Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều

1
Đồ án môn học
Điện tử công suất
Nội d ung :
sau:
Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều với các thông số
+ P = 1 kW.
+ U = 48 VDC.
+ n = 1000 v/ph.
Giáo viên h ướng d ẫ n: T.S Dương Văn Nghi.
Nhó m sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tuấn Nghĩa.
Trần Bình Dương.
Nguyễn Công Chiến.
Nguyễn Hữu Nam.

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
trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Đặc biệt trong
lĩnh vực điều chỉnh tự động sử dụng van bán dẫn.
Trong các lĩnh vực điều chỉnh tự động nói chung cũng như trong lĩnh vực
giao thông nói riêng việc đòi hỏi cần có các bộ điều chỉnh nhằm tiết kiệm năng
lượng ngày càng được đòi hỏi và thay thế .
Bên cạnh đó trong lĩnh vực giao thông việc sử dụng các động cơ
xăng,diezen ngày càng có xu hướng giảm vì các nhược điểm như: Tiêu
hao nhiều năng lượng, ô nhiễm môi trường ... Đồng thời với các thành tựu của
khoa học kỹ thuật thì việc chế tạo các động cơ điện ngày càng được hoàn thiện .
Song song với sự phát triển đó là sự đòi hỏi phải có bộ điều khiển các loại động
cơ đó
với chất lượng tốt nhất, thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật nhằm sử

dụng và thay thế các động cơ cũ.
Bộ băm xung áp một chiều sử dụng van bán dẫn trong tương lai đáp ứng
được nhu cầu cần thiết về bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều.
Nội dung của đồ án:
+ Chương I: Khái quát công nghệ.
+ Chương II: Giới thiệu một số mạch băm xung áp ứng dụng trong
điều khiển động cơ một chiều.
+ Chương III: Thiết kế mạch lực.
+ Chương IV: Thiết kế mạch điều khiển.
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 đóng góp ý
kiến
để đồ án được hoàn thiện hơn.
Để hoàn thành đồ án này chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn
tận tình của thầy DƯƠNG VĂN NGHI .
Nhóm sinh viên thực hiện.
CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ
1. Vai trò& ứng dụngcủa động cơ điện trong lĩnhvực 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 nghành 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
• 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 & 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. Trong thực tế, ở các nước phát triển
như Mỹ, Đức, Pháp, TQ.. . đa số hệ thống đường sắt dùng động cơ điện kéo đầu
máy đều được cung cấp bằng điện áp một chiều qua đường dây trên không hoặc
đường ray thứ ba.
Đối với hệ thống đường sắt trong thành phố có đặc điểm là khoảng cách
ngắn, mật độ giao thông cao thì việc dùng trực tiếp hệ thống đường dây
một chiều là thích hợp. Nhưng đối với trường hợp khoảng cách xa hơn, như
giữa các thành phố với nhau, thì việc dụng hệ thống một chiều là không kinh
tế. Trong trường hợp này người ta lấy tư lưới điện xoay chiều một pha có tần
số 50Hz ÷
60Hz và có điện áp khoảng 25kV sau đó qua hạ áp cấp vào bộ chỉnh lưu được
nguồn một chiều. Thông thường cấp điện áp của hệ thống tầu kéo đường
sắt trong thành phố dùng điện một chiều từ 600 ÷ 700V (với TH đường ray thứ
ba) hoặc 1500V (với TH đường dây trên không). Trong cả hai trường hợp

trên thì người ta tạo dòng một chiều bằng cách chỉnh lưu từ lưới điện xoay
chiều với hệ
số đập mạch là 12 để có chất lượng cao.
Đối với ôtô điện người ta cũng lấy từ đường dây trên không nếu công suất
động cơ truyền tải lớn. Hiện nay, trong một số loại động cơ kéo tải giao thông
có công suất nhỏ, thì người ta dùng nguồn ac-quy kèm theo bộ biến đổi gọn
nhẹ thuận tiện cho tính linh hoạt trong vận tải. Nhưng nhược điểm rất rõ của
loại dùng nguồn ac-quy là chỉ chạy được quãng đường ngắn, điều này gây bất
tiện cho ngưới sử dụng. Vì vậy loại này chỉ khả dụng trong trường hợp công
nghệ chế tạo ac-quy tiến bộ hơn nữa và thực tế loại dùng nguồn truyền tải
hiện nay
vẫn là chủ yếu trong truyền động giao thông.
Trong khuôn khổ đồ án này với đề tài thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều trong ôtô, nên để làm rõ tính quan trọng của động cơ một chiều
trong lĩnh vực này trước hết ta phân tích rõ đặc thù của truyền động trong lĩnh
vực giao thông.
2. Phântích đặc thù về truyền động trong giao thông.
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong lĩnh vực giao
thông 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 phải êm, khởi động động cơ
nhanh.
định
+ Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố
Ngoài ra, truyền động trong giao thông 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 ô -
tô. 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.
Thực chất của việc điều khiển ô-tô cũng như đầu máy kéo là việc

điều khiển động cơ kéo tải. Vì vậy, 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 lĩnh vực đang đề cập tới.
3. Giới thiệu m ộtsố loạiđộng cơ điện m ộtchiều.
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)
K
ω

=

U
u
KΦ
−

R
u
+
R
f
.M
(KΦ)
2
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.

ω
ω
0












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
M
M
thích song song được dùng trong những
đ
m
trường hợp tốc độ hầu như không đổi khi

tải thay đổi.
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:
Φ

2
M=C
M
.
Φ

.I
ư
=C
M
.
Φ
⇒
n
=
2
2
C
M
.U
−
R
u
nếu
bỏ qua R
ư
U
thì:
n
=
hay: M=
U
Ce.
K
Φ
.M

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
*
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
M
*
chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối
M
đ
m
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 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.
+ 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 nghành 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.
4. Các phươngphápđiều 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 & 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 vùng trên tốc độ & 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. Phương 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.
5. Giới thiệu nguyên lý chung của bộ biến đổi điện áp mộ tchiều.
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 ô-tô

người ta có thể thay đổi góc mở chậm α 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 tiristor - 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
kiển là thời gian đóng mở; đặc biệt là có kích thước nhỏ gọn (tính cả lọc), nên
rất phù hợp với ôtô điện.
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.
D
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tác tơ tĩnh (K) đóng
K
L
• •
•
C
Chỉnh lưu
1
không điều
khiển
•
C
2

Tả
i
• •
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
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 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.
Trên đây giới thiệu những nét khái quát nhất về công nghệ. Việc thiết kế
chi tiết xin dành cho các mục dưới đây.
U
CHƯƠNG II
BỘ BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU
Như đã giới thiệu ở chương trước, 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 chương 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.
I. Nguyên lý
Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác
nhau.
U
r
a
BBĐ
U
một
S
ra
chiều
t
t t
1 2
T
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.
II. 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).
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:
U
tai
=
t
1
.U
S
T
=
ε
.U
S
trong đó đặt:
ε

=

t
1
T
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
1).
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U
ra

là rộng (0 < ε ≤
2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t
1
=const. Khi đó:
U
tai
=
t
1
.U
S
T
= t
1
. f .U
S
Vậy U
ra
=U
S

khi
f
=

1
t
1
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.
D1
III. Các dạngcơ bản
Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có
các
dạng sơ đồ sau:
1. Biến đổi hạ áp:
Sơ đồ nguyên lý như sau:
L1
U
U
r
C
Tả
i
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:
W
=

U
tai
=

α
I
U
S
I
2. Biến đổi tăng áp:
Sơ đồ như sau:
L1
D1
U
U
r
K
C
Tả
i
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
=

w
d
Φ
e
L
, có cùng cực tính U
S
. Do đó tổng điện áp: U=U
S
+e
L

→
làm D thông
dt
→ 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:
W
=

U
tai
U
S
=
1
1 −
ε
3. Biến đổi đảo cực:
Sơ đồ mắc như sau:
L1
D1
K
U
U
r
C
Tả
i
L
1

chỉ đóng vai trò tích luỹ năng lượng.
C đóng vai trò lọc.
+ K đóng, trên L
1

có U
S

, dòng chạy từ +U
S

→ K → L
1

→ -U
S
. Năng lượng
tích luỹ trong cuộn cảm L
1
; đi-ôt D tắt; U
tải
=U
C
, tụ C phóng điện qua tải.
+ K ngắt, cuộn cảm L
1

sinh ra sức điện động ngược chiều với trường hợp
đóng ⇒ D thông ⇒ năng lượng từ trường nạp và C, tụ C tích điện; U
tải

sẽ
ngược chiều với U
S
.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U
S
. Giá trị tuyệt đối |U

tải
| có thể lớn
hơn hay nhỏ hơn U
S
.
4. Biến đổi công suất lớn theo nguyên lý nhiều nhịp:
Đặc điểm: Mắc song song n bộ biến đổi riêng làm việc cùng một tải
và nguồn U
S
.
Để giảm độ gợn sóng của I
tải

và U
tải

, các khoá K
1
, K
2
, K
3
, … làm việc lệch
pha nhau một góc 2π/n. Khi đó mỗi bộ biến đổi chịu dòng điện I
tải
/n ; tần số
làm việc f=f
Σ
/n.
Có thể làm việc ở hai chế độ : lần lượt và đồng thời.

D
S
Nh ận xét : Các bộ biến đổi (3 & 4) có ưu điểm ở chỗ là cho phép
nhận được điện áp ra tải U
tải

cao hơn điện áp nguồn cung cấp U
S
, song
chúng chỉ thích hợp với dải công suất nhỏ nên ít thông dụng.
IV. Một sốsơ đồ bămxung áp
Thực tế có rất nhiều sơ đồ băm xung áp một chiều với nhiều đặc điểm
khác nhau tuỳ mục đích sử dụng, song chúng đều làm việc dựa trên những
nguyên lý của các dạng cơ bản như đã giới thiệu ở mục trên.
Dưới đây xin giới thiệu hai sơ đồ băm xung áp:
Một loại cho phép tái sinh năng lượng và cho dòng tải liên tục.
Một loại cho phép đảo chiều dòng tải, thực hiện được hãm tái sinh
năng lượng và có thể áp dụng được nhiều chế độ điều khiển
khác nhau.
1. Sơ đồ băm xung áp loại B.
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp loại này như sau:
• • •
S
1
C
D
2
L1
R
U

S
• •
i
d
2
u
E
1
d
• •
• •
Giải thích:
+ S1, S2 là loại điều khiển hoàn toàn.
+ Tải của bộ băm xung áp là động cơ kích từ nối tiếp có thể thay thế bằng
R-L-E; trong đó E là sức phản điện động của động cơ.
+ D1là Diod hoàn năng lượng ;D2 là diod có tác dụng trả năng lượng tái
sinh cho nguồn.
1.1. Hoạt động của sơ đồ :
Để chiều dòng điện tải như hình vẽ ta cho S1 hoạt động như một khoá
đóng cắt ;còn S
2

không làm việc .Khi S
1

mở dòng điện từ nguồn chảy qua S
1
qua tải và trở về âm nguồn .Khi S
1

khoá dòng tảI được khép mạch qua điod
D
1

đảm bảo dòng tảI là liên tục ngay cả khi S
1

khoá .
Để đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng i
d
) ta cho S
2

và D
2

vào
vận hành còn S
1

ngắt. Khi đó ,do quán tính động cơ vẫn quay theo chiều cũ
mặc dù bị ngắt ra khỏi nguồn → E > 0. Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy
nhất E khép mạch qua S
2

→ xuất hiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu
.Công suất điện từ của động cơ là:P
đt
= I
d

.E > 0.
Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L. Khi S
2

ngắt, trên điện
cảm L sinh ra sức điện động tự cảm (∆U
L
) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện
động này lớn hơn điện áp nguồn U
S

làm D
2

dẫn ngược dòng về nguồn và trả
lại phần năng lượng đã tích luỹ trong cuộn cảm L. Để đảm bảo S
2

dẫn dòng
điện ngược ngay khi dòng thuận qua D
1

tắt ta phát xung vào mở S
2

đồng thời
với việc phát xung khoá S
1
.Sau đây là biểu đồ dạng sóng mô tả hoạt động của
sơ đồ: