THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

C LUC
MU

1


LỜI NÓI ĐẦU
Truyền động điện là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở v ị trí
nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều ti ếp cận v ới đi ều khi ển. Nó là
khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta.
Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng động cơ đi ện
một chiều vẫn tồn tại. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được s ử dụng ở
những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu đi ều chỉnh tốc độ b ằng ph ẳng và
phạm vi rộng. Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm vi ệc r ất t ốt trên các m ặt
điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng 0). Nhưng độ
tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so v ới đ ộng c ơ không đ ồng b ộ
do có hệ thống tiếp xúc chổi than.
Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là m ột ứng dụng của kỹ
thuật điều khiển. Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo đ ể đi ều ch ỉnh đi ện áp phần
ứng động cơ. Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho
động cơ. Hệ thống này thường được dùng cho các động cơ đi ện được cấp đi ện từ
lưới xoay chiều. Nhóm chúng em gồm 2 người được giao đồ án thiết kế hệ thống tự
động điều khiển động cơ điện 1 chiều. Đồ án gồm 5 phần:
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ CỦA HỆ THỐNG
CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN
CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ.
CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG
Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ sung để hoàn thi ện. Chúng
em rất mong được sự đóng góp ý kiến cuả các thầy cô trong bộ môn đ ể đồ án được
hoàn chỉnh. Chúng em xin chân thành cảm ơn th ầy TS.Võ Quang Vinh đã t ận tình

hướng dẫn để chúng em có thể hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn!

2


CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều.
-Động cơ điện một chiều là loại máy biến điện năng một chiều thành cơ năng
-Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi. Để tạo ra t ừ tr ường
không đổi nguời ta sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm đi ện đ ược cung
cấp dòng điện một chiều.
-Động cơ một chiều được phân loại theo loại kích từ thành những loại sau:
+Động cơ một chiều kích từ động lập
+Động cơ 1 chiều kích từ song song
+Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp
+Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
-Công suất lớn nhất của động cơ một chiều vào khoảng 5 – 10MW. Hi ện tương
tia lửa cổ góp đã hạn chế tăng công suất của động c ơ đi ện m ột chi ều. C ấp đi ện áp
của động cơ điện 1 chiều là 120 V, 240V, 400V, 500V và lớn nhất là 1000V. Không
thể tăng áp lên nữa vì điện áp giới hạn cảu các phiến góp là 35V.
1.1.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập

3


- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập là cuộn kích từ ngu ồn một chi ều đ ộc
lập với nguồn điện cấp cho roto
- Phương trình đặc tính cơ:
w=

-Đồ thị đặc tính cơ của động cơ 1 chiều là:

1.1.3. Động cơ một chiều kích từ song song

Động cơ một chiều kích từ song song là cu ộn kích kích từ và đ ộng c ơ cùng đ ược
cấp điện từ nguồn điện 1 chiều

4


1.1.4. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối ti ếp v ới cu ộn dây
phần ứng
Với cách mắc nối tiếp, dòng điện kihcs từ bằng dòng đi ện phần ứng nên cu ộn
dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít.
1.1.5. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

-Động cơ kích từ hỗn hợp có cuộn kích từ mắc song song và 1 cu ộn n ối ti ếp v ới
động cơ
-Động cơ kích từ hỗn hợp có momen khởi động tốt và tốc độ ổn định
1.1.6. Giới thiệu chung về các hệ truyền động điện
- Các hệ truyền động là hết sức đa dạng, từ loại đơn giản đến phức tạp, từ cỡ
công suất nhở đến công suất lớn , với các loại động cơ khác nhau, các lo ại thi ết b ị
biến đổi khác nhau và ứng dụng các nguyên lý đi ều khi ển khác nhau. Trong th ực t ế
chúng ta có thể gặp bất kỳ loại nào.Tuy nhiên , ta ch ỉ c ần n ắm v ững cách phân tích
của 1 số loại tiêu biểu , từ đó suy ra những trường hợp khác.

5

- Các hệ truyền động ta thường gặp như: Hệ truyền động đi ện máy phát – đ ộng
cơ (F – D), Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T – D),Hệ truy ền đ ộng băm xung
áp – Động cơ(XA – D),..
1.2 Bộ biến đổi máy điện và hệ thống phát – động cơ ( Hệ F – D )
1.2.1 Giới thiệu hệ thống truyền động điện máy phát– Động cơ 1 chiều (F –D)
-Hay còn được gọi là hệ F –Đ. Trước khi có chỉnh lưu điều khi ển công suất , h ệ
thống máy phát - động cơ 1 chiều kích từ độc lập là h ệ truy ền đ ộng đi ều ch ỉnh t ốt
nhất. Hệ F –Đ là tiêu biểu cho phương pháp điều khi ển điện áp ph ần ứng. Tuy
nhiên, vì bộ biến đổi trong hệ này được làm bằng các máy đi ện quay, t ối ti ểu là 2
máy, gồm động cơ không đồng bộ ĐS và máy phát đi ện 1 chi ều F, v ới công su ất m ỗi
máy lớn hơn công suất đông cơ truyền động D, nên rất công kềnh, đ ắt , gây nhi ều
tiếng ồn và đòi hỏi nền móng chắc chắn
- Hệ thống điều khiển tốc động cơ một chiều sử dụng BBĐ máy đi ện đã t ừng
thịnh hành thập kỷ 50 , đến nay ở những nơi chưa đổi mới trang thi ết b ị vẫn còn
dùng loại này

1.2.2 Bộ biến đổi máy điện và hệ thống phát – động cơ ( Hệ F – D )

-Sơ đồ trền là sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi máy điện và h ệ th ống đi ều ch ỉnh t ốc
độ động cơ điện một chiều tương ứng hệ (F –D). Động cơ xoay chiều ĐK ( động cơ
không đồng bộ hoặc động cơ đồng bộ) được cung cấp từ hệ th ống đi ện áp xoay
chiều của mạng điện công nghiệp quay và thực hiện kéo máy phát đi ện 1 chi ều F
6


thực hiện quá trình biến đổi năng lương điện xuay chi ều thành đi ện 1 chi ều, đi ện
áp một chiều trên đầu máy phát được dừng để cấp cho đ ộng c ơ 1 chi ều ph ải đi ều
chỉnh tốc độ Đ. Điều chỉnh dòng kích từ Ikf của máy phát F là có th ể thay đ ổi đi ện
áp đầu ra U, từ đó điều chỉnh tốc độ quay của động động cơ Đ.

+ Đặc điểm của hệ F - Đ
*Ưu điểm
Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải l ớn. Ph ạm
vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín). Đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ
bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh.Việc điều chỉnh ti ến hành trên các
mạch kích từ nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản.
*Nhược điểm
+ Dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy đi ện m ột chi ều,
gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất tải yêu cầu.
+ Vốn đầu tư cao, cồng kềnh tốn diện tích
+ Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%)
+ Điều chỉnh sâu bị hạn chế
Hiện nay người ta có khuynh hướng thay thế hệ F - Đ bằng hệ thống CL - Đ

1.3. Chỉnh lưu điều khiển tiristo và hệ thống truyền đ ộng tiristo – đ ộng c ơ
điện một chiều ( Hệ T – D ).
1.3.1.Chỉnh lưu điều khiển tirsto
1.3.1.1: Khái niệm góc mở điều khiển α
Mạch chỉnh lưu dùng van là điôt tuy đơn giản nhưng chỉ cấp ra tải m ột đi ện áp
xác định Ud = ksđ.U2, chỉ phụ thuộc vào mạch van và điện áp nguồn U2, không cho
phép thay đổi hoặc giữ ổn định theo yêu cầu công nghệ của tải. Đi ều này do điôt
luôn tự dẫn dưới tác động của chính điện áp ngu ồn xoay chi ều g ọi là m ở t ự nhiên.
Nếu thay điôt bằng thyristor sẽ điều khiển được điểm dẫn của van theo ý mu ốn, vì
để mở cần có đồng thời hai điều kiện: Thứ nhất, điện áp trên van ph ải d ương, UAK
7


> 0; thứ hai, có dòng điều khiển đủ mạnh tác động vào cực đi ều khi ển c ủa nó. Nh ư
vậy sử dụng điều kiện thứ hai ta khống chế được điểm mở thyristorr theo ý mu ốn.
Để thực hiện trong mạch điều kiện này người ta sử dụng khái ni ệm góc đi ều khi ển

(còn gọi là góc mở) được ký hiệu bằng α.
Quy ước về góc này như sau:
Góc điều khiển là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến th ời đi ểm thyristor
được phát xung vào cực điều khiển để mở van. Thời điểm mở tự nhiên là thời đi ểm
mà ở đó nếu van là điôt thì nó bắt đầu dẫn.
Việc tính toán góc để mở van trong mạch chỉnh l ưu thyristor theo yêu c ầu công
nghệ do khối điều khiển đảm nhiệm và được đề cập chi tiết ở chương 5. Tại
chương này chỉ xem xét ảnh hưởng của góc điều khiển đến tham s ố Ud của ch ỉnh
lưu.
1.3.1.2 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển – Động cơ 1 chiều ( T – Đ)
Hệ chỉnh lưu điều khiển Thysitor – động cơ 1 chi ều thực hi ện đi ều khi ển đ ộng
cơ theo nguyên lý thay đổi điện áp phần ứng động cơ. Ở đây ,bộ bi ến đổi là ch ỉnh
lưu bán dẫn Thysitor , biến đổi trực tiếp điện năng xoay chi ều thành m ột chi ều
không qua khâu trung gian nào, do đó có nhiều ưu đi ểm như kết c ấu nh ẹ , không
đòi hỏi nền móng, không gây tiếng ồn, hiệu suất cao, hệ số khu ếch đ ại công su ất
lớn, thận tiện cho việc tự động hóa , độ tác động nhanh cao.
1.3.2.Hệ thống truyền động Tiristo – Động cơ 1 chiều

-Hệ T-Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn đi ện một chi ều khi
nối nó vào mạch phần ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ
được hệ TĐ .
8


-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực ti ếp nối bi ến dòng
xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian c ơ h ọc nào .
-Hiện nay Tirstor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có di ều
khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : G ọn nhẹ , tổn hao ít tác đ ộng
nhanh .
-Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều: nhận năng lượng từ lưới

xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng một
chiều .Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều.
-Các chế độ làm việc .
Chế độ dòng liên tục
-Khi mô men tải Mt tăng thì dòng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượng điện từ
tăng .Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn
làm cho năng lượng xẳ ra đủ sức để duy trì dòng đi ện đến thừi đi ểm m ở van k ế
tiếp
-Khi ở chế độ dòng liên tục
Ucl=Udo.cos
Chế độ dòng gián đoạn
-Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy năng l ượng .N ếu
dòng điện nhỏ , lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng l ượng
nhỏ , vì vậy điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động cảu động cơ năng l ượng c ủa
cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trì tính ch ất liên
tục của dòng điện .Lúc này dòng điện qua van tr ở về 0 trước khi van k ế ti ếp b ắt
đầu dẫn .
Chế độ biên liên tục
-Khi chuyển từ trạng thái kliên tục sang trạng thái gián đoạn h ệ sẽ ph ải tr ải qua
một trạng thái giới hạn , đó là trạng thái biên liên tục
*Đặc điệm của hệ T - Đ
+Ưu điểm
9


-Độ tác động nhanh , cao tổn thất ít giảm tiếng ồn hi ệu su ất l ớn có kh ả năng
điều chỉnh trơn (8-1)với phạm vi điều chỉnh rộng (D-102-103)
-Có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thi ện
điều kiện làm việc của hệ.
+Nhược điểm :

-Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc không cao , khả năng quá tải về
dòng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch
lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều ki ện chuy ển mạch trên c ổ
góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn .
- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos thấp nhất.
1.4. Bộ biến đổi một chiều – một chiều (xung điện áp ) và h ệ thống truyền
động xung áp – động cơ điện một chiều (Hệ XA – D)
1.4.1. Hệ thống truyên dộng điều khiển động cơ bằng bộ băm xung áp
Đối với các động cơ một chiều kích từ độc lập công suất nh ỏ người ta s ử d ụng
bộ băm xung áp để tạo ra dãy xung điện áp 1 chiều cung cấp cho ph ần ứng đ ọng
cơ. Khi thay đổi độ rộng các xung đó, giá trị trung bình c ủa đi ện áp thay đ ổi, nh ờ đó
điều chỉnh được dòng điện,momen và tốc độ động cơ.
1.4.2.Hệ thống truyền động xung áp – động cơ 1 chiều
Điện áp ra UAB sẽ đạt giá trị cực đại khi van T d ẫn đi ện (UAB = E) và đ ạt giá tr ị
cực tiểu (UAB = 0). Khi van T bị khóa, giá trị dòng điện trên tải sẽ tăng t ới giá tr ị
itmax ở thời điểm t1 và giảm về gái trị cực tiểu itmin ở thời điểm T.

10


*Đặc điểm của hệ XA -Đ:
* Ưu điểm
+Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắc chắn.
+Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên.
*Nhược điểm
+Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ
+Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tính
kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều.
+Sử dụng cho động cơ có công suất bé
Kết luận: Từ các phân tích nguyên lý ưu nhược điểm của 3 h ệ trên nên đ ề

tài sẽ sử dụng hệ truyền động T – Đ.
1.5. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc đ ộ và dòng
điện
* Đặt vấn đề
Đối với hệ thống T –Đ, nếu ta điều chỉnh trực tiếp điện áp đi ều khi ển của b ộ
11


phát xung FX bằng việc dịch con trượt trên chi ết áp đ ể đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ quay
động cơ thì hệ thống là hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở. Nếu không có yêu
cầu cao đối với sai lệch tĩnh, thì hệ hở cũng có th ể thực hi ện đi ều t ốc vô c ấp trong
1 phạm vi nhất định. Nhưng vì trong thực tế nhi ều máy sản xuất ngoài yêu c ầu
điều chỉnh tốc độ vô cấp, còn có yêu cầu nhất định đói với sai lệch tĩnh. Đ ể gi ải
quyết vất đề này ta cần hệ thống phản hồi điều khiển vòng kín có phản hồi.
*Một số hệ thống T – Đ sử dụng điều khiển vòng kín như:
1.Hệ điều tốc có phản hồi âm tốc độ

2.Hệ điều tốc có phản hồi âm điện áp

3.Hệ điều tốc có phản hồi dòng điện

4.Hệ điều tốc có phản hồi âm điện áp , dòng điện

12


5.Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt

6.Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng

Kết luận:Với hệ thống cần độ chính xác, chất lượng ngày nay với các ch ỉ tiêu
tĩnh và động của hệ thống và đặc biệt với hệ điều khi ển công su ất l ớn. H ệ truy ền
động 1 chiều T –Đ sử dụng 2 vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng đi ện đáp ứng
được mọi yêu cầu đó. Nên trong đề tài này chúng em sử dụng hệ điều tốc phản
hôi âm tốc độ và âm dòng điện.
1.5.1 .Cấu trúc hệ thống điều chỉnh hai mạch vòng tốc độ và dòng điện.
1.5.1.1 Cấu trúc hệ điều tốc phản hồi âm dòng điện

Hình 5.1: Cấu trúc hệ điều tốc phản hồi âm dòng điện

13


1.5.1.2 Cấu trúc hệ điều tốc phần hồi âm tốc độ.

Hình 5.2: Cấu trúc h ệ đi ều t ốc ph ản h ồi âm t ốc đ ộ
Trong đó: Đ là động cơ 1 chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ là CKĐ
BĐ là bộ biến đổi
BĐK: Bộ điều khiển
FT: máy phát tốc dùng để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ
Ucđ: tín hiệu đặt
1.5.1.3 Cấu trúc hệ điều tốc phản hồi âm dòng điện và tốc độ

Hình 5.3: Cấu trúc hệ điều tốc phản hồi âm dòng đi ện và tốc đ ộ
Trong đó: +Rw: Bộ điều chỉnh tốc độ quay; Ri Bộ điều chỉnh dòng đi ện; FT – Máy
phát tốc
+FX – Mạch phat xung điều khiển các tirsistor của BĐ; CBD – C ảm bi ến
dòng điện,
+Ucd – Điện áp đặt tốc độ
14

+Un: điện áp phản hồi tốc độ
+ U*i điện áp đặt dòng điện
+Ui điện áp phản hồi âm dòng điện

15


CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
2.1.Mở đầu
Dựa trên các phân tích đánh giá v ề ch ất l ượng ưu nh ược đi ểm các các h ệ
truyền động điện. Với tải là động cơ 1 chiều kích từ độc l ập thì nhóm chúng em
sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha để điều khiển. Vì hệ có độ tác động nhanh, tổn
thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn, có khả năng đi ều chỉnh tr ơn v ới phạm vi
điều chỉnh rộng, có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải đi ều
chỉnh và cải thiện điều kiện làm việc của hệ.
2.2.Thiết kế từng khối của sơ đồ khối.

Sơ đồ khối điều khiển động cơ một chiều
Trong đó: -BBĐ là bộ biến đồi xoay chiều sang 1 chiều sử dụng hệ T-Đ.
-Mạch điều khiển.
-ĐC: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
2.2.1.Thiết kế mạch động lực

16


Sơ đồ mạch động lực sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha

Đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu 3 pha
17


2.2.1.1.Giới thiệu mạch lực
Mạch lực gồm :
+6 Triristor T1-T6 mắc với nhau thành một sơ đồ cầu đối xứng;
+6 mạch R-C mắc song song với van Triristor để bảo vệ quá áp cho van.
+1 mạch R-C bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do xung điện áp từ lưới.
+1 Ap tô mát .AT dùng để đóng cắt có tải và bảo vệ quá dòng cho hệ th ống
+1 cầu dao để đóng cắt không tải.
+11 cầu chì để bảo vệ quá tải.
+1 cuộn kháng giúp san phẳng dòng điện.
2.2.1.2. Nguyên lý làm việc:
Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số l e đ ấu chung katot, nhóm
đánh số ch ăn đấu chung anot. Để đi ều khi ển van, cần tuân theo m ột s ố quy lu ật
sau:
- Với thyristo của nhóm đấu katot chung, đi ểm mốc đ ể tính góc đi ều khi ển là đi ểm
giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở n ửa chu kỳ đi ện áp dương.
- Với thyristo của nhóm đấu anot chung, điểm m ốc đ ể tính góc đi ều khi ển là đi ểm
giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở n ửa chu kỳ đi ện áp âm.
- Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng th ứ t ự t ừ T1->T6 cách nhau 60 đ ộ
điện, còn trong mỗi nhóm xung phát cách nhau 120 độ.
- Để thông mạch điện tài cần hai van cùng dẫn, trong đó m ỗi nhóm ph ải có m ột van
tham gia, do dó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì v ậy
dạng xung là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc đi ều khi ển c ần có,
xung thứ hai là đảm điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác g ửi đ ến:
thí dụ xung Ig của van T1 đồng thời gửi đến van T6.

18

2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển
2.2.2.1.Giới thiệu chung
Điều khiển tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là đi ều khi ển
theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính . nội dung của nguyên tắc này như sau :
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristor, đ ể có th ể đi ều
khiển được góc mở a của Tiristor trong vùng đi ện áp d ương anod ta c ần
tạo một điện áp tựa dạng tam giác ,ta thường g ọi đi ện áp t ựa là đi ện áp
răng cưa Urc như vậy điện áp tựa cần có trong vùng đi ện áp d ương anod dùng
một điện áp một chiều U đk so sánh với điện áp tựa .Tại th ời điểm đi ện áp tựa
bằng điện áp điều khiển ( Urc = Uđk) trong vùng đi ện áp dương anod thì
phát xung điều khiển để mở van.
2.2.2.2Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

-ĐB: khâu đồng bộ là kh ối tạo điện áp đồng bộ với đi ện áp trên anot – knot c ủa
thyristor.
-Utựa: tạo điện áp răng cưa Urc
-SS: xác định điểm cân bằng của Utựa và Uđk để phát động khâu tạo xung TX
-TX: khâu tạo xung điều khiển
-KĐX:tang đủ công suất của xung điều khiển được gửi tới cực điều khi ển của van

2.2.3.Thiết kế tổng hợp và khuếch đại tín hiệu
2.2.3.1 Khâu tạo điện áp đồng bộ và điện áp tựa

19


Tạo răng cưa tuyến tính đi xuống
Trong các mạch điều khiển chinh lưu dùng dạng răng cưa đi lên sẽ cho quan hệ giữa điện

áp răng cưa và góc điểu khiển a ti lệ thuận: điện áp này lớn thì góc a cũng lớn. Mặt khác
ta biết rằng quan hệ giữa góc điều khiển a và điện áp chinh lưu nhận được trên tải lại tuân
theo qui luật ti lệ nghịch dẫn đến a tăng thi Ud lại giảm. Như vậy tương ứng việc tăng
điện áp điều khiển sỗ dẫn đến giảm điện áp chinh lưu, điều này nhiều khi không thuận lợi
cho mạch điều chinh tự động. Để cho quan hệ này là thuận, nghĩa là tương ứng giá trị
điện áp điều khiển lớn thì điện áp chinh lưu cùng lớn, cần phài tạo ra răng cưa có dạng đi
xuống.
Nguyên ly lam viêc:
Khi điện áp đồng bộ ở n ửa chu kỳ dương sẽ làm T1 mở, dòng qua T1 ph ải ch ảy t ừ
nguồn E đi qua R2 và R3, gây sụt áp trên R2 tạo điện áp thu ận m ở T2 cho nên T2
cũng dẫn theo. Dòng qua T2 sẽ nạp cho tụ C v ới hảng s ố th ời gian n ạp là R2C (n ạp
phi tuyến), tụ C được nạp cho đến trị sổ của ổn áp Đoa thì dừng l ại, đến đây hết
giai đoạn chuần bị cho vi ệc tạo răng cưa. Nửa chu kỳ sau, khi đi ện áp đ ồng b ộ
chuyển sang âm sẽ làm cho transistor T1 khoá nên dòng qua T1 (cũng chính là dòng
qua các điện trở R2, R3) bằng không, do đó sụt áp trên R 2 bằng không dẫn đến T2
cùng khoá theo. Như vậy trạng thái của các tranzito T1 và T2 luôn giống nhau. Từ
lúc này tụ C bắt dầu phóng điện qua bóng T3. Bóng T3 đấu theo ki ểu m ạch emite
lặp: điện thế trên emite sẽ lặp lại điện thế bazơ nhưng thấp hơn 0,7 V do có sụt áp
trên quá độ bazơ - emite; vì bazơ T3 nối với điểm 0v của mạch điểu khiển nên điện

20


thế emite sẽ cố định và bằng - 0,7 V. Từ đây ta th ấy r ằng đi ện áp trên đi ện tr ở R5 là
(E - 0,7) V.
,
2.2.3.3 Khâu so sánh

Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khi ển v ới đi ện áp t ựa đ ể đ ịnh th ời
điểm phát xung điều khiển, thông thường nó là thời điểm 2 điện áp này bằng nhau.

Trong đồ án này chúng ta sử dụng khâu so sánh bằng khuếch đại thuật toán OA.
Nguyên ly lam viêc:
Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật
với là hệ số khuếch đại của OA
Do đó khi Utua>Udk thì Ura=-Ubh, khi Utua2.2.3.4 Khâu tạo xung kep và sửa xung

21


Tạo xung kép từ hai xung đơn
Dạng xung kép là hai xung đơn cách nhau 60° đi ện. Loại xung này chuyên dùng cho
mạch chỉnh lưu thông dụng nhất hiện nay là s ơ đồ cầu ba pha. Do đ ặc đi ểm: dòng
điện cấp từ nguồn xoay chiều buộc phải đi qua hai van lực (một cùa nhóm đấu
katôt chung, một cùa nhóm đấu anôt chung) nên mạch đi ều khi ển ph ải phát đ ồng
thời vào hai van cần dẫn. Vì vậy để điều khi ển mở cho van l ực c ần hai xung, xung
thứ nhất là xung chính được phát động theo góc điều khi ển a, xung th ứ hai là xung
phụ nhằm đảm bảo có hai van cùng dẫn.
Nguyên ly hoạt động:
Vì các van dẫn lần lượt cách nhau đủng 60° điện nên xung th ứ hai ph ải cách xung
thứ nhất cũng đúng 60° điện.
Để tạo dạng xung này trước tiên phải tạo được các xung chính (xung th ứ nh ất) mà
thực chất đấy là dạng xung đơn. Sau khi đã có các xung chính m ới ti ến hành ghép
các xung đơn thành xung kép bằng cách tín hiệu sau khâu tạo xung đ ơn c ủa 1 van sẽ
được phát đồng thời cho hai khâu khuếch đại xung, m ột của chính van đó, m ột c ủa
van trước đó. Kết quả là 1 van sẽ nhận được hai xung theo yêu cầu trên.

22

2.2.3.5 Khuếch đại xung

Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng đ ủ công su ất xung do khâu t ạo d ạng xung
hình thành đến mức đủ mạnh để mở van lực. Trên đây là cách ghép n ối thông d ụng
nhất hiện nay khuếch đại xung bằng biến áp xung vì dê dàng cách ly m ạch đi ều
khiển và mạch lực.
Nguyên ly lam viêc:
Khi đầu ra của khâu tạo dạng xung là một xung đi ện áp d ương d ẫn t ới T2 m ở t ạo
điện áp cho T1 mở. Khi T1 mở sẽ có dòng chảy qua cuộn s ơ cấp biến áp xung và k ết
quả là thứ cấp biến áp xung có được chuỗi có tần số bằng mạch của máy phát xung
,và có độ dài xung phụ thuộc vào xung dương khâu TDX.
Ta có sơ đồ tổng quát phát xung mở cho 1 van:

Bộ phát xung cho 6 van:

23


Biểu đồ xung điều khiển cho 6 van:

24


CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN
3.1. Hệ điều khiển tốc độ
Ngày nay các hệ điều khiển vị trí , đặc biệt là các hệ điều khiển công suất lớn, hệ truyền
động 1 chiều kiểu T – Đ đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi vì nó đảm bảo các chi
tiêu tĩnh và động của hệ thống, dễ dàng thực hiện các truyền động có công suất lớn và
tĩnh bền vững cao. Cấu trúc chung của hệ điều khiển tốc độ gồm 2 mạch vòng từ trong ra
ngoài là : mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ.

3.1.1. Hệ chấp hành T – Đ.
- Vai trò và ưu khuyết điểm của hệ chấp hành T –Đ
So với hệ truyền động máy phát – đông cơ thì hệ truyền động T –Đ đảo chiều khó khăn
hơn do các chinh lưu dẫn dòng theo một chiều và ta chi điều khiển được thời điểm mở
van còn thời điểm đóng van phụ thuộc vào điện áp nguồn. Vì vậy yêu cầu đối với hệ T –
Đ đảo chiều là độ an toàn cao và logic điều khiển phải chặt chẽ. Tuy nhiên do lợi thế của
hệ T - Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn ào và do các van bán dẫn có hệ số
khuếch đại công suất lớn nên các hệ điều khiển có cấu trúc nhiều vòng , mức độ từ động
háo cao thường sử dụng hệ T –Đ . Đối với từng dải công suất của động cơ và yêu cầu về
tẩn số khởi động lướn hay nhỏ mà ta sử dụng các nguyên tắc điều khiển khác nhau , trong
25