ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BỘ BĂM SUNG MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VỚI SỐ LIỆU CHO TRƯỚC .DOC

Đề bài: Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng)
để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) với số liệu
cho trước:
Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn §øc HuyÒn
Nhãm ®å ¸n §TCS 5 – Líp T§H2 K48
Ph¬ng ¸n 4.
Phương
án
Điện áp
lưới (VAC)
Dòng điện định
mức
Điện áp phần
ứng
Phạm vi điều
chỉnh tốc độ
1 110 20 120 10:1
2 220 8 220 15:1
3 380 15 100 20:1
4 127 V 6 A 400 V 25:1
5 300 10 600 15:1
Mục lục
Đề bài 1
Lời nói đầu 2
Chơng I
Giới thiệu về động cơ điện một chiều
I.1 Đặt vấn đề
I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều.
I.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
I.2.2 Động cơ điện kích thích độc lập
I.3 Các vấn đề khác khi điều khiển động cơ điện một chiều.

I.3.1 Các góc phần t làm việc
I.3.2 Các chế độ làm việc của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
I.3.3 Vấn dề phụ tải
I.4 Các phơng án tổng thể
4
Chơng II
Mạch băm xung
II.1 Gii thiu v bm xung mt chiu (BXDC)
II.1.1 Phơng pháp thay đổi độ rộng xung
II.1.2 Phơng pháp thay đổi tần số xung
II.1.3 Nhn xét
II.2 Các s bm xung
II.2.1 S gim áp (Step-down (Buck))
II.2.2 Biến đổi tăng áp (step-up (boost))
II.2.3 S bm o cc (Step-down/up (buck-boost))
II.2.4 B o dòng
II.2.5 B o áp
II.2.6 B Chopper lp E
1. S nguyên lý
2. Các phng pháp iu khin
II.3 Kt lun
II.3.1 Chn mch lc
II.3.2 Chn phng pháp iu khin
II.3.3 Chn van bán dn
18
Chơng III
Thiết kế mạch lực
III.1. Tính toán chn van
III.1.1 Chn Diode cụng sut
III.1.2 Chn các van bán dn

42

2
Chơng IV
Thiết kế mạch điều khiển
IV.1. Yêu cầu chung của mạch điều khiển
IV.2. Nguyên lý của mạch điều khiển
54
Lời nói đầu
ng dng in t cụng sut trong truyn ng in iu khin tc ng
c in l lnh vc quan trng v ngy cng phỏt trin. Cỏc nh sn xut khụng
ngng cho ra i cỏc sn phm v cụng ngh mi v cỏc phn t bỏn dn cụng sut
v cỏc thit b iu khin i kốm. Do ú khi thc hin ỏn chỳng em ó c gng
cp nht nhng kin thc mi nht, nhng cụng ngh mi trong lnh vc iu
khin cỏc phn t bỏn dn cụng sut. Vi yờu cu thit k mch bm xung mt
chiu iu khin ng c in mt chiu kớch t c lp cú yờu cu o chiu
quay theo nguyờn tc i xng , chỳng em ó c gng tỡm hiu k v cỏc phng
ỏn cụng ngh sao cho bn thit k va m bo yờu cu k thut, yờu cu kinh t .
Vi hy vng ỏn in t cụng sut ny l mt bn thit k k thut cú th ỏp
dng c trong thc t nờn chỳng em ó c gng mụ t c th, t m v tớnh toỏn
c th cỏc thụng s ca cỏc s mch.
Mc dự chỳng em ó rt n lc v c gng lm vic vi tinh thn hc hi v
quyt tõm cao nht tuy nhiờn õy l ln u tiờn chỳng em lm ỏn, v c bit
do trỡnh hiu bit ca chỳng em cũn nhiu hn ch nờn chỳng em khụng th
trỏnh khi nhng sai sút, chỳng em mong nhn c s phờ bỡnh gúp ý ca cỏc
thy giỳp chỳng em hiu rừ hn cỏc vn trong ỏn cng nh nhng ng
dng thc t ca nú bn ỏn ca chỳng em c hon thin hn .V chỳng em
hi vng trong mt tng lai khụng xa, chỳng em cú th ỏp dng nhng kin thc
v hiu bit thu c t chớnh ỏn u tiờn trong cuc i sinh viờn ca chỳng
em vo thc t cng nh s phỏt trin hn nú trong cỏc ỏn sau ny.

Trong quỏ trỡnh lm ỏn chỳng em ó nhn c s giỳp v ch bo rt
tn tỡnh ca thy giỏo Dơng Văn Nghi .Chỳng em xin chõn thnh cm n thy v hi
vng thy s giỳp chỳng em nhiu hn na trong vic hc tp ca chỳng em sau
ny.
Nhúm sinh viờn thc hin.


3
Chơng I
Giới thiệu về động cơ điện một chiều

I.1 Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về
chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng ,
không thể thiếu đợc trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt
của con ngời. Nó luôn đi trớc một bớc làm tiền đề nhng cũng là mũi nhọn quyết
định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia
nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện.
Do tính u việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , cả
máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ
vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng đợc sử dụng rộng
rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định nh
trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc
độ quay liên tục trong phạm vi rộng (nh trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu
máy điện ). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một
chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo
quản cổ góp phức tạp hơn nhng do những u điểm của nó mà máy điện một chiều
vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song u điểm lớn nhất của

động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu nh bản thân
động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng đợc hoặc nếu đáp ứng đợc thì phải chi
phí các thiết bị biến đổi đi kèm (nh bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một
chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực,
mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lợng cao.
Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ữ
85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ữ 94% .Công suất
lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài
trăm cho đến 1000v. Hớng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu
kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề
rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi
đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế
bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều

4
kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng . Đây là một trong những phơng pháp đợc
dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập
với yêu cầu đảo chiều quay động cơ theo phơng pháp đối xứng .Đây là một phơng
pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và đợc sử dụng rộng rãi bởi những tính năng
và đặc điểm nổi bật của nó mà chúng em sẽ phân tích và đề cập sau này.
I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều.
I.2.1) Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng nh máy phát điện một chiều ngời
ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có
các loại động cơ điện loại:
- Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần
ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :I = I.
- Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp
ko đổi, mạch kích từ đợc mắc song song với mạch phần ứng nên I = I
u

+I
t
- Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ
có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = I =I
t
.
- Kích thích hỗn hợp ta có: I = I
u
+I
t
Với mỗi loại động cơ trên thì sẽ tơng ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều
khiển và ứng dụng là tơng đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài
này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu
nhất để điều khiển loại động cơ này.
I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+Phơng trình đặc tính cơ: là phơng trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ (n) và
mômen (M) của động cơ có dạng chung

M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2

+

=

Thông qua phơng trình này, ta có thể thấy đợc sự phụ thuộc của tốc độ động cơ vào
mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông ), từ đó đa ra phơng án để
điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phơng án tối u nhất.
Với những điều kiện U

= const, I
t
= const thì từ thông của động cơ hầu nh không
đổi, vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đờng đặc tính cơ của động cơ là đờng
thẳng.
Thờng dạng của đặc tính là đờng thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mômen
ngắn mạch còn giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải của động cơ
Ngời ta đa thêm đại lợng




=
M
để đánh giá độ cứng. Đặc tính càng dốc càng
cứng (

càng lớn) tức là mômen biến đổi nhiều nhng tốc độ biến đổi ít và ngợc lại.
Đặc tính càng ít dốc càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhng tốc độ biến đổi nhiều
thay đổi.

5


Để hiểu đợc nguyên lý và lựa chọn phơng pháp điều chỉnh tối u, trớc hết ta đi xét
đặc tính của động cơ điện. Đó là quan hệ giữa tốc độ quay với mômen (hoặc dòng
điện) của động cơ.
+Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện
áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện kháng, điện trở vào động
cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có các điểm làm việc định mức có giá trị M
đm
,
đm
.
+Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn
hoạc nối thêm các đIện trở, điện kháng.
Để so sánh các đặc tính cơ với nhau, ngời ta đa ra khái niệm độ cứng của đặc tính
cơ: =/ (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc).
a) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ kích từ độc lập đợc thể hiện nh dới đây:
Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau: gọi là động cơ điện kích từ
độc lập.
Phơng trình đặc tính cơ xuất phát:
ufuuu
IRREU )(
++=

6

o
M
Mnm
Mt

t
0
+U: điện áp phần ứng.
+E: sức điện động phần ứng.
+R: điện trở 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
i
: điện trở cuộn bù.
+r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện.
+R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng.
+I: dòng điện mạch phần ứng.
+E đợc xác định theo biểu thức sau:

=
a
pN
Eu
2
+ 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.
+

: từ thông kích từ dới một cực từ.
+: tốc độ góc.

a
pN
K

2
=

Trong đó K là hệ số cấu tạo của động cơ.

nKE
eu
=

55,9/60/2 nn

==


Vì vậy

n
a
pN
E
u
=
60


K
K
K
e
105,0
55,9
==
Suy ra

u
fu
u
I
K
RR
K

U

+


=

Biểu thức (*) là phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ của động cơ đợc xác định
udt
IKM =
Suy ra

=
KMI
dtu
/

Thay vào (*) ta đợc

dt
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(

+


=



7
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen
điện từ bằng M.
Ta có
M
K
RR
K
U
fu
u
2
)(
+


=

Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập. Đồ thị hình vẽ:
Nhận xét :
+ I=0 hoặc M=O ta có

0

=
+
=
fu
u
RR
U
Đây là tốc độ không tải lý tởng của động cơ

+ = 0 thì
fu
u
RR
U
I
+
=
: Dòng điện ngắn mạch.
nmnm
MIKM ==
: Mômen ngắn mạch.


=

=
0
K
RI
K
U
u


8


o
M
Mnm
Mt

t
0


=

+


=
0
2
)(

M
K
RR
K
U
fu
u

M
K
R
I
K
R
K
U
RRR
u
u
fu
2
0
)(

=

=

=
+=

Từ đó có thể tốc độ đông cơ điện một chiều phụ thuộc vào các đại lợng là: U, R, I.
Nh vậy thông qua các đại lợng biến thiên này mà ta có thể điều khiển đợc tốc độ
động cơ điện một chiều.

b) Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều là một trong các nội dung chính
của truyền động điện nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghệ nào đó của các máy sản
xuất.Điều chỉnh tốc độ là dùng phơng pháp thuần tuý điện tác động lên bản thân
hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện. Tốc độ quay
của động cơ điện thờng bị thay đổi do sự biến thiên của tải ,của nguồn hay chế độ
làm việc nh mở máy ,hãm máy và do đó gây ra các sai số so với tốc độ ,kĩ thuật
mong muốn Trong các hệ thống truyền động điện thờng căn cứ vào một số chỉ
tiêu kinh tế ,kĩ thuật cơ bản ,các chỉ tiêu này đợc tính khi thiết kế và điều chỉnh
động cơ điện
Trong thực tế có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
+ Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ.
+ Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông phần ứng hay thay đổi điện áp phần
ứng cấp cho mạch kích từ.
+ Điều chỉnh bằng thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
b.1) Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
Chỉ áp dụng đợc với động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song
làm việc ở chế độ kích thích độc lâp. Loại này cần có thiết bị nguồn nh: máy phát
điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển có chức năng biến năng
lợng điện xoay chiều thành một chiều có sđđ E
b
điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển
Uđk.

9
Ta có phơng trình



M
U
IKR
K
RR
K
E
RRIEE
dk
udmud
Km
udb
dm
b
udbuub
=

+


=
+=

)(
)(

0
Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên đặc tính cơ cũng không đổi. Tốc độ
không tải lí tởng tuỳ thuộc giá trị U
đk
của hệ thống. Đồ thị tuyến tính do đó mới nói
phơng pháp này là triệt để. Để xác định dải điều chỉnh tốc độ.
Chú ý:
+ Phơng pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi
+ Tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp U
đk
của hệ thống do đó có
thể nói phơng pháp này điều khiển là triệt để.
+ Giải điều chỉnh tốc độ của hệ tthống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng
với điện áp định mức và từ thông định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị
giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động.
+Với một cơ cấu máy cụ thể có
dmM
MK ,,
max0

xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh
D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng




dm
dm
M
M

=
=
min0min
max0max


dmMcnm
MKMM
==
maxmin
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có môn
men ngắn mạch là
dmMcnm
MKMM .
maxmin
==
(K
M
: là hế số mômen quá tải). Họ đặc
tính cơ là các đờng thẳng song song nên ta có

10

1
1
/)1(
)1(
1
)(
max0

max0
minmin


=


=
==
M
dm
dmM
dm
M
dm
dmnm
K
M
MK
M
D
K
M
MM

Với
dmM
MK ,,
max0

xác định ở mỗi máy. D phụ thuộc tuyến tính vào . Khi điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh
thì điện trở mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ do đó có
thể tính sơ bộ đợc:
10/
max0

dm
M

.
Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ không vợt quá 10, Vậy với yêu cầu của để bài ta
sẽ điều chỉnh dải điện áp ra trong dải điều chỉnh đã cho.
Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp này rất thích hợp trong những trờng hợp
M
t
=const trong toàn dải điều chỉnh.
b.2) Điều chỉnh từ thông động cơ
Điều chỉnh từ thông kích thích động cơ điện một chiều chính là điều khiển mômen
điện từ của động cơ điện
u
IKM =
. Do mạch kích từ của động cơ điện một chiều
là phi tuyến vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến.
Từ sơ đồ trên ta đợc

dt
d
rr
e
i
k
kb
k
u

+
+
=

r
k
: điện trở dây quấn phần ứng.
r
b
: điện trở nguồn đIện áp kích thích.
k

: số vòng dây cuộn kích từ.
Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng bằng U
đm
do đó các đặc tính cơ
thấp nhất trong vùng điều khiển là từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng

11

định mức, từ thông định mức và gọi là đặc tính cơ bản (đôi khi là đặc tính cơ tự
nhiên).
Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch
của cổ góp điện. Khi giảm từ thông dẫn đến tăng vận tốc góc thì điều kiện chuyển
mạch của cổ góp bị xấu đi mặt khác vẫn phải bảo đảm I cho phép. Kết quả là
mômen cho phép trong động cơ giảm rất nhanh kể cả khi giữ nguyên I thì momen
cơ cũng giảm đi rất nhanh.
b.3) Thay đổi điện trở phụ Rf
Từ phơng trình đặc tính (*)

u
fu
u
I
K
RR
K
U

+


=
(*)
Thực tế ngày nay ngời ta không dùng phơng pháp này . Vì phơng pháp này chỉ cho
phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dới tốc độ định mức, và luôn kèm theo tổn
hao năng lợng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy ph-
ơng pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ và thực tế thờng dùng ở
động cơ điện trong cần trục.
c) Kết luận

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có nhiều hạn chế
so với phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phơng pháp thay đổi từ thông bị
hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện chuyển mạch của cổ góp
điện. Cụ thể phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có các u điểm hơn nh sau
1 - Hiệu suất điều chỉnh cao (phơng trình điều khiển là tuyến tính, triệt để) hơn khi
ta ding phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng nên tổn hao công suất điêù khiển
nhỏ.
2 - Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn
mạch giảm, dòng ngán mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động
động cơ.
3 - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điều chỉnh xác
định là nh nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục.
Tuy vậy phơng pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có
nguồn áp điều chỉnh đợc xong nó là không đáng kể so với vai trò và u đIểm của nó.
Vậy nên phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi.
1.3 Các vấn đề khác khi điều động cơ điện một chiều.
1.3.1 Các góc phần t làm việc

12
II:Hãm II: Động cơ
II: Hãm
II:Động cơ
P
c
=M
d
<0
P
c
=M

d
>0
P
c
=M
d
>0
P
c
=M
d
<0


M
M
c
M
c
M
c
M
c
Trạng thái hãm và trạng thaí động cơ đợc phân bố trên đặc tính cơ ở góc phần t t-
ơng ứng với chiều mômen và tốc độ nh hình vẽ.
+ I, III: trạng thái động cơ (


cùng chiều với M).
+ II, IV: trạng thái hãm (

ngợc chiều với M).
Công suất cơ P
cơ
=M
đ
.

Công suất điện của động cơ P
đ
=P
cơ
+

P (

P: tổn hao công suất)
1.3.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
a) Khởi động
Xuất phát từ phơng trình đặ tính cơ của động cơ điện một chiều

u
fu
u
I
K
RR
K
U

+


=
(*)
Khi khởi động nên
R
U
I
dm
nm
=
.ở động cơ công suất trung bình và lớn thì R thờng có
giá trị nhỏ nên dòng điện khởi động ban đầu (dòng ngắn mạch) tơng đối lớn

dmnm
II 5,22 ữ=
Với giá trị dòng lớn, sẽ không cho phép về mặt chuyển mạch và phát nóng của
động cơ cũng nh sụt áp trên lới đIện.tác hại này còn nghiêm trọng hơn đối với
những hệ thống cần khởi động (Khi hãm máy cũng xảy ra hiện tợng tơng tự).
Vậy quá trình điều khiển tốc độ động cơ cũng phải gắn với chế độ khởi động. Phải
đảm bảo điều kiện tối thiểu

dmnm
II 5,22 ữ=
Dễ đi đến một nhận xét là lựa chọn phơng pháp điều khiển giảm áp phần ứng
là phù hợp hơn cả vì khi khống chế dòng ngắn mạch o chế độ khởi động còn hạn
chế đợc điện áp khởi đông. Do điều khiển là làm giảm áp.
b) Chế độ hãm.

13
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều tốc độ quay,
Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngợc, và hãm
động năng.
b.1) Hãm tái sinh
Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng. Khi đó
U > E. Động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới. So với chế độ
động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều xác định theo biểu thức

0
0
<

=

=
R
KK
R
EU
I
uu
h


hh
IKM =
. Trị số hãm sẽ lớn dần cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải
thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ
00

>
d
. Vì sơ đồ đấu dây của mạch động
cơ không đổi nên phơng trình đặc tính cơ tơng tự nhng mômen có giá trị âm. Đờng
đặc tính cơ nằm trong góc phần t thứ hai và thứ t (hình 2-14 ttđ)
Trong hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả về lới điện có
giá trị P = (E-U) I. Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh năng lợng
hữu ích.
Ví dụ: cơ cấu nâng hạ cần trục. Khi nâng tải động cơ đợc đấu vào nguồn theo
cực tính thuận và làm việc trên đặc tính c làm trong góc phần t thứ nhất. Khi muốn
hạ tải phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Lúc này nếu mômen do
trọng tải gây ra lớn hơn mômen ma sát trong các bộ phận chuyển động của động cơ
xh trạng thái hãm tái sinh. Tốc độ hạ cần trục tăng dần tới
0

>
od
b.2) Hãm ngợc
Xảy ra khi phần ứng dới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận
chuyển động hoặc do thée năng quay ngợcchiều với mô men điện từ của động cơ,
mômen của động cơ khi đó chóng lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
b.2.1) Hãm ngợc khi đa điện trở phụ vào mạch phần ứng (tăng tải)
Đặc tính hãm ngợc sđđ tác dụng cùng chiều với điện áp lới, Động cơ làm
việc nh một máy phát nối tiếp với lới điện, biến điện năng nhận từ lới điện và cơ
năng thành nhiệt đốt nóng điện trở tổng mạch phần ứng, vì vậy tổn thất lớn.
b.2.2) Đảo chiều điện áp phần ứng
Dòng điện Ih ngợc chiều với chiều làm việc của đọng cơ và có thể khá lớn

fu

uu
h
RR
EU
I
+

=

Nên rất nguy hiểm phải có biện pháp hạn chế dòng trong phạm vi cho phép:
dmnm
II 5,22 ữ=
c) Hãm động năng
Là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà năng lợng cơ học của
động cơ đợc tích luỹ đợc trong quá trình làm việc trớc đó biến thành điện năng tiêu
tán dới dạng nhiệt

14
c.1) Hãm động năng tụ kích từ độc lập
Khi ta cắt phần ứng động cơ khỏi lới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm

hu
hd
hu
u
hd
RR
K
RR
E

I
+

=
+

=


0<=
hdh
IKM

Chứng tỏ I
hd
và M
hd
ngợc chiều với tốc độ ban đầu. Năng lợng chủ yếu đợc tạo ra do
động năng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ.
c.2) Hãm động năng tự kích
Nhợc điểm là nếu mất điện thì không thực hiện hãm đợc do cuộn dây kích từ
vẫn phải nối với nguồn.muốn khắc phục ngời ta sử dụng phờng pháp hãm động
năng tự kích từ. Nó xảy ra khi ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ ra khỏi lới điện
khi đông cơ quay để đóng vào một điện trở hãm. Trong quá trình hãm tốc độ giảm
dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ thông giảm dần và là hàm tốc độ vì vậy đặc
tính cơ nh đặc tính không tải của máy phát điện tự kích thích và phi tuyến.so với
phơng pháp hãm ngợc. Hãm động năng có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc
độ và mômen cản, tuy nhiên hãm động năng u việt hơn về mặt năng lợng đặc biệt
hãm động năng tự kích vì không tiêu thụ năng lợng từ lới. Sử dụng đợc kể cả khi
mất điện.

1.3.3 Vấn dề phụ tải
Đặc tính của phụ tải cũng là vấn đề cần phải quan tâm khi điều khiển động
cơ điện một chiều. Với các loại khác nhau ta sẽ chọn phơng pháp phù hợp và tính
toán khác nhau.có thể phân ra thành 3 loại cơ bản theo sự thay đổi của mômen cản
theo tốc độ. Khi tốc độ động cơ thay đổi, mômen phụ tải có thể là
+ Không đổi: thang máy (1)
+ Tăng: nh trong quạt gió, bơm
+ Giảm: các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, truyền động quay trục chính máy cắt
gọt kim loại

15
Ta thờng mong muốn đặc tính này là tuyến tính (4) vì vấn đề thiết kế sẽ
phức tạp lên rất nhiều khi sự thay đổi lại là phi tuyến đặc biệt là khi tải biến đổi.
Nên ở đây ta sẽ chỉ xét trờng hợp phụ tải có mômen là hằng số trong toàn dải điều
chỉnh.
Qua phân tích trên đây, việc điều khiển điện áp phần ứng đợc chọn là phù hợp.
giải pháp mà ngời ta thờng dùng hiện nay là băm xung áp điều khiển dó ra bằng bộ
băm xung áp một chiều mà ta sẽ đề cập ở vấn đề tiếp theo.
I.4.Phân tích các phơng án tổng thể.
I.4.1.các chỉ tiêu đánh giá
I.4.1.1.Hệ số đập mạch điện áp ra các bộ chỉnh lu
Điện áp ra các bộ chỉnh lu có hệ số đập mạch:
k
dm
=
0
d1
U
d
U

Trong đó: k
dm
là hệ số đập mạch
U
1d
là biên độ sóng hài bậc 1
U
0d
là thành phần không đổi
k
dm
=
( )
1
1
2
2
2
+


tgm
m
dm
dm
dm
m
là số lần đập mạch trong 1 chu kì điện áp lới

là góc mở

1
2
3
4
16
Hệ số đập mạch k
dm
ở 1 số sơ đồ chỉnh lu với các góc mở khác nhau:

0
0
30
0
60
0
89
0
Chỉnh lu tia 3
pha
0.25 0.50 1.32 43
Chỉnh lu cầu
3 pha
0.057 0.206 0.597 19.64
I.4.1.2.Công suât tính toán MBA nguồn S
ba
:
S
ba
Chỉnh lu tia 3 pha

1.35P
d
Chỉnh lu cầu 3 pha
1.05 P
d
I.4.2.Phân tích các phơng án
I.4.2.1.Sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha có điều khiển
Sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha có những đặc điểm sau:
-Hệ số sử dụng MBA là 1.35, khá lớn so với 1.05 của sơ đồ cầu 3 pha. Vì vậy làm
tăng đáng kể công suất, kích thớc và khối lợng MBA.
-Hệ số đập mạch lớn, dạng điện áp ra xấu dẫn đến tăng kích thớc bộ lọc
-Để tảI động cơ điện 1 chiều có thể đảo chiều quay thì phảI đấu song song ngợc 2
bộ chỉnh lu, làm tăng số lợng van, kích thớc, giá thành thiết bị.
Vì những lí do trên mà ta không dùng sơ đồ này.
I.4.2.2.Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển

17
Đặc điểm sơ đồ này:
-Khi góc điều khiển thay đổi từ 0 đến 90
0
thì hệ số đập mạch thay đổi khá nhiều,
từ 0.057 đến 19.64. Nh vậy dạng điện áp ra cũng không đẹp, làm tăng kích thớc,
khối lợng bộ lọc trớc khi cấp cho tảI động cơ.
-Cũng nh sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha, để có thể đảo chiều quay động cơ ta phảI đấu
song song ngợc 2 bộ chỉnh lu, dẫn đến tăng số lợng van, tăng kích thớc thiết bị.
I.4.2.3.Dùng 1 bộ chỉnh lu cầu 3 pha không điều khiển và 1 bộ băm xung 1
chiều có đảo chiều.
Đặc điểm:
-Hệ số sử dụng MBA là 1.05, nên công suất thiết kế, khối luợng MBA giảm đI
nhiều

-Điện áp ra bộ chỉnh lu cầu 3 pha không điều khiển có hệ số đập mạch là 0.057 khá
bằng phẳng nên giảm đuợc kích thớc, khối luợng bộ lọc trớc khi cấp cho mạch băm
áp 1 chiều.

18
-Mạch băm áp 1 chiều với tần số băm xung 200-400 Hz đã có thể cho chất lợng
điện áp ra khá tốt
-Ngoài ra bộ băm xung 1 chiều làm viêc tin cậy, độ chính xác cao, dễ điều chỉnh.
Qua phân tích trên ta they với yêu cầu thiết bị gọn nhẹ, chất lợng điện áp tốt thì
chọn sơ đồ băm xung 1 chiều có đảo chiều là hợp lý.

19
Chng II
BM XUNG MT CHIU (BXDC)
II.1 Gii thiu v bm xung mt chiu (BXDC):
BXDC cú chc nng bin i in ỏp mt chiu, nú cú u im l cú th
thay i in ỏp trong mt phm vi rng m hiu sut ca b bin i cao vỡ tn
tht ca b bin i ch yu trờn cỏc phn t úng ct rt nh.
So với các phơng pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động
cơ một chiều nh phơng pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều,
bằng bộ biến đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lu có điều khiển thì
phơng pháp dùng mạch băm xung có nhiều u điểm đáng kể: điều chỉnh tốc độ và
đảo chiều dễ dàng, tiết kiệm năng lợng, kinh tế và hiệu quả cao, đồng thời đảm bảo
đợc trạng thái hãm tái sinh của động cơ. Cùng với sự phát triển và ứng dụng ngày
càng rộng rãi các linh kiện bán dẫn công suất lớn đã tạo nên các mạch băm xung có
hiệu suất cao, tổn thất nhỏ, độ nhạy cao, điều khiển trơn tru, chi phí bảo trì thấp,
kích thớc nhỏ. Mạch băm xung đặc biệt thích hợp với các động cơ một chiều công
suất nhỏ.
in th trung bỡnh u ra s c iu khin theo mc mong mun mc dự
in th u vo cú th l hng s (c qui, pin) hoc bin thiờn (u ra ca chnh

lu), ti cú th thay i.Vi mt giỏ tr in th vo cho trc, in th trung bỡnh
u ra cú th iu khin theo hai cỏch:
- Thay i rng xung.
- Thay i tn s bm xung.
II.1.1 Phơng pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phơng pháp này là thay đổi t
1
, giữ nguyên T. Giá trị trung bình
của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

t
t
1
t
2
T
20
1
d
t .U
U .U
T
= =
Trong đó đặt:

1
t
T
=
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.

Nh vậy theo phơng pháp này thì dải điều chỉnh của U
ra
là rộng (0 < 1).
II.1.2 Phơng pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phơng pháp này là thay đổi T, còn t
1
= const. Khi đó:
1
d 1
t
U .U t .f.U
T
= =
Vậy U
d
= U .
T
f
1
1
=

Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phơng pháp trên. Thực tế phơng pháp biến
đổi độ rộng xung đợc dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không cần thiết bị biến
tần đi kèm.
II.1.3 Nhn xột
õy ta chn cỏch thay i rng xung, phg phỏp ny gi l PWM
(Pulse Width Modulation).Theo phng phỏp ny tõn s bm xung s l hng
s.Vic iu khin trng thỏi úng m ca van da vo viờc so sỏnh mt in ỏp
iu khin vi mt súng tun hon (thng l dng tam giỏc(Sawtooth)) cú biờn

nh khụng i.Nú s thit lp tn s úng ct cho van,tn s úng ct ny l
khụng i vi di tn t 400Hz n 200kHz.Khi
>
Control st
u u
thỡ cho tớn hiu iu
khin m van, ngc li khúa van.

21
II.2 Cỏc s bm xung:
Sơ đồ nguyên lý nh sau:
Phần tử điều chỉnh quy ớc là khoá S (van bỏn d n i u khi n).
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính
chất cảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Đi-ôt mắc ngợc với U
d
để thoát
dòng tải khi khoá K ngắt.
+ S đóng U đợc đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tởng thì u
d
= U (nếu bỏ qua sụt
áp trên các van trong bộ biến đổi).
+ S mở hở mạch giữa nguồn và tải, nhng vẫn có dòng i
d
do năng lợng tích
luỹ trong cuộn L và L
tải
, dòng chạy qua D, do đó u
d
=0.
Nh vậy, U

d
U. Tơng ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt:

on
off
on
t
off
t
U
ra
22
d
I
U
W
U
= =
Sơ đồ nh sau:
Đặc điểm: L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải. Cuộn cảm L

không
tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ S đóng, dòng điện từ +U qua L S -U. Khi đó D tắt vì trên tụ có U
C
(đã
đợc tích điện trớc đó).
+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L D Tải. Vì từ thông trong L không
giảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm e

L
dt
d
w

=
,
có cùng cực tính U. Do đó tổng điện áp: u
d
=U + e
L
. Vậy ta có bộ biến đổi tăng
áp.
Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lợng từ nguồn U ở chế độ liên tục và
năng lợng truyền ra tải dới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt:
d
I
U
1
W
U 1
= =



23
a. Sơ đồ mắc nh sau:
Ti l ng c mmt chiu c thay bi mch tng ng R-L-E. L
1

chỉ đóng
vai trò tích luỹ năng lợng. C đóng vai trò lọc
b. Hot ng
+ S đóng, trên L
1
có U, dòng chạy từ +U S L
1
-U. Năng lợng tích luỹ
trong cuộn cảm L
1
; đi-ôt D tắt; U
d
=U
C
, tụ C phóng điện qua tải.
+ S ngắt, cuộn cảm L
1
sinh ra sức điện động ngợc chiều với trờng hợp đóng
D thông năng lợng từ trờng nạp và C, tụ C tích điện; u
d
sẽ ngợc chiều với U.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U. Giá trị tuyệt đối |U
d
| có thể lớn hơn
hay nhỏ hơn U ngu n
II.2.4 B Chopper lp C (B o dũng)
a) S nguyờn lý

24
Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương

đương R-L-E
b) Nguyên lý hoạt động.
 Chế độ động cơ:
Trong khoảng
0 t T≤ ≤ γ
, động cơ được nối nguồn qua
1
S
,điện áp đặt lên
động cơ là U.
Trong khoảng
T t Tγ ≤ ≤
,
1
S
ngắt,động cơ được nối ngắn mạch qua
2
D
,điện
áp đặt lên động cơ là 0.
 Chế độ hãm tái sinh:
Trong khoảng
0 t T≤ ≤ γ
,
2
S
ngắt,động cơ được nối nguồn qua
1
D
,điện áp

đặt lên động cơ làU.
Trong khoảng
T t Tγ ≤ ≤
,
2
S
dẫn,động cơ được nối ngắn mạch qua
2
S
,điện
áp đặt lên động cơ là 0.
c) Biểu đồ dạng sóng dòng và áp trên tải

25