thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp ac-dc có dải điện áp từ 0v đến 200v

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn



















.






Ngày Tháng Năm 2013
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nhận xét của giáo viên phản biện

Ngày Tháng Năm 2013
Giáo viên phản biện
Khoá học : 2012 - 2014
Nhm sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Văn Thành
2. Dương Thị Trang
Ngành học : Kỹ Thuật Điện – Điện tử
Lớp : ÐK10LC.2
Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp AC – DC có dải điện áp từ
0V÷ 220V”.
Số liệu cho trước:
- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.
- Trang thiết bị, máy móc trong phòng thực hành, thí nghiệm.
Nội dung cần tiến hành:
1. Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
2.Giới thiệu về mạch chỉnh lưu và các linh kiện ĐTCS thông dụng.
3.Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều công suất 200W .
4.Lập kế hoạch và thực hiện các báo cáo theo đúng tiến độ.
5.Quyển thuyết minh và các bản vẽ. Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài.
Giáo viên hướng dẫn
Lê Minh Tâm


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
***
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
***
Lời nói đầu
Trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa nền kinh tế đất nước,ngày
càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả
các lĩnh vực sản xuất,phục vụ đời sống con người. Một trong những ứng dụng của
Điện tử công suất là điều khiển tốc độ động cơ điện đây là lĩnh vực quan trọng và
ngày một phát triển. Hiện nay các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm
và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn, bộ môn Điện tử công suất- Truyền động điện đã
được giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học, cao đẳng trong cả nước nhằm đáp ứng
nhu cầu về điều khiển, đo lường và điều chỉnh các dây truyền công nghiệp
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng
em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp AC – DC có
dải điện áp từ 0V÷ 220V”.
Với đề tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và
nghiên cứu các cơ sở lý luận về lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính
toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm đáp ứng với yêu cầu đề ra. Dưới
sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của cô Lê Minh Tâm cùng với sự cố gắng nỗ lực của
các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên
do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ
án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy
cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin trân thành cảm ơn.!

CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều:
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc
động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ

năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một
chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện
một chiều gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor).
1.1 Hình ảnh cụ thể bên trong của động cơ điện một chiều
1.2.1. Phần tĩnh (stator)
Gồm các phần chính sau:
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. Cực từ
được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
c. Gông từ:
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
- Nắp máy
- Cơ cấu chổi than.
1.2.2. Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày
0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để
sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b. Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm bằng
dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,
trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được
cách điện với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay
chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với
nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành
góp có cao hơn lên một ít để 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 để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường
làm bằng thép Cacbon tốt.
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
+
-
I
F
F
a
b
c
d
I
n
®t
®t
A

B
Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng
có dòng điện I
ư
các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện
từ F
đt
tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay
trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có
phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ
có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng
sức điện động E
ư
chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động E
ư
ngược chiều với dòng điện I
ư
nên E
ư
còn
gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= E
ư
+R
ư
.I
ư
Trong đó: R

ư
: điện trở phần ứng
I
ư
: dòng điện phần ứng
E
ư
: sức điện động
Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích rừ
độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộc
vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải
mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.
Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
KT
U

+
-
E
+
-
U
I
I
KT
KT
1.4. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định
mức với đặc tính cơ tự nhiên (M

đm
, w
đm
).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay
nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ
β
được tính như sau
ω
β
∆
∆
=∆
M
β
lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
β
nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
1.4.1.Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều
Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường
mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập.
1.4.1.Phương trình đặc tính cơ:
Trường hợp R
f
= 0:

U= E + I
ư
.R
ư
(1)
Trong đó; E= K
e
.
Φ
.n (2)
K
e
=
a
np
60
.
: hệ số sức điện động của động cơ
CKT
R
f
R
KT
U

I
KT
E

-

+
CKT
R
f
R
KT
U

+
-
E

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
K=
π
a
np
2
.
: hệ số cấu tạo của động cơ
ω
: tốc độ góc tính bằng rad/s
p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
Thế (2) vào (1) ta có:
ω
=
u
uu
I

K
R
K
U
φφ

−
(3)
Hoặc: n=
u
e
u
e
u
I
K
R
K
U
φφ

−
(4)
Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I
ư
) gọi là phương trình đặc tính cơ điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.I
ư
(5): là mômen điện từ của động cơ.
Suy ra: n=

M
KK
R
K
U
e
u
e
u
.

Φ
−
φφ
là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập.
Hoặc:
ω
=
M
K
R
K
U
uu
2
).(
.
φ
φ

−
=
ωω
∆−
0
trong đó:
ω
0
: tốc độ không tải lý tưởng

ω
∆
: độ sụt tốc độ
1.4.3.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
ω
=
M
K
RR
K
U
fu
u
2
).(
.
φ
φ
+

−
ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ
ω
ta có thể thay đổi
φ
, R
f
, U.
• Trường hợp R
f
thay đổi (U
ư
= U
đm
= const; Ф= Ф
đm
= const):
Độ cứng đặc tính cơ:
ω
β
∆
∆
=
M
=
fu
dm
RR
K
+

−
2
)(
φ
giảm. Nếu R
f
càng lớn thì tôcf độ động cơ
càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên
người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động
cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.
• Trường hợp thay đổi U< U
đm

Tốc độ không tải
φ
ω
K
U
=
0
giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ
ω
β
∆
∆
=
M
=
=−
u

R
K
2
)(
φ

const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương
pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.
• Ảnh hưởng của từ thông:
Muốn thay đổi
Φ
ta thay đổi dòng kích từ I
kt
khi đó tốc độ không tải
φ
ω
K
U
dm
=
tăng. Độ
cứng đặc tính cơ:
ω
β
∆
∆
=
M
=
u

R
K
2
)(
φ
−
giảm.
1.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
1.5.1. Khái niệm chung:
1.5.1.1. Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số
nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó
tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có
hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ
trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp
của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc
độ theo phương pháp thứ hai.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải
thay đổi của động cơ điện.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn
so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng
mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các
chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
a. Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé

hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự
nhiên.
b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n
max
và tốc độ bé nhất n
min
mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = n
max
/n
min
.
Trong đó:
- n
max
: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- n
min
: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta chọn
n
min
làm đơn vị.
Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ
thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
c. Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng: β = ∆M/∆n. Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ nghĩa là độ ổn
định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt
nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ.
Hay nói cách khác β càng lớn thì càng tốt.
d. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh
tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
γ =
1+i
i
n
n
Trong đó: n
i
: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.
n
i + 1
: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với n
i
và n
i + 1
đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này hai
cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc
của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆P
phụ
ở mức thấp nhất.
f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ
thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ
thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết

bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.
1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp
trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến
động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc
độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ
một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp
như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến
đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều
chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n
0
= U
đm
/K
E
Φ
đm.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng sẽ
thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi.
Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay
đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:
Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất là
giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản n
cb
. Đồng thời điều chỉnh nhảy

cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và
ngược lại.
M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
fu
ME
RR
KK
dn
dM
+
Φ
−==
2
β
U
1

U
2
U
3
TN ( U
đm
)
n
0
n
cb
n
1
n
2
n
3
M
n
M
C
U
đm
> U
1
> U
2
> U
3
n

cb
> n
1
> n
2
> n
3
Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = ∞. Nhưng trong thực tế động cơ điện
một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho
phép: U
mincp
=
10
đm
U
nghĩa là phạm vi điều chỉnh:
D = n
cb
/n
min
= 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < U
mincp
thì do phản ứng phần ứng sẽ làm
cho tốc độ động cơ không ổn định.
• Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều
trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn n
cb
.
• Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh

tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng.
• Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ
bản và chi phí vận hành cao.
1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông:


Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment
điện từ của động cơ M = K
M
φI
ư
và sức điện động quay của động cơ
E
ư
= K
E
φn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên
giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người
ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao
công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt
như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện
kích từ I
kt
sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có
• -
+ •
+ •

• -
C
kt
R
kt
I
ư
U
E
ư
U
kt
thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc
độ tăng lên khi từ thông giảm: n =
Φ
.
E
K
U
Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M
n
= K
M
Φ
I
n
nên khi
Φ
giảm sẽ làm cho M
n

giảm theo.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
Khi
Φ
giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ đường
đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được
tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô
cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:
n
max
= 3.n
cb
tức phạm vi điều chỉnh: D =
cb
n
n
max
=
1
3
Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc
độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng
điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho
phép.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều
chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn n
cb
. Phương pháp này được dùng để

điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình
điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang
tính kinh tế.
R
KK
ME
2
Φ
−=
β
Φ1
Φ
2
Φ
đm
0 M
C
M
2
M
1
M
n
Hình 6: H c tính c khi thay i t thôngọ đặ ơ đổ ừ
n
cb
n
1
n
2

n
M
φ
ñm
> φ
1
> φ
2
n
cb
< n
1
< n
2
1.5.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần
ứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương pháp này điện
trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như
sau:
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ
trên mạch phần ứng.
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R
f
ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ
cứng của đường đặc tính cơ:
sẽ thay đổi khi giá trị R
f
thay đổi. Khi R
f

càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính
cơ càng dốc. Ứng với giá trị R
f
= 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được
tính theo công thức sau:
M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
u
dm
ME
TN
R
KK
2
Φ
−=
β

-
-
+
+
I
ö
R
f
Ckt R
kt
U
E
ư
U
KT
const
K
U
n
dmE
dm
=
Φ
=
0
fu
dm
ME
RR
KK

+
Φ
−=
2
β
;
Ta nhận thấy β
TN
có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn
hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng. Vậy khi
thay đổi giá trị R
f
ta được họ đặc tính cơ như sau:
Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n
1
ta đóng
thêm R
f
vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I
ư
đột ngột giảm xuống, còn
tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng I
ư
giảm làm cho moment
động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n
2
với n
2

>
n
1
.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n
cb
. Trên thực
tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ
nhảy cấp tức độ bằng phẳng γ xa 1 tức n
1
cách xa n
2
, n
2
cách xa n
3
…
Khi giá trị n
min
càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:
D=
min
n
n
cb
∞≈
Trong thực tế, R
f
càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc ở
tốc độ n = n

cb
/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để đảm bảo tính
kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:
D =
1
)32( ÷
Khi giá trị R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện ngắn
mạch I
n
và moment ngắn mạch M
n
cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để
TN
R
f1
R
f2
R
f3
0
M
C
n
3
n
2
n
1

n
cb
n
0
n
M, I
0 < R
f1
< R
f2
< R
f3
n
cb
> n
1
> n
2
> n
3

hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được
dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn n
cb
.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần
trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng

lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay
đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ
càng tăng.
1.6. Đảo chiều quay ĐCĐ một chiều
1.6.1. Khái quát chung:
Chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mô men, để thay
đổi chiều của mô men ta có thể dùng hai phương pháp sau.
-Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều dòng điện trong phần ứng
-Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều từ thông, cụ thể là chiều dòng điện kích từ.
Đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiện
được bằng cả hai phương pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ được dùng phương
pháp đổi chiều dòng điện phần ứng I
ư
, còn phương pháp đổi chiều quay động cơ
bằng cách đổi chiều dòng kích từ không được sử dụng vì cuộn kích từ có nhiều
vòng dây do đó hệ số tự cảm L
t
rất lớn và việc thay đổi chiều dòng điện kích từ dẫn
đến sự xuất hiện sức điện động tự cảm rất cao, gây quá điện áp đánh thủng cách
điện của dây quấn kích thích . Ngoài ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì
khi từ thông qua trị số không có thể làm tốc dộ tăng quá, không tốt.
Ta có đặc tính cơ của động cơ khi đảo chiều quay :

0
0
M
-

0
Hình9: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo chiều quay

a. Phương pháp điều khiển riêng:
-Nguyên lý : Trong phương pháp này, khi xung điều khiển được cấp cho
bộ

chỉnh
lưu này thì bộ kia không được cấp xung điều khiển
-Ưu điểm : Làm việc an toàn, không có dòng điện cân bằng chạy qua các
van.
-Nhược điểm : Có thời gian trễ khi điều khiển bộ này sang bộ kia do đó dòng điện
động cơ bằng không, mạch điều khiển phức tạp hơn
b. Phương pháp điều khiển chung:
−Nguyên lý : Xung điều khiển được cấp đồng thời cho cả hai bộ chỉnh l
ưu

nhưng
phải đảm bảo một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ kia làm việc ở chế độ
nghịch lưu và điện áp chỉnh lưu trung bình của của hai bộ chỉnh lưu là
như
KHOA IN IN T N IN T CễNG SUT V T
CHNG II
TèM HIU V CC MCH CHNH LU
I.Khỏi quỏt chung
1.Khỏi nim v chnh lu:
Mch chnh lu mt pha cú cụng dng chuyn i in ỏp AC thnh in ỏp DC(cú ngha
l chuyn i ngun in xoay chiu thnh ngun in mt chiu).
2.ng Dng v c im:
Trong cụng nghip thỡ mch chnh lu cú iu khin dựng lm thay i cụng sut ca ti
theo nhng yờu cu khỏc nhau.Mch chnh lu cú iu khin thng c ỏp dng cỏch thay
i gúc kớch ca SCR v ng iu chnh t ng cho cỏc mch nh :Np cqui,hn in,m
in,in phõn,iu khin ng c DC,Truyn thụng in

Tuy nhiờn trong cụng nghip ụi khi cũn s dng cỏc mch chnh lu khụng cú iu khin
(Diode),nhng trng hp ny cú th xem l trng hp ca SCR vi gúc kớch c iu
khin bng khụng (=0).
Núi n chnh lu l núi n giỏ tr in DC,tc l quan tõm ti giỏ tr trung bỡnh cỏc i
lng in ca chỳng.Tuy nhiờn ta cng cn quan tõm n i lng hiu dng so sỏnh v
ng dng trong iu khin ti AC.
3.Phõn loi cỏc s chnh lu.
Tựy theo s pha ca ngn in xoay chiu phớa u vo ca chnh lu l mt pha,ba pha,n-
pha m chnh lu cú th l mt pha,ba pha hoc n-pha.
Nu dũng in xoay chiu chy gia dõy pha v dõy trung tớnh thỡ chnh lu ú gi l s
hỡnh tia.Nu dũng in xoay chiu chy gia cỏc dõy pha vi nhau thỡ chnh lu ú gi l s
cu.
Nu s chnh lu ch s dng ton diode thỡ s chnh lu gi l khụng iu khin.nu
s s dng ton Thyristor thỡ s gi l iu khin hon ton.Nu s kt hp c
Thyristor v diode thỡ s s l bỏn iu khin.
Cácthôngsốquantrọngcủasơđồchỉnhlulà:dòngđiệnvà
điệnáptải;dòngđiệnchạytrongcuộndâythứcấpbiếnáp;sốlầnđậpmạch
trongmộtchukỳ.Dòngđiệnchạytrongcuộndâythứcấpbiếnápcóthểlàmột
chiều,hayxoaychiều,cóthểphânloạithànhsơđồcódòngđiệnbiếnápmột
chiềuhay,xoaychiều.Sốlầnđậpmạchtrongmộtchukỳlàquanhệcủatầnsố
sónghàithấpnhấtcủađiệnápchỉnhluvớitầnsốđiệnápxoaychiều
20
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
3.1. GIỚI THIỆU CÁC MẠCH CHỈNH LƯU
3.1.1 MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH TIA MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN
1) Chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển
a)Sơ đồ nguyên lý :
Hình 3.1: sơ đồ nguyên lý mạch
chỉnh lưu hình tia một pha nửa
chu kỳ

 Giới thiệu sơ đồ
-
MBA : Máy biến áp cung cấp
cho mạch chỉnh lưu có nhiệm
vụ biến đổi điện áp xoay chiều U
1
thành điện áp U
2
có trị số yêu cầu.
-
T : Van chỉnh lưu của điều khiển.
-
R
d
, L
d
, E
d
: Phụ tải một chiều.
-
D
0
: Diode không.
-
u
1
, i
1
, u
2

, i
2
: Điện áp và dòng điện cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA.
-
u
d
, i
d
: Điện áp và dòng điện chỉnh lưu.
-
u
T
, i
T
: Điện áp và dòng điện của Thyristor.
-
u
D0
, i
D0
: Điện áp và dòng điện của Diode D
0.
b)Nguyên lý làm việc
21
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Hình 3.2: Dạng sóng dòng điện và điện áp chỉnh lưu hình tia nửa chu kỳ có điều khiển
Giả thuyết L
d
=∞ mạch đã làm việc xác lập tại thời điểm xét: ωt= 0
Sơ đồ làm việc với góc điều khiển α. Đồ thị điện áp như hình vẽ

+/ Tại ωt= θ
1
= α => Thyristor có tín hiệu điều khiển => U
2
đang dương và T đặt
điện áp thuận => đủ hai điều kiện để mở => T mở u
T
. Khi đó ta có U
d
= u
2
>0. u
D0
=
-u
2
=-u
d
<0 => D
0
khóa => i
T
=i
d
(L
d
=∞). Vậy u
d
=u
2

, i
T
=i
d
=I
d
, u
T
=0, u
D0
= -u
2
.
+/ Đến ωt= π thì u
2
=0 và chuyển sang (-), dòng tải có xu hướng giảm => trong L
d
xuất hiện sức điện động tự cảm có xu hướng duy trì dòng qua tải. Mặt khác u
2
=0 và bắt
đầu chuyển sang (-). Mặt khác điện áp trên D
0
=0 và bắt đầu chuyển sang (+) => D
0
mở
=> u
D0
=0, u
T
=u

2
<0 => bị đặt điện áp ngược => khóa lại. Do đó: u
d
=0, i
T
=0, u
T
=u
2
, i
D0
=
i
d
=I
d
, u
D0
=0. Do dẫn dòng cho đến thời điểm: ωt=θ
2
= 2π+α => truyền xung điều khiển
22
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
tiếp theo đến T, T mở và sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như ωt=θ
1
trở đi. Vậy ωt=0 ÷
θ
1
, suy ra dựa vào tính chất lặp lại của sơ đồ chỉnh lưu, nghĩa là giống đoạn ωt=2π ÷ θ
2

.
+/ Điện áp chỉnh lưu trung bình:
∫ ∫
+
⋅===
π π
α
α
π
ωω
π
ω
π
2
0
2
2
cos1
2
)(sin
2
1
)(
2
1
U
ttdUtduu
mdd
+/ Dòng trung bình qua các van:
Qua Thyrirtor:

)(
2
1
)(
2
1
)()(
2
1
2
0
απ
π
ω
π
ωω
π
π π
α
−===
∫ ∫
ddTTtb
ItdItdtiI
Qua Diode không D
0
:
dDtbD
ItdtiI
π
απ

ωω
π
απ
π
2
)()(
2
1
2
00
+
==
∫
+
+/ Dòng điện hiệu dụng qua van:
π
απ
ω
π
π
2
)(
2
1
2
0
2
−
==
∫

dTT
ItdiI
+/ Dòng điện hiệu dụng qua D
0
:
π
απ
ω
π
απ
π
2
)(
2
1
2
2
0
+
==
∫
+
dDoD
ItdiI
+/ Điện áp ngược cực đại đặt lên van:
2max
2UU
ng
=
2)Chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển

a)Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kì có điều khiển
 Giới thiệu sơ đồ
+ MBA: máy biến áp cung cấp tạo ra điện áp phù hợp cho tải đồng thời điện
cảm của máy biến áp có vai trò ngăn cản sự tăng trưởng dòng quá lớn.
23
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
+ T
1
, T
2
: Các thyristor, chia thành 2 nhóm: K chung, A chung có vai trò chỉnh
lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều.
+ D
0
là điode không, có tác dụng chống điện áp ngược trên tải và tạo điều kiện
thuận lợi cho các van
1
T
, T
2
chuyển mạch.
+ R
d
, L
d
,
d
E
: Tương ứng với điện trở, điện cảm, và sức điện động của tải

+ u
1
, u
2
: điện áp cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp
b)Nguyên lý làm việc
Hình 3.4: Dạng sóng dòng điện và điện áp của van và của tải
_ Giả thiết
∞=
d
d
R
L
ω
_ Sơ đồ làm việc xác lập trước thời điểm xét
_ Các van làm việc với góc điều khiển
α
_ Giả thiết trong vùng lân cận phía trước:
1
θω
=
t
=> Trong sơ đồ, có
0
D
đang dẫn
dòng
24
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
+ Tại

1
θω
=
t
, van T
1
có tín hiệu điều khiển, điện áp trên van này đang thuận (u
1T
=u
2
) => van T
1
mở => sụt áp trên T
1
=0; u
1T
=0;
2
uu
d
=
;
22
uu
T
−=
=> T
2
khóa => chỉ có T
1

dẫn dòng
ddT
Iii ==
1
,
0
2
=
T
i
;
2
uu
d
=
.
+ Đến
πω
=
t
thì
0
2
=
u
bắt đầu chuyển sang âm diode
0
D
dẫn dòng điện khép
kín dòng điện tải do sức điện động của cuộn cảm

dDTd
Iiuuu
=<==
021
,0,0
.
+ Đến
2
θω
=
t
tới 2π thì u
2
<0 => T
1
,
0
D
bị dặt điện áp ngược và T
2
bị đặt điện
áp thuận và có tín hiệu điều khiển nên T
2
dẫn dòng bởi suất điện động tự cảm sinh ra
trong
d
L
, vì vậy các biểu thức dòng và áp là:
21222
,0;;0 uuuIiuu

TTdTd
===>−=
.
+ Đến
πω
2
=
t
tới
3
θ
thì
0
2
=
u
và chuyển sang dương nhưng T
1
chưa có xung
điều khiển, diode D
0
dẫn dòng điện để khép kín dòng điện tải do sức điện động của
cuộn cảm
,0
=
d
u

0
21

<=
uu
T
, i
dDo
Ii
=
,….và qúa trình sẽ lặp lại như trên.
+ Điện áp trung bình của tải:
α
π
α
cos
22
cos
2
⋅=⋅=
UUU
Dod
+ Dòng điện trung bình của tải:
d
dd
d
R
EU
I
−
=
+ Dòng điện trung bình và hiệu dụng của van:
2

;
2
d
T
d
Ttb
I
I
I
I
==
+ Điện áp cực đại của van ( điện áp thuận và ngược):
2maxmax
2UUU
ngTh
==
Từ các số liệu trên ta có thể chọn các van bán dẫn công suất có các số liệu sau:
Dòng điện định mức của van:
TVdm
II )5,22(
÷=
Điện áp cực đại của van:
maxmax
)27,1(
thV
UU
÷=
3.1.2 MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN
25