Thiết kế bộ điều khiển AC DC điều chỉnh tốc độ động cơ DC

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngày ... Tháng... Năm 2014
Giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngày ... Tháng... Năm 2014
Giáo viên phản biện

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

Lời nói đầu

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá
trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công 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 hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử
công 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 môn học Điện tử công suất và
truyền động điện chúng em đã được giao thực hiện đề tài:
“Thiết kế, chế tạo mạch điều chỉnh tốc độ động cơ DC dùng chỉnh lưu một pha”
Với sự hướng dẫn của Thầy: Đỗ Công Thắng, 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
không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Thị Mỹ Linh

2. Lê Văn Lâm

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.....7
1.1Thông số của động cơ điện một chiều...........................................................7
1.2Cấu tạo động cơ điện một chiều....................................................................7
1.3Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:.......................................10
1.4Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập.....................11
1.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập............14
1.6Nghiên cứu các mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển............................23
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

2)Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển........................................25
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH LỰC..........................32
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN................40
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ , THIẾT KẾ MẠCH...........49
4.1Mục đích và ý nghĩa.....................................................................................50
4.2Tính chọn mạch động lực:...........................................................................50
4.3Tính toán mạch điều khiển:.........................................................................55
4.4Chọn và tính toán mạch nguồn...................................................................59
4.5Thiết kế mạch................................................................................................61

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 Thông số của động cơ điện một chiều
Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau:
Uđm = 220 (V); Pđm = 0,27 (kW); I=1,2(A)
f= 50 (Hz); 2p= 4; n1 = 2000(v/p)
 Các thông số còn lại của động cơ:
- Dòng điện phần ứng định mức động cơ: Iưđm = 1,2(A)
- Hiệu suất :η đm = 0,76
Điện trở mạch phần ứng động cơ:
U đm

Rư = 0,5.(1- η đm ). I = 0,5.(1- 0,75).220÷1,2=22(Ω).
đm
- Điện cảm mạch phần ứng động cơ:
Lư=

γ.

60.U đm
= 0,1(H)
2π . p.nđm .I đm

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động
(rôtor)

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Hình 1.2.1: Động cơ điện một chiều
Gồm các phần chính sau:
- 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 ngoài 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.
- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi



chiều
Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
Các bộ phận khác:
Nắp máy.
Cơ cấu chổi than.

1.2.1 Phần quay (rotor):
Gồm các bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

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 dòng 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 còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách
điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi
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.
1.2.2 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:
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng 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 còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách
điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi
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

A

F®
t

+

n

I

a
I
c
F

®
t

d

B

-

Hình 1.3.1: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 dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng 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.
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến
góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có
chiều quay không 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 E ư ngược chiều với dòng điện I ư 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
I ư: dòng điện phần ứng
E ư: sức điện động

Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích
rừ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ
thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông 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

-

Hình 1.3.2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc l
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).
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

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 β được tính như sau ∆β =

∆M
∆ω

β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng, đặc tính cơ tuyệt đối

cứng.
1.4.1 Phương trình đặc tính cơ.
Trường hợp Rf= 0:

Trong đó:
Ke =

p.n
60a

U= E + Iư.Rư

(1)

E= Ke. Φ .n

(2)

: 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
2 aπ

ω : tốc độ góc tính bằng rad/s
p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

ω=

Thế (2) vào (1) ta có:

Hoặc:

n=

Uu
R
− u Iu
K .φ K .φ

(3)

Uu
R
− u Iu
K e .φ K e .φ

(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 :là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1
K e .φ K e .φ .K Φ

chiều kích từ độc lập.
Hoặc:

ω=

Uu
Ru
−
M = ω 0 − ∆ω
K .φ ( K .φ ) 2

trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng

∆ω : độ sụt tốc độ

1.4.2 Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ
U u Ru + R f
−
M ta nhận thấy muốn thay đổi
Từ phương trình đặc tính cơ: ω =
K .φ ( K .φ ) 2
tốc độ ω ta có thể thay đổi φ , Rf , U.
a. Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):

( Kφdm ) 2
∆M
Độ cứng đặc tính cơ: β =
= −
giảm. Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động
Ru + R f
∆ω

cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động
cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.

b. Trường hợp thay đổi U< Uđm

Tốc độ không tải ω 0 =

U
giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ
Kφ

β=

( Kφ )
∆M
= const
=−
Ru
∆ω
2

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.
c. Ảnh hưởng của từ thông:
d. Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ I kt khi đó tốc độ không tải ω =

tăng. Độ cứng đặc tính cơ: β =
1.5

( Kφ )
∆M
=−
Ru

∆ω

U dm
Kφ

2

giảm.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập

1.5.1 Khái niệm chung
a. 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 thông… 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 thông 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.
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

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.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn
so với các loại động cơ khác. Không 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.
b. 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:
- 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.
- 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 = n max/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.
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

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.

- Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng: β = ∆M/∆n. Khi β 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 β càng lớn thì càng tốt.
- 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 γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
γ =

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.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này
hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
- 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 η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất.

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

- 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 thông 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 dòng điện, moment sẽ không 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 yêu cầu.
n=

R +Rf
U
− u
M
K E Φ K E K M Φ2

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Ta có tốc độ không tải lý tưởng:
n0 =

U đm
K E .Φ đm

Độ cứng của đường đặc tính cơ:
β=

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

dM
K K Φ2
=− E M
dn
Ru + R f

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không 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 không thay
đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:
n
n0
TN ( Uđm )

ncb

Uđm > U1 > U2 > U3

U1

n1
n2

ncb > n1 > n2 > n3

U2

n3

M

U3

MC

Hình 1.5.2.1: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ
1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:
+

Iư

Eư
Ckt
+

-

U

Rkt

Ukt

-

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Hình 1.5.3.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment
điện từ của động cơ M = KM Φ Iư và sức điện động quay của động cơ
Eư = KE Φ 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 công 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 công 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 thông thì dòng
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 dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này
tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n =

U

K E .Φ

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KM Φ In nên khi Φ giảm sẽ làm cho Mn

β =−

K E K M Φ2
R

giảm theo.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
Khi Φ giảm thì độn cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ
đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

n1

Φ2

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

ncb
0

φ ñm > φ 1 > φ 2

Φ1

MC M2

ncb < n1 < n2

Φ đm

M

M1 Mn

Hình 1.5.3.2: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh
được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thông 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 =

nmax
3
=
ncb
1

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 không thể đổi chiều
dòng 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 thông có thể
điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn n cb. 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.
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

1.5.4 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:

Hình 1.5.4.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở
phụ trên mạch phần ứng.
U

R +R

u
f
M + n = K Φ−
UK E K M Φ2
E
Ta có phươngIưtrình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Rf

Eư

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang

Ckt Rkt
+

UKT

-


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R f ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ
cứng của đường đặc tính cơ:
U dm
K E K M Φ 2 dm
;
n =
= const
β =−
0

Ru + R f

K E Φ dm

Sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đường
đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị R f = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự
βTN = −

K E K M Φ2 dm
Ru

nhiên được tính theo công thức sau:
Ta nhận thấy βTN 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.
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 dòng điện phần ứng I ư 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 γ 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=

ncb
≈∞
nmin

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

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 Nghiên cứu các mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển
1) Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

b. Nguyên lý làm việc
-

Giả sử L =vô cùng , điện áp phía sau thứ cấp u21= - u22=√2*U2 đang
làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng.

-

U2 sinω t, xét mạchTrong khoảng0<θ<α khi đó không van nào dẫn nên:
id = iT1 = iT2 = 0;ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22.

-

Trongkhoảng ,Khi đó van T1 dẫn còn T2 khóa nên: id  iT 1  R;
iT2 = 0; ud = u21; uT1 = 0; uT2 = u22 – u21.

GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện tử

-

Trong khoảng        khi đó không van nào dẫn nên:

id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; iT1 = 0; ud = u22; uT2 = 0; uT1 =
u21 – u22.
-

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.

c. Các công thức tính toán

2) Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển

• Sơ đồ nguyên lý
GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG

Trang