NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Trang 1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM
CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn:

Nguyễn Phi Cường (1063853) Nguyễn Văn Khanh
Trần Quốc Việt (1063935)
Chuong I: TỔNG QUÁT
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn
trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta
vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ
điện như quạt và động cơ bơm…..
Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “ NGHIÊN CỨU VÀ
THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA”.
Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì
chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng
điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là
phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm
hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một
cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn,
tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi
khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng
xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện.
1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong
công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ
hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ
vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ

giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế
độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động
cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây ảnh
hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị giới hạn
hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn.Có thể tăng dần điện áp theo một chương trình
thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức.

1.3. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
Trang 2
Đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG
CƠ KHÔNG 3 PHA” có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ
khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế là
chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm
được bán trên thị trường hiện nay như: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp
hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt
khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng.
Do thời gian thực hiện đề tài này chỉ trong 6 tuần,với kiến thức cũng còn hạn
chế nên cũng gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện.Nhưng chúng em đã cố
gắn để hoàn thành tốt đề tài này.
Nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:
• Thiết kế mạch điều khiển trong bộ khởi động mềm
• Lập trình bằng vi điều khiển AT89S52
• Thiết kế mạch động lực
1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu và
thiết kế bộ khởi động mềm. Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý
và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập
trình điều khiển động cơ.
Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy
thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trang 3
2.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền
kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất là
loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ
công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ
khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức.
Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi
động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc
độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng
khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc,
do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.
Trang 4
Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu
kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt
ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh
quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp bảo
vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ
máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng
hơn.
Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu
chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theo
tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).
Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theo

kiểu IP44.
Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công
suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm
có công suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.
Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo
ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, ký
hiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục.
2.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rôto
(phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha.
Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các
dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:
p
f
n
1
1
*60
=
Trong đó:
-f
1
: tần số nguồn điện
-p: số đôi cực từ của dây quấn
Trang 5
Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao
gồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai
vành ngắn mạch.
2
n

n
2
n
1
1
n
s
1
N
1
dt
F
dt
F
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây
quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa
các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ F
đt
tác
dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt
rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được
biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là
một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa
ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ
thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của rôto n
2
là
tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đó
mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số tốc độ quay của từ

trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s:
1
21
n
nn
s
−
=
Trang 6
Khi s=0 nghĩa là n
1
=n
2
, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi là
chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ không
tải thực, s≈0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …
Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n
2
=0), momen trên trục
bằng momen mở máy.
Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng
với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức.
Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:
)1(*
12
snn
−=
Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stato
không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto có
được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm

ứng.
Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto
so với từ trường:
1
1
21121
2
*
*60
)(**
60
* fs
n
nnnpnn
pf
=
−
=
−
=
Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta
dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các
đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu
ra của nó được kích bằng các tụ điện.
Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ
một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có
các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …
Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt
qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây.
Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm

Trang 7
trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ
F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút.

2.1.3. Cấu tạo
a) Phần tĩnh (Stato)
Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lỏi sắt và dây quấn
• Vỏ máy
• Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ.
• Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối
lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo
cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
• Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để
giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường
kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính
ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻquạt (hình 2) ghép lại.
• Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với
lõi sắt.
b)Phần quay (roto)
Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc.
• Rotor dây quấn :
Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của rôto
thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng
đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện
bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi
than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính
năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy

làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với
Trang 8
động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ
cháy nổ .
• Rotor lồng sóc :
Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi
sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt
lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái
lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.
c ) Khe hở không khí
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng
bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho
hệ số công suất của máy cao hơn.
2.1.4 Ứng dụng :
Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động
cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên
động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi Trong đời sống hàng
ngày,động cơ không đong bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng
dụng trong cộng nghiệp, nông nghiệp và trong đời
sống hàng ngày.
• Ứng dụng của động cơ không đồng bộ
Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các
thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các
thiết bị điện dân dụng, . .
. Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ thống
truyền động điện.
Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ
thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 . 80% các hệ truyền động là loại hoạt động với
tốc độ không đổi.
Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ

các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại, là các hệ thống có thể điều chỉnh
được tốc độ để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu cầu. Với sự phát
triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các hệ điều
Trang 9
tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ không
thể thiếu trong quá trình tự động hóa.
Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc
chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc
hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao. Vì những ưu điểm này nên động cơ không
đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công
suất từ vài chục đến hàng nghìn kW. Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ
thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho
các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ . . . Trong nông nghiệp, được
dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hằng ngày,
động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng
như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay dĩa,. . . Tóm lại, cùng với sự phát
triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ
không đồng bộ ngày càngrộng rãi.
So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều
khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi
theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điện
xoay chiều so với máy điện một chiều.
Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điều
khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong
việc qui đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản . Vì vậy, cho đến gần đây,
phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi do
các phương pháp điều khiển trước đây dùng cho máy điện thường đắt và có hiệu
suất kém. Động cơ không đồng bộ cũng không tránh khỏi nhược điểm này.
Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ xoay chiều chính là làm thế
nào để có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của động

cơ DC. Vì vậy, một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều thành một
máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời. Đây chính là điều
khiển vector. Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và moment hoàn
toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của dòng (động cơ tiếp
dòng) hoặc giá trị tức thời của áp (động cơ tiếp áp).
Trang 10
Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của
cả từ thông và moment trong cả quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập của
máy điện xoay chiều giống như máy điện một chiều. Cùng với sự phát triển của kỹ
thuật bán dẫn và những bộ vi xử lý có tốc độ nhanh và giá thành hạ, việc ứng dụng
của điều khiển vector ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ truyền động
và đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp.Với sự phát triển nhanh chóng, ngành
công nghiệp tự động luôn đòi hỏi sự cải tiến thường xuyên của các loại hệ truyền
động khác nhau. Những yêu cầu cải tiến cốt yếu là tăng độ tin cậy, giảm khả năng
tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, tăng độ chính xác và tăng khả
năng điều khiển phức tạp. Vì vậy, những hệ truyền động với động cơ điện
mộtchiều đang dần thay thế bởi những hệ truyền động động cơ xoay chiều sử dụng
điều khiển vector. Bởi vì, lý do chính để sử dụng rộng rãi động cơ điện một chiều
trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và moment lực đã nêu cũng như
cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản. Tuy nhiên, chi phí mua và bảo trì động cơ
cao, đặc biệt khi số lượng máy điện phải dùng lớn. Trong khi đó, các ứng dụng
thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được thực hiện từ những năm 70 với các
mạch điều khiển liên tục. Nhưng các mạch liên tục không thể đáp ứng được sự đòi
hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối
lượng tính toán trong một thời gian ngắn.
Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi việc ứng dụng của lý
thuyết điều khiển vector. Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển
vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều
(vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều).
Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý

khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy
logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên cứu
hệ truyền động. Hai kỹ thuật điều khiển mới này sẽ tạo nên những cải tiến vượt
bực cho hệ truyền đồng của máy điện xoaychiều trong một tương lai gần.
Trang 11
2.2 MẠCH CHỈNH LƯU CẦU
2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu :
Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha
Cầu chỉnh lưu một pha gồm 2 thyristor (T) v 2 Diode (T) chia lm hai nhĩm :
- Nhóm Anode chung : T1,T3
- Nhóm cathod chung :T2,T4.
Điện áp pha thứ cấp của biến áp (xoay chiều)
-
U
2
=U
m
sinωt = U
m
sinθ
góc α l góc mở của thyristor cho dòng chảy qua.
2.2.2 Hoạt động của sơ đồ
Trường hợp tải l động cơ (có sức điện E).
-
Ơ nửa chu kỳ dương điện áp nguồn xoay chiều u
2
=U
m
sinωt.T1,T2 chỉ dẫn sau thời
điểm ψ vì lý mới của u

2
(t) > E
d

Để cho điện áp trn van l dương U
ak
= U
2
(t)-E
d
>0 v mở van, ở điểm
- ωt = α, phát xung vào cổng G van T1,T2 lm chng dẫn, từ đó làm xuất
hiện dòng điện tải i
d
. Đến nửa chu kỳ sau, tại thời điểm α + π cho xung phát voào
cực khiển G của T3,T4 để mở chung, lc ny cĩ hai khả năng xảy ra :
Trang 12
Hình 2-1 :Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha
T
1
T
3
T
2
T
4
U
2
= U
m

.sinωt
U
đ
E
ư
R
ư
L
ư
L
p
(Cathode)
(Anode)
I
d
a. Khi dịng tải qua T1,T2 ở thời điểm α + π chưa trở về 0 ngay do tính điệm
cảm của mạch dịng tải vẫn tồn tại v chuyển sang cho 2 : T3,T4 van vừa mở, ta cĩ
dịng điện lin tục với mọi thời điểm.
b. Khi dịng tải qua T1,T2 đ giảm về 0 (cả hai đ khố lại) trước khi T3,T4 mở. Ta
có dòng điện gián đoạn,vì có thời điểm dịng đin i
d
=0.Cả 4 van đu không dẫn
điện.Ranh giới giữa hai chế đọ này goi l tới hạn, góc điều khiển tương ứng gọi l
góc điều khiển tới hạn.
2.2.3 Trạng thái làm việc của mạch chỉnh lưu :
Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng :
Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng :
Quá trình dòng pha : theo định luật Kirchop
i
2

= iT
1
–iT
4
(2.1)
Áp chỉnh lưu :
u
d
= UdA – udc (2.2)
Mạch cầu một pha tạo ra điện áp chỉnh lưu hai xung.Thành phần hai của nó có
biên độ bằng biên độ của hiệu điện áp pha.
Khi cầu làm việc luôn có một thyristor,một T của nhómm anode một T của nhóm
cathod cùng đóng cho dòng chảy qua.
Trang 13
Hình 2-2 :Trạng thi mạch khi T
1
v T
2
dẫn dòng
T
1
T
2
u = u
đ
A-u
đ
C
Tải
I

d
(Cathode)
(Anode)
i
2
u
1
u
2
u
đ
A
u
đ
C
2.2.4 Gía trị trung bình của điện Áp chỉnh lưu:
Điện áp trung bình do nhóm anode:
U
d
=
∫∫
+==
π
α
π
α
α
πππ
)1(cossin
11

m
mc
U
XdXUdXU
(2.3)
U
d
=
)1(cos
2
+
α
π
U
(2.4)
Với O<α <π điện áp chỉnh lưu trung bình điều khiển thay đổi trong khoảng
0 < U
d
(α) < +
U
π
2

(2.5)
Quan hệ U
d
(α) của (2.4) như hình 2-3 :
Quan hệ U
đ
(α)

Dòng quan mỗi thyristor :
Trang 14
U
đ
(α)(v)
α(rad)
0
π
2U
d0
Hình 2-3 : Quan hệ U
đ
(α )
iT = id =
Rdt
Ldia
R
E
R
simU
m
−−
θ
dòng trung bình chảy qua mỗi thyristor:
IT=
π
απ
θθ
π
θ

π
π
α
π
α
−
=






−−=
∫∫
.
2
sin
1
2
1
2
1 Id
d
dt
di
XEU
R
idd
m

(2.6)
Trị hiệu dụng dòng qua cuộn thứ cấp m ba:
I2 =
π
α
θ
π
π
−=
∫
1
2
1
0
2
IddId
(2.7)
Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR bằng bin độ điện áp nguồn U
m
.
Gia trị cực đại của điện áp ngược đặc trên mỗi thyristor.
U
ngmax
=
m
UU
=
2
2
(2.8)

2.2.5 CÁC TRẠNG THÁI DÒNG – ÁP CỦA MẠCH CHỈNH LƯU :
Mạch cầu một pha có khoảng dẫn dòng l :
λ =
π
π
=
p
2
Có góc kích ban đầu l:
α
0
=
0
2
=−
p
ππ

a.Trạng thái dòng liên tục:
Phương trình cân bằng áp của mạch :
R
id
+ L
θ
sin
m
UE
dt
di
=+

(2.9)
Giải phương trình vi phân trên được :
id= idxl + idtd
idxl l thành phần dòng xác lập.
idtd l thành phần dòng điện tự do.
Trạng thi xác lập:
idxl =
R
E
Z
U
m
−−
)sin(
ϕθ
(2.10)
Trong đó :
Z =
222
ω
LR
+
l tổng trở mạch tải.
Trang 15
ϕ =arctg
R
L
ω
l góc lệch pha giữa dòng v áp nguồn.
Từ Z v ϕ,biểu thức dòng được viết lại :

idxl =
R
E
R
U
m
−−
)sin(cos
ϕθϕ
(2.11)
Khi θ =α
0
=α thì id =Id
o
:
idtd =
ϕθ
ω
g
L
R
L
Rt
AeAeAe
cot
0
−
−
−
==

Ia
0
= id =
ϕθ
ϕθ
g
m
Ae
R
E
R
U
cot
)cos(
−
+−−
A =
ϕθ
α
g
m
e
R
E
R
U
Ia
cot
0
cos

−
+−
ia=
[ ] [ ]






−−−
−
−−+ )
0
sin(cos
cot)
0
(
)
0
sin(cos
0
1
ϕαϕ
ϕθ
ϕαϕ
m
UE
ga
e

m
UERIa
R
(2.12)
Trị trung bình dòng Id:
Id =
∫ ∫ ∫∫








−−=
π
α
π
α
π
α
θωθθ
π
θ
π
0
0
sin
2

1
2
1
Ia
Ia
m
dLEdUidd
Trong đó:
∫
=
0
0
0
Ia
Ia
dL
θω
Nên :
Id=
( )
π
πα
α
π
2
.1cos
2
2
2
−

−+
R
E
U
R
(2.13)
Áp chỉnh lưu trung bình:
Ud =
∫
+=
π
α
α
π
θθ
π
)1(cos
2
sin
1
2
UdU
m
(2.14)
b. Trạng thái dòng gián đoạn:
Trang 16
Có những khỗng thời gian t dòng i
d
=0.Nguyên nhân L trong hệ thống quá nhỏ
hoặc dòng phần ứng động cơ i

d
=0.Năng lượng tích luỹ trên cuộn kháng L không
đủ dể duy trì tính liên tục của dòng i
d
khi dòng i
d
giảm qua trị số 0.
Khi i
d
giảm trước khi α mở :
L
θ
sin
md
d
URiE
dt
di
=++
(α
0
≤

θ
≤

α
0 +
λ ) (2.15)
Để đơn giản cho phép tính, cho R

u
=0
L
θ
sin
m
d
UE
dt
di
=+
i
d
=
∫
−
θ
α
θθ
ω
0
)sin(
1
dEU
L
m
 i
d
=
)()cos(cos

00
θα
ω
θα
ω
−+−
L
E
L
U
m

(2.16)
Khi θ =α
0
+λ=α+π -> id=0


m
U
E
=
ε
λ
λαα
=
+−
)cos(cos
00
(2.17)

Với
U
m
=
2
2U
l biên độ áp pha thứ cấp máy biến áp
Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu phần ứng.
id =
)cos(cos
0
θα
ω
−
L
U
m
+
)(
0
θα
ω
−
L
E
Ia =
∫
o
o
di

L
pU
d
m
α
β
θ
ωπ
2

 Ia =
( )






−++−
2
sinsincos
2
6
2
0
λ
εαλααλ
ωπ
o
o

m
L
U
(2.18)
Trong đó:
P=2 l số xung trong một chu kỳ
α
0
= α
ωL = X l trở kháng mạch phần ứng động cơ.
Trang 17
Như vậy ở vùng dòng điện gián đoạn, đăc tính cơ rất dốc v nó phụ thuộc vào điện
kháng của động cơ, điện kháng của động cơ càng lớn vùng gián đoạn càng nhở.
c.Trạng thái biến liên tục :
Là ranh giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và vùng liên tục.
α
π
π
π
π
αα
ε
cossin
2
)
2
cos(cos
00
p
p

p
p
blt
=
+−
=
(2.19)
Từ (2.11) v (2.12), trị trung bình dòng biến liên tục :
Ia =






++−






++
)sin()
2
sin()
2
cos(cos
2
0000

α
π
α
π
αα
π
πω
pppL
pU
m
(2.20)
Sau khi rút gọn được :
I
blt
=
α
ω
α
ππ
πω
sin
2
sin
2
cos
2
sin
2
L
U

L
U
mm
=






−
(2.21)
π
ε
α
2
cos
blt
=

L
U
I
m
blt
πω
α
2
sin
=

m Sinα
2
+ cosα
2
=1
2
2
22










+










L

U
I
m
bltblt
πω
π
ε
= 1 (2.22)
Như vậy ở chế độ biên liên tục, đặc tuyến bin l Ellip với các trục l trục của
đặc tính cơ. Độ rộng vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng điện cảm L v
tăng số pha chỉnh lưu.
d.Trạng thái trung dẫn:
Sơ đồ mạch xay ra trung dẫn
Trang 18
Hình 2-4 :Sơ đồ mạch khi xảy ra trung dẫn
T
1
L
ba
I
d
i
2
u
2
T
3
iT
2
iT

1
Giả thiết T1v T2 đang dẫn.
Khi θ
1
=θ cho xung mở T3.Do điện cảm cảm máy biến p L
ba
≠ 0 nn dòng iT3
không thể đột ngột tăng từ 0 đến I
d
v dịng T1,T2,T3.Hiện tượng này gọi l trong
dẫn hay hiện tượng chuyển mạch.Tring dẫn xảy ra gy ngắn mạch đầu cực thứ cấp
máy biến áp
Từ sơ đồ thay thế khi chuyển mạch, viết được :
L
ba
=
θ
sin
2
21
mba
Uu
dt
diT
L
dt
diT
==−
IT
1

= I
d
–iT
2
=> 2L
ba
θ
sin
2
m
U
dt
di
=

θ
π
sinsin
2
pL
U
dt
di
ba
m
=
i
2
=
)cos(cos

sin
sin
sin
θα
ω
π
θθ
ω
π
θ
α
−
∫
=
ba
m
ba
m
L
p
U
d
L
p
U
(2.23)
khi θ = α thì dòng I
2
=0, bắt đầu chuyển mạch.
Khi θ = α + µ thì i

2
= I
d
, quá trình chuyển mạch kết thúc.
I
d
=
)]cos([cos
sin
αµα
ω
π
+−
ba
m
L
p
U
(2.24)
Trang 19
Đặt: I
m
=
ba
m
L
p
U
ω
π

sin
l biên độ dòng điện qua máy biến áp.
==> µ =
αα
−








−
m
d
I
I
ar coscos
(2.15)
µ l góc trung dẫn (chuyển mạch)
e. Điện áp rơi trong quá trình trung dẫn:
Điện áp rơi trên điện cảm (một pha) của m
ba
U
µ

= L
ba

dt
di
2

Điện áp trung bình trong quá trình trung dẫn.
∆U
µ
=
θ
π
µα
α
du
L
∫
+
1
Khi α =α
0
= 0 thì dòng chạy qua vùng chuyển mạch chính l dòng I
d
=α + µ
∆U
µ
=
∫
=
+
µα
α

ω
π
ω
π
dbaba
ILdiL
11
2
(2.26)
X = ωL
ba
l điện kháng trên pha xảy ra trung dẫn của m
ba
.
P= 2 L số xung /chu kỳ của cầu chỉnh lưu một pha.
∆U
µ
=
dba
IX
π
1
Như vậy điện kháng của m
ba
v khi dòng điện chỉnh lưu càng lớn thì sụt p do
quá trình trung dẫn càng lớn.
f. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc :
Điện áp trung bình của chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần có dạng U
d
= U

do
cosα, trong đó:
U
do
=
m
U
p
p
π
π
sin
Phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, điện áp nguồn cung cấp cho BCL, α góc
điều khiển.

Về nguyên tắc (theo lý thuyết tính tốn) góc α có thể biến thin từ 0 đến π tức
U
d
biến thiên từ +U
do
đến -U
do
, nhưng thực tế khi α >π /2U
d
< 0 thì không thực
Trang 20
hiện được việc cấp dịng i
d
cho phụ tải vì SCR chỉ cho dịng chảy theo một chiều
duy nhất từ Anode đến Cathod.

Động cơ chuyển từ chế độ động cơ (U
d
> 0, U
d
> E) sang chế độ máy phát (U
d
<0,E >/ U
d
/ ) phát năng lượng vào nguồn xoay chiều – chế độ này gọi l chế độ
nghịch lưu phụ thuộc.

Điều kiện để thực hiện chế độ nghịch lưu phụ thuộc :
+ Đảo đầu nối dây động cơ (đảo chiều E ) hoặc đổi chiều từ thông.
+ Trị tuyệt đồi của U
d
trong nửa chu kỳ / U
d
/<E.
+ Góc mở α >π/2.
Động cơ phát năng lượng khi E > U
d
.Quá trình chuyển mạch phải trước quá
trình chuyển mạch tự nhiên : α
max
+ µ + δ ≤ π.
Trong đó δ ≈ 5° l góc phục hồi tính khố tự nhiên.
 góc giới hạn : α
max
+ µ ≤ π -δ
Trang 21

2.3 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52
2.3.1 PHẦN CỨNG CỦA AT89S52 :
MCS-52 là một họ IC vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Intel. Các IC tiêu
biểu của họ này là 8031 và 8051. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng
dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các phép toán số học ở cấu trúc dữ liệu
nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập
lệnh cung cấp một bảng tiện dụng những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và
lệnh chia. Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng on-chip dùng cho những biến 1 bit
như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong điều
khiển và những hệ thống logic đòi hỏi sử dụng luận lý.
8952 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng
cao, công suất thấp với 4KB PEROM (flash programmable and erasable read only
memory). Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớ không bốc
hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51
TM
về
tập lệnh và các chân ra. Các đặc tính của AT89S52 được tóm tắt như sau :
- Tương thích với những sản phẩm MCS -51
TM
- 4KB PEROM on chip
- 256 byte RAM nội
- Tần số hoạt động từ 0 đến 24MHz
- Ba mức khóa bộ nhớ lập trình
- 4 port xuất nhập 8 bit
- 2 bộ timer/counter 16 bit
Trang 22
- 8 nguồn ngắt
- Kênh nối tiếp lập trình được
- 210 bit được địa chỉ hóa
- Một bộ xử lý luận lý (xử lý trên bit)

- 64 Kbyte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
- 64 Kbyte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
- Bộ nhân/chia 4µs
- Chế độ chờ công suất thấp và chế độ giảm công suất
Trang 23
VCC
GND
P0.0 – P0.7 P2.0 – P2.7
PORT 0 DRIVE PORT 2 DRIVE
RAM ADDR.
REGISTER
RAM PORT 0
LATCH
PORT 2
LATCH
FLASH
B
REGISTER
ACC STACK
POINTER
PROGRAM
ADDRESS
REGISTER
BUFFER
PC
INCREME
NTER
PROGRAM
COUNTER
DPTR

TMP2 TMP1
ALU
PSW
INTERRUPT, SERIAL
PORT,
AND TIMER BLOCKS
PORT 1
LATCH
PORT 3
LATCH
OSC
INSTRUCTION
REGISTER
TIMING
AND
CONTROL
P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7
PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE
PSEN
ALE/PROG
EA / V PP
RST
SÔ ÑOÀ KHOÁI
8951
Sau đây là bảng so sánh các IC thuộc họ MSC 51 và 89S52 :
Trang 24
VCC
GND
P0.0 – P0.7 P2.0 – P2.7
PORT 0 DRIVE PORT 2 DRIVE

RAM ADDR.
REGISTER
RAM PORT 0
LATCH
PORT 2
LATCH
FLASH
B
REGISTER
ACC STACK
POINTER
PROGRAM
ADDRESS
REGISTER
BUFFER
PC
INCREMEN
TER
PROGRAM
COUNTER
DPTR
TMP2 TMP1
ALU
PSW
INTERRUPT, SERIAL
PORT,
AND TIMER BLOCKS
PORT 1
LATCH
PORT 3

LATCH
OSC
INSTRUCTION
REGISTER
TIMING
AND
CONTROL
P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7
PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE
PSEN
ALE/PROG
EA / V PP
RST
SƠ ĐỒ KHỐI 8952

MCU ROM RAM TIMER
8051 4K MROM 128 byte 2
8031 0 K 128 byte 2
8751 4 K EPROM 128 byte 2
8052 8 K MROM 256 byte 3
8032 0 K 256 byte 3
8752 8K EPROM 256 byte 3
8952 8K EEPROM 256 byte 3
Mô tả các chân của AT89S52:
AT89S52 : có 40 chân


Sơ Đồ Chân AT89S52
Trang 25
VCC

9
18
19 29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39

38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1 PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD

P3.2/INTO
P3.3/INT1
P3.4/TO
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
20
40