THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA

LỜI NÓI ĐẦU
Điện tử công suất là lĩnh vực kĩ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh
kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển,ngay cả ở 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: xi măng, thủy điện, giấy,đường,dệt… đang được sử dụng ngày
càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suất nói
riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát riển của nghành công nghiệp này.
Với mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp
mới, dây chuyền mới sử dụng kĩ thuật cao đòi hỏi cán bộ kĩ thuật và kĩ sư điện những
kiến thức về điện tử công suất. Cũng vì lý do đó, trong học kì này em được nhận đồ án
điện tử công suất về đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA – ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU”.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Chu Đức Toàn đã
tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Mặc dù đã cố gắng dành nhiều công sức cũng như thời gian nhưng cũng không tránh
khỏi sai sót, em mong được sự góp ý và chỉ bảo của thầy cô trong khoa.

Sinh viên thực hiện:
Phạm Thế Hiển- Lưu Trọng Hiếu.


Mục lục
CHương 1: Tổng quan về động cơ điện 1 chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi điện áp.
Chương 2: Tính chọn mạch động lực
Chương 3: Thiết kế mạch
Chương 4: Tính chọn thiết bị.
Chương 5: Mô phỏng.
Kết luận
Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG
CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vấn được coi là một loại máy quan
trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện
làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vầy máy được dùng
nhiều trong những nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép,
hầm mỏ hay giao thông vận tải….
I.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều.
I.1.1.Phân loại:
Động cơ điện một chiều chia là nhiều lại tùy theo sự bố trí của cuộn kích từ:
-Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
I.1.2.Ưu nhược điểm của động cơ một chiều.
-

Ưu điểm:

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Có nhiều phương pháp hãm tốc độ.
Nhược điểm:
• Tốn nhiều kim loại màu.
• Chế tạo, bảo quản khó khăn.
• Giá thành đắt hơn máy điện khác.

•
•

-

I.1.3. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động.

HÌnh1.1:Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.


Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý động cơ điện

Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một

một chiều kích từ độc lập

chiều kích từ song song lập

I.2.Đặc tính cơ của máy điện một chiều.
Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ được gọi là đặc tính cơ của động cơ. w =
f(M) hoặc n = f(M).
Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản
xuất. wc= f(Mc) hoặc nc = f(Mc).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ
điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động
cơ: w = f(I) hoặc n =f(I).
I.2.1.Phương trình đặc tính cơ:
Theo sơ đồ hình 1.1 ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng
như sau:
Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư

(2.1)

Trong đó:
- Uư là điện áp phần ứng động cơ, (V)
- Eư là sức điện động phần ứng động cơ (V).
- Rư là điện trở cuộn dây phần ứng
- Rp là điện trở phụ mạch phần ứng.
- Iư là dòng điện phần ứng động cơ.
Rư = rư + rct + rcb + rcp
-

(2.2)

rư: Điện trở cuộn dây phần ứng.
rct: Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp.
rcb: Điện trở cuộn bù.
rcp: Điện trở cuộn phụ.
Eu =

p.N
.φ .ω = K .φ .ω
2πa

Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto:

K=

p.N
2πa

Là hệ số kết cấu của động cơ.

ω - Từ thong qua mỗi cực từ.
p- Số đôi cực từ chính.

(2.3)


N- Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
a- Số mạch nhánh song song của cuộn ứng. Hoặc ta có thể viết:
Eư =KeФ.n

(2.4)

Và

Vậy:

Ke=K/9,55 =0,105K

Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rôto quay dưới
tác dụng của mômen quay:
M=K.Ф.Iư

(2.5)

Từ hệ 2 phương trình (2.1) và (2.3) ta có thể rút ra được phương trình đặc tính cơ
điện biểu thị mối quan hệ ω = f(I) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:

(2.6)
Từ phương trình(2.5)rút ra Iư thay vào phương trình (2.6) ta được phương trình đặc
tính cơ biểu thị mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như
sau:

(2.7)

Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác:
ω= ω 0- ∆ω

Trong đó:

(2.8)

gọi là tốc độ không tải lý tưởng.

gọi là độ sụt tốc độ
Phương trình đặc tính cơ (2.7) có dạng hàm bậc nhất y = B + Ax, nên đường biểu
diễn trên hệtọa độ M0ω là một đường thẳng với độ dốc âm. Đường đặc tính cơ cắt trục
tung 0ω tại điểm có tungđộ

. Tốc độ ω0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng

khi không có lực cản nào cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt được ở
chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra trường hợp MC = 0.


Hình 1..3- Đặctính cơcủađộngcơđiệnmộtchiềukích từđộclập

Khi phụ tải tăng dần từ MC = 0 đến MC = Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần từ

ω 0 đến ωđm.Điểm A(Mđm, ω đm) gọi là điểm định mức.
Rõ ràng đường đặc tính cơ có thể vẽ được từ 2 điểm ω0 và A. Điểm cắt của đặc tính
cơ với trục hoành 0M có tung độ ω = 0 và có hoành độ suy từ phương trình (2.7):
(2.9)

Hình1.6 - Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Mômen Mnm và Inm gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch. Đó là giá
trị mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ mà tốc
độ bằng 0. Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở máy và khi động cơ đang chạy mà bị
dừng lại vì bị kẹt hoặc tải lớn quá kéo không được. Dòng điện I nm này lớn và thường
bằng:
Inm = (10 ÷ 20)Iđm
Nó có thể gây cháy hỏng động cơ nếu hiện tượng tồn tại kéo dài.
I.2.2.Các ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ.
Phương trình đặc tính cơ (2.7) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất ω = f(M) phụ
thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện U, Rp và Ф.
Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này.
* Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng
Vì điện áp phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể thay đổi
về phía giảm.
U− biến đổi; Rp = const; Ф
= const


Trong phương trình đặc tính cơ, ta thấy độ dốc (hay độ cứng) đặc tính cơ không
thay đổi:

Tốc độ không tải lý tưởng ω0 thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp:

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng ta được một họ các đường đặc tính cơ song
song với đường đặc tính cơ tự nhiên và thấp hơn đường đặc tính cơ tự nhiên.

Hình 1.7 - Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện kích từ độc lập khi giảm điện áp phần ứng

* Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng
Vì điện trở tổng của mạch phần ứng: RưΣ = Rư + Rưf nên điện trở mạch phần ứng
chỉ có thể thayđổi về phía tăng Rưf.
Uư = const ; Rưf = var; Ф = const
Trường hợp này, tốc độ không tải giữ nguyên:

Còn độ dốc (hay độ cứng) của đặc tính cơ thay đổi tỷ lệ thuận theo RưΣ

Như vậy, khi tăng điện trở RưΣ trong mạch phần ứng, ta được một họ các đường đặc
tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm (0, ω0).


Hình1.8 - Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng.

* Trường hợp thay đổi từ thông kích từ
Uư = const; Rưf = const; Ф = var
Để thay đổi từ thông Ф, ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở
mạch kích từ của động cơ. Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thông
kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức.
Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi.

Khi điều chỉnh giảm từ thông kích từ, tốc độ không tải lý tưởng ω0tăng, còn độ cứng
đặc tính cơ thì giảm mạnh. Họ đặc tính cơ nhân tạo thu được như hình 2.7.

Hình 1.9 - Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông kích từ.

I.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
bằng phương pháp điện áp.
Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phần làm việc của các máy sản
xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ truyền động của các bộ phận làm việc. Vì vậy
điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra
cho các quy luật chuyển động của bộ phần làm việc mà không phụ thuốc mômen phụ tải
trên trục động cơ.


Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm
hơn so với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng
các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn.
Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng.
Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điện áp:
-

-

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ
Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng
hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biến đổ
dựa trên các nguyên tắc truyền động sau:
Hệ truyền động máy phát- động cơ(F-Đ)
Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động cơ(T-Đ)(được sử dụng với đồ án này)
• Hệ truyền độngchỉnh lưu tiristor-động cơ(T-DD)
Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng
của động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển,

thay đổi thời điểm thông van thyristor.

Hình1.10

Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn ào và dễ tự động hóa. Do các
van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, điều đó thuận lơi cho việc thiết lập hệ
thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lương đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ
thống.
Nhược điểm là do các van có đặc tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có
biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện. Hệ số công suất cos của hệ thống nói
chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp
điện cho động cơ có đảo chiều quay.
a, Sơ đồ thay thế tính toán


Hình 3.2

Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát:

Ta thấy sự thay đổi Un thì w0 sẽ thay đổi, còn ∆ ω =const
Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau

Hình 3.3
Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng ta phải có bộ nguồn cung cấp điện áp 1
chiều thay đổi được điện áp ra.
b, Bộ biến đổi T-Đ:
Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn. Ta xét hệ T-Đ:
Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0.cosα



Khi thay đổi góc điều khiểnα= (0 – π) thì Ed thay đổi từ Ed0 đến- Ed0 và ta sẽ được 1
hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phải của mặt phẳng tọa độ.



CHƯƠNG II:TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
II.1.Một số mạch chỉnh lưu điều khiển.
2.1.1 Chỉnh lưu điều khiển cầu 3 pha đối xứng
a.Sơ đồ mạch điện

Hình
lưu

2.1 Mạch chỉnh
cầu 3 pha

+) Sơ

đồ chỉnh lưu

cầu 3

pha đối xứng

gồm

có 6 tiristo chia

thành

2 nhóm:
Nhóm katốt

•

chung gồm 3
•

tiristo : T1, T3, T5
Nhóm anốt chung gồm 3 tiristo : T2. T4, T6

+) Điện áp các pha thứ cấp MBA có phương trình:
Ua= U2
Ub= U2 /3)
Uc = U2
+) Góc mở α được tính từ giao điểm của hai điện áp pha.
b.Nguyên lí hoạt động
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chạy qua:
• Khi θ = = + α cho xung điều khiển mở T1. Tiristo này mở vì >0. Sự mở của T1 làm cho
T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì >. Lúc này T6 và T1 cho dòng đi qua. Điện áp ra trên
tải : = = –
• Khi θ = = +α cho xung điều khiển mở T2. Tiristo này mở vì T6 dẫn dòng nó đặt lên
catốt T2 mà >. Sự mở của T2 làm cho T6 khóa lại một cách tự nhiên vì >.
 Các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của các
tiristo theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1… Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristo mở nó sẽ khóa
ngay 1 tiristo trước nó, như trong bảng sau:
Bảng 4.1 Thời điểm mở, khóa của tiristo

Thời điểm
= π/6 + α

= 3π/6 + α

Mở
T1
T2

Khóa
T5
T6


= 5π/6 + α
= 7π/6 + α
= 9π/6 + α
= 11π/6 + α

•
•
•
•
•

T3
T4
T5
T6

T1
T2
T3

T4

Điện áp trung bình trên tải
U2 θ = .
Điện áp ngược cực đại đặt lên van: = 2.45
Số lần đập mạch trong 1 chu kì la 6
Dòng điện chạy qua các van : = /3
Công suất của MBA: = 1.05
2.1.1 Đồ thì điện áp và dòng điện

Hình 2.2 Đồ thị điệp áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 3 pha

c.Ưu điểm
•
•
•

Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt.
Hiệu sử dụng MBA tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng.
Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do = 2.34 => có thể sử dụng với
điện áp khá cao.

d Nhược điểm
•
•

Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp
Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp

•

với cấp điện áp ra tải dưới 10V.
Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa.

II.1.2.Chỉnh lưu hình tia 3 pha:


a.

Sơ đồ và dạng sóng:

Hình 2-3

Hình 2-4
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha tiristor nối với tải như hình vẽ.
-

Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính.
+Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia.
Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.
-

Góc mở tự nhiên:
α

+Góc mở
được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ
đóng sang khó) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào.

+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.

0≤α <π −γ − µ

µ

γ

+

: góc dẫn

: góc chuyển mạch

b. Nguyên lý hoạt động:
Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

u1 = U m sin θ
u 2 = U m sin(θ −

2π
)
3

u 3 = U m sin(θ −

4π

)
3

*Nhịp V1: khoảng thời gian từ
khởi: T1 mở, khi đú:

θ1 − > θ 2

. Tại

θ1

điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích

u v1 = 0

u v 2 = u 2 − u1 < 0
u = u − u < 0
3
1
 v3
T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1
+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0
Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 =
0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2.
θ 2 − > θ3

*Nhịp V2: từ

Lúc này:

u v 2 = 0

u v1 = u1 − u 2
u = u − u
3
2
 v3

T2 mở, T1, T3 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2:


id = Id = i2
+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0
Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 =
0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.
θ3 − > θ 4

*Nhịp V3: từ

Lúc này:

u v 3 = 0

u v1 = u1 − u 3
u = u − u

2
3
 v2

T3 mở, T1, T2 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3:
id = Id = i3
+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0
Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 =
0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1.
Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện i d
cùng dạng sỉng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn
,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id .
*Các giá trị trung bình:
-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
T

Ud =

1
3
u d .dt =
∫
T 0
2π

π 2π
+
+α

6 3

U
∫
π
6

U di0 =
Đặt
khiển với

3 6
U
2π

α =0

+α

m

. sin θ .dθ =

3 6
U . cos α
2π

: giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu điều

0

U d = U di 0 . cos α
Suy ra
*Hiện tượng trùng dẫn:


+Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đó kéo dài quá trình chuyển mạch, do
vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0 thì tiristor khác lại có dòng điện
tăng lên với cùng tốc độ. Khoảng thời gian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn.
µ

+Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuyển mạch . Lúc này dòng
điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn. Điện áp trên tải là trung bình của điện áp 2
pha đang dẫn.
Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình.
c. Ưu điểm
So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chấ lượng điện áp 1 chiều tốt hơn,
biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có 1 van
dân nên sụt áp trên van là nhỏ => công suất tiêu thụ của van nhỏ. Việc điều khiển các van
tương đối đơn giản.
d. Nhược điểm
Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra chưa thật tốt lắm. Điện áp ra có
độ đập mạch lớn => xuất hiện nhiều thành phần điều hòa bậc cao.Hiệu suất sử dụng máy
biến áp không cao.
2.2- Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều
Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung:
Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cả hai bộ chỉnh
lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DC của hai bộ chỉnh lưu là zero
để không có dòng DC chạy qua móc vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Do đó:

Vd1 + Vd 2 = 0
⇒ Vd 0 cos α 1 + Vd 0 cos α 2 = 0
⇒ cos α 1 + cos α 2 = 0

⇒ α 1 + α 2 = 180 0

(1)

Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn
lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Do hai bộ chỉnh lưu hoạt động ở các chế độ khác nhau,
điện áp tức thời ngõ ra của chúng khác nhau, dẫn đến có dòng cân bằng xoay chiều chạy
vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân bằng L 1 và L2 phải
được thêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ. Như vậy, mặc dù cả hai bộ chỉnh lưu đều
hoạt động, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì chỉ có một bộ chỉnh lưu
cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộ chỉnh lưu kia chỉ tải dòng cân bằng.


Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động cơ hoạt động
theo chiều thuận (góc phần tư thứ nhất) với bộ chỉnh lưu 1 ở chế độ chỉnh lưu. Khi đảo
α1
α2
chiều, góc kích
sẽ được tăng lên và
giảm đi theo quan hệ (1). Sức điện động E của
Vd1

động cơ sẽ lớn hơn

Vd 2

và

, nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh ở góc
α2
phần tư thứ hai. Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp. Vì
được giảm
dần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến khi đạt tốc độ ổn
định.

Hình 2-5
Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu
điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ
thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ.
Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh,
tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời
hằng phần ứng tăng thêm.
Kết luận
Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho
động cơ điện 1 chiều đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ , nên em chọn sử dụng mạch
chỉnh lưu dùng sơ đồ tia 3 pha có điều khiển đảo chiều là hợp lý hơn cả.
2.3.Tính toán mạch động lực:


Hình 2.6: sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tia 3 pha cho động cơ điện 1 chiều

2.3.1-Tính chọn van động lực:
1. Điện áp ngược của van:
Ulv = Knv .U2

Với U2 =

Trong đó:

Ud
Ku

220
1,17

=

=188,03 (V)
Ud : điện áp tải của van
U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van
Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng Ku = 1,17)
Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng Knv =

Ulv =

6

6

)

.188.03 = 460.58 (V)

Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn
điện áp làm việc.
Unv = Kdt u . Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V)
Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2)

2. Dòng điện làm việc của van:
Ilv = Ihd
Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd . Id =0,58 . 59,5 = 34,51 (A)
Trong đó:

Id : dòng điện tải

Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng
(Tra bảng 8.2, Khd = 0,58)
Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản
nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v
Idm v = ki . Ilv = 1.4 . 34,51 = 48.09 (A)
Trong đó: Ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(Ki =1,1-1,4)
Vậy thông số van là:

Unv = 736,93 (V)
Idm v = 48.09 (A)

Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại XT2116-801 với các thông số định mức:
-Dòng điện định mức của van: Idm = 50(A)
-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V)
-Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V)
-Dòng điện rò: Ir = 10 (mA)
-Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V)
-Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A)
2.3.2-Tính toán máy biến áp:
1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng
không khí.

2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U1 = 380 (V)
3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA
Trong đó:

αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor
∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối
∆UBA = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp


Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V)

Suy ra Ud0 =

220 + 2.1,5 + 0 + 11
cos 10 0

= 237,61 (V)

Công suất biểu kiến máy biến áp:
SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id
= 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W)
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Ud0
ku

U2 =

237,61
1,17

=

= 203,08 (V)

4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

I2 =

2
3

. Id =

2
3

. 59,5 = 48,58 (A)

5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:

I1 = kBA . I2 =

U2
U1

. I2 =

203,08
380

. 48,58 = 25,96 (A)

2.3.3- Thiết kế cuộn kháng lọc:
1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại:
Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Với góc mở αmin là dự trữ, ta có thể bù được sự
giảm điện áp lưới.
-Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin , điện áp trên tải lớn nhất
Ud max = Ud0 . cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm
-Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất
Ud min = Ud0 . cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin
Ta có:

α max

= arcos

U d min
U d0

= arcos

Trong đó Ud min được xác định như sau:

 U d min


 2,34.U 2






D=

n max
n min

U ddm − I u .Ru ∑

U d min − I u min .Ru ∑

=

[

Udmin =

Udmin =

Udmin =

Udmin =

1
. U d min + ( D − 1).I udm .Ru.∑

D

]

1
.[ 2,34.U 2 . cos α min + ( D − 1).I udm .( Ru + R BA + R dt ) ]
D
1 
3


.2,34.U 2 . cos α min + ( 20 − 1).I udm . Ru + R BA + . X BA 
20 
π


1 
3


.2,34.203,08. cos 10 + ( 20 − 1).59,5. 0,187 + 0,16 + .0,304 
20 
π



Udmin = 59,43 (V)

a max =

Suy ra

arcos

 U d min

 U d0

= arcos





= arcos

 59,43 


 2,34.203,08 

 U d min

 2,34.U 2





= 82,810

2/ Xác định các thành phần sóng hài:

Ud ≈

3 6
cos α + ∑ U kn sin( 3θ − ϕ1 )
2π
n

3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc:
α = α max

Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở

. Ta có:

U d + uσ = E + Ru ∑ I d + Rn ∑ iσ + L

diσ
dt

Cân bằng 2 vế:

U σ = Riσ + L

di
dt

Riσ << L

vì

di
dt


Uσ = L
Nên

di
dt

Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ
lớn nhất, gần đúng ta có:

U σ = U1m sin ( 3θ + ϕ1 )
i=
Nên

U 1m
1
U
dt
=
cos( 3θ + ϕ1 ) = I m cos( 3θ + ϕ1 )
σ
L∫
p 2πfL

Im =

U1dm
≤ 0,1.I udm
3.2π . f .L

Vậy

L≥

U1m
3.2π . f .0,1I dm

Suy ra:
P=3 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới.

U 1m = 2.

U 1m

U d 0 cos α max
1 + 32 tg 2α max
2
3 −1

2,34.203,08. cos 82 ,810
= 2.
1 + 9tg 2 82 ,81 0
9 −1
= 176.95 (V)

L=

176,95
3.2.π .50.0,1.59,5

= 0,03 (H) = 30 (mH)

Điện cảm mạch phần ứng đó có:

Luc = Lu + 2.L BA
Trong đú: Lu : điện cảm mạch phần ứng

Lu = γ .

U dm .30
220.30
= 0,25.
π . p.ndm .I dm
π .3.1500.59,5

γ = 0,25

= 0,00196 (

là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù.

µH

) = 1,96 (mH)

Luc = 1,96 + 0,97 . 2 = 3,9 (mH)
Điện cảm cuộn kháng lọc:
Lk = L – Luc = 30 – 3,9 = 26,1 (mH)
IV.6-Mạch bảo vệ:
IV.6.1/Giới thiệu :
Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm
như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động
hoá……...
Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư
hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Do đú cần phải bảo vệ các thyrisror, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do
nhà chế tạo đó định với từng phần tử.
- Điện áp ngược lớn nhất
- Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện
- Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị

- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện

di
dt

- Thời gian khó toff
- Thời gian mở ton
- Dòng điện kích thích
- Điện áp kích
Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra
gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện.
Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá
nhiệt độ cho phép dự thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị.

Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000
Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000
Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30%
- 50%. Để cho các thyrisror làm việc được tốt ta dựng quạt lỏm mát đối với các tiristor
nhỏ. Đối với các thyrisror có công suất lớn thì dựng nước hoặc dầu biến thế để làm mát.
Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp
với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng

điện, nếu

di
dt

lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J 2 có thể tạo những


di
dt

vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được
bằng cách đặt một điện
kháng bão hồ trong mạch anot của thyrisror. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa
bão hồ thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hồ thì có điện kháng nhỏ.
IV.6.2/ Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn:
1- Tổn thất công suất trên 1 thyrisror:
∆P = ∆U .I lv = 1,5.34.51 = 51,77( W)
2- Diện tích bề mặt toả nhiệt:

Sn =

∆P
51,77
=
= 0,16( m 2 )
K n .ℑ 8.40
ℑ

Trong đó:

: độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.

Lấy Tmt = 400C
Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 800C
Suy ra

ℑ

= Tlv – Tmt = 400C

Kn : hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ.
Chọn Kn = 8 W/m2.0C
Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh

a.b=10.10 (cm)

Tổng diện tích tản nhiệt của cánh:
S = 12 . 2 . 10 . 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2)
Iv.6.3. Bảo vệ quá dòng điện cho van:
Aptomat dựng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch
thyrisror, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở

chế độ nghịch lưu.
1- Chọn 1 aptomat có:

I dm = 1,1.I ld = 1,1. 3.44,84 = 85 ,43( A) ≈ 85 ( A)
Udm = 220 (V)
Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện
Chỉnh định dòng ngắn mạch:

I nm = 2,5.I ld = 2,5. 3.44,84 = 194,16( A) ≈ 194( A)
Dòng quá tải: