công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng bộ 3 pha.

Mục lục
Lời mở đầu
CHƯƠNG 1: Tổng quan về công nghệ khởi động mềm động cơ
không đồng bộ 3 pha.
1.1 Tổng quan về công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng bộ 3 pha.
1.1.1Giải thích thế nào là khởi động mềm.
1.1.2 Giới thiệu về động cơ không đồng bộ 3 pha.
1.1.3 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ .
1.2 Yêu cầu của công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng bộ 3 pha.
1.3 Phạm vi ứng dụng.
1.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng bộ khởi động.
CHƯƠNG 2: Tính chọn mạch công suất.
2.1 Các phương án mạch động lực.
2.1.1 Bộ điều chỉnh 1 pha.
2.1.2 Bộ điều áp 3 pha.
2.1.2 Bộ điều áp 3 pha.
2.2 Chọn mạch động lực phù hợp.
2.3Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch.
2.4Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực.
2.4.1Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn.
2.4.2 Bảo vệ quá dòng cho van.
CHƯƠNG3: :Tính toán và thiết kế mạch điều khiển
3.1Nguyên lý thiết kế và sơ đồ khối.
3.2 Lựa chọn sơ đồ các khâu.
3.2.1 Chọn khâu đồng pha.
3.2.2 Chọn khâu so sánh.
3.2.3 Chọn khâu khuyếch đại.
3.2.4 Khâu tạo xung chùm.
3.3Tính toán các thông số mạch điều khiển.
1
3.3.1 Tính toán biến áp xung.

3.3.2 Tính tầng khuyếch đại cuối cùng.
3.3.3 Tính chọn bộ tạo xung chùm.
3.3.4 Tính chọn tầng so sánh.
3.3.5 Tính chọn khâu đồng pha.
3.3.6 Tạo nguồn nuôi.
3.3.7 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha.
2
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp
cũng như trong đời sống nhân dân. Sở dĩ như vậy là động cơ không đồng bộ
có nhiều ưu điểm vượt trội so với những động cơ khác như cấu tạo, vận hành
đơn giản, giá thành hạ, kết cấu chắc chắn…Nhưng nhược điểm lớn nhất của
động cơ này là việc điều khiển tốc độ rất khó khăn và đặc tính điều chỉnh
không được như ý muốn. Do nhược điểm này mà trong thời gian trước đây,
người ta ít sử dụng các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng
bộ mà chủ yếu sử dụng các hệ truyền động một chiều.
Trước thực tế đó, cùng với sự phát triển của nghành điện tử bán dẫn công
suất, các hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ đã ra
đời và trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu quả với các hệ truyền động
động cơ một chiều.
Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ dựa vào dựa vào việc ứng
dụng các thiết bị điện tử công suất, nhưng trong đồ án này chỉ đưa ra xem xét
hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc
bằng khởi động mềm. Nội dung các phần trong bài thiết kế như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng
bộ 3 pha
Chương 2: Tính chọn mạch công suất
Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển
Em xin chân thành cảm ơn thầy cùng các thầy, cô trong khoa Điện-Điện
tử, những người đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua để em có

thể hoàn thành bài thiết kế này. Trong quá trình thiết kế còn tồn tại những
thiếu sót, mong các thầy, cô giáo góp ý để bài thiết kế của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ
CÔNG NGHỆ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA
1.1 Tổng quan về công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng bộ 3
pha
1.1.1 Giải thích thế nào là khởi động mềm
Khởi động mềm là sử dụng bộ biến đổi điện áp để điện áp tăng tuyến tính
từ một giá trị xác định đến giá trị U
đm
, hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ.
Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều điều khiển điện áp stato bằng cách
điều khiển góc kích α.
1.1.2 Giới thiệu về động cơ không đồng bộ 3 pha
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 là loại động cơ được dùng rộng rãi nhất
trong nền kinh tế quốc dân với công suất từ vài đền vài chục KW.
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 các
nhà máy công nghiệp nhẹ…Trong hầm mỏ thường dùng làm máy tời hay quạt
gió, trong nông nghiệp thường dùng làm máy bơm nước hay các máy gia
công nông sản. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng
chiếm một vị trí quan trọng như: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ
lạnh,…Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền điện khí hóa, tự động hóa và
các phương tiện sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không
đồng bộ ngày càng rộng rãi.

Tuy vậy động cơ không đồng bộ cũng có những nhược điểm như là hệ số
cosᵠ của máy không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng
dụng của nó trong các lĩnh vực cần điều chỉnh tốc độ có phần bị hạn chế.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng điện áp ra
không tốt bằng so với máy điện đồng bộ do đó hầu như người ta không sử
dụng làm máy phát.
Động cơ không đồng bộ có 2 loại chính là động cơ không đồng bộ
roto dây quấn và động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Động cơ roto dây
4
quấn chỉ áp dụng cho tải có công suất lớn và cần điều chỉnh tốc độ (điều
chỉnh tốc độ và mở máy bằng điện trở phụ). Còn đối với các loại tải trung
bình và nhỏ, người ta thường sử dụng loại động cơ không đồng bộ roto lồng
sóc và mở máy trực tiếp.
a, Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha
Cũng giống như các máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ 3 pha
cũng gồm các bộ phận chính sau:
Phần tĩnh (stato)
Phần quay (roto)
*Stato:
Gồm có vỏ, lõi thép, dây quấn
- Vỏ máy: Làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép stato. Vỏ
có dạng trụ rỗng, có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu
để đỡ trục máy và bảo vệ phần đầu dây quấn. Các máy có công suất bé thì
thường là vỏ bằng nhôm, còn các máy có công suất lớn và trung bình thì vỏ
máy làm bằng gang.
- Lõi thép: Làm nhiệm vụ dẫn từ và được ghép từ các lá thép kỹ thuật
điện với nhau (nhằm chống dòng điện xoáy) theo một hình trụ rỗng. Mặt
trong của lõi thép được dập các rãnh để đặt cuộn dây stato.
- Dây quấn stato: Được quấn thành các mobin, mà cạnh của mobin đó
được đặt vào lõi thép stato .Các mô bin được cách điện với nhau và cách điện

với lõi thép.
*Roto:
Gồm lõi thép, trục máy và dây quấn:
- Lõi thép: Được dập từ các lá thép kỹ thuật điện có dạng
hình tròn và mặt ngoài các lá thép đó được dập rãnh để đặt cuộn dây,
còn ở giữa được đục lỗ tròn để lồng trục máy. Các lá thép nói trên được
ghép lại với nhau thành hình trụ tròn mà ở giữa là lồng trục máy, mặt
ngoài của trụ là các rãnh để đặt dây quấn roto. Thường các các lá thép
roto được tận dụng phần bên trong của lá thép stato
5
- Trục máy làm bằng thép tốt và được lồng cứng với lõi thép
roto. Trục được đỡ bởi hai ổ bi đặt trên hai nắp máy
- Dây quấn roto có hai loại là dây quấn roto kiểu dây quấn
và dây quấn roto kiểu lồng sóc
+ Loại roto kiểu lồng sóc: Dây quấn roto là các thanh dẫn bằng đồng
thau hoặc nhôm được đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vòng ngắn mạch
ở hai đầu. Với động cơ công suất nhỏ, dây quấn roto được đúc nguyên khối
gồm thanh dẫn, vòng ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát. Các
động cơ trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng, được đặt vào các rãnh roto và
được gắn chặt vào vòng ngắn mạch
Hình 1.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha
+Loại roto dây quấn cũng được quấn thành các mô bin như dây quấn
stato và có cùng số cực từ dây quấn stato. Dây quấn kiểu này luôn đấu hình
sao và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay roto, cách điện
với trục. Ba chổi than cố định và luôn tì lên vành trượt này để dẫn điện và một
biến trở nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
b, Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ không đồng bộ 3 pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm
ứng điện từ, do đó động cơ không đồng bộ còn được gọi là động cơ cảm ứng.
6

Dây quấn 3 pha của stato đặt lệch nhau trong không gian một góc là
120
0
, được cấp dòng điện xoay chiều ba pha lệch nhau về thời gian 120
0
điện.
Lúc ấy trong máy sẽ hình thành từ trường quay, quay với tốc độ đồng bộ:
n
đb
=60f/p (v/p) ( 1.1)
Trong đó: f _ tần số nguồn điện cấp cho động cơ
P _ số đôi cực từ của động cơ
Từ trường quay của stato quét qua các thanh dẫn roto làm cảm ứng
trong các thanh dẫn một suất điện động. Theo định luật cảm ứng điện từ, suất
điện động có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Vì roto luôn kín
mạch nên suất điện động này sẽ tạo ra dòng xoay chiều i
R
chạy trong dây quấn
roto, dòng i
R
lại tạo ra từ trường trong roto hợp với từ trường quay tạo thành
từ trường trong khe hở (giữa roto và stato) .
Dòng i
R
chạy trong các thanh dẫn nằm trong từ trường nên bị tác
động một lực điện từ có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Hợp
các lực này tạo thành momen quay tác động lên dây quấn roto làm cho roto
quay theo chiều của từ trường quay.
Tốc độ của roto luôn nhỏ hơn tốc độ đồng bộ của từ trường quay để
có sự tác động tương đối giữa các thanh dẫn với từ trường quay stato, nếu như

roto quay đến tốc độ đồng bộ thì trong roto sẽ không tồn tại dòng cảm ứng
nữa. Do tốc độ của động cơ không bao giờ bằng tốc độ đồng bộ nên gọi là
động cơ không đồng bộ.
Động cơ điện không đồng bộ hiện nay được sử dụng rất phổ biến
nhưng các hệ truyền động điều khiển tốc độ thì ít được sử dụng so với các hệ
truyền động một chiều vì có nhược điểm là điều chỉnh tốc độ khó khăn hơn.
Tuy nhiên, với việc phát triển của công nghệ bán dẫn và điện tử tin học thì
việc điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ trở nên dễ dàng hơn rất
nhiều và đồng thời hệ truyền động điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu quả với hệ truyền động động cơ một
chiều. Để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, ta có thể tác động vào
7
mạch roto hoặc stato của động cơ. Trong thực tế, với các hệ truyền động
người ta hay dùng các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
như sau:
1.1.3 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
Điều khiển bằng cách thay đổi điện áp cấp vào stato của động cơ
Điều khiển bằng cách dùng cuộn kháng phụ mắc vào stato
Điều khiển bằng cách dùng biến áp tự ngẫu
Điều khiển bằng cách đổi nối sao tam giác
Điều khiển thay đổi điện trở phụ mạch roto
Dùng khởi động mềm
1.2 Yêu cầu của công nghệ khởi động mềm động cơ không đồng bộ
ba pha
Tần số cấp vào động cơ giữ không đổi theo tần số điện áp lưới
Tiết kiệm điện năng
Tiết kiệm năng lượng khi non tải
1.3 Phạm vi ứng dụng
Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu
Động cơ bơm

Động cơ vận hành non tải lâu dài
1.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng bộ khởi động
Bộ khởi động có thể kiểm soát điện dung công suất lớn, giúp khởi động
và ngưng mềm động cơ không đồng bộ ba pha.
Thiết bị có tính năng bảo vệ tùy chọn như quá tải, thất thoát pha đầu vào,
thất thoát pha đầu ra, xử lý quá dòng, sụt dòng, điện áp quá mức và giảm
áp
Bền vững, tiết kiệm không gian lắp đặt.
8
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
Với phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng bộ
điều chỉnh pha, điện áp lưới trước khi đưa vào động cơ sẽ được đưa qua bộ
điều chỉnh pha (hay còn gọi là bộ điều áp xoay chiều). Bộ điều chỉnh pha lại
làm việc với một tín hiệu điều khiển U
đk
. Khi thay đổi tín hiệu U
đk
này ta sẽ
làm thay đổi điện áp đặt vào stato (U
1(1)
)
2.1 Các phương án mạch động lực
2.1.1 Bộ điều chỉnh một pha
=
U
ñk
Tảuiii
•
•
•

•
T
1
T
2
Hình 2.1 sơ đồ điều chỉnh một pha
9
Nguyên lý:
Tiristor chỉ được mở thông khi thỏa mãn hai điều kiện là phải có điện
áp dương Anot và có xung điều khiển tác động lên cực điều khiển của Tiristor.
Đối với điện áp xoay chiều, nếu chỉ sử dụng một Tiristor thì nó chỉ có thể làm
việc được trong một nửa chu kỳ của điện áp. Do đó, người ta mắc 2 Tiristor
song song ngược để có thể làm việc được trong cả chu kỳ. Lúc này,để thay
đổi điện áp ra ta chỉ cần tác động lên điện áp điều khiển nghĩa là làm thay đổi
góc mở α của Tiristor thì điện áp ra sẽ thay đổi.
Để thấy rõ sự làm việc của điều áp một pha ta có dạng đường cong điện
áp ra khi tải là điện trở như hình sau
α
t
XT
1
XT
2
U
1
U
L
U
Hình 2.2 Đường cong điện áp ra khi tải trở
Π

2
Π
t
t
10
Như trên hình 2.2 ta có thể thấy rõ nguyên lý làm việc của bộ điều áp
mọt pha. Trong thời gian chưa phát lệnh mở Tiristor (từ thời điểm ban đầu
đến thời điểm α), điện áp ra bằng 0. Trong nửa chu kỳ dương của điện áp
nguồn, khi có lệnh mở Tiristor. Tiristor T
1
sẽ dẫn cho đến cuối bán kỳ với điện
áp ra bằng điện áp nguồn. Còn Tiristor sẽ dẫn dòng ở bán kỳ còn lại khi có
lênh mở Tiristor.
Đối với trường hợp tải cảm, các Tiristor sẽ dẫn dòng từ khi có lệnh mở
và vượt qua cuối bán kỳ một đoạn ᵠ do tính chất của tải điên cảm (trong điều
kiện điện áp dương Anot).
Người ta cũng có thể sử dụng Triac để thay thế cho cặp Tiristor mắc
song song ngược với chất lượng điện áp ra tốt hơn. Nhưng hiện tại chất lượng
Triac chưa thật cao và việc sử dụng cặp Tiristor mắc song song ngược vẫn là
phổ biến. Do đó trong phần đồ án này sẽ không đề cập đến điều áp bằng
Triac.
2.1.2 Các bộ điều áp ba pha
11
Hiện nay thường sử dụng các sơ đồ điều áp ba pha như sơ đồ tải đấu Y
không dây trung tính (hình a); sơ đồ tải đấu Y có dây trung tính (hình
b); sơ đồ tải đấu ∆.
T
2
(a)
(b)

A
B
C
T
1
T
3
T
5
T
2
T
6
T
4
A
B
C
T
1
T
3
T
5
T
6
T
4
0
A

B
C
(c)
12
Hình 2.3 một số sơ đồ điều áp 3 pha
Đối với sơ đồ tải đấu Y có dây trung tính, thực chất đây là 3 sơ đồ điều
áp 1 pha lệch pha 120
0
, không có dòng điện chạy giữa các pha với nhau. Sơ
đồ này chỉ phù hợp với tải chỉ có 4 đầu dây ra.
Hai sơ đồ tải đấu Y không có dây trung tính và sơ đồ tải đấu Y thì dồng
điện sẽ là dòng chạy giữa các pha với nhau, tùy từng thời điểm mà có thể có
dòng trong cả 3 pha hoặc 2 pha. Đối với 2 sơ đồ này thì tùy thuộc vào loại tải
đấu Y hay ∆ mà chọn cho phù hợp.
13
Trong trường hợp tải là động cơ, 3 cuộn dây stato đấu Y, ta chọn sơ đồ
đấu Y không có dây trung tính và tiến hành với tính toán các thông số cần
thiết với sơ đồ này.
*Hoạt động của bộ điều áp 3 pha:
Xét sơ đồ 3 pha tải đấu Y không có dây trung tính:
A
B
C
T
1
T
5
T
2
T

6
T
4
Hình 2.4 Sơ đồ điều áp 3 pha khi tải đấu Y không có dây trung tính
T3
Đối với điều áp 3 pha, điện áp ra không đơn giản như điều áp 1 pha,
không thể xác định một dạng chung nhất nào của điện áp ra vì nó phụ thuộc
nhiều vào tính chất của tải (ᵠ) và góc mở α. Xét điện áp ra của tải 1 pha, ví dụ
pha A, điện áp ra sẽ theo nguyên tắc sau:
14
_ Nếu cả 3 pha cùng có van dẫn, trung tính giả sẽ thành trung tính thật,
điện áp ra U
A1
=U
A
_ Khi chỉ 2 pha có van dẫn, trong đó có van của pha A, điện áp ra U
A1
=
1/2U
AB
=1/2U
AC
_
Khi chỉ có hai van dẫn trong đó pha đang xét không dẫn (pha A), điện
áp ra U
A1
=0.
Với nguyên tắc đó, ta sẽ biểu diễn hoạt động của sơ đồ thông qua điện
áp pha A với các giả định: α = 60
0

, φ = 30
0
, xung phát cho các Tiristor là xung
chùm.
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
17
18
15
t
t
t
t

t
t
t
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
U
A1
Hình 2.5 Đường cong điện áp ra của 1 pha
16

Trong khoảng 2-3 : T
1
, T
4
, T
5
dẫn U
A1
=U
A

3-4 : T
1
, T
4
dẫn U
A1
=1/2U
AB
4-5 : T
1
, T
4
, T
6
dẫn U
A1
=U
A
5-6 : T
1,
T
6
dẫn U
A1
=1/2U
AC
6-7 : T
1
, T
3

,T
6
dẫn U
A1
=U
A
7-8 : T
1
, T
2
khóa U
A1
=0
Nửa bán kỳ sau ngược lại với T
3
, T
6
thay cho T
4
, T
5
…Như vậy, thông qua điện áp
của pha A, ta có thể thấy rõ sự phụ thuộc vào tải và góc mở α của bộ điều áp.
2.2 Lựa chọn mạch động lực
Như đã phân tích ở trên, sơ đồ điều chỉnh pha dùng 2 Tiristor mắc song
song ngược tải đấu Y không dây trung tính là thích hợp nhất. Do đó ta
chọn sơ đồ này để tính toán và làm mạch động lực để điều khiển tốc độ
động cơ.
Ta có sơ đồ sau :
A

B
C
T
1
T
2
T
3
T
4
17
T
5
T
6
ÑC
Hình 2.6 Sơ đồ động lực của bộ điều chỉnhpha
2.3 Tính chọn các van bán dẫn công suất
Tính chọn Tiristor của mạch động lực
Để chọn Tiristor ta phải dựa vào các yếu tố cơ bản như điện áp, dòng
điện, điều kiện tỏa nhiệt của van bán dẫn. Theo các yêu cầu của tải ta có
thể chọn Tiristor như sau:
a.Chọn theo dòng điện và điều kiện làm mát:
Dòng điện hiệu dụng của động cơ:
I
hd
= 18,75 A
Do có 2 Tiristor làm việc song song nên dòng điện làm việc của mỗi
Tiristor được tính như sau:
I

lv
=
18.75
9.37
2 2
HD
lv
I
I A
= = =
18
Dòng điện định mức của Tiristor cần chọn là I
đm
=K
I
.I
lv
. Trong đó K
I
là
hệ số dự trữ về dòng, phụ thuộc vào điều kiện làm mát của van. Ở đây,
để làm mát cho Tiristor ta dùng cánh tản nhiệt có đủ diện tích bề mặt
không sử dụng quạt gió làm mát cưỡng bức. Do đó ta chọn hệ số
K
I
=3,2. Lúc này dòng điện định mức của van cần chọn là:
I
đm
= K
I

.I
lv
= 3,2 x 9,37 = 29,98 A
Vậy: I
đm
= 29.98 A
b. Tính chọn theo điện áp:
Điện áp van bán dẫn được chọn theo điện áp dây của lưới. Điện áp cực
đại của van bán dẫn được tính như sau:
2 2.380 537,4
lv l
U U V
= = =
Điện áp định mức của van:
U
đm
= K
dt
.U
lv
Trong đó: K
dt
là hệ số dự trữ về điện áp, chọn K
dt
=1,8
U
đmv
=1,8 x 537,4 = 967,32 V
Vậy: U
đmv

= 967,32 V
Dựa trên 2 thông số cơ bản của Tiristor đã tính ra ở trên là dòng điện
định mức van và điện áp định mức van mà ta chọn được 6 Tiristor loại
151RB100 có các thông số:
- Dòng điện định mức của Tiristor: I
đm
= 50 A
-Điện áp ngược cực đại của Tiristor: U
n
= 1000V
-Độ sụt áp trên van ∆U= 2,2 V
-Dòng điện rò I
r
= 15mA
-Điện áp điều khiển U
g
= 2,5 V
-Dòng điện điều khiển I
g
= 200 mA
-Dòng tự giữ I
h=
500 mA
-Tốc độ biến thiên điện áp dU/dt = 200 V/s
-Thời gian chuyển mạch t
cm
= 40 μs
19
-Nhiệt độ cho phép T
cp

= 120
0
C
2.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực
2.4.1 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn
Khi các van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua, trên van có tổn hao
công suất ∆P dưới dạng nhiệt. Nhiệt sinh ra đốt nóng van bán dẫn, nếu nhiệt
độ này lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn có thể bị phá hỏng hoặc làm
việc không tin cậy. Để van có thể làm việc được an toàn thì ta phải tìm cách
tỏa nhiệt cho van. Đối với Tiristor trong trường hợp của mạch này ta chọn tản
nhiệt bằng cánh tản nhiệt đủ diện tích bề mặt.
Tính toán cánh tản nhiệt:
Tổn thất công suất trên 1 Tiristor:
∆P= ∆U.I
lv
= 2,2 x 9,37 = 20,61 (W)
Diện tích tản nhiệt bề mặt:

m
m
P
S
K
τ
∆
=
Trong đó: τ _ độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường
K
m
_hệ số trao đổi nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

Chọn nhiệt độ môi trường T
mt
= 40
0
C. Nhiệt độ làm việc trên cánh tản nhiệt
T
lv
=80
0
C.
τ = T
lv
– T
mt
= 80 – 40 = 40
0
C
Chọn :
2 0
8( )
.
m
W
K
m c
=
Vậy :
2
20,61
0,064

8,40
m
S m= =
Chọn loại cánh tản nhiệt có 5 cánh, kích thước mỗi cánh là 5x12 cm
2
.
20
Tổng diện tích cánh tản nhiệt:
S= 12 x 2 x 10 x 12 = 2880 (cm
2
)= 0,288 (m
2
)
Vậy cánh tản nhiệt ta chọn đã đủ diện tích bề mặt để bảo vệ quá nhiệt độ
cho van bán dẫn.
2.4.2 Bảo vệ quá dòng cho van
Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động ngắt mạch khi quá tải
hoặc ngắn mạch Tiristor.
Chọn aptomat có : I
đm
= 1,1I
hd
= 1,1 x 18,75 = 20,62 A. Chọn I
đm
= 22 A
U
đm
= 380 V
Aptomat có3 tiếp điểm chính có thể đóng ngắt bằng tay hoặc bằng nam
châm điện, chỉnh định dòng ngắn mạch: I

nm
= 7I
hd
= 7 x 18,75 = 131,25 A
Dòng quá tải: I
qt
= 1,8I
hd
= 1,8 x 18,75 = 33,75 A
Dây chảy được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor. Chọn loại cầu chảy
có dòng định mức:
I
đmcc
= 1,1I
lv
= 1,1 x 9,37 = 10,307 A
Chọn loại cấu chảy tác động nhanh có dòng định mức 12 A
c. Bảo vệ điện áp cho van:
Để bảo vệ điện áp do quá trình đóng, cắt Tiristor được thực hiện bằng cách
mắc R- C song song với Tiristor. Khi có sự chuyển mạch van, các điện tích
tích tụ trong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong một
khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra
sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp ngược
giữa anot và catot của Tiristor. Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor
tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor
không bị quá điện áp.
R=(5-30) Ω , C
R
= (0,5-4) µF
21

Chọn R=10Ω, C=1μF
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển và sơ đồ khối
Điều khiển Tiristor trong mạch điều áp hiện nay thường dùng theo
nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của phương pháp này như sau:
Khi điện áp xoay chiều hình sin được đặt vào Anot của Tiristor, để có
thể điều khiển được góc mở α của Tiristor trong vùng điện áp dương Anot ta
cần tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác gọi là điện áp răng cưa. Điện áp tựa
cần có trong vùng điện áp dương Anot.
Để điều khiển được góc mở α của Tiristor ta dùng một điện áp điều
khiển U
đk
so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm U
đk
=U
RC
thì phát xung điều
khiển. Tiristor được mở từ thời điểm phát xung đến cuối bán kỳ (hoặc tới khi
dòng qua Tiristor bằng 0).
Mạch điều khiển Tiristor thường có các khâu cơ bản:
- Khâu đồng pha: (ĐF) nhằm tạo ra điện áp răng cưa tuyến tính có pha
trùng với pha điện áp Anot của Tiristor.
- Khâu so sánh (SS): khâu này có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với
điện áp điều khiển, tìm thời điểm 2 điện áp này bằng nhau và tại thời
điểm đó phát xung đầu ra để chuyển sang tầng khuếch đại.
- Khâu tạo xung –khuếch đại (TX-KĐ): có nhiệm vụ tạo xung phù hợp
để mở Tiristor. Xung này phải đảm bảo các yêu cầu như: sườn trước có
dốc thẳng đứng đảm bảo Tiristor mở tức thời khi có xung điều khiển ;
đủ công suất; xung điều khiển có biên độ, độ rộng xung đủ để mở
Tiristor một cách tin cậy trong mọi chế độ làm việc của tải trong toán

dải điều chỉnh của hệ.
22
Mặt khác để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung
kích mở nhằm đảm bảo Tiristor mở một cách chắc chắn người ta hay
phát xung chùm cho các Tiristor . Nguyên tắc phát xung chùm là trước
khi vào tầng khuếch đại ta đưa thêm một cổng AND , với tín hiệu vào
nhận từ khâu so sánh và từ bộ phát xung chùm.
Cấu trúc bộ tạo xung như sau:
T
ĐF
SS
AND
TX-KĐ
TXC
Hình 3.1: Sơ đồ các khâu cơ bản của mạch điều khiển
Như vậy, thiết kế mạch điều khiển cũng đồng nghĩa với việc tính chọn
các khâu cơ bản của sơ đồ trên. Sau đây ta sẽ đi sâu vào 3 khâu cơ bản đó
3.2 Các khâu cơ bản cần thiết
3.2.1. Chọn khâu đồng pha
a. Khâu đồng pha dùng điot và tụ
23
- e
r
2
u
rc
d
2
d
1

r
1
u
1
c
u
đp
*
*
u
đp
u
t
θ
1
θ
2
θ
3
0
u
θ
Hình 3.2 Sơ đồ khâu đồng pha dùng điôt và tụ
24
Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản, ít linh kiện nhưng hạn chế là chất
lượng điện áp tựa không tốt do độ dài phần biến thiên điện áp tựa không phủ
hết 180
0
.
b. Sơ đồ dùng tranzito và tụ điện.

θ
u
rc
r
2
tr
d
2
r
1
u
1
a
*
*
c
d
1
u
u
ng
u
t
25