Đồ án Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm 2 sơ đồ chỉnh lưu

ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4
Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 4
1. Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều 4
2. Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc
song song ngược 17
Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23
1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 23
2. Mạch tạo nguồn nuôi 33
3. Sơ đồ hoàn chỉnh 1 kênh phát xung và bộ nguồn điện áp 1 chiều 34
Chương 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 36
1 . Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 36
2 . Tính chọn thiết bị mạch động lực 36
3 .Tính chọn mạch điều khiển 45
PHẦN II: ỨNG DỤNG BỘ NGUỒN ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG
NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG 52
Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG LÒ HỒ QUANG 52
1. Giới thiệu chung 52
2. Hệ thống mạch điện lò hồ quang 54
3. Yêu cầu truyền động nâng hạ điện cực 57
Chương 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN
CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC 60
1. Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động nâng hạ điện cực
dùng hệ T-Đ 60
2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và sơ đồ mạch lấy tín hiệu

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
1

ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

hồ quang tạo tín hiệu điều khiển tự động 69
3. Nguyên lý làm việc 72
Chương 3: XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH 74
1. Đặt vấn đề 74
2. Xây dựng biểu thức đường đặc tính của hệ thống 74
3. Xây dựng hệ số khuếch đại của các khâu 76
4. Xây dựng đặc tính cơ của hệ thống 78
5. Kiểm tra chất lượng tĩnh của hệ thống 83
Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ
ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG 84
1. Đặt vấn đề 84
2. Xây dựng hàm truyền của từng khâu 84
3. Tổng hợp bộ điều chỉnh 86
KẾT LUẬN 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
2
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên
tự động hóa các quá trình sản xuất là nhiệm vụ then chốt.Do đó các xí nghiệp
công nghiệp ngày càng được trang bị các hệ thống tự động hóa hiện đại nó
không những nâng cao năng suất lao động mà còn giảm được sự lao động nặng
nhọc của con người.
Trong những thập niên gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nghành
điện tử đã ra đời các linh kiện bán dẫn đã đáp ứng được yêu cầu của các hệ

thống tự động hóa và làm nó trở nên gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao mà giá thành
lại giảm xuống.
Với những thành tựu mà thế giới đã đạt được, sau 5 năm học tập và
nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa
KT&CN , trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT
KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU GỒM HAI SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU
HÌNH CẦU MỘT PHA MẮC SONG SONG NGƯỢC CUNG CẤP CHO
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN
CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP ”. Với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo
trong khoa. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn
hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót.
Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo
trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng
thời gian.


NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
3
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 5 năm 2009
SINH VIÊN THIẾT KẾ :
Nguyễn Hữu Lượng
PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều:
- Nhiều phụ tải của bộ chỉnh lưu yêu cầu đảo chiều điện áp trong quá trình

làm việc như động cơ điện một chiều. Đảo chiều điện áp đặt lên mạch phần ứng
để đảo chiều quay động cơ (thay đổi chiều dòng điện qua phụ tải của bộ biến
đổi).
- Do tính chất dẫn dòng 1 chiều của các van nên ta phải đảo chiều bằng
công tăc tơ hoặc sử dụng sơ đồ đặc biệt dùng 2 bộ chỉnh lưu mà mỗi bộ chỉnh
lưu tạo ra dòng điện theo một hướng gọi là sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu mắc song song
ngược và tuyệt đối không sử dụng Điốt cho các sơ đồ này.
- Để đảo chiều dòng điện qua phụ tải người ta thường sử dụng sơ đồ 2 bộ
chỉnh lưu mắc song song ngược vì có nhiều ưu điểm hơn:
• Tác động rất nhanh.
• Việc khống chế đảo chiều nhẹ nhàng
• Đặc biệt trong truyền động điện khi đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu mắc
song song ngược thì quá trình đảo chiều một bộ chỉnh lưu sẽ làm việc ở chế độ
nghịch lưu trả năng lượng từ động cơ (động cơ chế độ máy phát) về lưới và
động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức mà toàn bộ quá trình này gọi là hãm tái sinh.
• Các bộ chỉnh lưu hình tia và hình cầu đều có thể mắc song song ngược.
Nhưng nếu mắc song song ngược thì không được dùng Điốt mà phải dùng toàn
bộ là Thyristor.
- Các bộ chỉnh lưu dùng cho mắc song song ngược thường gặp: Cầu 1
pha 4 Thyristor (dùng cho công suất nhỏ), tia 3 pha 3 Thyristor (dùng cho công
suất trung bình), cầu 3 pha 6 Thyristor (dùng cho công suất lớn).
- Vậy ta có các sơ đồ sau:
• Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha mắc song song ngược.
• Hai bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược.
• Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược.
1.1. Phân tích hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược:
1.1.1. Sơ đồ mạch:(Hình 1)

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
4

ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1.2. Nguyên lý hoạt động:
Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân
tích

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
5
Hình 1 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng hai bộ chỉnh
lưu cầu một pha mắc song song ngược
CKT
DC
T
2
BACL
U
l
ATM
T
1
T
4
T
3
T
1'
T
2'
T
3'

T
4'
Hình 2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha
DC
CKT
BACL
U
l
i
T
1
i
T2
i
2
ATM
T
1
T
3
T
2
T
4
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải có L rất lớn
và bỏ qua quá trình chuyển mạch.
Hình 3: a. Điện áp trên tải U
d

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
6
0
ωt
i
T1
= i
T4
2
π
α
α
u
d
π
2
π
T
14
T
23
T
23
0
ωt
I
d

I

d

i
2
π
0
ωt
i
T2
= i
T3
0
ωt
0
ωt
ud(v)
ωt(rad)
0
ωt(rad)
ωt
uT2
I
d
(A)
U
ngmax
=U
2
a)
b)

c)
d)
e)
f)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b. Dòng điện trên tải với L rất lớn bỏ qua hiện tượng trùng dẫn.
c, d, e. Dòng điện trên các Thyristor và cuộn thứ cấp máy biến áp.
f. Điện áp đặt lên Thyristor.
1.1.3. Các tham số chính của sơ đồ cầu 1 pha:
- Điện áp trung bình:
U
d
=
2
m
a
U
π+α
α
π
∫
sinωt.d(ωt) = U
o
cosα
Với q: hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu, sơ
đồ cầu 1 pha q = 2
U
o
=

2
2 2
U
π
(U
2
là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
U
Tthmax
= U
Tngmax
=
2
U
2
- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor:
I
tb
= I
Tngmax
=
2
d
I
- Công suất tính toán:
S
BA
= U
2

I
2
=
1
2 2
P
dmax
= 1,11P
dmax
1.1.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ cầu 1 pha:
- Ưu điểm:
• Thiết kế mạch đơn giản
• Khống chế chắc chắn
• Hoạt động mạch dễ phân tích
• Đảm bảo chỉnh lưu được cả hai nửa chu kỳ dòng qua tải là dòng 1 chiều.
• Điện áp có thể sử dụng cả điện áp pha và điện áp dây.
- Nhược điểm:
• Chỉ dùng cho mạch có công suất nhỏ.
• Chất lượng điện áp ra không cao
1.2. Hai bộ chỉnh lưu hình tia ba pha mắc song song ngược:
1.2.1. Sơ đồ mạch: Hình 4

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
7
i
2
(A)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.2. Nguyên lý hoạt động:

- Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ để phân tích nguyên
lý hoạt động.

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
8
Hình 4 Chỉnh lưu có đảo chiều
sử dụng hai bộ chỉnh lưu hình
tia 3 pha mắc song song ngược
T
1
T
2
T
3
T
3'
T
2'
T
1'
ATM
A B C
BACL
CKT
DC
Hình 5 Sơ đồ chỉnh lưu hình
tia 3 pha
DC
CKT
BACL

A B C
ATM
T
1
T
2
T
3
i
T1
i
T2
i
T3
i
d
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Biến áp 3 pha có thể ∆/Y hay Y/Y. Trên mỗi pha A, B, C nối một van, Katot
đấu chung cho điện áp dương trên tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm.
Ba pha A, B, C, lệch pha một góc 120 theo các đường cong điện áp pha. Mỗi
thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn 2 pha kia.
Nguyên lý được thể hiện trên giản đồ:



NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
9
(rad)
0

ωt
i
T2
= i
b
0
ωt
i
T3
= i
c
0
ωt
i
T1
= i
a
π
2
π
0
ωt
i
A
π
2
π
u
ab
u

ac
u
T1
ωt
π
2
π
0
ωt
i
C
π
2
π
π
2
π
0
ωt
i
B
u
a
u
b
u
c
α
α
α

α
u
d
π
2
π
u
ωt
u
ng
u
th
(v)
(A)
Hình 6 Giản đồ điện áp và dòng điện ra và điện áp đặt lên Thyristor
với α = 60
o
, tải L rất lớn, bỏ qua hiện tượng trùng dẫn.
a
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3. Các tham số cơ bản:
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải:
U
d
=
2
m
q
U

π+α
α
π
∫
sinωt.d(ωt) = U
o
cosα
Với q = 3 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh
lưu.
U
o
=
2
3 6
2
U
π
(U
2
là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
U
Tthmax
= U
Tngmax
=
6
U
2
- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor:

I
tb
= I
Tngmax
=
3
d
I
- Công suất tính toán:
S
ttba
=
6
2 3
3
( )
π
+
U
d
I
d
= 1,355U
d
I
d

1.2.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ chỉnh lưu này:
- Ưu điểm:
• Dòng điện chạy qua các Thyristor nhỏ hơn hình cầu 1 pha.

• Chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ cầu 1 pha.
- Nhược điểm: Điện áp trên tải là điện pha nên trong hệ thống truyền động đòi
hỏi phải có dây trung tính.

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
10
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược:
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
11
Hình 7 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha
mắc song song ngược
DC
CKT
BACL
A B C
ATM
T
6
T
4
T
2
T
1
T
3

T
5
T
1'
T
3'
T
5'
T
2'
T
4'
T
6'
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3.2. Nguyên lý hoạt động:
- Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.
1.3.2.1. Điều kiện làm việc sơ đồ:
- Để sơ đồ cầu 3 pha hoạt động được trong một thời điểm phải có ít nhất 2
Thyristor mở để dẫn dòng.
- Điều kiện gửi xung:
+ U
dây
> 0
+ ωt ≥ α
+ Một thời điểm ít nhất có 2 Thyristor mở dẫn dòng

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
12

Hình 8 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha
DC
CKT
BACL
CBA
ATM
T
2
T
4
T
6
T
5
T
3
T
1
i
2
i
T1
i
T2
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
T
1

T
3
T
5
T
2
T
4
T
6
13
T
1
T
3
T
5
T
1
T
4
T
6
T
2
T
4
T
6
u

ωt
α
α
α
α
α
α
α
α
1
0
(rad)
(V)
Hình 9 Giản đồ dẫn dòng của các
Thyristor và trạng thái gửi xung (α=60
0
)
1
2
3
4
5
6
T
5
T
4
T
1
T

3
T
2
T
6
Hình 10 Sơ đồ nguyên tắc phối hợp gửi xung
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động: Được mô tả như giản đồ:
Hình 11: a Giản đồ dẫn dòng của các Thyristor và trạng thái

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
14
(V)
T
1
T
6
T
2
T
3
T
5
T
1
T
4
T
6

T
4
u
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
u
d
i
d
i
T1
i
T2
i
a
u
T1
u
th
u
ab
u
ac
U
ngmax

=
a)
b)
c)
d)
e)
g)
f)
0
0
0
0
0
0
u
cb
u
ab
u
ac
I
d
I
d
I
d
α
α
u
a

u
b
u
c
(rad)
(A)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

gửi xung (α = 60
o
).
b. Tổng hợp điện áp đặt trên tải.
c, d, e, f. Dòng điện chạy trên tải, các Thyristor và trong cuộn
sơ cấp máy biến áp.
g. Điện áp đặt lên Thyristor 1.
Hình 12a : Với α = 45
0
<60
0
a. Trạng thái dẫn dòng của các Thyristor.
b. Dạng điện áp ra trên tải có xét đến sự trùng dẫn.
c. Điện áp trên tải tổng hợp có xét sự trùng dẫn.
d. Điện áp ra trên tải bỏ qua sự trùng dẫn

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
15
u
a
u
ωt

=45
0
=45
0
u
b
u
c
u
d
0
0
0
0
ωt
ωt
ωt
u
d
u
d
T
1
T
3
T
5
T
1
T

6
T
4
T
2
T
4
u
cb
u
ab
u
ac
u
ca
u
bc
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
π
2
π
T
6

(rad)
(V)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 12b : Với α = 90
0
> 60
0
1.3.3. Các tham số chính của sơ đồ:
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải:
U
d
=
2
m
q
U
π+α
α
π
∫
sinωt.d(ωt) = U
o
cosα
Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh
lưu.
U
o
=
2

3 6
U
π
(U
2
là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
U
Tthmax
= U
Tngmax
=
6
U
2
- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor:
I
Ttb
= I
Ttbmax
=
3
d
I
- Công suất tính toán:
S
ttba
=
3
π

U
d
I
d
= 1,05U
d
I
d

1.3.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
- Ưu điểm:
● Trong một chu kỳ điện áp lưới có 6 chu kỳ điện áp chỉnh lưu nghĩa là
chất lượng điện áp 1 chiều rất cao.
● Dòng điện qua Thyristor nhỏ

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
16
T
1
T
3
T
5
u
a
T
4
T
6
T

4
u
ωt
a)
0
=90
0
=90
0
u
b
u
c
T
5
T
1
ωt
u
d
b)
0
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac

(rad)
(V)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

● Sơ đồ này khả năng sử dụng máy biến áp tốt nhất
- Nhược điểm:
● Sơ đồ sử dụng nhiều linh kiện giá thành đắt.
● Phân tích hoạt động điều khiển phức tạp.
● Sơ đồ chỉ dùng những nơi có yêu cầu chất lượng điện áp một chiều cao.
Kết luận: Với tải chúng ta là động cơ công suất nhỏ dùng để nâng hạ điện cực
nên chọn sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược là thích hợp nhất.
Mặt khác sơ đồ này đơn giản dễ điều khiển, giá thành không cao.
2. Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song
ngược:
- Ở chế độ làm việc bình thường trong 2 bộ chỉnh lưu mắc song song
ngược chỉ có 1 bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh U cho tải.
- Khi có một lý do nào đó ta phải đảo chiều động cơ thì 2 bộ biến đổi phải
đổi trạng thái cho nhau. Bộ này đang làm việc phải dừng lại cho bộ biến đổi kia
làm việc. Việc điều khiển chuyển đổi trạng thái làm việc là một nhiệm vụ kỹ
thuật quan trọng.
- Để thực hiện điều này người ta thường dùng 2 phương pháp:
+ Phương pháp điều khiển tuyến tính phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắc
song song ngược (điều khiển chung).
+ Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ biến đổi mắc song song ngược
(điều khiển riêng).
2.1. Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:
- Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào 2 bộ (2 bộ cùng mở). Tức là
xung điều khiển 2 bộ biến đổi này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ:
α
1

+ α
2
= π

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
17
Hình 13 Hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song
song ngược
DC
CKT
BCL1
BCL2
U
l
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

với: α
1
: Góc mở ứng với chỉnh lưu 1
α
2
: Góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thiết là dòng liên tục,
bỏ qua tổn thất.
CL
1
: U
d1
= U
do

cosα
1
CL
2
: U
d2
= U
do
cosα
2
= U
do
cos(180 - α
1
)
= - U
do
cosα
1
⇒ Ud = U
d1
= - U
d2
= U
d
cosα
1
- Như vậy ta nhận thấy rằng thành phần một chiều của điện áp trên đầu ra
của 2 sơ đồ chỉnh lưu là bằng nhau nên chúng không gây ra thành phần dòng
điện khép vòng qua các van của 2 sơ đồ chỉnh lưu:

Icb =
1 2
2
d d
U U
R
−
=0
- Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều.
+ Từ thời điểm t = 0 tới t
đc
phát xung cho 2 bộ theo quan hệ
α
1
≤ π/2
α
2
= π - α
1
> π/2
⇒ U
d1
= U
do
cosα
1
> 0 CL
1
làm việc chỉnh lưu
U

d2
= U
do
cosα
2
< 0 CL
2
làm việc chế độ chờ nghịch lưu
+ Từ thời điểm t
đc
đến t
1
ta tiến hành tăng góc mở α
1
đồng thời α
2
giảm.
Điện áp trên bộ hai bộ chỉnh lưu giảm. Do đó tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ
động cơ không giảm nhanh bằng điện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất
điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu nên chỉnh lưu 2 đủ điều kiện
nghịch lưu bộ CL
2
chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồng
thời hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh. Khi α
1
= α
2
= π/2 ⇒ u
d
= 0

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
18
Hình 14 Giản đồ dòng điện khống
chế đảo chiều tuyến tính phụ thuộc
i
(A)
i
bbd1
t
dc
t
1
i
bbd2
t
(s)
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Từ thời điểm t
1
ta tiến hành giảm góc mở α
2
, tăng α
1
để đảo chiều điện
áp của 2 bộ chỉnh lưu.
α
2
< π/2

α
1
= π - α
2
> π/2
⇒ U
d2
= U
do
cosα
2
> 0 Bộ CL
2
làm việc chỉnh lưu
U
d1
= U
do
cosα
1
< 0 Bộ CL
1
làm việc chế độ chờ nghịch lưu
● Sự xuất hiện dòng cân bằng và hạn chế :
- Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung
bình bằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của 2 sơ đồ có lúc
không bằng nhau, điều này tạo sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra dòng điện
khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không đi qua tải, nó được
gọi là dòng cân bằng.
i

cb
=
1 2
2
−
d d
u u
R
≠ 0
- Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn
làm hỏng các van và phá huỷ chế độ làm việc của bộ biến đổi.
- Vì vậy ta cần phải có biện pháp hạn chế dòng cân bằng. Như ta đã biết
dòng cân bằng không có thành phần 1 chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều
nên ta sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng cân bằng (đặc điểm của điện
cảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho dòng 1 chiều đi qua nó dễ dàng và
không gây nên tổn thất công suất tác dụng).
- Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
19
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
20
Hình 15 Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng
với α
1
=45
0

α
2
=135
0
u
d1
u
d2
u
cb
,
i
cb
i
T1
i
T4
i
T1'
i
T4'
i
cb
u
cb
(rad)
(v)
(v
,A
)

α
1
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
π
2π
3π
α
1
α
1
α
2
α
2
α
2
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.2. Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập:
- Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ
làm việc Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc.
- Xét giản đồ dòng điện của các bộ chỉnh lưu:
+ Giả sử BCL
1
đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu (α < π/2) và bộ chỉnh
lưu 2 không có xung điều khiển nên không có dòng qua bộ chỉnh lưu 2.
+ Tại thời điểm t
đc
ta cần đảo chiều động cơ, BCL
1
mất xung điều khiển
nhưng i
BCL1
chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0.
+ Tại thời điểm t
1
, i
BCL1
= 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung để kích mở BCL
2
mà phải sau một khoảng thời gian t
K
thì ta mới cấp xung kích mở BCL
2
. Lý do là
khoảng thời gian t
K

để BCL
1
khóa chắc chắn và khôi phục tính chất van của bộ
này. Trong khoảng thời gian t
K
cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc.
+ Tại thời điểm t
2
ta cấp xung để kích mở bộ chỉnh lưu 2 và chỉ duy nhất
bộ chỉnh lưu 2 dẫn dòng.
- Ta sử dụng phương pháp này phải cần bộ lôgic có mạch tạo trễ thời gian
là t
K
.
- Sơ đồ khối mạch lôgic như sau : Hình 17

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
21
Hình 16 Giản đồ dòng điện
của 2 bộ chỉnh lưu
t
k
i
bbd1
i
bbd2
t
1
t
2

i
(A)
t
(s)
t
dc
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Từ trước t
đc
: U
đk
= 1 Cho phép phát xung BCL
1
βI
CL1
= 1 Có dòng qua bộ chỉnh lưu 1
P = 1
Q = 0
+ Từ t
đc
÷ t
1
: U
đk
= 0 Không cho phép phát xung BCL
1
βI
CL1
= 1 Vẫn có dòng BCL

1
P = 0
Q = 0
+ Từ t
1
÷ t
2
: U
đk
= 0 Cho phép phát xung BCL
2
βI
CL1
= 0 Dòng qua BCL
1
= 0,
P = 0 Tạo trễ t
K
= t
2
- t
1
Q = 0
+ Từ t
2
trở đi U
đk
= 0 Cho phép phát xung BCL
2
βI

CL1
= 0 Dòng qua BCL
1
= 0,
βI
CL2
= 1 Có dòng qua BCL
2
P = 0 Không phát xung điều khiển BCL
1

Q = 1 Phát xung điều khiển BCL
2
- Như vậy với phương pháp khống chế này thì không xuất hiện dòng cân
bằng nên không cần mắc thêm cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng. Nhưng
nhược điểm là thời gian gián đoạn dòng lớn hơn nhiều so với phương pháp
khống chế tuyến tính phụ thuộc.

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
22
Phát xung BCL
1
, không phát xung BCL
2

không phát xung BCL
1
, BCL
2

Hình 17 Sơ đồ khối điều khiển khống chế
độc lập dùng bộ logic và tạo trễ
IC2
IC1
KT
KN
WR1
R1
R5
R2
+15V
-15V
R4
+15V
-15V
DBH&
TSRC
CL1
R3
SS
CL1
TX&
PCX
CL1
DBH&
TSRC
CL2
SS
CL2
TX&

PCX
CL2
U
dkT
U
dkN
Q
P
βI
CL2
βI
CL1
U
dk
U
l
U
GT
U
GN
LOGIC
& TRE
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Kết luận: Qua phân tích trên cả 2 phương pháp đều có thể dùng để điều
khiển đảo chiều động cơ phù hợp với công nghệ nhưng chúng ta cần độ đáp ứng
nhanh (không có gián đoạn dòng ) nên ta chọn phương pháp khống chế tuyến
tính phụ thuộc.
Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển:

- Để kích mở Thyristor làm việc (dẫn dòng) thì ngoài điều kiện U
AK
> 0
còn phải có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thyristor (U
GK
> 0). Ta
phải thiết kế mạch tạo xung kích mở Thyristor.
- Ngoài 2 điều kiện bắt buộc để Thyristor mở dẫn dòng còn có yêu cầu:
Khi có mạch động lực cụ thể thì phải phù hợp với sơ đồ:
+ Thời gian duy trì xung để mở cho chắc chắn.
+ Biên độ điện áp xung
+ Mở chính xác, tức là có độ rộng sườn trước phù hợp (du/dt)
- Xung điều khiển Thyristor thường có 3 dạng:

+ Trong đó xung dạng a, b thường dùng hơn. Trong mạch phát xung
chúng ta chọn xung vuông để kích mở Thyristor.
- Trong thực tế với hệ thống tự động cao các mạch điều khiển được thiết
kế theo 3 nguyên tắc:
• Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
• Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang.
• Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng Điốt 2 cực gốc (UJT).
- Từng nguyên tắc cụ thể được trình bày ở sách "Kỹ thuật biến đổi" của
thầy Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh, chương "Mạch điều khiển sơ đồ chỉnh
lưu" trang 56.
- Trong hệ thống này ta dùng nguyên tắc khống chế pha đứng.
- Sơ đồ khối của nguyên tắc này:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
23
H×nh 18 C¸c xung th êng dïng ®Ó ®iÒu khiÓn thyristor

a
b
c
I HC QUY NHN N TT NGHIP

1.1. S mch ng b húa v phỏt súng rng ca:
- thc hin chc nng ng b húa, ta cú th s dng mch phõn ỏp
bng in tr hay kt hp in dung, in cm. Tuy nhiờn, phng phỏp ny cú
nhc im l khụng cỏch ly vi in ỏp cao ca mch ng lc. Do vy
phng phỏp ny ớt dựng.
- Phng phỏp ph bin hin nay l s dng mỏy bin ỏp ng b trong
ú cun s cp ni vi li cun th cp cho in ỏp ng b. Gúc lch pha
gia cun s v cun th tớnh toỏn sao cho gúc lch pha ca U
db
phự hp vi
thi im m t nhiờn ca cỏc Thyristor.
- Trong s cu 1 pha ta dựng mỏy bin ỏp 1 pha hai cun dõy th cp.
- Cú rt nhiu s cú th to súng rng ca nh:
S phỏt súng rng ca dựng it, in tr, t in (R - C - D).
S phỏt súng rng ca dựng D - R - C np in cho t bng ngun
mt chiu n nh.
S mch phỏt súng rng ca dựng D - R - C v Transistor.

NGUYN HU LNG LP KT K27
24
4
5
2
1
U

l
Tạo xung
So sánhSóng răng c aĐồng bộ hoá
Phân chia xung
U
GT
Hình 19 Sơ đồ điều khiển theo pha đứng
3
Uđk
Khối 1 Khối 2 Khối 3
Hình 20 Sơ đồ khối điều khiển theo pha đứng thực tế
U
đk
U
l
Đồng bộ hoá
&Tạo sóng
răng c a
So sánh
Tạo xung &
phân chia
xung
U
GT
ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Transistor nạp tụ bởi
dòng không đổi.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán.
- Nguyên lý cụ thể các mạch được trình bày ở phần "Mạch điều khiển sơ

đồ chỉnh lưu" của sách "Kỹ thuật biến đổi" của thầy Võ Quang Lạp và Trần
Xuân Minh.
Tuy nhiên để được quan hệ góc mở α
1
+ α
2
= 180
o
ta cần có dạng sóng
răng cưa rất chính xác nên ta phân tích sơ đồ dùng vi mạch khuếch đại thuật
toán.
Sơ đồ mạch điện:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27
25
Hình 21 Sơ đồ mạch đồng bộ hóa và tạo sóng răng cưa dùng
khuếch đại thuật toán
D1
IC5
B
R2
C1
WR1
R3
U
l
+15V
-15V
TR
U

RC
*
*
C
E
R1