Thiết kế hệ truyền động cầu ba pha động cơ điện một chiều theo phương pháp arcos

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 1




***
 
 
   bán
 

  nói chung và
  
.
 
     
-
 
  




 p nguyên lý
- -D) 

.

Ch arcos

t 

cô giáo  Bích Thanh 
nh cùng 

Em em hoàn thành



13 tháng 12 





Nguyễn Kỳ Thịnh



ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
I. Tổng quan về động cơ một chiều.
1. Cấu tạo: thành phần chính của động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor.
a) Stator (phần cảm ) .
Stator hay phần cảm là thành phần đứng yên được hình thành từ các lá thép kĩ thuật, cực từ,
dây quấn. Hình dạng của phần cảm trình bày trong hình vẽ 1.1

Hình 1.1 S 

Stator gồm có các bộ phận chính như sau:
- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi thép và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi thép cực từ .Cực từ chính làm bằng lá thép kĩ thuật điện ép lại tán chặt.
- Cực từ phụ:cục từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều.lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối,trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn.
- Gông từ: dung làm mạch từ, nối liền các cực từ đòng thời dung làm vỏ máy.
- Các bộ phận khác: nắp máy, chổi than.
b) Phần quay(rotor):
- Rotor hay phần ứng của động cơ, gồm có lõi
thép, dây quấn phần ứng,cổ góp, trục máy…
- Lõi thép phần ứng dung để dẫn từ, có dạng
hình trụ thường được làm bằng các lá thép kĩ
thuật điện, 2 mặt có phủ 2 lớp cách điện ghép
lại,được dập lỗ để gắn rotor với trục,măỵ ngoài

được dập các rảnh để đặt dây quấn.
- Dây quấn phần ứng là thành phần sinh ra sđđ
và có dòng điện chạy qua, thường làm bằng dây
đồng bọc
cách điện gồm nhiều phần tử Hình vẽ 1.2: 

mắc nối tiếp với nhau, đặt trong rảnh của phần ứng tạo thành vòng kín
-Cổ góp (vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện.


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 3

2. Phân loại máy động cơ một chiều: Tùy theo cách kích từ của cực từ chính, ta phân
loại động cơ như sau:
1) Động cơ một chiều kích từ độc lập: mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về mạch
điện với mạch kích từ.
2) Động cơ một chiều kích từ song song: mạch kích từ nối song song với mạch phần ứng.
3) Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: mạch kích từ nối tiếp với mạch phần ứng.
4) Động cơ một chiều kích từ hổn hợp: vừa kích từ song vừa kích từ nối tiếp.
3. Nguyên lý làm việc động một chiều:
- Đầu tiên, cấp nguồn áp một chiều vào dây quấn phần cảm để tạo ra từ trường
kích từ ϕ
kt
.

- Đồng thời cấp nguồn áp một chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện I
ư

qua các thanh dẫn trên phần ứng.
- Các thanh dẫn phần ứng mang dòng điện I
ư
và đặt trong từ trường kích từ sẽ
chịu tác động của lực điện từ F (hình H1.3a) tạo thành momen làm quay phần ứng.
- Cổ gốp bằng cách đảo chiều dòng điện đã đảm bảo cho Roto quay theo một
chiều không đổi .
- Khi phần ứng quay, các thanh dẫn trên phần ứng cùng di chuyển cắt đường sức
từ trường phần cảm nên trên các thanh dẫn hình thành các sđđ e.














Hình 1.3 
- Giá trị sđđ e được xác định theo biểu thức: e = Blv.
Trong đó : B ( T ) : từ cảm nơi thanh dẫn quét.
l(m) : chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường.
v(m/s): tốc độ dài của thanh dẫn.

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 4

II. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : là một dạng đặc biệt của động cơ
điện một chiều, khi mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích từ.
Nếu máy có công suất nhỏ, thì cực từ chính thường làm bằng nam châm vĩnh cửu, còn
máy có công suất lớn cần có nguồn kích từ riêng để điều chỉnh tốc độ trong phạm vi
rộng.










Hình vẽ 1.4

1. Đặc tính cơ :
Phương trình cân bằng điện áp:

U

ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
t
)I
ư
(1)

Trong đó: U
ư
: điện áp phần ứng
E
ư
: sức điện động phần ứng
R
ư
: điện trở của mạch phần ứng
R
t
: điện trở phụ trong mạch phần ứng
I
ư
: dòng điện mạch phần ứng
Với R
ư
= r
ư

+ r
cf
+ r
b
+ r
ct
r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng

r
cf
: điện trở cuộn cực từ phụ
r
b
: điện trở cuộn bù
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

E
ư
=


 k
a

pN
2
(2)

Trong đó: p: số đôi cực từ chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ
ω: tốc độ góc rad/s
k=
a
pN

2
hệ số phụ thuộc tỉ lệ cấu tạo của động cơ.
Trường hợp tốc độ góc được tính bằng n vòng/phút : E
ư
=k
c
Φn (k
c
=0.105k) .

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 5

Từ phương trình (1) và (2) ta có :
I
k

RR
k
U
u
fu
u






.(phương trình đặc tính cơ điện )
Mặt khác mômen điện từ M
dt
của động cơ tỉ lệv ới từ thông và dòng điện phần ứng
được xác định bởi: M
đt
= KΦI
ư
.
Suy ra : I
ư
=
k
M
dt
.
Ta lại có :
M

RR
k
U
dt
fu
u
k )(
2






.
Trong trường hợp nếu tổn hao là nhỏ và ta bỏ qua nó thì có thể nói : M
dt
=M
cơ
=M.
Và ta có dạng mới của phương trình trên :

M
RR
k
U
dt
fu
u
k )(

2






.
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng , từ thông của động cơ Φ = const thì
các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên hình là những đường thẳng.










a) b)


Hình vẽ 1.5 : a) 
b) 
- Từ đồ thị ta có khi I
ư

và M bằng không thì :


k
U
u
o

.
Ta có thể viết lại là:


o
.
Gọi R=R
ư
+R
f
ta có
 
dt
M
k
R
2



hoặc
u

I
k
R




Δω được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M (hay I)
- Độ cứng của đặc tính cơ :


 
fu
RR
k
d
dM



2


.





ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 6



2.Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:
Dựa vào phương trình đặc tính cơ :
M
RR
k
U
dt
fu
u
k )(
2






.
Ta thấy có ba đặc tính ảnh hưởng đến đặc tính cơ là U
ư
điện áp phần ứng, Φ từ thông
động cơ và điện trở phần ứng.
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:
Giả thiết U
ư

= U
đm
= const và Φ= Φ
đm
= const Muốn thay đổi điện trở mạch phần
ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Ta có :
const
k
U
dm
dm
o




.
Độ cứng đặc tính cơ :
 
fu
dm
RR
k



2


Khi R
f
=0 ta có
 
u
dm
TN
R
k
2



có giá trị lớn nhất,
gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Dể thấy với R
f
càng lớn thì độ cứng càng
giảm(như đồ thị).
Ứng với một phụ
c
M
, R
f
tăng thì tốc độ giảm Hình vẽ 1.6
đồng thời điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm
b) Ảnh hưởng của từ thông động cơ:
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U

đm
=const , không nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng,tức R
ư
= const. Thay đổi dòng điện kích từ I
kt
động cơ sẽ làm thay đổi từ thông
.
Ta có :
var


k
U
dm
o


Độ cứng:
 
var
2




fu
RR
k


Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì ω
x
tăng còn β sẽ giảm. Ta có đồ thị đặc tính cơ với ω
x
tăng và độ cứng
của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.











a) b)
Hình vẽ 1.7 a) 


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 7

c) Ảnh hưởng của điện áp:
Giả thiết từ thông Φ = Φdm=const, điện trở phần ứng Rư= const. Khi thay đổi
điện áp theo hướng giảm so với U
dm
.
ta có: tốc độ không tải :
var


dm
o
k
U

.

Độ cứng đặc tính cơ :
 
const
RR
k
fu
dm




2


Như vậy họ đặc tính cơ là những đường tuyến tính
song song như hình 1.8:

Hình vẽ 1.8

.

3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập:
- Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác, không
những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển
đơn giản.
- Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện có 3 phương pháp:
+Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng .
+Điều chỉnh từ thông động.
+Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
a) phương pháp điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc
thêm vào phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ :
M
RR
k
U
dt
fu
u
k )(
2








hay:


o

Dể tháy thấy rằng khi thay đổi R
uf
thì ω
0
= const còn Δω thay đổi , vì vậy ta
sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng ω
0
và dốc dần khi R
uf
càng
lớn với tải như nhau thì tốc độ càng thấp:

Hình vẽ 1.9:  
f

b)  
f
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 8

Như vậy: 0<R
uf1
<R
uf2
<… thì ω
dm
>ω
1
>ω
2
>…, nhưng nếu ta tăng R
ưf
đến một giá trị
nào đó thì sẽ làm cho M ≤M
c
và như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ làm
việc ở chế độ ngắn mạch, ω=0.Từ lúc này, ta có thay đổi R
ưf

thì tốc độ vẫn bằng 0,
nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa.
* Nhận xét: Nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời I
nm
và M
nm

cũng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi
động.
- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện nhất.
- Nhược điểm : + Độcứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.
b) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông động:
Từ phương trình đặc tính cơ :
M
RR
k
U
dt
fu
u
k )(
2








hay:


o

Ta thấy rằng khi thay đổi Φ thì ω
o
và Δω đều thay đổi , vì vậy ta sẽ được đặc tính
điều chỉnh dốc dần ( độ cứng β càng giảm) và cao hơn các đường đặc tính cơ tự nhiên
khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông.













Hình vẽ 1.10: 

Nhưvậy : Φ
đm

> Φ
1
>Φ
2
>… thì ω
đm
< ω
1
< ω
2
<…, nhưng nếu giảm Φ quá nhỏ thì có
thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép , hoặc làm cho điều kiện chuyển
mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao , hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình thường
thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động
cơ giảm nhanh, dẫn đển động cơ bị quá tải.
*Nhận xét: - Ưu điểm : Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thât năng lượng nhỏ.
- Nhược điểm :+Dải điều chỉnh không rộng.
+ Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (φ=φ
đm
) .
+ Tốc độ lớn nhất ω
max
bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch
của động cơ.
Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8.
Nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công
nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
c) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 9

Từ phương trình đặc tính cơ :
M
RR
k
U
dt
fu
u
k )(
2






hay:


o

Ta thấy rằng khi thay đổi U
ư
thì ω
o
thay đổi còn Δω=const nên β không đổi, vì vậy
ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau.Với một giá trị M
c

thì
U tăng thì ω tăng tuyến tính theo. Nhưng muốn thay đổi U
ư
thì phải có bộ nguồn một
chiều thay đổi được điện áp ra , thường dùng các bộ biến đổi.










Hình vẽ 1.11: 




Các bộ biến đổi có thể là bộ biến đổi dùng máy phát một chiều, bộ biến đổi từ
(mạch khuyếch đại từ), bộ biến đổi điện tử bán dẫn (các bộ chỉnh lưu có điều
khiển,các bộ băm điện áp. . .).
Nhận xét : - Ưu điểm : + không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+ độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh
+ dễ tự động hóa
- Nhược điểm : + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi
trơn điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp hơn.

e) sơ lược về phương pháp được chọn : phương
pháp điều khiển động cơ một chiều bằng bộ chỉnh
lưu Thyristor hệ T-Đ. Bộ chỉnh lưu thyristor là một
loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổi
dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Việc điều
chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến đổi được thực hiện
bằng cách điều chỉnh góc mở α của Thyristor.
U
d
một chiều được đặc lên phần ứng của động Hình vẽ 1.12-
cơ U
d
=U
ư
.
Phương trình đặc tính cơ trở thành :
M
RR
k
U
dt
fu
d
k )(
2








Phương pháp này mang tất cả các ưu điểm của việc điều khiển động
cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, cộng với đó là tính ưu việc
của bộ chỉnh lưu như rất gọn nhẹ, không tổn hao nhiều công suất.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp này
càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 10

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THYRISTOR, CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU
KHIỂN HOÀN TOÀN VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH
LƯU- ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU(HỆ T-D) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :
I.THYRISTOR: là linh kiện điện tử công suất có điều khiển cơ bản nhất, được sử
dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật.
1. Cấu tạo: gồm 4 lớp bán dẫn liên tiếp, tạo thành 3 lớp chuyển tiếp p-n.
Thyristor gồm ba cực : anot (A), catot(K), cực điều khiển(G)- như hình vẽ 2.1

* Kí hiệu :



Hình vẽ 2.2 Hình 2.1
2. Nguyên lý hoạt động
a) Sự phân cực :
- phân cực ngược : khi U
AK
< 0

thyristor làm việc như một diốt bị
phân cực ngược và chỉ cho dòng điện
rò đi qua. Ở giá trị điện áp ngược lớn
từ 100V đến 3000V, tùy theo loại
Thyristor, năng lượng điện tử thiểu
số đủ sức ngay ra hiệu ứng thác làm
dòng điện tăng đột ngột, thyristor bị
đánh thủng.

Hình vẽ 2.3-ampe.
-Phân cực thuận : U
AK
>0 . Ban đầu, Thyristor không dẫn vì có một lớp PN bị phân cực
ngược. Nhưng nếu bị mồi bởi điện áp thuận lớn hoặc một xung dương vào ngõ G thì
Thyristor trở nên dẫn điện như một diot phân cực thuận. Để giải thích cho hoạt động của
thyristor ta xem thyristor gồm hai tranzitor mà bagơ của tranzitor này nối với colector của
tranzito kia- như hình 2.4.






Hình vẽ 2.4isror.
+ tăng điện áp thuận: khi tăng điện áp thuận, điện áp tren các lớp PN tăng lên khi năng
lượng đủ lớn tạo nên sự va chạm dây chuyền làm cho thyristor trỡ nên dẫn điện. Trị số
V
B
được gọi là điện áp mở.
+ mồi xung vào cực điều khiển G: Nếu đưa vào cực G một xung thì Thyristor sẽ được

mồi với điện áp thuận thấp hơn. Như sơ đồ hình 2.4, I
g
làm chi T
2
mở làm tăng dòng I
c2
,
cũng là dòng điều khiển I
b1
của T
1
, làm T
1
mở, I
c1
tăng lại làm cho I
b2
tăng nên nhanh
chóng cả T
1
T
2
bảo hòa . Tồn tại tại giá I
H
mà nếu I
A
<I
H
thì Thyristor sẽ khóa trở lại.
Trước khi dòng I

G
ngắc cần có thời gian để I
A
đạc đến hoặt vượt qua giá trị I
L
. Để khóa
Tyristor phải đặc vào Thyristor một điện áp ngược.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 11

3. mạch bảo vệ Thyristor: thông thường, mạch R-C mắc song song thới thyristor có
thể dùng để bảo vệ nó chống quá điện áp. Mạch cũng có thể kết hợp với cuộn kháng để
mắc nối tiếp với thyristor để chống quá dòng.
II. CHỈNH LƯU CẦU BA PHA:
1. Sơ đồ mạch: (hình vẽ 2.5). Mạch nguồn ba pha lý tưởng được đặc vào bộ chỉnh lưu
gồm 6 thyristor. Các điện áp UdA, UdK là điện áp từ điểm nút chung của các linh kiện
đến điểm trung tính.








Hình 2.5 Hình 2.6  . Hình 2.7 
2. Nguyên lý hoạt động:
a) Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động được phân tích với giả thuyết dòng qua
tải i

d
liên tục.Sáu van Thyrisror được phân thành hai nhóm. Theo phép cộng điện áp
ta có: u
d
=u
dA
-u
dk
.
Ta coi mỗi nhóm A,K là một bộ chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển, hoạt động độc
lập với nhau.
Xét nhóm A. Do tính chất đối xứng của nguồn nên các thyristor đóng theo trật tự
v
1
,v
3
,v
5
,v
1
…. Giả thuyết là V
5
dẫn điện và ta muốn kích đóng V
1
. Muốn vậy ta cần xét
dấu V1 theo hệ thức:
u
V1
=u
1

-u
3
+u
v3
=u
1
-u
3
+0.7≈u
1
-u
3
.
Để đóng V
1
thì u1-u3>0 tức là khi
6
7
6




và nếu t kích xung dương vào cực G thì
V
1
sẽ đóng. V
1
đóng thì U
V1

=0 => u
V3
=u
3
-u
1
<0 nên v
3
bị ngắt.
Xét tương tự với nhóm K.
b) Góc kích: Gọi θ là vị trí kích xung và góc α được cho bởi công thức :
6



.
6



được gọi là góc đóng tự nhiên do mạch quyết định nhắm đảm bảo U
AK
của
thyristor lớn hơn không. Góc α được gọi là góc mở hay góc điều khiển, có độ lớn tính từ
khi xuất hiện điện áp khóa trên Thyristor đang xét cho đến khi kích mở nó.
6
7
6





nên α=(0,π).
c)Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
.
33
)(
6
2
1
6
2
)(








CosUUUdUU
mdKdAdd








CosUU
d
.
63
2)(

với U
2
là giá trị hiệu dụng của điện áp pha
2
2
m
U
U 
.
α=(0,π). nên
.
6363
2)(2
UUU
d





ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 12

d) Các tham số quan trọng khác :
- Trị số trung bình của điện áp qua van :
3
d
v
I
I 
.
- Điện áp ngược lớn nhất lên van phải chịu:
2max
6UU
nguôn

.
- Công suất tính toán máy biến áp: S
b.áp
=1,05P
d

3. Khảo sát dạng sóng điện áp theo các góc α khác nhau :
a)góc
6



: đồ thị u
dA
, U
dK và
U

d
.







Giá trị
22
)
6
(
2
29
6
.
63
UCosUU
d





.
b) góc
3




: đồ thị U
dA
,U
dK
và U
d.











Giá trị
22
)
3
(
2
63
3
.
63
UCosUU

d





.
c) góc
2



: đồ thị U
dA
,U
dK
và U
d.








Giá trị
VCosUU
d
0

2
.
63
2
)
2
(




.





ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 13

4. Hiện tượng trùng dẫn:
a) Định nghĩa :là hiện tượng các nhánh chứa thyristor cùng dẫn điện.
b) Nguyên nhân: Trên thực tế quá trình làm việc nguồn có cảm kháng nên làm cho
dòng điện qua các thyristor không thể thay đổi đột ngột. Vì vậy sự chuyển mcachj giưa
các thyristor không diển ra tức thời mà kéo dài một khoảng thời gian, hình thành trạng
thái cùng dẫn điện.

Hình 2.8 
c) Hệ quả :
-Làm giảm áp tải.
d
b
dodx
I
L
CosUU .
6





-Làm hạn chế góc điều khiển(α
max
=π-γ-μ) làm giảm phạm vi điều khiển.
-Làm biến dạng áp ra.
5. Hiện tượng sóng hài:
Sóng hài của dòng điện qua nguồn, ví dụ qua pha 1.
i1=iv1-iv4
Trị hiệu dụng qua nguồn được xác định bởi công thức :
d

IdiI
3
2
2
1
2
0
2
1





( với giả thuyết không đổi chiều).
Phân tích Fourier dòng điện ta có :
 






 7
7
1
5
5
132
tSintSintSintI

d



Dòng điện qua nguồn ngoài thành phân cơ bản luôn có thành phần song hài
bậc cao
16 k
,k=1,2,3 :
Hiện tượng song hài của dòng điện gây nhiều bấc lợi cho hệ thống điện lưới nên ta
phải khử bỏ.












ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 14

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU- ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
(HỆ T- Đ ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:
1. Sơ đồ nguyên lý :

Hình 2.10- 
2. Sơ lược về mạch động lực: gồm có 3 thành phần chính: máy biến áp, bộ nguồn
chỉnh lưu thyristor, bộ lọc điện áp ra.

a) Máy biến áp:
- nhiệm vụ :
+ Cung cấp điện áp nguồn có độ lớn phù hợp với yêu cầu của tải.
+ Cách ly áp nguồn của bộ chỉnh lưu với lưới điện. Do đó, tải có thể chạy ngắn mạch
trong một thời gian ngắn.
+ Tác dụng lọc song hài bậc cao.
+ Tạo cảm kháng chuyển mạch, do đó hạn chế biến dạng gây ra trong quá trình chuyển
mạch…

b) bộ nguồn chỉnh lưu thyristor:
- là bộ phân quan trọng nhất của mạch động lực, đóng vai trò biến đổi dòng điện xoay
chiều thành một chiều đặc lên phần ứng của động cơ. Ta có thể điều chỉnh giá trị điện áp
ra qua đó điều chỉnh để dàng tốc độ.
- Phương trình đặc tính cơ trở thành :

M
RR
k
U
dt
fu
d
k )(
2







với



CosUU
d
.
63
2)(



M
RR

k
CosU
dt
fu
k )(
2
2
.
63









- Dể thấy khi thay đổi góc kích α thì tốc độ ω cũng thay đôi theo.
c) bộ lọc: Nhiệm vụ lọc bớt các thành phần xoay chiều nâng cao chất lượng áp ra đảm
bảo yêu cầu của tải.
d) Bộ điều khiển:nhận tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ, tạo xung kích mở
thyristor với góc kích α xác định.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 15

III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC.
1.Mô tả khái quát số liệu ban đầu và yêu cầu của tải:
a) Số liệu ban đầu của tải.

- Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- P
đm
=2,2kW
- U
đm
=220V
- n
đm
=1500vòng /phút
- I
đm
=12.85A
- R
ư
=0,187Ω
- R
kt
=133Ω
-W
kt
=1800
- J=0,56kgm
2

b)Số liệu ban đầu của nguồn điện lưới ba pha: 220/380V 50Hz.
c) Các hằng số của cơ bản :
Bảng 01.
Của phần tính toán chọn thyristor
Hệ số điện áp tải:k

u

34,2
63




Hệ số hiệu dụng dòng điện:k
hd

58,0
3
1


Hệ số điện áp ngược:k
n

45.26 

Hệ số dự trử dòng điện
1,2
Hệ số dự trử điện áp:k
udt

1,8

2. Tính toán thiết kế mạch động lực
a) Tính chọn van động lực:
Hai thông số quan trọng để khi chọn van là điện áp ngược và dòng điện.
- Điện áp làm việc tối đa của van:
U
lv
=k
n
.U
2
=k
n
.
V
k
U
u
d
230
34.2
220
.45,2 

cộng với giá trị dự trử : U
nv
=k
n
.U
lv

=1,8.230=414V.
-Tính dòng điện van:
I
hd
=k
hd
.I
d
=0,58.12,85=7,453A
cộng với giá trị dự trử I
đm
=1,2.7,453=8,9A
- Thyristor được chọn: BTW42-600RC
bảng giá trị :
Kí hiệu
U
n

Max
(V)
I
đm

Max
(A)
I
pik

Max
(A)

I
g

Max
(A)
U
g

Max
(V)
I
h

Max
(A)
I
r

Max
(A)
ΔU
Max
(V)
dt
dU

(V/s)
t
cm

(s)
T
max

Max
(
o
C)
BTW42-
600RC
600
10
150
50m
1,5
75m
3m
2
1000
35μ
125







ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 16

b) Tính chọn máy biến áp:
Chọn máy biến áp nối Δ/Y làm mát bằng không khí.
Các thông số cơ bản :
- 1. Công suất biểu kiến :
S=k
s
.U
đm
I
đm
=1,05.220.12.85=2968 (VA)
k
s
=1,05

là hệ số công suất máy biến áp với bộ chỉnh lưu cầu ba pha.
-2. Điện áp sơ cấp máy biến áp :
bằng điện áp lưới : U
1
=U
dây
=380V.
-3.Điện áp thứ cấp máy biến áp:
- điện áp chỉnh lưu khi có tải;
U
do
.Cos α
min

=U
d
+2.ΔU
v
+ΔU
ba
+ΔU
dn
.
Trong đó :
Ud- điện áp chỉnh lưu.
ΔU
v
-diện áp sụt áp trên các van.
ΔU
ba
-sut áp trên biến áp khi có tải. chọn sơ bộ U
ba
=6%U
d
=13,2V
ΔU
dn
-sụt áp trên dây nối. nhỏ coi như bằng không.
α
min
=10
0
. góc dự trử .
=> U

do
=(220+2*2+13,2+0)/Cos10=240V.
Điện áp phần thứ cấp U
2
=
u
d
k
U
=
V103
34,2
241


-4 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp: I
2
=
AI
d
5,1085,12.
3
2
3
2


-5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp :I
1
=

AI
U
U
89,25,10.
380
103
2
1
2


Tính chọn sơ bộ mạch từ:
-6 Tiết diện của bộ trụ máy biến áp:
ta có Q
Fe
=K
Q
.
54,26
50.3
2968
.6
.

fm
S
ba

Trong đó : K
Q

là hằng số phụ thuộc làm mác có giá trị K
Q
=6.
S
ba
công suất biểu kiến máy biến áp :
f : tần số ngồn xoay chiều :50Hz
m số trụ chọn m=3.
Do máy biến áp có công suất <10kVA nên chon trụ có thiết diện hình chử nhật .
Q
Fe
=a.b=5.5,34 với : a: là chiều rộng
b là chiều dày.
-8 Chọn loại thép các lá thép có độ dày tiêu chuẩn d = 0.35 mm
Chọn mật đọi từ cảm B
t
=1,5T
-9 Chọn tỉ số m =
3,2
a
h
suy ra h = 2,3.a = 2,3. 5 =11,5 cm
Ta chọn chiều cao của trụ là 12 cm
Tính toán dây quấn:
-10 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
W
1
=
430
5,1.10.54,26.50.44,4

380
44,4
1
4


BrQfef
U
vòng

-11 Số vòng dây mỗi pha dây quấn thứ cấp máy biến áp
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 17

W
2
=
116430.
380
103
1.
1
2
W
U
U
vòng
-12 Tính chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô chọn J

1
=J
2
=2,7 A/mm
2
.
-13 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
)(07,1
7,2
89,2
2
1
1
1
mm
J
I
S 

Chọn dây dẫn hình tròn, cách điện cấp B.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn :S
1
=1,131(mm
2
) d=1,2mm
S
1
=




2
.π=



2
.3,1415 (mm
2
)
-14 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
)/(55,2
131,1
89,2
2
1
1
1
mmA
S
I
J 

-15 Tiết diện dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
)(89,3
7,2
5,10
2
21
2

2
mm
J
I
S 

Chọn dây dẫn hình chử nhật, cách điện cấp độ B
Chuẩn hóa tiết diện S
2
=3,89mm
2
.
S
2
=a
2
.b
2
=1,23.3,28 (mm)
2
.
-16 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
)/(699,2
89,3
5,10
2
2
21
2
mmA

S
I
J 
.
Kết cấu dây quấn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm theo chiều dọc trục
-17 Tính sơ bộ số vòng day trên một lớp của cuộn sơ cấp:
8795,0.
12,0
5,0.212
2
11





c
g
k
d
hh
W
(vòng)
k
c
là hệ số ép chặc chọn k
c
=95%.
-18 Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp :

94,4
87
430
11
1
111

W
W
n
(lớp)
-19 Chọn số lớp n
22
=5 Như vậy có 430 vòng chia thành 5 lớp mỗi lớp 86.
-20 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
)(9,9
95,0
12,0.86.
1
1
cm
K
bW
h
C

cm
-21 Chọn bề dầy giữa hai lớp dây quấn ở cuộn sơ cấp: cd
22
=0,01mm

-22 Bề dầy cuộn sơ cấp : B
d2
=(d+cd
22
).n
11
=( 0.12+0,001).5=0,61 cm
-23 Chọn vật liệu cách điện giữu cuộn dây và trụ có độ dầy: cd
01
=0,1cm
-24 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :

   
85,5
2
65,0.21,0.251,0.25
2
2.2.2
10101
1





dtt
tb
Bcdacda
a
cm

   
19,6
2
65,0.21,0.251,0.234,5
2
2.2.2
10101
1





dtt
tb
Bcdacdb
b
cm
-25 Chiều dài dây quấn sơ cấp:
l
1
=W
1
.2.(a
tb
+b
tb
)=430.2.(5,85+6,19).10
-2

=103m


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh 18

b
hH
c
C
a c
Kết cấu dây quấn thứ cấp:
-26 Chọn bề dày cách điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: cd
12
=0,1(cm)
-27 Chọn chiều cao của cuộn thứ cấp:h
1
=h
2
=9,9cm
-28 Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp:
)(2995,0.
328,0
9,9
2
2
12
vongk
b

h
W
c


-29 Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
4
29
116
12
2
12

W
W
n
(lớp)
-30 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp : chọn 4 lớp mỗi lớp có 29 vòng.
-31 Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
)(10
95,0
328,0.29.
12
21
cm
K
bW
h
C


-32 Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây quấn ở cuộn thứ cấp : cd
2
=0,01 mm
-33 Bề dầy cuộn sơ cấp : B
d2
=(a
2
+cd
12
).n
12
=(0,123+0,001).4=0,496 cm
-34 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :

   
2
222.22.2
212101101
2
ddtdt
tb
BcdBcdaBcda
a



096,7
2
496,0.21,0.265,0.21,0.2565,0.21,0.25




cm

   
2
222.22.2
212101101
2
ddtdt
tb
BcdBcdbBcdb
b



2
496,0.21,0.265,0.21,0.234,565,0.21,0.234,5 

=7,436cm
-35 Chiều dài dây quấn sơ cấp: l
2
=W
2
.2.(a
tb2
+b
tb2
)=116.2.(7,096+7,436).10

-2
=34m
-36 Chọn khoản cách giữa hai cuộn thứ cấp : cd
22
=2cm.
Tính kích thước mạch từ :
-37 Chiều rộng cửa sổ :
   
cmcdBBcdcdc
dd
69,42495,065,01,01,0.2.2
22211201

.
=> c=5cm.
-38 kiểm thử độ hợp lý của cửa sổ :
Cửa sổ của máy biến áp ba pha được cho là hợp lý khi :
Δc=c-2Bd=(0,5-2)cm.
ta có Δc=5-2.(0,1+0,1+0,91+0,665)=1,45cm
=> khoảng cách đã chọn là hợp lý.
-39 Khoảng cách giữa hai tâm trục:
c’=c+a
t
=5+5=10cm.
-40 Chiều rộng của mạch từ :
C=2.c+3.a=2.5+3.5=25cm
-41 Chiều cao của mạch từ :
H=h+2a=12+2.5=22cm.
Tính khối lượng của sắt và đồng: Hình vẽ 3.1: 
- 41 Thể tích của sắt :

   
33
176,2217625.212.3.54,2623. dmcmchQV
FeFe


-42 Khối lượng của sắt :
m
Fe
=V
Fe
.d
Fe
=2,176.7,8=17kg
-43 Thể tích khói đồng :
V
Cu
=3.(S
1
.l
1
+S
2
.l
2
)=3.(1,131.103.+3,89.34)=780cm
3
=7,8dm
3
-44 Khối lượng của đồng :m

Cu
=V
Cu
.d
Cu
=0,9.7,8=7kg
-->