Đồ án thực hành hệ Điện Cơ

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................2
Chương 1: Phân Tích, Lựa Chọn Phương Án Truyền Động Điện..................................3
Chương2. Chọn Và Phân Tích Mạch Động Lực............................................................17
Chương 3 .Chọn Và Phân Tích Mạch Điều Khiển.........................................................37
Chương 4: Xây Dựng Đặc Tính Tĩnh Hệ Thống............................................................56
Chương 6: Thuyết Minh Sơ Đồ Nguyên Lý...................................................................73
KẾT LUẬN.....................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................76

1


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
LỜI NÓI ĐẦU
Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp
hoá hiện đại hoá đất nước với những cơ hội thuật lợi và những khó khăn thách thức
lớn cùng với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và lĩnh vực Điện - Điện tử - Tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay
đổi từng ngày. Trước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của bộ biến
đổi điện tử công suất với kích thước nhỏ gọn, độ tác động nhanh, dễ dàng ghép nối
với các mạch điều khiển dùng vi xử lí. Phần lớn mạch điều khiển dùng kĩ thuật số với
chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số vì vậy làm tăng
độ tác động nhanh và độ chính xác cao cho hệ truyền động. Điều này có vai trò rất lớn
trong ứng dụng vào sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Chúng em được phân công làm đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống truyền động
điện BBĐ van – động cơ một chiều không đảo chiều quay có phản hồi âm tốc độ

và phản hồi âm dòng có ngắt”. Bản đồ án là sự kết hợp rất nhiều các lĩnh vực công
nghệ khác nhau. Trong quá trình làm đồ án, với sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng
dẫn Th.s Nguyễn Hữu Quảng và các thầy giáo, cô giáo trong khoa; sự góp ý xây
dựng của các bạn học cùng với sự lỗ lực của bản thân đến nay nội dung bản đồ án đã
được hoàn thành. Bản đồ án được trình bày một cách ngắn gọn, dễ hiểu, các số liệu
được tra cứu từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên không thể tránh khỏi những khiếm
khuyết, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo cũng như bạn bè đồng nghiệp
để bản đồ án cũng như sự hiểu biết của em ngày càng được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hải Dương, ngày 31 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Trần Văn Lân

2


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Chương 1: Phân Tích, Lựa Chọn Phương Án Truyền Động Điện
1.1.Giới thiệu chung
Trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật, công nghệ.Nhằm đáp ứng nhu cấu của
sự phát triển, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là
một trong những yếu tố quan trọng:
- Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công
nghệ sản xuất.
- Truyền động điện là hệ thống máy móc được thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ
năng thành điện năng.
- Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc biến đổi.
Việc lựa chọn được phương án truyền động điện phù hợp sẽ giúp ích rất nhiều

trong sản xuất như nâng cao chất lượng và tiết kiệm kinh phí. Ta sẽ có được phương
pháp hãm hiệu quả cho từng động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ thích hợp nhất mà
không ảnh hưởng tới tuổi thọ đông cơ, cũng như lựa chọn công suất động cơ điện hợp
lí theo các chế độ làm việc
1.2.Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ
1.2.1.Giới thiệu một số loại động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ
1.2.1.1.Động cơ một chiều kích từ độc lập
1. Sơ đồ đấu dây động cơ

Ukt
Ckt

Rktf
R

E
I
U

Hình 1.1.Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
2. Phương trình đặc tính cơ
+ Phương trình cân bằng áp của mạch phần ứng:
Uư = Eư + (Rư+Rf)I
Trong đó:
Uư – điện áp phần ứng
Eư – suất điện động phần ứng
Rư – điện trở mạch phần ứng
Rf – điện trở phụ trong mạch phần ứng
Iư – dòng điện phần ứng

3

(1.1)


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Với R = rư + rctp + rb + rct (điện trở cuộn dây phần ứng, cực từ phụ, cuộn bù và chổi
than)
+ Suất điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
E = KΦ ω
(1.2)
Trong đó:
Φ – từ thông kích từ dưới một cực
ω – tốc độ góc
K=

Pn
- hệ số cấu tạo của động cơ
2 πa

Từ (1.1) và (1.2) ta có:
K=

Uu (R u +R f )
Iu
KΦ
KΦ

(1.3)

Mặt khác momen điện từ của đông cơ được xác định bởi biểu thức:
Mđt = KΦIư => Iư =

M dt
thay vào (1.3) ta được:
KΦ

ω=

U u (R u +R f )
M dt
KΦ
(KΦ)2

nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất cho phép thì Mđt = Mcơ = M, ta có:

Hình 1.2. Đường tính cơ và cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Giả sử: Rf = 0 , Φ = Φđm
Ta thay đổi theo hướng giảm điện áp
Tốc độ không tải : ωox =

UX
= var
KΦ dm

−( K Φ dm ) 2
Độ cứng đặc tính cơ : β =

= const
R
4


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện
áp phần ứng
Như vậy khi thay đổi điện áp vào phần ứng động cơ ta được 1 họ đặc tính cơ
song song với đường đặc tính cơ tự nhiên.Thấy rằng khi thay đổi điện áp thực chất là
giảm áp, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của
động cơ giảm.Ứng với 1 phụ tải nhất định vì vậy phương pháp này cũng được sử dụng
để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
Nhận xét:
- Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng
- Phạm vi điều chỉnh rộng
- Vùng điều chỉnh tốc độ nđc< nđm
- Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi được
( bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất )
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

a)

b)

Hình 1.4: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập khi giảm từ thông

5


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Giả sử: Uư = Uđm = const
Rư = const
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi theo hướng giảm từ thông động cơ
U dm
Tốc độ không tải :
ωox =
= var
KΦ X
Độ cứng đặc tính cơ :

−( K Φ x ) 2
β=
= const
R

Khi giảm Φ thì ωox tăng và β giảm. Ta có họ đặc tính cơ với ω ox tăng và độ cứng
đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông
U
Khi thay đổi từ thông:
Inm = dm = const
R
Mnm = KΦxInm = var
Nhận xét :
- Tốc độ bằng phẳng
- Phạm vi rộng

- Vùng điều chỉnh nđm< nđc
- Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, tổn
hao ít, hiệu suất cao
1.2.1.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
1.Sơ đồ nối dây
+

-

U

Ckt
I

E
Ikt

R

f

Hình 1.5.Sơ đồ đấu dây đông cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Hình 1.6: đặc tính tính từ hóa của động cơ điện một chiều kích từ nơi tiếp

2.Phương trình đặc tính cơ
+ Phương trình cân bằng áp phần ứng:
6

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Uư = Eư + Iư Rư
Với Rư = rư + rct + rctf + rkt
sau khi biến đổi ta có:
ω=

Uu
R
−
.I
Kφ K φ

ω=

Uu
R
−
.M
Kφ ( Kφ ) 2

Trong các phương trình trên thì từ thông φ biến đổi phụ thuộc vào dòng điện
trong mạch mạch kích từ theo đặc tính từ hóa (1).
Để đơn giản khi thành lập phương trình các đặc tính ta giả thiết từ thong phụ
thuộc tuyến tính với dòng điện kích từ như đường (2).
Φ = C.I kt
(1.6)
Với C là hệ số tỷ lệ
Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ. Iư=Ikt
Φ = C.I ­

(1.7)

Thế vào phương trình cơ điện trên ta có.
ω=

A
U
R
−
=− 1 −B
K .C.I K .C
I

A1 =

U
R
;B =
K .C
K .C

(5)

Trong đó ta đặt:

Ta cũng có:
I=

Thay (5) vào (6) ta được: ω =

M
K .C

A1 K .C
A
−B= 2 −B
M
M

(6)
(7)

Trong đó: A2 = A1 K .C
Phương trình (5) và (7) là phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của
động cơ

7


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng

Hình 1.7: a) Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
3. Các phương pháp điều chỉnh
a) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Hình 1.8: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi thay đổi
điện áp phần ứng

Giả sử: Rf = 0
Φ = Φđm
Ta thay đổi theo hướng giảm điện áp
Tốc độ không tải : ωox =

UX
= var
KΦ dm

−( K Φ dm ) 2
Độ cứng đặc tính cơ : β =
= const
R

Như vậy khi thay đổi điện áp vào phần ứng động cơ ta được 1 họ đặc tính cơ
song song với đường đặc tính cơ tự nhiên. Thấy rằng khi thay đổi điện áp thực chất là
giảm áp, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của
động cơ giảm. Ứng với 1 phụ tải nhất định vì vậy phương pháp này cũng được sử dụng
để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
Nhận xét:
- Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng
- Phạm vi điều chỉnh rộng
8


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
- Vùng điều chỉnh tốc độ nđc< nđm
- Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi được
( bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất )

- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Hình 1.9: Các đặc tính của động cơ mộ chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
Giả sử: Uư = Uđm = const
Rư = const
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi theo hướng giảm từ thông động cơ
U dm
Tốc độ không tải : ωox =
= var
KΦ x
−( K Φ X ) 2
Độ cứng đặc tính cơ : β =
= const
R

Khi giảm Φ thì ωox tăng và β giảm. Ta có họ đặc tính cơ với ω ox tăng và độ cứng đặc
tính cơ giảm khi giảm từ thông.
Khi thay đổi từ thông: Inm =

U dm
= const
R

Mnm = KΦxInm = var
Nhận xét:
- Tốc độ bằng phẳng
- Phạm vi rộng
- Vùng điều chỉnh nđm< nđc
- Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, tổn

hao ít, hiệu suất cao.
1.1.2. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ
Từ các phân tích ở trên, đề không yêu cầu đảo chiều, động cơ điện một chiều
kích từ độc lập đơn giản, tiết kiệm điện năng.Để thực hiện phương pháp này ta cần
phải có nguồn điện áp thay đổi được.
9


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Vì vậy ta lựa chọn đông cơ một chiều kích từ độc lập và điều chỉnh tốc độ theo
phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.
1.3. Lựa chọn bộ biến đổi
1.3.1. Giới thiệu chung
Trong quá trình sản suất truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công việc
cuối cùng của một công nghệ sản suất. Đặc biệt trong giây truyền sản xuất tự động
hiện đại, truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và
chất lượng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động luôn luôn được quan tâm nghiên cứu
và nâng cao chất lượng để đáp ứng với yêu cầu công nghệ mới. Ngày nay do ứng dụng
công nghệ kỹ thuật điện tử, tin học, các hệ truyền động điện ngày càng phát triển và có
những thay đổi đáng kể. Đặc biệt do công nghệ sản suất các thiết bị điện tử công suất
ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất không những đáp ứng
được nhanh, chính xác mà còn góp phần giảm giá thành kích thước của hệ. Một trong
các hệ đó là hệ truyền động của động cơ điện một chiều
Do ưu điểm của động cơ điện một chiều về điều chỉnh tốc độ nên hiện nay động
cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các lĩnh vực như giao thông
vận tải,cơ khí luyện kim…..vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều là một trong
những vần đề quan trọng trong lĩnh vực truyền động điện, để điều khiển động cơ điện
thì có rất nhiều hệ như MF – ĐC, hệ XA – ĐC, CL – ĐC. Đối với mỗi hệ lại có những
ưu nhược điểm riêng. Khi chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có những kiến

thức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị thế nàp cho phù hợp cũng rất cần
thiết.
Vì thế việc tìm hiểu một cách tỉ mỉ về lĩnh vực điện tử công suất là việc cần thiết.
1.3.2. Giới thiệu các bộ biến đổi
 Hệ máy phát động cơ một chiều (F-Đ)
• Sơ đồ nguyên lý
Hệ F-Đ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích
từ độc lập. Máy này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều khiển quay
và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.

~

~
ĐK

UđkU

ωF
F

iKF

Uđkφ

UKĐ

UF=UĐ

UKF

Đ

M

ω
MS

10

iKĐ


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lí hệ máy phát – động cơ (F-Đ).
Hình 1.10 là sơ đồ nguyên lý BBĐ máy điện và hệ thống điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều tương ứng (hệ F-Đ). Động cơ điện xoay chiều ĐK (động cơ không
đồng bộ hoặc đồng bộ) được cung cấp từ điện áp xoay chiều bap ha của mạng điện
công nghiệp, ĐK quay và kéo máy phát điện một chiều F thực hiện quá trình biến đổi
năng lượng điện xoay chiều thành một chiều, điện áp một chiều trên đầu ra máy phát
được dùng để cấp cho động cơ điện một chiều phải điều chỉnh tốc độ Đ. Điều chỉnh
dòng kích từ IKF của máy phát F là có thể thay đổi được điện áp đầu ra U, từ đó điều
chỉnh tốc độ quay n của động cơ Đ. Để cung cấp kích từ cho máy điện một chiều và
động cơ điện thường phải bố trí thêm máy phát kích từ FK, có thể lắp đồng trục với tổ
máy xoay chiều hoặc có thể dùng thêm một động cơ điện xoay chiều khác để dẫn
động.
Nguyên lý hoạt động:
Phương trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát:

Khi thay đổi UKF (hoặc IKF) thì ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song ở cả

bốn góc phần tư.
Góc phần tư (I) và (III) động cơ quay thuận và ngược.
Góc phần tư (II) và (IV) động cơ làm việc ở chế độ máy phát.
Đặc tính hãm động năng (EF = 0) đi qua gốc tọa độ.
Vùng nằm giữa trục tung và đặc tính cơ hãm động năng là chế độ hãm tái
sinh (ω > ω0 )
Vùng nằm giữa trục tung (M) và đặc tính cơ hãm động năng là chế độ hãm ngược.
•

Ưu, nhược điểm của hệ truyền F-Đ
Ưu điểm:
Hệ thống này có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng:

D = (10 ÷ 30) /1 bởi vì quá trính điều chỉnh được thực hiện bằng mạch kích thích của

máy phát và động cơ. Có thể sử dụng phương pháp biến trở.
Hệ thống có sự chuyển đổi trạng thái là việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn
nên thường sử dụng ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ.
• Nhược điểm:
Hệ thống sử dụng máy điện quay nên khi làm việc sẽ gây ra tiếng ồn lớn, chiếm
nhiều diện tích để đặt máy. Đồng thời tổng công suất đặt vào hệ thống F – Đ quá
lớn làm tăng vốn đầu tư ban đầu.
11


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Hiệu suất hoạt động của hệ tương đối thấp: η = Pcơ 2/Pđ < 0,75.
Đặc tính cơ dốc nên khi có dao động ơ phụ tải thì thể hiện rõ hơn nữa.
Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó

điều chỉnh sâu tốc độ.
Nhận xét:
Với hệ thống F – Đ vòng hở như trên, ta không thể thực hiện việc ổn định tốc
độ động cơ là nhiệm vụ cần thiết đối với các hệ thống truyền động nhằm nâng cao
chất lượng sản phẩm được gia công trên máy, nâng cao chất lượng kỹ thuật của một
quy trình công nghệ mà máy sản xuất tham gia hoặc nâng cao năng suất của máy.
Để thực hiện nhiệm vụ đó, ta thường dùng các hệ thống F – Đ có khuếch đại
máy điện dùng phản hồi vòng kín. Trong hệ thống này, các bộ khuếch đại máy điện
sẽ sử dụng các liên kết phản hồi, nghĩa là đưa tín hiều đầu ra có thể là điện áp, dòng
điện trong mạch chính hoặc tốc độ quay của động cơ. Tín hiệu đầu vào là sức từ
động của khuếch đại máy điện. Các khuếch đại máy điện thường dùng hiện nay là
máy kích từ nhiều cuộn dây điều chỉnh được, khuếch đại máy điện tự kích và
khuếch đại máy điện từ trường giao trục.
2. Hệ truyền động chỉnh lưu điều khiển –động cơ một chiều không đảo chiều(T –Đ ).
• Nguyên lý hoạt động.
Hệ truyền động T –Đ là hệ truyềng động động cơ điện một chiều kích từ độc
lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay
đổi điện áp đặt vào phần kích từ động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng
thyristor.

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lí hệ T-Đ
Trong hệ T –Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor.
Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm việc của
chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải. trong truyền
động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kich từ(L –R) hoặc mạch phần ứng động
cơ (L –R –E)
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T –Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên tục
E cos α
R
ω = do

−
Kφdm
( Kφdm )2
12


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Độ cứng của đặc tính cơ là: β = −

( Kφdm )
R

2

Trong đó: R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (R ư và điện trở các phần tử
mạch nối tiếp với phần ứng động cơ ).
Các đặc tính cơ của hệ truyền động T – Đ mềm hơn hệ F – Đ vì có sụt áp do
hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển  càng lớn thì điện áp đặt
vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen
cản MC, tốc độ động cơ sẽ giảm.
w

Biên liên tục

Chế độ
Chỉnhlưu

α=0

M

0
α = π/2

GiớihạnWmax

Chế độ
Nghịchlưu

Hình 1.12. Đặc tính cơ hệ T – Đ.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: Khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ
dốc lớn (vùng dòng điện gián đoạn). Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì
vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn
hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T – Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện
gián đoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên
giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường elip với các trục là các
trục toạ độ của đặc tính cơ:
Edo sin α
π
π
I d .blt =
(1 − cot )
X BA + 2π fi .Lu ∑
m
m
Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng
giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu m. Song khi tăng số xung m thì mạch lực
chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn. Còn khi

tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình quá độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng
trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới này được mô tả bởi đường nét đứt trên
hình vẽ.
 Ưu, nhược điểm
 Ưu điểm:

13


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T –Đ là sử dụng van bán dẫn nên độ tác
động nhanh cao,không gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số
khuếch đại công suất rất cao,điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ
thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng hệ thống
Là bộ biến đổi tĩnh kết cấu gọn nhẹ
Hệ thống T –Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng
Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ hiệu suất lớn
 Nhược điểm:
Nhược điểm chủ yếu của hệ T –Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ
trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp
của nguồn và lưới xoay chiều
Hệ số công suất cos nói chung là thấp nhất khi điều chỉnh sâu
Khả năng chịu quá tải về dòng áp nhỏ khi có gia tốc dòng và áp , có nguy cơ
làm hỏng các lớp tiếp giáp
3. Hệ truyền động điều chỉnh xung áp động cơ điện một chiều
 Nguyên lý hoạt động

uĐk

BBĐ
Hình 1.13.Sơ đồ nguyên lí

Hình 1.14. Chế độ liên tục
14

ud


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng

Hình 1.15. Chế độ gián đoạn
Trong chế độ dòng liên tục, các đại lượng trong hệ được tính toán theo giá trị
trung bình:
Điện áp hoặc sđđ trung bình của bộ ĐAX:
Eb = U tb =
Trong đó

td
U d = γ .U d
Tck

là tỷ số chu kỳ băm, ta có:

γ=

td
t

= d = td . f X
Tck TX

Với TX và fX là chu kỳ và tần số xung của hệ BĐK.
Dòng điện trung bình mạch phần ứng là:

I u = I tb =

Eb − E γ U d − Kφω
=
Ru
Ru
∑
∑

Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ ĐAX – ĐM có dạng:

Cũng giống như hệ T – Đ hệ ĐAX – ĐM khi t x < T thì cũng xảy ra chế độ
dòng điện gián đoạn.
Đặc tính cơ hệ XA – ĐC.

15


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng

Hình 1.16. Đặc tính cơ hệ XA - ĐC
 Ưu nhược điểm của hệ truyên động XA –ĐC
 Ưu điểm:

Hệ thống này được dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất lớn khi
đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có độ cứng cao
Hệ thống này dùng ít van động lực, hệ dễ tự động hóa
 Nhược điểm:
Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xoay chiều –một chiều
Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ
Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ đóng gián đoạn
1.3.3. Lựa chọn bộ biến đổi
Qua phân tích ta thấy lựa chọn phương án II ( hệ T-Đ) là phù hợp hơn cả vì hệ T –
Đ là sử dụng van bán dẫn nên độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hóa
do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho
việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng hệ
thống. Là bộ biến đổi tĩnh kết cấu gọn nhẹ Hệ thống T –Đ có khả năng điều chỉnh trơn
với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ hiệu suất lớn vì vậy
đồ án ta chọn hệ T-Đ làm phương án truyền động cho động cơ điện một chiều

Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lí hệ T-Đ
16


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Chương2. Chọn Và Phân Tích Mạch Động Lực
2.1. Giới thiệu bộ biến đổi
Với điện áp nguồn cung cấp là xoay chiều hình sin và yêu cầu đầu ra của bộ biến
đổi là điện áp một chiều không đảo chiều. Ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lưu có điều
khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với một bộ biến đổi xoay
chiều một chiều. Trong đề tài này ta chọn sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cho gọn nhất,
đơn giản nhất, còn phương án dùng một sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với
bộ biến đổi xoay chiều - một chiều không sử dụng vì nó cồng kềnh, kích thước lớn, tốn

nhiều van và giá thành lại cao.
2.2. Lựa chọn sơ đồ bộ biến đổi
2.2.1. Giới thiệu 1 số sơ đồ chỉnh lưu
2.2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giũa

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì dùng thyristor
 Nguyên lý hoạt động:

Tại α = θ1 cấp xung cho T1
Từ ( θ1 ÷π) u21 >0, T1 phân cực thuận , T1 mở, T2 khóa

17


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
Dòng điện i đi từ:A → T1 → K →L→ R → O; ud = u21 ; id =

ud
R

Từ khoảng ( π÷ θ 2 ) u21 có xu hướng <0 T1 tự động khóa lại , ud =0, id = 0
Tại thời điểm α = θ 2 cấp xung cho T2
Từ ( θ 2 ÷2π) u22 >0, T2 phân cực thuận, T1 phân cực ngược , T2 mở, T1 khóa
Dòng điện đi từ: B → T2→ K →L→ R → O; ud = u22 , id =
Gía trị trung bình điện áp trên tải:

Ud =

Gía trị trung bình dòng qua tải: I d =

ud
R

2 2U 2
cosα
π

Ud
R

Điện áp cực đại trên mỗi thiristor: U T max = −2 2U 2
Dòng trong Thyristor: I = I d
T

2

 Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
Chỉnh lưu được 2 nửa chu kỳ
 Nhược điểm:
Chất lượng thấp, Công suất thấp
Phải có máy biến áp, Giá thành cao
2.2.1.2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha dùng Thyristor

18


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

Th.s Nguyễn Hữu Quảng

id

Hình 2.3.Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor
 Nguyên lý hoạt động :

Điện áp các pha:
U a = 2U 2 sin φ
U a = 2U 2 sin(θ −

2π
)
3

U a = 2U 2 sin(θ +

2π
)
3

Trong sơ đồ này người ta dùng 6 thyristor : T 1, T2, T3, T4, T5, T6, các xung dòng
điện iG phải phát ra theo thứ tự i G1, iG2, iG3, iG4, iG5, iG6, cách nhau một khoảng π/3, các
thyristor chia làm 2 nhóm: nhóm Catốt chung gồm: T 1, T3, T5 và nhóm Anốt chung
gồm T2 ,T4, T6 .
 Giả sử T5 và T6 vẫn đang dẫn.
− Tại θ1 = (π/6 + α) cấp xung điều khiển cho T1: Ua >0  T1 mở và T5 khóa vì Ua >Uc.
Lúc này T1 và T6 dẫn, điện áp trên tải là : Ud = Ua - Ub = Uab , id = Uab/R.
− Tại θ2 = (3π/6 + α) cấp xung điều khiển cho T 2: Vì Ua>0 nên T2 mở, T 6 khóa
vì Ub >Uc. Lúc này T 1 và T2 dẫn và điện áp trên tải là : U d = Ua – Uc = Uac, id

= Uac/R;
Vì các xung điều khiển lệch nhau π/3 lần lượt được đưa đến các cực điều khiển
theo thứ tự sau:

Thời điểm

Mở

19

Khóa


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
π/6 + α

T1, T6

T2, T3, T4, T5

3π/6 + α

T1, T2

T3, T4, T5, T6

5π/6 + α

T2, T3

T1, T4, T5, T6

7π/6 + α

T3, T4

T1, T2, T5, T6

9π/6 + α

T4, T5

T1, T2, T3, T6

11π/6 + α

T5, T6

T1, T2, T3, T4

- Điện áp trung bình của tải được xác định theo biểu thức:
Ud =

3 6U 2
cos α
π

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi tiristor Ung,max
U ng ma x = 6U 2

- Dòng điện trung bình của tải:
Id =

Ud
R

- Giá trị trung bình dòng điện qua mỗi tiristor
IT =

Id
3

 Ưu điểm:
Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha.
Số xung áp điều chỉnh trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp
chỉnh lưu thấp, chất lượng điện cao.
Công suất cao.
 Nhược điểm:
Sử dụng số van lớn, giá thành thiết bị cao.
Sơ đồ này chỉ dùng cho tải có công suất lớn, dung tải chỉnh lưu nhỏ và điện áp
chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.

20


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
2.2.1.3. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu hình tia 3 pha

Hình 2.5. Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha
 Nguyên lý hoạt động:
 Tại thời điểm α = θ1 cấp xung cho T1 , Ua ++, T1 phân cực thuận nên T1 mở ; T2
và T3 khóa.
Ud = Ua, dòng điện đi từ: a → T1 → K → R →O; U T = 0
 Tại thời điểm α = θ 2 cấp xung cho T2 , Ub ++ , T2 phân cực thuận nên T2 mở ;
1

T1 và T3 khóa ;
Ud = Ub , dòng điện đi từ: b → T2 → K → R →O ; U T = 0
2

21


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
 Tại thời điểm

cấp xung cho T3, Uc ++, T3 phân cực thuận nên T3 mở ; T1

và T2 khóa.
Ud = Uc , dòng điện đi từ : c → T2 → K → R →O ; U T = 0
3

Với góc điều khiển

, dòng điện trên tải là liên tục , với góc điều khiển

dòng điện trên tải là gián đoạn.

Các thông số chính của sơ đồ chỉnh lưu bao gồm:
- Điện áp trung bình của tải được xác định theo biểu thức:
Ud =

-

3 6U 2
cos α
2π

Điện áp ngược cực đại trên mỗi tiristor Ung,max
U ng ,ma x = 6U 2

-

Dòng điện trung bình của tải
Id =

-

Ud
R

Giá trị trung bình dòng điện qua mỗi tiristor
IT =

Id

3

 Ưu điểm:
- So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp tốt
hơn
- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước
bộ lọc cũng nhỏ đi.
 Nhược điểm:
- Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải
- Điều khiển phức tạp hơn nguồn 1 pha
2.2.1.4. Chỉnh lưu cầu một pha:

Hình2.6: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha.
22


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng

Hình 2.7: Đồ thi điện áp, dòng điện chỉnh lưu cầu một pha
 Nguyên lý hoạt động:

Tại thời điểm α = θ1 , cấp xung cho T1 và T3 ;
Từ (θ1 ÷ π) U2 > 0, T1và T3 phân cực thuận; T2, T4 phân cực ngược.
Dòng điện đi từ: : A → T1 → K → R →T3→ A → O

U d = U 2 = U 2 m sin θ
id = iT 1 =

U d U 2 m sin θ
=
R
R

UT1 = 0

Từ (π ÷ θ 2 ) , U 2 < 0 T1 và T3 khóa; Ud = 0; id = 0 ;
Tại ( π = θ 2 ) cấp xung cho T2 và T4
Từ ( θ 2 ÷ 2π ), U2 < 0, T2 và T4 phân cực thuận, T1và T3 phân cực ngược
Dòng điện đi từ: O → T2 → K → R → T4 → A

U d = −U 2 = −U 2 m sin θ , id = iT 1 =

Ud
U sin θ
= − 2m
R
R

 Ưu, nhược điểm
 Ưu điểm:
Mỗi van trong sơ đồ nhỏ.
Đơn giản.
Nếu điện áp lưới phù hợp không bắt buộc sử dụng máy biến áp.
 Nhược điểm:
Công suất nhỏ.
Chất lượng thấp.
Sơ đồ cầu một pha chỉ sử dụng với yêu cầu điện áp cao và dòng nhỏ.
23

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
2.2.1.5. Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển.

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu một pha bán điều khiển
 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.9: Đồ thị điện tải, dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển
Trong sơ đồ này các điôt D1, D2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: D 1 mở
khi u2 âm, D2 mở khi u2 dương. Các thyristor mở theo góc α. Tuy nhiên các van khóa
theo nhóm: D1 dẫn sẽ làm T1 khóa, T1 dẫn thì D1 khóa. Tương tự D2 dẫn thì T2 khóa và
ngược lại T2 dẫn thì D2 khóa.
Trong nửa chu kỳ dương (u2>0)
Từ 0 ÷ θ1 chưa cấp xung điều khiển cho T1, do trong mạch có cuộn cảm L nên
trong thời gian 0 ÷ θ1 , D1 vẫn đang dẫn dòng, do VA > VO nên D2 cũng dẫn dòng.
iT 1 = 0; iD1 và iD2 ≠0 → ud = 0.

Tại thời điểm θ = θ1 cấp xung điều khiển cho T1, D2 phân cực thuận, D1 phân cực
ngược, T2 khóa.
Dòng điện đi từ A → T1 →L → R →D2 → O. Ta có:

ud = u2 = 2U 2 sin θ
24


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Th.s Nguyễn Hữu Quảng
id =

ud
R +Z L

Tại π ngừng cấp xung cho T1 → ud = 0
Trong nửa chu kỳ âm (u2 < 0)
Từ
chưa cấp xung điều khiển cho T2, do trong mạch cuộn cảm L nên trong
thời gian

, D2 vẫn đang dẫn dòng, do VA > Va nên D1 cũng dẫn dòng

 = 0;
Tai thời điểm

và

≠ 0 → ud = 0.
cấp xung điều khiển cho T2, D1 phân cực thuận, D2 phân cực ngược.

Dòng điện đi từ O → D1 → R → L → T2 → A. Ta có:

Tại π ngừng cấp xung cho T2 → ud = 0
 Ưu, nhược điểm
 Ưu điểm:
- Đơn giản hơn cả về lực và điều khiển
- Giá thành rẻ hơn
- Tiết kiệm năng lượng hơn (hệ số
cao hơn chỉnh lưu điều khiển).
 Nhược điểm:

- Không thực hiện được quá trình nghịch lưu
- Không ứng dụng được cho các tải đòi hỏi phải đảo chiều dòng tải.
2.2.2. Chọn sơ đồ chỉnh lưu
Từ những phân tích ở trên ta thấy mỗi sơ đồ chỉnh lưu đều có những ưu nhược
điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu đặc điểm công nghệ.
Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha là một sơ đồ tốt, nhưng số van nhiều hơn và mạch điều
khiển phức tạp do đó ta không sử dụng sơ đồ này cho đề tài.
Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha là một sơ đồ chỉnh lưu tốt. Cho phép sử dụng ở
hệ thống truyền động công suất lớn, chất lượng điện áp ra tốt, điện áp đặt trên van nhỏ
hơn một nửa so với điện áp đặt trên mỗi van của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha do đó
dễ chọn van trong tính toán thiết kế, nhưng nhược điểm của nó là mạch động lực phức
tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lượng van nhiều, giá thành cao, trong khi yêu cầu
của phụ tải mà đề tài cho không cần chất lượng điện áp ra quá tốt.
Để đáp ứng được yêu cầu của phụ tải mà đề đã cho và bảo đảm được tính kinh tế
ta chọn sơ đồ chỉnh một pha hai nửa chu kì máy biến áp có điểm giữa, trong đó 2 van

25