máy
phát điện.

-Bơm nhiên liệu: nhiên liệu chuyển từ bể chứa chính vào bể chứa trong ngày.
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
13
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
-Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng, để bảo vệ các
thành phần khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn gây tắc nghẽn.
-Kim phun: Phun chất lỏng nhiên liệu dưới dạng phun sương vào buồng đốt
động cơ.
d.Ổn áp
Đây là bộ phận quy định điện áp đầu ra của máy phát điện, Bao gồm:
– Ổn áp: Chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện 1 chiều DC.
Điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra thành điện áp xoay chều và chuyển
đổi nó thành dòng điện một chiều.
– Cuộn dây kích thích: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện
xoay chiều AC. Các cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như các cuộn
dây stato chính và tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ.
– Bộ chỉnh lưu quay: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay
chiều. Chỉnh lưu các dòng xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích thích,
và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện 1 chiều này cung cấp
cho Roto (phần ứng) tạo ra một trường điện từ, ngoài từ trường quay của roto.
– Roto / Phần ứng: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều.
e.Hệ thống làm mát
-Máy phát điện cần thiết có một hệ thống làm mát, và thông gió thu hồi nhiệt
sinh ra trong quá trình hoạt động.
-Nước chưa xử lý (nước sạch) đôi khi được sử dụng như một chất làm mát
cho máy phát điện. Hydrogen đôi khi được sử dụng như một chất làm mát,
cho các cuộn dây stato máy phát điện lớn, vì nó rất hiệu quả trong hấp thụ
nhiệt.
-Hệ thống làm mát và bơm nước thô cần được rửa sạch sau mỗi 600 giờ, và

bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2.400 giờ máy phát điện hoạt
động. Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thoáng được
cung cấp đủ không khí trong lành.
f.Hệ thống bôi trơn
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
14
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
-Máy phát điện bao gồm bộ phận chuyển động bên trong động cơ của nó, nó
cần được bôi trơn để đảm bảo hoạt động bền, và êm suốt một thời gian dài.
-Động cơ của máy phát điện được bôi trơn bằng dầu được lưu trữ trong một
máy bơm và nên kiểm tra mức dầu bôi trơn mỗi 8 giờ máy phát hoạt động,
cần thay đổi dầu bôi trơn mỗi 500 giờ máy phát điện hoạt động.
2.1.1.2 Ưu – nhược điểm
a.Ưu điểm
-Ưu điểm nổi bật của máy điện một chiều là có moment mở máy lớn, do vậy
kéo được tải nặng khi khởi động. Ngoài ra, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng,
khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ phù hợp với hệ thống tự động hóa khi cần thay
đổi tốc độ.
- Dây quấn kích từ có thể được cấp nguồn ngoài,hay do máy tự cấp nguồn (tự kích).
- Máy kích từ độc lập có dòng kích từ chỉ chiếm một phần nhỏ so với dòng
định mức (1 – 3%). Do đó, máy có thể được coi như một bộ khuếch đại công
suất lớn.
b.Nhược điểm
-Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là bộ phận cổ góp có cấu tạo
phức tạp và đắt tiền nhưng hoạt động kém tin cậy vì thường hư hỏng trong
quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên.
-Ngoài ra, tia lửa điện phát sinh trên cổ góp - chổi than sẽ gây nguy hiểm
trong môi trường dễ cháy nổ.
-Nhược điểm nữa là do mạng điện cung cấp chủ yếu ở dạng xoay chiều nên

khi cần cho máy điện một chiều hoạt động phải có bộ chỉnh lưu hoặc máy
phát điện một chiều đi kèm.
-Máy phát điện một chiều phải dùng rotor dây quấn nên cấu tạo và chi phí
cao. đồng thời phát ra nguồn một chiều nên không chuyền tải đi xa
được.thường chỉ ứng dụng và phục vụ trong phạm vi nhỏ và các thiết bị có
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
15
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
yêu cầu sử dụng nguồn DC mà thôi ví dụ để hàn, thắp sáng hoặc xạc bình ắc
quy , nhưng không dùng được cho máy vi tính, ti vi
2.1.2 Bộ chỉnh lưu có điều khiển
2.1.2.1 Cầu 1 pha

Hình 2.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha
a.Nguyên lý hoạt động:
Trong sơ đồ có4 Tiristor được điều khiển bằng các xung dòng tương ứng it
1
,
it
2
, it
3
, it
4
.
Mạch chỉnh lưu được cung cấp một đ.áp xoay chiều qua máy biến áp với điện á
p
U
2

= U
2
msin ωt (v).
Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện
cảm L
-Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp
chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục,
dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I
d
.
Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:
-Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
-Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển
α < π/2 và E > 0.
b.Hoạt động:
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
16
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Trong nửa chu kỳ đầu của đ.áp chỉnh lưu (0 < ωt < π),U
2
> 0,các Tiristor T
1
và
T
3
phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm α = θ
1

= ωt
1
ta cho xung điều khiển mở T
1
và T
3
: U
d
= U
2
.
Dòng điện đi từ A qua T
1
đến tải rồi qua T
3
về B.
Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) U
d
= U
2
= U
2
msin ωt (v).
Khi T
1
và T
3
mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xác định dòng điện
qua tải:
Ldi/dt + R.i

d
+ E = U
2
= U
2
msin ωt (v).
Tại lúc góc pha bằng π,U
2
= 0 nhưng T
1
và T
3
vẫn chưa bị khóa vì dòng qua
chúng vẫn còn lớn hơn 0.
Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U
2
< 0 , các Tiristor
T
2
và T
4
phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm θ = θ
2
= ωt
2
= π + α ta cho xung điều khiển mở T
2
và T
4

: U
d
= -U
2
.
Dòng điện đi từ B qua T
2
đến tải rồi qua T
4
về A.
Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) U
d
= -U
2
= -U
2
msin ωt (v).
Sự mở T
2
và T
4
làm cho U
N
= U
B
v à U
M
= U
A
. Do đó điện áp trên T

1
và T
3
là:
U
T1
= U
A
– U
M
= U
A
- U
B
= U
1
< 0.
U
T3
= U
N
– U
B
= U
A
- U
B
= U
2
< 0.

Do đó làm cho T
1
và T
3
tắt một cách tự nhiên.
c.Biểu thức xác định dòng và áp:
Do điện cảm có giá tri rất lớn nên dòng qua tải id là dòng liên tục, i
d
= I
d
.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
U
d
=U
d0
.cosα
Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu I
tb
=I
d
/ 2
U
α
d
=
π
22
U
2

cos
α
= 0,9U
2
cos
α
I
α
d
=
Rd
U
α
S
ba
= 1,23P
d
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
17
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Điện áp ngược max U
maxng
=
2
U
2
Dòng điện thứ cấp I
2
= 1,11I

d
d.Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: điện áp ngược đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ sơ đồ này phù hợp
với mạch có dòng nhỏ.
-Nhược điểm: không dùng được cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra
hiện tượng công suất bị lệch pha. Sơ đồ một pha dòng tải chạy qua 2 van nối
tiếp vì vậy tổn thất điện áp và công suất trên van sẽ lớn. phù hợp điện áp
chỉnh lưu cao và dòng tải nhỏ.
2.1.2.2 Cầu 3 pha

Hình 2.2 chỉnh lưu cầu 3 pha
a.Nguyên lí hoạt động
Chỉnh lưu cầu 3 pha được cấu tạo từ MBA 3 pha và 6 tirisor T
1

→
T
6
. Được
chia làm 2 nhóm : nhóm Catot chung T
1
, T
2
, T
3
và nhóm Anot chung T’
1
,T’
2
,T’

3.
Mỗi tirisor trong nhóm catot chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây thứ
cấp nối với nó là lớn nhất và nó có tín hiệu điều khiển i
G
.
Mỗi tirisor trong nhóm Anot chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây thứ
cấp nối với nó là âm nhất và có tín hiệu điều khiển i
G
.
Khi một trong 3 tirisor của nhóm mở thì 2 tirisor còn lại của nhóm sẽ bị khóa lại
b.Biểu thức tính toán
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
18
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Điện áp trên mạch tải : U
d =
U
F .
U
G

U
d
= 3
π
6
U
2
.cosθ

Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van : U
ngmax
=
6
U
2
=2,45U
2
Dòng điện trung bình qua van : I
t
=
d
I
/
3
S
α
d
= 1,05P
d
Điện áp thứ cấp : I
2
=0,816I
d
c.Ưu nhược điểm
-Ưu điểm : số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của
điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao. Không làm lệch pha điện lưới.
-Nhược điểm : sử dụng số van lớn, giá thành cao. Sơ đồ này chỉ dùng cho tải
có công suất lớn, dùng tải nhỏ và điện áp chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
2.1.2.3 :Tia 3 pha

Hình 2.3 chỉnh lưu tia 3 pha
a.Nguyên lí hoạt động và công thức tính toán
-Dòng điện i
d
phẳng do L
d
rất lớn .
-Hoạt động của mạch với góc điều khiển α
θ : 0
0

→
30
0
+ α : T3 dẫn
θ: 30+α
→
150
0
+α : T1dẫn
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
19
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
θ : 150
0
+α
→
270
0

+ α : T2 dẫn
Các van hoạt động riêng, độc lập
điện áp thuận max : U
th max
=
2
. U
2

điện áp ngược max : U
Tng max
=
6
. U
2
U
α
d
=
π
2
63
U
2
cos
α
= 1,17U
2
cosα
I

α
d
=
Rd
U
d
α
; I
v
=
3
d
I
S
α
d
= 1,35P
d
Dòng điện thứ cấp :
2
I
=0,58I
d
b.Ưu nhược điểm
-Ưu điểm : mạch chỉnh lưu tia 3 pha mỗi pha chỉ cần 1 tiristo cho nên nó tiết
kiệm hơn so với mạch chỉnh lưu cầu. mạch chỉnh lưu cầu mỗi pha dùng 2
tiristo chất lượng mạ tốt chạy điện áp sau chỉnh lưu ổn định
+ Sơ đồ cấu tạo đơn giản điều khiển dễ dàng
+Có thể áp dụng khi cần cung cấp cho động cơ có tải công suất lớn
+ Do số lượng tiristo ít nên đóng mở rõ dàng

-Nhược điểm:
+Chất lượng điện áp tải ra chưa tốt, hệ số công suất máy biến áp nhỏ, khi
chế tạo máy biến áp máy động lực loại này. Thứ cấp phải nối sao có dây
chung tính lớn hơn dây pha vì chịu dòng điện tải.
Như vậy qua phân tích các mạch chỉnh lưu tia 3 pha là phù hợp với dòng và
áp yêu cầu đề bài đã cho
2.1.3: Bộ biến đổi xung áp
a. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc
Để đóng cắt điện áp nguồn người ta thường dùng các khoá điện tử công suất
vì chúng có đặc tính tương ứng với khoá lý tưởng, tức là khi khoá dẫn điện
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
20
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
(đóng) điện trở của nó không đáng kể; còn khi khoá bị ngắt (mở ra) điện trở
của nó vô cùng lớn (điện áp trên tải mạng sẽ bằng không)
Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi xung áp một chiều được mô tả trên hình 2.4
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý a) và đồ thị b) của bộ biến đổi xung áp
Trong khoảng thời gian 0 ÷ t
1
, khoá K đóng lại, điện áp trên tải U
R
sẽ có giá
trị bằng điện áp nguồn (U
R
= E); còn trong khoảng t
1
÷ T, khoá K mở ra
và U
R

= 0.
Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:
(2.1.3)
- Thời gian khoá K đóng
- Hệ số điều chỉnh
T- Chu kỳ đóng cắt khoá K
Biểu thức (2.1.3) cho thấy, để thay đổi điện áp trên tải có hai cách:
Thay đổi thời gian đóng khoá K, khi giữ chu kỳ đóng cắt không đổi (phương
pháp điều chế độ rung)
Thay đổi tần số đóng cắt (f = 1/T) và giữ thời gian đóng khoá K không đổi (
= const)
Như vậy bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra
trên phụ tải.
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
21
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Sơ đồ trên gồm các phần tử chủ yếu như nguồn N, bộ lọc đầu vào L, khoá
điện tử (KĐT), bộ lọc (L
0
) và phụ tải (PT) (cụ thể là động cơ điện một chiều)
Nguồn một chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu.
Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm. Tụ C có thể
được thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy.
Khoá điện tử (KĐT) ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều
khiển hoàn toàn.
Bộ lọc đầu ra (L
0
) có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi xung áp một chiều trình bày dưới đây chỉ đề cập đến vài vấn

đề sử dụng van điều khiển hoàn toàn (GTO, BT hoặc IGBT).
b. Ưu nhược điểm
-Ưu điểm
+ Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với
các bộ biến đổi liên tục
+Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường,
+Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục
+Kích thước gọn nhẹ
-Nhược điểm
+Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc
trong hệ thống kín
+Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ta nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển.
2.2 Chọn phương án phù hợp
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
22
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
Qua những ưu nhược điểm trên em thấy nên chọn bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha
vì nó có ưu điểm :
- Chỉnh lưu hình tia ba pha cho hiệu suất cao
- Hiệu quả tốt và rất kinh tế khi nó sử dụng ít van.
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
23
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
CHƯƠNG 3
THUYẾT MINH VỀ SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ
3.1 Sơ đồ động lực
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia 3 pha
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha tiristor nối với tải,2 cầu

chì CC
1
và CC
2
,cầu dao CD,1 tụ C
1
,điện trở R
1
đk gắn với động cơ như hình vẽ.
-Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:
+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung
tính.
+Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương
hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.
-Góc mở tự nhiên:
+Góc mở α được xác định từlúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từâm
đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào.
Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.
+ 0
≤
α
<
µγπ
−−
γ: góc dẫn
μ: góc chuyển mạch
3.2 Nguyên lý hoạt động
Giả thiết tải : R, L,E
u
, chuyển mạch tức thời.

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh
24
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học
*Nhịp V1: khoảng thời gian từ
θ
1
 θ
2
. Tại θ
1
điện áp đặt lên u
1
> 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó:
T
1
mở, T
2
, T
3
đóng, lúc này:
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
1
: u
d
= u
1
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: i
d

= I
d
= i
1
+Dòng điện qua T
2
, T
3
bằng 0: i
2
= i
3
= 0
Trong nhịp V
1
: u
2V
từâm chuyển lên 0, khi u
2V
= 0 thì T
2
mở, lúc này u
1V
= u
1
– u
2
= 0 và bắt đầu âm nên T
1
đóng, kết thúc nhịp V

1
, bắt đầu nhịp V
2
.
*Nhịp V
2
: từ θ
2
 θ
3
, Lúc này :
T
2
mở, T
1
, T
3
đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
2
: u
d
= u
2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2:i
d
= I
d
= i
2

+Dòng điện qua T
1
, T
3
bằng 0: i
1
= i
3
= 0
Trong nhịp V
2
: u
3V
từ âm chuyển lên 0, khi u
3V
= 0 thì T
3
mở, lúc này
u
2V
= u
2
– u
3
= 0 và bắt đầu âm nên T
2
đóng, kết thúc nhịp V
2
, bắt đầu nhịp V
3

.
*Nhịp V
3
:từ θ
3
 θ
4
, Lúc này :
T
3
mở, T
1
, T
2
đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
3
: u
d
= u
3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3:
i
d
= I
d
= i
3
GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11
SV: Nguyễn Trọng Thịnh

25