Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ đoc lập có đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng, Udm=80 V;I đm=20 A;U kích từ = 50V;I kích từ = 2 A

đồ án điện tử công suất
đề tài:
Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ đoc lập có
đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng.Mạch đảm bảo tốc độ trơn và có
khâu bảo vệ chống mất kích từ

Với số liệu
Udm=80 V
Iđm=20 A
Ukích từ=50V
Ikích từ=2A
Phạm vi điêu chỉnh 30:1
NHIÊM VU :
1) Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của thiết bị cần thiết kế.
2) Đề xuất các phơng án tổng thể,phân tích u,nhợc điểm của từng phơng
án để đi đến lựa chon một phơng án phù hợp thoả mãn các yêu cầu kỹ
thuật.
3) Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đò nguyên lý mạch thiết kế (cả mạch lực
và mạch điều khiển),sau đó thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ này với
đồ thị minh hoạ.
4) Tính toán mạch lực.
5) Tính toán mạch điều khiển.
6) Lập bảng trị số toàn bộ các phần tử và linh kiện tính toán đợc trong
phần 4 và 5.
7) Kiểm chứng bằng chạy mô phỏng trên máy tính PC.
8) Kết luận.
9) Tài liệu tham khảo.
Chơng I
Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của thiết
bị cần thiết
1). Tìm hiểu về công nghệ thiết bị.

- 3 -
-trong công nghiệp động cơ điện một chiều đợc sử dụng rất rộng rãi
cũng nh trong giao thông vận tải. nói chung ở nhiều thiết bị cần điều chỉnh
tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng < Máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu
máy điện >.Cũng nh máy phát điện động cơ điện một chiều đợc phân loại
theo cách kích thích từ: Động cơ điện kích thích độc lập, Động cơ điện kích
thích song song. Động cơ điện kích thích nối tiếp, Động cơ điện kích thích
hỗn hợp.
a). Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích độc lập.
b). Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích song song.
c). Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích nối tiếp.
d). Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích hỗn hợp.
- ở động cơ kích thích độc lập I

= I
- ở động cơ kích thích song song và hỗn hợp I = I

+ I
t
- ở động cơ kích thích nối tiếp I = I= I
t
trên thực tế đặc tính của động cơ điện một chiều kích thích độc lập và
song song gần nh không thay đổi, nhng khi cần công suất lớn ngời ta thờng
dùng động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện đợc thuận lợi và
kinh tế. Mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên
ngoài, ngoài ra khác với trờng hợp máy phát điện kích thích nối tiếp động cơ
điện kích thích nối tiếp đợc dùng rất nhiều và chủ yếu trong các ngành kéo tải
bằng điện.
2). Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị cần thiết kế.
-tốc độ điều chỉnh trơn.

- 4 -
t
a)
b)
c)
d)
Hình -1 .Sơ đồ nối dây
i
t
i
t
i
t
-Chống mất kích từ.
-Kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển riêng.
-Phạm vi điều chỉnh 30:1.
3). Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Gồm hai phần chính phần tĩnh (stato) và phần động (rôto).
a).phần tĩnh (stato) gồm các bộ phận sau
+cực từ chính gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt
cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng lá thép kỹ thuật điện hay thép các bon dày
0,5-1 mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ làm bằng đồng hoặc nhôm đợc
bọc cánh điện quấn thành các cuộn dây. các cuộn dây kích từ đặt trên các cực
từ đợc nối với nhau.
-Cực từ phụ: đợc đặt giữa các cực từ từ chính và dùng cải thiện việc đổi
chiều. Lõi thép của cực từ phụ làm bằng thép khối trên đó đợc đặt dây quấn.
-gông từ dùng nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
-Các bộ phận khác gồm có nắp và chổi than.
b). Phần quay (Rôto) gồm các bộ phận chính.
-Lõi sắt phản ứng: Dùng để dẫn từ, thờng dùng tấm thép kỹ thuật điện

(thép hợp kim ) dày 0,5 mm luôn cách điện ở hai mặt rồi ép lại để giảm tổi
hao do dòng xoáy fucô gây ra. Trên lá thép có dập rãnh để ép chặt lại để đặt
dây quấn vào.
-dây quấn phần ứng: Thờng làm bằng đồng có bọc cách điện dây quấn
đợc đặt cách điện với rãnh của lõi thép.
Cổ góp :dùng đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều. Có cấu tạo gồm nhiều phiến đồng có đuôi nhọn cách điện với nhau
bằng một lớp mica dày 0,4-1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn
-Các bộ phận khác: Cánh quạt dùng để tạo gió làm mát máy và trục
máy.
4). Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
a). Phơng trình đặc tính cơ.
- 5 -
-Phơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:
U=(R+R
f
).I+E (1)
-E : sức điện động phần ứng.
-U: điện áp phần ứng .
-R: điện trở phần ứng .
-I: dòng điện phần ứng .
- R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng .
R=r+r
cf
+r
b
+r
ct

-r: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 chổi điện .
Sức điện động phần ứng động cơ đợc xác định theo biểu thức



2
K
PN
E
u
=

=
(2)
Trong đó:
P:Số đôi cực từ chính.
N:Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
:Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.
:Từ thông kích thích dới một cực từ (Wb).
:Tốc độ góc.
- 6 -

ứ
f
kt
Ư
kt


=
2
PN
K
- Hệ số cấu tạo của động cơ.
nếu biểu diễn suất điện động theo tốc độ quay n vòng/phút
ta có:
nKE
eu


=
,
.
60
2 n
=


n
PN
E
u

60


=
(3)
từ (1) và (2) ta có
u
fu
u
I
k
RR
k
U
W

+
=
(4)
M
đt
=k..I
.

k
M
I
dt
u

=
(5)
Thay (5) vào (4) ta có .
( )
dt
fu
u
M
k
RR
k
U
W
2
.


+
=

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn hao lõi thép thì M
đt
=M
cơ
=M khi đó
( )
M
k
RR
k

U
W
fu
u
2
.


+
=

b). ảnh hởng của các tham số tới đặc tính cơ.
+ảnh hởng điện trở phần ứng.
Khi U=U
đm
=const ;=
đm
=const. Nừu tăng giá trị của điện trở phụ thì
tốc độ của động cơ giảm dẫn đến dòng ngắn mạch và mô men ngắn mạch
cũng giảm, do đó tốc độ của động cơ cũng giảm với một phụ tải nhất định. Do
vậy phơng pháp này dùng để điều chỉnh tốc độ của động cơ và hạn chế khi mở
máy.
+ảnh hởng của từ thông.
nếu U=U
đm
=const, R= const khi đó giảm dòng kích từ hoặc từ thông thì
tốc độ của động cơ tăng lên.
5). Điều chỉnh tốc độ động cơ.
a). Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
- 7 -

M
đm
I
Ưđm
M
IƯ
n
n'''
o
n''
o
n'
o
n
ođm

'''s
''s


's
đm

b). Điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay điện trở phụ R
f
trên mạch phần
ứng

+
= M

k
RR
nn
fu
0
.
R
f
rất lớn đặc tính cơ có tốc độ càng cao tốc độ biến thiên nhiều khi tải
biến thiên.
I
Ưđm
M
đm
M
IƯ
r
f3
r
f2
r
f1
r
f0
c). Điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay điện áp phần ứng.
Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh đợc cho động cơ từ một nguồn
độc lập.
- 8 -
n
1

3
2
4
M
đm
I
đm
M
I
n
03
n
04
n
02
n
01
6). Mở máy động cơ điện một chiều
Có ba phơng pháp mở máy
- Mở máy trực tiếp (U =U
đm
)
- Mở máy nhờ biến trở .
- Mở máy bằng điện áp thấp (U < U
đm
).
Trong mọi trờng hợp
max
điều chỉnh I
mm min

động cơ đợc kích thích tới mức
tối đa theo
us
I
PN
M


.
2
=
để mô men lớn ta phải tăng
max
mà M=const
phải giảm I phải đảm bảo không đứt mạch kích thích vì nếu đứt mạch kích
thícđiện = 0 Động cơ không quay do đó E

=0 I rất lớn làm cháy vành
góp và dây quấn.
U =E +I.R

khi E = 0 I
Khi mở máy chiều quay của động cơ phụ thuộc vào mô men thay đổi
chiều mô men có hai phơng pháp
-đổi chiều I.
-đổi chiều .
ở đây ta dùng phơng pháp thay đổi dòng kích thích có thể thực hiện bằng
hai cách.
-đổi cách nối các đầu dây quấn phần ứng .
-đổi các đầu dây quấn kích thích trớc khi mở máy.

theo nguyên tắc dùng cả hai phơng pháp trên nhng thực tế chỉ dùng đợc
phơng pháp đổi chiều dòng điện phần ứng là I (vì dây quấn kích từ có nhiều
vòng hệ số tự cảm L
t
rất lớn) do đó khi thay đổi dòng kích thích xuất hiện
suất điện động tự cảm cao dẫn quá điện áp, đánh thủng cách điện của dây
quấn kích thích với các trờng mở máy.
a) mở máy trực tiếp.
- 9 -
Rôto đứng yên suất điện động E =0 ,
uu
u
u
R
U
R
RU
I =

=
(R = 0,02-0,1)
điện áp định mức U
đm
= 1 do đó I rất lớn bằng khoảng 5 10 lần I
đm

do đó chỉ áp dụng cho động cơ có công suất nhỏ ( vài trăm W). Trong những
trờng hợp đặc biệt cho phép mở máy với động cơ lớn tơng đơng với R tơng đối
lớn do đó I = (4 - 6)I
đm

b). Mở máy nhờ biến áp.
kiu
u
u
RR
EU
I
+

=
khi thay đổi R
ki
I
k
=(1,4 1,7 )I
đm
với động cơ lớn.
R
ki
I
k
=(2 2,.5 )I
đm
với động cơ nhỏ.
Chơng II
đề xuất các phơng án tổng thể và phân tích u, nhợc
điểm của từng phơng án
1). Lựa chọn phơng án cho mạch lực phần ứng và kích từ.
a). Lựa chọn phơng án mạch lực phần ứng.
-Theo trên đã phân tích ta lựa chọn phơng án điều khiển động cơ bằng

cách thay đổi từ thông phần ứng do đó phần kích từ ta không điều khiển. Vì
vậy mạch lực phần ứng phải sử dụng hoàn toàn các van bằng Transtor. Ta
không sử dụng mạch lực bán điều khiển đợc vì mạch bán điều khiển không đ-
ợc trong trờng hợp đảo chiều từ thông phần ứng với động cơ ta có U =80 V, I
= 20A.
Do đó P =U.I = 80.20 = 1600 (W).
Dựa vào công suất của động cơ cần cung cấp điện ta sử dụng sơ đồ chỉnh
lu một pha hoặc ba pha.
Nếu P

5 7 KW ta dùng mạch ba pha.
Nếu P < 5 KW ta dùng mạch một pha.
Theo số liệu đề bài ta có P = 1600 W do đó ta sử dụng phần ứng mạch lực
cấp điện cho động cơ là một pha.
1.) Chỉnh lu một nửa chu kỳ .
- 10 -
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
U2
R

L
T
U1
Ud
o
Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ
khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lu một
nửa chu kỳ chất lợng điện áp tải xấu .
Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải
U
do
= 0,45U2
Vì chất lợng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp .
S
ba
= 3,09.U
d
.I
d
+Ưu điểm
_ Là loại chỉnh lu có nguyên lý đơn giản ít van
+Nhợc điểm
_Chất lợng điện áp xấu
_Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp
2.)Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

T2
U1
0
0

1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
U2
U2
T1
L

(dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngợc trên van T
1
trong trờng hợp tải thuần
trở và tải điện cảm lớn)
Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lợng tốt
_Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi
nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua
_Khi = cho phát xung mở T
1
, T
1
dẫn do điện áp đầu anot dơng và có
xung mở .Khi = , điện áp trên anot = 0 nh ng do có cuộn cảm L nên vẫn
còn dòng điện I

d
nên T
1
cha khoá , T
1
tiếp tục dẫn cho đến khi = + , phát
xung mở T
2
thì T
1
bị khoá và T
2
dẫn . T
1
khoá không phải dòng đã về 0 mà là
do T
2
dẫn .
T
2
lại dẫn cho đến khi = 2 + , T
1
đợc phát xung mở , T
1
dẫn và T
2
bị
khoá lại.
Quá trình cứ nh vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2
lần tần số điện áp xoay chiều .

- 11 -
i
T1
I
d
o
a
i
d
Ud
2?
I
d
iT1
Ud
o
2?
Id
(Dạng điện áp tải , dòng trên các van T
1
,T
2
và điện áp ngợc trên van T
1

đợc vẽ trên hình ).
Với : là góc điều khiển mở .
+ Điện áp trung bình trên tải
U
d

=

2
2

+


.2
U
2
.sin d =

22
.U
2
.cos = U
do
.cos
U
do
=

22
.U
2
= 0,9.U
2
:
Điện áp chỉnh lu không điều khiển khi tải là thuần trở .

+ Điện áp ngợc trên van là lớn
U
nv
= 2
2
U
2

Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục i
d
= I
d

Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ
+ Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp).
I
hd
=




2
0
2
.
2
1
dI
d

=
2
Id
= 0,71.I
d

+ Hệ số đập mạch K
đm
= 0,67.
+ Công suất máy biến áp S
ba
= 1,48.U
d
I
d

Nhận xét :
+ Ưu điểm :
_ So với chỉnh lu một nửa chu kỳ thì chỉnh lu hình tia có điện áp
với chất lợng tốt hơn
_ Dòng qua van không quá lớn
_ Điều khiển van đơn giản
+ Nhợc điểm
_ Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm
việc 1nửa chu kỳ
_ Chế tạo biến áp phức tạp
_ Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn
_ Điện áp ngợc trên van là lớn .
3.) Chỉnh lu cầu một pha

Xét với tải RL , điện cảm L đủ lớn để lọc dòng , áp , dòng là liên tục.
_ Mạch có T
1
, T
3
chung Katot
T
2
, T
4
chung Anot
Nửa chu kỳ đầu U
2
> 0 , Anot của T
1
dơng , Katot của T
2
âm . Nếu có
xung điều khiển mở đồng thời T
1
và T
2
thì cả hai van này đợc mở thông
và đặt điện áp lới lên tải U
d
= U
2
. Điện áp tải một chiều bằng điện áp
xoay chiều (U
d

= U
2
) cho đến khi nào T
1
, T
2
còn dẫn .(Khoảng dẫn
của các van phụ thuộc vào tải ) .
- 12 -
Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T
3
dơng và katot T
4
âm ,
nếu có xung điều khiển mở đồng thời T
3
,T
4
thì các van này đợc mở
thông và U
d
= - U
2
, với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ
trớc
(Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp ng-
ợc trên van đợc biểu diễn trên hình vẽ).
+ Giá trị trung bình của tải
U
d

=

+




dU .sin.2
2
2
2
=

cos.
2
22
2
U
= U
do
cos .
U
do
: điện áp trung bình tải trong chỉnh lu cầu không điều khiển .
+ Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) .
+ Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp
I
2
=

+




2
2
2
d
I
= I
d

+ Điện áp ngợc lớn nhất van phải chịu
U
nv
=
2
U
2

+ Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình
I
T
=

+

2
2
1
d
I
=
2
Id
= 0.71 I
d
+ K
dm
= 0,67
+ Công suất biến áp S
ba
= 1,23P
d
* Nhận xét :
- 13 -
i
2
I
d
U
T1
o
i
T3T4
I

d
2?
i
T1T2
I
d
o
a
i
d
Ud
I
d
2?
Chất lợng điện áp của chỉnh lu cầu một pha giống nh chỉnh lu hình tia .
Hình dạng đờng cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn , hệ số đập
mạch nh trong chỉnh lu hình tia .
+ Ưu điểm :
_ Điện áp ngợc trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lu hình tia U
nv
=
2
U
2
.
_ Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với
chỉnh lu hình tia .
+ Nhợc điểm :
_ Số van nhiều hơn
_ Điều khiển van T

1
,T
2
và nhóm T
3
, T
4
phải đồng thời nên khó khăn
hơn.
* Nhận xét chung
Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lu điều khiển
cầu một pha.
II. Phân tích mạch lực.
1. Mạch lực ta chọn là mạch chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng 4
góc phần t.
Tải ta coi là RLE , cuộn cảm L đợc thêm vào để lọc điện áp và dòng .


= phát xung mở T
1
, T
2

T
1
T
2
dẫn T
3
, T

4
khoá
U
d
= U
2

= + phát xung mở T
3
, T
4

T
1
, T
2
khoá ; T
3
, T
4
dẫn (mở)
U
d
= - U
2

- 14 -
+ §iÖn ¸p trung b×nh t¶i
U
d

=
π
22
U
2
cos α
+ §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van
U
nv
=
2
.2 U

+Dßng liªn tôc nªn i
d
=I
d

Ph¬ng tr×nh m¹ch t¶i

.2
2
U
sin
θ
=R.i
d
+X
L
.

dt
di
+E

∫∫∫∫
+Π+Π+Π+Π
Π
+
Π
+
Π
=
Π
α
α
α
α
α
α
α
α
θθθ
d
E
diXiRdU
dLd
.
1
.
1

.sin2
1
2
U
d
=RI
d
+E
+Dßng hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p
I
2
=
dd
IdI =
Π
∫
+Π
α
α
θ
2
1
2) Trïng dÉn
- 15 -
i
2
I
d
i
T1T2

I
d
2?
o
a
i
d
Ud
I
d
i
T3
i
T1
I
d
o
i
d
Ud
2?
Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L
a

Giả sử T
1
,T
2
đang mở cho dòng chảy qua i
T1,

i
T2
=I
d

Khi

+=
phát xung mở T
3
,T
4

Vì có L
a
nên dòng i
T1
,i
T2
không giảm đột ngột về 0 mà dòng i
T3
,i
T4
cũng
không tăng đột ngột từ 0 đến I
d

Lúc này cả 4 van cùng mở thông cho dòng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch
u
d

=0
Nguồn e
2
bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i
c

Phơng trình

).(sin2
2 aa
a
a
LX
d
di
XU



==
i
c
=
))cos((cos
.2
)sin(
.2
2
0
2

+=+

cc
X
U
X
U
đặt i
c
=i
c1
+i
c2
,i
c1
=i
c2
=0,5.i
c

i
c1
:làm tăng dòng trong T
4
và làm giảm dòng trong T
2

i

c2
: làm tăng dòng trong T
3
và làm giảm dòng trong T
1


( )( )

+= coscos
.2
.2
2
4,3
c
T
X
U
i


( )( )

+= coscos
.2
.2
2
2,1
c
dT

X
U
Ii
Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn tức khi
,
à
=
thì i
T1,2
=0
( )
2
.2
2
coscos
U
IX
dc
=+
à
Ta thấy so với không trùng dẫn đặc tính điện áp sụt một phần và đó là sụt áp
gây ra do trùng dẫn
à
U

( )
( )( )
à

à

à
+

=
=+

=

coscos.
.2
sin 2
.2
2
2
0
2
U
dUU
- 16 -

=
dc
IX
U
2
à
khi đó giá trị trung bình điện áp trên tải là
U
d

=U
d
-



=

dcdc
IX
U
IX 2
cos
2.2
2
2


U
d

=R.I
d
+E
3) Nghịch lu phụ thuộc
Trong đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện nào đó
nó có
thể làm việc ở chế độ nghịch lu - là chế độ biến đổi năng lợng dòng một
chiều
phía tải

thành dòng điện xoay chiều cấp trở lại lới điện .chế độ làm việc nh
vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng lợng .
Để sức điện động E phát năng lợng trở lại lới điện thì dòng và áp phải ngợc
chiều nhau U
d
và I
d
ngợc nhau
Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta điều
chỉnh sao cho
- chiều dòng nh cũ
- đảo chiều sức điện động E
d

- ở trong chế độ chỉnh lu với góc mở là


thì U
d
=U
d0
.cos

.
nên nếu
0
2
<

>
d
U

tức là điện áp trên tải thay đổi cực tính và ngợc chiều
van Do đó đẻ duy trì dòng chảy qua van từ A đến K của van thì ta phải đảo
chiều E
d
và đảm bảo
d
UE >
vậy ở chế độ chỉnh lu ,dòng trong mạch đợc
duy trì bởi
U
d
E >0 thì trong chế độ nghịch lu phụ thuộc dòng đợc duy trì bởi
0>
d
UE
Trong chế độ nghịch lu lới điện nhận năng lợng từ phía tải
Điều kiện hoạt động chế độ nghịch lu phụ thuộc
-
2

>


- Đảo chiều E
d

- Đảm bảo
d
UE >
Xét dạng điện áp trên van .
Trong mạch có điện cảm biến áp nên nó có quá trình trùng dẫn với góc trùng
dẫn
à
- 17 -
xét T
1
,T
2
đang dẫn ,

=
phát xung mở T
3
,T
4
,U
A
> U
K
nên có dòng qua van
và
a
o
2?
à
Ud

T1,T
2
vẫn còn dẫn từ đó 4 van cùng dẫn trong khoảng
à
.Sau đó T1 ,T
2

khoá và T
3
,T
4
mở
Điện áp ngợc trên van T1 ,T
2
U
nv
=
( )

22
sin 2 UU =
Điện áp ngợc chỉ xuất hiện trên van trong khoang từ
à
+=
đến
=

vì
sau đó điện áp trên T1 ,T
2

lại là thuận (U
A
> U
K
)
Nh vậy trong một chu kỳ làm việc mỗi van chỉ chịu điện áp ngợc trong
khoảng từ
à
+=
đến
=

tức là trong khoảng thời gian
)(
à
+=

,khoảng thời gian này khá nhỏ .
Nếu
off
à
<+ )(
(ứng với thời gian phục hồi Thyristor)
,Thyristor sẽ tự mở trở lại không cần dòng điều khiển (mở tự nhiên )
Khi đó trong mạch cả hai nguồn cùng phát năng lợng khi đó I
d
rất lớn gây
sự cố sập nghịch lu .
Do đó để an toàn phải có
off

à
>+ )(

Chọn
o
off
10=

( ứng với t
off
=555
s
à
thì có thể khoá van Thyristor thông th-
ờng )
)(
off
à
+<
Vậy góc mở

phải thoả mãn trong nghịch lu phụ thuộc là

)(
2
off
à
+<<

2 )Chọn phơng án mạch lực cho phần kích từ

ta có công suất phần kích từ.
P
kt
= U
t
.I
t
= 50.2= 100 W.
- 18 -
Vì ta không điều chỉnh phần kích từ và phần kích từ có dòng nhỏ, điện áp
thấp ta không nên sử dụng sơ đồ cầu mà ta sử dụng sơ đồ tia hai pha có
điêm trung tính
- 19 -
chơng III
Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đồ nguyên lý
mạch thiết kế
1). Sơ đồ mạch lực
Sơ đồ nguyên lý của mạch đảo chiều động cơ, ta có hai sơ đồ chỉnh lu
hoạt động riêng rẽ, độc lập
a). Chỉnh lu I chạy (phát xung điều khiển).
Chỉnh lu II không chạy (không đợc phát xung điều khiển).
b).Chỉnh lu I nghỉ U
d
< 0
Chỉnh lu II chạy U
d
< 0
Tất cả sự phức tạp nằm trong quá trình đảo chiều . Nếu đảo chiều không
đúng thì gây ra sự cố trong mạch.
- Do tính chất Tiristor là bán điều khiển vì vậy việc ngắt xung điều khiển

cha đảm bảo bộ chỉnh lu đó đã nghỉ vì lý do :
- Tiristor đang dẫn việc cắt xung điều khiển không ảnh hởng gì đến sự
dẫn của nó, nó sẽ tiếp tục dẫn và chỉ khoá khi dòng về không.
Sau khi dòng về không nó chỉ khoá chắc chắn sau một thời gian nữa
(thời gian phục hồi) do đó tối thiểu ta phải phát hiện bộ chỉnh lu này nghỉ cha
và sau khi nghỉ hoàn toàn mới đợc khởi động bộ chỉnh lu kia

cần một phần
tử đo dòng để phát hiện dòng bộ chỉnh lu đó đã vê không ( Tiristor khoá ) .
- 20 -
Sau khi phát hiện dòng về không phải giữ một thời gian trễ để Tiristor khoá
chắc chắn bấy giờ mới đợc khởi động bộ sau . Từ những lý do trên ta phải
thiết kế mạch điều khiển để điều khiển sự hoạt động của mạch đảo chiều động
cơ .
2 . Thiết kế mạch điều khiển .
Ta dùng hệ điều khiển pha xung để điều khiển van . Tham số điều khiển
thiết bị chỉnh lu là góc mở

vì vậy để điều khiển thiết bị chỉnh lu ta dùng
thiết bị pha xung . Do đó ta thiết lập hệ thống phát xung Tiristor mà xung này
phải đợc dịch pha trong quá trình hoạt động so với điện áp phía mạch lực - hệ
thống này gọi là hệ thống điều khiển pha xung.
ở hệ thống điều khiển này ta thiết kế hệ thống điều khiển pha xung theo
nguyên tắc dọc.
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristor để có thể điều
khiển đợc góc mở của Tiristor trong vùng điện áp + anod ta cần tạo một
điện áp tựa dạng tam giác (điện áp răng ca). Nh vậy điện áp tựa cần có trong
vùng điện áp dơng anod.
Dùng một điện áp 1 chiều U
đk

so sánh với điện áp tựa tại thời điểm (t
1
, t
4
)
điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (U
rc
= U
đk
), trong vùng điện áp dơng anod
thì phát xung điều khiển X
đk
. Tiristor đợc mở từ thời điểm có xung điều khiển
(t
1
,t
4
) cho tới cuối bán kỳ (Khi dòng về O)
- Nguyên lý điều khiển chỉnh lu.
u
df
t
t
t
t
t
u
r
c
u

đk
u
d
x
đk
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển: Gồm 3 khâu cơ bản
Đồng pha
So sánh
Tạo xung
Nhiệm vụ các khâu:
- 21 -
+ Khâu đồng pha có tác dụng tạo điện áp răng ca trùng pha với điện áp
anod của Tiristor.
+ Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển,
tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (U
đk
= U
rc
) thì phát xung ở đầu ra gửi
sang tầng khuếch đại.

+ Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor. Xung mở
Tiristor có yêu cầu sờn dốc, thẳng đứng đảm bảo yêu cầu của Tiristor mở tức
thời khi có xung điều khiển.
3) Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.
Hiện nay mạch điều khiển chỉnh lu thờng đợc thiết kế theo nguyên tắc
thẳng đứng tuyến tính nh đã nói ở trên. Theo nhiệm vụ của các khâu đã giới
thiệu ta chọn các khâu cơ bản của 3 khâu trên.
Ngày nay các vi mạch đợc chế tạo ngày càng nhiều, chất lợng ngày càng
cao, kích thớc gọn nhẹ, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có
thể cho ta chất lợng điện áp tựa tốt. Trên cơ sở đó ta chọn khuếch đại thuật
toán để tạo điện áp tựa và có sơ đồ nh sau:
Để xác định thời điểm cần mở của Tiristor ta cần so sánh 2 tín hiệu U
đk
và
U
rc
việc so sánh hai tín hiệu có thể thực hiện bằng Transistor. Tại thời điểm U
đk
= U
rc
đầu vào Transistor lập trạng thái mở Tiristor. Với tín hiệu U
đk
U
rc
=
U
b
có vùng điện áp nhỏ cỡ mV do đó Transistor không hoạt động và đóng cắt
nh ta mong muốn. Khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại vô cùng lớn chỉ
cần một tín hiệu rất nhỏ àV ở đầu vào thì đầu ra cũng có tín hiệu. Do đó u

điểm của nó hơn hẳn Transistor sơ đồ này có thể phát xung điều khiển
chính xác tạo U
đk
= U
rc
.
Ta sử dụng khuếch đại thuật toán làm khâu so sánh.
- 22 -
1
1
2
r
1
2
r
v
1
3
r
1
r
1
A
3
u
ra
u
rc
u
đk

Tầng khuếch đại cuối cùng ta dùng 2 Transistor đấu theo kiểu darlington
và đợc ghép với biến áp xung sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng đợc nhu cầu
khuếch đại công suất, do đó hay đợc dùng trong thực tế.
Đối với một số mạch để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số l-
ợng xung kích mở nhằm đảm bảo Tiristor mở một cách chắc chắn ngời ta chọn
cách phát xung chùm cho các Tiristor. Nguyên tắc phát xung chùm là trớc khi
vào tầng khuếch đại ta chèn thêm một cổng với tín hiệu vào nhận từ tầng so
sánh và từ bộ phát xung chùm.
AND
Tới khuếch đại
Từ so sánh
Từ chùm sáng
- 23 -
r1
v
r2
Tõ c¸c kh©u trªn ta ghÐp l¹i thµnh cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn.
Gi¶n ®å c¸c ®êng cong m¹ch ®iÒu khiÓn
- 24 -
So do mach tao xung dieu khien
u
v
b
T
r
R
3
r
f
D

3
A
1
r
7
c
2
A
6
r
8
and
A
3
r
6
r
5
A
2
C
1
cx
r
9
t
t
3
t
2

t
1
u
đk
ua
t
5
t
4
t
t
t
t
t
u
rc
ue
uf
t
t
t
t
Hoạt động của mạch điều khiển
+ Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với điện áp
anod của Tiristor T qua khuếch đại thuật toán (KĐTT) A
1
cho ta chuỗi xung
chữ nhật đối xứng UB. Phần áp dơng của điện áp chữ nhật UB qua điôt D
1
tới

A
2
tích phân thành điện áp tựa U
rc
. Điện áp âm của điện áp tựa UB làm mở
thông Transistor T
r1
kết quả A
2
ngắn mạch với (U
rc
=0) trong vùng UB âm. Trên
đầu ra của A
2
ta có chuỗi điện áp U
rc
gián đoạn.
Điện áp U
rc
đợc so sánh với điện áp điều khiển U
đk
tại đầu vào của A
3
.
Tổng đại số của U
đk
+ U
rc
quyết định dấu điện áp đầu ra của KĐTT A
3

. Trong
khoảng 0-t
1
với U
đk
> U
rc
điện áp UD có điện áp âm. Trong t
1
- t
2
điện áp U
đk
vaU
rc
đổi ngợc lại làm cho UD lật lên dơng các khoảng thời gian tiếp theo giải
thích điện áp UD tơng ứng.
Mạch đa hài tạo chùm xung A
4
cho ta chuỗi xung tần số cao với điện áp
UE trên sơ đồ dao động đa hài cần có tần lớn hàng trục KHZ ở đây chỉ mô tả
định tính hai tín hiệu UD, UE cùng đợc đa tới khâu AND hai cổng vào. Khi
đồng thời có cả hai tín hiệu dơng UD, UE ta sẽ có xung ra UF. Các xung ra
UF làm mở thông các Transistor kết quả ta nhận chuỗi xung nhọn X
đk
trên
biến áp xung để mở Tiristor T. Điện áp U
d
sẽ xuất hiện trên tải từ thời điểm có
xung điều khiển đầu tiên tại các thời điểm t

2
, t
4
trong chuỗi xung điều khiển
của mỗi chu kỳ điện áp nguồn cấp cho tới cuốn bán kỳ điện áp anod.
- 25 -
Chơng IV
Tính toán mạch lực.
I. Chọn van cho mạch lực phần ứng
Ta có U
d
= 80 V, I
d
= 20 A
Van động lực cần chọn dựa trên các thông số:
- Điện áp ngợc của van
- U
lv
= k
nv
.U
2
Với U
2
=
u
d
k
U
, k

nv
=
2
(Sơ đồ cầu một pha k
u
= 0,9)

)(7,125
9,0
80
2 VU
lv
==
Ta có I
lv
= I
hd
= k
hd
.I
d
(với k
hd
=
2
1
)
2
20
2

==
d
lv
I
I
= 14,14 (A)
Trong đó:
- U
lv
: điện áp làm việc cực đại (V).
- I
lv
, I
d
: dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van (A).
- k
u
: hệ số điện áp của sơ đồ.
- k
hd
: hệ số dòng điện hiệu dụng
Thông số cần có của van động lực:
U
nv
= k
dt
. U
lv
= 2. 125,7 = 251,4 (V).
I

đmv
= k
i
.I
lv
= 4.14,14 = 56,56 (A).
Thờng I
lv
= (10 ữ 30)%I
đmv
. ở đây ta chọn I
lv
= 25% I
dmv
.
Với các thông số đã tính toán ở trên ta chọn loại van Tinstor có các thông
số:
Loại van Tinstor C
48
C
300
U
nmax
= 300 v - điện áp ngợc cực đại.
I
đm
= 80 A - dòng điện làm việc cựa đại
I
pik
= 800 A - dòng điện đỉnh cựa đại

I
g
= 100 mA dòng điện xung điều khiển
U
g
= 3 V -điện áp xung điền khiển
I
h
= 100 mA dòng điện tự giữ
I
r
= 4mA dòng điện rò
U = 3,1 V - sụt áp trên van ở trạng thái dẫn
du/dt =100 v/s -tốc độ tăng điện áp
di/dt = 150 A/às - tốc độ tăng dòng điện .
T
cm
= 80às - thời gian chuyển mạch.
T
max
= 125
0
c -nhiệt độ làm việc cực đại
Do mạch chỉnh lu đảo chiều phần ứng có các van giống nhau nên ta
chọn đồng loại 8 van ti ri stor
Loại C
48
C
300
.

II) Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạnh động lực .
1) Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ .
- 26 -
1CC
cd
at
2CC
3CC
2) Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dấn
Khi làm viêc thì van có dòng điện chảy qua do đó trên van có sụt áp ,do
đó có tổn hao công suất P , tổn hao này sinh ra công suất nhiệt đốt nóng van
bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ đợc phép làm việc dới nhiệt độ cho phép
T
cf
nào đó ,nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van sẽ bị hỏng .để van bán dẫn
làm việc an toàn ,không bị chọc thủng ví nhiệt thì ta phải chọc và thiết kế hệ
thống toả nhiệt hợp lí.
+)Tính toán cánh tản nhiệt
Tổn thất công suất trên một Tiristos
P =U.I
lv
=3,1.14,14 = 43,83 (A)
-Diện tích bề mặt toả nhiệt

.
m
m
K
P
S

=
Trong đó : P - tổn hao công suất W
- độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trờng.
Chọn nhiệt độ môi trờng T
mt
=40
0
C, nhiệt độ làm việc cho phép của
Tiristos 125
0
C, chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt T
lv
=80
0
C.
Do đó =T
lv
- T
mt
=40
0
C
K
m
- hệ số toả nhiệt bằng đối lu và bức xạ. chọn K
m
= 8 [W/m
2
.

0
C]
Do đó:
137,0
40.8
83,43
==
m
S
(m
2
)
Ta chọn loại cánh toả nhiệt có 12 cánh kích thớc mỗi cánh
a*b = 8*8 (cm*cm)
Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S = 12*2*8*8 = 1536 (cm
2
).
- 27 -