Đồ án chuyên môn tự tự động hóa : Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 500vp đến 1500vp khi mang tải định mức, có đảo chiều điều khiển chung

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa: Điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Môn : Đồ án chuyên môn tự tự động hóa

Đề tài: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 500v/p
đến 1500v/p khi mang tải định mức, có đảo chiều điều khiển chung.

Giáo Viên Hướng Dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
Sinh Viên Thực Hiện : Nhóm 25:
Phạm Văn Sử
Nguyễn Nhữ Thái


MỤC LỤC

2

2


LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất và truyền động điện là lĩnh vực kỹ thuật hiệnđại, nghiên
cứuứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việcở chếđộ chuyển mạch
và quá trình biến đổiđiện năng.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cảở nước ta các thiết
bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh
vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt,
sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công

nghiệpđiện tử nói chung và điện tử công suất, truyền động điện nói riêng. Đó là
những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiệnđaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp
mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sưđiện những
kiến thức vềđiện tử công suất và truyền động điện. Cũng với lý do đó, chúng em được
làm đồán học phần I và II (điện tử công suất và truyền động điện).

Dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy Nguyễn Đăng Khang, chúng em đã
được nhận và làm đề tài “ Nghiên cứu thiết kế bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia”.
Mặc dù đã dành nhiều cố gắng xong không tránh khỏi những sai sót
nhấtđịnh, chúng em mong được sự góp ý của thầy, cô.

Nhóm sinh viên thực hiện
Vũ Văn Doanh
Hoàng Văn Đông

3

3


CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA – ĐỘNG CƠ
ĐIỆN 1 CHIỀU

A . Tổng quan về sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia
1 . Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha:

Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

Hình 1.2: Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha.


Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha:

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha Thyristor nối với tải như
hình 1.1.

-

4

Điều kiện khi cấp xung điều khiểu chỉnh lưu:
Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung
tính
4


-

-

-

Khi biến áp đấu hình sao (Y) trên mỗi pha A,B,C nối 1 van. 3 catod đấu
chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm.
3 pha này dịch góc 120 độ theo các đường cong điện áp pha, cso điện áp
của 1 pha dương hơn của 2 pha kia trong khoảng 1/3 chu kì
Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương
hơn của pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.

Góc mở a được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ
âm đến 0 (từ đóng sang khóa) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển
vào
Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây

Trong đó:là góc dẫn
là góc chuyển mạch
2. Nguyên lí hoạt động
a) Xét khi góc a=0
•

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

=sin.
=sin(-.
=√2u_2sin(θ+2π/3).

5

5


Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi góc .
•
-

Qua hình trên ta thấy:
Lúc Lúc< có giá trị lớn nhất nên mở dòng chạy qua ; T3 khóa=.
Lúc

Trong đó:

R: Điện trở của động cơ
E: Suất điện động phản kháng của động cơ

Dòng trung bình:
=
b) Xét khi góc mở a0:
Giả thiết tải R,L, chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
=sin
=sin.
6

6


=sin+





Nhịp V1: khoảng thời gian từ . Tại điện áp đặt lên có xung kích khởi:
mở, khi đó:
=0
=.
=.

mở, đóng, lúc này:
-

Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp .
Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1:
Dòng điện qua bằng 0: 0.

.

Trong nhịp từ âm chuyển lên 0, khi =0 thì mở, lúc này
và bắt đầu âm nên đóng, kết thúc nhịp , bắt đầu nhịp .


Nhịp : từ .

Lúc này:

.
.
.

mở, đóng, lúc này:
-

Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp .
Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2:
Dòng điện qua bằng 0: 0.

Trong nhịp từ âm chuyển lên 0, khi =0 thì mở, lúc này
và bắt đầu âm nên đóng, kết thúc nhịp , bắt đầu nhịp .



Nhịp : từ .

Lúc này:

.
.
.

7

7

.


mở, đóng, lúc này:
-

Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp .
Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3:
Dòng điện qua bằng 0: 0.

.

Trong nhịp từ âm chuyển lên 0, khi =0 thì mở, lúc này
và bắt đầu âm nên đóng, kết thúc nhịp , bắt đầu nhịp .
Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở
dòng điện cùng dạng sóng , khi điện kháng tải tăng lên dòng điện càng trở nên

bằng phẳng hơn, khi tiến tới vô cùng dòng điện sẽ không đổi: .
Trị trung bình của điện áp tải:
=..sin.d= . cos = 1,17.cos.
Trong đó:: Góc mở Thyristor.
Trùng dẫn:
= ..sin.
= ..sin.
= ..sin.
Giả sử đang cho dòng chạy qua, . Khi cho xung điều khiển mở . Cả 2 Thyristor
đều cho dòng chạy qua làm ngắn mạch 2 nguồn và . Nếu chuyển gốc tọa độ từ
sang ta có:
= ..sin.
= ..sin.
Điện áp ngắn mạch:
=..sin.
Dòng điện ngắn mạch bởi phương trình:
..sin = 2..
Do đó:
. [cos – cos(].
8

8


Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương
hơn thì Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi
là góc thông tự nhiên của các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở
nhỏ nhất.
Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn, như vậy dòng điện qua
tải liên tục, mỗi Thyristor dẫn trong 1/3 chu kì. Còn nếu tải gián đoạn thì thời

gian dẫn của mỗi Thyristor nhỏ hơn. Tuy nhiên trong cả 2 TH dòng điện trung
bình của các Thyristor đều bằng 1/3 . Trong khoảng thời gian Thyristor dẫn
dong ddienj của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện Thyristor khóa =0.
Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có Thyristor khóa vào
Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vào góc mở Thyristor
-

9

Nếu liên tục
Nếu gián đoạn

9


Hình 1.4: Giản đồ đường cong khi = tải thuần trở

10

10


Hình 1.5: Giản đồ đường cong khi góc mở .

-

Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha:
Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện 1 chiều tốt hơn

Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn
Thành phần sóng hài bậc cao tốt hơn
Việc điều khiển các van bán dẫn cũng đơn giản hơn

Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều, do biến áp 3 pha 3 trụ mà
từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công
suất biến áp phải lớn. Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải
đấu sao (Y), có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng
tải.

11

11


B.Giới thiệu về Tiristor, động cơ điện 1 chiều
1. Giới thiêu về Tiristor
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên
Anôt, Katôt và cực điều khiển G (hình vẽ).

Hình 1.6 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.


Nguyên lý làm việc của Tiristor:

Khi đặt Tiristor dưới điện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vào
cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cực
ngược.Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J 2.Điện trường nội tại E1
của J2có chiều hướng từ N1 về P2.Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E 1,
vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện

chảy qua Tiristor mặc dù nó được đặt dưới điện áp thuận.


Mở Tiristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với
K), các điện tử từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy vào
nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển I g chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần
lớn điện tử, chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J 2, lao vào vùng
chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kết
giữa các nguyên tử silic, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được
giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp.
Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử
chảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng
dẫn điện ào ạt.J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung
quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100
.Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10


12

Khóa Tiristor:
12

µs

.

µs

Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển I g không
còn là cần thiết nữa.Để khóa Tiristor có 2 cách:
Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì

-

IH.
-

Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)
Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK< 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân
cực ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận. Những điện tử, trước thời điểm đảo
cực tính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên
dòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Lúc đầu của quá trình, từ t 0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J 1 rồi
J3 trở nên cách điện. Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J 1 và J3,
hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J 2 khôi phục lại tính
chất của mặt ghép điều khiển.
Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải
phụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor:
Do đó, khi thay đổi góc điều khiển

α

thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện

áp trung bình ra tải. Nếu tăng giá trị góc điều khiển
giảm, ngược lại, giảm

α

Ud = Ud0.cos

α

α

thì điện áp trung bình sẽ

thì điện áp trung bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của điện

áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc

α

=0.

Dòng điện trung bình qua tải:
I=

Ud
Zd

với

Zd =

X L2 + R 2

Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng:
I =

Ud − E
Zd

2. Giới thiệu động cơ một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng
nguồn điện xoay chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc
độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì vậy mà
động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu
13

13


cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành
công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều...
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất
định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo
quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện)... nhưng do những ưu
điểm nổi trội của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất
định trong sản suất.
2.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và
phần động.
2.1.1. Phần tĩnh
Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

+) Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường 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 được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các
bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn
dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt
trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp
với nhau.
+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải
thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân
cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ
phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm
vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.
Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng
gang làm vỏ máy.
+) Các bộ phận khác:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường
làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: để đưa 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 được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá
14

14


chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi

điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.1.2. Phần quay
Bao gồm những bộ phận chính sau :
+) Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ. Thường 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 người ta còn dập những lỗ thông gió để
khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường 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 được 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 lượng rôto.
+) P 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 thường làm bằng dây
đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường
dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện
chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
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.
+) Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ
góp gồm nhiều phiến đồng có được 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 được dễ dàng.
+) Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường

chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên
trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua
vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
15

15


16

16


2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

_

+

Uu
Rf
ĐC

I

CKTD

RKT

IKT
UKT
+

_

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
ω =

Ta có phương trình đặc tính cơ:

Ru + R f
Uu
−
KΦ
( KΦ ) 2

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính
cơ đó là:
- Từ thông động cơ (Φ).
- Điện áp phần ứng (Uư).
- Điện trở phần ứng.
Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:
2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết : Uư=Uđm=const
Φ = Φđm=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:

Độ cứng đặc tính cơ:

β=
17

ω0 =

U dm
= Const
KΦ dm

∆M
( KΦ ) 2
=−
= Var
∆ω
Ru + R f

17


Khi Rfcàng lớn,

β

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf= 0

Ta có đặc tính cơ tự nhiên:

βtn = -

( KΦ ) 2
Ru

βtn 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 fta được một
họ đặc tính biến trở có dạng như hình 1.4. Ứng với một phụ tải M c nào đó, nếu
Rf càng lớn thì tốc độ động 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.

Hình 1.8: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết :Φ = Φdm = const
Rư= const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uưω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng :

Độ cứng đặc tính cơ :βox =

Ux
= Var
KΦ dm

( KΦ ) 2
= Const
Ru

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ
đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5). Ta thấy khi thay đổi điện
áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm
18

18


ứng với phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều
chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động.

Hình 1.9: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt
vào phần ứng động cơ

2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết :

Uư = Uđm = const

Rư = const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ.
ω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng:

Độ cứng đặc tính cơ:

U dm
= var

KΦ x

( Kφ x ) 2
β =−
= var
Ru

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên
ω0 x

β

khi từ thông giảm thì
tăng, còn sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

19

19

ω0 x


Hình1.10:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
I nm =

Dòng điện ngắn mạch:
Mô men ngắn mạch:

U dm
= Const
RU

Mnm = KΦxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu
diễn trên hình 1.10.
Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ
thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.10b)
3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
3.1 Khái niệm chung 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.

20

20


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.

21

21


3.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.11: 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
+) FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+) FX là mạch phát xung
3.2.1 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.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn.
22

22


khi n giảm →UĐK tăng →α giảm →Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý
ổn định tốc độ.
* 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 ta 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

Đặc tính cơ có độ cứng

β=

( Kφ dm ) 2
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 1.12: Họ đặc tính cơ của hệ
23

23


0 ≤α ≤

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

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

π
≤ α ≤ α max
2
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ

+) Khi
thuộc, 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.
3.2.2 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.
- Nhược điểm:
24

24


+) 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.

25

25