Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

MỤC LỤC
Phần I : Cơ sở lý thuyết chung về động cơ điện một chiều......................................
1.1.Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều......................................................
1.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều..........................................................................
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.................................................
1.4.Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập...........
1.5.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.6.Đảo chiều quay động cơ điện một chiều..........................................................
Phần II: Giới thiệu các linh kiện điện tử trong mạch...........................................
2.1.Các linh kiện điện tử thụ động ........................................................................
2.1.1.Điện trở..........................................................................................................
2.1.2.Biến trở...........................................................................................................
2.1.3.Tụ điện...........................................................................................................
2.1.4.Diode..............................................................................................................
2.2.Linh kiện điện tử tích cực................................................................................
2.2.1.Tranzitor........................................................................................................
2.2.2 Mosfet……………………………………………………………………....
2.2.3.Thyristor.........................................................................................................
2.2.4.Biến áp xung..................................................................................................
Phần III: Lựa chọn và phân tích mạch lực..........................................................
3.1.Khái quát chung...............................................................................................
3.2.Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ ........................................................................
3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn........................................
3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển..................................................
Phần IV: Lựa chọn và phân tích mạch điều khiển..............................................
4.1.Giới thiệu về vi mạch TCA 785.......................................................................
4.1.1.Giới thiệu chung...........................................................................................
4.1.2.Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo TCA 785............................................................
4.1.3. Dạng sóng dịng điện...................................................................................
4.1.4.Các thơng số của TCA 785............................................................................
4.1.5.Tính chọn các phần tử bên ngồi.................................................................

Phần V: Tính chọn thiết bị.....................................................................................
5.1.Mục đích và ý nghĩa..........................................................................................
5.2.Tính chọn mạch động lực................................................................................
5.2.1.Tính chọn van động lực..................................................................................
5.2.2.Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu..................................................................
5.2.3.Thiết kế cuộn kháng san bằng LD..................................................................
5.2.4.Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van..................................................................
5.3.Tính chọn mạch điều khiển..............................................................................
5.4.Tính chọn biến áp xung.....................................................................................
Phần VI: Sơ đồ, bản vẽ thiết kế mạch và nguyên lý làm việc................................
6.1.Sơ đồ khối...........................................................................................................
6.2.Thiết kế mạch.....................................................................................................
6.3.Nguyên lý làm việc của mạch............................................................................


Hướng mở rộng của đề tài......................................................................................
Lời kết.......................................................................................................................
Tài liệu tham khảo...................................................................................................
Lời nói đầu
Ngày nay, điện tử cơng suất đã và đang đóng 1 vai trị rất quan trọng trong q
trình cơng nghiệp hố đất nước.ứng dụng của điện tử cơng suất trong các hệ thống
truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự
động hố cho các q trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử
cơng suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với
các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ ...
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung mơn học Điện tử cơng suất chúng
em đã được giao thực hiện đề tài:
Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
Với sự hướng dẫn của Thầy: Nguyễn Trung Thành, chúng em đã tiến hành
nghiên cứu và thiết kế đề tài.

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên
khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cơ đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện


KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tuần 1

- Nhận đồ án mơn học.
- Tìm hiểu khái qt về ĐCĐ 1 chiều.
- Tham khảo ý kiến các sinh viên khóa trên.

Tuần 2

- Tìm hiểu chung về nguyên lý biến đổi tốc độ ĐCĐ 1
chiều.

Tuần 3

- Tham khảo một số mạch, ứng dụng ĐCĐ 1 chiều .
- Nghiên cứu các thiết bị, linh kiện có liên quan.

Tuần 4

- Thiết kế, lựa chọn mạch điều khiển.
- Tìm hiểu, tính chọn các linh kiện sử dụng trong mạch.

Tuần 5

- Khảo sát mạch điều khiển trên palen bằng máy hiện sóng.
- Đánh giá lựa chọn linh kiện.

Tuần 6

- Thiết kế, lựa chọn mạch lực.
- Khảo sát, tính chọn các phần tử trong mạch lực.
- Kết nối mạch lực và mạch điều khiển và khảo sát tổng thể
mạch.

Tuần 7

- Hoàn thành làm bo mạch.
- Hoàn thành bản thuyết trình,giới thiệu nguyên lý và ứng
dụng của mạch.
- Xin ý kiến GVHD về tiến trình làm việc và những chỉ dẫn
thêm.

Tuần 8

- Hoàn thành sản phẩm và bảo vệ đồ án.


PHẦN I:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều:
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc
động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ

năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một
chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện
một chiều gồm những loại sau đây:
- 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
1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rơtor)
1.2.1. Phần tĩnh (stator)
Gồm các phần chính sau:
a. Cực từ chính:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ
lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ
được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.
c. Gơng từ:
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
- Nắp máy
- Cơ cấu chổi than.
1.2.2. Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:

a. Lõi sắt phần ứng:


Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày
0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để

sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.

b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dịng điện chạy qua. Thường làm bằng
dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,
trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được
cách điện với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp:
Cổ góp hay cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dịng điện
xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đi nhạn cách
điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ trịn. Đi
vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào
các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió 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.
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
b
F® t

n

I

+

A

a

I
c
F

B

®t

d
-

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng
có dịng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện
từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay
trái. Khi phần ứng quay được nửa vịng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có
phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ
có chiều quay khơng đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng
sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.


Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn
gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó:

Rư: điện trở phần ứng
Iư: dịng điện phần ứng
Eư: sức điện động

Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích từ
độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ khơng phụ thuộc
vào dịng điện phần ứng nghĩa là từ thơng của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải
mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.
+

U-

I

-

E
KT

IKT
+

UKT

-

Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

1.4. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế độ định
mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay
nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính
cơ  được tính như sau  

M



 lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
 nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.

đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
1.4.1.Sơ đồ nguyên lý:
+
-

U-

+

E-

CKT

-

URf

RKT
IKT
CKT

RKT

Rf
E-

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều
Khi nguồn điện 1 chiều có cơng suất lớn và điện áp khơng đổi thì mạch kích từ
thường mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập.
1.4.1.Phương trình đặc tính cơ:
Trường hợp Rf= 0:
U= E + Iư.Rư
(1)
Trong đó; E= Ke.  .n
(2)
Ke =

p.n
60a

: hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
K=

p.n
: hệ số cấu tạo của động cơ
2a

 : tốc độ góc tính bằng rad/s

p: số đơi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
Thế (2) vào (1) ta có:  =

Uu
R
 u Iu
K . K .

(3)


Hoặc:

n=

Uu
R
 u Iu
K e . K e .

(4)

Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ.
Suy ra: n=

Uu
Ru

.M
K e . K e . .K 

là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều

kích từ độc lập.
Hoặc:  =

Uu
Ru

M = 0  
K . ( K . ) 2

trong đó:  0 : tốc độ khơng tải lý tưởng
 : độ sụt tốc độ
1.4.3.Ảnh hưởng của các thơng số tới tốc độ động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:  =

U u Ru  R f

M ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ
K . ( K . ) 2

 ta có thể thay đổi  , Rf , U.

 Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):

M
( K dm ) 2
Độ cứng đặc tính cơ:  
=
giảm. Nếu Rf càng lớn thì tơcf độ động cơ

Ru  R f

càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên
người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dịng và điều chỉnh tốc độ động
cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.
 Trường hợp thay đổi U< Uđm
Tốc độ khơng tải

U
0 
K

giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ  

( K ) 2
M


=

Ru

const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương
pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.

 Ảnh hưởng của từ thông:
Muốn thay đổi  ta thay đổi dịng kích từ Ikt khi đó tốc độ khơng tải  

U dm
tăng. Độ
K

( K ) 2
M
cứng đặc tính cơ:  
=
giảm.

Ru

1.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
1.5.1. Khái niệm chung:


1.5.1.1. Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số
nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ đó
tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có
hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thơng số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ
trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp
của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc
độ theo phương pháp thứ hai.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải

thay đổi của động cơ điện.
Ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Về phương diện điều chỉnh tốc độ,
động cơ điện một chiều có nhiều. Khơng những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.

1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các
chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
a. Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé
hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự
nhiên.
b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất nmin
mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin.
Trong đó:
- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta
chọn nmin làm đơn vị.


Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ
thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
c. Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng:  = M/n. Khi  càng lớn tức M càng lớn và n nhỏ nghĩa là độ ổn
định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt
nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ.
Hay nói cách khác  càng lớn thì càng tốt.
d. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh
tốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
=

ni
ni 1

Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.
ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này hai
cấp tốc độ bằng nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc
của động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp nhất.
f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ
thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ
thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết
bị phổ thơng nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.
1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp
trên mạch phần ứng thì dịng điện, moment sẽ khơng thay đổi. Để tránh những biến
động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc


độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ
một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp

như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến
đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều
chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo u cầu.

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
n

Ru  R f
U

M
KE KE KM 2

Ta có tốc độ khơng tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ:
 

dM
K K 2
 E M
dn
Ru  R f

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ khơng tải lý tưởng sẽ
thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi.
Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ khơng thay
đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:
n
n0
ncb
n1

n2
n3

TN ( Uđm )

Uđm > U1 > U2 > U3
ncb > n1 > n2 > n3

U1
U2
U3

M
MC

Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất là
giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản n cb. Đồng thời điều chỉnh nhảy
cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và
ngược lại.


Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = . Nhưng trong thực tế động cơ điện
một chiều kích từ độc lập nếu khơng có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho
phép: Umincp =

U đm
nghĩa là phạm vi điều chỉnh:
10

D = ncb/nmin = 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < Umincp thì do phản ứng phần ứng sẽ làm
cho tốc độ động cơ không ổn định.
 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng
nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb.
 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có nghĩa là có thể điều
chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng.
 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ
bản và chi phí vận hành cao.
1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thơng:

+ 

U



-



-

Iư
Eư

Ckt
+



Rkt

Ukt

Hình 5: Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng
Điều chỉnh từ thơng kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen
điện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ Eư = KEn. Thông
thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện cơng suất trung bình, người
ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao
công suất nhỏ. Đối với các máy điện cơng suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt
như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…


Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thơng thì dịng điện
kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có
thể giảm dịng kích từ tức là giảm nhỏ từ thơng so với định mức. Ta thấy lúc này tốc
độ tăng lên khi từ thơng giảm: n =

U
K E .

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KM  In nên khi  giảm sẽ làm cho Mn
giảm theo.
KE KM 2
 
R

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi  giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ đường
đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

n
n0
ncb
n1

TN
Rf1

n2

Rf2

n3

0

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
ncb > n1 > n2 > n3

MC

M, I

Rf3

Hình 6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng có thể điều chỉnh được

tốc độ vơ cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thơng có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô
cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:
nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D =

3
nmax
=
1
ncb

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc
độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ khơng thể đổi chiều dịng
điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho
phép.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng có thể điều
chỉnh tốc độ vơ cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb. Phương pháp này được dùng để


điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình
điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang
tính kinh tế.
1.5.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần
ứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương pháp này điện
trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như
sau:
+

-

U
Iư
Rf
Eư

Ckt Rkt
+

UKT

-

Hình 7: Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ
trên mạch phần ứng.
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
n

Ru  R f
U

M
KE
KE KM 2

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ
cứng của đường đặc tính cơ:
n0 

U dm

 const
K E  dm

;    KE KM 

2

dm

Ru  R f

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính
cơ càng dốc. Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được
tính theo cơng thức sau:


 TN  

K E K M  2 dm
Ru

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn
hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng. Vậy khi
thay đổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

n
n0
ncb
n1

TN
Rf1

n2

Rf2

n3

0

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
ncb > n1 > n2 > n3

MC

M, I

Rf3

Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n 1 ta đóng
thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dịng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn
tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng Iư giảm làm cho moment
động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n 2 với n2 >
n1.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n cb.Trên thực
tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ
nhảy cấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…

Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:
D=

n cb

n min

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc
ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để đảm bảo tính
kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:


D=

(2  3)
1

Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện ngắn
mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để
hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được
dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần
trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng
lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay
đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ
càng tăng.

1.6 Truyền động thyristor - động cơ một chiều (T-Đ) có đảo chiều quay :
Do chỉnh l-u Thyristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đ-ợc khi mở ,
còn khó theo điện áp l-ới cho nên truyền động vẫn thực hiện đảo chiều khó khăn và
phức tạp hơn truyền động máy phát - động cơ . Còn cấu trúc mạch lực cũng nh- cấu
trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic
điều khiển chặt chẽ .Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo
chiều :
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ- Giữ
nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng .Trong thực tế , các sơ đồ
truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theo một trong hai nguyên tắc
trên và đ-ợc phân ra làm năm loại sơ đồ chính :
- Hình a : Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng cách đảo chiều dòng kích từ .Hình b : Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi).Hình c : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiĨn riªng .


- Hình d : Truyền động dùng hai bộ biến ®ỉi nèi song song ng-ỵc ®iỊu khiĨn chung .
- Hinh e : Trun ®éng dïng hai bé biÕn ®ỉi nèi theo sơ đồ chéo điều khiển chung .
Mỗi loại sơ đồ đều có -u nh-ợc điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu
công nghệ :
- Hình a : Dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều .
- Hình b : Dùng cho công suất nhỏ , tần số đảo chiều thầp .
- Hình c : Dùng cho mọi giải công suất có tần số đảo chiều lớn .
- Hình d và hình e : Dùng cho giải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao , so với
ba loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn nh-ng lại có kích th-ớc cồng kềnh .
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển , có thể chia làm hai loại chính :
Điều khiển riêng và điều khiển chung .
Nhận xét chung :
Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là 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 nângcaochấtl-ợng
các đặc tính tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống
Nh-ợc điểm của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến , dạng điện áp chỉnh
l-u ra có biên độ đập mạch cao , gây tổn thất trong máy điện , và ở các truyền động có
công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và l-ới xoay chiều . Hệ số công
suất cos của hệ nói chung là thÊp .


~

~

§

a)

~

~
T

N

§

§

N

+

T

c)

b)

-

+

~

~

E
+
E
d)

e)
+

-


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

PHẦN II

GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MẠCH
2.1. Các linh kiện điện tử thụ động
2.1.1.Điện trở
2.1.1.1.Khái niệm
Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng điện theo mong
muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp điện áp ở
mỗi vị trí bên trong mạch điện. Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín
hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó khơng phụ thuộc vào tần số
của tín hiệu tác động nên nó.
Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào vật
liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với tiết
diện dây dẫn.

10

Điện trở thường

5W

6,8

10W

Điện trở Công
Điện trở Công Suất Biến Trở
Suất

2.1.1.2.Phân loại.
- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có cơng suất nhỏ từ 0,125W đến
0,5W.

- Điện trở cơng suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.
- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở cơng suất, điện trở này
có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt.

19


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cách điện
thường bằng sứ, có trị số điện áp thấp nhưng cơng suất làm việc lớn từ 1W đến 25W.
- Điện trở màng kim loại: Chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr.

Trở thường
2.1.1.3.Cách kiểm tra
-

Kiểm tra thông số của điện trở thông qua cách đọc các vạch màu trên thân điện trở.

-

Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng.

2.1.1.4.Tác dụng
Điện trở là linh kiện được sử dụng khá phổ biến trong các mạch điện tử. Nó có
những tác dụng cụ thể như sau:
-

Khống chế dịng điện qua tải cho phù hợp.

+ Ví dụ như: ta có một nguồn 12 V nhưng ta cần mắc một bóng đèn 8V thì ta cần phải
đấu bóng đèn với một điện trở để gây sụt áp trên điện trở là 4V. Ta có sơ đồ mạch như
sau:

R

D:9V,2W

U = 12V
- Mắc điện thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho
trước. Sơ đồ mạch:

20


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

U = 12V

R2

U1

R1

U2

-

Tham gia q trình tạo dao động.

-

Ngồi ra điện trở cón có nhiều ứng dụng khác trong mạch điện hằng ngày.

2.1.1.5.Các kiểu ghép điện trở
-

Ghép nối tiếp: Ghép nối tiếp các điện trở ta được một đện trở tương đương có giá trị

bằng tổng các điện trở trong mạch: R = R1+ R2+…+Rn
Dòng điện trong mạch ở trên từng điện trở là như nhau tức: I = I1+ I2+…+In
-

Ghép song song: Ghép song song các điện trở thì ta có dịng điện trong mạch bằng

tổng dịng điện qua từng điện trở: I = I1+ I2+…In.
Tổng trở trong mạch được tính theo cơng thức: 1/R= 1/R1+ 1/R2+…+1/Rn
2.1.2.Biến trở.
- Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn . Chúng có
thể dược sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
- Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt đọ thay đổi bằng cach sthay
đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ
thay đổi, ánh sang hoặc bức xạ điện từ,…
Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

21


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

2.1.3.Tụ điện.
2.1.3.1. Khái niệm.
- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền
tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.
- Hình ảnh tụ điện:

Tụ hóa

Tụ gốm .
.
2.1.3.2 Phân loại

22


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

- Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành hai loại chính là
tụ khơng phân cực và tụ phân cực.

- Tụ không phân cực: Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng, giá trị
của nó thường từ 1,8pF - 1μF. Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khơng
tiện chế tạo.
- Tụ phân cực: Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân mỏng
làm điệjn mơi. Lớp điện mơi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao. Loại tụ này có sự
phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp đijện mơi sẽ bị
phá hủy làm hư hỏng tụ.
- Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:
+ Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa có
tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc tương đối cao.
+ Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF và thường làm
việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền.
+ Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ, có
trị số từ 1nF - 1μF.
+ Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại
đặt trong vỏ nhơm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai số lớn, trị số
điện dung khoảng 0,1 μF – 4700 μF.
+ Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và
dạng hình tan tan.
Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung cũng lớn khoảng 0,1 μF - 100 μF.
+ Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh.
2.1.3.3. Cấu tạo.
- Cấu tạo của tụ điện: Tụ điện được cấu tạo bởi hai bản điện cực băng kim loại. Khi ta
cung cấp cho hai bản cực một điện thế thỡ khụng gian hai bản kim loại xuất hiện một
điện trường. một bản cực được tích điện dương, cịn bản cực kia tích điện âm. Tụ diện
23


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường. Khi tăng điện áp tác dụng vào tụ điện. Lúc
này năng lượng điện trường giữa hai bản cực sẽ tăng lên. Lúc này tụ điện hoạt động với
vai trò là một linh kiện của mạch điện, nhưng nó tích lũy năng lượng. ngược lại, khi
điện áp tác dụng nên tụ điện giảm tụ điện lại cung cấp một mạch điện áp cho mạch
ngoài. Lúc này tụ điện hoạt động như một nguồn điện. q trình xảy ra là q trình
phóng điện của tụ điện.Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất làm
điện mơi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này: tụ giấy,
tụ gốm, tụ hóa…
Điện dung: Là đại lượng nói nên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện
dung của tụ phụ thuộc vào điện tích bản cực, vật liệu làm chất điện mơi và khoảng cách
giữa hai bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực.
Đơn vị của tụ điện: Fara (F), MicroFra (μF), NanoFara (nF), Picofara (pF).
2.1.4.Diode
2.1.4.1. Khái niệm.
Diode là linh kiện điện tử thụ động, cho phép dịng điện đi qua nó theo một chiều
, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn.

2.1.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
 Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P – N của hai chất bán
dẫn khác loại. Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán dẫn N
gọi là Katot. Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:

24


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

A

K

 Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều khơng giống nhau. Nếu phân
cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa. Nếu phân cực nghịch thì diode dẫn
điện rất yếu, thực chất chỉ có dịng điện rị. Nói một cách gần đúng thì xem như diode
chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu của
Diode bán dẫn.
2.1.4.3. Phân loại
- Theo cơng dụng thì ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu quang, Diode
biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng.
+ Diode phát quang được sử dụng ở điều khiển tivi, đèn led ở biển quảng cáo, nó phát
ra ánh sang.

+ Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn.

+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần,
siêu cao tần.
+ Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và cịn được gọi là diode tiếp
điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí sinh,
Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu.
+ Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC
50 Hz. Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A.
25