Đồ án Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha

Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Mục Lục
Trang
Lời nói đầu 03
PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Phân tích và chọn mạch động lực 05
1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor 05
1.1.1. Sơ đồ nguyên lý 05
1.1.2. Nguyên lý hoạt động 06
1.1.3. Các công thức tính toán 07
1.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor 08
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý 08
1.2.2. Điều kiện làm việc của Thysistor 09
1.2.3. Tổng hợp điện áp ra 09
2. Tính chọn thiết bị 14
2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 14
2.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực 14
2.2.1. Tính chọn Thysistor 14
2.2.2. Tính chọn máy biến áp lực 16
2.3. Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 17
2.3.1. Bảo vệ quá dòng điện 17
2.3.2. Bảo vệ quá áp trên Thysistor 18
2.3.3. Bảo vệ quá nhiệt 19
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 21
2.2. Chọn phương án phát xung 21
2.3. Thiết kế mạch tạo xung 23
2.3.1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa 24
2.3.2. Khối so sánh 27

2.3.3. Khối tạo xung và phân chia xung 28
2.3.4. Sơ đồ tổng hợp của một kênh điều khiển 33
2.4. Thiết kế nguồn nuôi 35
2.5. Tính chọn mạch điều khiển 36
2.5.1. Tính chọn máy biến áp xung 36
2.5.2. Tính chọn Tranzitor, Điod, KĐTT 38
2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch bộ nguồn 40
PHẦN II : ỨNG DỤNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
VÀO MẠCH ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ĐỂ ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ
Chương III : KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH HỆ HỞ
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
3.1. Sơ đồ mạch động lực hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay
chiều ba pha rotor dây quấn 43
3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ hệ truyền động nối cấp 44
3.3. Đặc tính tĩnh của hệ 45
3.3.1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên 45
3.3.2. Đặc tính cơ 48
3.3.2.1. Xây dựng đặc tính tĩnh hệ truyền động nối cấp 49
3.3.2.2. Đặc tính tĩnh của động cơ không đồng bộ ba pha rotor
dây quấn khi làm việc điều tốc nối cấp 54
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG
NỐI CẤP ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ
4.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ tự động ổn định tốc độ 60
4.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống 61
4.2.1. Thành lập hàm truyền của các khâu 61
4.2.2. Sơ đồ cấu trúc 69
4.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện 70

4.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 72
4.5. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc nối cấp 75
CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
NỐI CẤP
5.1. Sơ đồ nguyên lý mạch của hệ thống truyền động nối cấp 76
5.2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ 78
5.3. Tác dụng của mạch vòng dòng điện 80
5.4. Khởi động động cơ gián tiếp thông qua điện trở phụ 81
Kết Luận 82
Tài liệu tham khảo 83
Lời nói đầu
Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan
trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đĩ càng được thể hiện rõ nét trong
các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động
điện đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất
lượng sản phẩm. Vì thế các hệ thống truyền động điện luơn được quan tâm
nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm.
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Khi nĩi đến truyền động điện thì người ta quan tâm nhất đĩ là động cơ điện và
việc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mong
muốn.
Do cĩ nhiều ưu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ khơng động bộ
ngày càng được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như đời sống
hàng ngày. Vì vậy việc điều khiển động cơ khơng đồng bộ là một trong những
vấn đề quan trọng.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, em đã hồn
thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nối
vào mạch roto động cơ khơng đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ”.

Song thời gian và hiểu biết thực tế cịn hạn chế nên trong quá trình thiết kế
đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sĩt. Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ,
chỉ bảo của các thầy cơ để đồ án của em được hồn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, các thầy cô
giáo đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Ngày 01 tháng 6 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Nam

PHẦN I
THIẾT KẾ
BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Phân tích và chọn mạch động lực
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn điện
áp xoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện áp
một chiều đầu ra. Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khác nhau ví dụ
như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng các
bộ chỉnh lưu Nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ
đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn.
Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện một chiều vào mạch ro
to của động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnh tốc độ nên ta
đi phân tích và chọn các mạch động lực sau:
+ Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor.
+ Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor.

1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor
1.1.1. Sơ đồ nguyên lý
1.1.2. Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải cĩ điện
cảm rất lớn
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
1.1.3. Các công thức tính toán
- Với:


- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
Ud = U2 cos 1,17U2.cos
Trong đó U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp MBA
- Dòng điện trung bình qua Thysistor
ITtb =
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thysistor phải chịu:
UTthmax =UTngmax = U2
- Công suất tính toán:
Sttba = UdId 1,355UdId
- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:
[UTthmax] > UTthmax = U2
[UTngmax] > UTngmax = U2
[IT] > ITtb =
Nhận xét:
Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng 3 Thysistor có:
Ưu điểm :
- Sơ đồ cấu tạo đơn giản, điều khiển dễ dàng.
- Có thể áp dụng khi cần cung cấp cho động cơ tải công suất lớn
- Do số lượng Thysistor ít nên việc điều khiển đóng mở dễ dàng.

Nhược điểm:
- Dòng qua các Thysistor không liên tục, điện áp đặt lên các Thysistor lớn
- Chất lượng điện áp tải ra chưa tốt, hệ số công suất máy biến áp nhỏ, khi
chế tạo máy biến áp động lực loại này thứ cấp phải nối Y0 có dây trung tính lớn
hơn dây pha vì chịu dòng điện tải.
1.2. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
1.2.2 Điều kiện làm việc của Thysistor
Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Katot của Thysistor là điện áp dây nên
điều kiện để Thysistor làm việc là:
+ UAK = Udây > 0.
+ Thời điểm xuất hiện xung ωt ≥
1.2.3. Tổng hợp điện áp ra
a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung ( =600)
* Điều kiện làm việc của cầu
Cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung: là xung gửi từ nhóm nọ sang
nhóm kia và ngược lại:


b. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải
điện cảm được thể hiện như hình vẽ:
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
c. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải
điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ

Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
d. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải
điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:

d. Các biểu thức tính toán
- Với:


- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
Ud = sintd(t) = Uocos
Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu.
Uo = 2,34U2
(U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)
- Dịng điện trung bình qua Thyristor:
ITtb =
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
UTthmax = UTngmax = U2
- Cơng suất tính tốn:
Sttba = UdId = 1,05UdId
- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:
[UTthmax] > UTthmax = U2
[UTngmax] > UTngmax = U2
[IT] > ITtb =
Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha giá trị điện áp lấy ra chất lượng tốt,
trong môt chu kỳ của điện áp xoay chiều có 6 xung đập mạch nên q=6, điện áp
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
chỉnh lưu do vậy ở sơ đồ này hệ số lặp rất cao, phạm vi điều chỉnh rộng. Sơ đồ

này có công suất lớn.
Kết luận
Vì yêu cầu đưa nguồn điện một chiều vào mạch roto của động cơ ba pha rotor
dây quấn để điều chỉnh tốc độ nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng 6
Thysistor để nghiên cứu.
Việc lựa chọn này có nhiều ưu điểm như:
+ Chất lượng điện áp ra rất cao (trong một chu kỳ của điện áp nguồn có 6 lần
xung dập mạch của điện áp chỉnh lưu).
+ Mạch không có dây trung tính thuận tiện cho việc đấu vào mạch roto của động
cơ.
+ Mạch có thể làm việc được với chế độ nghịch lưu.
2. Tính chọn thiết bị
2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị
Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Việc
tính chọn càng chính xác, tỷ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn
bấy nhiêu. Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng,
hiệu suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống làm việc hiệu
xuất kém hoặc không làm việc được, làm tăng chi phí cho nhà đầu tư.
Vì vậy viêïc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây:
+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với
thiết bị .
+ Về mặt kinh tế, thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật
phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý.
2.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực
Thông số cho :
Ud = 297 V
Id = 126 A
2.2.1. Tính chọn Thysistor
Thysistor là linh kiện bán dẫn dùng để biến đổi đại lượng xoay chiều thành đại
lượng một chiều có điều khiển. Việc biến các đại lượng xoay chiều thành đại

lượng một chiều dùng Thysistor có thể được thực hiện điều khiển giá trị tín hiệu
ra bằng góc điều khiển .
Để Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor được chọn
sao cho nó có thể làm việc ở trạng thái nặng nề nhất .
Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
+ Điều kiện về dòng điện
[ ITtb ]
+ Điều kiện về điện áp
[ UTngmax ]
[ UTthmax ]
a. Chọn theo điều kiện về dòng điện
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
[ ITtb ]
Trong đó:
ki: là hệ số dự trữ dòng điện (ki = 1,5 ÷ 4) chọn ki = 2
= = 42 A.
Vậy: [ ITtb ] = 2.42 = 84 A.
b. Chọn theo điều kiện điện áp
[ UTngmax ]
[ UTthmax ]
Trong đó :
ku : là hệ số dự trữ điện áp (ku = 1,5 ÷ 2,5) chọn ku = 2
Giá trị điện áp thuận và điện áp ngược đặt lên các van :
UTngmax = UTthmax =
mà Ud =
suy ra U2 = .Ud = = 127 V
nên UTngmax = UTthmax = = . Ud = = 310,86 V
Vậy [UTngmax] = [UTthmax ] ku. UTngmax = 2.310,86 = 621,72 V

Từ các thông số trên ta chọn Thysistor có các thông số sau:
Ký hiệu Un
max V Idm
max A Ipik
max
A Ig max
A Ug max
V Ih max
A Ir
max
A
max
V dU/dt
V/s tcm
s Tmax
max
0c
PO27RH10CH0 1000 100 350 100m 3 400m 10m 2,57 20 35μ
125
Trong đó :
Unmax : Điện áp ngược cực đại
Idmmax : Dòng điện làm việc cực đại
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Ipikmax : Dòng điện đỉnh cực đại
I gmax : Dòng điện xung điều khiển cực đại
Ugmax : Điện áp xung điều khiển cực đại
Ihmax : Dòng điện tự giữ cực đại
Irmax : Dòng điện rò cực đại

Umax: Sụt áp cực đại trên Thysistor ở trạng thái dẫn
dU/dt : Đạo hàm điện áp theo thời gian
tcm : Thời gian chuyển mạch (mở và khoá)
Tmax: Nhiệt độ làm việc cực đại
2.2.2. Tính chọn máy biến áp lực
Máy biến áp lực có tác dụng cách ly mạch động lực với lưới điện. Cung
cấp điện áp thứ cấp bằng điện áp yêu cầu của bộ chỉnh lưu.
Máy biến áp có tổ đấu dây với :
Điện áp của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là:
U1d = 380 V.
Điện áp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp là:
U2d = 127. = 220 V
Tỷ số biến áp của máy biến áp là:
kBA = = =1,73
Giá trị dòng hiệu dụng của cuộn dây thứ cấp:
I2 = Id. =126. =102,88 A.
Giá trị dòng hiệu dụng của cuộn dây sơ cấp:
I1 = = = 59,47 A.
Công suất phía sơ cấp máy biến áp:
S1= .U1d.I1= .380.59,47 = 39,142 kVA.
Công suất phía thứ cấp máy biến áp:
S2= .U2d.I2= .220.102,88 = 39,202 kVA.
Công suất máy biến áp:
S = (S1+ S2)/ 2 = (39,142 + 39,202)/ 2 = 39,172 kVA.
Vậy ta chọn máy biến áp có công suất SBA S = 39,172 kVA.
Sđm
(kVA) U1đm
( V ) U2đm
( V ) I1đm
( A ) I2đm

( A ) KBA
40 380 220 59,47 102,88 1,73
2.3. Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực
2.3.1. Bảo vệ quá dòng điện
Ta sử dụng aptomat tác động nhanh
Điều kiện chọn :
UATM Ubv
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
IATM kqt.kdt. ksd.Idm
Trong đó:
kqt = 1,1 ÷ 1,2 là hệ số quá tải cho phép.
ki = 1,05 là hệ số dự trữ dòng điện tính đến khả năng sai khác.
ksđ= 0,85 hệ số phụ thuộc vào sơ đồ.
Vậy:
IATM kqt.kdt. ksd.Idm = 1,2.1,05.0,85.59,47 = 63,69 A.
Căn cứ vào đó tra bảng 3-10 trang 110- sách sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ
thế, chọn aptomat có các thông số sau:
Kiểu Iđm
(A) Uđm
(V) Số cực Dạng móc bảo vệ dòng cực đại Dòng định mức của mốc bảo
vệ
A3110 100 220 380 3 Tổng hợp 80
2.3.2. Bảo vệ quá áp trên Thysistor
Các Thysistor là phần tử rất nhạy cảm với sự biến đổi đột ngột của điện áp và
dòng điện do vậy ta phải dùng các mạch, thiết bị để bảo vệ chúng.
Các nguyên nhân gây ra hiện tượng quá điện áp trên các Thysistor là:
+ Quá điện áp và gia tốc áp ( ) do quá trình chuyển mạch.
+ Quá gia tốc áp ( ) do đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ.

- Để bảo vệ quá điện áp và gia tốc áp cho Thysistor ta dùng mạch R-C mắc song
song với Thysistor.
Giả thiết điện trở và điện dung được xác định theo công thức thực nghiệm.
R = = = 74 Ω
C = = ≈ 1,35 μF
- Để bảo vệ an toàn cho các van trước sự quá gia tốc điện áp do đóng cắt
máy biến áp ta dùng các phần tử R- C mắc song song với cuộn dây thứ cấp máy
biến áp.
Theo tài liệu: Thiết kế Điện tử công suất – của tác giả Trần Văn Thịnh chọn R,C
theo kinh nghiệm như sau: R= 15( ) và C= 4( F).
2.3.3. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn
Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua, trên van có các sụt áp ,
do đó có tổn hao công suất , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn.
Mặt khác van bán dẫn chỉ làm việc được ở nhiệt độ dưới nhiệt độ cho phép. Nếu
nhiệt độ quá vượt quá nhiệt độ cho phép sẽ làm cho linh kiện không làm việc
được như mong muốn hoặc phá huỷ linh kiện. Để van bán dẫn làm việc an toàn,
tin cậy và không bị phá huỷ vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế bộ phận toả nhiệt
cho hợp lý.
Tính toán cánh tản nhiệt cho Thysistor:
- Tổn thất công suất trên mỗi Thysistor:
= .Ilv = 2,57.84 =215,88 W
- Diện tích bề mặt toả nhiệt:
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
m2
Với:
: là độ chênh lệch nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường.
Tmt = 350 : Nhiệt độ môi trường.
Chọn nhiệt trên cánh tản nhiệt là: Tlv = 800

= Tlv- Tmt = 800 - 350 = 450
Km : Hệ số tản nhiệt bằng đối lưu hay bức xạ. Chọn Km = 25 W/m2.oC
- Chọn cánh tản nhiệt có các kích thước:
a=10 cm; b=10 cm; c=0,3 cm; z=0,6 cm.
- Số cánh tản nhiệt :
cánh
- Chọn số cánh tản nhiệt là: 11 cánh
- Vât liệu làm cánh tản nhiệt là nhôm.
- Dùng quạt đối lưu quạt gió dọc các khe của cánh tản nhiệt.
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
Để các Thysistor làm việc thì ngoài điều kiện UAK > 0 còn phải có xung
điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thysistor. Để có hệ thống các tín hiệu
điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta phải sử dụng mạch
điện tạo ra các tín hiệu đó. Mạch điện dùng để tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi
là mạch điều khiển. Điện áp điều khiển các Thysistor phải đáp ứng được các yêu
cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như độ rộng xung.
Trong thực tế có một số dạng xung thường gặp:
(1) Xung vuông
(2) Xung nhọn hay xung kim
(3) Xung hình thang
(4) Xung tam giác
Các thông số đặc trưng của xung:
tx Độ rộng xung
U Biên độ xung
Độ dốc sườn xung trước.

2.2. Chọn phương án phát xung
Trong thực tế với hệ thống tự động cao các mạch điều khiển được thiết kế theo
ba nguyên tắc sau:
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng: Hệ thống này tạo ra
các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình
răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp
với góc pha của điện áp lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được. Hệ
thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó cũng có một ưu điểm khá nổi
bật như: khoảng điều chỉnh góc mở rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện
áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anod của thysistor chỉ có xung
được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển. Do đó hệ thống này
được sử dụng rộng rãi.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang:
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung điều khiển đơn giản, nhưng có
nhược điểm là phạm vi điều chỉnh góc không rộng. Rất nhạy cảm với sự thay
đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điod hai cực gốc (UJT-tranzitor một
tiếp giáp):
Phương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất
hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này
mặc dù đơn giản nhưng nhược điểm là góc mở có phạm vi điều chỉnh hẹp vì
ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác, trong một
chu kỳ điện áp điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây
tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
Kết luận:
Dựa vào những phân tích ở trên, để phát xung điều khiển cho các Thysistor
trong bộ chỉnh lưu ta dùng hệ thống điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha

đứng.
2.3. Thiết kế mạch tạo xung
Sơ đồ khối của mạch tạo xung theo nguyên tắc khống chế pha đứng:
* ĐBH: khối đồng bộ hoá lấy trực tiếp hoặc gián tiếp đưa về mạch tạo xung điều
khiển đồng bộ với điện áp Anod, thông thường khối này thường dùng máy biến
áp.
Máy biến áp có những ưu điểm sau đây:
+ Cách li điện áp với mạch điện áp điều khiển để đảm bảo an toàn cho người và
thiết bị. Biến áp ở đây là biến áp đồng bộ hoá.
+ Điện áp ra dễ chỉnh định thoả mãn yêu cầu, phía thứ cấp đưa vào mạch điều
khiển từ 9 12 V.
* XRC: Tín hiệu đồng bộ hoá này đưa sang khối 2 đưa ra điện áp tựa và dưới
dạng điện áp răng cưa. Điện áp răng cưa thoả mãn yêu cầu điều khiển:
+ Phạm vi góc điều khiển phải thoả mãn.
+ Điện áp răng cưa phải tuyến tính
* Bộ SS: So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển. Giao điểm của hai điện áp
này xác định góc mở
* Khối tạo xung TX: khối này tạo xung theo yêu cầu
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
* Khối phân chia xung PCX: có nhiệm vụ dẫn xung đến các Thysistor, thông
thường dùng biến áp và biến áp này được gọi là biến áp xung.
Ưu điểm của biến áp xung:
+ Cách li về điện áp giữa mạch động lực và mạch điều khiển.
+ Bên thứ cấp dùng nhiều cuộn dây, có thể nối đến các thysistor dễ dàng không
gây ra ngắn mạch và đảo cực tính cũng rất dễ dàng.
Trong thực tế khi thiết kế và lắp ráp mạch thì khối 1 và khối 2 đi kèm
nhau, khối 4 và khối 5 đi kèm nhau.
Từ 5 khối này ta gộp thành 3 khối sau:

1: khối đồng bộ hoá phát xung răng cưa.
2: khối so sánh.
3: khối tạo xung và phân chia xung.
2.3.1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa
Để thực hiện chức năng đồng bộ hóa, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện
trở hay kết hợp điện dung, điện cảm. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược
điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực. Do vậy phương pháp
này ít dùng.
Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó
cuộn sơ cấp nối với lưới điên, cuộn thứ cấp cho điện áp đồng bộ. Góc lệch pha
giữa cuộn sơ và cuộn thứ tính toán sao cho góc lệch pha của Udb phù hợp với
thời điểm mở tự nhiên của các thysistor.
Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo sóng răng cưa như:
• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng Điốt, điện trở, tụ điện (R - C - D).
• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng D - R - C nạp điện cho tụ bằng nguồn
một chiều ổn định.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor nạp tụ bởi
dòng không đổi.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán.
Trong các mạch đó thì sơ đồ mạch phát sĩng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại
thuật tốn tạo điện áp ra có dạng răng cưa, có dạng điện áp ra hầu như không phụ
thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa, sóng răng cưa có độ tuyến
tính cao, độ dốc sườn trước lớn Vì những ưu điểm đó ta chọn sơ đồ mạch phát
sĩng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật tốn.
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
a. Sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa:

Giản đồ điện áp nguyên lý làm việc của mạch
b. Nguyên lý làm việc
Trong sơ đồ này ta sử dụng khuyếch đại thuật toán (KĐTT) ghép với tụ C
thành mạch tích phân. Nguyên lý hoạt động của khâu này như sau:
Giả thiết Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng đầu ra của của KĐTT, dòng nạp tụ
được xác định ic = -i1 + iv- . Nếu KĐTT là lý tưởng thì điện trở vào của nó bằng
vô cùng, dẫn đến dòng vào iv- = iv+ = 0, nên ic = -i1

Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp với dòng không đổi i1
.vậy ta có: từ ωt = 0 thì uđb =0 và bắt đầu chuyển sang nủa chu kỳ dương, dẫn
đến D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá, tụ C được nạp
bởi dòng không đổi. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính.
Đến ωt = và bắt đầu chuyển sang âm. D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện
nhanh qua Tr đến điện áp băng 0 và giữ nguyên giá trị đó cho đến khi
ωt = .
Tại ωt = , điện áp đồng bộ bằng 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở, Tr
lại khoá, tụ C lại được nạp điện như từ ωt = 0.
Điện áp răng cưa là điện áp ra của khuyếch đại thuật toán nên có nội trở rất nhỏ,
vì vậy dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát
xung răng cưa. Với sơ đồ này dung lượng của tụ chỉ cần nhỏ (thường chọn
khoảng 220 nF), vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an
toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với dạng răng cưa lý tưởng.
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
2.3.2. Khối so sánh
a. Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý làm việc:
Điện áp răng cưa có điện thế dương, là điện áp tựa. Thời điểm điện áp ra
của bộ so sánh lật trạng thái được xác định khi: ( quá trình so sánh được thực

hiện ở sườn trước của xung răng cưa).
+ thì Ur = + UrIC
+ thì Ur = - UrIC
Như vậy ta có thể thay đổi thời điểm lật trạng thái của điện áp so sánh bằng cách
thay đổi Udk từ 0  Urcmax
Giản đồ điện áp làm việc của sơ đồ:


2.3.3. Khối tạo xung và phân chia xung
Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và truyền xung đến các
kênh khác nhau ta sử dụng mạch tạo xung.
Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: tạo độ rộng xung, khuyếch đại xung, phân
chia xung.
a. Mạch tạo độ rộng xung
Khi thay đổi Udk thì góc điều khiển sẽ thay đổi như vậy sẽ xuất hiện
trường hợp xung quá ngắn hay quá dài. Để khắc phục tình trạng đó ta dùng
mạch tạo độ rộng xung để điều chỉnh độ rôïng xung theo yêu cầu.
Mạch tạo độ rộng xung làm việc theo nguyên tắc:
Khi xung vào có độ rộng xung khác nhau thì mạch vẫn cho xung ra với độ
rộng xung giống nhau và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện xung.
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn

* Sơ đồ mạch tạo độ rộng xung:


* Giản đồ điện áp diễn tả hoạt động của sơ đồ mạch tạo độ rộng xung:

* Nguyên lý hoạt động:
Trong khoảng từ 0  t1 tụ C2 được nạp đầy, Tr mở bão hào nên Ur = 0.
Khi khâu so sánh lật trạng thái tụ C2 phóng điện theo chiều :
+ C2  R1  nội trở nguồn so sánh  D  - C2
Do Tr bị đặt điện áp ngược nên Tr bị khoá nên Ur =Ucc. Khi tụ C2 phóng hết
điện tích nó sẽ được nạp theo chiều:
+ Ucc  R2  C2
Khi đó Tr lại mở bão hoà , Ur = 0.
Tại t = t’1 , Uss lật trạng thái (xung dương). Tụ C2 phóng điện qua Tr  nội trở
nguồn  -C. Tr mở bão hoà khi C2 ¬ phóng hết điện tích nó sẽ được nạp lại nhờ
xung dương của Uss, Tr vẫn mở.
Đến t = t2 , Uss lật trạng thái và tiếp tục chu kỳ tiếp theo.
b. Mạch khuếch đại xung
Tín hiệu ra của mạch sửa xung chưa đủ lớn do đó ta phải khuếch đại tín hiệu
xung để xung có biên độ đủ lớn để có thể mở Thysistor. Do vậy ta phải dùng
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
mạch khuếch đại xung. Mạch khuếch đại xung phổ biến hiện nay là dùng
Tranzitor và biến áp xung.
* Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại xung:
Mạch khuếch đại này hai tranzitor Tr1 và Tr2 được mắc theo kiểu
DALINGTON và mắc thành một tầng khuếch đại. Hai tranzitor Tr1 và Tr2 ghép
nối tiếp như vậy tương đương với một tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện
bằng tích hệ số khuếch đại dòng của hai tranzitor thành phần:

Với: , : là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr1 , Tr2 .
* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Với:
txv : là thời gian tồn tại xung vào.

txr : là thời gian tồn tại xung ra.
tbh: là thời gian tính từ khi đóng điện áp Ucc đến khi biến áp xung đạt bão
hoà.
- Khi tbh txv
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Từ t = 0 đến t = t1 chưa có xung vào nên hai tranzitor chưa làm việc,
không có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp máy biến áp xung nên không có
xung điện áp trên cuộn thứ cấp tức là: Uđk = 0
t = t1 xuất hiện một xung điện áp dương, dẫn đến Tr1 , Tr2 đều mở, giả thiết là
mở bão hoà. Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột được đặt điện áp
bằng Ucc, xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp xung tăng dần
làm phía thứ cấp máy biến áp xung có dòng cảm ứng, D2 mở, có xung điều
khiển.
Đến t = txv thì mất xung Tr khoá , Uđk = 0.
Ta được một chu kỳ xung điều khiển, chu kỳ xung tiếp theo bắt đầu khi có xung
vào tiếp theo.
- Khi txv > tbh
Từ t = 0 đến t = t1 chưa có xung vào nên hai tranzitor chưa làm việc, không có
dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp máy biến áp xung nên không có xung điện
áp trên cuộn thứ cấp tức là: Uđk = 0.
Tại t = t1 xuất hiện xung vào điện áp dương, dẫn đến Tr1, Tr2 mơ û, giả thiết là
mở bão hoà. Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột được đặt điện áp
bằng Ucc , xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp xung tăng dần
làm phía thứ cấp máy biến áp xung có dòng cảm ứng, D2 mở, có xung điều
khiển.
Đến t = t1 + tbh thì mạch từ của biến áp xung bị bão hào làm mất xung
cảm ứng trên các cuộn dây làm cho Udk = 0 .
Ta được 1 chu kỳ xung điều khiển, chu kỳ tiếp theo bắt đầu khi có xung

vào tiếp theo.
2.3.4. Sơ đồ tổng hợp của một kênh tạo xung điều khiển
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Nguyên lý làm việc thể hiện qua các giản đồ điện áp sau:
2.4. Thiết kế nguồn nuôi
Để tạo điện áp một chiều dùng làm nguồn nuôi cho các thiết bị trong
mạch điều khiển cũng như trong mạch nguồn chủ đạo thì người ta thiết kế mạch
nguồn nuôi. Có nhiều cách tạo nguồn nuôi nhưng được dùng phổ biến nhất là sử
dụng các IC ổn áp. Với yêu cầu của đồ án ta sử dụng hai loại IC là IC7815 và
IC7915 để tạo điện áp ± 15V.
Nguồn nuôi dùng biến áp hạ áp từ lưới điện xoay chiều xuống điện áp cần
thiết rồi chỉnh lưu thành điện áp một chiều nhờ bộ điều chỉnh cầu ba pha dùng
diod.
Sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn:
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
Trong đó:
+ Biến áp dùng để tạo ra điện áp xoay chiều cần thiết cho cầu chỉnh lưu.
+ Cầu chỉnh lưu cho ra điện áp một chiều đối xứng lấy ra trên hai tụ C1,
C2
+ IC7815 và IC7915 có tác dụng ổn định điện áp đầu ra ở điện áp ±15V
2.5. Tính chọn mạch điều khiển
2.5.1. Chọn máy biến áp xung
Dựa vào xung điều khiển của Thysistor là:
Udk = 3 V, Idk = 100 mA
Mức sụt áp biên độ xung: Sx = 0,15.
Độ rộng xung: tx = 600 μs

Để đảm bảo Thysistor mở khi điện áp lưới dao đôïng ta chọn:
U2 = 5 V , I2 = 0,3 A
Tỷ số máy biến áp xung thường chọn là: n = 2÷3
Ta chọn n = 3
n = = 3  U1 = 3.U2 = 3.5 =15 V
Vì phía thứ cấp của máy biến áp xung có hai cuộn dây như nhau nên ta có
Dòng sơ cấp của máy biến áp xung :
I1 = = = 0,2 A
Chọn vật liệu sắt từ 330 hình chữ nhật làm việc trên một phần đặc tính từ hoá
B = 0,7T, H = 50A/m.
Độ từ thẩm của lõi thép là:

Thể tích lõi thép:

Với Q là tiết diện lõi sắt, là dòng sơ cấp của biến áp xung:
Chọn V = 9,82 cm3 ta sẽ được các kích thước ( Theo bảng II .2 . Điện tử công
suất)
Q = 0,98 cm2, a = 1,2 cm , h = 3 cm
c = 1,2 cm, d = 4,8 cm , H = 4,2 cm , B = 1 cm , P = 5 w
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
+ Số vòng cuộn sơ cấp BAX:

= vòng
Chọn: W1=173 vòng
K = 0,76: là hệ số lấp đầy
+ Số vòng của mỗi cuộn thứ cấp BAX:
vòng
Chọn: W2 = 58 vòng

2.5.2. Tính chọn Transistor, diod và khuếch đại thuật toán (KĐTT)
a. Tính chọn Transistor
Căn cứ dòng sơ cấp máy biến áp xung là 0,1 A nên ta chọn Trasistor loại
A1015 có:
Pk = 400 mW
f = 80 Mhz
tmax = 1250
UCE = 50 V
UBE = 5 V
IC = 0,15 A
β = 70
b. Tính chọn diod
Tất cả các diod mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có tham số:
Dòng điện định mức: Iđm = 10 A.
Điện áp ngược lớn nhất: Un = 25 V.
Điện áp để cho diod mở thông: Um = 1 V.
c. Tính chọn KĐTT
Căn cứ vào chức năng của mạch ta dùng các mạch khuếch đại thuật toán.
Chọn KĐTT loại có thông số kỹ thuật sau :
+ Tổng trở cửa vào: 250 K
+ Tổng trở cửa ra: 150 K
+ Điện áp nguồn tối đa: 15 V
+ Điện áp ra tối đa: 14 V
+ Tốc độ điện áp ra: 2,5 V/ s
+ Hệ số khuyếch đại danh định: 35600
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ
Đồ Án tốt nghiệp  Trường Đại học
Quy Nhơn
+ Tốc độ tăng điện áp bão hoà: 0,4 mA
+ Tần số cắt: 1 MHz

+ Hệ số khuyếch đại IC :
KIC =
+ Đặc tính truyền đạt của A - 709 :


+ Điện áp ra bão hoà KĐTT có thể lấy :
Urbh=UCC- 1
d. Tạo nguồn nuôi cho mạch điều khiển
Ta cần tạo ra nguồn điện áp 15 V ( Có ổn áp ) để cấp cho IC , các bộ điều
chỉnh dòng điện.
Hai bộ chỉnh lưu ( CL1 và CL2 ) tạo điện áp đối xứng cho IC .
+ Điện áp đầu ra chọn : 15 V
+ Điện áp đầu vào chọn: 25 V
+ Điện áp thứ cấp của cuộn dây :

+ Chọn = 18 V
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch 7815 va 7915 có
các thông số sau :
+ Điện áp đầu vào của IC7815 là: UV = 7 35 V
+Điện áp đầu vào của IC7915 là: UV = -7 -35 V
+ Điện áp đầu ra của IC7815 là: Ur = +15V
+ Điện áp đầu ra của IC7915 là: Ur = -15V
+ Dòng điện đầu ra là: Ir¬ = 0 1 A
+ Tụ ; dùng để lọc các thành phần sóng hài bậc cao :
Chọn ; U = 35 ( V )
2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch bộ nguồn
SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ