Xây dựng hệ truyền động điều khiển tốc độ động cơ từ 500vp đến 1500vp khi mang tải định mức và có đảo chiều”

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN
CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
Báo cáo đề tài số 15:
“Xây dựng hệ truyền động điều khiển tốc độ động cơ từ
500v/p đến 1500v/p khi mang tải định mức và có đảo chiều”
Lớp

:Điện 4-K7

Giáo viên hướng dẫn

: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Các thành viên trong nhóm:
.Nguyễn Văn Huy
.Hoàng Ngọc Lâm

LỜI MỞ ĐẦU
SVTH: Nhóm 15

Trang:1


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Trong những năm gần đây, xu thế công nghiệp hóa - hiện đại hóa đã mang
lại rất nhiều thay đỏi cho đất nước. Đặc biệt là trong ngành điện có nhiều tiêm
năng lớn trong lĩnh vực của cuộc sống. Ngành điện mang lại nhiều lợi ích cho
con người như tăng năng suất lao động, giảm công nhân đặc biệt là trong môi
trường lao động độc hại.
Trong phần lớn các nhà máy xí nghiệp, phân xưởng đều có sự góp mặt của
ngành điện. Trong các dây chuyền sản xuất, máy móc sử dụng truyền động điện
bằng bộ điều khiển PID rất nhiều vì sự tiện lợi, dễ sử dụng và độ an toàn cao.
Đồ án nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển hệ truyền động điều khiển tốc
động cơ khi mang tải định mức, có đảo chiều
Nội dung đồ án chia làm 4 chương:
1. Khái quát chung về hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều
2. Tính chọn mạch lực và các thiết bị liên quan
3. Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển cho bộ chỉnh lưu
4. Phân tích hoạt động của mạch điều khiển

Đồ án được thực hiện với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Đăng Toàn
cùng các thầy cô trong khoa. Trong quá trình thực hiện đồ án không khỏi có
những thiếu sót mong thầy cô góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

SVTH: Nhóm 15

Trang:2


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ 3
CHƯƠNG I..............................................................................................................4
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ 1
CHIỀU...................................................................................................................... 4
1.1. Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều....................................................4
1.1.1 Khái quát về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều.........................4
1.1.2 Giới thiệu sơ đồ................................................................................................5
1.1.3. Hoạt động của hệ thống..................................................................................5
1.1.4 Đánh giá chất lượng của hệ thống...................................................................7
CHƯƠNG II............................................................................................................9
TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN...........................9
2.1. Sơ đồ mạch động lực.............................................................................................9
2.2.Tính chọn các thiết bị liên quan............................................................................11
2.2.1Tính chọn công suất máy biến áp động lực....................................................11
2.2.2 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực......................................................13
CHƯƠNG 3:..........................................................................................................14
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU.14
3.1 Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu..............................................................................14
3.2 Tính toán và lựa chọn mạch chỉnh lưu tia 3 pha..................................................14
3.2.1 Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển..................................................................14
3.2.2. Phương án đảo chiều hai bộ chỉnh lưu.........................................................16

3.2.3 Phương pháp điều khiển hai bộ chỉnh lưu.....................................................17
3.2.4 Tính chọn Tiristo...........................................................................................17
3.2.5 Tính chọn cuộn kháng san bằng....................................................................18
3.3 Lựa chọn phương pháp và các mạch điều khiển bộ chỉnh lưu.............................20
3.3.1 Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng:...................20
3.3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng..................................................20
3.3.3 Mạch đồng bộ hoá..........................................................................................21
3.3.4 Mạch phát sóng răng cưa...............................................................................21
3.3.5 Khối so sánh...................................................................................................24
3.3.6 Khối tạo điện áp chủ đạo...............................................................................24
3.3.7 Khâu tạo xung................................................................................................25
3.4 Tính toán thiết bị mạch điều khiển.......................................................................26
3.4.1 Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo..............................................................26
3.4.2 Tính khâu khuyếch đại xung.........................................................................26
3.4.3 Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa............................................................27
3.4.4 Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian........................................................28
3.4.5 Xác định hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi.................................................29
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN..........30
4.1 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển.............................................................30
4.1.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ..........................................................................30
4.1.2 Quá trình đảo chiều động cơ..........................................................................31
4.1.3. Hãm dừng......................................................................................................31

SVTH: Nhóm 15

Trang:3


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ
1 CHIỀU
1.1. Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
1.1.1 Khái quát về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi
điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy
mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là
điện áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng
do nguồn xoay chiều rất khác nhau.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra
là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều
điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà
có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha...
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh
lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia...
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều
khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.

SVTH: Nhóm 15

Trang:4

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

1.1.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều
Trong đó:
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập, thực hiện chức năng biến năng
lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất
+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển, thực hiện chức năng biến năng
lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung cấp cho động cơ
+ Uđ tín hiệu điện áp đặt
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung
1.1.3. Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc
này động cơ vẫn chưa làm việc. Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt U đ ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ. Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ
suất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu
lúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở α.
Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ→động cơ quay với tốc
độ ứng với Uđ ban đầu.

SVTH: Nhóm 15

Trang:5

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính.
n=

E do . cos α R + X K
−
I
K .φ dm
K .φ dm

n=

E do . cos α R + X K
−
M
K .φ dm
( K .φ dm ) 2

( Kφ dm ) 2
Đặc tính cơ có độ cứng β =
R+ XK

Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:

+ Khi α = 0 ÷ π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ E do đến - Edo và ta được
một họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [ω , M ] do
các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi
thành phần sụt áp ∆U k do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây
nên.

Hình 1.2: Họ đặc tính cơ của hệ

SVTH: Nhóm 15

Trang:6


Đồ án chuyên môn tự động hóa

+ Khi 0 ≤ α ≤

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

π
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể
2

làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi
chiều.
+ Khi

π
≤ α ≤ α max : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,

2

biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới
điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
I=

E − Ed
R+ XK

Phương trình đặc tính:
ω=

E do . cos β R + X K
+
.I
Kφ dm
Kφ dm

- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện
gián đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ = 2π /p và góc
chuyển mạch µ = 0 .
Đường biên liên tục gần là đường elip.
Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên
khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
1.1.4 Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán

dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.

SVTH: Nhóm 15

Trang:7


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch
cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt
phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos ϕ thấp.
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm
việc khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp
truyền động có tải nhỏ.

SVTH: Nhóm 15

Trang:8


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN
2.1. Sơ đồ mạch động lực
Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy
biến áp động lực, các phần tử R-C. Theo đề ra thì ta có sơ đồ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực

SVTH: Nhóm 15

Trang:9


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

● Nguyên lý hoạt động
Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống được
cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc.
Giả sử BBĐ1(gồm các van: T1, T3, T5) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu
thì động cơ quay thuận; BBĐ2 (gồm các van: T2, T4, T6) khi làm việc ở chế
độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát xung đến mở cho các van ở
BBĐ1 với góc mở α1 < 900 và BBĐ2 với góc mở α2 > 900 với quan hệ góc mở:
α1 + α2 = 1800
Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2
ud1 = Ud0cosα1

ud2 = Ud0 cosα2
Điện áp đặt nên động cơ là u d , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm
N- M,
ud = uk - 0
ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 )
ud = ud1 −

⇒u d =

u cb
u + ud 2
= ud1 − ( d1
)
2
2

ud1 − ud 2
2

Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có
giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ
α1= 300 , α2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn tại điện áp u cb mà sinh ra dòng điện icb
và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng I d qua động cơ còn dòng icb.
Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ, do điện trở thuận của các van nhỏ nên với
một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van,
vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng i cb này. Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn
kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb ≤ 10% Id.

SVTH: Nhóm 15

Trang:10


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Như ta biết rằng cuộn kháng có R k nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng
đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều I d đi
qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb.
2.2.Tính chọn các thiết bị liên quan
2.2.1Tính chọn công suất máy biến áp động lực.
Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp động lực có tổ đấu dây Y/Y 0
ở phần này ta tính toán các thông số cho nó. Máy biến áp được chọn theo điều
kiện:
+ SđmBA ≥ Stt
+ I1fđm ≥ I1đm
+ I2fđm ≥ I2đm
+ U2fđm ≥ KuKRKαKaUđm
* Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức:
U2đm ≥ KuKαKRKaUđm
Trong đó:
+ Uđm là điện áp định mức động cơ
+ Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm
vi cho phép của điện áp lưới. thường lấy Ku = 1,05 ÷ 1,1 , ta chọn Ku = 1,1.
+ Kα là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (αmin) nhằm đảm bảo chắc
chắn hệ thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu, ta chọn:αmin = 100
U d min

⇒ αmax = arc cos( 2.34.U )

2

Có Udmin =
Có Ud0 =
Ud0

1
1
(Udmax + (D-1)IđmRu) = (220+ (3-1)62,5.0,352) = 88 (V)
D
3

3 6
3 6
U 2 fdm =
220 = 257,3 (V)
2π
2π

257,3

U2 = K = 1,1 = 234 (V)
u

SVTH: Nhóm 15

Trang:11


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn
88

⇒ αmax = arc cos( 2,34.234 ) = 80.750
⇒ Kα = 1/cosαmin = 1.015
+ KR là hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp,trên điện
cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn
kháng, trên các van. KR thường được chọn : KR = 1,15 ÷ 1,25, ta chọn: KR =
1,15.
Ka là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu
Ka =

U 2 fdm
Ud0

=

U 2 fdm
3 6
U 2 fdm
2π

=

2π
= 0,85
3 6

Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được:

U2đm ≥ 0,85.1,1.1,015.1,15.220 = 240 (V)
* Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp
Để đơn giản ta bỏ qua giá trị của dòng cân bằng, khi đó ta có:
I2đm = Iđm / 3 =62,5/ 3 = 36.08 (A)
+ Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp:
I1đm = (m 2 Iđm )/ 3 , với m = U2/U1 = 240/220 = 1,09 là hệ số biến áp
⇒ I1đm = 55.62 (A)
* Công suất máy biến áp
S = K S .Pd = K S .

P
11000
= 1,05.
= 14437.5 (V.A)
η
0,8

Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu
sau:
U1fđm

U2fđm

Sđm

I1đm

I2đm

(V)

220

(V)
240

(KVA)
14437.5

(A)
55.62

(A)
36.08

SVTH: Nhóm 15

Trang:12


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

2.2.2 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực.
Ta biết rằng các tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của
điện áp hay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện
và điện áp di/ dt và du/dt. Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao
gồm:
+ Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch.
+ Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng.

+ Quá gia tốc dòng, do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ
Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các
phần tử R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ
Trị số của R, C có thể tra theo các đường

R

C

cong được xây dựng bằng máy tính.
T

các quan hệ Ua /Up;

G=

b
; H = ω0 × Uk
ω0

phụ thuộc vào F =

I×
Uk

L
C vì b =

R
2 ×L

L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch,tra đường cong ta được
C = 0,346 µF và R = 3,9 KΩ

SVTH: Nhóm 15

Trang:13


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

CHƯƠNG 3:
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH
LƯU
3.1 Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu

Hình 3.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu
3.2 Tính toán và lựa chọn mạch chỉnh lưu tia 3 pha
3.2.1 Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

SVTH: Nhóm 15

Trang:14


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

ua

u2

ua

uc

ub

θ

θ

IG1
IG2

θ

IG3

θ

ua

ud

uc

ub

θ

α

b)

α

α

α

Hình 3.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha
Đồ thị điện áp Ud của mạch chỉnh lưu này thể hiện trên hình 2.3b với góc
điều khiển α =300. Đây là góc đặc biệt.
+ Nếu α ≥ 30 0 , điện áp Ud sẽ có đoạn bằng 0, vì vậy khi tải thuần trở, dòng
điện tải Id sẽ gián đoạn, tức là có những đoạn i d = 0, và dòng điện qua van luôn
kết thúc khi điện áp pha về 0. Đồ thị Ud có dạng ở trên hình 2.4b , theo đó có:
2π

U dα

1
3
=
U
(
θ
)

d
θ
=
d
2π ∫0
2π

[

3 2
U 2 1 + cos(α + 30 0 )
2π
3 6
1 + cos(α + 30 0 )
=
U2
2π
3
=

= Ud0

SVTH: Nhóm 15

π

∫
α

2U 2 sin θdθ

]
(2.1)

1 + cos(α + 30 0 )
3

Trang:15


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn
120°

u

u

d

u

a

b

u

u

c

u

u

a

d

b

u

c

0
30

a)

o

0
b)

30

o

Hình 3.3: Dạng điện áp Ud mạch hình tia 3 pha
+ Nếu α <300, dạng điện áp Ud ở hình 2.4b. Ta thấy rằng điện áp U d luôn
lớn hơn 0. Như vậy với tải thuần trở, dòng điện id sẽ luôn tồn tại và chạy liên tục
qua tải, vì vậy dạng dòng này gọi là dòng liên tục. Ở đây qui luật điện áp U d
khác đi, không tuân theo biểu thức (2.1) vừa có. Với lưu ý rằng 3 van sẽ thay
nhau dẫn trong một chu kỳ, nên mỗi van dẫn một khoảng
U dα

3
=
2π

α + 300 +120 0

∫

2U 2 sin θdθ =

α + 300

2π
, do đó:
3

3 6
U 2 cos α = U d 0 cos α
2π

(2.2)

Như vậy, với mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia, qui luật điện áp U dα phụ
thuộc vào chế độ dòng: Nếu dòng gián đoạn tuân theo qui luật (2.1); nếu dòng
liên tục lại theo (2.2).

3.2.2. Phương án đảo chiều hai bộ chỉnh lưu
● Dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đấu chéo
- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến
áp phải có hai cuộn dây thứ cấp.
- Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngược sẽ đảm bảo khắc phục hết
những nhược điểm của các phương pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi
đảo chiều nhanh nên phương án này là phù hợp hơn cả.
SVTH: Nhóm 15

Trang:16


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3.2.3 Phương pháp điều khiển hai bộ chỉnh lưu
● Điều khiển phối hợp tuyến tính.
Ở phương pháp này người ta đồng thời phát xung đến mở cho cả hai
BBĐ, với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800. Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại
một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu (α < 900) và một BBĐ làm việc ở chế độ
nghịch lưu (α > 900 ) .
Phương pháp này có ưu điểm: là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp
trung bình ra và Uđk là đơn trị. Song nhược điểm của nó là: làm phát sinh dòng
cân bằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán của các

phần tử. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm các cuộn
kháng cân bằng.
3.2.4 Tính chọn Tiristo
Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
+ Điều kiện về dòng điện: ITtb ≥ Ki ITtbmax
+ Điều kiện về điện áp:

Ungmax ≥ Ku 6 U2

a. Chọn theo điều kiện dòng điện
ITtb ≥ Ki ITtbmax
Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3
ITtbmax = Iđm / 3
Như vậy ta có: ITtb ≥ 62.5(A)
b. Chọn theo điều kiện điện áp
Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình tia do đó điện áp mà các van phải
chịu là điện áp dây có giá trị bằng 6 U2f
Ungmax ≥ Ku 6 U2f
Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5
⇒ Ungmax ≥ 1,5. 6 . 220 = 808 (V)
Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn tiristo
có các thông số sau:
SVTH: Nhóm 15

Trang:17


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3.2.5 Tính chọn cuộn kháng san bằng
Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng
điện . Ta biết rằng khi góc mở α = π/2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa
dương. Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn
kháng theo góc α này. Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng.
Ucb
Ucb

ωt
ωt

0

Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết:
Ud =

2 u2sinωt

Khai triển Furie của điện áp ud ta có:
Ud = b1 sin3ωt + b2sin6ωt + ... + bnsin3nωt
bn =

6

π

3

∫U

π

d

sin 3nωt.dωt

0

n = 1, 2, 3, ...
6
b1 =
π

=

π

3

∫−

2u 2 sin 3ω sin 3nωt.dωt

0

3 2
1
4π 1
2π

u 2 ( sin
− sin
) = −228,06(V )
π
4
3 2
3

Tương tự ta có:
6
b2 =
π

π

3

∫−

2u 2 sin ωt sin 6nωt.dωt = 104,26(V )

0

Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều:
Ud1 =  (b1/ 2 ) = 161,26 (V)
SVTH: Nhóm 15

Trang:18

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Ud2 =  (b2/ 2 ) = 73,72 (V)
Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện
cảm của động cơ và điện trở thuần ) là:
I1 =

U d1
3ω( LCK + LCK 1 )

I2 =

Ud2
6ω( LCK + LCK 1 )

CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng.
* Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều:
⇒ I xc = I 2d1 + I 2d 2
Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm
2

LCK =

4U d 1 + 4U d 2
6ω.0,9

2

⇒ LCK ≥ 0,193 (H)
Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau:
LCK = 200 (mH)
RCK = 0,48 (Ω)
Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A)
+ Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng:
P = (I2đm + I12 + I22)RCK = 39 (W)
+ Công suất phản kháng của cuộn kháng:
Q = X1I12 + X2I22 = 56 ( VAR)
+ Công suất biểu kiến của cuộn kháng:

S = P 2 + Q 2 = 68 (VA)

SVTH: Nhóm 15

Trang:19


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3.3 Lựa chọn phương pháp và các mạch điều khiển bộ chỉnh lưu
3.3.1 Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng:
Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu
điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất
hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được .
Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm
nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở α rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của
điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một

xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển...Do đó hệ
thống này được sử dung rộng rãi.
3.3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Trong đó:
Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa. Khối này có nhiệm vụ
lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối
so sánh.
Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình
răng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới
mạch tạo xung.
Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới
chân điều khiển của tiristo.

SVTH: Nhóm 15

Trang:20


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3.3.3 Mạch đồng bộ hoá
Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp
bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên,
phương pháp này có nhược điểm là không cách ly được diện áp cao giữa mạch
điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng.
Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó
cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ. Góc lệch pha giữa

cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của u đb phù hợp với thời
điểm mở tự nhiên của các tiristo.
Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta dùng một máy biến áp đấu Y/∆-1
để thực hiện chức năng này. Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ như hình vẽ:

A

B

C
B

C

EAB
*

X

ua
*

*

EAB eab

*

Y

Z

ub
*

A

uc
*

b,y

eab
α = 30 0

x

y

z

a,y

c,z

Hình 3.3: Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ mạch đồng bộ hóa
3.3.4 Mạch phát sóng răng cưa
Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng cưa. Tuy nhiên, để tạo ra được
quan hệ góc mở: α2 + α2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng cưa rất chính xác.
Ta sử dụng sơ đồ IC khuyếch đại thuật toán.

SVTH: Nhóm 15

Trang:21


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Hình 3.4: Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa
Nguyên lý hoạt động của mạch:

SVTH: Nhóm 15

Trang:22


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

u®ba
θ1

0

θ2

π

θ2

θ3

2π

θ4

θ5

3π

ωt

θ6

uA
0

ωt

uE
0

ωt

uNOR
0

ωt

uRC
0

ωt

- Xét trong khoảng (0 ÷ π)
Udb > 0 do đó Tr3 khoá Tr4 mở nhờ phân áp bởi R5. UB=0
+ Xét trong khoảng (0 ÷ θ1)
UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2
mở UA=0. Đầu ra của NOR có mức logic 1. Tụ C phóng điện từ (+C →
Tr5 →-C ).
+ Xét trong khoảng (θ1÷ θ2)
Udb > UBE tr1 làm Tr1 mở → Tr2 khoá UA=+Ucc. . Đầu ra của NOR có mức
logic 0. Tụ C được nạp điện (+Ucc→C→ R8→WR1→-Ucc).
+ Xét trong khoảng (θ2 ÷ 0)
UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2
mở UA=0. Đầu ra của NOR có mức logic 1. Tụ C phóng điện từ (+C →
Tr5 →-C ).
SVTH: Nhóm 15

Trang:23


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

3.3.5 Khối so sánh

Việc so sánh với điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thực hiện
bằng Tranrito hay vi mạch điện tử. Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp
hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác
dụng ngược chiều nhau. Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác
nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó
khăn. Do đó ta chỉ sử dụng phương pháp so sánh song song. Trong đồ án này sử
dụng sơ đồ so sánh song song dùng vi mạch
+Ucc

R1

uRC

uRC

Urc
+Udk

-udk

_

R2

0

θ1

θ2

IC

+Ucd
R3

ωt

udk

+

Ur

ωt

0

-Ucc

Hình 3.3: Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp mạch so sánh
Nguyên lý hoạt động của mạch:
- Xét trong khoảng từ (0÷θ1)
Uv=0-(Urc+Uđk)>0 →UR=-Ucc
- Xét trong khoảng từ (θ1÷θ2)
Uv=0-(Urc+Uđk)<0 →UR=+Ucc
3.3.6 Khối tạo điện áp chủ đạo
Khối tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp
từ nguồn +15V và -15V. "Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T-N”.
+15V

T
R2

- 15V
N

SVTH: Nhóm 15

R1

Ucđ

Trang:24


Đồ án chuyên môn tự động hóa

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Hình 3.7: Sơ đồ khối tạo điện áp chủ đạo
3.3.7 Khâu tạo xung
Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và tính đối xứng
của các xung ở các kênh khác nhau...Nên khâu so sánh thường cho công suất
xung ra nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung.
Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuyếch đại xung, sửa xung.

_

Urc

**

D2
Tr2

+Ucc

R1

IC

+

C1

D4

Tr1
D1

D5

T

Tr3
D3

-Ucc

Hình 3.4: Sơ đồ mạch tạo xung

Nguyên lý hoạt động:
u
π/2

0

urc
ωt

π

2π

3π
- UĐKT

uSS
ωt
uC0
0

θ θ2
1

θ3

θ4 θ3

ωt

uEB Tr2 -Tr1

ωt

0
UĐK
T1

SVTH: Nhóm 15

0

uD2-D3

ωt
Trang:25