Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Lời nói đầu
Trong quá trình sản xuất truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công
đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Đặc biệt trong dây truyền sản xuất tự
động hiện đại, truyên động điện đóng vài trò quan trọng trong việc nâng cao năng
suất và chất lợng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động luôn luôn đợc quan tâm
nghiên cứu và nâng cao chất lợng để đáp ứng với yêu cầu công nghệ mới.
Ngày nay do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử, tin học, các hệ truyền động
điện ngày càng phát triển và có những thay đổi đáng kể. Đặc biệt do công nghệ
sẩn xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi
điện tử công suất trong hệ truyện động diện không những đáp ứng đợc độ nhanh,
độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thớc giá thành của hệ. Một
trong các hệ đó là hệ truyền động của động cơ điện một chiều.
Do u điểm của động cơ một chiều về điều chỉnh tốc độ nên hiện nay động cơ
điện một chiều đợc sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các lĩnh vực nh giao thông vận
tải, cơ khí luyện kim vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều là một trong
những vấn đề quan trọng trong lĩnh vực truyền động điện. Để điều khiển động cơ
điện thì có rất nhiều hệ nh MF- ĐC, Hệ XA- ĐC, CL-ĐC. Đối với mỗi hệ lại có
những u nhợc điểm riêng. Khí chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có
những kiến thức không chỉ mạch động lực mà còn những kiến thức về mạch điều
khiển và tính chọn các thiết bị thế nào cho hợp lý cũng rất cần thiết.
Vì thế việc tìm hiều một cách tỷ mỷ về lĩnh vực điện tử công suất là việc cần
thiết, nên trong đề tài của em Thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cho động cơ điện
một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay đợc trình bày gồm 4 chơng:
Chơng 1: Tổng quan về các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Chơng 2: Lựa chọn thiết kế mạch động lực.
Chơng 3: Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển.
Chơng 4: Thiết kế vòng kín theo nguyên lý tối u hóa module.
Do hạn chế về nhiều mặt nên để tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất
mong nhận đợc sự góp ý, nhận xét của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Nguyễn Vũ Thanh, các thầy cô trong bộ

môn TBĐ - ĐT, khoa SPKT và các bạn cùng khóa đã nhiệt tình, quan tâm, giúp đỡ
em trong quá trình thực hiện đồ án này.
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2009.
Sinh viên
Ngô Thị Nguyệt Anh.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
1
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Mục lục
Lời nói đầu.....................................................................................................1
Mục lục............................................................................................................2
Danh sách hình vẽ.....................................................................................5
Mở đầu..............................................................................................................7
Chơng 1
Tổng quan về các phơng pháp điều chỉnh tốc độ
của động cơ..................................................................................................9
1.1. Động cơ một chiều và các phơng trình đặc tính cơ .......................................9
1.1.1. Động cơ một chiều..................................................................................9
1.1.2. Phơng trình đặc tính.............................................................................10
1.2. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều..........................13
1.2.1. Thay đổi điện trở phụ ........................................................................14
1.2.2. Thay đổi từ thông .................................................................................15
1.2.3. Thay đổi điện áp phần ứng...................................................................16
1.2.4. Nhận xét chung về các phơng pháp ....................................................17
CHƯƠNG 2
lựa chọn thiết kế mạch động lực..............................................19
2.1. Chọn sơ đồ mạch động lực .........................................................................19
2.1.1. Điều chỉnh tốc độ truyền động điện.....................................................19
2.1.2. Khảo sát hệ truyền động chỉnh lu _ động cơ.......................................21
2.1.3. Chọn sơ đồ chỉnh lu nguồn một chiều.................................................25

2.2. tính toán sơ đồ mạch động lực.....................................................................35
2.2.1. Tính chọn Thyristor :...........................................................................36
2.2.2. Tính toán máy biến áp chỉnh lu ..........................................................37
2.2.3. Thiết kế cuộn kháng lọc .......................................................................50
2.2.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực .....................................58
Website: Email : Tel : 0918.775.368
2
Website: Email : Tel : 0918.775.368
CHơNG 3:
thiết kế mạch điều khiển...................................................................63
3.1. Yêu cầu và nhiệm vụ của mạch điều khiển..................................................63
3.1.1. Yêu c u m ch i u khi n: .................................................................63
3.1.2. Ch c n ng: ...........................................................................................63
3.2. Nguyên tắc điều khiển..................................................................................64
3.2.1. Nguyên tắc i u khi n th ng ng arccos : .................................64
3.2.2. Nguyên t c i u khi n thẳng ng tuy n tính: ...............................66
3.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển ........................................................................66
3.3.1. Khâu đồng pha......................................................................................68
3.3.2. Khâu so sánh........................................................................................70
3.33. Tạo xung chùm điều khiển.....................................................................71
3.3.4. Khâu khuếch đại..................................................................................73
3.4. Sơ đồ mạch điều khiển.................................................................................75
3.4.1. Sơ đồ mạch điều khiển của Tiristor.(trang bên). hinh3.11................75
3.4.2. Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển:........................................76
3.5. Tính toán mạch điều khiển...........................................................................76
3.5.1. Tính biến áp xung:...............................................................................77
3.5.2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng:.........................................................78
3.5.3. Chọn cổng AND:.................................................................................79
3.5.4. Chọn tụ C3 và R9: .............................................................................80
3.5.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm:..............................................................80

3.5.6. Tính chọn tầng so sánh:......................................................................81
3.5.7. Tính chọn khâu đồng pha:...................................................................81
3.5.8. Tạo nguồn nuôi:...................................................................................82
3.5.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:...............................83
Chơng 4:
thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý tối u module..89
4.1. Khái quát chung về điều khiển tối u module.............................................89
Website: Email : Tel : 0918.775.368
3
Website: Email : Tel : 0918.775.368
4.1.1. Sơ qua về phơng pháp dùng bộ khuếch đại tổng:................................89
4.1.2. Phơng pháp điều khiển tối u module:..................................................90
4.2. Mô hình hệ thống chỉnh lu_động cơ đơn giản ...........................................90
4.2.1 Hàm truyền của động cơ một chiều kích từ độc lập:...........................91
4.2 2. Hàm truyền của bộ thyristor................................................................92
4.3. Nguyên lý điều khiển tối u modul...............................................................92
4.4. Hệ thống điều khiển động cơ một chiều hai mạch vòng ............................97
4.5. Cấu trúc cơ bản của hệ tự động điều chỉnh tối u module hai mạch vòng....97
4.6. Mô phỏng hệ thống động cơ một chiều........................................................99
kết luận......................................................................................................109
tài liệu tham khảo.............................................................................110
Website: Email : Tel : 0918.775.368
4
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Danh sách hình vẽ
H.1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ độc lập.......................................8
H.1.2: Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập...............10
H.1.3: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.......................10
H.1.4: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi
thay đổi Rf mạch điện phần ứng.............................................................12

H.1.5: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi
giảm từ thông......................................................................................................14
Hình 1-2. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều
kích từ kích độc lập.............................................................................12
Hình 1-3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ kích độc lập.........................................................................................12
Hình .1 - 4. Các đặc tính của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập khi thay đổi Rf mạch phần ứng.................14
Hình1 - 5. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập
khi giảm từ thông .................................................................................16
Hình 1 . 6. Các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích
từ độc lập.....................................................................................................17
H.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi van................................22
Hình 2-2 Đặc tính cơ của động cơ trong hệ CL- Đ................24
Hình 2.3. Chỉnh lu tia ba pha.............................................................27
Hình 2.4. Đờng cong điện áp tải khi góc mở = 600 .............28
Hình 2.5. Chỉnh lu tia sáu pha. ..........................................................29
Hình 2.6. Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng. ............31
Hình 2.7 Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
.............................................................................................................................33
Website: Email : Tel : 0918.775.368
5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Hình 2-8 :Sơ đồ nguyên lí mạch động lực..................................35
Hình 2.11 .Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ ................58
Hình 2.12 .Mạch R_C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch .
.............................................................................................................................61
Hình 2.13 .Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lới .........................61
Hình 2.14 Mạch cầu ba pha dùng điôt tải RC bảo vệ do cắt

MBA non tải..................................................................................................61
Hình 3.1 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS. .65
Hình 3.2 . Nguyên lý điều khiển chỉnh lu..................................66
Hình 3.4: Hình dạng xung điều khiển Thyristor...................67
Hình 3.5: Sơ đồ đấu dây biến áp đồng pha..................................69
Hình 3.8: Một số sơ đồ chùm xung..................................................72
Hình 3.12 .Sơ đồ nguyên lí tạo nguồn nuôi ..............................83
H3.13 .Kích thớc mạch từ biến áp....................................................85
Website: Email : Tel : 0918.775.368
6
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Mở đầu

1. Tên đề tài.
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cho động cơ điện một chiều
kích từ độc lập không đảo chiều quay.
2. Lý do chọn đề tài .
Trong những năm gần đây kỹ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn
phát triển mạnh mẽ, các thiết bị điện tử công suất có nhiều u điểm: có khả năng
điều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thớc và trọng lợng thấp, độ tin cậy và
độ chính xác cao ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lợng là điều khiển
điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngợc lại ngày càng sâu, rộng.
Khi chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có những kiến thức không
chỉ mạch động lực mà cả kiến thức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị
thế nào cho hợp lý cũng rất cần thiết
Hiện nay động cơ một chiều đợc sử dụng rộng rãI trong các lĩnh vực nh giao
thông vận tải, cơ khí, .do có u điểm về ổn định tốc độ. Vì vậy việc điều khiển
động cơ một chiều là một trong những vấn đề quan trọng trong truyền động điện.
Vì vậy trong đồ án này tôi đi nghiên cứu về Thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cho
động cơ điện một chiều kích từ độc lập để làm rõ hơn về động cơ điện một chiều

kích từ độc lập. Hy vọng đề tài này sẽ giúp ích cho các bạn đang và muốn nghiên
cứu về động cơ một chiều.
3. Đối tợng và mục tiêu nghiên cứu
Đối tợng nghiên cứu:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay.
Mục tiêu nghiên cứu:
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cho động cơ điện một chiều kích từ độc
lập không đảo chiều quay.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thiết kế mạch động lực cho động cơ điện một chiều
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ điện một chiều
Thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý tối u module ổn định tốc độ
5. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài Thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cho động cơ điện một chiều
kích từ độc lập không đảo chiều quay dành cho sinh viên chuyên
ngành điện các trờng trung học chuyên nghiệp và cao đẳng, đại học và
các trung tâm đào tạo nghề điện.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
7
Website: Email : Tel : 0918.775.368
6. Phơng pháp nghiên cứu
Tổng hợp và phân tích lý thuyết làm cơ sở thiết kế mạch động lực và
mạch điều khiển phù hợp với thông số yêu cầu, qua đó thiết kế mạch vòng
kín theo nguyên lý tối u module điểu khiển để ổn định động cơ.
7. Dự kiến kết cấu nội dung.
Dự kiến kết cấu nội dung của đề tài gồm 4 chơng:
Chơng 1
Tổng quan về các phơng pháp điều
chỉnh tốc độ của động cơ
Chơng này trình bày về động cơ một chiều và các phơng pháp điều

chỉnh tốc độ của chúng.
Chơng 2
Lựa chọn thiết kế mạch động lực
Chơng này trình bày về các sơ đồ mạch động lực từ đó lựa
chọn mạch động lực phù hợp, qua đó đi tính toán sơ đồ mạch.
Chơng 3
Thiết kế mạch điều khiển
Chơng này trình bày về nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên tắc hoạt động
của mạch điều khiển qua đó lựa chọn mạch điều khiển đa ra các thông số
để tính toán mạch phù hợp với yêu cầu của đề bài.
Chơng 4:
Thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý
tối u module
Chơng này sẽ trả lời cho câu hỏi:
Thế nào là nguyên lý tối u module?
Mục đích làm gì?
Xây dựng các hàm truyền thế nào?
Kết quả mô phỏng matlap ra sao?
8. Dự kiến kết quả nghiên cứu
Thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Thiết kế mạch vòng theo nguyên lý tối u module để ổn định
động cơ.
9. Lĩnh vực ứng dụng
Là tài liệu học tập cho sình viên ngành điện tìm đợc lời giải cần
thiết khi nhận một bài toán thiết kế các bộ nguồi điện tử công suất.
Là tài liệu tham khảo cho các kỹ s và các cán bộ nghiên cứu khi thiết kế, lắp
đặt, sửa chữa, vận hành các thiết bị điện tử công suất
Website: Email : Tel : 0918.775.368
8