Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đồ án môn học: Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện: 1


Lời nói đầu
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày càng đáp ứng những nhu
cầu về tính hiện đại và tự động hóa trong mọi nghành công nghiệp.Bước tiến vượt bậc
của khoa học kỹ thuật là sự ra đời của công nghệ bán dẫn, nó là một yếu tố không thể
thiếu trong ngành công nghiệp tự động hóa.Việc ứng dụng của nó rất rộng rãi trên
nhiều lĩnh v
ực đặc biệt trong lĩnh vực điện tử công suất nó được ứng dụng để chế tạo
các linh kiện điện tử góp phần tạo nên những mạch điều khiển ứng dụng trong điều
khiển động cơ.
Điện tử công suất phục vụ rất hiệu quả cho truyền động điện đặc biệt là điề
u
khiển động cơ.Cũng nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn nữa về những ứng dụng quan
trong trong điều khiển động cơ, đặc biệt là động cơ điện một chiều được sử dụng ngày
càng rộng rãi trong cuộc sống, các sinh viên nghành Điện chúng tôi tham gia làm đồ án
môn học Điện tử công suất nhằm tìm hiểu kỹ hơn vấn đề này.
Đồ án môn h
ọc “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển theo
nguyên lý arccos cho phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập” gồm
có 6 chương:
Chương 1:Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Chương 2:Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu một pha
Chươ
ng 3:Tính chọn mạch động lực
Chương 4:Tính chọn mạch bảo vệ và cuộn kháng san bằng
Chương 5:Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý ARCCOS
Chương 6:Mô phỏng
Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy PGS.TS Đoàn Quang Vinh và các thầy cô

trong bộ môn, tôi đã hoàn thành đồ án của mình với sự học hỏi và mở mang kiến thức.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và b
ạn bè đã giúp đỡ tôi hoàn thành
nhiệm vụ của mình!

Đà nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2008
Sinh viên thực hiện











Đồ án môn học: Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện: 2
E
R
f
U
æ
I
KT
C
KT
R

KT
U
KT

Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
1.Đặc tính cơ của động cơ điện
1.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Đặc điểm của động cơ kích từ độc lập là dòng điện kích từ và từ thông động cơ
không phụ thu
ộc dòng điện phần ứng.Sơ đồ nối dây như hình vẽ:
.









a, b,
Hình 1.1 a:Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song
b:Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch
kích từ thường mắc song song với mạch phần
ứng, lúc này động cơ được gọi là
động cơ kích từ song song.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được

gọi là động cơ kích từ độc lập.
Phương trình đặc tính cơ:
Theo sơ đồ hình 1.1 ta có thể viết phương trình cân bằng
điện áp của mạch phần
ứng như sau:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
t
)I
ư
(1-1)
trong đó: U
ư
: điện áp phần ứng
E
ư
: sức điện động phần ứng
R
ư
: điện trở của mạch phần ứng
R
t
: điện trở phụ trong mạch phần ứng
I
ư

: dòng điện mạch phần ứng
Với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
i
+ r
ct

r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
: điện trở cuộn cực từ phụ
r
b
: điện trở cuộn bù
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức
Trong đó:
2
u

pN
EK
a
ωω
π
=Φ=Φ
(1-2)
U

I
ư

æ

C

KT

R

KT

R

f

I

KT

E

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
3

p: số đôi cực từ chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ

ω
: tốc độ góc

2
pN
K
a
π
=
: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo của động cơ
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:

nKE
cö
Φ=
(1-3)

2
60 9.55
nn
π
ω
==

Vì vậy :
60
u
pN
E n
a
=Φ


60
c
pN
K
a
=
: Hệ số sức điện động của động cơ

0.105
9.55
c
K
KK==

Từ đó ta có:

uf
u
u
RR
U
I
KK
ω
+
=− ×
ΦΦ
(1-4)
Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ M
đt
của động cơ tỉ lệ với từ thông và dòng điện phần ứng
được xác định bởi:
M
đt
= K
Φ
I
ư
(1-5)
Suy ra:
dm
u
M

I
K
=
Φ

thay giá trị I
ư
vào (1-4) ta được:

()
2
uf
u
dt
RR
U
M
K
K
ω
+
=−
Φ
Φ
(1-6)
Nếu bỏ qua các tổn thất trong động cơ, gồm tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ
do tự quạt mát và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ coi như bằng
mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là M
đt
= M

cơ
= M.

()
2
uf
u
RR
U
M
K
K
ω
+
=−
Φ
Φ
(1-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng , từ thông của động cơ
Φ
= const thì
các phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến
tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình là những đường thẳng.


Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:

4

ω ω



ω
o
ω
o


ω
dm
ω
dm







Hình 1.2 a:Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b:Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Theo các đồ thị trên, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:

u

o
U
K
ωω
==
Φ
(1-8)

o
ω
: được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ
Khi
o
ω
=0 ta có:

nm
fö
ö
I
RR
U
I =
+
=
(1-9)
Và
nm nm
M KI M=Φ =
(1-10)

I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) cũng có thể được viết ở dạng:

.
u
uo
U
R
I
KK
ωωω
=− =−Δ
ΦΦ
(1-11)

()
2
.
u
o
U
R
M
K
K
ωωω

=− =−Δ
Φ
Φ
(1-12)
trong đó:

.
u
ufo
U
RR R
K
ω
=+ =
Φ


()
M.
K
R
I.
K
R
2
ö
Φ
=
Φ
=ωΔ

ω
Δ
được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M .
1.1.2 Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính
cơ: từ thông động cơ Φ, điện áp phần ứng U
ư
và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần
lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó.
âm nm

M M


I

âm

I

nm

I
Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
5

TN(R
n
)
R
f
1
R
f
2
R
f
3
R
f
4
M
c
M

1.1.2.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Giả thiết U
ư
= U
đm
= const và Φ = Φ
đm
= const
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch phần

ứng như hình 1.1 và 1.2 thì sẽ làm thay đổi được điện trở tổng của mạch này.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

dm
o
dm
U
const
K
ω
==
Φ

Độ cứng của đặc tính cơ:

()
2
ar
dm
uf
K
M
v
RR
β
ω
Φ
Δ
==− =
Δ+

Khi R
t
càng lớn,
β
càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với R
f
= 0 ta có
đặc tính cơ tự nhiên

()
2
dm
TN
u
K
R
β
Φ
=−
(1-13)
TN
β
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc
tính có điện trở phụ.
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta được một họ đặc tính biến trở có dạng như
hình vẽ:

ω


o
ω










Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ một chiều
kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Ứng với một phụ tải M
c
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng
thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta
thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ
động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.
1.1.2.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết từ thông Φ=
Φ
dm

=const, điện trở phần ứng R
ư
= const. Khi thay đổi
điện áp theo hướng giảm so với U
dm
, ta có:
Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
6
TN
U
âm
U
1
U
2
U
3
U
4
M(I)
M
c
Tốc độ không tải:
ar
x
ox
dm

U
v
K
ω
==
Φ

Độ cứng đặc tính cơ:
()
2
ons
dm
u
K
ct
R
β
Φ
=− =

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính
cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.


ω



o
ω

01
ω



02
ω



03
ω


04
ω




Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào
phần ứng động cơ
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện
ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định.
Do đó phương pháp này cũng được sử
dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ
và hạn chế dòng điện khi khởi động.

Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U
đm
=const , không nối thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng,tức R
ư
= const.Bằng cách thay đổi dòng điện kích từ I
kt
động cơ
ta sẽ làm thay đổi từ thông . Trong trường hợp này:
Tốc độ không tải:
ar
dm
ox
x
U
v
K
ω
==
Φ

Độ cứng đặc tính cơ:
()
2
ar
x
u

K
v
R
β
Φ
=− =

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi
từ thông giảm thì
ox
ω
tăng, còn
β
sẽ giảm.
Ta có một họ đặc tính cơ với
ox
ω
tăng dần và độ của đặc tính giảm dần khi giảm từ
thông.

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
7
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch:
ons
dm
nm

u
U
I ct
R
==

Mômen ngắn mạch:
ar
nm x nm
M KI v=Φ =

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu
diễn như hình

ω

ω



02
ω

02
ω

2
Φ

01

ω
2
Φ

01
ω

0
ω

1
Φ

0
ω

1
Φ


dm
Φ


TN,
ñm
Φ

Hình 1.5: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
Với dạng mômen của phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên
1.2 Tổng quan về điều chỉnh
-Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác, không
những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn
-Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện có 3 phương pháp:
+Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ
+Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng
+Điều chỉnh từ thông động
1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở ph
ần
ứng:
Từ phương trình đặc tình cơ tổng quát:
2
()
u
u
R
U
M
KK
ω
∑
=−
ΦΦ

⇒
ω
=
ω
o
-
Δω

Ta thấy rằng khi thay đổi R
uf
thì
ω
0
= const còn
Δ
ω
thay đổi , vì vậy ta sẽ được
các đường đặc tính điều chỉnh có cùng
ω
0
và dốc dần khi R
uf
càng lớn với tải như
nhau thì tốc độ càng thấp:


M
c
M

nm
2
M
nm
1
M
nm
M
I

nm

I
TN

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
8









a, b,

Hình 1.6 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R
ưf

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R
ưf

Như vậy:0<R
uf1
<R
uf2
<… thì
ω
dm
>
ω
1
>
ω
2
>…, nhưng nếu ta tăng R
ưf
đến một giá trị
nào đó thì sẽ làm cho M
≤
M
c
và như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ
làm việc ở chế độ ngắn mạch,
ω

=0.Từ lúc này, ta có thay đổi R
ưf
thì tốc độ vẫn
bằng 0, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa, do đó phương pháp
điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.
1.2.2 .Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM
dl
bằng cách thay đổi từ
thông kích từ của động cơ:
Từ phương trình đặc tích cơ tổng quát:

2
()
u
u
R
U
M
KK
ω
∑
=−
ΦΦ

⇒
ω
=
ω
o
-

Δω

Ta thấy rằng khi thay đổi
Φ
thì
ω
o
và
Δω
đều thay đổi , vì vậy ta sẽ được đặc tính
điều chỉnh dốc dần ( độ cứng
β
càng giảm) và cao hơn các đường đặc tính cơ tự
nhiên khi
Φ
càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông












Hình 1.7 :a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi
Φ

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi
Φ



-

U
u
E

C
kt
R
kt
I
kt
I
u
Φ
a)

ω
ω
0

ω
0dm
ω

01
ω
02

0
M
M
c
M
n2
M
n1
ω
2
ω
1
Φ
1
Φ
2
Φ
dm
b)

-
U
ư
R
F
E

C
kt
R
kt
I
kt
I
ư
ω
ω
0

ω
dm
ω
1
ω
2

0
M
M
c
TN
Rưf1

Rưf2

.
Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
9
Như vậy :
Φ
đm
>
Φ
1>
Φ
2>… thì
dm
ω
<
1
ω
<
2
ω
<…, nhưng nếu giảm
Φ
quá nhỏ
thì có thể lam cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép , hoặc làm cho điều
kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao , hoặc để đảm bảo chuyển
mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen
cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẫn đển động cơ bị quá tải.
1.2.3.Phương pháp đ
iều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của
động cơ:

Từ phương trình đặc tích cơ tổng quát:

2
()
uu
UR
M
KK
ω
=−
ΦΦ

⇒
ω
=
ω
o
-
Δω

Ta thấy rằng khi thay đổi U
ư
thì
ω
o
thay đổi còn
Δω
=const, vì vậy ta sẽ được các
đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau.Nhưng muốn thay đổi U
ư

thì phải có
bộ nguồn một chiều thay đổi được điện áp ra , thường dùng các bộ biến đổi.











Hình 1.8 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi U
ư

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi U
ư

Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện :dùng máy phát một chiều(F),máy
khuếch đài (MĐKĐ); bộ biến đổi từ:mạch khuyếch đại từ(KĐT) một pha ,ba pha:bộ
biến đổi điện tử bán dẫn: các bộ chỉnh lưu (CL) dùng thyristor, các bộ băm điện
áp(BĐA) dùng thyristor, transistor…

a)

b)

+
U
u
E
I
u
C
kt
I
kt
BBĐ
ω
ω
0dm
M
M
c
ω
2
ω
1

ω
dm
M
c
-ω
udm
-U
udm
U
udm
U
u1
< 0
U
u1
> 0
U
u
= 0
Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
10
Chương 2:
TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha
2.1. Nguyên lí làm việc:
u =
2
Usin
θ

Trong nửa chu kỳ đầu : 0
≤

1
θ
≤

π
, u > 0 cực dương tại A, cực âm tại B. Hai
Thyristor T
1
và T
3
đang ở trạng thái sẵn sàng dẫn điện vì chưa có xung kích khởi

đưa vào cực điều khiển.
Tại thời điểm
1
θ
=
α
1
( 0
≤

1
θ
≤

π
) ta đưa xung kích khởi vào T
1
và T
3
làm cho T
1
, T
3

mở lúc này trong mạch có dòng điện i
d
qua tải qua T
3
trở về nguồn,lúc này u
d

=u.
Tại thời điểm
θ
=
π
thì u = 0, nhưng hai Thyristor T
1
, T
3
vẫn mở vì tải là phần ứng
của động cơ điện một chiều nên coi như có cuộn cảm mắc nối tiếp với tải. Trong
quá trình T
1
và T
3
mở thì cuộn cảm L tích luỹ năng lượng e = -
di
L
dt
nên khi u < 0
thì T
1
và T
3
vẫn còn dẫn điện qua tải đó là ứng với lúc cuộn cảm bắt đầu hoàn trả
năng lượng về nguồn .
Trong nửa chu kỳ sau:
π

≤

2
θ
≤
2
π
, tính cực dương tại B, cực âm tại A.HaiThyristor
T
2
và T
4
cũng đang ở trạng thái chờ mở cho dòng chảy qua.
Tại thời điểm: θ
2
=
π
+θ
1
=
π
+
α
(
α
góc điều khiển) ta đưa xung kích khởi vào mở T
2

và T
4

→
T
2
và T
4
dẫn còn T
1
, T
3
khoá.
Vì vậy trong mạch xảy ra quá trình trên và lặp lại liên tục.Vì có điện cảm L trong
mạch tải nên thực tế dòng liên tục i
d
= I
d
.
Khi T
1
,T
3
mở ta có:

2sin
dL
di
URiEX
d
θ
θ
⋅=⋅++

T
1
1
1
T
2
T
3
T

4

i
T4

R
u
d
i
T1

L
i
d
A

B
E

2
U

i
Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
11
EIRU
di
X
d
E
i
R
sinU2
1
dt
di
XERisinU2
ddi
I
I
âid
âi
d
D
ÂI
+⋅=↔

π
+θ
π
+
π
=θ
π
↔
++=θ↔
∫∫∫∫
α+π
α
α+π
α
α+π
α

Trong đó: U
di
= U
dio
cos
α
; U
dio
=
2
m
U
π

;
2
m
UU=

Nên U
di
=
22
cos
U
α
π


di
d
UE
I S
R
−
→=
; I
d
:là dòng chỉnh lưu(dòng trong mạch tải)
Dạng sóng điện áp chỉnh lưu:
θ
I
d
i

d
0
2
ππ
u
d
θ
α
θ
2
θ
1
θ
i
v2,4
θ
i
θ
I
d
I
d
i
v1,3
u
d
u

Hình 2.2: Dạng sóng điện áp chỉnh lưu

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
12
2.2. Hiện tượng trùng dẫn:
Như đã trình bày ở trên, chúng ta chỉ đề cập đến nguyên lý hoạt động của các
bộ biến đổi trong trường hợp lí tưởng, tức là không xét đến ảnh hưởng của điện
kháng L
k
của nguồn điện xoay chiều.Khi xét đến cuộn kháng L
k
của nguồn thì trong
mạch sẽ không xảy ra hiện tượng chuyển mạch tức thời.Hiện tượng trùng dẫn là
hiện tượng cả 4 Thyristor đều dẫn.
Giả sử tại thời điểm
θ
1
, T
1
,T
3
mở cho dòng chảy qua i
T1,3
= I
d
;
Khi
2
θθ

=
cho xung điều khiển mở T
2
,T
4
. vì sự có mặt của L
k
nên dòng i
T1,3
không
thể giảm đột ngột từ I
d
về 0, mà dòng i
T2,4
cũng không thể tăng đột ngột từ 0 đến I
d
.
Lúc này cả 4 Thyristor đều mở (cùng dẫn)
→
phụ tải bị ngắn mạch, U
d
=0, nguồn
cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng điện ngắn mạch(i
k
)
Ta có phương trình:
2sin
k
k
di

UX
d
θ
θ
=

Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 sang
2
θ
, ta có:
()
() ()
2sin
2
cos cos cos cos
k
k
kkm
k
km
km
k
di
UX
d
U
iI
X
U
I

L
θα
θ
αθα αθα
ω
+=
⎡⎤⎡⎤
→= − + = − +
⎣⎦⎣⎦
=

Đặt
12
kk k
iii=+
, với
12
2
k
kk
i
ii==

i
k1
làm tăng dòng trong T
4
, làm giảm dòng trong T
3
;

i
k2
làm tăng dòng trong T
2
, làm giảm dòng trong T
1
;
()
()
2,4
1,3
2
cos cos
2
2
cos cos
2
k
k
kd
k
U
i
X
U
iI
X
αθα
αθα
⎡⎤

=−+
⎣⎦
⎡⎤
=− − +
⎣⎦

Kết thúc giai đoạn trùng dẫn tức là khi
θ μ
=
; i
T1,3
= 0 nên phương trình chuyển
mạch có dạng:
() ()
2
cos cos *
2
kd
XI
U
αμα
−+=

Xác định
:U
μ
Δ

() ()()
2

0
2
1
2sin cos cos **
U
UU d
μ
μ
θα θ α θα
ππ
⎡⎤
Δ= +⋅= − +
⎣⎦
∫

Từ (*) và (**) ta có:
2
kd
X I
U
μ
π
Δ=

Với
22
cos
d
U
U

α
π
=

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
13
Khi L
k

≠
0 trị trung bình điện áp :
2
'
kd
dd
X I
UU
π
⋅
=−





V
4

V
3
V
1
V
2
R
E
u
i
d
L
i
K1
L
K
i
K2



Hình 2.3 Sơ đồ mạch động lực hiện tượng trùng dẫn







Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
14
θ
1
θ
2
θ
3
α
θ
d
π
2
π
0

i
d
I
d
i
v1
i
v2
θ
α
μ
0

Hình 2.4: Sơ đồ hiện tượng trùng dẫn
















Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
15
Chương 3:
TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
Mạch động lực bao gồm : Máy biến áp và chọn Thyristor.
3.1Chọn Thyristor
3.1.1.Điện áp ngược lớn nhất trên Thyristor
Máy biến áp công suất nhỏ nên sụt áp trên điện trở tương đối lớn, khoảng 4%, sụt
áp trên điện kháng ít hơn khoảng 1,5%. Điện áp sụt trên hai Thyristor nối tiếp là

2V.Do có cuộn kháng san bằng nên sụt áp khoảng 0.8 %. Vậy điện áp chỉnh lư
u
không tải là:
U
d0
= U
d
+
Δ
U
v
+
Δ
U
ba
+
Δ
U
dn

Trong đó: U
d
=110V – điện áp chỉnh lưu

Δ
Uv = 2V – sụt áp trên các van

Δ
U
ba

=
Δ
U
r
+
Δ
U
L
– sụt áp bên trong mba khi có tải, bao gồm sụt áp trên điện
trở (
Δ
U
r
) và sụt áp trên điện cảm (
Δ
U
L
), những đại lượng này khi chọn sơ bộ vào
khoảng (5
÷
10)%. Ở đây ta chọn 7% và 5%

Δ
U
r
= 0,07 x 110 = 7,7V

Δ
U
L

= 0,05 x 110 = 5,5V
⇒
Δ
U
ba
= 7,7 + 5,5 = 13,2V

Δ
U
dn
– sụt áp trên dây nối:
Δ
U
dn
= Rd
n
.I
d
=
..
d
l
I
S
ρ
Xem
Δ
U
dn
~0

Vậy
Δ
U
d0
= 110 + 2 + 13,2 + 0 = 125,2V
Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp MBA :
Ta có :
U
d
=
2
22
osUc
α
π

Trong thiết kế ta phải tính cho trường hợp lớn nhất U
d
=max
Để U
d
max thì
cos
α
=1 ⇒
α
=0
o

Giả sử ban đầu góc mở

α
=0
o
(cos
α
= 1 ) thì Thyristor dẫn như một điode ta có:
U
do
=
2
22
U
π

Suy ra :
U
2
=
3,14.125,2
140
22 22
do
U
V
π
==

Tỷ số máy biến áp :

2

1
140
0,636
220
U
m
U
== =

Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi Thyristor :

2
2 2.140 198
im
UU V== =

Dòng chỉnh lưu :
I
d
= I
ưđm
= 2,35 (A)

Đồ án môn học:

Điện tử công suất
Sinh viên thực hiện:
16
Giá trị trung bình của dòng chảy qua mỗi Thyristor :

2,35
1,175
22
d
T
I
I A== =

Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua thứ cấp máy biến áp :
I
2
= I
d
= 2,35 (A)
Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua pha sơ cấp máy biến áp :
I
1
= m.I
2
= 0,636. 2,35 = 1,5 (A)
3.1.2 Chọn Thyristor :
Dựa vào dòng trung bình qua mỗi Thyristor và điện áp ngược lớn nhất trên mỗi
Thyristor để chọn Thyristor:
Chọn Thyristor có hệ số dự trữ dòng K
i
= 1,2 và hệ số dự trữ điện áp K
u
= 1,6
Vậy Tiristor chọn phải chịu được :
Điện áp ngược lớn nhất :

U
ngmax
= K
u
. U
im
= 1,6. 198 = 316,8 V
- Dòng trung bình qua mỗi Thyristor :
I
tb
= K
1
. I
T
= 1,2 . 1,175 = 1,41 A
Từ các thông số U
nv
= 316,8V; I
đm
= 1,41A theo bảng p.2 trang 212 sách “Tính toán
thiết kế thiết bị điện tử công suất” . ta chọn 4 Thyristor loại TCR22-6 có các thông
số sau:

Điện áp ngược cực đại của van U
nmax
= 400(V)
Dòng điện định mức của van I
đmmax
= 1.5(A)
Đỉnh xung dòng điện I

pikmax
= 160(A)
Dòng điện của xung điều khiển
I
gmax
= 200(
μ
A)
Điên áp của xung điều khiển U
gmax
= 0.8(V)
Dòng điện rò
I
rmax
= 200 (
μ
A)
Sụt áp max của thyristo ở thời điểm dẫn
Δ
U
max
= 1,7(V)
Tốc độ thay đổi điện áp
du
dt
= 25(V/s)
Thời gian chuyển mạch
t
cm
=40

vs

Nhiệt độ làm việc max cho phép T
max
= 1250c

3.2 Tính chọn biến áp lực :
3.2.1 Mạch từ :
Công suất phía sơ cấp MBA
S
1
= U
1
. I
1
= 220 . 1,5 = 330 VA
Công suất phía thứ cấp MBA
S
2
= U
2
. I
2
= 140 . 2,35 = 329 VA
Công suất trung bình của MBA
S =
12
330 329
329,5
22

SS
++
==
VA