Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
* Số liệu cho trước:
+ Các giáo trình, tài liệu chuyên môn
+ Các trang bị máy móc tại xưởng thực tập, thí nghiệm
* Nội dung cần hoàn thành:
+ Giới thiệu khái quát về các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
+ Tìm hiểu và phân tích một số mạch điều chỉnh tốc độ động cơ DC
+ Thiết kế, chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ DC đảm bảo yêu cầu:
+ Điều chỉnh tốc độ động cơ DC-12v:
+ Có đảo chiều động cơ DC
+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm
+ Sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật. Quyển thuyết minh và
các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài.

Giáo viên hướng dẫn
……………………

Ngày giao đề tài: ……………
Ngày hoàn thành: …………..

2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày

3

tháng năm 2010
Giáo viên


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
MỤC LỤC
Chương I:...........................................................................................................................7
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ.................................................................................7
A. VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU...............................7
I.Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều........................................................7
...................................................................................................................................7
J..................................................................................................................................8
...................................................................................................................................8
K................................................................................................................................8
L.................................................................................................................................8
...................................................................................................................................8
1.Phần tĩnh (stato)..................................................................................................8
2.Phần động (roto): gồm có những bộ phận sau:...................................................9
3.Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.............................................9
4.Các đại lượng định mức......................................................................................9
II.Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều....................................................10

1.Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song.............................................10
5.Động cơ điện kích thích nối tiếp.......................................................................10
6.Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ.............11
B.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ.................................12
I. Đặt vấn đề.................................................................................................................12
II. Hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.....................................13
1. Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng..................................................................13
2.Thay đổi từ thông động cơ................................................................................15
II. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ..........16
2.Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh )...................................................16
7.Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh)...............................................................................16
8.Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ...................................16
Chương II:.......................................................................................................................17
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU.........................................................................................................17
A. Bộ xung áp một chiều.........................................................................................18
1.Khái quát...........................................................................................................18
2.Ba phương pháp điều chỉnh điện áp trên tải.....................................................19
3.Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi xung áp một chiều...........................................20
II.Bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều......................................................................21

4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.Sơ đồ nguyên lý:...............................................................................................21
2.Phương pháp điều khiển độc lập......................................................................21
3.Phương pháp điều khiển đối xứng....................................................................21
9.Phương pháp điều khiển không đối xứng.........................................................23
D.Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.........................29

Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy năng
lượng từ trường để tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào. Ngoài những cái trên thì
PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC -AC , hay trong biến tần, nghịch
lưu....................................................................................................................................35
Chương III:......................................................................................................................35
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...........36
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC...................................................36
I.Lựa chọn sơ đồ thiết kế.........................................................................................36
1.Mạch tạo nguồn nuôi cho IC............................................................................36
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT..........................................................37
I.Tính toán mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có đảo chiều điều
khiển đối xứng.....................................................................................................38

5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu
trong quá trình phát triển kinh tế, CNH – HĐH đất nước. Trong những thành tựu
khoa học – kỹ thuật phục vụ công cuộc phát triển đất nước thành công, phải kể
đến cả những đóng góp của ngành tự động hoá trong cả đời sống, cũng như trong
sản xuất công nghiệp mà Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài toán kĩ
thuật phức tạp trong lĩnh vực tự động hóa. Việc ứng dụng điện tử công suất vào
truyền động điện điều khiển tốc độ động cơ trong các xí nghiệp công nghiệp hiện
đại ngày càng nhiều và không thể thiếu. Một trong những ứng dụng của đtcs
trong sản xuất công nghiệp là điều khiển tốc độ động cơ một chiều
Đồ án gồm các Nội dung sau:

Chương I : Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều và các phươg pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ
Chương II: Các mạch băm xung 1 chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ DC khác
Chương III: Tính toán thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển
Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên máy tính.
Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi cộng
với quyết tâm cao nhất, song do trình độ còn có hạn nên chúng em không thể
tránh khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận được sự phê bình, góp ý của
các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn , đặc biệt
là cô Nguyễn Thị Luyến đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng em hoàn
thành quyển đồ án môn học này.

6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Chương I:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện 1 chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng, không thể thiếu. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát
điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều giữ
một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và ở các thiết bị
cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép,
máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Một động cơ điện một chiều có giá thành đắt
hơn các động cơ không đồng bộ hay các động cơ xoay chiều khác do sử dụng
nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... nhưng do
những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn đóng vai trò 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 tuỳ theo những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn
nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu
như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng
được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như 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 lượng
cao.
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động cơ
điện có công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94%. Công suất lớn nhất của
động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm cho
đến 1000V. Hiện nay, hướng phát triển là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng
cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy có công suất lớn hơn. Với
trình độ hiểu biết còn hạn chế, quyển đồ án môn học này 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 kích từ bằng nam châm vĩnh cửu theo nguyên tắc không đối xứng.
A. VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
I. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều.

7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

J.

K.

L.

M.

Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân tích thành 2 phần chính là phần tĩnh
và phần quay.
1. Phần tĩnh (stato)
Là bộ phận đứng yên của máy gồm các bộ phận chính sau:
∗ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện hay thép cacbon ghép lại. Trong máy điện nhỏ, có thể dùng thép khối. Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng có bọc cách điện.

8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Cực từ phụ: được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường được làm bằng thép khối. Dây quấn của cực từ phụ
giống như dây quấn của cực từ chính.
∗ Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
∗ Các bộ phận khác: nắp máy, cơ cấu chổi than…
∗

2. Phần động (roto): gồm có những bộ phận sau:
∗ Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng bằng những lá thép kỹ thuật
điện có phủ cách điện mỏng 2 mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy
gây nên.
∗ Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Dây quấn
phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ, dây
quấn phần ứng có tiết diện tròn còn trong máy điện cỡ trung bình và lớn, dây
quấn phần ứng có tiết diện hình chữ nhật.

∗ Cổ góp: còn được gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều.
∗ Các bộ phận khác gồm có: cánh quạt, trục máy…
3. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ: Khi đặt
vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường
sẽ tác dụng một từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyển
động. Chiều của từ lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích ở Stato, trong khe hở
không khí sẽ sinh ra từ thông. Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây
phần ứng đặt trong roto, thì dưới tác dụng của từ trường này trong dây quấn sẽ
sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay. Vì vậy, chiều quay của máy
trùng với chiều quay của momen điện từ. Theo quy tắc bàn tay trái, momen điện
từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái và lực điện
từ có giá trị f = B.l.i
4. Các đại lượng định mức.
Chế độ làm việc định mức được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn
máy và gọi là những lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại
lượng sau:
∗ Công suất định mức Pđm (kW hay W): là công suất cơ đưa ra ở đầu trục máy.
∗ Điện áp định mức Uđm (V).
∗ Dòng điện định mức Iđm (A).
∗ Tốc độ định mức nđm (vg/phút).

9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu
về điều kiện sử dụng…

II.Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
1. Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song.
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)
ω=

U u Ru + R f
−
.M
KΦ ( KΦ ) 2

Với những điều kiện U=const, It=const thì từ thông của động cơ hầu như không
đổi. Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường
thẳng:
ω
ω0

M
M®
m
Hình 1. Đường
đặc tính cơ của dộng cơ
điện kích từ song song

Do Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức thì tốc độ giảm rất ít
cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc
điểm như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong những trường
hợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi.
5. Động cơ điện kích thích nối tiếp.
Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phần
ứng : It= Iư=I. Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:

Φ=KΦ.I
Trong đó: Hệ số tỷ lệ KΦ chỉ là hằng số trong vùng I <0,8I đm, còn khi I >(0,8 ÷
0,9)Iđm thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ.

10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Φ2
Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng: M=CM.Φ.Iư=CM.
KΦ

⇒ n=

C M .U
Ce. K Φ .M

−

U
Ru
U2
nếu bỏ qua Rư thì: n =
hay: M= 2
C e .K Φ
M
n

Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
thích nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai:

ω*

M®

M*

Hình 2 Đường đặcmtính cơ của
động cơ một chiều kích từ nối
tiếp

Ta thấy, ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh
khi M tăng. Và khi mất tải (M=0, I=0) thì n có trị số rất lớn. Vì vậy thường chỉ
cho phép động cơ làm việc với tải tối thiều P 2=(0,2 ÷ 0,25)Pđm. Từ dạng đặc tính
cơ ta cũng có nhận xét là đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp rất mềm ⇒
động cơ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độ
thay đổi trong một vùng rộng.
6. Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào
các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
a. Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh )
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất
nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:
D = nmax/nmin.
Trong đó:
nmax : Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
nmin : Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta
chọn nmin làm đơn vị.

11

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ
thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
b. Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh)
Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác tốc độ đặt nđ .
S%=(nđ - n)/nđ
Trong đó : nđ là tốc độ đặt (rad/s).
n là tốc độ thực tế của động cơ (rad/s).
Khi n = nđ thì hệ thống đạt được độ chính xác cao.
S càng nhỏ thì độ chính xác càng cao.
c. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh
tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
γ = ni+1/ni
Trong đó:ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.
ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này
hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô
cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp. Lúc này hệ thống có thể làm việc ở một số
giá trị của tốc độ trong suốt dải điều chỉnh.
B. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
I. Đặt vấn đề
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông
số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông.
Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với
yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
* Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí: tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển

tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
* Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện: Phương pháp này làm giảm tính phức
tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều
chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai.
* Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi
phụ tải thay đổi của động cơ điện.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn
so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ

12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
* Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, tức là thay đổi Uư.
* Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ, tức là thay đổi từ thông Φ.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi φ có thể thay đổi được liên tục
và giữ được hiệu suất của động cơ là không đổi vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác
dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động cơ. Nhưng do
bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa
(Φ=Φđm=Φmax), nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều
chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi
các điều kiện cơ khí và đảo chiều quay nên phương pháp này không thích hợp
trong trường hợp động cơ kéo tải giao thông.
Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ chỉ cho phép điều chỉnh tốc
độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lên trên U đm của
động cơ. hương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm sau:
* Hiệu suất điều chỉnh cao.

* Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh.
* Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm U ư ⇒ mômen ngắn mạch Mnm
giảm, dòng ngắn mạch Inm giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động
động cơ.
* Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.
* Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh.
Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải có
nguồn điện áp điều chỉnh được.
Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần
ứng là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông. Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho
phép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp
với cơ cấu cơ khí như đã đề cập ở trên.
Cụ thể ta sẽ đi vào tìm hiểu hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều như sau.
II. Hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
1. Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng

13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
a. Sơ đồ khối

380V
LK

UĐK

BĐ

Đ

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh
tốc độ ĐCĐMCKTĐL bằng thay đổi
điện áp phần ứng

CKT

BĐ : bộ biến đổi điện áp
UĐK : điện áp điều khiển
Đ : động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b. Phương trình đặc tính cơ
n=

R +Rf
U dm
− u
M
K E Φ K E K M Φ2

c. Họ đặc tính cơ
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Uđm )

Uđm > U1 > U2 > U3

ncb > n1 > n2 > n3

U1
U2
U3
M
MC

Hình 4. Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

d. Nhận xét :
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng
động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều

14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn n cb. Phương pháp này chỉ
thích hợp cho những máy có MC không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh.
Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều
chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng.
Nhược điểm: Chỉ đạt được những tốc thấp hơn tốc độ cơ bản.Cần phải có bộ
nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao.
2. Thay đổi từ thông động cơ
a. Sơ đồ khối
380V
LK

UĐK

BĐ

CKT

Đ

Uư

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý điều
chỉnh tốc độ ĐCĐMCKTĐL
bằng thay đổi từ thông mạch
kích từ.

b. Phương trình đặc tính cơ

n=

R +Rf
U dm
− u
M
K E Φ K E K M Φ2

c. Họ đặc tính cơ
n

n1
n2
nc

b
0

Φ1

MC M2

φđm > φ1 > φ2
Φ2

M1

Φ đm

M

Mn

Hình 6. Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông.
d. Nhận xét :
Ncb < n1 < n2
Khi giảm từ thông thì sẽ được tốc độ cao hơn tốc độ định mức.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh tốc
độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb.

15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy có công suất

không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh như : máy mài vạn năng hoặc là máy
bào giường.
Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất
năng lượng ít, mang tính kinh tế. Thiết bị đơn giản.
II. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào
các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
2. Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh )
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất
nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:
D = nmax/nmin.
Trong đó:
nmax : Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
nmin : Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta
chọn nmin làm đơn vị.
Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ
thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
7. Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh)
Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác tốc độ đặt nđ .
St%=(nđ - n)/nđ
Trong đó : nđ : tốc độ đặt (rad/s).
n : là tốc độ thực tế của động cơ (rad/s).
Khi n = nđ thì hệ thống đạt được độ chính xác cao.
S càng nhỏ thì độ chính xác càng cao.
8. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh
tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
γ = ni+1/ni
Trong đó:
ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này
hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô
cấp.

16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp. Lúc này hệ thống có thể làm việc ở một số
giá trị của tốc độ trong suốt dải điều chỉnh.

Chương II:
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Khái niệm chung
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự
biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt,
làm giảm năng suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động
cơ là một yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất.
Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ,
nhưng tuỳ theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác
nhau. Muốn có được các tốc độ khác nhau trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc
cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của động cơ truyền động
chính… Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ
của động cơ truyền động.
Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu việt hơn
so với các loại động cơ khác. ĐCĐMC không những có khả năng điều chỉnh tốc

độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại
động cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng.
Từ phương trình đặc tính cơ, ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ :
+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
+ Thay đổi từ thông kích từ
+ Thay đổi điện áp phần ứng.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng để tăng R ư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ
quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm
hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong
cần trục.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thay đổi từ thông ( Φ )
đựơc sử dụng trong hệ truyền động có công suất lớn hoặc có yêu cầu về tốc độ

17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
làm việc lớn hơn tốc độ cơ bản. Vì phương pháp này được thực hiện trên mạch
kích từ của động cơ ( phần kích từ có công suất rất nhỏ so với công súât động cơ)
nên dễ dàng thay đổi tốc độ và đạt hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, ta chỉ có thể điều
chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ
định mức và giới hạn điều chỉnh bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều
của máy.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần
ứng không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng đòi hỏi phải có nguồn
riêng, có điện áp điều chỉnh được. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ
quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức
của động cơ điện.

Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh
tốc độ trên thì cần có các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho
mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Các bộ biến đổi được sử
dụng phổ biến trong công nghiệp hiện nay là:
+ Bộ biến đổi máy điện : gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy điện khuếch đại
+ Bộ biến đổi từ : Khuếch đại từ
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thysistor
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thysistor hoặc Tranzitor
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau
:
+ Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ)
+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ)
+ Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ ( KĐT- Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)…

A. Bộ xung áp một chiều
1. Khái quát
Điều áp một chiều là thiết bị nhằm điều chỉnh điện áp một chiều ra tải từ một
nguồn điện áp một chiều cố định.Để đóng cắt điện áp nguồn, người ta thường
dùng các khoá điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khoá lý
tưởng, tức là khi khoá dẫn điện (đóng) điện trở của nó không đáng kể; còn khi
khoá bị ngắt (mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng (điện áp trên tải sẽ bằng không).

18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

UR

K
E

λ

UR

E

R

UR
0

t1
T

Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi xung áp 1 chiều được mô tả như sau:
Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1 , khoá K đóng lại, điện áp trên tải U R sẽ có giá trị
bằng điện áp nguồn (UR = E); còn khoảng t1 ÷ T, khoá K mở ra và UR = 0.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:
UR =

λ

1
λ
E.dt = E = E.γ

∫
T 0
T

Trong đó: λ : Thời gian khoá K đóng.
γ : Hệ số điều chỉnh.
T : Chu kỳ đóng cắt của khoá K.
Nhận xét: nguồn E có thể không đổi nhưng có thể thay đổi được U t nhờ thay đổi
γ.
2. Ba phương pháp điều chỉnh điện áp trên tải
a. Giữ chu kỳ đóng cắt không đổi T = const: thay đổi thời gian đóng khoá K: t1
(hay λ ). Phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM
(pulse width modulation). Đây là phương pháp thông dụng nhất hiện nay và được
ứng dụng rộng rãi nhất.
Ưu điểm: làm việc với tần số không đổi (do chu kỳ không đổi) nên tham số của
hệ thống cũng ít thay đổi. Khi ω không thay đổi thì điện áp cũng không thay đổi.
b. Giữ nguyên thời gian đóng khóa K : t1 = const; thay đổi tần số đóng cắt T.
Phương pháp này gọi là phương pháp băm xung kiểu điều chỉnh f (phương pháp
xung tần); phương pháp này ít dùng.
c. Thay đổi cả tần số đóng cắt và thời gian đóng khoá K : thay đổi thường theo
quy luật: dòng điện có cường độ đập mạch ít nhất. Phương pháp này gọi là
phương pháp băm xung theo kiểu thời gian. Phương pháp này ít được sử dụng
nhất trong cả 3 phương pháp.
Như vậy, bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên
phụ tải. Nó có những ưu điểm cơ bản sau:
∗ Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với các
bộ biến đổi liên tục.

19

t


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì yếu
tố điều chỉnh là thời gian đóng khoá K mà không phải giá trị điện trở của các
phần tử điều chỉnh thường gặp trong các bộ điều chỉnh liên tục.
∗ Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục.
∗ Kích thước gọn, nhẹ.
Nhược điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp là:
∗ Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc
trong hệ thống kín.
∗ Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiều cho nguồn cũng như các thiết bị điều
khiển.
Tuy nhiên, bộ biến đổi xung áp vẫn được ứng dụng rộng rãi, nhất là khi các yếu
tố về độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định cũng như kích thước là những tiêu chí
được đặt lên hàng đầu.
Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục kW) và nhỏ (vài kW),
người ta thường dùng các khoá điện tử là các bóng bán dẫn lưỡng cực IGBT.
Trong trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta sử dụng GTO
hoặc tiristo.
Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp một chiều , tuỳ thuộc vào cách
mắc khoá điện tử song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung
áp thành nối tiếp hay song song.
Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện áp ra: bộ biến đổi xung áp
có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào; bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện
áp vào.
Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo
chiều hoặc bộ biến đổi điện áp có đảo chiều.
∗

3. Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi xung áp một chiều.
Sơ đồ cấu trúc gồm các phần tử chủ yếu như nguồn N, bộ lọc đầu vào L, khoá
điện tử (KĐT), bộ lọc đầu ra (LO) và phụ tải (PT) (cụ thể là động cơ một chiều).

i

E

Đ

N

L

KĐT

20

LO

PT


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Nguồn 1 chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu.
Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm. tụ C có thể được
thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy.Khoá điện tử (KĐT)
ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn.
Bộ lọc đầu ra (LO) có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.

Các bộ biến đổi xung áp một chiều được nêu ra ở đây chỉ sử dụng van điều khiển
hoàn toàn GTO, IGBT, BT.

II.Bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều.
1. Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý
Ở đây ta sử dụng van bán dẫn IGBT. Bộ BXMC dùng van điều khiển hoàn toàn
IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải.
Trong các hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ, do đó bộ biến
đổi này thường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập
có yêu cầu đảo chiều quay. Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm.
Các Điôt Đ1, Đ2, Đ3, Đ4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực
hiện quá trình hãm tái sinh. Các phương pháp điều khiển là: Điều khiển độc lập,
điều khiển đối xứng, điều khiển không đối xứng.
2. Phương pháp điều khiển độc lập.
Nếu ta muốn động cơ chạy theo chiều nào thì ta sẽ chỉ cho một cặp van chạy, cặp
còn lại sẽ khoá.
∗ Muốn động cơ quay thuận cho S1, S2 dẫn, S3, S4 nghỉ.
∗ Muốn động cơ quay nghịch cho S1, S2 nghỉ, S3, S4 dẫn.
3. Phương pháp điều khiển đối xứng.

21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Điều khiển đối xứng là kiểu điều khiển các van theo cặp. Theo phương pháp điều
khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thành hai cặp van mà trong mỗi cặp
thì hai van được điều khiển đóng cắt đồng thời. Tín hiệu điều khiển được tạo ra
bằng cách so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa (thường là dạng xung tam

giác):
∗ Nếu Udk > utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt.
∗ Nếu Udk < utua thì S1và S2 được kích tắt; S3 và S4 được kích dẫn.
a. Chế độ hoạt động:
∗ Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơ được
nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax.
∗ Trong khoảng 2: S1và S2 được kích tắt, S3 và S4 được kích dẫn, nhưng do tải có
tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 về nguồn, S3 và
S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id giảm từ Imax về
0.
∗ Trong khoảng 3: S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U, dòng i d
tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương).
∗ Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng do
trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theo chiều
cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện áp ngược
bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó id giảm theo chiều ngược
lại từ Imin về 0.
b. Tính toán các thông số của mạch:
∗ Trong khoảng 0 ≤ t ≤ γT , S1 và S2 dẫn hoặc khi D1 và D2 dẫn thì điện áp đặt
lên động cơ là U, ta có phương trình: U = E + Ri d + L

did
. với sơ kiện đầu
dt

i(0) = I min
−t
−t
U−E
L

.(1 − e τ ) + I min .e τ trong đó τ = .
R
R
∗ Trong khoảng γT < α < T , S3 và S4 dẫn hoặc D3 và D4 dẫn, điện áp đặt lên

Ta có: i(t) =

động cơ là –U
Ta có:

Ri + L

di
+ E = −U .
dt

Giải bằng phương pháp toán tử Laplace:
− (t −γT)
− (t −γT)
(E + U)
τ
i(t) = −
(1 − e
) + I max e τ
R
γT
2U  e τ − 1 ÷ U + E
Imin =
−
R  eT τ − 1 ÷

R



22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

2U  1 − e τ
=
R  1 − e− T τ

− γT

I max

 U+E
÷−
R
÷


Điện áp trung bình trên động cơ
∗ Trong khoảng 0điện áp đặt lên động cơ là –U nên điện áp trung bình đặt lên động cơ là:

1
[ γT × U − (T − γT) × (− U) ] = (2γ − 1)U
T

U − E (2γ − 1)U − E
=
Dòng điện trung bình qua động cơ là: Id = d
R
R
D
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các Diode là U ng.max = U
Ud =

Giá trị dòng trung bình qua tải là

It =

U
E
( 2γ − 1 − )
R
U

Dòng trung bình qua Điôt :
1
2.U τ (1 − b1−1 )(1 − a1b1 ) U
E
I D = ∫ i (t )dt =
− (1 − γ ) − (1 − γ )
T 0
R T
1 − a1
R
R

T

≈

E
2.U .γ (1 − γ ) U + E
U
−
(1 − γ ) = (1 − γ ) (2γ − 1 − ) = (1 − γ ) I t
R
R
R
U

Dòng trung bình qua van: Tương tự ta có IS = γIt
Điện áp ra tải có giá trị trung bình là Ut=(2γ-1)U
− Nếu γ = 0.5 thì Ut = 0
− Nếu γ > 0.5 thì Ut >0
− Nếu γ < 0.5 thì Ut <0
Như vậy bằng cách thay đổi giá trị γ mà ta thay đổi được giá trị điện áp ra tải và
cả dấu của nó. Do đó sẽ đảo chiều quay của động cơ.
9. Phương pháp điều khiển không đối xứng.
Đây là phương pháp thông dụng nhất vì chất lượng điện áp ra tốt hơn. Giả sử
động cơ quay theo chiều thuận, tương ứng với các cặp van S1, S2 làm việc; van
S3 luôn khoá, còn van S4 sẽ được đóng mở ngược pha với S1. (hình vẽ a, b, c,
d). Et sđđ của động cơ. Điện áp ra tải có dạng Ut = γ U (hình vẽ e). Bộ BXMC có
3 trạng thái làm việc:

23

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

a. Trạng thái 1:
∗ Trong khoảng 0 ÷ t1(Đồ thị dòng điện là hình vẽ f) γ U > Et: Động cơ làm việc
ở góc phần tư thứ nhất. Năng lượng cấp cho động cơ được cấp từ nguồn thông
qua các van S1, S2 dẫn
∗ Trong khoảng t1 ÷ T: Năng lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho dòng
điện theo chiều cũ và khép mạch qua S2, Đ4.
b. Trạng thái 2: γ U < Et: (đồ thị g) Chế độ làm việc ở góc phần tư thứ 2 ( hãm)
∗ Trong khoảng 0 ÷ t1: Động cơ trả năng lượng về nguồn thông qua các Điôt Đ1,
Đ2 (IĐ1 = IĐ2 = It)
∗ Trong khoảng t1 ÷ T: Dòng tải sẽ khép mạch qua S4 (S4 dẫn) và Đ2 (IĐ2 = IĐ4 =
I t)
c. Trạng thái 3: γ U = Et: (đồ thị h)
∗ Trong khoảng 0 ÷ t0: Do Et > γ U nên động cơ sẽ hãm trả năng lượng về nguồn
qua Đ1 và Đ2 (iĐ1 = iĐ2 = it);
∗ Trong khoảng t0 ÷ t1 : γ U > Et : Động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ động
cơ. Năng lượng từ nguồn qua S1, S2 cấp cho động cơ (iS1 = iS2 = it)

24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Trong khoảng t1 ÷ t2: S1 khóa, S4 mở. Năng lượng tích luỹ trong điện cảm sẽ cấp
cho động cơ và duy trì dòng điện qua Đ2, Đ4 (iĐ2 = iĐ4 = it)
∗ Trong khoảng t2 ÷ T: Khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết, sức điện động
của động cơ sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải khép mạch qua S4, Đ2 (it =iĐ2
=iS4). Quá trình này tạo ra sự tích luỹ năng lượng trong điện cảm và khi S4 bị
khóa thì điện áp trên tải > E và quá trình lại lặp lại như ban đầu.

Mặc dù dòng điện tải đổi chiều, nhưng do có sự tham gia của S4 và Đ4 vào quá
trình làm việc nên trong khoảng t1 ÷ T, điện áp trên tải luôn bằng không. Do đó
dạng điện áp trên tải sẽ không bị biến dạng và thành phần sóng điều hoà bậc cao
trong điện áp phụ tải sẽ là nhỏ nhất.
Muốn động cơ làm việc theo chiều ngược lại, luật điều khiển các van sẽ được
thay đổi ngược lại.Trong trường hợp này, van S3 và S2 dẫn ngược nhau, van S4
luôn dẫn, van S1 luôn khoá.
d. Các biểu thức tính toán:
∗ Giá trị dòng trung bình qua tải
∗

Ta có L.

dit
+ R.it + E = U
dt
T

Do đó

T

T

T

di 1
1
1
1

.∫ L. t + ∫ R.it dt + ∫ Et .dt = ∫ U t dt
T o dt T 0
T0
T0

R.It + E = γ U
⇒ It =

γU − E
R
IS =

L U (1 − b1−1 )(1 − a1 .b1 )
.
R
T .(1 − a1 )

∗

Dòng trung bình qua van

∗

Với a = e τ , b = e τ Rút gọn ta có IS = γ It
1
1
Dòng trung bình qua Điôt

−t

t0

U .L.(1 − a1b1 )(1 − b1−1 ) E
− (1 − γ ) = (1 − γ ) I t
1 − a1
R
∗ Giá trị trung bình điện áp ra tải Ut = γ U
Vậy để điều khiển động cơ ta chỉ cần điều khiển γ để điều chỉnh điện áp ra tải.
ID =

25


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

C. Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)
Với hệ truyền động T - Đ ta có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên
cực điều khiển, nhờ đó ta có thể điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu.
- Cấu tạo hệ T - Đ bao gồm :
+ Máy biến áp ( MBA ): Chức năng biến điện áp xoay chiều về điện áp
phù hợp với động cơ.
+ Thysistor: Là phần từ biến đổi:
- Thysistor mở khi : VA > VK và có xung điều khiển
- Thysistor khoá khi: VA < Vk và dòng thysistor giảm về 0
+ Cuộn cảm LK: Có tác dụng san bằng điện áp làm việc
+ Động cơ điện một chiều
Nguyên lý hoạt động :
• Xét trong chế độ dòng gián đoạn:
+ Khi cuộn cảm LK có giá trị Ld không đủ lớn thì năng lượng trong cuộn
cảm không đủ lớn để duy trì dòng điện trong cuộn, do vậy sinh ra dòng gián

đoạn.
+ Đặc điểm của hệ CL – Đ ở chế độ này là dòng điện không ổn định,
momen sinh ra không đều, động cơ có tốc độ không được ổn định.
Do vậy, ta cần áp dụng các phương pháp tự động điều chỉnh đặc biệt khi sử
dụng hệ CL – Đ ở chế chế độ dòng gián đoạn. Thực tế người ta thường tăng
Ld để tạo ra dòng liên tục
• Xét trong chế độ dòng liên tục:

26