Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền động........ trong ôtô

+V
15V
+
TL084
+V
-15V
R10
.5k
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện:
Lớp :
Ngành đào tạo
Tên đề tài : Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền
động........ trong ôtô.
*Số liệu cho trước:
- Thông số động cơ một chiều P=1kw, U=48V, n =1000vòng/phút.
* Chế độ tĩnh:

- Yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D = 30/1; sai lệch tĩnhS
t
≤ 3%
* Chế độ động:
- Với đặc tính dòng quá độ:
+ Thời gian quá độ t
qđ
≤ 3s
+ Lượng quá điều chỉnh δ
max
≤ 25%.
- Với đặc tính tốc độ quá độ:
+ Thời gian quá độ t
qđ
≤ 2s
+ Lượng quá điều chỉnh δ
max
≤ 30%.
1
1
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
*Nội dung cần hoàn thành:
1.Phân tích yêu cầu công nghệ của hệ thống
2.Thiết kế hệ thống :
-Thiết kế mạch lực
-Thiết kế mạch điều khiển
3.Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống
-Phân tích các tiêu chuẩn của hệ thống

-Nếu các tiêu chuẩn không thoả mãn thì sử dụng các bộ điều chỉnh phụ trợ để
hiệu chỉnh cho thoả mãn các tiêu chuẩn của hệ thống
Giáo viên hướng dẫn Ngày giao đề : 10 tháng 4 năm 2006
Ths Nguyễn Phương Thảo Ngày hoàn thành:3 tháng 6 năm 2006
Ngày …tháng… năm2006
Chủ nhiệm bộ môn
2
2
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………
Giáo viên hướng dẫn:
3
3
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Lời nói đầu
Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng có
nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh
vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Trong giao thông việc sử dụng đông cơ
xăng, điezen ngày càng có xu hướng giảm vì: Tiêu hao nhiều năng lượng, gây ô
nhiễm môi trường… Từ đó đòi hỏi sự thay thế các loại động cơ trên bằng động cơ
điện là rất cần thiết. Ngày nay với sự bùng nổ tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điều
chỉnh tự động đã đáp ứng được những yêu cầu trên. Trước hết là phải kể đến các bộ
biến đổi điện tử công suất, với kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh. Do đó, người
ta đã chế tạo ra bộ điều chỉnh động cơ được dùng trong lĩnh vực giao thông. Đó là
thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong
giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến
cảng…
Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều
khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều có sơ đồ
điều khiển đơn giản tin cậy dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô.
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không
thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định, mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án
được hoàn thiện hơn.
4
4
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn

học.
Cấu trúc và nội dung chính của đề tài :
Chương1: Phân tích yêu cầu của hệ thống(mô tả khái quát nguyên lý hoạt động của
ôtô du lịch 4 chỗ của hãng TOYOTA)
Chương2: Tổng quan về động cơ điện một chiều (đặc tính truyền động và phương
pháp điều chỉnh tốc độ)
Chương3: Thiết kế hệ thống......
Chương4: Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống......
CHƯƠNG1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG
1. Vai trò và ứng dụng của động cơ điện trong lĩnh vực giao thông.
Vấn đề ứng dụng của động cơ điện nói chung trong truyền động điện sản xuất
cũng như ở đầu máy kéo là được sử dụng rộng rãi. Hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác
nhau của đời sống, thì động cơ KĐB là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhờ tính
kinh tế, dễ chế tạo, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa thấp ... Tuy nhiên, trong một
số lĩnh vực nhất định đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, về khả năng quá tải,
thì bản thân động cơ KĐB không thể đáp ứng được hoặc nếu thực hiện được thì phải
chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền. Vì vậy, động cơ
điện một chiều hiện tại vẫn là loại động cơ không thể thay thế được trong những lĩnh
vực nói trên.
Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện nay trong các ngành sản xuất
như hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong các đầu máy kéo tải ở lĩnh
vực giao thông. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng ưu việt của nó là :
 Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt.
5
5
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
 Khả năng quá tải tốt. Đặc biệt ở loại động cơ kích thích nối tiếp và hỗn hợp.
Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động

cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ KĐB, đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng.
Thực tế là ở các nước phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các loại
động cơ điêzen hoặc xăng là phổ biến. Đó cũng là xu thế chung đối với toàn thế giới
trong tương lai. Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi, tiến bộ nhảy vọt về công nghệ
bán dẫn cho phép chế tạo được nhiều bộ biến đổi điện năng gọn nhẹ, khả năng giới
hạn dòng áp cao và tin cậy hơn. Mặt khác, là động cơ điện không gây ô nhiễm môi
trường như các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu suất cao. Đây là một trong
những đặc điểm quan trọng đưa đến việc đưa động cơ điện vào giao thông ngày càng
rộng rãi hơn.
Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ từ đầu thập niên 70 của thế kỷ XX cùng với những
vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do khí thải xe ô tô, con người đã phát
minh ra xe ôtô sử dụng động cơ lai hay còn có tên gọi khác là động cơ Hybrid.
2. Động cơ Hybrid
Trong phạm vi đề tài này của chúng em đi nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển và
mạch động lực cho động cơ điện một chiều trong xe hơi Hybrid 4 chỗ của hãng
TOYOTA.
Động cơ hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid là dạng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Động
cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện
dùng năng lượng ăcquy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ
điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào
6
6
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
nạp điện cho ăcquy để sủ dụng về sau. Loại xe này sử dụng hai loại nguồn lực khác
nhau là động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhờ kết hợp 2 nguồn lực này với nhau mà
động cơ Hybrid chẳng những tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu tối đa ô nhiễm
môi trường. Hình vẽ bên dưới là sơ đồ mô tả cấu tạo động cơ hybrid của hãng

TOYOTA cho loại xe du lịch 4 chỗ. Cấu tạo gồm có:
- Động cơ đốt trong (động cơ xăng) 1.
- Bộ đổi điện 2: Thông thường, năng lượng bị tiêu hao khi xe ô tô giảm tốc
hay dừng lại nhưng trên Hybrid, phần năng lượng đó nhờ bộ đổi điện được
chuyển thành điện và nạp vào pin. Quá trình này diễn ra tự động và không
yêu cầu bất cứ sự can thiệp nào của người lái.
- Động cơ điện 3: Tạo ra năng lượng (động năng) để cho ô tô chuyển động.
- Bộ chuyển đổi 4: Làm nhiệm vụ truyền năng lượng (động năng) do động cơ
điện tạo ra ra ngoài hệ thống truyền lực của ô tô.
- Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng cho
động cơ điện làm việc.
7
Hình 1.1. Mô hình động cơ Hybrid
7
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
 Nguyên lý làm việc: Tùy theo cấu tạo của động cơ hybrid mà nguyên lý làm việc
cũng như vai trò của động cơ khác nhau. Ta có sự so sánh hai hệ thống sau:
Hệ thống song song (hybrid parallel system)
1. ắc quy
2. bộ đổi điện
3. môtơ điện
4. bộ truyền lực
5. động cơ xăng
Hình 1.2. nguyên lý của hệ thống song song
Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục
xe, mức độ tuỳ theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song song vì
dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một motor điện do
vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe vừa nạp điện vào bình ăcquy. Khi

nào motor làm nhiệm vụ một máy phát điện, dòng điện từ ăcquy sẽ thay thế vai trò
của motor điện.

Nhận xét: Hệ thống trên có nhược điểm là động cơ điện đóng vai trò vừa là máy phát
nạp điện cho ăcquy vừa truyền lực tới trục bánh xe, vì vậy mà motor điện không
8
8
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
truyền lực cho bánh xe được liên tục nên động cơ xăng vẫn giữ vai trò chính do đó
tiêu tốn nhiều nhiên liệu (hình vẽ).
Từ nhận xét ta thấy hệ thống liên hoàn đã khắc phục được những nhược điểm
đó.
1. ắc quy
2. bộ đổi điện
3. môtơ điện
4. máy phát điện
5. động cơ xăng
Hệ thống liên hoàn(series hybrid system)
Khi động cơ xăng (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát
điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc cho bình ắc quy và một để cung
cấp điện cho một động cơ điện một chiều (motor), bộ phận sẽ truyền năng lượng tới
các trục xe. Đó được gọi là hệ thống liên hoàn vì năng lượng truyền theo một quá
trình liên tục. Một hệ thống Hybrid liên hoàn gồm có hai môto, một chính là môtơ
điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
-Trong sơ đồ liên hoàn, động cơ đốt trong (động cơ xăng) kéo máy phát cung cấp
điện cho ăcquy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn
động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành
9

Hình 1.2. nguyên lý của
hệ thống liên hoàn
9
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
cơ năng là quay rotor của máy phát tạo ra điện và từ điện năng lại chuyển thành cơ
năng làm quay bánh xe.
Hình 1.3. Sơ đồ truyền động của động cơ Hybrid kiểu liên hoàn
- Trong sơ đồ này động cơ đốt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên
giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối
ưu phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số.
- Tỷ lệ sử dụng động cơ xăng và môtơ điện trong hệ thống trên là.
vì hệ thống liên hoàn sử dụng động cơ để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe,
chúng có cùng lượng công việc như nhau.
3. Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong ôtô điện
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong xe Hybrid (xe 4 chỗ của
TOYOTA) là:
+ Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm những yêu cầu về dải điều chỉnh
rộng, độ trơn điều chỉnh, điều chỉnh êm, khởi động động cơ nhanh.
+ Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố định.
10
10
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Ngoài ra, truyền động xe hơi 4 chỗ còn đòi hỏi cao về độ an toàn khi vận hành.
Muốn vậy việc thiết kế phải đảm bảo đưa ra được một sơ đồ điều khiển đơn giản tin
cậy, dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô. Vì thực tế trong lĩnh vực giao
thông còn đòi hỏi truyền động có đảo chiều, nên việc thiết kế cũng chú trọng đến vấn

đề đảo chiều quay động cơ.
*) Những truyền động của động cơ điện một chiều trong xe Hybrid.
- Có khả năng tăng tốc và giảm tốc dễ dàng.
- Nhanh chóng ổn định tốc độ.
- Đảo chiều quay.
- Có phản hồi tốc độ.
Để đưa ra được mạch điều khiển của động cơ điện một chiều. Trước tiên ta đi
giới thiệu một vài đặc tính cơ bản của các loại động cơ điện một chiều, rồi từ đó đưa
ra quyết định chọn loại động cơ thích hợp cho truyền động trong ôtô Hybrid.
11
11
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
a. 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)
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2
Φ
+

−
Φ
=
ω
ω
ω
0
M
M
đm
Hình 2.1. đường đặc tính cơ của dộng cơ điện kích từ song song
Với những điều kiện U=const, I
t
=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.
Do R
ư
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.
12
12
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
b. 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 : I

t
= I
ư
=I. Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:
Φ=K
Φ
.I
trong đó hệ số tỷ lệ K
Φ
chỉ là hằng số trong vùng I <0,8I
đm
; còn khi I >(0,8 ÷ 0,9)I
đm
thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ.
Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:
M=C
M
.Φ.I
ư
=C
M
.
Φ
Φ
K
2
⇒
Φ
Φ
−=

KC
R
MKCe
UC
n
e
u
M
.
..
.
nếu bỏ qua R
ư
thì:
M
U
n =
hay: M=
2
2
n
U
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
đm

Hình 2.2 đường đặc tính 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)P
đm
. 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
13
13
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một vùng
rộng.
c. Động cơ điện kích thích hỗn hợp:
Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song. Tác dụng của dây
quấn kích thích song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược nhau. Trên thực tế người ta
chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ ngược không đảm bảo được điều
kiện làm việc ổn định. Động cơ kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất
trung gian giữa hai loại kích thich song song và nối tiếp. Khi tải tăng thì từ thông
tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính
cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của từ thông không
mạnh như ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích
thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được điều chỉnh
như ở trường hợp động cơ kích thích song song; dù rằng về nguyên tắc có thể áp dụng
những phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ kích thích nối tiếp.
Từ những tính chất của từng loại động cơ như đã trình bày ở trên, so sánh với đặc tính

tải và những yêu cầu của truyền động trong lĩnh vực giao thông ta thấy rằng loại động
cơ kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp kiều bù là đáp ứng được những yêu cầu
về truyền động. Ta có thể nêu ưu điểm của hai loại động cơ này so với động cơ kích
thích độc lập hoặc song song đứng trên quan điểm xét sự phù hợp với đặc tính tải:
+ Đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải. Điều này rất thích hợp
trong giao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải.
14
14
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
+ Có khả năng quá tải lớn về mômen và khả năng khởi động tốt hơn. Nhờ vậy
cho phép làm việc ở môi trường kéo tải nặng nề.
+ Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng phần ứng I
ư
nên khả năng
chịu tải của động cơ không chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới điện nên rất thích hợp cho
những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp điện đi kèm
theo tải.
Thực tế trong lĩnh vực này động cơ kích thích nối tiếp được sử dụng. Tuy nhiên
người ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái
sinh năng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể
dùng phương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải
điều chỉnh. Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu càng giảm độ phức
tạp & cồng kềnh của cơ cấu cơ khí bấy nhiêu.
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 U
ư

.
 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=Φ
đm
=Φ
max
),
nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong
15
15
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
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 M
nm

giảm, dòng ngắn mạch I
nm
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.
Như vậy vấn đề quan trọng nhất trong khuôn khổ đồ án mà chúng em đưa ra
chính là việc thiết kế một bộ điều chỉnh nhằm điều chỉnh động cơ Hybrid trong ôtô
điện. Bộ điều chỉnh này chính là thiết bị băm điện áp, bộ băm điện áp này cho phép từ
16
16
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng có thể
điều chỉnh được.
Sự phối kết hợp giưã động cơ Hybrid và động cơ xăng trong việc truyền động
trong ôtô chạy điện là cần thiết.Động cơ điện dùng truyền lực trong ôtô có công suất
vừa và nhỏ nên bộ băm xung áp là phù hợp.Chương tiếp theo sẽ trình bày về thiết kế
hệ thống băm xung áp.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
I. Thiết kế mạch động lực
1. Giới thiệu nguyên lý chung của bộ biến đổi điện áp một chiều.
Như ở trên đã đề cập, phương pháp điều chỉnh điện áp được lựa chọn trong điều
chỉnh tốc độ động cơ. Thực tế, để thay đổi điện áp phần ứng động cơ ôtô người ta có

17
17
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
thể thay đổi góc mở chậm ỏ nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh lưu, hoặc thay đổi
tần số băm trong trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp một chiều.
Việc sử dụng hệ thống chỉnh lưu thyritor - động cơ chỉ ứng dụng trong trường
hợp tải của nó là loại động cơ công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tiristor – động
cơ một chiều luôn đi kèm theo việc đưa thêm bộ lọc kồng kềnh nên chỉ khả dụng cho
truyền động đầu máy tầu điện kéo tải lớn.
Với loại động cơ công suất nhỏ thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều là phù
hợp. Vì thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao (theo tính toán là xấp xỉ bằng 1);
ít nhạy cảm với nhiệt độ và điều kiện môi trường vì tham số điều khiển là thời gian
đóng mở van, đặc biệt là có kích thước nhỏ gọn nên rất phù hợp với ôtô điện.
Tải
Chỉnh lưu không điều khiển
L
2
•
•
•
•
K
D
C
2
18
18
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
Sau đây giới thiệu nguyên lý chung của bộ băm xung, đồng thời phân tích khái
lược về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bộ băm xung - áp cũng như
vấn đề lựa chọn thiết bị đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tắc tơ tĩnh (K) đóng mở liên
tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành
các xung điện áp một chiều U
tb
có trị số có thể điều chỉnh được. Điện áp U
tb
này đặt
vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0 <U
tb
<E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E <U
tb
<0.
Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải thực tế
là không đổi, mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng điều chỉnh .
Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K. Trong khi đó,
các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định
giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi. Để tránh các sóng không mong muốn và từ
đấy tránh được momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó. Tần số
đóng cắt càng nhanh thì càng giảm được kích thước của bộ lọc, nhưng nếu quá lớn sẽ
19
19
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
sinh ra nhiễu vô tuyến. Vì vậy, phải cân nhắc để lựa chọn được bộ biến đổi làm việc ở
dải tần thích hợp (dưới 1KHz). Thực tế thường dùng tần số băm khoảng 400Hz ÷
600Hz.
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể là Tiristor
hoặc Transistor (công suất hoặc MOS).
Dùng Tiristor có ưu điểm là trị số giới hạn cao, làm việc chắc chắn rẻ tiền, tổn hao
khi dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là mở chậm nên chỉ sử dụng rộng rãi ở tần số đóng
mở thấp (dưới 500Hz).
Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn 100KHz.
Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 20->100Khz, có giá thành rẻ hơn, tổn
hao ít hơn MOS.
Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng Tiristor, nhưng
Tiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn Transistor. Vì vậy, ở những
môi trường làm việc nặng nề, việc sử dụng Transistor là hạn chế.
Việc sử dụng loại linh kiện nào dùng trong bộ biến đổi trong thực tế là dựa vào khả
năng kinh tế kỹ thuật và trong nhiều trường hợp thì việc lựa chọn không rõ ràng.
Ngoài sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật là tần số đóng cắt, giới hạn về các
linh kiện thì chất lượng điều chỉnh tốc độ ôtô còn phụ thuộc vào cả cơ cấu điều chỉnh
là kín hay hở. Dùng sơ đồ điều chỉnh kín (có vòng phản hồi) sẽ tăng thêm tính ổn định
tốc độ với một tần số đóng cắt nhất định, nâng cao được chất lượng điều chỉnh.
2. Bộ băm xung áp một chiều.
20
20
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Như đã giới thiệu ở trên, bộ băm xung áp một chiều có nhiều ưu điểm trong
truyền động giao thông. Bộ băm xung áp biến đổi được điện áp một chiều từ 0 đến giá

trị điện áp nguồn U
S
một cách trơn liên tục. Phần trên cũng đã đề cập tới nguyên lý
chung của bộ biến điện áp một chiều, ở phần này ta đi chi tiết giới thiệu tổng quan
nguyên lý điều chỉnh, các phương pháp điều chỉnh và một số sơ đồ băm xung áp thực
tế.
BBĐ một chiều
U
S
U
ra
U
ra
t
t
1
t
2
T
Hình 3.2. sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi điện một chiều và dạng xung ra của BBĐ.
Nguyên lý: Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức
khác nhau.
21
21
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
U
ra
là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t

1
và độ nghỉ t
2
. Điện áp ra bằng
giá trị trung bình của điện áp xung. Nguyên lý cơ bản của các bộ biến đổi này là điều
khiền các phần tử công suất bằng phương pháp xung. Để có hiệu suất lớn thì điện áp
sụt trên các phần tử công suất ở trạng thái mở phải nhỏ, dòng qua nó ở trạng thái mở
rất nhỏ.
Phương pháp điều chỉnh điện áp ra
Có hai phương pháp:
 Thay đổi độ rộng xung (t
1
).
 Thay đổi tần số xung (T hoặc f).
2.1.Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t
1
, giữ nguyên T ⇒ Giá trị trung bình
của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:
S
S
tai
U
T
Ut
U .
.
1
ε
==

trong đó đặt:
T
t
1
=
ε
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U
ra
là rộng (0 < ε ≤ 1).
2.2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t
1
=const. Khi đó:
22
22
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
SStai
UftU
T
t
U ...
1
1
==
Vậy U
ra
= U

S
khi
1
1
t
f =
và U
ra
= 0

khi f = 0.
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Thực tế phương pháp biến đổi
độ rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không cần thiết bị biến tần đi
kèm.
Các dạng cơ bản:
Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các dạng sơ
đồ sau:
a)Biến đổi hạ áp:
Sơ đồ nguyên lý như sau:
L1
D1
U
S
U
ra
C
l
ọ
c
Tải

Hình 3.3. sơ đồ nguyên lý của khoá mắc nối tiếp
K
23
23
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K ( thực tế là Tiristor hoặc Tranzitor).
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chất
cảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Đi-ôt mắc ngược với U
ra
để thoát dòng tải
khi khoá K ngắt.
+ K đóng ⇒ U
S
được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì U
tải
= U
S
(nếu bỏ qua
sụt áp trên các van trong bộ biến đổi).
+ K mở ⇒ hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng I
tải
do năng lượng tích
luỹ trong cuộn L và L
tải
, dòng chạy qua D, do đó U
ra
=U
tải

’ =0.
Như vậy, U
tải tb
≤ U
S
. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt:
α
==
S
tai
I
U
U
W
b. Biến đổi tăng áp:
L1
U
S
U
ra
C
l
ọ
c
24
24
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.

Tải
K
Hình 3.4. sơ đồ nguyên lý khi mắc khoá K song song
Sơ đồ như sau:
Đặc điểm: L
1
nối tiếp với tải, Khoá K mắc song song với tải. Cuộn cảm L
1
không
tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ K đóng, dòng điện từ +U
S
qua L
1
→ K → -U
S
. Khi đó D tắt vì trên tụ có U
C
(đã
được tích điện trước đó).
+ K ngắt, dòng điện chạy từ +U
S
qua L
1
→ D → Tải. Vì từ thông trong L
1
không
giảm tức thời về không do đó trong L
1
xuất hiện suất điện động tự cảm e

L
dt
d
w
Φ
=
, có
cùng cực tính U
S
. Do đó tổng điện áp: U=U
S
+e
L
→ làm D thông → U
tải
=U
S
+e
L
. Vậy ta
có bộ biến đổi tăng áp.
Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U
S
ở chế độ liên tục và
năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt:
25
25