mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
o0o
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
***
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC
• Nhóm sinh viên thực hiện
Lớp học : Ngành đào tạo : Tự Động Hóa
1.Tên đề tài::“Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều
kích từ độc lập sử dụng bộ biến đổi là bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha“.
2.Thỏa mãn các yêu cầu :
* Hệ thống sau khi thiết kế thỏa mãn các chỉ tiêu :
- Dải điều chỉnh tốc độ D =30/1: n
max
=n
đm
- Độ trơn điều chỉnh tốc độ : γ= 1
- Sai số tốc độ cho phép : St % = 5 %
- Có bảo vệ quá dòng điện khi sử dụng khâu phản hồi âm đóng có ngắt ,
bảo vệ mất kích từ.
 Số liệu cho trước:
- Thông số động cơ: Động cơ kích từ độc lập có các tham số như sau:
P
đm
= 220 w; U
đm
= 220V; I
đm
= 1,2A; n

đm
=2000v/p.
- Các tài liệu và giáo trình chuyên môn
- Nguồn điện 220V, 50Hz.
3.Nội dung cần hoàn thành:
-Tổng quan về các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều .
-Tổng quan về bộ chỉnh lưu
-Lựa chọn phương án truyền động
-Thiết kế mạch lực
-Thiết kế mạch điều khiển
-Hiệu chỉnh thiết kế
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………
Hưng Yên Tháng 03 năm 2015.
Giáo Viên Hướng Dẫn
Lời Nói Đầu
Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công
nghiệp hoá- hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong
công cuộc này,đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ
giữa lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất. Cùng với sự phát triển của các
ngành kỹ thuật điện-điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự
động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Tự động hoá quá trình sản xuất
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao
động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao
động, cải thiện chất lượng sản phẩm.
Với mục tiêu công nghiệp hoá-hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm
nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện
những kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch và xử lý
trong công tác kỹ thuật hiện tại. Trong đó điện tử công suất đã và đang đóng một
vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của
điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn
của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất.
Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao.
Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông
thường như: khuếch đại từ, máy phát-động cơ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó

em được giao nhiệm vụ làm đồ án môn điện tử công suất và truyền động điện với
đề tài::" Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều kích
từ độc lập sử dụng bộ biến đổi là bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha ''.
Việc làm đồ án giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học ở trường kết hợp với
thực tiễn lao động sản xuất của nhà máy trong thời gian em thực tập đã giúp em
hiểu sâu hơn, biết vận dụng được lý thuyết được học ở trường vào thực tiễn. Đồ
án của em giới thiệu về động cơ điện một chiều, các biểu thức tính toán, đưa ra
phương án chọn công suất động cơ. Vấn đề điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một
chiều, phân tích tính toán mạch lực và mạch điều khiển.
Với sự hướng dẫn của Thầy: Đỗ Quang Huy, chúng em đã tiến hành
nghiên cứu và thiết kế đề tài.Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến
thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp
ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn.
Chúng em xin trân thành cảm ơn.!
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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
1.1Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)
1.1.1 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.
1.1.2. 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:
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
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.
+
-
I
F
F
a
b
c
d
I
n

®t
®t
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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
1.3. 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
KT
U

+
-
E
+
-
U
I

I
KT
KT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
β
→
∞
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
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.
1.3.1.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
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.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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
1.3.2.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:
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
1.4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc
lập:
1.4.1. Khái niệm chung:
1.4.1.1. 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.
1.4.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.

1.4.2. 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.
M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập:
fu
ME
RR

KK
dn
dM
+
Φ
−==
2
β
Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n
0
= U
đm
/K
E
Φ
đm.
Độ
cứng của đường đặc tính cơ:
U1
U2
U3
TN ( Uđm)
n0
ncb
n1
n2
n3
M
n
MC

Uđm > U1> U2> U3
ncb> n1> n2> n3
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
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.
-
+
+
-
Ckt Rkt
Iư
U
Ukt
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• 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.
1.4.3. 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
1
2
đm
0 MC M2 M1 Mn
Hình 6: Họ đặc nh cơ khi thay đổi từthông
ncb
n1
n2
n
M
ñm>1>2
ncb< n1< n2
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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

R
KK
ME
2
Φ
−=
β
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.
-
-
+
+
Iö
Rf
Ckt Rkt
U
E
UKT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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.
1.4.4. 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.
M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
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:
const
K
U
n
dmE
dm
=
Φ
=
0
fu
dm
ME
RR
KK
+
Φ
−=
2
β
;
TN
Rf1
Rf2
Rf3
0
MC
n3
n2

n1
ncb
n0
n
M, I
0 < Rf1< Rf2< Rf3
ncb> n1> n2> n3
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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:
u
dm
ME
TN
R
KK
2
Φ
−=
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:
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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
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.
1.4.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch
phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau:
Iư
IS
In
Rn
RS
+
Ckt
Rkt
E

U
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.
Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn n
cb
và điều chỉnh nhảy cấp. Hệ
thống có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùng
phương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch.
Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song với điện
trở và nối nối tiếp với một điện trở khác. Phương pháp này giống với phương pháp
thay đổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại không thay đổi. Do
đó, phương pháp này đòi hỏi phải:
- Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi.
- Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làm
cho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức.
Ta có phương trình đặc tính cơ:
M
KK
RR
RR
R
RR
R
K
U
n
ME
nS
nS
u

nS
S
E 2
Φ
+
+
−
+Φ
=
M
KK
RR
RR
R
RR
R
nn
ME
nS
nS
u
nS
S
2
0
Φ
+
+
−
+

=
000
' n
RR
R
nn
nS
S
<
+
=⇒
Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ n
Đ
< n
cb
. Mặt khác ta có:
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
u
nS
S
unu
R
RR
R
RRR >
+
+>+
TNPMRR
nf
ββββ

<<=
Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng β
PM
nhỏ hơn độ cứng của đặc tính
cơ tự nhiên β
TN
nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ β
Rf
với điện
trở phụ chính là R
n
.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau:
• Giữ nguyên R
n
, thay đổi giá trị R
S
:
- Khi R
S
= 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng
n
HĐN
= 0.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Ta có họ đặc nh cơ như sau :
n
dm
AS
R

U
IRKhi
=∞=−
::
TN
n
n0
n3
n2
n1
I
IA
MC
RS = 0
RS =
RS2
RS1
RS1< RS2
n1< n2
Hình 10: Họ đặc tính cơ khi R
n
= const, R
S
thay đổi.
Như vậy, khi giữ nguyên R
n
, thay đổi giá trị R
S
thì vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn
chế và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm.

• Giữ nguyên R
S
, thay đổi giá trị R
n
:
- Khi R
n
= 0: R
S
không ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ. Lúc này ta
xem R
S
như là tải nối song song với động cơ. Ta có được đường đặc
tính cơ tự nhiên.
Hình11: họ đặc nh cơ khi RS = const, Rn thay đổi.
n1
n2
ncb
I
TN ( RN= 0 )
MC
IB
n
Rn1
Rn2
n0
0 <Rn1<Rn2<Rn =
n2< n1< ncb
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- Khi R

n
= ∞: Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi trên
phần ứng động cơ. Đây là trạng thái hãm động năng với R
HĐN
= R
S
. Ta
có : I
B
= U
đm
/R
S
.
Ta có họ đặc tính cơ như sau:
Vậy, khi giữ nguyên R
S
và thay đổi R
n
thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế như
trường hợp trên. Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại bị
giảm xuống.
• Ngoài ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của R
S
và R
n
:
Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế. So với phương pháp điều
chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng ta nhận thấy: Khi tốc độ và
moment động cơ như nhau nghĩa là khi công suất cơ như nhau dòng điện nhận từ lưới

trong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồ điều chỉnh bằng điện trở
phụ trên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua R
S
.
Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép. Đồng thời
tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều chỉnh
tốc độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn n
cb
.
Ưu điểm:
- Với cùng một tốc độ yêu cầu thì độ cứng của đường đặc tính cơ phân mạch có
độ cứng lớn hơn đặc tính cơ dùng điện trở phụ trên mạch phần ứng.
- Thiết bị vận hành đơn giản.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
CHƯƠNG II :LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH LỰC
2.1. Khái quát chung:
Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để
điều khiển động cơ. Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta
đưa ra phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu
đề ra. Sau đây chúng em giới thiệu một số mạch chỉnh lưu tia 3 pha điều chỉnh
động cơ điện 1 chiều dùng Thyristor như sau
2.2. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha.
a. sơ đồ và dạng sóng.
• sơ đồ.
-Gồm một máy biến áp 3 pha nối Y , 3 thyristor nối với tải như hình vẽ
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• Dạng sóng.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- 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 pha 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 từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ ân
đến 0 ( từ đóng sang khóa ) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào.
+ Điện áp gây nên quá trinhg chuyển mạch: điện áp dây.
+ 0 ≤ α < π - γ - µ γ: góc dẫn
b) Nguyên lý hoạt động:
Giả thiết tải: R,
u
, chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
u
1
=U
m
sin β
u
2
=U
m
sin (β - )
u
3
= U
m
sin(- )
* Nhịp V1: khoảng thời gian từ - >. Tại 1 điện áp đặt lên u

1
> 0, có xung kích
khởi : T1 mở, khi đó :
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
T1 mở, T2, T3 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 T2, T3 bằng 0: i
2
=i
3
= 0
Trong nhịp V1: u
v2
từ âm chuyển lên 0 , khi u
v2
=0 thì T2 mở , lúc này u
v1
= u
1

-
u
2
= 0 và bắt đầu âm lên T1 đóng, kết thúc nhịp V1 , bắt đầu nhịp V2.
* Nhịp V2: từ ->
Lúc này : u
v2
=0
u
v1
=u
1
- u
2
u
v3
=u
3
- u
2
T2 mở, T1 T3 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
2
: u
d
= u
2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2:
i
d

=I
d
=i
2
+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i
1
=i
3
=0
Trong nhịp V2: u
v3
từ âm chuyển lên 0, khi u
v3
= 0 thì T3 mở , lúc này u
v2
= u
2
-u
3
=0 và bắt đầu âm lên T2 đóng, kết thúc nhịp V2 , bắt đầu nhịp V3.
*Nhịp V3: từ ->
Lúc này: u
v3
= 0
u
v1
= u
1
- u
3

u
v2
= u
2
- u
3
T3 mở, T1 T2 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u
3:
u
d
= u
3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3:
i
d
=I
d
=i
3
+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i
1
= I
2
= 0
Trong nhịp V3: u
v1
từ âm chuyển lên 0, khi u
v1
=0 thì T1 mở, lúc này u

v3
= u
3
- u
1
= 0 và bắt đầu âm lên T3 đóng, kết thúc nhịp V3 và bắt đầu nhịp V1.
Trong mạch tỉa có điện cảm L nên i
d
thực tế là dòng liên tục, i
d
=I
d
Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha.
Trị trung bình của điện áp tải:
U
d
= .d=.cos α
Trùng dẫn :
e
a
=
2
.sin
e
b
=
2
.sin(- )
e
c

=
2
.sin(- )
Giả sử T1 đang cho dòng chảy qua , i
T1
= I
d
. Khi cho xung điều khiển mở
T2. Cả thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e
a
và
e
b
. Nếu chuyển gốc tọa độ từ , ta có :