Thiết Kế Chế Tạo Mạch Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Một Chiều Có P=270w ,U=220v

MỤC LỤC
Lời nói đầu…………………………………………………….…5
Phần I Cở sở lý thuyết…………………………………………………...6
1.1máy biến áp ….………………………………………………………………6
1.1.1Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA…………………………………………6
1.1.1.1 Khái niệm…………………………………………………………..6
1.1.1.2 Cấu tạo………………………………………………………………6.
1.1.1.3Nguyên

tắc

hoạt

động

máy

biến

thế…………………………………………………………….7
1.1.1.4Phân loại…………………………………………………………….7
1.2 Động cơ điện một chiều……………………………………………………8
1.2.1 Cấu tạo……………………………………………………………………8
1.2.1.1 Phần cảm (stator)…………………………………………………..8
1.2.1.2 Phần ứng (rotor)…………………………………………………...9
1.2.2Động cơ điện một chiều kích từ độc lập…………………………………10
1.2.2.1Nguyên lý làm việc của động cơđiện một chiều…………………..10
1.2.2.2 Giới th chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông……………,..14.
1.2.3 mở máy và chế độ hãm động cơ điện một chiều………………….......15
1.2.3.1Mở máy…………………………………………………………….15
1.2.3.2Các trạng thái hãm động cơ……………………………………….16.

1. 2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ……………………………17
1.2.4.1 Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp……………17
1.2.4.2 Thay đổi điện trở phần ứng Rư……………………………………17
1.2.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông............................18
1.2.5 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ………………………………..19
1.3băm xung một mạch chiều………………………………………………..19
1.3.1 Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều……………………..…..19
1.3.1.1 Nguyên lý……………………………………………………....19
1.3.1.2 Các phương pháp điều khiển điện áp.......................................20
1.3.1.2.1Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở....20
1


1.3.1.2.2 Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải 1
transistor................................................................................................20
1.3.1.2.3 Điều khiển bằng băm áp (băm xung).............................21
1.3.2 Giới thiệu một số loại van dùng trong mạch băm xung………………21
1.3.2.1 Trasistor công suất………………………………………………..21
1.3.2.2 Transistor Mos công suất…………………………………………22
1.3.2.3Tiristor:……………………………………………………………..22
1.3.3 cách loại mạch băm xung……………………………………………...24
1.3.3.1 Băm áp nối tiếp.......................................................................
..24
1.3.3.1.1 Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp.......................................24
1.3.3.1.2 Các sơ đồ động lực băm áp nối tiếp.........................................25
1.3.3.2 Băm áp song song............................................................................26
1.3.3.2.1 Nguyên lý băm áp song song................................................... 26
1.3.3.3. Băm áp nối tiếp kết hợp song song.............................................27
1.3.4 Ngoài ra còn các loại băm xung khác như...........................................28
1.3.5 Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra trong mạch băm xung……...29

1.3.5.1Phương pháp thay đổi độ rộng xung………………………….…29.
1.3.5.2Phương pháp xung - tần………………………………………..…29
1.3.5.3 Phương pháp xung - thời gian……………………………………30
Chương 2 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH…………………30
2.1 IC NE555…………………………………………………………………30
2.1.1Cấu trúc bên trong của IC NE555…………………………………...30
2.1.2các thông số cơ bản của IC NE555…………………………………..31
2.2 IC nguồn ổn áp......................................................................................32.
2.2.1Kí hiệu..............................................................................................32
2.3Điện trở…………………………………………………………………....33
2.4 Tụ điện…………………………………………………………………...34
2.5Mosfet……………………………………………………………………..34
2.6 Opto PC817..........................................................................................35
2.6.1Cấu tạo ..............................................................................................35
2.6.2 Tác dụng và mục đích…………………………………………....36
2


chương 3 tính toán và lựa chọn linh kiện……………………………36
Chương 4 thi công mạch……………………………………………………37
4.1Sơ đồnguyên lý từng khối………………………………………………37
4.1.1Khối nguồn………………………………………………………….37
4.1.2 Khối dao động (tạo xung)……………………………………38
4.1.3Liên kết giữa mạchdao động và bộ phận cách ly…………………..38
4.2Sơ đồ toàn mạch…………………………………………………………39.
4.3 nguyên lí hoạt động…………………………………………………….40
4.4 sơ đồ mạch board………………………………………………………41

3

Lời nói đầu
Trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa nền kinh tế đất nước,ngày
càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tấtcả
các lĩnh vực sản xuất,phục vụ đời sống con người. Một trong những ứng
dụng của Điện tử công suất là điều khiển tốc độ động cơ điện.Đây là lĩnh vực
quan trọng và ngày một phát triển. Hiện nay các nhà sản xuất không ngừng chora
đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và cácthiết bị
điều khiển đi kèm. Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn, bộ môn Điệntử công
suất- Truyền động điện đã được giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học,cao đẳng
trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu về điều khiển, đo lường và điềuchỉnh các dây
truyền công nghiệp. Trước sự đa dạng và khả năng ứng dụng rộngrãi trong đời
sống thực tế hiện nay thì việc tìm hiểu, thiết kế và ứng dụng Điệntử công suất đã
thôi thúc chúng em chọn đề “ Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ động
cơ một chiều có P=270w ,U=220v”
Do kinh nghiệm và thời gian hạn chế, tập đồ án này chắc chắn khôngtránh khỏi
những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được góp ý, giúp đỡ củathầy cô và các
bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn
Nhóm sinh viên thực hiện:

4


PHẦN I CỞ SỞ LÝ THUYẾT
1.1-MÁY BIẾN ÁP
1.1.1Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA:
1.1.1.1 Khái niệm.
Máy biến áp là thiết bị dùng để tăng hoặc giảm điện áp(hay c ường độ dòng điện)
của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

1.1.1.2 Cấu tạo
MBA được cấu tạo gồm 1 cuộn dây sơ cấp và vài cuộn dây thứ cấp cuốn trên cùng
1 khung đỡ bằng giấy cách điện, nhựa hay bekelit, bekelit trong có lõi từ khép kín.
Lõi thép của biến áp có thể dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại hoặc dùng lõi
Feritte đúc. Một số ít trrường hợp dùng biến áp có lõi không khí.
cuộn sơ cấp là cuộn người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp là cuộn
người ta lấy dòng điện đã biến đổi ra để sử dụng.

5


.
• Hệ thức công suất:

Công suất cung cấp cho mạch sơ cấp là:
P1= U1.I1.cos α1
Công suất cung cấp cho mạch thứ cấp là:
P2= U2.I2.cos α2
Nếu bỏ qua sự tiêu hao trên cuộn dây và lõi từ, công suất cung cấp cho cuộn sơ
cấp sẽ nhận được 100% ở cuộn thứ cấp:
P1=P2  U1.I1.cos α1=U2.I2.cos α2
Do biên thế có α1=α2 nên: cos α1=cos α2.
U1I1=U2I2
1.1.1.3Nguyên tắc hoạt động máy biến thế
Hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai
cuộn dây của máy biến thế được nối với mạch điện xoay chiều, và gọi là cuộn sơ
cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ và gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện trong
cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên trong lõi thép. Từ thông biến
thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấu (cũng quấn trên lõi thép) gây ra một dòng
điện cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và trong tải tiêu thụ.

1.1.1.4Phân loại
Máy biến thế có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:
•

cấu tạo

•

chức năng

•

cách thức cách điện

•

công suất hay hiệu điện thế

6


1.2 Động cơ điện một chiều
1.2.1 Cấu tạo:

Hình ảnh thực tế :

Động cơ điện một chiều cấu tạo gồm hai thành phần chính: gồm phần tĩnh và phần
quay.
1.2.1.1 Phần cảm (stator):
Phần cảm là phần tạo ra từ trường tĩnh của động cơ gồm có các phần sau đây:

+ Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường, nó gồm có lõi sắt cực từ và
dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ
+ Lõi sắt kích từ được làm bằng lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép
lại và tán chặt.
+ 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 và và tẩm sơn cách điện trước khi
đặt trên các cực từ.
7


- Cực từ phụ: được đặt giữa các cực chính và dùng để cải thiện đổi chiều, lõi
thép thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn giống như
cực từ chính.
- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
- Chổi than : là các thanh Cacbon được tiếp xúc với cổ góp để đưa dòng điện
từ nguồn một chiều vào rôto . Chổi than được đặt ở trung tính hình học của động
cơ.
1.2.1.2 Phần ứng (rotor):
Phần ứng là phần cho dòng điện một chiều chạy trong nó, tương tác giữa dòng điện
I và từ thông Φ sinh ra mômen quay. Nó gồm ba phần chính:
- Lõi thép : là các lá thép kĩ thuật điện (Fe - Si) mỏng ghép lại với nhau, trên có
xẻ rãnh để đặt các bối dây.
- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua,
nó được cấu tạo gồm các dây đồng tròn được ghép thành các phần tử (bối dây), các
bối dây được ghép theo kiểu dây quấn xếp đơn hay dây quấn phức tạp tuỳ yêu cầu
mômen lớn hay nhỏ.
- Cổ ghóp : gồm các phiến góp được cách điện với nhau, các phiến góp được
nối với các đầu mút của các bối dây để đưa dòng điện vào phần ứng.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác gồm cánh quạt dùng để làm ngội máy,
trục máy...

Tùy theo phương pháp kích từ người ta chia động cơ một chiều thành các
dạng kích từ nối tiếp, kích từ song song, kích từ hỗn hợp, kích từ độc lập.

Hình I- Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
(a), kích từ song song(b), kích từ hỗn hợp(c), và kích từ độc lập(d).

8


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.
1.2.2Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.2.2.1Nguyên lý làm việc của động cơđiện một chiều
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng .
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ
- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa 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 có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm
rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái
Khi phần ứng quay được 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 trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư
chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một
chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động .
Phương trình cân bằng điện áp :
U = Eư + Rư.Iư +Iư.di/dt
- Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ (n)

và mômen (M) của động cơ có dạng chung :

=
Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ
độngcơ và mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông...), từ đó đưa
raphương án để điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phương án tối ưu.
Với những điều kiện Uư = const, It = const thì động cơ hầu như không đổi,
Vivậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng.
Thường dạng của đặc tính cơ của động cơ mà giao điển với trục tung ứng với
mômen ngắn mạch còn giao điểm với trục tung ứng vơi tốc độ không tải của
động cơ.
Người ta đưa thêm đại lượng β= để đánh giá độ cứng. Đặc tính càng dốc càng
cứng ( β càng lớn) tức là mômen biến đổi nhiều nhưng tốc độ biến đổi ít và ngược
lại. Đặc tính càng ít dốc càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhưng tốc độ biến đổi
nhiều thay đổi.

9


Để hiểu được nguyên lý và lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước
hết ta đi xét đặc tính của động cơ điện. Đó là quan hệ giữa tốc độ quay với
mômen(hoặc dòng điện) của động cơ.
- Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức
(điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện kháng, điện trở
vào động cơ).Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có các điểm làm việc định mức có giátrị
Mđm, ωđm.
- Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số
nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng.
Để so sánh các đặc tính cơ với nhau, người ta đưa ra khái niệm độ cứng của
đặctính cơ: β=∆Μ/∆ω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc)

Đặc tính cơ của động cơđiện một chiều kích từđộc lập
Sơ đồ kích từ độc lập được thể hiện như dưới đây:

10


Khi nguồn 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: gọi là động cơ điện
kích từ độc lập.
Phương trình đặc tính cơ xuất phát:
U u = E u + ( Ru + R f ) I u
+Uư: Điện áp phần ứng
+Eư: sức điện động phần ứng
+Rư: điện trở kháng phần ứng: Rư=rư +rcf +rb +rct
+rư: điện trở cuộn dây phần ứng.
+rcf: điện trở cuộn cực từ phụ.
+ri: điện trở cuộn bù.
+rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện.
+Rf: điện trở phụ trong mạch phần ứng.
+Iư: dòng điện mạch phần ứng.
+Eư được xác định theo biểu thức sau:
Eu =
+ 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.

K=
Trong đó K là hệ số cấu tạo của động cơ.

E u =K e Φn
ω = 2πn / 60 = n / 9,55
Vì vậy:
11


Suy ra :

Φ=(*)
Biểu thức (*) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định M dt = K .Φ.I u
Suy ra:
I u = M dt / KΦ
Thay vào (*) ta được :

ω=
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen
điện từ bằng M.
Ta có:

ω=
Đây là phương trình đặc tính cơ điện một chiều kích từ độc lập
Ta có đồ thị hình vẽ :

Nhận xét :
+Iư=0 hoặc M=O ta có

ω=
Đây là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ
+ ω = 0 thì

Dòng điện ngắn mạch
M = K .Φ.I nm = M nm

Mômen ngắn mạch
12


R=

Từ đó có thể tốc độ động cơ điện một chiều phụ thuộc vào các đại lượng là: Uư,
R, I. Như vậy thông qua các đại lượng biến thiên này mà ta có thể điều khiển
được tốc độ động cơ một chiều.
1.2.2.2 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều
người 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:
- Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch
điện phần ứng và mạch kính từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên
I = Iư
- Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện
áp không đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên
I = Iu+It
- Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích
từ có tiết diện lớn, điện trở nhơ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = I =It.
- Kích thích hỗn hợp ta có : I = Iu +It
Với mỗi loại động cơ trên thì sẽ tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật
điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Trong đề tài này chỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện
pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.
13

1.2.3 mở máy và chế độ hãm động cơ điện một chiều:
1.2.3.1Mở máy
Từ phương trình điện áp phần ứng :
U=Eu+Ru.Iu
⇒ Iu =

U − Eu
Ru

Khi mở máy n=0 ⇒ Eu=

p.N
.n.Φ
60a

=0

Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iumở =

U
Ru

vì Ru nhỏ Iumở lớn khoảng (20 ÷ 30) Iđm làm hỏng chổi than và cổ góp. Để dảm
dòng điện mở máy ta dùng các biện pháp sau:
+ Dùng biến trở mở máy Rmở:
Mắc biến trở này vào mạch phần ứng lúc có biến trở này :
I =U/(Rư+Rmở )
Lúc đầu để Rmở max, trong quá trình mở này tốc độ tăng lên Eư tăng lên và điện trở

này giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức.
+ Giảm điện áp đặt vào phần ứng:
Phương pháp là phương pháp thường dùng hơn cả nó dòi hỏi có một nguồn điện có
thể điều chỉnh được điện áp như nguồn chỉnh lưu, hệ máy phát động cơ hay bộ
băm xung một chiều.Phương pháp này dùng kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng rất tiện lợi.
1.2.3.2Các trạng thái hãm động cơ:
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều tốc độ quay
.Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát. Tùy theo
cách biến đổi năng lượng cơ trong khi hãm người ta chia làm 3 trạng thái hãm:
a) Hãm tái sinh:
14


Năng lượng động cơ trả vể nguồn xẩy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn
hơn tốc độ không tải lý tưởng . Khi hãm tái sinh Eu>Uu, động cơ làm việc như một
máy phát điện song song với lưới , so với chế độ động cơ dòng điện và mô men
hãm đã đổi chiều . Đường đặc tính cơ trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần
tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng toạ độ.Trong trạng thái hãm tái sinh dòng điện
hãm đổi chiều và công suất đưa trả về lưới điện có giá trị P = (E –U) .I
b) Hãm ngược:
Năng lượng của nguồn và động cơ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Xẩy ra khi
phần ứng dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động do
mômen thế năng quay ngược chiều với mômen điện từ của động cơ. Mômen sinh
ra bởi động cơ chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản suất có hai trường hợp
hãm ngược :
+ Đưa điện trở vào mạch phần ứng.
+ Đảo chiều điện áp phần ứng.
c) Hãm động năng:
Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của

động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng
tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt.
Như vậy ta thấy hãm tái sinh là phương pháp hãm tiết kiệm được năng lượng
nhất, và điều này là rất cần thiết, nhất là đối với các động cơ chạy bằng acqui.Vì
vậy, trong khi thiết kế bộ băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động cơ hãm tái sinh.

1. 2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có đặc điểm là:
Ưu điểm
: điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều khiển.
Nhược điểm: sử dụng nguồn điện một chiều.
Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn như hiện nay máy điện một chiều dã
trở thành một cơ cấu không thể thiếu trong truyền động điện.
Từ phương trình về vận tốc:

15


ω=

I .Ru
M .Ru
U
U
−
=
−
K .Φ K .Φ K .Φ K .Φ 2

. Ta có các phương pháp để điều chỉnh tốc độ động

cơ điện một chiều
1.2.4.1 Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp:
n
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Udm)
U1
U2
U3

Udm> U1> U2> U3
ncb> n1> n2> n3
M

MC

Đặc điểm :
- Đặc tính cơ là các đường song song với đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, do đó
độ cứng của đặc tính cơ không thay đổi.
- Do U chỉ có thể giảm do đó chỉ có thể điều chỉnh giảm tốc độ của động cơ.
- Có thể thay đổi U băng các van bán dẫn.
1.2.4.2 Thay đổi điện trở phần ứng Rư:

n
n0

ncb
n1

TN
Rf1

n2

Rf2

n3
0

MC

Rf3

M, I

16


Đặc điểm :
- Khi thêm Ruf vào phần ứng động cơ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm hay
đặc tính cơ của động cơ giảm đi có nghĩa là với một sự thay đổi rất nhỏ của tải sẽ
dẫn đến một sự thay đổi rất lớn của ω nên không ổn định do đó trên thực tế điều
chỉnh tốc độ băng Ru ít được sử dụng.
- Ngoài ra khi thêm Ru vào phần ứng cũng có nghĩa là tăng tổn hao làm nóng
động cơ. Phương pháp này chỉ sử dụng để giảm dòng mở máy khi khởi động động
cơ.

1.2.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:
n

n1
n2

1
2
ñm

ncb

ñm>1>2
ncb< n1< n2

M

0 MC M2 M1 Mn

Đặc điểm :
- Vì từ thông trong lõi thép rất dễ bão hoà nên người ta thường chỉ điều chỉnh
giảm từ thông trong động cơ.
- Khi từ thông Φdm giảm đến Φi thì có một Mik nào đó, khi Mc< Mik việc giảm
Φ sẽ làm tăng tốc độ động cơ, khi Mc>Mik việc giảm Φ sẽ làm tốc độ động cơ.
Trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là rất khó thực hiện
vì quan hệ Φ(ω) là phi tuyến.
1.2.5 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ:

17

T

t2

Từ các phân tích trên, ta thấy trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên

thì phương pháp điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp phần ứng là khả thi và tin
cậy nhất, bởi vì dễ điều chỉnh và có đặc tính cơ cứng. Với sự phát triển của kĩ thuật
bán dẫn ngày nay thì phương pháp điều chỉnh này hoàn toàn dễ dàng thực hiện
t1

được và đem lại hiệu quả cao. Trong khuôn khổ đồ án này, ta sẽ thiết kế bộ băm
xung một chiều có đảo chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, ngoµi ra nã cßn
có thể thực hiện chức năng mở lại máy (reset) và hãm tái sinh động cơ.
1.3băm xung một mạch chiều
1.3.1 Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều:
1.3.1.1 Nguyên lý:
Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp
tải Ura cũng là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được.

BBD

US

Ura

Utb

Ura là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2. Điện áp ra

bằng giá trị trung bình của điện áp xung: Ura = γ .Us (γ=t1/T). Nguyên lý cơ bản
của các bộ biến đổi này là dùng quy luật đóng mở các van bán dẫn công suất một
cáchcó chu kỳ để điều chỉnh hệ số γ đảm bảo thay đổi được giá trị điện áp trung
bình trên tải.
1.3.1.2 Các phương pháp điều khiển điện áp một chiều
18

t


1.3.1.2.1Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở
Sơ đồ

Hình 2.1.2.1 a :mắc nối tiếp với tải một điện trở

Dòng điện và điện áp được tính:
Id=
;
Ud=

. Rd

Nhược điểm của phương pháp là hiệu suất thấp và không điều chỉnh liên tục khi
dòng tải lớn
1.3.1.2.2 Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải 1 transistor

Hình2.1.2.1 b :mắc nối tiếp với tải 1 transistor
IC = ßIB ; ∆UT = U1 – IC.Rd
Điện áp qua Rd:
Ud = Ic.Rd = ßIB Rd

Nhược điểm của phương pháp là tổn hao trên transistor lớn, phát nhiệt nhiều
làm transistor dễ hỏng.
1.3.1.2.3 Điều khiển bằng băm áp (băm xung)
Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. Điều
chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh được trị số trung bình của tải.
19


1.3.2 Giới thiệu một số loại van dùng trong mạch băm xung
1.3.2.1 Trasistor công suất
Transistor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:

IC
B
IB

C
UCE
UBE E

(IEa )

- Nguyên lí hoạt động:
Tranzitor hoạt động như một phần tử chuyển mạch ta quan tâm đến 2 trạng
thái dấn dòng và.trạng thái khoá
+ Trạng thái dẫn: UBE>0
Điều kiện để đưa van vào vùng dẫn bão hoà IB≥IC/β
Thực tế IB=s.IC/β
+ Trạng thái khóa: UBE≤0, ic≈0.
Trong quá trình van dẫn hoặc khoá công suất tiêu tán pc=UCE.IC=0.

Để chuyển trạng thái phải đi qua vùng khuyếch đại IC≠0, UCE≠0 ,tổn thất trên van
chủ yếu là khi van chuyển trạng thái và tỉ lệ thuận với tần số hoạt động của
van.Khi làm việc với tần số f>5 kHz hoặc VCEO≥60V, IC>5A phải có mạch trợ giúp
để tránh cho van bị quá nhiệt gây hỏng van.
- Các thông số của transistor công suất:
+ IC: Dòng colectơ mà transistor chịu được.
+ UCEsat: Điện áp UCE khi transistor dẫn bão hòa.
+ UCEO: Điện áp UCE khi mạch badơ để hở, IB = 0 .
+ UCEX: Điện áp UCE khi badơ bị khóa bởi điện áp âm, IB < 0.
+ ton : Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống 0V.
+ tf : Thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0.
+ tS : Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp
nguồn U.
+ P : Công suất tiêu tán bên trong transistor. Công suất tiêu tán bên trong
transistor được tính theo công thức: P = UBE.IB + UCE.IC.
+ Khi transistor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0.
+ Khi transistor ở trạng thái đóng: UCE = UCESat.
20


1.3.2.2 Transistor Mos cơng suất:
Transistor trường FET (Field - Effect Transistor) được chế tạo theo cơng nghệ Mos
(Metal - Oxid - Semiconductor), thường sử dụng như những chuyển mạch điện tử
có cơng suất lớn. Khác với transistor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện,
transistor Mos được điều khiển bằng điện áp. Transistor Mos gồm các cực chính:
cực máng (drain), nguồn (source) và cửa (gate). Dòng điện máng - nguồn được
điều khiển bằng điện áp cửa - nguồn.

Điện
trở

Dòng hằng
điện máng
số
G
K

= 9V
= 7,5V
= 6V
= 4,5V

G

Máng
Cửa

= 3V

Nguồn

Điện áp máng – nguồn
(a)

(b)

K

Hình a) Họ đặc tính ra.Hình b) Ký hiệu thơng thường kênh n.
Transistor Mos là loại dụng cụ chuyển mạch nhanh.Với điện áp 100V tổn hao
dẫn ở chúng lớn hơn ở transistor lưỡng cực và tiristor, nhưng tổn hao chuyển mạch

nhỏ hơn nhiều.Hệ số nhiệt điện trở của transistor Mos là dương.Dòng điện và điện
áp cho phép của transistor Mos nhỏ hơn của transistor lưỡng cực và tiristor
1.3.2.3Tiristor
a) Cấu tạo:
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên anốt, katốt và
cực điều khiển.

21


Hình a) Cấu tạo của tiristor.
Hình b) Ký hiệu của tiristor.
Trong hình a: + A: anốt.
+ K: katốt.
+ G: cực điều khiển.
+ J1, J2, J3: các mặt ghép.
Khi không tác động vào cực điều khiển G Thyristor không phải là phần tử dẫn
điện.Đặc tính Vôn ampe nằm hoàn toàn trên trục hoành.
- Thyristor dẫn dòng khi:
+ UAK>0.
+ IG đủ lớn (Cỡ 0,1-1A)
Khi Thyristor đã dẫn dòng thì nó vẫn tiếp tục dẫn dòng mà không cần dòng
điều khiển.Dòng điều khiển là dòng xung ,thời gian xung mở(tx) phải đủ lớn để
dòng qua van tăng lên giá trị dòng duy trì (IA≥Idt) lúc đó Thyristor mở hẳn (tx cỡ vài
trăm μs).
Do dòng điều khiển chỉ tác động trong thời gian ngắn nên công suất tiêu tán trên
van là rất nhỏ.
- Thyristor không dẫn khi:
+ Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH
( Holding Current ).

+ Đặt một điện áp ngược lên tiristor. Khi đặt điện áp ngược lên tiristor: UAK<
0, J1 và J3 bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trình tạo
nên dòng điện ngược chảy từ katốt về anốt, về cực âm của nguồn điện ngoài.

I

UZ

IH
0

Uch

U

22


Đặc tính volt-ampe của tiristor.
- Ứng dụng:
Tiristor được sử dụng trong các bộ nguồn đặc biệt: trong mạch chỉnh lưu, bộ
băm và trong bộ biến tần trực tiếp hoặc các bộ biến tần có khâu trung gian một
chiều.
+Ngoài ra còn có van khác như:
• IGBT
• GTO
1.3.3 cách loại mạch băm xung
1.3.3.1 Băm áp nối tiếp
1.3.3.1.1 Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp.
- Sơ đồ

Sơ đồ nguyên lý
băm áp một chiều nối
tiếp giới thiệu như hình
3.1. theo đó phần tử
chuyển mạch tạo các
xung điện áp mắc nối
tiếp với tải. Điện áp
một chiều được điều
khiển bằng cách điều
khiển thời gian đóng
khóa K trong chu kỳ đóng cắt. Trong khoảng thời gian 0→t1 (hình b) khóa K đóng
điện áp tải bằng điện áp nguồn (Ud = U1), trong khoảng thời gian t1 →t2 khóa K mở
thì điện áp tải bằng 0.
Trị số trung bình điện áp 1 chiều được tính
Ud =
=

23


Nếu coi γ =

:

Ud = γ.U1
f = 1/Tck
1.3.3.1.2 Các sơ đồ động lực băm áp nối tiếp
Dùng Thyristor:(hình a) hoặc dùng Transistor

Dùng Transistor trường (hình c).

Dùng IGBT (hình d)

Băm áp đảo chiều
Sơ đồ như hình vẽ:

24


Theo chiều chạy thuận, điều khiển T1, T3, dòng điện tải iT có chiều hướng
xuống như hình vẽ, UAB> 0. Theo chiều chạy ngược, điều khiển T2, T4, dòng
điện tải iN có chiều dưới lên như hình vẽ, UAB < 0.

1.3.3.2 Băm áp song song
- Nguyên lý băm áp song song.
- Tổn hao công suất khi băm áp song song.
- Băm áp có hoàn trả năng lượng về nguồn.
1.3.3.2.1 Nguyên lý băm áp song song
Sơ đồ:

Dòng điện và điện áp được tính tương ứng khi khóa K đóng: is =
Và khóa k hở: iT =

; Ud =

Rd

25

; Ud=0