Thiết kế mạch điều khiển Động cơ điện một chiều

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất
tốt, có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều
chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Động cơ điện một chiều
được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao vể điều chỉnh tốc độ như
cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Trong quá trình học tập tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên được sự chỉ
đạo của nhà trường và của khoa Điện - Điện tử và đặc biệt là sự hướng dẫn rất nhiệt tình
của cô Nguyễn Phương Thảo đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài : “Thiết kế mạch
điều khiển động cơ điện một chiều”.
Trong đề tài này chúng em đã đi nghiên cứu bộ tạo xung áp một chiều để điều khiển
động cơ điện một.
Nội dung đồ án:
Chương I:

Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều

Chương II: Giới thiệu vÒ xung áp 1 chiều
Chương III: Thiết kế mạch
Chương IV: Số liệu động cơ điện 1 chiều
Kết luận

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

1
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

CHNG I
GII THIấU Vấ ễNG C IấN 1 CHIấU
1.1 - Khái niệm chung:
1.1.1 - Khái niệm:
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong hệ
điều chỉnh tự động truyền động điện , nó đợc sử dụng rộng trong hệ thống đòi hỏi có
độ chính xác cao vùng điều chỉnh rộng và qui luật điều chỉnh phức tạp. Cùng với sự
tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chng kiến sự phát triển rầm rộ kể cả về
qui mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại .Trong sự phát triển đó ta cũng có thể rễ
ràng nhận ra và khẳng định rằng điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò
quan trọng không thể thiếu đợc .Nó luôn đi trớc một bớc làm tiền đề nhng cũng làm
mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp .Không
một quốc gia nào ,một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện
a.Khỏi nim
Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay,làm
việc theo nguyên lý điện từ,khi đặt vào trong từ trờng một dây dẫn và cho dòng iện chay

qua dây dẫn thì trờng s tác dụng một lực từ vo dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn
chuyển động.Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng.
b.Cu to
Gồm hai phần:
- Phần đứng yên (gọi là phần tĩnh )
- Phần chuyển động (gọi là phần quay )
1.1.2. u iờm cua ng c iờn 1 chiờu:
Do tính u việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy
phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành...
mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng đợc sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy
nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định nh trong công nghiệp giao
thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

2
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

vi rộng (nh trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ
không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử

dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... nhng do những u
điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát
điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song u điểm lớn nhất của động cơ điện
một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu nh bản thân động cơ không đồng
bộ không thể đáp ứng đợc hoặc nếu đáp ứng
đợc thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (nh bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ
điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực,
mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lợng cao.
Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ữ 85%, ở
động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ữ 94% .Công suất lớn nhất của
động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến
1000v. Hớng phát triển là cải tiến tính nng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ
và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy
với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập
nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ của động cơ một
chiều kích từ độc lập. Phơng pháp đợc chọn là bộ to xung ... đây có thể cha là phơng
pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhng nó đợc sử dụng rộng rãi bởi những tính năng
và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này.
1.2-.Cõu tao cua ụng c iờn 1 chiờu
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động.

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

3
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu

Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

1.2.1- Phõn tinh ( stato )

Stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ,là bộ phận sinh ra từ trờng .Gồm có mạch từ
và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ(nếu động cơ đợc kích từ băng nam châm điện).
-

Mạch từ đợc làm băng sắt từ (thép đúc,thép đặc )

-

Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ đợc làm bằng dây
điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ nay đợc nối tiếp vi nhau.

a- Cc t chinh:
Là bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi
sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5
đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ đợc gắn
chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện
và mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trớc khi đặt
trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này đợc nối tiếp với nhau.

b-Cc t phu:

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

4
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của
cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo
giống nh dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c-Gụng t:
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động
cơ điện nhỏ và vừa thờng dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thờng dùng
thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
d- Các bộ phận khác.
Bao gồm:
Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn và an
toàn cho ngời khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng
làm giá đỡ ổ bi. Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang.
Cơ cấu chổi than: để đa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có
chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than đợc cố

định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh
vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
1.2.2-Phần quay hay rôto.

Bao gồm những bộ phận chính sau :
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

5
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Là phần sinh ra suất điện động .Gồm có mạch từ đợc làm bằng vật liệu sắt từ(lá thép kĩ
thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có xẻ rãnh đ lồng dây quấn phần ứng (làm bằng
daay điện từ ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vi nhau theo một qui luật nhất định .Mỗi
bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây đợc nối với các phiến đồng gọi là
phiến góp .
Các phiến góp đó đợc ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay
vành góp.
Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và đợc ghép sát vào thành cổ

góp nhờ lò xo.
a- Lõi sắt phần ứng:
Dùng để dẫn từ. Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện
mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có
dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên ngời ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép
lại thành lõi sắt có thể tạo đợc những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia thành những đoạn nhỏ, giữa
những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua
các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục. Trong
động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ
thuật điện và giảm nhẹ trọng lợng rôto.
b- Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây
quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công
suất dới vài KW thờng dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thờng dùng
dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

6
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn

hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc
đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.

c- Cổ góp:
Dùng để đổi chiều dòng đin xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến
đồng có đợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một
hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và
trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây
của các phần tử dây quấn và các phiến góp đợc dễ dàng.
1.3 - Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lợng .
-

Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ

-

Nguồn phần ứng đợc đa vào hai chổi than để đa vào hai cổ góp của
phần ứng .

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện .Các
thanh dẫn co dòng điện nằm trong từ trờng sẽ chịu lực tác dụng làm rôt quay .Chiều của
lực đợc xác định bằng qui tắc bàn tay trái
Khi phần ứng quay đợc nửa vòng ,vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có
phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi.

Khi quay .Các thanh dẫn cắt từ trờng sẽ cảm ứng với suất điện động E chiều của
suất điện động đợc xác định theo qui tắc bàn tay phải ,ở động cơ chiếu sđđ Engợc chiều
dòng điện I nên E đợc gọi là sứ phản điện động .
Phơng trình cân băng điện áp :
U = E + R.I +I.

didt

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

7
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử
m¹ch roto

Đồ án môn

Cæ gãp

Trôc

Chæi than

Lâi thÐp

1.4 - §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu:
ĐÆc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men quay
cña ®éng c¬:
ϖ = f(M) hoÆc n = f(M)
trong ®ã :

ϖ - tèc ®é gãc(rad/s)
n – tèc ®é quay (v/ph)
M – momen(Nm)

Cã hai lo¹i ®Æc tÝnh c¬ : ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

8
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

o

o

0

0

đm

0
ntđm

0

Mđm
a)Đặc tínhcơ tự nhiên
0

Mđm

M
0

M

b) Đặc tính cơ nhân tạo


0

1.5 - Phân loại:
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng nh máy phát điện một chiều ngời ta phân
loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ
điện loại:
Có 4 loại động cơ điện một chiều thờng sử dụng :
-

Đng cơ điện một chiều kích từ độc lập .

-

Đng cơ điện một chiều kích từ song song.

-

ng cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .

-

Đng cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp .

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

9
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

1.5.1- Kích thích độc lập:
Khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ
mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :
I = I.
1.5.2- Kích thích song song:
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp khụng đổi, mạch kích từ đợc mắc song song với mạch phần ứng nên
I = Iu +It
1.5.3- Kích thích nối tiếp:
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện
trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có
I = I =It.
1.5.4- Kích thích hỗn hợp:
Ta có:

I = Iu +It

Với mỗi loại động cơ trênlà tơng ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển
và ứng dụng là tơng đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đên

động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động
cơ này.

1.6 - Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều:
Đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều

n=

E
U I u .R u
=
C e
C e

(1-1)

và vì M = CMI , biểu thức (37-1) có thể viết dới dạng

n=

Ru M
U
C e C M C e 2

(1-2)

Trong truyền động điện lực một vấn đề tơng đối quan trọng đặt ra là phi phối hợp
tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của máy công tác. Tùy theo
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

10
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

tính chất của truyền động có thể có những yêu cầu khác nhau đối với động cơ điện, thí dụ
tốc độ không thay đổi hoặc thay đổi nhiều khi mômen cản thay đổi và để thỏa mãn những
yêu cầu đó cần phải dùng các loại động cơ điện khác nhau có đặc tính cơ thích hợp.
Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và tải còn phải sao cho luôn đảm bảo đợc tính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng nh quá trình quá độ, thí dụ
nh khi điều chỉnh tốc độ. Để nghiên cứu điều kiện làm việc ổn định của hệ truyền động, ta
xét đặc tính M = f(n) của động cơ điện và M c = f(n) của tải . ở trờng hợp của hình 35-3 , ta
thấy sự tăng tốc độ ngẫu nhiên nào đó (n = n lv + n) thì Mc>M và động cơ điện bị hãm lại
để trở về tốc độ ban đầu nlv, ứng với điểm P.
Cũng nh vậy, khi xảy ra sự giảm tốc độ đột nhiên M c< M động cơ điện đợc gia tốc và
đạt tốc độ nlv. Đây là trờng hợp động cơ làm việc ổn định và từ hình vẽ đó ta thấy điều
kiện làm việc ổn định của động cơ nh sau

dM dM c
<
dn dn

(1- 3)

Ngợc lại, nếu M = f(n) và Mc = f(n) có dạng nh ở hình 3-3b thì việc tăng tốc độ đột
nhiên sẽ khiến cho động cơ điện có mômen gia tốc dơng làm cho tốc độ tiếp tục tăng mãi,
hoặc sự giảm tốc độ sẽ đa lại hậu quả làm cho tốc độ tiếp tục giảm. Nh vậy là truyền động
làm việc không ổn định ứng với điều kiện :

dM dM c
<
dn dn

(1-4)

Từ biểu thức 1-2 ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều có
thể thực hiện đợc bằng cách thay đổi các đại lợng , R, và U
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi đợc áp dụng tơng đối phổ biến, có
thể thay đổi tốc độ đợc liên tục và kinh tế. Trong quá trình điều chỉnh hiệu suất Cte vì
sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất rất nhỏ so với công
suất động cơ. Cần chú ý rằng, bình thờng động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích
thích ti đa (=max) nên chỉ có thể điều chỉnh theo chiều hớng giảm , tức là điều chỉnh
tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các
điều kiện cơ khí và đổi chiêu của máy.
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

11
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu

Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch cơ điện có
công suất nhỏ và trên thực tế thờng dùng ở động cơ điện trong cần trục.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho phép
điều chỉnh tốc độ quay dới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp
định mức của động cơ điện. Phơng pháp này không gây thêm tổn hao trong động cơ điện,
nhng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh đợc.
Sau đây ta sẽ xét đặc tính cơ và cách điều chỉnh tốc độ của từng loại động cơ
điệnphần ứng để tăng R chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dới tốc độ quay
định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lợng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của
động cơ điện. Vì vậy phơng pháp này chỉ áp dụng ở động

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

12
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 1 CHIỀU
2.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp ra
Có hai phương pháp:

1 Thay đổi độ rộng xung (t 1).
2 Thay đổi tần số xung (T hoặc f).
Ura

US

BBĐ
một
chiều

Ura
t1

t2

t

T

Hình vẽ biểu thị sơ đồ xung

2.1.1. 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:

Ud= = ε.U
Trong đó ε= là hệ số lấp đầy , còn gọi lầ tỉ số chu kỳ
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U ra là rộng (0 < ε ≤ 1).
2.1.2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t 1=const. Khi đó:

Ud =

t1
.U = t1.f .U
T

Vậy U ra=U S khi f= và Ura =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. .
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

13
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú

Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Nhn xột
õy ta chn cỏch thay i rng xung.Theo phng phỏp ny tõn s bm xung s l
hng s.Vic iu khin trng thỏi úng m ca van da vo viờc so sỏnh mt in ỏp iu
khin vi mt súng tun hon (thng l dng tam giỏc(Sawtooth)) cú biờn nh khụng
i.Nú s thit lp tn s úng ct cho van,tn s úng ct ny l khụng i vi di tn t
400Hz n 200kHz.Khi uControl > ust thỡ cho tớn hiu iu khin m van, ngc li khúa van.
2.2 Mt s s bm xung cú th dựng
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý nh sau:

Phần tử điều chỉnh quy ớc là khoá S
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chất cảm
kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Đi-ôt mắc ngợc với Ud để thoát dòng tải khi khoá K
ngắt.
+ S đóng U đợc đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tởng thì ud = U (nếu bỏ qua sụt áp trên các
van trong bộ biến đổi).
+ S mở hở mạch giữa nguồn và tải, nhng vẫn có dòng id do năng lợng tích luỹ trong
cuộn L và Ltải, dòng chạy qua D, do đó ud=0.
Nh vậy, Ud U. Tơng ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt:
WI =

Ud
=
U

Sơ đồ nh sau:

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

14
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

Đặc điểm: L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải. Cuộn cảm L không tham gia
vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ S đóng, dòng điện từ +U qua L S -U. Khi đó D tắt vì trên tụ có U C (đã đợc tích
điện trớc đó).
+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L D Tải. Vì từ thông trong L không giảm tức
d
thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm e L = w
, có cùng cực tính
dt
U. Do đó tổng điện áp: ud =U + eL. Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp.
Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lợng từ nguồn U ở chế độ liên tục và năng lợng

truyền ra tải dới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt:
WI =

Ud
1
=
U 1

a. Sơ đồ mắc nh sau:

Ti l ng c mmt chiu c thay bi mch tng ng R-L-E. L1 chỉ đóng vai trò tích
luỹ năng lợng. C đóng vai trò lọc
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

15
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

b. Hot ng

+ S đóng, trên L1 có U, dòng chạy từ +U S L1 -U. Năng lợng tích luỹ trong
cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Ud =UC, tụ C phóng điện qua tải.
+ S ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra sức điện động ngợc chiều với trờng hợp đóng D thông
năng lợng từ trờng nạp và C, tụ C tích điện; ud sẽ ngợc chiều với U.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U. Giá trị tuyệt đối |U d| có thể lớn hơn hay nhỏ
hơn U ngun
2.2.2 B o dũng
a) S nguyờn lý

Ti l phn ng ng c mt chiu kớch t c lp ó c thay bi mch tng ng R-LE
b) Nguyờn lý hot ng.

Ch ng c:
Trong khong 0 t T , ng c c ni ngun qua S1 ,in ỏp t lờn ng c l
U.
Trong khong T t T , S1 ngt,ng c c ni ngn mch qua D 2 ,in ỏp t
lờn ng c l 0.

Ch hóm tỏi sinh:
Trong khong 0 t T , S2 ngt,ng c c ni ngun qua D1 ,in ỏp t lờn
ng c lU.
Trong khong T t T , S2 dn,ng c c ni ngn mch qua S2 ,in ỏp t
lờn ng c l 0.
c) Biu dng súng dũng v ỏp trờn ti

Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

16
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

u dk1

γT T

0

t

u dk 2

0

t

ud

Ud
0

id

t

Id
0

t

D1

S1 D 2S2

d.)Tính toán các thông số trên sơ đồ.
Trong khoảng S1 ( D1 ) dẫn, điện

Ri + L

áp

đặt

lên

động

cơ

là

U,

ta

có:

di
+E = U.
dt

U−E
−t τ
−t τ
.(1 − e
) + I min .e
R
di
Ri + L + E = 0 .
Trong khoảng S2 ( D 2 ) dẫn, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có:
dt
Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: i(t) =

Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: i(t) = −

I min

−γT
 γT



U  e τ −1÷ E
U 1− e τ
=
− ; I max =
−T
÷
R  Tτ
R
R 
÷
τ
 e −1 
 1− e

(t −γT)
(t −γT)
E
(1 − e τ ) + I max e τ
R


÷− E trong đó τ = L
÷
R
÷ R


Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

17

Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

γT

T

1
1
Điện áp trung bình trên động cơ: U d = ∫ u d dt = ∫ Udt =γU
T0
T0
U − E γU − E
Dòng điện trung bình: Id = d
=
R
R
T
γT
(1−γ )T


τ
τ
I max − Imin
U 1+ e − e − e τ
=
Độ nhấp nhô dòng điện: ∆Id =
T
2
2R 
e τ −1

Do

T
≈1
τ

ΔId ≈

nên

sử

dụng

công

thức

tính

U
U
γ (1 − γ ) ⇒ ΔId max =
8fL
2fL

gần

đúng


÷
÷
÷


x2
e = 1 + x + ta được
2
x

Dòng trung bình qua S1 ( D1 ) là: I1 = γId
Dòng trung bình qua S2 ( D 2 ) là: I 2 = (1 − γ )Id

2.2.3 Bộ đảo áp
a) Sơ đồ nguyên lý

b) Nguyên tắc điều khiển:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

18
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

Chu kì đóng cắt của mỗi van là T, S1 và S2 được kích dẫn lệch pha một khoảng thời
gian T/2, mỗi van S1, S2 được kích với góc dẫn γ.
c) Nguyên lý hoạt động
Chế độ động cơ ( 0,5 < γ < 1 )

u dk1

γT T

0

t

u dk 2

0

ud
Ud

t

0

t

S1 S1 S1 D1

id

S2 D 2 S2 S2

Id
0
t

T
< t < γT thì S1 và S2 cùng dẫn, điện áp đặt lên
2
phần ứng động cơ là U, dòng điện qua động cơ tăng từ I min tới Imax ta có phương trình:
di
Ri + L + E = U .
dt
T
Trong các khoảng T( γ − 0,5) < t <

và γT < t < T thì S1 và S2 không đồng thời dẫn,do
2
Trong các khoảng 0 < t < T( γ − 0,5) và

đó động cơ được nối ngắn mạch qua các diot D1 hoặc D2,điện áp dặt lên động cơ là 0,dòng
điện qua động cơ giảm từ I max xuống I min , ta có phương trình Ri + L

di
+ E = 0.
dt

Các thông số của mạch
Biểu thức dòng tải
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

19
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

Trong khoảng 0 < t < T( γ − 0,5) : điện áp đặt lên động cơ là U. Dòng qua động cơ

tăng từ Imin tới Imax.
Phương trình dòng qua động cơ: Ri + L

di
+E=U
dt

Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có:

U −E
−t τ
−t τ
.
.(1 − e
) + I min .e
R
T
Trong khoảng T( γ − 0,5) < t < : dòng id ngắn mạch qua S1 và D2 điện áp đặt lên
2
i(t) =

động cơ là 0, id giảm từ Imax về Imin.

Phương trình dòng qua động cơ: Ri + L

di
+ E = 0.
dt

Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có:

− (t −βT)
− (t −βT)

E
τ
τ
i(t) = − 1 − e
trong đó β = γ − 0,5
÷+ I max e
R

T
Với điều kiện i(0) = i( ) = I
, dựa vào hai phương trình trên ta có:
min
2
−β T
 βτT



U  e −1÷ E
U 1− e τ ÷ E
L
I min =
− ; I max =
− trong đó τ =
T
−
T

÷
÷ R
R  2 τ
R 
R
÷ R
2τ ÷
e
−
1
1
−
e





Độ nhấp nhô dòng điện:

∆I =
d

I max − I min
U
U
≈
(2γ − 1)(1 − γ ) ≤
2fL
16fL

2
T
2

Điện áp trung bình đặt trên động cơ: U = 2 u dt = 2
d
d

T ∫0
U − E (2 γ−1)U −E
Dòng điện trung bình Id = d
=
R
R

T

βT

∫ Udt = 2βU = (2γ − 1)U
0

Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các phần tử là V

(2 γ−1)U −E
R
(2γ−1)U −E
Dòng trung bình qua các diot: I 2 = (1 − γ )I d = (1 − γ )
R
Chế độ hãm tái sinh ( 0 < γ < 0.5 )

Dòng trung bình qua các van S1, S2: I1 = γId = γ

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

20
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

u dk1

u dk2
ud
Ud
id
Id
Trong khoảng 0 < t < γT động cơ được ngắn mạch qua S1 và D2, dòng điện qua
động cơ tăng từ Imin tới Imax, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có phương trình:

Ri + L

di
= E (đối với sơ đồ này thì khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh phải đảo
dt

chiều quay của động cơ).Giải phương trình trong khoảng xét ta được:
−t

−t

E
i(t) = (1 − e τ ) + I min e τ (1)
R
T
Trong khoảng γT < t < , động cơ trả năng lượng về nguồn qua các diot D1 và D2,
2
di
dòng qua động cơ giảm từ Imax xuống Imin, ta có phương trình Ri + L = E − U .
dt
E−U
Giải phương trình trong khoảng xét ta được: i(t) =
(1 − e
R

− (t −γT)
τ

) + I max e

− (t −γT)
τ

(2)

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

21
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trng HSPKT Hng Yờn
hc
Khoa: in in T

ỏn mụn

in ỏp trung bỡnh t lờn ng c:

2
Ud =
T

T2


0

2
u d dt =
T

T2

(U)dt = (2 1)U

T

U d ( E) E (1 2 )U
=
R
R
Dũng trung bỡnh qua cỏc van S1, S2 l: I1 = Id
Dũng trung bỡnh qua cỏc diot D1, D2l: I 2 = (1 )Id
in ỏp ngc ln nht t lờn cỏc van l: U ng.max = U
Dũng in trung bỡnh l: Id =

2.2.4 B o chiu
Đây là bộ băm xung một chiều có đảo chiều
1. S nguyờn lý

ở đây ta sử dụng van bán dẫn IGBT. Bộ BXMC dùng van điều khiển hoàn toàn IGBT có khả
năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải .
Trong các hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do đó bộ biến đổi này thờng
hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay.
Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm .Các Điôt Đ1,Đ2,Đ3,Đ4 dùng để trả năng
lợng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh.
Có các phơng pháp điều khiển khác nhau nh : Điều khiển độc lập,điều khiển không đối

xứng và điều khiển đối xứng .

Thit k mch
Giỏo viờn hng dn: Nguyờn Phng Thao

22
Nhúm SV thc hin:

Dng Vn Trung
Lờ Vn Tun
Nguyn Ba Tu


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

thiết kế sơ đồ khối mạch điện:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

23
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

Thiết kế sơ đồ nguyên lí:
-Bộ biến đổi điện áp:” máy biến áp”
-Khối chỉnh lưu:
*Tạo nguồn 24 VDC bằng phương pháp chỉnh lưu hai nửa chu kì.Sơ đồ chỉnh lưu là sơ đồ
cầu.

*Tạo nguồn 5 VDC: Sử dụng IC7805.Sơ đồ nguyên li như hình dưới:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

24
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
học
Khoa: Điện – Điện Tử

Đồ án môn

-Khối băm xung: Sử dụng mosfet để băm điện áp một chiều. Mosfet được sử dụng trong
mạch dưới là mosfet loại NPN.

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo

25
Nhóm SV thực hiện:

Dương Văn Trung
Lê Văn Tuấn
Nguyễn Bá Tú