điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay động cơ điện một chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
  
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TÊN ĐỀ TÀI : ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU.
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Nguyễn Phương Thảo
SINH VIÊN THƯC HIỆN : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
LỚP : ĐK8LC2
Hưng Yên , tháng 8 năm 2011
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện :
Lớp : ĐK8LC.2
Khoá học : 2010-2012
Ngành đào tạo : Kỹ thuật Điện
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo bộ nguồn chỉnh lưu bán điều khiển điều chỉnh tốc độ động
cơ điện một chiều.
 Số liệu cho trước:
- Thông số động cơ DC: động cơ một chiều kích từ độc lập có U
đm
=220V,
I
đm
=2.1A, n
đm
= 3000 vòng / phút

,

Pđm=370W.
- Điều chỉnh vô cấp
- Các tài liệu và giáo trình chuyên môn.
- Hệ có đảo chiều quay.
- Nguồn điện xoay chiều 220V, 50Hz.
 Nội dung cần hoàn thành:
1. Phân tích, lựa chọn phương án
2. Lý thuyết và các vấn đề liên quan.
3. Phân tích, lựa chọn thiết bị.
4. Sản phẩm của đề tài: Quyển thuyết minh và các bản vẽ , sản phẩm phải hoạt động
và có tính thẩm mỹ, mô tả đầy đủ nội dung của đề tài.
Ngày nhận đề tài …/…/…… Ngày hoàn thành…/…/………
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
2
1. Quản mạnh Dũng
2. Chu văn Giang
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học


Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Phương Thảo


Nhận xét đánh giá của giáo viên hướng dẫn
…………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
3
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Giáo viên hướng dẫn
…………………………
…………………………

Nhận xét, đánh giá của giáo viên phản biện
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
4
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
……………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
Giáo viên phản biện
……………………………
………………………………


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu trong
quá trình phát triển kinh tế, CNH – HĐH đất nước. Trong những thành tựu khoa học –
kỹ thuật phục vụ công cuộc phát triển đất nước thành công, phải kể đến cả những đóng
góp của ngành tự động hoá trong cả đời sống, cũng như trong sản xuất công nghiệp mà
Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài toán kĩ thuật phức tạp trong các lĩnh
vực tự động hóa. Việc ứng dụng điện tử công suất vào truyền động điện điều khiển tốc
độ động cơ trong các xí nghiệp công nghiệp hiện đại ngày càng nhiều và không thể
thiếu. Một trong những ứng dụng của đtcs trong sản xuất công nghiệp là điều khiển tốc
độ động cơ một chiều. Chính vì vậy chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU” dưới sự giúp đỡ của cô Nguyễn
Phương Thảo.
 Đồ án gồm các nội dung sau:
• Chương 1 : Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ.
• Chương 2: Thiết kế mạch
• Chương 3: Chế tạo mô hình
Trong quá trình thực hiện đề tài, Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với
tinh thần học hỏi cộng với quyết tâm cao nhất, song do trình độ còn có hạn nên không
thể tránh khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận được sự phê bình, góp ý của các
thầy cô giáo và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang

5
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là cô Nguyễn
Phương Thảo đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án môn học
này!
Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Quản mạnh Dũng
2. Chu văn Giang

Mục Lục
Nội Dung Tra
ng
Tên đề tài 2
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 3
Nhận xét của giáo viên phản biện 4
Lời nói đầu 5
Mục lục 6
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
6
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
1.1.2. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều.
1.1.2.1. Phần tĩnh hay stato.

1.1.2.2.Phần quay hay roto.
1.1.2.3.Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
1.2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều
chỉnh tốc độ
1.2.1.1.Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
1.2.1.2.Sai số tốc độ.
1.2.1.3.Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ.
1.2.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
1.2.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện
áp phần ứng.
1.2.4. Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ .
9
9
9
9
10
10
11
11
12
12
12
12
12
13
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
7

Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH.
2.1. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC.
2.1.1. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
2.1.2. Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển
2.1.3. Lựa chọn tính toán sơ đồ mạch lực
2.1.3.1 Lựa chọn sơ đồ mạch lực
2.1.3.2 Tính chọn linh kiện và thiết bị bảo vệ
2.2. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
2.2.1. Phân tích mạch điều khiển.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động.
2.3. GIỚI THIỆU VỀ VI MẠCH TCA 785.
2.3.1. Đặc trưng và nhiệm vụ.
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo.
2.3.3. Các thông số và nguyên lý làm việc của TCA 785.
2.3.4. Tính toán các thông số mạch điều khiển.
2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TOÀN MẠCH
2.4.1. Sơ đồ khối.
2.4.2. Khối nguồn.
2.4.3. Khối điều khiển.
2.4.4. Phần tử cách ly.
2.4.5. Phần mạch lực.
2.4.6 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch
16
16
16
20
23
23

24
28
28
29
30
30
30
32
35
35
35
36
36
37
37
38
39
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
8
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MÔ HÌNH
3.1 Sơ đồ bố trí linh kiện
3.2 Sơ đồ mạch boad
3.3 Mô hình sản phẩm đã hoàn thiện
3.4 Quá trình chạy thử mạch
41

42
43
43
LỜI KẾT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
46
47
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
9
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan
trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay
chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả
năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì vậy mà động cơ một chiều
được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như
cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…mà điều quan trọng là các ngành công nghiệp
hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều.
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định như so với
máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn(dễ phát sinh tia lửa điện)…nhưng do những
ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định
trong sản xuất.
Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000KW , điện áp

vào khoảng vài trăm cho đến 1000V. Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của
vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất
lớn…
1.1.2. Cấu tạo của máy điện một chiều.
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân tích thành 2 phần chính là phần tĩnh và
phần quay.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
10
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

Hình 1.1: dạng cấu tạo của 1 loại động cơ điện một chiều
1.1.2.1. Phần tĩnh hay stato.
Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
a) Cực từ chính.
b) Cực từ phụ.
c) Gông từ .
d) Các bộ phận khác:
+ Nắp máy.
+ Cơ cấu chổi than.
1.1.2.2. Phần quay hay roto.
a. Lõi sắt phần ứng:
- Dùng để dẫn từ
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.
c. Cổ góp:
Dùng để cấp điện cho phần ứng qua chổi than.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
11
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
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.
1.1.2.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng :
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ.
- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào cổ góp của phần ứng .
Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của máy điện một 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.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là rất quan trọng nó có thể giúp
ta dễ dàng chọn lựa phương phù hợp cho từng hệ thống riêng biệt .

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với
loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
12
+
-
I
F
F
a
b
c
d
I
n
®t
®t
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao
trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
1.2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng 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:
1.2.1.1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
1.2.1.2. Sai số tốc độ.
1.2.1.3. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ
1.2.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng
- Điều khiển tốc độ bằng từ thông
- Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng
1.2.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần
ứng
Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta dùng một số bộ biến đổi điều chỉnh dược điện áp đầu
vào cấp cho mạch phần ứng động cơ.
Hình1.3: Bộ biến đổi
Bộ biến đổi BBĐ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới thành thành điện áp một
chiều và điều chỉnh điện áp ra của nó theo yêu cầu. Hiện nay thường dùng loại bộ biến
đổi sau đây:
-Bộ biến đổi máy phát điện một chiều.
-Bộ biến đổi xung áp một chiều.
-Bộ chỉnh lưu bán dẫn.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
13
∅
∅
~
∅
∅
∅
KT
BBĐ
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
 Tương ứng với việc sử dụng bộ biến đổi, ta có các hệ truyền động sau đây:
-Hệ truyền động máy phát – động cơ ( hệ F -Đ).

-Hệ truyền động xung áp – động cơ điện một chiều (hệ XA - Đ).
-Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ (hệ T-Đ).

Kết luận:
Trong các hệ truyền động cho động cơ một chiều như trên nhóm chúng em đã chọn
phương án sử dụng bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển (hệ T – Đ) để điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều bởi:
-Mạch nhỏ, không cồng kềnh, các kiến thức cần thiết sát với chương trình được đào tạo
tại nhà trường
-Độ tin cậy của mạch khá cao, có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
1.2.4. Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ).
Với hệ truyền động T - Đ ta có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điều
khiển, nhờ đó ta có thể điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu.
- Cấu tạo hệ T - Đ bao gồm :
+ Máy biến áp ( MBA ): Chức năng biến điện áp xoay chiều về điện áp phù hợp với
động cơ.
+ Thysistor: Là phần từ biến đổi:
- Thysistor mở khi : V
A
> V
K
và có xung điều khiển
- Thysistor khoá khi: V
A
< V
k
và dòng thysistor giảm về 0
+ Cuộn cảm LK: Có tác dụng san bằng điện áp làm việc
+ Động cơ điện một chiều
Nguyên lý hoạt động :

• Xét trong chế độ dòng gián đoạn:
+ Khi cuộn cảm LK có giá trị Ld không đủ lớn thì năng lượng trong cuộn cảm không đủ
lớn để duy trì dòng điện trong cuộn, do vậy sinh ra dòng gián đoạn.
+ Đặc điểm của hệ CL – Đ ở chế độ này là dòng điện không ổn định, momen sinh ra
không đều, động cơ có tốc độ không được ổn định.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
14
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
 Do vậy, ta cần áp dụng các phương pháp tự động điều chỉnh đặc biệt khi sử dụng
hệ CL – Đ ở chế chế độ dòng gián đoạn. Thực tế người ta thường tăng L
d
để tạo
ra dòng liên tục
• Xét trong chế độ dòng liên tục:
+ Chỉnh lưu điều khiển có góc mở van
α
nhất định tính từ thời điểm chuyển mạch tự
nhiên. Tác động mở từng van vào các thời điểm khác nhau cho dòng điều chỉnh lưu i
d
(Ta đã chọn
α
để có dòng i
d
liên tục do vậy ta luôn có dòng qua động cơ) .
+ Việc lựa chọn thời điểm mở van ta sẽ điều chỉnh được suất điện động chỉnh lưu E
d
và

do vậy sẽ điều chỉnh được điện áp phần ứng động cơ U
ư

Từ sơ đồ thay thế ta có : I
d
=
LR
E
U
do
.
cos.
ω
α
+
−
; E
d
= U
d
=U
do
.cos
α
Hình1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ T – Đ
 Lưu ý: Khi có hiện tượng trùng dẫn ( hai van cùng dẫn) sẽ làm ngắn mạch phía
thứ cấp máy biến áp.Vì vậy để tránh hiện tượng cháy, nổ do ngắn mạch ta phải
lắp MBA có U
N
%={5

÷
10}%.
- Đặc tính cơ của hệ T – Đ

GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
15
§K
E
CK
-I
varU
Udk
∼
−
+
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Hình 1.5: Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thysistor - động cơ và đặc tính cơ của động cơ
+ Phương trình đặc tính cơ:
M
XR
U
dm
kt
dm
do
)(
.

.
cos.
.
2
Φ
Κ
−
Φ
Κ
=
α
ω
Từ đó ta có
Φ
Κ
=
dm
do
o
U
.
cos.
α
ω
Và
X
R
k
dm
+

Φ
Κ
=
)(
2
β
 Khi thay đổi góc điều khiển
α
:
- Trong khoảng
α
=[0
÷
Π
/2] thì bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu
• Nếu E > 0 , động cơ làm việc ở chế độ động cơ
• Nếu E < 0 động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược
- Trong khoảng
α
= [
Π
/2
÷
α
max
] thì tải có tính chất thế năng .Để quay ngược động cơ,
lúc này E
d
và E đổi dấu. Nên dòng điện I
u

vẫn chạy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở
chế độ hãm tái sinh. Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu biến cơ năng của tải
thành điện năng xoay chiều trả về lưới.
- Ưu nhược điểm của hệ T- Đ:
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
16
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
• Ưu điểm:
+ Độ tác động nhanh cao
+ Dễ tự động hoá , van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng cao chất lượng các đặc
tính tĩnh và đặc tính động của hệ thông
+ Không gây ồn.
+ Điều khiển góc mở van
α
có thể điều chỉnh tốc độ nhanh.
+ công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ hơn so với các hệ truyền động khác.
• Nhược điểm:
+ Van bán dẫn có dòng phi tuyến, thời gian quá độ sẽ lớn.
+ Điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và xấu
dạng điện áp của nguồn hoặc lưới.
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
17
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

2.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC
2.1.1 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
Theo dạng nguồn dạng nguồn cấp xoay chiều, có thể chia chỉnh lưu thành một pha
hay ba pha. Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một
pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thông thường theo kinh nghiêm ta có :
+ Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 3 pha
+ Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1
pha
Vì công suất định mưc của động cơ là: P
đm
= 0,37 kw nên ta chọn mạch chỉnh lưu môt
pha
Ta xét một số sơ đồ chỉnh lưu một pha sau:
● Sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.1: Sơ đồ nối cùng cực tính
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
18
E
d
R
d
L
d
U2
U
d
I
3

I
1
T
2
D
2
D
0
1A
1A
T
1
BA
D
1
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Hình 2.2:sơ đồ ngược cực tính
● Giản đồ điện áp và dòng điện của tải và các van bán dẫn:


GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
19
E
d
R
d
L

d
U
2
U
d
I
d
I
1
1A
1A
T
1
D
0
BA
D
2
T
2
D
1
1
0
α
π 2π
2
α
3
α

3π
d
U
0
α
1
I (L=
d
α
2
π
α
3
2π 3π
0
α
1
π
α
2
2π
α
3
3π
I (L=0)
d
0
1
α
2

α
π
3
α
2π 3π
0
1
α
2
α
2π
3
α
∞
)
T
1
D
1
T
2
2
D
∞
)
I (L=
d
0
1
α

0
1
α
0
α
1
0
α
1
T
2
α
2π
3
α
2
π
2
α
D
1
2π
3
α
3π
T
α
π
2
1

α
2π
3
α
π
2
α
2π
3
3π
3π
U
d
0
α
1
I (L=0)
α
2
π
α
3
2π
d
3π
2π
1
0
α
2

2
α
D
3
α
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Hinh 2.3: Nối cùng cực tính. Hình 2.4: Nối ngược cực
tính.
● Nguyên lý làm việc:
* Sơ đồ cùng cực tính:
Tại α
1
cấp xung điều khiển T1, T1 sã mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải về
D1 về B.
Đến π điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,T1 khóa. Nếu tải điện cảm dòng điện tải là
đường thẳng. Năng lượng của cuộn dây sẽ được tích lũy xả qua D2 tới D1 điện áp tải
trong vùng π ÷ α
2
là bằng 0.
Đến α
2
cấp xung điều khiển T2, T2 dẫn. Từ α
2
÷ 2π dòng tải là dòng điện của 2 van T2
và D2. Đến 2π điện áp đổi dấu (B âm, A dương) D2 khóa, D1 mở để năng lượng của
cuộn dây xả qua D1 về T2.
2π ÷ α
3
mở thông D1, T2 điện áp tải bằng 0. Kết quả là chuyển mạch các van bán dẫn

có điều khiển được thực hiện bằng việc mở các van kế tiếp. Các van được dẫn thông
trong nửa chu kỳ.
Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình18.a
* Sơ đồ ngược cực tính:
Tại α
1
cấp xung điều khiển T1 với A dương, T1 sẽ mở cho dòng điện chạy qua từ A qua
T1 qua tải về D1 về B. T1 và D1 dẫn từ (α
1
÷ π ).
Đến π điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,D2dẫn làm khóa T1 năng lượng của cuộn dây
sẽ được tích lũy xả qua D1 và D2.
Đến α
2
cấp xung điều khiển T2 với A âm, T2phân cực thuận nên t2 mở làm khóa D1
cho dòng điện chạy từ B qua D2 qua tải về T2 về A Đến 2π điện áp đổi dấu (B âm, A
dương) T2 phân cực ngược nên T2 bị khóa.
Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình 18.b
* Biểu thức tính toán:
Điện áp trung bình trên tải:
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
20
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
U
d
= 2.
π

2
1

∫
π
α
2
U
2 .
sin (
ω
t) d
ω
t =
2
U
2
π
α
cos1
+
.
Với :
Suy ra: =

Điện áp thuận và ngược đặt lên Thyristor và Điot
u
D(thuận)
= u
D(ngược)

=
2
U
2
.
u
T(thuận)
= u
T(ngược)
=
2
U
2
.
● ưu, nhược điểm và ứng dụng.
* Ưu điểm:
- Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha.
- Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục.
* Nhược điểm:
- Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U
1
/U
d
lớn)
- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA
- Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ.
* Ứng dụng:
- Bộ chỉnh lưu có điều khiển được ứng dụng rộng rãi đặc biệt trong lĩnh vực điện tử
công suất. Nó thường được dùng để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và

dòng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động
điện một chiều.
- Các mạch chỉnh lưu có điều khiển cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy
hàn điện.
- Ngoài ra các mạch chỉnh lưu có điều khiển còn có nhiều các ứng dụng khác.
2.1.2 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
21
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
• Sơ đồ nguyên lí



Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lí chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển
• Dạng sóng đầu ra mạch chỉnh lưu tại α= π/6 và π/2
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
22
D
0
1cc
1cc
1cc
E
d
R

d
V
2
V
6
V
5
V
4
V
3
V1
L
d
B
U
3
C
U
2
A
U
1
I
d
u
d
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

● Nguyên lí hoạt động.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
23
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Như sơ đồ nguyên lí ta có hai nhóm 3 thyristor mắc catot chung và nhóm 3 diode mắc
anot chung hoặc cũng có thể mắc ngược lại là 3 diode catot chung và 3 thyristor catot
chung
Do trong sơ đò chỉ có một nửa số van là có thể điều khiển nên sơ đồ cầu khoong đối
xứng gọi là sơ đồ cầu bán điều khiển
Cách làm việc cũng tương đương như sơ đồ cầu đối xứng.Điều cần lưu ý là khi thyristor
phân điện áp thuận mà muốn dẫn thông thì phải cấp xung điều khiển,còn các diode thì
cứ phân cực thuận là dẫn thông luôn.Làm việc của sơ đồ như sau
Tại thời điểm Trong khoảng từ đến ta có u
1
>u
3
>u
2:
Nhóm diode mắc chung sẽ có D
6
dẫn thông vì nó có thế catot thấp nhất. Nhóm thyristor
mắc chung sẽ có V
1
có thế cao nhất nên nếu có xung mở thì nó sẽ thông. Thyristor V
1
và
diode D

6
thông sẽ cho dòng I
d
chạy qua phụ tải ,diode V
6
thông sẽ làm cho các diode V
2
–
V
6
phân cực ngược
Trong khoảng từ từ 3 đến 5 ta có u
1
>u
2
>u
3:
thế của anode V
2
(do V
6
thông) điện áp u
2
> u
3
nên V
2
thông. do V
2
thông nên thế u

3
đặt
lên anode của V
6
làm cho V
6
bị phân áp ngược và khóa. Dòng điện phụ tải được dẫn qua
V
1
và V
2
Trong khoảng từ 5 đến 7 ta có u
2
>u
1
>u
3:
Trong khoảng này thyristor V
3
phân cực thuận nên khi có xung mở thì V
3
sẽ thông,dẫn
đến thế u
2
> u
1
đặt lên catot của V
1
làm V
1

khóa thế u
3
thấp nhất đặt lên catot của diode
V
4
và V
6
nên V
4
và V
6
khóa dòng điện phụ tải sẽ được dẫn qua V
3
và V
2
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang
24
Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học
Trong khoảng từ 7 đến 9 ta có u
2
>u
3
>u
1
Do diode V
2
đã thông nên đặt thế u

3
>u
1
nên V
4
thông . u
1
thấp nhất lên anot cua diode V
2
nên V
2
khóa, thyristor V
3
đã thông trước nên đặt thế u
2
lớn nhất lên catot của V
5
,nên
thyristor này không thể thông cứ lí giải một cách tương tự như vậy ta sẽ có được khoảng
thông và khóa của các thyrystor và diode
Giá trị tức thời của điện áp trên tải U
d
sẽ bằng điện áp trên nhóm thyristor tức catot
chung (U
d1
) trừ nhóm diode tức anot chung (U
d2
)
U
d

= U
d1
-U
d2
Mà ta có
U
d1
= E
2
cos
U
d2
= - E
2
Vậy: U
d
= E
2
(1+cos
Điều khiển các tiristor trong chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng dẽ dàng
hơn, Khác với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng,trong sơ đồ này việc điều khiển
các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn.ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh
lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia 3 pha.
2 1.3 Lựa chọn tính toán sơ đồ mạch lực.
2.1.3.1 Lựa chọn sơ đồ mạch lực
Nhìn chung các loại chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp tương đương như
chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lượng điện một chiều như nhau, dòng
GVHD: Nguyễn Phương Thảo
SVTH : Quản Mạnh Dũng
Chu Văn Giang

25