điều ap xoay chiều ba pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NỘI
***********

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
**********

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ MÔN HỌC
I- Các số liệu ban đầu:
- Công suất động cơ (Pđc)

: 80 KW.

- Điện áp định mức (Uđm)

: 380/220 V.

- Hệ số cosφ

=>

: 0,68

θ = 470.

- Tốc độ định mức (n) : 580 v/p.
- Hiệu suất (η))

: 0,79

II- Giới thiệu chung:
1- Giới thiệu chung về công nghệ của động cơ không đồng bộ ba pha.
2- Giới thiệu về các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ.
III- Nội dung thiết kế:
1- Giới thiệu và thiết kế mạch lực.
2- Giới thiệu và tính tốn mạch điều khiển.
- Ngun tắc điều khiển.
- Khối đồng pha, dồng bộ.
- Khối tạo luật điều khiển.
- Khối so sánh.
- Khối tạo xung điều khiển và tách xung.
- Khối khuếch đại xung.
- Khối nguồn.
3- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý tổng thể.
4- Kết luận.


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................................................... 4
CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA......................................5
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MÁY...................................................................5

I- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:..................................................................5

II- CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:...............................................5
1- Các yêu cầu khởi động động cơ:.................................................................................................... 5
2- Các phương pháp mở máy:............................................................................................................ 6
a/ Phương pháp “Khởi động cứng”:................................................................................................ 6
b/ Phương pháp “Khởi động mềm”:................................................................................................ 6
3- Lựa chọn phương án:..................................................................................................................... 6
CHƯƠNG II:

NỘI DUNG THIẾT KẾ........................................................................................................ 7

I- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC:.............................................................................................. 7
1- Giới thiệu mạch lực:........................................................................................................................ 7
2- Hoạt động của mạch:...................................................................................................................... 7
3- Tính tốn mạch lực:........................................................................................................................ 8
a/ Tính thơng số valve:................................................................................................................... 8
b/ Điều kiện làm mát cho valve:...................................................................................................... 9
c/ Mạch bảo vệ valve:..................................................................................................................... 9
II- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:..............................................................................10
1- Khâu đồng bộ:.............................................................................................................................. 11
a/ Đồng pha:................................................................................................................................. 11
b/ Đồng bộ:................................................................................................................................... 11
2- Khâu tạo điện áp răng cưa:.......................................................................................................... 12
3- Khâu tạo luật điều khiển:.............................................................................................................. 13
a/ Chức năng:............................................................................................................................... 13
b/ Tính tốn linh kiện:................................................................................................................... 13
4- Khâu so sánh:............................................................................................................................... 14
5- Khâu tạo xung kép:....................................................................................................................... 14
a/ Tạo xung đơn:.......................................................................................................................... 15
b/ Tách xung:................................................................................................................................ 16
6- Khâu khuếch đại xung:................................................................................................................. 17

a/ Phần khuếch đại xung:............................................................................................................. 17
b/ Biến áp xung:............................................................................................................................ 17
7- Khối nguồn:................................................................................................................................... 18
a/ Mạch cấp nguồn DC (W2):....................................................................................................... 19
b/ Biến thế nguồn:......................................................................................................................... 19
8- Tổng hợp linh kiện và sơ đồ chi tiết mạch điều khiển:..................................................................22
a/ Bảng tổng hợp linh kiện:........................................................................................................... 22
b/ Sơ đồ chi tiết mạch điều khiển:................................................................................................. 23
III- MÔ PHỎNG MẠCH LỰC:................................................................................................................ 24
1- Dòng điện tải:................................................................................................................................ 24
2- Điện áp ra tải:............................................................................................................................... 24
3- Xung phát mở valve của các pha:................................................................................................. 24
KẾT LUẬN................................................................................................................................................. 25
ĐỀ XUẤT................................................................................................................................................... 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................................. 25
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG.......................................................................................................................... 25

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 2 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

LỜI MỞ ĐẦU
-

Ngày nay, cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong

công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có cơng suất
lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Đặc biệt là các ứng dụng của nó vào các
ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức
mạnh mẽ.

-

Tuy nhiên, để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của cơng nghiệp thì
ngành điện tử cơng suất phải ln nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt
với chủ trương cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, các nhà máy, xí nghiệp cần
phải thay đổi, nâng cao công nghệ bằng cách đưa công nghệ điều khiển tự động vào
trong sản xuất. Do đó địi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an tồn, chính
xác. Đó là nhiệm vụ mà nghành điện tử công suất cần phải giải quyết.

-

Để giải quyết được vấn đề này, nhà nước ta cần có đội ngũ thiết kế đông đảo và đủ
năng lực. Sinh viên ngành Tự động hóa tương lai khơng xa sẽ đứng trong đội ngũ này,
do đó cần phải tự trang bị cho mình một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng. Chính vì
vậy, đồ án mơn học Điện tử cơng suất là yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên tự động
hóa. Đó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên và cũng là điều
kiện cho sinh viên tự tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất.

-

Mặc dù vậy, do kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên vẫn cần đến sự giúp đỡ và hướng
dẫn của thầy giáo. Qua đây, em xin được gởi lời cám ơn đến thầy Phạm Quốc Hải đã
tận tình chỉ dẫn để em có thể hồn thành đề án này.

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 3 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

CHƯƠNG I:

Môn: Điện tử công suất

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MÁY

I- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
- Trong lịch sử máy điện, máy điện không đồng bộ (KĐB) ra đời muộn hơn so với các loại
máy điện khác, nhưng đến hiện nay, nó là loại máy điện được sử dụng rộng rãi nhất trong các
ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng trăm kW.
- Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguuồn động lực cho các
máy gia công chế tạo sản phẩm.
- Trong đời sống hàng ngày, máy điện khơng đồng bộ cũng dần dần chím một vị trí quan
trọng như: quạt gió, động cơ bơm gia dụng …..
- Sở dĩ máy điện không đồng bộ được sử dụng và phát triển nhanh chóng như vậy bởi
những tính năng nổi bật và vượt trội so với máy điện một chiều và máy điện đồng bộ như:
• Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
• Làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy, hiệu suất tương đối cao. Chi phí vận hành và bảo trì
sửa chữa thấp.
• Sử dụng trực tiếp với lưới điện xoay chiều do đó khơng tốn chi phí cho các bộ biến đổi.
• Giá thành thấp, dễ chấp nhận.
- Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động cơ nên một
trong những nhược điểm của nó là dịng khởi động thường cao (thường từ khoảng 4 ÷ 7 lần

dịng định mức). Điều này khơng những làm cho thân máy bị nóng mau giảm tuổi thọ động cơ
mà cịn làm cho điện áp lưới điện giảm sút nhiều, nhất là với những lưới điện cơng suất nhỏ.
- Do đó vấn đề đặt ra là ta phải giảm được dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ
và đặc biệt là động cơ không đồng bộ roto ngắn mạch. Việc tác động vào động cơ roto ngắn
mạch thường khó khăn hơn so với động cơ roto dây quấn, tuy nhiên, hiện nay với việc áp dụng
những ứng dụng của điện tử cơng suất thì cơng việc đó đã trở nên dễ dàng hơn.
II- CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
- Khi bắt đầu mở máy, roto đang đứng yên, hệ số trượt = 1 nên dòng điện mở máy được tính
theo mạch điện tương đương với công thức như sau:

Ik 

U1
' 2
1 2

(r1  C r )  ( x1  C1 x2' ) 2

- Từ cơng thức trên, ta thấy dịng điện khởi động phụ thuộc vào cấu tạo của động cơ và phụ
thuộc nhiều vào điện áp lưới.
1- Các yêu cầu khởi động động cơ:
Đối với một động cơ, công việc mở máy cần đạt được các yêu cầu sau:
- Momentt mở máy càng lớn càng tốt hoặc đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
- Dịng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Tổn hao cơng suất trong q trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng nên đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 4 / 25

ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

2- Các phương pháp mở máy:
- Hiện nay có khá nhiều phướng pháp khởi động máy, nhưng có thể phân chia thành hai
phương pháp chính, đó là phương pháp khởi động cứng và phương pháp khởi động mềm.
a/ Phương pháp “Khởi động cứng”:
- Mở máy trực tiếp thơng qua các thiết bị đóng cắt như: cầu dao, khởi động từ ….
- Hạ điện áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu, phương pháp này giảm được dòng mở máy
nhưng đồng thời cũng làm giảm momentt mở máy. Với cách này, bên cao áp được nối với lưới
điện, bên hạ áp nối với động cơ, sau thời gian mở máy, biến áp được loại ra khỏi mạch điện.
- Nối điện kháng trực tiếp vào mạch điện stator. Khi mở máy, một điện kháng được đặt nối
tiếp vào trong mạch điện stator, sau thời gian mở máy thì điện kháng này sẽ bị nối ngắn mạch.
- Đổi nối Y-∆.
+ Ưu điểm: Thiết bị khởi động đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành thấp, dễ bảo trì sửa chữa.
+ Nhược điểm: Chỉ sử dụng cho những động cơ có cơng suất nhỏ, khó đồng bộ hóa với
việc điều khiển cho tồn hệ thống. Khả năng đáp ứng chậm, khơng thực
hiện được việc dừng mềm khi có yêu cầu.
b/ Phương pháp “Khởi động mềm”:
- Sử dụng phương pháp Biến tần.
- Sử dụng phương pháp Điều áp xoay chiều.
+ Ưu điểm: Thiết bị điều khiển nhỏ gọn. Khả năng đáp ứng nhanh. Đặc tính điều chỉnh trơn.
Dễ đồng bộ hóa với việc điều khiển toàn hệ thống. Phù hợp với nhu cầu hiện đại
hóa trong cơng nghiệp. Có thể thực hiện việc dừng mềm khi có nhu cầu. Với giá
thành hiện nay, chi phí lắp hệ thống khởi động mềm cũng khơng cao. Sử dụng
được cho những động cơ công suất lớn.
+ Nhược điểm: Dạng điện áp và dòng điện qua điều khiển cấp cho tải sẽ khơng cịn là hình

sin trong dải điều chỉnh. Do mạch điều khiển phức tạp nên người vận hành
cần phải có một trình độ hiểu biết nhất định. Việc kiểm tra bảo trì phức tạp
hơn.
3- Lựa chọn phương án:
- So sánh ưu và nhược điểm của hai phương án khởi động động cơ không đồng bộ trên, kết
hợp với thời kỳ cơng nghiệp hóa hiện nay của nước ta và do số liệu của động cơ, đề án này xin
chọn phương án khởi động mềm để khởi động cho động cơ mà cụ thể là phương pháp “Điều
áp xoay chiều ba pha” dùng 6 thyristor đấu theo kiểu song song ngược vì đây là phương pháp
thơng dụng nhất hiện nay và có giá thành thấp trong khi yêu cầu chì cần khởi động mềm cho
động cơ.

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 5 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

CHƯƠNG II:

Môn: Điện tử công suất

NỘI DUNG THIẾT KẾ

I- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC:
1- Giới thiệu mạch lực:
- Các bộ điều áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hay thay đổi điện áp xoay chiều ra
tải từ một nguồn xoay chiều cố định, trong đó tần số điện áp ra bằng tần số điện áp nguồn.
- ĐAXC dùng valve bán dẫn có đầy đủ ưu điểm của những mạch công suất sử dụng kỹ thuật
bán dẫn như: dễ điều chỉnh và tự động hóa, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột biến

điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn và dễ thay thế, thích hợp vớ q trình
hiện đại hóa, tập trung hóa các q trình cơng nghệ….
- Nhược điểm chung và cơ bản nhất của ĐAXC là điện áp ra tải khơng sin trong tồn dải
điều chỉnh, điều chỉnh càng sâu – càng giảm điện áp ra thì độ méo càng lớn, tức là thành phần
sóng hài bậc cao cũng càng lớn. Nhưng vì phạm vi của đề án này là khởi động động cơ, thời
gian khởi động chỉ trong khoảng 3 ÷ 30s và tải là động cơ bơm nên ta có thể chấp nhận được
phương án này.
- Do tải yêu cầu là dòng điện xoay chiều nên valve bán dẫn ở đây có thể dùng là:
• TRIAC, đây là valve bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện chảy theo cả hai chiều. Tuy
nhiên loại valve này thường có cơng suất nhỏ và giá thành tương đối cao.
• Ghép hai valve chỉ cho phép dẫn một chiều bằng cách đấu song song ngược nhau, lúc đó
mỗi valve đảm nhận một chiều của dịng tải. Bằng cách này có thể ghép hai thyristor với
nhau hay một thyristor với một diode. Trong đề án này, ta chọn theo phương pháp là
ghép 6 thyristor theo kiểu song song ngược và đây cũng là phương pháp thông dụng
nhất hiện nay.
- Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của valve bán dẫn. Các valve làm
việc với điện áp xoay chiều nên được khóa tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng chịu ảnh
hưởng của lưới điện đến valve, kiểu điều khiển valve là dịch pha điểm phát xung so với pha
nguồn xoay chiều, tức là sử dụng mạch điều khiển xung - pha.
2- Hoạt động của mạch:
- Mạch hoạt động theo quy luật chung:
• Trường hợp 3 valve dẫn: Mỗi pha có 1 valve dẫn => Utải = Unguồn.
• Trường hợp 2 valve dẫn: Có 2 pha có valve dẫn và 1 pha không valve nào dẫn => điện áp
pha tải = ½ điện áp dây nguồn và có 1 pha khơng có điện áp.
• Trường hợp khơng có valve dẫn: Toàn bộ tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0).
- Các trường hợp dẫn của valve phụ thuộc vào góc điều khiển α. Gồm 3 vùng điều khiển:
• 0o > α > 60o:
- Trong vùng này có hai trạng thái kế tiếp nhau
đó là 3 valve dẫn → 2 valve dẫn. Giai đoạn 3
valve dẫn dài 60o ÷ α, giai đoạn 2 valve dẫn

bằng chính α.
- Góc dẫn của valve λ = (180o – α), valve ngắt khi
điện áp pha nguồn = 0.

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 6 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử cơng suất

• 60o > α > 90o:
- Vùng điều khiển này ln chỉ có 2 valve dẫn và
khơng phụ thuộc vào góc điều khiển α.
- Valve trong cùng nhóm (chẳn hoặc lẽ) thay
nhau dẫn, valve sau mở thì valve trước mới
khóa lại. Lúc đó góc dẫn của valve λ = 120o.
- Điện áp ra tải khơng cịn đoạn bằng điện áp
nguồn mà chỉ có thể = ½ điện áp dây.

• 90o > α > 150o:
- Trong vùng điều khiển này có 2 trạng thái thay
thế nhau là 2 valve dẫn và không valve nào
dẫn.
- Valve không dẫn liên tục mà dẫn thành 2 giai
đoạn xen giữa một khoản nghỉ.
- Valve ngắt dòng mỗi khi điện áp dây nguồn về
0V.

3- Tính tốn mạch lực:

a/ Tính thơng số valve:
-

Ung max =

2 Ud =

2 . 380 = 537,4 (V)

-

Ivalve max khi α = 0 với η) = 0,79

P  80.10 226( A)
3 U cos  0,79 3.380.0,68
3

=>

It 


t

d

- Theo cách đấu của mạch lực này (6 thyristor đấu song song – ngược), tra theo bảng “Các

tham số tính tốn cho ĐAXC ba pha” (Trang 188 – Tài liệu hướng dẫn thiết kế ĐTCS) ta có:
Itb valve = 0,45.It.klv = 0,45 . 226 . 1,6 = 362 (A)
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 7 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

(Chọn thông số klv = 1.6 là hệ số dự trữ dòng)
b/ Điều kiện làm mát cho valve:
Qua thực nghiệm cho ta thấy:
- Ở điều kiện làm mát tự nhiên, valve làm việc tốt với 25% dòng điện định mức.
- Ở điều kiện làm mát cưỡng bức, valve làm việc với 30%-60% dòng điện định mức.
=> Ta chọn điều kiện làm mát cưỡng bức để valve có thể làm việc tốt với 40% dòng điện
định mức.
I
226
I tbvanthuc  tbvan 
565( A)
=>
40% 0,4
- Chọn hệ số dự trữ điện áp cho valve: Chọn kuv = 1.6
Ung valve = kuv . Ung max = 1,6 . 537,4 = 860 (V)
- Theo điều kiện Itb valve thực = 565A và Ung valve = 860V, tra theo bảng 2.2.2 (Trang 437 - Tài liệu
hướng dẫn thiết kế ĐTCS), ta có thể chọn valve T588N là loại của Tây Âu có dãy điện áp trong
khoảng 1200V đến 1800V và các tham số khác là:
di

du
I tb 588 A
200( A / s )
1000(V / s )
dt
dt
c/ Mạch bảo vệ valve:

► Bảo vệ quá dòng:
- Vì valve được mắc trực tiếp vào lưới điện mà khơng qua biến áp do đó cần phải có cuộn
cảm để bảo vệ cho valve trong trường hợp quá dòng. Tốc độ di/dt sẽ lớn nhất khi dòng qua
valve là cao nhất. Giả sử điện áp lưới không ổn định mà dao động trong khoảng ±5%, vậy U v max
lúc này sẽ tương đương:
Uv max = 2 .1,05 . 220 = 326,7 (V)
di
- Xét quá trình quá độ trong mạch: U f iR  L
dt
U
di
- Tốc độ tăng dòng lớn nhất khi
max  f
dt
L
U
di
di
di
=> Chọn cuộn kháng L có trị số sao cho
max  van  f  van
dt

dt
L
dt
=>

L

U van max
326,7

1.6( H )
di
200.10 6
dt

=>

Chọn L = 3µH.

- Các cuộn cảm này thường có lỏi là khơng khí, với giá trị cuộn cảm là 3µH, ta chọn kích
thước cuộn dây là: D = h = 0,15m. Tra theo đồ thị “Hệ số điều chỉnh k” của cuộn cảm là lõi
khơng khí ta có: tương ứng với h/D = 1 thì k = 0,68.

- Vậy ta có số vịng dây là:
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 8 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

1
D

n

hL10 7
1

k
0,15

Mơn: Điện tử cơng suất

0,15.5.10  6.10 7
7(vịng )
0,68

► Bảo vệ quá áp:
- Gồm các phần tử là R và C tạo thành mạch RC mắc song song với valve. Thơng số các
phần tử này được tính như sau:

du

0 

200.106
dt

1140.103 ( Rad )

s
0,564.U f max 0,564. 2 .220

- Do loại valve này có du/dt = 1000 V/µs, nhưng valve làm việc ở điều kiện khơng phải là lý
tưởng, vì vậy ta chỉ chọn thông số du/dt cho valve = 200 v/µs. Ta có:

C

1
1

0,256.10  6 ( F )
2
6
L 0
3.10 .1140 2.10  6

R 1,928

L
3
1,928
11,72()
C
0,256

=> C = 0,25 µF
=> R = 12 Ω

+ Xác định công suất R:

- Tổn thất trên R khi các valve ở trạng thái khóa:
PR khóa = (Ufmax .ω.C)2.R = (311.314.0,25.10-6)2.12 = 0,007 (W).
- Tổn thất trên R khi valve mở:
2
CU C2 max CU f max 0,25.10  6.3112
W1R WC 


0,012(Ws)
2
2
2
- Tổn thất khi valve khóa lại:
CU 2f max
W2 R 
0,012(Ws )
2
- Công suất phát nhiệt với khoảng dẫn các valve là 10ms, do đó cơng suất trên R do các
valve mở - khóa là :

W  W2 R 0,012  0,012
PR  1R

2,4(W )
t
10.10  3
- Do công suất phát nhiệt trên valve lớn nhất không thể vượt q tổng 2 cơng suất vừa tính:
PR < (PR khóa + PR) = 0,007 + 2,4 = 2,407(W)
=>
Chọn điện trở có cơng suất từ 3W đến 5W.

-Vậy giá trị các phần tử mạch bảo vệ valve là:
L = 3µH

C = 0,25µF

R = 12Ω/3W

II- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
► Yêu cầu chung của mạch điều khiển:
- Phát xung điều khiển đến các valve lực theo đúng thứ tự pha và theo đúng góc điều khiển
α cần thiết.
- Đảm bảo phạm vi điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của
mạch lực.
- Cho phép bộ điều áp làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải u cầu.
- Góc điều khiển mọi valve khơng được lệch quá (1 ÷ 3)o điện.
- Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị
điện áp và tần số.
- Có khả năng chống nhiễu cơng nghiệp tốt.
- Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms.
- Đảm bảo xung điều khiển phát tới các valve phù hợp để mở chắc chắn valve.
► Sơ đồ khối mạch điều khiển:
- Nguyên tắc điều khiển dọc:
Ulực

ĐB

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Uđb

Utựa

Urc

Uđk

SS

Uss

DX

Udx

KĐ
X

Ugk

Trang 9 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

- Hoạt động: Khâu ĐB thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp
lực. Utựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đơi khi có dạng hình sin)
theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của U đb. Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân bằng của hai điện
áp Utựa và Uđk để phát động khâu tạo xung DX. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát

xung mở valve hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk.
1- Khâu đồng bộ:
a/ Đồng pha:

- Tại phần đồng pha này, ta có thể sử dụng theo cách đơn giản là sử dụng biến áp đồng
pha. Có thể dùng 3 biến áp 1 pha cho mỗi pha. Tuy nhiên, vì trong mạch điều khiển cịn có
những khâu khác cũng cần dùng đến biến áp nên thường chỉ dùng chung một biến áp có nhiều
cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn thực hiện nột chức năng riêng trong đó có cuộn dành cho việc lấy
tín hiệu đồng pha.
- Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ ĐAXC 3 pha để điều chỉnh 6 thyristor thường cần một hệ
điện áp 6 pha làm điện áp đồng bộ. Góc α được tính từ góc “0”. Hệ điện áp pha này bao gồm 6
điện áp đồng bộ hình sin lệch nhau một góc = π/3. Do đó ta cần phải đấu cuộn sơ cấp của biến
áp đồng pha với điện áp pha của nguồn lực, điểm trung tính được nối với điểm “0” của mạch
điều khiển. Các điện áp lấy ra từ thứ cấp a, a’, b, b’, c, c’ sau khi qua chỉnh lưu được dùng làm
điện áp đồng pha của các pha A, B, C tương ứng.
b/ Đồng bộ:

- Do kiểu sơ đồ đấu của valve, ta có góc điều khiển: 0o ≤ α ≤ 150o.
- Chọn:
• Uđp = 10V
• f = 50Hz
• E = ±15V.
- Nhóm chỉnh lưu D1, D2 có điện áp đặt vào là điện áp đồng pha với Uhd = 10V nên Ungmax đặt
lên diode là:
U ng max 2 2U đp 2 2 .10 28(V )

=> Chọn D1 và D2 kà loại 1N4002 với tham số Itb = 1A và Ungmax = 100V.
- Mạch so sánh tạo xung đồng bộ, chọn OA là loại TL082 là loại chứa hai vỏ trong cùng một
IC do đó 1 vỏ cịn lại sẽ dùng cho mạch tạo xung răng cưa. IC có sơ đồ chân như sau:

SVTH: Nguyễn Phúc Đồn

Trang 10 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử cơng suất

- Chọn R1 = 15K.
- Để có phạm vi điều chỉnh góc điều khiển 150o => góc điều khiển nhỏ nhất là:
Αmin = 0,5(180o – 150o) = 15o
=> Điện áp ngưỡng là:

U ng 2U đp sin  min  2 .10. sin 15o 3,66(V )

Do có sụt áp trên diode chỉnh lưu nên Ung giảm đi khoảng 0,7V.
=>

Ungưỡng = Ung – 0,7 = 3V.

- Chọn dòng i qua phân áp P1 + R4 là 1mA => tổng trở của cả bộ phân áp là:

R 

E
15

15.10 3 15( K)
3

i 1.10

=> Chọn R4 = 10K và P1 = 10K, điều chỉnh P1 = 5K.
- Ro là điện trở tải của mạch chỉnh lưu, chọn Ro = 10K.
300.00

T

U luc
-300.00
50.00

Udf
-10.00
20.00

Udb
-20.00
0.00

10.00m

20.00m
Time (s)

30.00m

40.00m

- Biểu đồ trên là kết quả mô phỏng với các thơng số linh kiện đã tính tốn.

2- Khâu tạo điện áp răng cưa:

- Chọn

• Urcmax = 10V
• Uđp = 10V

• E = ± 15V
• f = 50Hz

• αđiều chỉnh = 150o

- Chọn OA2 là vỏ dùng chung IC với OA1 (đã giới thiệu tại phần trước) là IC loại TL082.
- Do T 

1
1

20(ms) trong khi đó, tại mỗi ½ chu kỳ của điện áp lực ta phải tạo được 1
f
50

xung răng cưa
=>

trc = tp + tn =10ms

- Thời gian tụ C1 phóng điện chính là thời gian tương ứng phạm vi điều chỉnh góc điều khiển
α, do đó, góc 150o được quy đổi thành thời gian là:

150.10(ms)
tp 
8,33(ms)
180o

=>

t n 10  8,33 1,67( ms )

- Chọn diode ổn áp Dz1 là loại: BZX79A10 có UDz = 10V.
- Chọn tụ C1 = 220 nF.
- Với tp = 8,33ms, ta có:

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 11 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

E.t p
15.8,33.10  3
R3 

56795,45()
U DZ .C1 10.0,22.10  6
=> Chọn R3 = 56K và 1 biến trở nối tiếp là P2 = 100K (chỉnh P2 = 50K). Cụm điện trở
R3 và P2 này dùng để chỉnh thời gian phóng của tụ, do vậy chỉnh P2 cũng sẽ chỉnh được thời

gian phục hồi cho tụ.
- Với tn = 1,67ms và điện áp bảo hòa của OA2 là:
Ubh = E – 1,5 = 15 – 1,5 = 13,5 (v)

R2 

=>

U bh  0,7
13,5  0,7

8093,73()
6
C.U DZ
E
0
,
22
.
10
.
10
15


tn
R3
1,67.10 3
56795,45

=> Chọn R2 = 3,9K (hoặc có thể chọn nhỏ hơn). Thay đổi R2 sẽ làm thay đổi giá trị biên
độ của xung răng cưa, R2 càng lớn thì biên độ xung răng cưa càng giảm.
20.00

T

Udf
-20.00
20.00

Urc
-10.00
0.00

10.00m

20.00m
Time (s)

30.00m

40.00m

- Biểu đồ trên là kết quả mô phỏng của khâu tạo xung răng cưa với các thơng số linh kiện đã
được tính tốn như trên.
3- Khâu tạo luật điều khiển:
a/ Chức năng:
- Khâu này có chức năng chủ yếu là tạo ra quy luật điều khiển khởi động và có thể xây dựng
trên cơ sở mạch PI. Sơ đồ nguyên lý và đường đặc tính ra của mạch PI như sau:

- Mạch có tiếp điểm K của rơle điều khiển khởi động, khi chưa chạy, tiếp điểm này mở làm
cho T1 thông, nối ngắn mạch tụ C2 để đảm bảo điều kiện đầu của mạch là: U c(0) = 0. Mặt khác,
điện áp Uv = 0, do đó điện áp ra cũng bằng 0.
- Khi ấn nút khởi động máy, rơle đóng tiếp điểm K lại: một mặt đưa điện áp nguồn âm (-E)
qua R5 vào BT1 để khóa bóng này lại, cho phép tụ C2 tiến hành nạp điện, mặt khác đưa nguồn
–E vào cụm phân áp (R5 - P5) để tạo điện áp vào của OA3 với U v = const và mạch bắt đầu
hoạt động như mạch PI.
- Diode ổn áp Dz2 nhằm hạn chế điện áp điều khiển tối đa sao cho phù hợp với điện áp răng
cưa đã thiết kế.
- P4 dùng để chỉnh Uo là điện áp khởi động ban đầu.
- P3 dùng điều chỉnh tốc độ tăng áp và chính là đặt thời gian khởi động.
- P5 dùng để đặt điện áp Uv, thường điện áp đặt với giá trị thấp xấp xỉ 1V.
b/ Tính tốn linh kiện:
- Chọn:

• Biên độ điện áp răng cưa là 10V (Urc max = 10V).

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 12 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử cơng suất

• E = ±15V.
• Phạm vi điều chnh: Uo = 20% ữ 60%.
ã Thi gian khi ng dài nhất là 25s.
- Vì Urc max = 10V => phạm vi điều chỉnh mức ban đầu là Uo = (2 ÷ 6)V.

- Ta chọn mức điện áp Uv = 1V, do vậy điện áp tích phân tăng ít nhất khi khởi động với mức

Uv

Uo max = 6V, do đó:

U v .t kđ
1
1.25
t kđ U m  U o max  C 2 P3 

6,25( s ) .
C 2 .P3
U m  U o max 10  6

- Chọn tụ C2 = 330µF (là tụ hóa).
=>

P3 

6,25
19 K
330.10  6

- Theo thành phần Uo = a, ta có: U o 

=>

Chọn P3 = 50K. (chỉnh P3 = 20K).

U
P4
U v  P4  o P3
P3
Uv

- Từ đó ta có phạm vi điều chỉnh biến trở P4 là:

U
2
 P4 min  o min P3  20.10 3 40.10 3 40( K )
Uv
1
U
6
 P4 max  o max P3  20.10 3 120.10 3 120( K )
Uv
1
=> Vậy chọn P4 gồm điện trở R = 27K và biến trở P4 = 100K.
- Nhóm điện trở phân áp R5 và P5 cần có tổng trở << P3, chọn nhóm (R5 + P5) = 5K, vậy:

P5 ( R5  P5 )

Uv
1
5.103
333,3()  R5 5000  333,33 4666,66()
E
15

- Chọn R5 = 4,7K và P5 = 1K.
- Chọn transistor là loại C828, R6 = 20K và R7 = 4,7K.
- Chọn OA tương tự như phần trước là IC TL082. Trong đó, một vỏ được dùng là OA3 và 1
vỏ còn lại dùng cho mạch so sánh (phần sau).
T 10.00

U dk (V )

7.50
5.00
2.50
0.00
0.00

10.00

20.00
Time (s)

30.00

40.00

- Biểu đồ trên là kết quả mô phỏng của mạch PI. Các thông số linh kiện được chỉnh như sau:
• P5 được chỉnh với giá trị là 500Ω
• R = 10K
• P4 được chỉnh với giá trị là 5K
• P3 được chỉnh với giá trị là 5K
• Diode zener là loại 1N2816 (có BV/Break down voltage = 18V)
4- Khâu so sánh:

- Chọn OA4 là vỏ dùng chung IC với OA3 trong IC TL082.
- R8 và R9 có thể khơng cần dùng vì thực tế hiện nay, các OA có ∆U max = 18V nên có thể
khơng cần hai điện trở này. Tuy nhiên để an toàn, ta đặt R8 = R9 = 10K để bảo vệ ngõ vào của
OA.
- Điều kiện làm việc của OA:
• Các điện áp đưa vào so sánh (Utựa và Uđk) phải cùng dấu (cùng “-“ hoặc cùng “+”) thì mới
có hiện tượng thay đổi trạng thái ở đầu ra (Uss).
• Độ chênh lệch tối đa giữa hai cửa trong khi làm việc không được vượt quá giới hạn cho
phép của OA
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 13 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

- Trong sơ đồ điều khiển này, ta dùng kiểu so sánh hai cửa, do đó điện áp ra sẽ tuân theo
quy luật :
Ura = Uss = Ko∆U = Ko(U+ - U-) với Ko là hệ số khuếch đại của OA.
- Do đó ta được: Uss = Ura = Ko(Uđk – Utựa)
5- Khâu tạo xung kép:
- Do đặc điểm: dòng điện cấp từ nguồn xoay chiều buộc phải đi qua hai valve lực trong mỗi
bán kỳ của điện áp lực nên mạch điều khiển phải phát đồng thời vào hai valve cần dẫn. Vì vậy,
để điều khiển mở cho valve lực cần có hai xung, xung thứ nhất là xung chính được phát động
theo góc điều khiển α, xung thứ hai là xung phụ nhằm đảm bảo có hai valve cùng dẫn. Việc
phát xung điều khiển như vậy được gọi là phát xung kép. Biểu đồ phát xung kép như sau:

- Dạng xung kép là hai xung đơn cách nhau 60o điện. Loại xung này chuyên dùng cho các sơ
đồ cầu ba pha hiện nay. Thực chất đây là khâu tạo xung đơn kết hợp với mạch tách xung để để
tạo ra xung đơn xuất hiện đúng thời điểm để mở valve, đồng thời kết hợp với xung mở valve
của valve kế tiếp tạo thành cặp xung kép nhờ mạch logic.
a/ Tạo xung đơn:
- Để tạo xung, ta có thể dùng mạch vi phân đơn giản gồm hai phần tử R và C.

- Chọn tx = 100µs = 1,8τ do tuy tầng ghép nối kế tiếp đó là cổng logic nhưng đoạn cuối của
xung ≈ 0 nên khơng có tác dụng truyền cơng suất nữa, do vậy, độ rộng hiệu quả của xung thực
chất chỉ khoảng 1,8τ.
- Nguồn cho OA là: E = ±15V.
- Chọn dòng để đưa vào cổng logic ở tầng sau = 1mA, ta có:
t

2E ( x )
2E (
i (t t x )  e  1(mA)  R 
e
R
1.10  3

1,8
)




2.15.10 3
4,959()
e1,8

=>
Chọn R10 = 4,7K và Dz3 là loại 1N2808 có Ungưỡng = 10V.
- Từ hằng số thời gian của mạch τ = R.C, ta có:
t

100.10  6
C  x 
1,18.10  8 =>
Chọn C3 = 1nF.
R 1,8.R 1,8.4,7.103
- Dạng sóng của Uk qua mô phỏng với các thông số linh kiện vừa tính như sau:

SVTH: Nguyễn Phúc Đồn

Trang 14 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử cơng suất

T 20.00

Uss

-20.00
5.00

Uk

2.00
13.00

13.50

14.00
Time (s)

14.50

15.00

600.00m

800.00m

- Dạng sóng của Uk theo Uđk trong thời gian đầu (0 ÷ 15)ms:
T 5.00
Udk
0.00
20.00
Urc
-10.00
9.00
Uk
-3.00
20.00
Uss
-20.00

0.00

200.00m

400.00m
Time (s)

b/ Tách xung:

- Để đầu vào (+) của OA = 1mA → R11 = R13 = 10K.
- Do OA được chọn là loại TL082 (có hai vỏ, dùng cho OA5 và OA6 trên sơ đồ) có E = ±15V
→ Ura = ±15V. Trong khi đó, IC logic chỉ làm việc ở mức +5V và dòng = 1mA.
=>

15
R12 
15( K)
1.10  3

=>

Chọn R12 = R14 = 15K.

- Ngoài ra, lắp thêm D4 và D5 để bảo vệ đầu vào của OA khỏi quá điện áp và R11 có tác
dụng hạn chế dòng qua các diode này khi chúng dẫn ở từng ½ chu kỳ điện áp đồng pha.
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 15 / 25

ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

- Chọn D4 = D5 = D6 = D7 = D8 = D9 là loại N4001.
- IC logic AND chọn loại HC4081B và IC logic OR chọn loại CD4071B có sơ đồ chân như
sau:

6- Khâu khuếch đại xung:
- Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng cơng suất do khâu tạo dạng xung DX hình thành đến
mức đủ mạnh để mở valve lực. Đa số các thyristor mở chắc chắn khi xung điều khiển có giá trị
UGK = (5 ÷ 10)V và IGK = (0,3 ÷ 1)A trong thời gian khoảng 100μs.
- Thực chất, nhiệm vụ của KĐX là khuếch đại dòng điện. Với cỡ dòng điện I G thì cần phải
dùng transistor làm chức năng khuếch đại, và vì transistor thơng dụng cỡ dịng 1A có hệ số β <
100 nên KĐX thường gồm 2 tầng khuếch đại. Phương pháp này thơng dụng nhất hiện nay vì dễ
dàng cách ly phần điều khiển và phần lực. Tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên
khơng cho phép truyền các xung rộng vài mili giây. Để đơn giản mạch, đồng thời vẫn đảm bảo
hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại thường đấu theo kiểu Dalinton.

- Các thơng số ban đầu:
• Valve lực là loại T588N.
• IG = 250mA.
• UG = 2,2V.
a/ Phần khuếch đại xung:
- Chọn biến áp xung (BAX) có tỷ số k = 2, ta có tham số dịng điện sơ cấp như sau:
 U 1 U đk .k 2,2.2 4,4(V )

I đk 0,25

0,125( A)

k
2
- Nguồn công suất, ta lấy chung nguồn 15V sử dụng cấp cho mạch điều khiển, do đó ta chọn
bóng T2 là loại BD135 có các thơng số sau:
 I1 

• UCE = 45V

• ICmax = 1,5A

• βmin = 40.

- Tuy nhiên, để tiêu tán nhanh dòng điện qua BAX khi bóng T2 khóa, ta lắp thêm R16 nối
tiếp với cuộn sơ cấp để khi T2 khóa, dòng điện qua BAX sẽ chảy vòng qua D10-R16 và làm
cho năng lượng tiếu tán trên R16 này. Điều này tránh được tình trạng điểm làm việc của lõi
biến áp bị đẩy lên vùng bảo hòa.
E
15
15
R16  CS  10()
I1max 
1,5( A)
=>
I C max 1,5
10
- Do dòng qua điện trở này thường xuyên là lớn => chọn R16 = 10Ω/2W.
- Bóng T3 chọn loại BC107 có các thơng số sau:
• UCE = 45V

• ICmax = 0,1A

• βmin = 110.R

- Vậy R15 là điện trở đầu vào có trị số là:
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 16 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

R15 

Môn: Điện tử công suất

1. 2 .ECS 40.110.15

36666,6()
S .I1max
1,2.1,5

=>

Chọn R15 = 15K.

b/ Biến áp xung:
- Nhiệm vụ của BAX gồm:
• Cách ly mạch lực và mạch điều khiển.
• Phối hợp trở kháng giữa tầng KĐX và cực điều khiển của valve lực.
- Do BAX phải làm việc với tần số cao nên lõi thép biến áp cho tần số lưới điện 50Hz không

đáp ứng được. Lõi dẫn từ trường cho BAX thường dùng nhất hiện nay là lõi ferit dạng xuyến,
hình trụ hay có tiết diện kiểu chữ E. Tuy nhiên do tổn thất trong biến áp tăng mạnh theo tần số
nên cường độ từ cảm cũng giảm đáng kể so với tần số 50Hz. Đồ thị “Đặc tính từ hóa lõi ferit
tần số cao đến 30kHz” cho thấy khi biến áp làm việc theo trạng thái từ hóa một phần thì giá trị
∆B khơng được vượt q 0,25 Tesla, tương ứng ∆H phải dưới 40A/m. Trường hợp biến áp làm
việc theo đường từ hóa tồn phần thì sẽ tăng được gấp đơi các trị số trên.
B

20 oC

0,4
100

oC

0,2

H

0
80

160

240

Đặc tính từ hóa lõi ferit tần số cao đến 30kHz
- Do tại khâu tạo dạng xung là xung đơn sau đó tách xung bằng cổng logic, điều này ứng với
mỗi chu kỳ điện áp lực sẽ có hai xung đơn (do phần tách xung xác định khi pha lực đến vị trí
“0”) nên ta có chu kỳ của xung đơn là Txđ = π/3 và so với chu kỳ của nguồn lưới là:

1
20
Txđ  Tng  ( ms )
và có tx = 100µs = 100.10-6s (đã chọn tại mục số 5).
6
6
- Do chế độ làm việc của BAX là làm việc một phần nên theo đồ thị “ Đặc tính từ hóa lõi
ferit”, ta chọn ∆B = 0,2(T) và tương ứng là ∆H = 30(A/m). Thường chọn độ sụt áp cho phép ∆U x
= 0,1. Vậy:
k .U .I t .U x
2.2,2.7,5.10  3.100.10  6.0,1
V  ba 2 2 x

5,5.10  8 ( m 3 ) 0,55mm3
B.H
0,2.30
- Tra theo bảng, ta chọn loại lõi chữ E có mã hiệu là 814E250 có diện tích lõi từ là 0,202 cm2
và diện tích cửa sổ là 0,171cm2.
- Số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là:
U 1.t x
4,4.100.10  6
w


108,9(vịng ) =>
• 1
Chọn w1 = 110 vịng
B.S ba
0,2.0,202.10  4
• w2 

w1 110

55(vịng )
k
2

=>

Chọn w2 = 55 vòng

7- Khối nguồn:
- Gồm mạch nguồn và biến thế nguồn.
• Mạch nguồn có chức năng cung cấp nguồn điện một chiều cho mạch điều khiển và khâu
khuếch đại xung hoạt động.
• Biến thế nguồn là biến thế ba pha mà bên thứ cấp có nhiều cuộn dây với mỗi chức năng
khác nhau.
- Cấu tạo của biến thế nguồn như sau:

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 17 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

a/ Mạch cấp nguồn DC (W2):
- Đa số mạch điều khiển đòi hỏi nguồn cung cấp là điện áp một chiều, trị số điện áp và độ ổn

định tùy thuộc từng khâu trong mạch. Năng lược cấp cho nguồn này thông thường vẫn lấy từ
lưới điện nhờ biến áp điều khiển. Cấu trúc thông thường của bộ nguồn cho mạch điều khiển
như sau:
Uđp~

±Udo

±ECS

±EC
C

U1~

BIẾN ÁP
ĐIỀU KHIỂN

U2~

CHỈNH LƯU
DIODE

LỌC
ĐIỆN DUNG

ỔN ÁP 1

ỔN ÁP 2

±Ech

- Trong các phần tính tốn trước, ta đã chọn nguồn cung cấp cho các khâu với mức điện áp
là ±15VDC, do đó tại mạch cấp nguồn một chiều này, ta chọn nguồn cung cấp là ±15V được ổn
áp bởi hai vi mạch là LM7815 ổn áp nguồn +15V và LM7915 ổn áp nguồn -15V.
- Sơ đồ mạch cấp nguồn một chiều như sau:

- Chọn thông số cỏc linh kin:
ã C01 = C02 = 1000àF l t có nhiệm vụ san bằng điện áp chỉnh lưu.
• C03 = C04 = 100µF là tụ có nhiệm vụ lọc phng.
ã C05 = C06 = 0,1àF l t lc nhiu.
ã D01=D02=D03=D04=D05=D06 là loại 1N4002 có thơng số: Itb = 1mA và Ung max = 100V.
b/ Biến thế nguồn:
- W1 là cuộn sơ cấp được nối với nguồn xoay chiều 3 pha 220/380V.
- W2 là cuộn thứ cấp thực hiện chức năng cung cấp U2 cho mạch cấp nguồn một chiều.
- W3 là cuộn thứ cấp thực hiện chức năng là lấy tín hiệu đồng pha cấp cho khâu đồng bộ.

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 18 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

Môn: Điện tử công suất

► W2:
- Cấp nguồn cho mạch điều khiển và cho khâu KĐX.
+ Nguồn cho mạch điều khiển:
- Để hai IC LM7815 và LM7915 có ngõ ra là ±15V, ta cần có đầu vào của hai IC này > 15V.
=>

chọn Vin = ±20V

=>

Ud = 40V.

- Do phần nguồn này chỉ dùng để cấp cho các khuếch đại thuật tốn là chủ yếu nên dịng
tiêu thụ khơng lớn.
=>
Chọn Id = 500mA = 0,5A. Ta có:

Ud
40

17,1(V )
2,34 2,34
 Pd U d .I d 40.0,5 20(W )
 U d 2,34U 2  U 2 

 S ba k sđ .Pd 1,05.40.0,5 21(VA)
+ Nguồn cấp cho khâu khuếch đại xung:
- Để cấp nguồn cho khâu này, ta lấy nguồn trước ổn áp =>
Ud = ± 20V.
- Theo phần tính tốn của khâu KĐX, ta có: TCmax = 1,5A = Id, vậy:
• Pd = Ud.Id = 20.1,5 = 30(W).
=>

• Sba = ksđ.Pd = 1,05.20.1,5 = 31,5(VA).

- Với cuộn cảm W2, ta có:
SbaW2 = 21 + 31,5 = 52,5 (VA).
+ Tổn thất công suất trong các valve chỉnh lưu:

I tbvalve 

I d 0,5  1,5 2

 0,67( A)
3
3
3

- Điện áp rơi trên diode chỉnh lưu là 0,7V => tổn hao công suất trên diode là:
Pt hao = 0,7 . 0,67 = 0,469 (W).
- Vì ta dùng chỉnh lưu là cầu 3 pha 6 diode, do đó:
Pthực = 0,469 . 6 = 2,814 (W).
► W3:
- Chọn U2 = Uđp = 10V (theo thiết kế tại khâu đồng pha).
- Sơ đồ chỉnh lưu là hình tia 1 pha.
=>

Ud = 0,9.U2 = 0,9 . 10 = 9(V).

- Chọn Id = 100mA = 0,1A, ta có:
• Sba = 1,48 . Ud . Id = 1,48 . 9 . 0,1 = 1,33 (VA).
ã Itb valve = ẵ Id = 0,1/2 = 0,05 (A) = 500mA.
- Với Uvalve = 0,7V =>
=>

Pth valve = 0,7 . 0,05 . 2(valve) = 0,07(W).

Với 3 cuộn dây trong W3, ta có:

• Σ Sba = 3 . 1,33 = 3,99(VA) ≈ 4 VA.
• Pth valve = 3 . 0,07 = 0,21(W).
=>

Σ Sba thứ cấp = Sba W2 + Sba + Pth W2 + Pth W3
= 52,5 + 4 + 2,814 + 0,21 = 59,424(VA).

- Theo bảng tra “Các tham số tính tốn cho biến áp công suất nhỏ” (Trang 159 - Tài liệu
S2
0,85 .
hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất), ta chọn sơ bộ:  
S1
- Vậy:

S baW 1 

SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

59,424
69,9(VA) 70VA .
0,85

Trang 19 / 25


ĐAXC 3 pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch

- Từ công thức: S th .S cs 

Môn: Điện tử công suất

S ba .10 2
và bảng tra “Các tham số tính tốn cho
2,22. f .Bmax . .k th .k cs

biến áp cơng suất nhỏ” ta có:
S th .S cs 

59,424.10 2
79,38 79,4
2,22.50.1,31.2,2.0,9.0,26

- Theo bảng tra “Lõi thép kỹ thuật điện” (Trang 473 - Tài liệu hướng dẫn thiết kế Điện tử
công suất), ta chọn được lõi thép kỹ thuật điện là loại lõi 20x40 có các thơng số tương ứng:
• a = 20

• h = 50

• c = 20

• b = 40

• C = 80.

• H = 70

• Qt = 7,28

• Ltb = 17,4

• Qt.Qc = 80

• Vt = 125

• Gt = 990(g)

• S(50Hz) = 70VA

• S(400Hz) = 400VA.

b

b = (1 - 1,5)a
c = (0,6 : 0,8)a
h = (2 : 3)a

c
h

a/2

a/2

H

a

C

+ Xác định tổn hao lõi thép:
- Từ công thức

Pth = pth . Gth.

P (w/kg)

q (VAR/kg)

7

100

6

80

5
4

60

3

40

2

20

1

B(T)

0

0,4

0,8

0,9

1,2

9,1

1,6

B(T)
0,4

0,8

Hình a

1,2

1,6

Hình b
Đồ thị tổn thất riêng trong lõi thép

- Theo “Đồ thị tổn thất riêng trong lõi thép – hình a”, ta có: Gth = 990 tương ứng với pth = 0,9.
=>

Pth = pth . Gth = 0,9 . 0,99 = 0,891 (W).

+ Xác định thành phần dịng từ hóa:

 I xa 

Pth
0,891

0,015( A)
S ba 59,424  0,891

- Theo “Đồ thị tổn thất riêng trong lõi thép” – hình b, ta có: q th = 9,1 tương ứng với pth = 0,9.
Do đó:
SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn

Trang 20 / 25