đồ án điện tử công suất

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Lời nói đầu
Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong cạc lỉnh vực điện, điện tử, tin học
trong nhửng năm gần đây đả ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiển và ứng
dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều lỉnh vực khác nhau. Đặc biện là lỉnh
vực điều khiển tự động và các dây truyền công nghiệp thép kín ra đời trong đó có lỉnh
vực điều khiển động cơ điện.
Điều khiển động cơ điện một chiều là một lỉnh vực không mới và được ứng dụng
rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều các phương điều khiển.
Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử đơn giản và các
phương pháp điều khiển được học. Em được giao nhiệm vụ” THIẾT KẾ CHỈNH
LƯU CẦU BA PHA – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU – KHÔNG ĐẢO CHIỀU ”.
Nội dung đề tài bao gồm các chương:

 Chường I: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và lựa chọn phương án thiết kế .
 Chương II: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha. Thiết kế sơ
đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T-Đ) không
đảo chiều .
 Chương III: Tính chọn các phần tử mạch động lực.
 Chương IV: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển và mạch bảo vệ.
Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi
những sai xót. Mong thây cô và các bạn giúp đồ án của em hoàn thiện hơn.
Với sự giúp đở hết sức tận tình của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là cô giáo
TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH . Đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ này một cách tốt
nhất.
Em xin chân thành cảm ơm!
Giáo viên hướng dẩn

SVTH:

Sinh viên thực hiện

TRANG 1


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

CHƯƠNG I :
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1 Động cơ điện một chiều.
1.1.1 Khái quát chung:
Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trọng một phạm vi
rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt, thiết bị đơn giản hơn và rẻ
tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha.Vì một số ưu điểm như vậy cho nên
động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, trong giao thông
vận tải…
1.1.2. Cấu tạo của độn cơ điện một chiều.
Động cơ điên một chiều chia thành 2 thành phần chính:
- Phần tĩnh( stato).
Gồm các bộ phận như sau:
Cực chỉnh từ: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lỏi sắt cực từ và dây quấn kích từ.

+ Lỏi sắt cực từ làm bằng lá thép kỹ thuật điện dày( 0,5-1)mm ép lại và tán chặt.
+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bóc cách điện.
Trong các máy có công suất nhỏ cực từ chính là một nam châm vinh cửu. Còn trong
máy có công suất lớn cực từ là nam châm điện.
Cực từ phụ đặt giửa cực từ chính dùng để cải thiện trình trạng làm việc cảu máy điện

và đổi chiều.

SVTH:

TRANG 2


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

+ lỏi thép cực từ phụ có thể là một khối hoạc được gép bằng các lá thép tùy theo chế độ
làm việc.
Xung quanh cực từ phụ được đặt giây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối
với dây quấn phần ứng.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
- Phần quay(roto)

Bao gồm các bộ phận sau:
+ Lõi thép phần ứng: dùng để dẩn từ, thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện dày
0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy
gây lên.
Trong máy điện nhỏ lỏi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục còn trong máy điện
lớn giữa trục và lõi sắt có giá roto.
+ Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua, nó
thường được làm bằng đồng bọc cách điện.
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Cơ cấu nối than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
1.1.3. Phân loại động cơ điện một chiều.
Cũng như máy phát, động cơ điện củng được phân loại theo cách kích từ thành các
động cơ sau:
- Động cơ điện kích từ độc lập:

SVTH:

TRANG 3


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn
điện ngòai độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.
- Động cơ kích từ nối tiếp:
Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
- Động cơ kích từ hổn hợp:
Gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp trong
đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.
1.1.4 Các thông số định mức
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà
xưởng chế tạo đã quy định .chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên
nhãn máy và gọi là nhưng đại lượng định mức.trên nhãn ghi các đại lương sau:
Công suất định mức Pdm (kw hay w)
Điện áp định mức Udm (v)
Dòng điện định mức Idm (A)
Tốc độ định mức ndm (vòng/phút)
Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ,dòng điện kích từ và các số liệu về
dòng điện sử dụng….
1.1.5. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng
điện Iư. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng
làm cho rôto quay.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho 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.. Ở
động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện
đông Eư còn được gọi là sức phản điện.
Phương trình điện là: U  Eu  Ru .I u
1.1.6.Phương trình đặc tính cơ:
Để điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì ta phải phân tích,
tìm các mối quan hệ giữa tốc độ với các thông số khác của động cơ để từ đó đưa ra
phương pháp điều khiển. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì dòng kích từ độc
lập với dòng phần ứng.Vì được nuôi bởi hai nguồn một chiều độc lập với nhau.
SVTH:

TRANG 4


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Hình 1-1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập
Theo hình 1 ta viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng :
Uư=Eư+ ( Rư+ Rf)Iư
(1)
Trong đó: Uư: Điện áp đặt lên phần ứng động cơ(V).
Eư: Sức điện động phần ứng (V)
Rư: Điện trở của mạch phần ứng (Ω)
Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
Iư: Dòng điện mạch phần ứng (Α)
Với Rư= rư+ rcf+rb+ rct
Trong đó : rư điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)
Rcf: Điện trởcuộn cực từ phụ(Ω)

Rb: Điện trở cuộn bù ( Ω)
Rct: Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω)
• Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thưc sau:
Eu 

PN

2 a

(2)

Trong đó : p : Số đôi cực từchính
N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
 : Từ thông kích từ dưới mỗi cực từ(wb)
ω: Tốc độ góc (rad/s)
K = : Hệ số cấu tạo động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) thì
Eu  ke . .n

=

SVTH:

(3)

=

TRANG 5

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Vì vậy :
Với : : Hệ số sức điện động của động cơ.
.
Thay (1) và (2) và biến đổi ta được : ; (4)
Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.Mặt khác, mômen điện từ:
Mđt= . (5)
Nếu bỏ qua tổn thất trong các ổ trục, tổn thất tự quạt mát và tổn thất trong thép thì
mômen cơ trên trục của động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, tức là :
Mđt= Mcơ=M
Vậy phương trình đặc tính cơ của động cơ là :
( 6)
Biểu thức (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
Không xét đến ảnh hưởng của phản ứng phần ứng ngang trục làm giảm từ thông Ø của
động cơ tức là xem Ø=const thì quan hệ ω=f(M,I) là tuyến tính.

Hình 1-2 đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Từ đồ thị ta có : khi Iư= 0 hoặc M =0 ta có:
(7)
ω0: được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ, khi ω=ω0 ta có:
Iu 

U
 I nm
Ru  R f

(8)

Và
M = k (9)
Inm, Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

SVTH:

TRANG 6


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Mặt khác : phương thình đặc tính (4) và (6) cũng có thể viết dưới dạng:




Uu R

I u  0  
k k

Uu
R

M  0  
k  k  2

(10)
(11)

Vì :
ta suy ra từ (5)
Trong đó : R = Rư + Rf ,
 

R
R
Iu 
M
2
k
 k 

(12)
Δω: được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trịcủa M (hay I) , ta có thể biểu diễn đặc
tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối với điều kiện từ thông là định
mức (Ø =Øđm).
* 

 *
I
M
R
;I 
;M* 
; R* 
0
I dm
M dm
Rcb ;

Trong đó:
( Rcb=Uđm/ Iđm được gọi là điện trở cơ bản )
Từ(4) và (6) ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối
ω*=1- R*I* (13)
ω∗= 1- R*M* (14)
dM  knm 


d
R�

2

 15 

• Độ cứng của đặc tính cơ:
• Công suất (năng lượng điện)
Từ phương trình lý tưởng : IU =(Eư+IRư)I
(16)
Ta có Pđiện=Pđt+ΔΡ
Trong đó Pđt = IEư công suất điện từ.
ΔP =I2Rư tổn hao công suất cơ trên điện trở phần ứng .
Thực tế :Pđiện=Pđt+ ΔPư+ ΔP0
(17)
Với ΔP0 tổn hao ma sát do sự quay
Từ biểu thức (4) hoặc (6) ta thấy ω là một hàm phụ thuộc R, Ø,U : 〈ω=f(R,Φ,U) do đó
để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
có ba phương pháp điều khiển sau :
- Điều khiển điện trở phụ phần ứng

SVTH:

TRANG 7


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

- Điều khiển từ thông kích từ
- Điều khiển điện áp phần ứng
Sau đây ta xem xét từng phương pháp điều khiển một
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU
1.2.1 Phương pháp điều chỉnh bằng điện trở phụ phần ứng (Rf):
•Nguyên lý điều chỉnh:
Nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng
Ta đã phân tích ở trên nên ta có ω= f〈Rf, Økt, U, giả thiết rằng :Nếu giữ Ø=Øđm=const ;
U= Uđm= const; Rư=const thì ω=f(Rf)
Muốn thay đổi được giá trị R f của mạch phần ứng bằng cách nối tiếp một điện trở
phụ(Rf) thay đổi được giá trị vào mạch phần ứng. Lúc này ta có : R = Rư+ Rf
Từ phương trình đặc tính cơ :
Từ phương trình trên ta thấy : khi tăng giá trị của R f thì tốc độ của động cơ giảm, khi
giảm giá trị của Rf thì tốc độ của động cơ tăng .
Lúc này ta có tốc độ không tải lý tưởng:

 kdm 


0 

U dm
=const
k .dm
(18).

2

Ru  R f

 var(19)

Còn độ cứng của đặc tính cơ:
Như vậy khi thay đổi Rf cho ta một họ đặc tính như sau:

Hình 1-3 : Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở những điện trở phụ
khác nhau
•Nhận xét: Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời I nm và Mnm cũng
giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi động.

SVTH:

TRANG 8


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện.
- Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.

1.2.2. Phương pháp điều chỉnh bằng từ thông kích từ:
•Nguyên lý điều chỉnh:
Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô men điện từ
của động cơ M = kØIư và sức điện động quay của động cơ Eư=kØω.

Hình 1-4: Sơ đồ nối dây điều chỉnh kích từ của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập.
Từ biểu thức (4) và (6) ta thấy ω= f(U, φkt, Rf), nếu giữ U=U đm=const và điện trở phần
ứng Rư= const (Rf=0 ) lúc này ω= f(φkt). Để thay đổi được tốc độ ω ta cần
thay đổi Økt, mà từ thông kích từ do dòng kích từ sinh ra.
Vậy để điều chỉnh Økt ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, khi điều chỉnh Ø kt ta
phải tuân theo điều kiện sau.
Không thể tăng dòng kích từ Ikt lớn hơn dòng định mức của cuộn dây kích từ vì nó phá
hỏng cuộn kích từ và khi Økt = Øđm đã bảo hòa rồi, nếu muốn tăng Ikt thì Økt cũng không
tăng đáng kể nên ta điều chỉnh bằng cách giảm Økt.
•Trong trường hợp này ta có:
- Tốc độ không tải lý tưởng:

0 

U dm
 var
kx

 kx 

Ru

2

 var

- Độ cứng của đặc tính cơ:
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì ωx tăng, còn β sẽ giảm. Ta có đồ thị đặc tính cơ với ω x tăng dần và độ
cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

SVTH:

TRANG 9


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Hình 1-5 : Đặc tính cơ và cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập khi giảm từ thông.
Từ đồ thị ta nhận thấy khi từ thông thay đổi vơi Øđm>Ø1 >Ø2ta có:
-Dòng điện ngắn mạch : =
-Mô men ngắn mạch: Mnm = kØxInm = var (Mnm > Mnm1 > Mnm2)
Từ đồ thị đặc tính ta thấy ω 0<ω1<ω2.Vậy phương pháp điều chỉnh từ thông là phương
pháp điều chỉnh trên tốc độ cơ bản.
•Các chỉ tiêu chất lượng khi giảm từ thông Økt
- Tốc độ không tải lý tưởng:
tăng.
- Độ cứng đặc tính cơ : giảm.
- Dải điều chỉnh không rông. : D = 1 : 2
+ Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (Ø=Øđm)
+ Tốc độ lớn nhất ωmax bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động
cơ
- Ưu điểm: Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thất năng lượng nhỏ.

- Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8 nhưng
phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và cộng nghệ chế tạo
phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
1.2.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng thay đổi điện áp
phần ứng:


U u Ru  R f

M
2
k
 k 

Từ phương trình đặc tính cơ (6)
Giả thiếtØ = Øđm=const; Rư=const; (Rf=0), M = const. Lúc này ω= f(Uư)
Khi thay đổi điện áp phần ứng ta có:

SVTH:

TRANG 10


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

- Tốc độ không tải lý tưởng:

0 

 k 



Uu
 var
k
2

=const

Ru
- Độ tính của đặc tính cơ
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng cho ta một họ các đặc tính sau.

Với Uđm>U1>U2>U3>……………>Ui
Hình 1-6 : Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
khi điện áp phần ứng thay đổi.
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song
với đặc tính tự nhiên.
•Nhận xét :
- Ưu điểm : + không gây ồn
+ Không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ Dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+Độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh
+ Dễ tự động hóa.
- Nhược điểm: + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn
điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp
•Kết luận : Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp này
càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.
1.2.4. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:

• Đặc tính điều chỉnh :

SVTH:

TRANG 11


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng một bộ biến đổi, điều chỉnh được
điện áp đầu ra cấp cho mach phần ứng của động cơ.

Hình 1-7 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ.
Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều và điều
chỉnh được giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu. Điện trở trong của bộ biến đổi. R bđ phụ
thuộc vào loại thiết bị, vì thông thường công suất của bộ bến đổi và động cơ xấp xỉ bằng
nhau nên Rbđ cũng có giá trị đáng kể so với Rư của động cơ.
Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế

Hình 1-8 : Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ
Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp.
Eư= Ubđ– (Rbđ+ Rư)Iư
(20)
Sức điện động của động cơ
Eư= kØđmω
(21)
Từ biểu thức (20) và (21) ta có
kØđmω= Ubđ– ( Rbđ+ Rư)Iư(22)
Từ phương trình (22) ta có phương trình đặc tính cơ điện.

Phương trình đặc tính cơ:

SVTH:

TRANG 12


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Với : M =kØđmIư
Trong đó Øđm là từ thông định mức của động cơ, Øđm= const.
Tốc độ không tải lý tưởng
Độ cứng của đặc tính cơ
Ta thấy tốc độ không tải lý tưởng không phụ thuộc vào M, I mà phụ thuộc vào Ubđ.
Ubđ=kaUđk
Trong đó : ka là hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi
Uđk là điện áp điều khiển
Từ phương trình (23) và (24) ta có đồ thị đặc tính được biểu diễn như sau.

Hình 1-9 : Đồ thị đặc tính cơ điện khi Ubđ thay đổi
Từ đồ thị ta thấy, khi Ubđ thay đổi thì ta có những tốc độ không tải lý tưởng khác nhau,
còn độ cứng đặc tính cơ không đổi và đặc tính điều chỉnh dốc hơn đặc tính tự nhiên.
•Nhận xét :
- Điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả không tải lý tưởng , đặc tính cơ điều
chỉnh tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn phương pháp dùng biến trở và
thay đổi Økt
- Điều khiển phước tạp, vốn đầu tư lớn nhưng nó là phương pháp tốt hơn so với hai
phương pháp trên

SVTH:

TRANG 13


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

• Kết luận : Sau khi phân tích ba phương pháp điều khiển nêu trên thì phương pháp
điều khiển bằng thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn cả. Cho nên em chọn phương
pháp làm phương pháp nguyên cứu cho đề tài của em.
1.3. Các bộ biến đổi điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi
diện áp phần ứng.
- Hiện nay trong công nghiệp người ta thường sử dụng ba loại bộ biến đổi sau:
+ Bộ biến đổi máy phát điện một chiều
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển
- Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi đó ta có các hệ truyền động sau:
+ Hệ máy phát – động cơ( F – Đ)
+ Hệ điều chỉnh xung áp – động cơ( XA – Đ)
+ Hệ chỉnh lưu Tiristo – động cơ( T – Đ)

CHƯƠNG 2

SVTH:

TRANG 14


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH CẦU BA

PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH
LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) KHÔNG
CÓ ĐẢO CHIỀU.
2.1 Giới thiệu về thyristor
Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẩn P1-N1-P2-N2 liên tiếp tạo nên ba cực: anot A,
catot K và cực điều khiển G(gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của các lớp P 1-N1-P2-N2
tạo nên các lớp tiếp giáp J1,J2,J3.
Về lý thuyết có hai loại thyristor:
- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anot.

Hình 2-1 thyristor

-

Thyristor kiểu P hay thyristor có cực G nối với vùng P gần catot.
- Hoạt động của thyristor:
- Thyristor làm việc ở ba trạng thái: đóng – mở – khóa
UBR: điện áp ngược đánh thủng
UBO: điện áp tự mở của thyristor
UTO: điện áp rơi trên Thyristor
IL latching
IH dòng duy trì.

SVTH:

TRANG 15


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Hình 2-2 Sơ đồ đặc tính làm việc của thyristor
+ Thyristor khóa nếu UAK < 0 và sẻ vẩn kháo nếu ta cho UAK > 0.
+ Thyristor chuyển qua trạng thái từ khóa sang dẩn nếu đồng thời đảm bảo 2 điều
kiện: UAK > 0, và có dòng điều khiển IG đủ mạnh( về cả công suất và thời gian).
Khi thyristor đã dẩn nếu ngắt dòng điều khiển đi( cho I G=0) nó sẻ vẩn dẩn chừng
nào dòng điện qua nó lớn hơn một giá trị gọi là dòng duy trỳ.
-Trong thực tế người ta sử dụng thyristor kiểu N nhiều hơn.
2.2 Chỉnh lưu hình cầu ba pha
2.2.1 Sơ đồ mạch điện và dạng song

SVTH:

TRANG 16


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH
F

E

T1

T3

L

T5

u2a
R

u2b

ud

u2c

T4

T6

id

T2

H2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha
Đây là chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển hai nửa chu kỳ gồm 6 tiristor
chia làm hai nhóm:
+T1,T3,T5 là nhóm catôt nối chung.
+T2,T4,T6 là nhóm anốt nối chung.
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:

u2a =
u2b =
u2c =

2U 2 .sin 

2U 2 .sin( 

2
)
3

2U 2 .sin( 

4
)
3

Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
Giả thiết dòng điện được san bằng tuyệt đối : L = ∞.

SVTH:

G

TRANG 17


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH
ud

H 2.4 Sơ đồ dạng sóng của dòng điện và điện áp trong bộ chỉnh lưu cầu 3 pha
2.2.2 Nguyên lý làm việc

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua

SVTH:

:

VF  u2c
�
�
VG  u2b
�

TRANG 18


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH



6
Khi θ = θ1 =
cho xung điều khiển mở T1. Tiristor này mở vì u2a > 0. Sự
mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì u2a > u2c. Lúc này T6 và T1 cho
dòng chạy qua. Điện áp trên tải :
ud = uab =ua - ub
3

6
Khi θ = θ2 =
cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mở vì khi T6 dẫn

dòng, nó đặt u2b lên anôt T2 mà u2b > u2c. Sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách
một cách tự nhiên vì u2b > u2c.


Các xung điều khiển lệch nhau một góc 3 được lần lượt đưa đến các cực điều
khiển của các tiristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,…như hình vẽ

SVTH:

TRANG 19


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH
V1
V6

V2
V4
V6

V1
V2

V3
V2

V3
V4

V5
V4

V5
V6

V1
V6

V1
V2

V1
V3
V5

iGV1
iGV2
iGV3
iGV4
iGV5
iGV6

H 2.3 Chu kỳ đưa xung điều khiển vào cácThyristor
Trong mỗi nhóm,khi một tiristor mở,nó sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòng
trước nó, theo tóm tắt sau đây:

Thời điểm
1 = /6 + 

SVTH:

T1

Khóa

T5

2 = 3/6 + 

T2

T6

3 = 5/6 + 

T3

T1

4 = 7/6 + 

T4

T2

T5

T3

T6

T4

5 = 9/6 + 
6 =11/6 + 

Mở

TRANG 20


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

2.2.3 Các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha:
-giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu.

Khi thì Ud0 = 2,34.U2
-Trỉ số trung bình dòng điện qua van:

-Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc:

 Nhận xét: Chỉnh lưu cầu thyristor cầu 3 pha là loại được sử dụng nhiều nhất trong
thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độ
đập mạch rất nhỏ(5).
Nếu có dùng biến áp thì gây méo lưới điệ ít hơn các loại trên đông thời công suất MBA
cũng chỉ xấp xỉ bằng công suất tải. công suất mạch chỉnh lưu có thể rất lớn lên tới hàng
trăm kw.
Nhược điểm của nó là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên không phù hợp
vơi điện áp ra tải dới 10V.
2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn

3
SVTH:

TRANG 21

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

ud

ec  ea
2
eb  ec
θ 2
ea  eb
2

H 2.4 Hình biểu diễn hiện tượng trùng dẫn
Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng. Khi θ = θ 1 cho xung điều khiển mở T 3. Do Lc ≠
0 nên dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột
giảm từ Id xuống 0. Cả ba tiristor T1,T2 và T3 đều dẫn dòng. Hai nguồn ea và eb nối ngắn
mạch.
Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 sang θ1,ta có :
5
ea  2.U 2 .sin( 
)
6

eb  2.U 2 .sin( 

SVTH:


 )

6

TRANG 22


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

u2a =ea

iT1

Lc

T1

u2b =eb
Lc

ic
iT3

T3
id

u2c = ec
Lc

TẢI
T2
ud

H 2.5Sơ đồ khi 2 nguồn ea và eb bị nối ngắn mạch

6.U 2 .sin(   )
Điện áp ngắn mạch uc = eb - ea =
Dòng điện ngắn mạch ic được xác định bởi phương trình :
di
uc  6.U 2 .sin(   )  2 X c c
d

ic 

6.U 2
�
cos -cos   +  �
�
2Xc �

Dòng điện chảy trong T1 là: iT1 = Id – ic.
Dòng điện chảy trong T3 là : iT3 = ic .
Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2,và ký hiệu μ = θ2 – θ1 là góc trùng
dẫn. Khi θ = μ, iT1 = 0, ta có biểu thức sau:
2 X c Id
cos -cos   +  
6U 2
(2.1)
Hình dạng điện áp ud trong giai đoạn trùng dẫn :
Trong khoảng θ1 đến θ2 :T2 dẫn dòng,T1 và T3 cùng dẫn dòng,vậy có thể viết
phương trình sau:

SVTH:

TRANG 23


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

diT 1
 ud
dt
di
eb  ec  2 Lc T 3  ud
dt
iT 1  iT 3  iT 2  I d  const
ea  ec  2 Lc

Từ ba phương trình trên rút ra:
e e
ud  a b  ec
2
Do trùng dẫn (Lc ≠ 0) nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một lượng ∆Uμ.
Xác định ∆Uμ :


6 � ea  eb
eb 
�
2 �
2
�

0
∆Uμ =



3
�
d  �6U 2 sin      d
�
 0
�

3 6U 2
�
cos -cos   +  �
�
2 �

∆Uμ =
Thay (2.1) vào biểu thức rút ra :

3X c Id
∆Uμ = 
2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu – động cơ điện một chiều (hệ Đ – T) kích
từ độc lập
2.3.1 Tổng quan về hệ truyền động T-Đ không đảo chiều.
Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor để
làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như các phần
trước ta đã giới thiệu , ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là :
Ud = Ud0 . cosα ;

Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T – Đ không
đảo chiều là :
ω = .I ;
ω = .M ;
ω = ω0 - ∆ω ;

SVTH:

TRANG 24


GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH

Trong đó :
ω0 = là tốc độ không tải lý tưởng , vì lúc đó ở vùng dòng điện gián đoạn ,
hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn , tốc độ không
,tải lý tưởng thực ω0 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’0 như hình 2-9 .
Vậy , khi thay đổi góc điều khiển α = 0 → π thì Ed0 thay đổi từ Ed0 đến -Ed0 và
ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng toạ
độ [ ω , I ] hoặc [ω , M ] .
Id.blt = ;
Trong đó :
XBA : Điện kháng máy biến áp .
f1 : Tần số lưới .
LưΣ : Điện cảm tổng mạch phần ứng .
m : Số pha chỉnh lưu .

Hình 2-10: a) Sơ đồ thay thế hệ T – Đ không đảo chiều .
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T – Đ .
Trong vùng dòng điện gián đoạn ( ω’0 < ω0 ) :

Trong đó : E2m : Biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu .
Đường giới hạn tốc độ cực đại :
ωgh.max =
2.3.2 Nguyên tắc điều khiển:

SVTH:

TRANG 25