Thiết kế bộ đều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông gió sử dụng động cơ không đồng bộ rô to ngắn mạch công suất động cơ là 43KW, mạch có bảo vệ mất pha lưới và chống quá tải lâu dài

- 1 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Lời nói đầu
Hiện nay kỹ thuật vi mạch và tin học ngày càng phát triển tạo nên những
thiết bị điện tử công suất có điều khiển với tính năng ngày càng phong phú,đáp
ứng đợc những đòi hỏicủa thực tế sản xuất.Điều này tạo cho kỹ thuật điện tử
công suất có một vai trò vô cùng quan trọng trong nền sản xuất công ngiệp.
ở nớc ta do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế,ngày
càng phát triển các nhà máy, khu công nghiệp, nhiều dây chuyền sản xuất hiện
đại, trong đó sử dụng máy móc là công cụ chủ yếu, đặc biệt là các loại động cơ
đồng bộ, động cơ không đồng bộ. Bởi tác động nhanh và dễ vận hành, sạch
và cho năng suất cao.Chính vì vậy môn học điện tử công suất là môn học quan
trọng trong chơng trình của sinh viên khoa Điện.
Để giúp sinh viên có đợc một cách nhìn đúng đắn về môn học này và để
làm quen với việc thiết kế và ứng dụng trong thực tế em đợc giao làm đồ án
môn học vớiđề tài là :" Thiết kế bộ điều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông
gió dùng động cơ không đồng bộ rôto ngắn mạch công suất động cơ là : 43
KW. Mạch có bảo vệ mất pha lớivà chống quá tải lâu dài". Đợc sự hớng dẫn
tận tình của thầy Trần Trọng Minh và các thầy cô trong khoa ngành, em
đã hoàn thành đồ án của mình. Song do còn hạn chế về kiến thức và kinh
nghiệm thực tiễn nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Trọng Minh và các thầy cô trong
khoa ngành đã tận tình dạy dỗ và hớng dẫn em.



- 2 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đề tài:

Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động

cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha
và chống quá tải lâu dài.
Các số liệu

P = 43 KW
U = 220/380 V
= 0.87%
Cos

= 0,82

- 3 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368

1
Giới thiệu chung
Hiện nay, trong xã hội hiện đại, nhiều nhà cao tầng mọc lên, các đờng ngầm,
hầm ngầm, thanh máy, hầm mỏ khai thác... đều cần có hệ thống thông gió. Vì
vậy quạt thông gió là một trong những thiết bị rất cần thiết và phổ biến. Các loại
quạt có công suất dới 200 kW hầu nh nh đều sử dụng loại động cơ không đồng
bộ rôto nghắn mạch ( rôto lồng sóc) mở máy trực tiếp hay gián tiếp qua các
phần tử hạn chế ở mạch stato. Hiện nay điện sử dụng trong sản xuất và dân
dụng đều là điện xoay chiều 3 pha vì vậy để đơn giản, tin cậy, giá thành rẻ mà
vẫn đáp ứng yêu cầu của quạt gió ta sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng
sóc với tốc độ quay rôto khác tốc độ quay của từ thông tạo bởiđiện lới.
Vấn đề điều chỉnh tốc độ quay của động cơ không đồng bộ vẫn còn cha đợc
giải quyết triệt để mà chúng ta sẽ xem xét một trong những phơng pháp điều
chỉnh tốc độ quạt gió trong đồ án này.
Có thể phân quạt gió ra làm nhiều loại nh sau:

+ Theo nguyên lý làm việc:
- Quạt ly tâm : Dịch chuyển dòng không khí trong
mặt phẳng vuông góc vớitrục quay của quạt.
- Quạt hớng trục : Dịch chuyển dòng không khí song
song với trục quay của quạt.

- 4 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
+ Theo áp suất:
- Quạt áp lực thấp: P < 100mmH
2
0
- Quạt áp lực vừa : P = 100 ữ 400mmH
2
0
- Quạt áp lực cao: P > 400mmH
2
0
+ Theo mục đích sử dụng:
- Quạt không khí
- Quạt khói
+ Theo tốc độ chạy quạt:
- Quạt cao tốc : > 1500 v/p
- Quạt tốc độ trung bình : 800 ữ 1400 v/p
- Quạt tốc độ chậm : 500 ữ 700 v/p
Tuy nhiên tất cả các động cơ của quạt đều là động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao,
giá thành hạ nên đợc sử dụng rộng rãi. Nhng nhợc điểm của chúng là điều chỉnh
tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn.
I. Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ

Khi nghiên cứu ta đa ra các giả thiết sau :
Ba pha động cơ là đối xứng.
Các thông số của động cơ không đổi, nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt
độ, tần số dòng điện rôto, mạch từ không bão hoà. Nên điện kháng X
1
, X
2
không
đổi.
Dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp
đặt ở stato động cơ.
Bỏ qua cả tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép.
Điện áp lới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.

- 5 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Trong sơ đồ :
U
1
: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato.
I
0
, I
1
, I
2
: Các dòng điện từ hoá, stato và roto đã quy đổi
về stato.
X
0

, X
1
, X'
2
: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản
stato và rôto đẫ qui dổi về stato.
s : Độ trợt của động cơ : s =
1
1


1

: Tốc độ của từ trờng quay hay là tốc độ đồng bộ.
1

=
p
f2
1

f
1
: Tần số của điện áp nguồn đặt vào stato

: Tốc độ góc của động cơ


X
1

X
0
X'
2
R
1
R
0
U
1
I
1
R'
2
/ s
I
2
I
0
Hình 1.1. Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ
- 6 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Từ sơ đồ thay thế ta có : I
1
=U
1
.

++
+
+
22
'
2
1
2
0
2
0
)(
11
nm
X
s
R
R
XR
(1)
Trong đó : X

nm
=X
1
+ X'
2
: Điện kháng ngắn mạch
Biểu thức (1) là phơng trình đặc tính của dòng điện stato.
Khi

= 0, s = 1 thì I
1
= I
nm
Khi

=

1
, s =1 thì I
1
=
2
0
2
0
1
XR
U
+
= I

0

I
1nm
: dòng điện ngắn mạch stato
I
0
: Dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trờng quay khi động cơ quay
vớitốc độ đồng bộ.
Ta cũng tìm đợc dòng điện roto qui đổi về stato
I
=
'
2
I
'
nm2
=
( )
2
2
'
21
1
/
nm
XsRR
U
++
(2)

II. Phơng trình đặc tính cơ
Để tìm phơng trình đặc tính cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất
trong động cơ.
Công suất điện từ chuyển từ stato sang roto :
P
12
=M
đt
.

1
M
đt
: là mô men điện từ của động cơ
Bỏ qua các tổn thất phụ thì : M
đt
= M
cơ
= M
Công suất đó chia làm hai phần :
P
cơ
: Công suất cơ đa ra trên trục động cơ.
P
2
: Công suất tổn hao đồng trong rôto.
P
12
= P
cơ

+ P
2

- 7 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
M.
ω
1
= M.
ω
+∆P
2

Do ®ã : ∆P
2
= M.(
ω
1
-
ω
) = M.
ω
1
.s
MÆt kh¸c : ∆P
2
= 3.I
2'
2
.R

'
2
M =
1
'
2
2'
2
s
R
.I.3
ω
Tõ ®ã ta cã : M=
sX
s
R
R
RU
nm
..
..3
2
2
'
2
11
'
2
2
1









+








+
ω
(3)
X¸c ®Þnh cùc trÞ b»ng c¸ch tÝnh:

0
ds
dM
=
Tõ ®ã suy ra :
s
th
=

2
nm
2
1
'
2
XR
R
+
M
th
=
)XRR.(.2
U
2
nm
2
111
2
f1
++ω
(4)
Thay (3) vµo (4) ta cã :
M =
( )
th
th
th
thth
s.a

s
s
s
s
s.a1.M.2
++
+
Trong ®ã : a =
'
2
1
R
R

S
S
th


M
th
M

- 8 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Hình 1.2 : Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy các thông số ảnh hởng tớiđặc tính cơ:
- ảnh hởng điện trở, điện kháng mạch stato.
- ảnh hởng điện trở mạch rôto.
- ảnh hởng của điện áp lới cấp cho động cơ.

- ảnh hởng của tần số lới cấp cho động cơ f
1
.
Trong mỗi trờng hợp ứng dụng động cơ KĐB vào thực tế mà có các đờng đặc
tính cơ khác nhau đối với từng loại tải.
Công thức tổng quát:
Mc = Mco + (Mđm Mco)(/
đm
)


Mc : Momen ứng vớitốc độ
Mđm, Mco : mômen ứng vớitốc độ định mức và ứng với=0.
= 0, Mc = Mđm = const _ các cơ cấu nâng hạ tải(đờng1)
= 1, Mc tỉ lệ bậc nhất với -> ít gặp
= 2, Mc tỉ lệ bậc haivới -> trờng hợp trong máy bơm quạt gió (đ-
ờng 3)
= 1, Mc tỉ lệ nghịch với -> máy cuộn giấy...


đ

1
2
3
4
- 9 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Hình 1.3 Đặc tính cơ của động cơ ứng vớimỗitrờng hợp.
Trong đồ án này, ta nghiên cứu động cơ không đồng bộ trong quạt gió,

tức là đờng đặc tính cơ số (3) trên đồ thị . Quạt gió là một trong những thiết bị
sử dụng rôto lồng sóc, nó thờng dùng độc lập để thông thoáng khí cho nhà
riêng, xởng sản xuất, đặc biệt trong hầm mỏ, tuỳ từng trờng hợp mà nó có công
suất khác nhau.
Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ hiện nay vẫn còn là một vấn
đề cha đợc giải quyết triệt để bởi mỗi phơng pháp chỉ thoả mãn một yêu cầu,
một phạm vi nào đấy, nó vẫn có những hạn chế nhất định. Riêng đối với quạt
thông gió với yêu cầu cụ thể, ta có phơng pháp điều chỉnh tốc độ khá đạt yều
cầu sẽ đợc trình bày ở phần sau của đồ án.

- 10 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
2
Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ điện không đồng bộ

Hiện nay có nhiều phơng pháp đợc đa ra để điều chỉnh tốc độ động cơ không
đồng bộ nhng mỗi phơng pháp đều có u khuyết điểm của nó mà cha giải quyết
đợc toàn bộ vấn đề nh năng lợng tiêu thụ, phạm vi điều chỉnh, thiết bị sử
dụng...Có 2 hớng tác động để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là : Tác
động vào stato nh thay đổi số đôi cực, thay đổi điện áp, biền đổi tần số nguồn
điện vào ; tác động vào roto nh thay đổi điện trở roto hoặc nối tiếp điện trở phụ.
Vì động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nên những phơng
pháp điều chỉnh tốc độ theo hớng thứ nhất. Ta sẽ tìm hiểu sơ lợc về các phơng
pháp điều chỉnh này:
1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực :
Nói chung, trong điều kiện bình thờng, động cơ điện có hệ số trợt khá
nhỏ, vì vậy tốc độ của roto gần bằng tốc độ đồng bộ n
1
= 60f

1
/p. Do đó khif
1
=
const thì thay đổi p (số đôi cực của đây quấn stato) có thể thay đổi đợc tốc độ.
Dễ thấy, khi thay đổi số đôi cực p là số tự nhiên nên tốc độ chỉ có thể
thay đồi từng cấp, điều chỉnh tốc độ không phẳng. Để thay đổi số đôi cực ta có
thể đồi cách nối các bối dây hay lắp sẵn các bối dây có số đôi cực khác nhau
hoặc phối hợp cả cách trên.
Ví dụ hình 1.1 ta có thể đổi cách nối dây để thay đổi số đôi cực khi thay
đổi bớc cực theo tỉ lệ 2:1.

- 11 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Ngoài ra ngời ta còn chế tạo động cơ điện 2 tốc độ thành loại mômen
không đổi và loại công suất không đổi tuỳ theo cách đấu Y hay và đấu dây
quấn pha song song hay nối tiếp (hình 1.2)
Gọi công suất động cơ điện 2 tốc độ với số đôi cực ít (p
1
), với số đôi cực gấp
đôi(p
2
=2 p
1
). Theo hình 1.2 trên với cách đấu Y/YY ta có :
Giả thiết khi đổi tốc độ, hiệu suất và cos không đổi ta có : công suất P
2
/P
1
=

1/2 mà ta lại có P= M (: tốc độ góc của rôto ; M: momen ; P : công suất đầu
trục cử động cơ)
=>
2
2
2
1
22
11
22
11
2
1
====
M
M
Mn
Mn
M
M
P
P


<=> M
1
= M
2
Máy có mômen không đổi khi ta thay đổi tốc độ quay. Với loại máy có sơ đồ
đấu dây ở hình 1.2b ta có:

112
cos33

f
IUP

=
112
cos.2.3

f
IUP

=
=>P
1
/P
2
= 2/
3
= 1.15
Động cơ điện chế tạo theo kiểu này có công suất không đổi.
Trong phơng pháp này có u điểm : Thực hiện khá đơn giản, có thể thay
đổi tốc độ mà vẫn giữ đợc mômen không đổi hoặc công suất không đổi. Tuy
nhiên nó có khuyết điểm là chỉ ứng dụng với động cơ roto lồng sóc, thay đổi tốc
độ theo cấp và chỉ ít cấp thay đổi, vận hành và thay đổi tốc độ khá nhỏ bởi phải
có kiến thức đấu dây, khó sửa chữa khi hỏng hóc. Đối với quạt gió mà ta cần
điều chỉnh trơn thì phơng pháp này là không thích hợp.

- 12 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp

Từ biểu thức

1
= 2

f
1
/p mà:

( ) ( )
s
p
f
snn
==
1
60
1
1
1
Ta thấy rằng s ít thay đổi tần số sẽ làm tốc độ n tỉ lệ thuận với tần số nguồn
cấp.
Khi bỏ qua điện trở nhỏ roto r
1

Mmax=c.(U

1
/f
1
)
2
Vớic là hệ số.
Giả sử U
2
'
M' là điện áp và momen lúc tần số là f
2
; ta có ;
M
2max
/M
2
= M
1max
/M
1

<=>
1
2
1
2
1
2
1
2

1
2
2
2
2
1
2
1
1
2
max1
max2
1
2
.
.
f
f
U
U
M
M
f
f
U
U
fU
fU
M
M

M
M
====
Nếu yêu cầu P
cơ
không đổi thì từ biểu thức trên ta suy ra
(U
2
/U
1
)
2
=f
2
/f
1

L
ĐC
C
- 13 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Nh vậy khi thay đổi tần số thì đồng thời ta lại thay đổi điện áp cung cấp
vào cho động cơ để đảm bảo momen không đổi hay công suất không đổi. Điều
này không đơn giản và thờng có giá thành thiết bị điều chỉnh đắt.
Ưu điểm của phơng pháp này là bộ điều chỉnh có thể đặt ở vị trí bất kì,
đem lại hiệu quả kinh tế cao khi có nhiều động cơ điện làm việc đồng thời, có
thể điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng có khả năng hãm tái sinh. Tuy nhiên nó
có những nhợc điểm không áp dụng cho quạt gió đợc mà ta sẽ xem dới đây sau.
3. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ

Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phơng điện áp Stato, do đó
có thể điều chỉnh đợc momen và tốc độ ĐKB bằng cách điều chỉnh giá trị điện
áp Stato trong khi giữ nguyên tần số. Để điều chỉnh điện áp ĐKB phải dùng các
bộ biến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC) mà ta thờng dùng bộ 6 Tiristor đấu song
song ngợc.

- 14 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Khi điện áp lới giảm, mô men tới hạn sẽ giảm theo bình phơng lần độ suy
giảm của điện áp l bộ w
1
ới. Trong khiđó tốc độ đồng giữ nguyên và độ trợt tới
hạn s
th
không thay đổi.Hệ số trợt bằng 1/
2
hệ số trợt cũ, khi đó tốc độ là:
n = n
1
(1 s/
2
).
Nh vậy ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh điện áp
nguồn cấp vào động cơ. Đặc biệt đối với phơng pháp này tổn thất để điều chỉnh
là khá nhỏ đối với tải là quạt gió tơng ứng với số mũ bằng 2 trong phơng trình
đặc tính cơ. Tuy nhiên : momen động cơ đợc tính theo:
S
RI
M
rr

.
..3
1
2

=
I
r
:dòng điện rôto
R
r
: điện trở rôto
M.s = const nếu I
r
= cosnt => M và s bị trói buộc nên phạm vi điều chỉnh
nhỏ chỉ phù hợp với quạt gió bởi phạm vi điều chỉnh cỡ 3 :1.

T
1
T
4
A
T
3
T
6
B
T
5
T

2
C
- 15 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Bộ điều áp xoay chiều thờng dùng van bán đẫn hơn cả bởi nó vừa đảm
bảo chỉ tiêu kĩ thuật và giá thành hợp lí. Điện áp đợc qua bộ van bán dẫn phụ
thuộc vào góc mở của tiristor.
Kết luận :
+ Phơng án điều chỉnh tần số nguồn tuy là phơng án điều chỉnh bằng
phẳng nhng trong trờng hợp tần số giảm f
1
<f
đm
nếu giữ nguyên điện áp U
1
dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ sẽ giảm theo tần số). Do
vậy khigiảm tần số cần phảigiảm điện áp theo quy luật nhất định. Vì vậy khinào
có nhiều động cơ điện cũng thay đổitốc độ theo một quiluật chung thì cách điều
chỉnh này mới thực hiện tốt. Hơn nữa nó chỉ cho giá trị kinh tế khi điều chỉnh
nhiều động cơ một lúc mà quạt gió thì lại hoạt động độc lập. Phơng pháp điều
chỉnh bằng đổi số đôi cực không điều chỉnh trơn đợc tốc độ và phụ thuộc nhiều
vào công đoạn chế tạo động cơ.
+ Do quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc với công
suất nhỏ hơn 200KW vớiyêu cầu điều chỉnh trơn, vùng điều chỉnh không quá
rộng (cỡ 3:1) thì áp dụng phơng pháp điều áp xoay chiều 3 pha là hợp lý bởi nó
áp dụng cho động cơ làm việc độc lập, tổn thất nhỏ hiệu suất cao.
Vậy ta sẽ dùng phơng pháp điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 tiristor mắc
song song ngợc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở để điều chỉnh
điện áp cấp cho động cơ.

- 16 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
3
Sơ đồ mạch lực và tính toán mạch lực
I. Lựa chọn sơ đồ động lực
Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thờng gặp gồm 3 sơ đồ
nh hình 3.1 a, b, c.

a

Hình 3.1: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Tiristor mắc song
song ngược
c



b



- 17 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Các loại sơ đồ này bao gồm, tải đấu sao có trung tính (hình 3.1 a), tải đấu
sao không trung tính (hình 3.1 b), tải đấu tam giác (hình 3.1 c). Tải đấu sao có
trung tính, có u điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển
dịch pha theo điện áp lới. Do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn, vì điện
áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha. Nhợc điểm của sơ đồ là trên dây trung
tính có tồn tại dòng điện điều hoà bậc cao, khi góc mở các van khác 0 có dòng
tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu

dây ra.
Các sơ đồ không trung tính hình 3.1 b, c có nhiều điểm khác so với sơ
đồ có trung tính. Dòng điện chạy giữa các pha vớinhau, nên đồng thời phải cấp
xung điều khiển cho hai Tiristor của hai pha một lúc. Việc cấp xung điều khiển
nh thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển, ngay cả việc đổi thứ tự pha
nguồn lới cũng có thể làm ảnh hởng tới hoạt động của sơ đồ.
Hiện nay, với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điều áp ba pha
bằng các cặp tiristor nh hình 3.1 đợc thay thế bằng các sơ đồ triac nh hình 3.2.
Nh đã giới thiệu ở trên, triac về nguyên lí điều khiển giống hệt các cặp
tiristor mắc song song ngợc. Vì vậy, sử dụng các sơ đồ hình 3.1 hay hình 3.2

c
Hình 3.2: Điều áp ba pha bằng Triac

a



b




- 18 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
tuỳ thuộc vào khả năng linh kiện có loại nào. Ngoài ra, hình 3.2 có u điểm hơn
về mặt điều khiển đối xứng và đơn giản về cách ghép.
Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng ngời ta có thể
sử dụng sơ đồ cặp tiristor - điốt. Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tế không
nhiều. Bởi vì khi không có xung điều khiển vẫn có dòng điện chạy qua tải.

Trong trờng hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể sử
dụng sơ đồ điều khiển hai pha nh hình 3.3.
Ưu điểm của sơ đồ hình 3.3 là số lợng van bán dẫn ít hơn và mạch điều
khiển cũng đơn giản hơn. Nhợc điểm của sơ đồ là điều khiển không đối xứng,
nên đờng cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậy giá trị
hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt. Loại sơ đồ này chỉ phát
huy tác dụng khi tải và nguồn đợc phép làm việc không đối xứng và có số lợng
van bán dẫn bị hạn chế.
Hình 3.3: Sơ đồ điều áp ba pha không đối xứng
Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ, ngoài chế độ
đóng cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay.
Động cơ điện không đồng bộ khi đảo chiều quay cần đổi thứ tự pha. Sơ đồ
điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ nh giới thiêu trên hình
3.4:




- 19 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Khi chiều quay thuận cấp xung điều khiển cho T
1
,T
2
,T
7
,T
8
,T
9

,T
10
; Các pha
lớiA
1
, B
1
, C
1
đợc nối tơng ứng với các cuộn A, B, C của động cơ. Khiở chiều
quay ngợc ta cấp xung điều khiển choT
3
,T
4
,T
5
,T
6
,T
9
,T
10
. Các pha lớiA
1
, B
1
, C
1
đ-
ợc nối tơng ứng B, A, C của động cơ.

Với bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió ở đây, không yêu cầu đảo chiều
thích hợp nhất ta sẽ chọn sơ đồ Tiristor đấu song song ngợc 3 pha không có
điểm trung tính. Nếu chọn sơ đồ Triac thì phải tăng cấp làm mát sẽ làm cồng
kềnh mạch.

Hình 3.4: Sơ đồ điều áp ba pha có đổithứ tự pha


A
1
B
1
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
T
7
T
8
A B

C
1
T
9
T
10
C
- 20 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
II. Sơ đồ mạch động lực
III. Nguyên lý hoạt động
+ Đóng cầu dao của áptômát AT cấp điện cho mạch. Lúc này bộ biến
đổi đang khoá nên động cơ cha đợc cấp điện, nút mở máy đang mở nên điện ch-
a đợc cấp vào động cơ.
+ Để mở máy, ấn nút mở máy M, cuộn hút rơle khởiđộng có điện tác
động làm các tiếp điểm R
tđ
đóng lại, điện đợc duy trì cấp cho rơle và đồng thời
cấp điện cho mạch điều khiển tác động mở các Tiristor hầu nh ngay lập tức.
Động cơ đợc cấp điện bắt đầu quá trình khởi động.
+ Trong quá trình làm việc, việc điều chỉnh tốc độ thông qua điều chỉnh
một điện áp đặt nhờ biến trở đặt trên mạch điều khiển để điều chỉnh góc mở

C
1
C
1
C
1
R

1
R
1
R
1
Z
A
Z
B
Z
C
R
2
R
2
R
2
C
2
C
2
C
2
AT
C
BA
- 21 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
của bộ Tiristor. Tín hiệu phản hồi để điều chỉnh là điện áp lấy từ bộ phát tốc đa
về mạch điều khiển.

+ Khi muốn dừng máy ta ấn nút dừng D, rơle R
tđ
bị mất điện làm cuộn
hút nhả, các tiếp điểm R
tđ
mở ra cắt điện cấp vào mạch điều khiển. Bộ biến đổi
bị khoá, các Tiristor không dẫn, động cơ đợc cắt khỏi lới.
+ Các điện trở R,C bảo vệ bộ Tiristor, các cầu chì CC bảo vệ ngắn mạch
dòng quá tải lớn. Bộ biến dòng cấp điện cung cấp cho các rơle nhiệt RN. Các
rơle nhiệt RN để bảo vệ quá tảilâu dài. Khi quá tải lâu dài nhiệt độ tăng quá
nhiệt độ cho phép làm rơle nhiệt tác động mở các tiếp điểm RN ngừng cung cấp
điện cho mạch, cắt động cơ ra khỏi lới. Khicó hiện tợng mất pha mạch bảo vệ
mất pha nằm trong bộ điều khiển tác động cũng cắt điện lói vào động cơ và
mạch điều khiển.

IV. Tính toán và chọn thiết bị cho mạch lực
Các thông số động cơ cần đợc điều khiển:
P
cơ
= 43 kW U
đm
= 380/220 V Cos = 0,82 = 0,87
P
1
=P
cơ
/h =3U
f
.I
f

cos I
f
=
82,0.220.3.87,0
43000
cos3.
=

f
co
U
P
= 91,58(A)
Nh vậy I
t
=91,58(A)
Dòng hiệu dụng qua van : I
v
=1/2I
t
=45,78 (A)
Dòng trung bình qua van : I
tb
=
dttIv



0
)sin(.2

1

=
Iv

22
= 41,2(A)
Điện áp ngợc đặt lên van : U
ng
=
2
.U
2
=380.
2
=537,4 (V)
4.1. Tính chọn van
Các van bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu khi làm việc, nhiệt độ
mặt ghép vợt quá nhiệt độ cho phép thì dù trong thời gian rất ngắn cũng có thể

- 22 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
phá huỷ thiết bị bán dẫn. Thiết bị không làm mát thì khả năng chịu dòng tải chỉ
còn khoảng (25ữ50) dòng định mức.
Trong công nghiệp ngời ta thờng dùng ba phơng pháp làm mát :
Làm mát bằng nớc (cho nớc trực tiếp chảy qua cánh tản
nhiệt tức là cần một hệ thống bơm và ống đẫn rất phức tạp.)
Làm mát bằng gió cỡng bức (dùng quạt thông gió bao
quanh cánh tản nhiệt)
Làm mát tự nhiên để van tự tản nhiệt tự nhiên qua các cánh

tản nhiệt vào môi trờng.
Đối với phơng pháp 1 và 2 đợc dùng cho thiết bị công suất lớn đòi hỏi
điều khiển với chất lợng cao, giá thành làm mát là cao và lắp đặt cồng kềnh
phức tạp. Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha dùng cho động cơ không đồng
bộ tải là quạt thông gió thì sử dụng làm mát cho van là phơng pháp làm mát tự
nhiên là hợp lý bởi đây là loại thiết bị tải nhẹ và ít thay đổi. Khi làm việc lợng
gió qua thiết bị lớn nên có thể lợi dụng để làm mát cho van đợc. Khi đó ta lấy
hiệu suất của van là 25%.
Từ các số liệu tính toán ở trên ta có:
Dòng hiệu dụng qua van : I
v
=1/2I
t
=45,78 (A)
Điện áp ngợc đặt lên van :U
ng
=
2
.U
2
=380.
2
=537,4 (V)
- Dòng chọn van :I
cv
=
)(8,164
25
100.2,41
A

=

- Điện áp chọn van :U
cv
=U
ng
max.K
DT
=537,4.1,8=967,32(V)
Nh vậy ta có thể chọn loại van ST180S12P0V vớicác thông số :
U
đm
= 1200 V U
đk
= 3 V t
cm
= 100 às
I
tb
= 200 A I
RMS
= 314 A T
cp
= 85
0
C
I
X
= 4,2 KA I
dò

= 20 mA
I
đk
=0.15 A U = 1,75 A

- 23 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
4.2. Tính bảo vệ van
+ Lý do bảo vệ :
Các phần tử bán dẫn công suất đòi hỏi các điều kiện bảo vệ rất khắt khe
trớc hết là các trị số giới hạn cho phép sử dụng do nhà sản suất quy định đối với
từng phần tử :
- Điện áp ngợc lớn nhất
- Trị số trung bình cho phép đốivới đóng điện
- Nhiệt độ lớn nhất cho phép của mạch ghép
- Tốc độ tăng trởng lớn nhất của điện áp du/dt
- Tốc độ tăng trởng lớn nhất của dòng điện di/dt
- Thời gian khóa
Nếu quá trị cho phép của nhà sản suất đều gây ra h hỏng cho van. Do đó
chúng cần đợc bảo vệ chống những sự cố bất ngờ xảy ra: ngắn mạch tải, quá
điện áp hoặc quá dòng điện.
4.2.1. Thiết kế tản nhiệt
Dòng qua van ở đây không quá lớn 45,78 A nên không cần mắc song song
các Tiristor. Ta chỉ cần thiết kế cánh toả nhiệt cho nó.
Khi làm việc, van bán dẫn có sụt áp, do đó có tổn hao công suất P =
U.I
lv
. Tổn hao công suất này sinh nhiệt. Mặt khác van chỉ đợc làm việc tới
nhiệt độ tối đa cho phép T
cp

nào đó. Do đó phải tìm cách bảo vệ quá nhiệt cho
van bán dẫn.

h
h
b
a
c
z
h
o
1
Hình 1.31 Hình dáng và kích thước giớihạn cho cánh toả nhiệt
một van bán dẫn
- 24 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Muốn bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn cần phảichọn đúng dòng điện
van theo chế độ làm mát. Làm mát van hiện nay phổ biến ngờita thờng dùng
cánh toả nhiệt. Diện tích bề mặt toả nhiệt có thể đợc tính gần đúng theo công
thức:


=
tn
tn
k
P
S
=
60.001,0

75,1.78,45
= 1335,25 [cm
2
]
Do tổn hao công suất
P

= 45,78.1,75 = 80 < 100 nên ta chọn phơng
pháp làm mát tự nhiên băng cánh toả nhiệt
Trong đó:
S
tn
- diện tích bề mặt toả nhiệt [cm
2
];

P - tổn hao công suất [ W ];

- độ chênh nhiệt so với môitrờng

= T
lv
-T
mt
T
lv
-T
mt
- nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môitrờng [
o

C ];
k
tn
- hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt (trong điều kiện làm mát tự nhiên
không quạt cỡng bức, thờng chọn k
tn
= 10.10
-4

[
W/cm
2 o
C
]
.
Chọn toả nhiệt có 6 cánh (12 mặt tiếp giáp) thì diện tích 1 mặt là

12
1335
= 111 [cm
2
]
Chọn b =11 cm h = 10cm c = 3cm z= 7cm h
o
= 10mm
Suy ra a = 53 cm.
4.2.2- Bảo vệ quá điện áp
Linh kiện bán dẫn nói chung và bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạy cảm
với sự thay đổi của điện áp. Những yếu tố điện áp ảnh hởng lớn nhất tới van bán
dẫn mà cần có phơng thức bảo vệ là:

- 25 -
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van.
Xung điện áp do chuyển mạch van.
Xung điện áp từ phía lới xoay chiều, nguyên nhân thờng gặp là do cắt
tải có điện cảm lớn trên đờng dây.
Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải.
Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp, cần chọn
đúng các van bán dẫn theo điện áp ngợc.
Bảo vệ xung điện áp khi chuyển mạch van bán dẫn.
Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van đợc dùng mạch R - C
mắc song song với các van bán dẫn. Sơ đồ đơn giản của loại mạch này mô tả
trên hình 1.34a. Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên
xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N. Mạch R - C mắc song song với van bán
dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van.
Có thể tính các giá trị R,C bằng phơng pháp đồ thị nhng để đơn giản ta
chọn theo kinh nghiệm R = 30

C = 4
F
à
Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do xung điện áp từ lới.
Để bảo vệ xung điện áp từ lới điện, mắc song song với tải ở đầu vào một
mạch R - C, nhằm lọc xung nh mô tả trên hình 1.34b. Khi xuất hiện xung điện

Hình 1.34 Bảo vệ thiết bị điện tử khỏi chọc thủng do
xung điện áp.
C
R

2
R
1
c.
D
1
D
5
D
5
D
2
D
4
D
6
C
C
C
R
R
R
b.
R
T
C
a.