Đồ án điện tử công suất thiết kế bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha kép để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA KÉP
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1
CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÓ ĐẢO CHIỀU

Người hướng dẫn:

TS. GIÁP QUANG HUY

Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên:
Nhóm HP / Lớp:
Ngành:

Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa


MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH ẢNH................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU....................................7
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:................................................................................................7
1.1.1

Khái niệm:............................................................................................................. 7

1.1.2

Cấu tạo của động cơ điện một chiều:....................................................................7

1.1.3

Phân loại động cơ điện một chiều:........................................................................8

1.1.4

Nguyên lý động cơ điện một chiều:.......................................................................8

1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:..............................................8
1.2.1

Đặc tính động cơ điện:..........................................................................................8

1.2.2

Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:..................................8

1.2.3

Đặc tính cơ tự nhiên:.............................................................................................9

1.2.4

Đặc tính cơ nhân tạo:..........................................................................................10

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU:............................................................................................................................ 10
1.3.1

Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:......................................................10

1.3.2

Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:...............................................................11

1.3.3

Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:.............................................................12

1.4 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................13
CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN..............14
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................14
2.1.1

Khái niệm:...........................................................................................................14

2.1.2

Phân loại:............................................................................................................14

2.1.3

Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:....................................................14

2.2 CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN.............................15

2.2.1

Sơ đồ mạch nguyên lý:........................................................................................15

2.2.2

Nguyên lý làm việc:............................................................................................16
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

2


2.2.3

Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:..........................................................................17

2.2.4

Hiện tượng trùng dẫn:.........................................................................................17

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU:...............................................18
2.3.1

Khái niệm chung:................................................................................................18

2.3.2

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:....................................................19

2.3.3

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:..........................................................19

2.4 BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN:........................20
2.4.1

Sơ đồ nguyên lý:.................................................................................................20

2.4.2

Nguyên lý hoạt động:..........................................................................................20

2.4.3

Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược:.........................21

2.5 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................25
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC.......26
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................26
3.1.1

Sơ đồ khối mạch động lực:..................................................................................26

3.1.2

Chức năng của từng khối:...................................................................................26

3.2 TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC:..........................................................................26

3.2.1

Tính chọn Thyristor:............................................................................................26

3.2.2

Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:........................................................................28

3.2.3

Thiết kế bộ lọc:...................................................................................................31

3.3 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................32
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................................33
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................33
4.1.1

Sơ đồ khối điều khiển thyristor:..........................................................................33

4.1.2

Yêu cầu của mạch điều khiển:.............................................................................33

4.1.3

Nhiệm vụ mạch điều khiển:.................................................................................34

4.1.4

Nguyên tắc điều khiển:........................................................................................34

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHÂU:..........................................................35
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

3


4.2.1

Khâu đồng pha:...................................................................................................35

4.2.2

Khâu so sánh:......................................................................................................36

4.2.3

Khâu tạo xung chùm:..........................................................................................36

4.2.4

Khâu khuếch đại:................................................................................................38

4.2.5

Sơ đồ mạch điều khiển:.......................................................................................39

4.3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:...................................................39

4.3.1

Tính biến áp xung:..............................................................................................40

4.3.2

Tính tầng khuếch đại cuối cùng:.........................................................................40

4.3.3

Chọn cổng AND:.................................................................................................41

4.3.4

Chọn tụ C3 và R9:................................................................................................41

4.3.5

Tính chọn bộ tạo xung chùm:\.............................................................................42

4.3.6

Tính chọn tầng so sánh:.......................................................................................43

4.3.7

Tính chọn khâu đồng pha:...................................................................................43

4.3.8

Tạo nguồn nuôi:..................................................................................................44

4.3.9

Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:.................................................45

4.3.10 Chọn các Diode cho bộ chỉnh lưu:......................................................................46
4.4 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................46
CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN.............................................................47
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................47
5.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN:...................................................................................47
5.2.1

Bảo vệ dòng điện quá tải:....................................................................................47

5.2.2

Bảo vệ dòng điện ngắn mạch:.............................................................................47

5.3 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP:.........................................................................................48
5.4 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC:..............................................51
5.5 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................52

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

4

DANH SÁCH HÌNH Ả
Hình 1. 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều...........................................................7
Hình 1. 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.............................................................7
Hình 1. 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập...........................8
Hình 1. 4: Hình ảnh đặc tính cơ – điện....................................................................9
Hình 1. 5: Hình ảnh đặc tính cơ..............................................................................9
Hình 1. 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rf.................................10
Hình 1. 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ....................................11
Hình 1. 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư................................12
Y
Hình 2. 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn.........................16
Hình 2. 2: Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển...................16
Hình 2. 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha............................................17
Hình 2. 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn................................17
Hình 2. 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor............................................................18
Hình 2. 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính......................................19
Hình 2. 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos............................................19
Hình 2. 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn............................20
Hình 2. 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược......................................21
Hình 2. 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc...........22
Hình 2. 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP.................................................................23
Hình 2. 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập...............24
Hình 3. 1: Sơ đồ khối mạch động lực....................................................................26
Hình 3. 2: Sơ đồ mạch lọc LC...............................................................................31
Hình 4. 1: Sơ đồ khối điều khiển thyristor.............................................................33
Hình 4. 2: Sơ đồ mạch khâu đồng pha...................................................................35
Hình 4. 3: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC...........................................................35
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

5


Hình 4. 4: Sơ đồ mạch khâu so sánh.....................................................................36
Hình 4. 5: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC,UD.....................................................36
Hình 4. 6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm.............................................................36
Hình 4. 7: Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán.......................37
Hình 4. 8: Sơ đồ dạng sóng UE..............................................................................37
Hình 4. 9: Sơ đồ mạch khâu khuếch đại................................................................38
Hình 4. 10: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor.........................................................39
Hình 4. 11: Giản đồ các đường cong mạch điều khiển..........................................39
Hình 4. 12: Sơ đồ chân IC 4081............................................................................41
Hình 4. 13: Sơ đồ chân IC TL084.........................................................................42
Hình 4. 14: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi................................................................44
Y
Hình 5. 1: Hình ảnh các giai đoạn của dây chảy....................................................48
Hình 5. 2: Sơ đồ bảo vệ các thiết bị biến đổi dùng cầu chì....................................48
Hình 5. 3:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC...............................................................49
Hình 5. 4: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ quá áp...........................................50
Hình 5. 5: Sơ đồ mạch bảo vệ của mạch động lực.................................................51

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1

GIỚI THIỆU CHUNG:
1.1.1 Khái niệm:
Động cơ điện một chiều là loại máy điện một chiều biến điện năng dòng một chiều
thành cơ năng.
Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ thì công suất đầu vào là công
suất điện cơ, công suất đầu ra là công suất cơ.

Hình 1. 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: phần tĩnh và
phần động.

Hình 1. 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1- Thép, 2- Cực chính với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7- Thiết bị chổi, 8 Cỗ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

7


1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được
cung cấp từ hai nguồn riêng lẻ.
 Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc
song song với phần ứng.

 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối
tiếp với phần ứng.
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, một
cuộn mắc song song với phần ứng, một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.
1.1.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây
dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Khi hoạt động động cơ điện một chiều
biến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng.
1.2

ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:
1.2.1

Đặc tính động cơ điện:

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động
cơ: M = f(ω).
1.2.2 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: nguồn một chiều cấp cho phần ứng và
cấp cho kích từ độc lập nhau.

Hình 1. 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình cân bằng điện áp:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

8

Uư = Eư +(Rư + Rf).Iư
 Sức điện động của phần ứng động cơ:
Eư = K
 Momen điện từ của động cơ:
M = KIư
 Phương trình đặc tính cơ - điện:

Hình 1. 4: Hình ảnh đặc tính cơ – điện
 Phương trình đặc tính cơ:

Hình 1. 5: Hình ảnh đặc tính cơ
1.2.3

Đặc tính cơ tự nhiên:

Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính cơ có các tham số định mức và không sử dụng
thêm các thiết bị phụ trợ khác. Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên.
 Phương trình đặc tính cơ – điện tự nhiên:
 Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

9


1.2.4

Đặc tính cơ nhân tạo:

Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc
có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ. Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ
nhân tạo.
 Phương trình đặc tính cơ:
1.3

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU:

1.3.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy rằng khi thay đổi Rf thì còn thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc
tính điều chỉnh có cùng và dốc dần khi Rf càng lớn, với tải như nhau thì tốc độ càng thấp.

Hình 1. 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rf
Đặc điểm điều chỉnh:
 Tốc độ không tải lý tưởng không đổi.
 Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm.
 Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm độ ổn định
tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
 Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ.
Nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm MMc như thế động cơ sẽ không
quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch (). Từ lúc này, ta có thể thay đổi Rf
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

10

thì tốc độ vẫn bằng 0, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa. Do đó phương
pháp điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cần trục,
thang máy, máy nâng, máy xúc.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp thì giá trị điện trở đóng vào càng lớn,
đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm dẫn đến sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi kém.
Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng cao.
Phương pháp thay đổi Rf chỉ phù hợp khi khởi động động cơ.
1.3.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy rằng khi thay đổi thì và đều thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc
tính điều chỉnh dốc dần và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi càng nhỏ, với tải như nhau
thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông .

Hình 1. 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
Đặc điểm điều chỉnh:
 Giảm từ thông thì tốc độ thay đổi tỉ lệ nghịch, từ thông càng giảm thì tốc độ
không tải lý tưởng càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn.
 Dòng điện ngắn mạch không đổi.
 Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
Nếu giảm quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép,
hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao. Như vậy, để
đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng momen trên trục
động cơ giảm nhanh động cơ bị quá tải.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

11

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều
chỉnh vô cấp và cho tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản. Phương pháp nảy thường được dùng
cho các máy như: máy mài vạn năng, máy bào giường,… Việc điều chỉnh được thực hiện
trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, thiết bị đơn giản nên giá thành thấp.
Nhược điểm: Do điều chỉnh sâu nên giảm, sai số tĩnh lớn, kém ổn định với tốc độ
cao. Nghĩa là điều chỉnh càng sâu thì càng lớn. Nên đặc tính càng dốc momen nhỏ đến
khi nhỏ hơn momen phụ tải thì động cơ không chạy được.
1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì thay đổi còn , vì vậy ta sẽ được các đường đặc
tính điều chỉnh song song với nhau. Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một
chiều thay đổi được điện áp ra, thường dùng các bộ biến đổi.

Hình 1. 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư
Đặc điểm điều chỉnh:





Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng.
Thay đổi được cả tốc độ không tải lý tưởng , và dòng điện ngắn mạch.
Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với

UưUđm.
Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên được dùng nhiều trong các máy cắt
gọt kim loại. Đảm bảo tính kinh tế, tổn hao năng lượng thấp, phạm vi điều chỉnh rộng.

Nếu kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thông thì ta có thể điều chỉnh tốc độ lớn hơn
và nhỏ hơn tốc độ định mức.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

12


Nhược điểm: Phương pháp này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp.
1.4

KẾT LUẬN CHUNG:
Qua phân tích 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều trên, thì
phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn
cả và triệt để nhất. Vì vậy, chúng em lựa chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để
điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

13


CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN
TOÀN
2.1

GIỚI THIỆU CHUNG:

2.1.1 Khái niệm:
Chỉnh lưu là các bộ biến đổi tĩnh cho phép chuyển đổi năng lượng của một nguồn
với các đại lượng xoay chiều thành một nguồn khác với các đại lượng một chiều.
Ứng dụng: Cấp nguồn cho các tải một chiều như: Động cơ điện một chiều, bộ nạp
acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao
áp,….
2.1.2 Phân loại:
Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha…
Dựa theo loại van bán dẫn:
 Mạch chỉnh lưu không điều khiển.
 Mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển.
Dựa theo sơ đồ mắc van:
 Sơ đồ hình tia: Số van bằng số pha nguồn cung cấp. Các van đấu chung một
đầu nào đó với nhau: Anode chung hoặc Cathode chung.
 Sơ đồ hình cầu: Một nữa số van mắc chung nhâu Anode, một nữa số van
mắc chung Cathode.
2.1.3 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:

2.1.3.1 Điện áp chỉnh lưu:
ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu.
uσ: Thành phần xoay chiều.
Ud: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.
p: Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu.
fσ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

14

f: Tần số điện áp lưới.
Giá trị hiệu dụng của điện áp chỉnh lưu:
Uσ: Giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
2.1.3.2 Dòng điện chỉnh lưu:
id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu.
idσ: Thành phần xoay chiều.
Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của điện áp
chỉnh lưu.
: Tần số góc của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều.
Nhấp nhô của dòng tải: Do thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu gây ra.
Nếu L → ∞ Iσ(n) → 0 id= Id Dòng phẳng tuyệt đối.
2.2

CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN
2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý:

Hình 2. 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

15


2.2.2 Nguyên lý làm việc:

Hình 2. 2: Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

Xét ở những chu kỳ làm việc xác lập:
Trong () điện áp u1 > 0 Giả sử T2, T4 đang dẫn dòng phản kháng
id = iT2 = iT4 = ipk > 0; T1, T3 đang khóa, ud < 0.
Đến u1 > 0 và có xung điều khiển T1, T3 mở id = iT1 = iT3 > 0, còn T2, T4 khóa, ud
> 0.
Trong () điện áp u2 > 0 T1, T3 vẫn đang dẫn dòng phản kháng
id = iT1 = iT3 = ipk > 0, ud < 0.
Đến u2 > 0 và có xung điều khiển T2, T4 mở
id = iT2 = iT4 > 0; còn T1, T3 khóa, ud > 0.
Cứ như vậy, chúng ta sẽ điều khiển mở lần lượt từng cặp T1, T3 rồi đến T2, T4 cách
nhau một góc .
2.2.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:
 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:
 Dòng trung bình qua tải:
 Trị trung bình dòng qua thyristor:
 Áp khóa và áp ngược cực đại đặt lên linh kiện: Um
2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn:
Hiện tượng trùng dẫn là trạng thái các nhánh thyristor ở cùng nhóm cùng dẫn điện
tại thời điểm chuyển mạch.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

16


Hình 2. 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha.

Hình 2. 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn
Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiện

tượng trùng dẫn.
Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT3 = Id. Khi phát xung mở T2, T4.
Vì có L nên dòng iT1, iT3 không giảm đột ngột về 0 và dòng iT2, iT4 cũng không tăng đột
ngột từ 0 Id. Lúc này, cả 4 van cùng mở không cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch
Ud = 0.
Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn:
 Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải.
 Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và
do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu.
 Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

17


2.3

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU:
2.3.1 Khái niệm chung:
Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên anode thyristor phải là xung
dương.
Phải biết khi nào điện áp đặt lên thyristor dương.
Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor.
Sơ đồ khâu phát xung – bộ điều khiển:

Hình 2. 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor
2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Hình 2. 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

18


Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.
Điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa.
Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.
Khi Uc = Udb uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Góc điều khiển:
Điện áp chỉnh lưu: Ud = Udo.cos(kUc).
2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

Hình 2. 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.
Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcos
Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.
Khi Uc = Udb uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Khi thì Uc = Udb =Umcos
Góc điều khiển
Điện áp chỉnh lưu:
2.4

BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN:
2.4.1 Sơ đồ nguyên lý:
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu

1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

19


Hình 2. 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn
2.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích. Đây
là sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển. Nguyên lý hoạt động được trình bày
như ở phần trước.
2.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược:
Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ
có một bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải.
Khi chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau.
Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp:
 Phương pháp điều khiển tuyến tính khống chế phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu
mắc song song ngược (điều khiển chung).
 Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược
(điều khiển riêng).

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

20

Hình 2. 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược
2.4.3.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:
Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào hai bộ chỉnh lưu, tức là xung điều
khiển hai bộ này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ:
Với : góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 1.
: góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2.
Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thuyết là dòng liên tục, bỏ qua
tổn hao.
Bộ chỉnh lưu 1:
Bộ chỉnh lưu 2:
Mà
Như vậy, ta thấy thành phần một chiều của điện áp đầu ra của 2 sơ đồ chỉnh lưu là bằng
nhau nên chúng không gây ra thành phần điện áp khép vòng qua các van của 2 sơ đồ
chỉnh lưu.
Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều:

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

21


Hình 2. 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc.
Từ thời điểm t = 0 với tdc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ:
Ud1 = Udocos BCL 1: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Ud1 = Udocos BCL 2: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Từ thời điểm tdc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở đồng thời giảm. Điện áp trên BCL
2 giảm. Do đó, tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ động cơ không giảm nhanh bằng điện

áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu
nên BCL 2 đủ điều kiện nghịch lưu. (|Eư| > |Ud| và )
Bộ chỉnh lưu 2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồng thời
hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh. Khi Ud = 0.
Từ thời điểm t1 ta tiến hành giảm góc mở tăng để đảo chiều điện áp của hai bộ
chỉnh lưu.
Ud1 = Udocos BCL1: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Ud1 = Ud0cos BCL2: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Sự xuất hiện dòng điện và hạn chế:
 Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung bình
bằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của hai sơ đồ có lúc
không bằng nhau, điều này tạo nên sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra
dòng điện khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không đi
qua tải, nó được gọi là dòng cân bằng.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

22


 Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn làm
hỏng các van và phá hủy chế độ làm việc của bộ biến đổi. Vì vậy, ta cần
phải có biện pháp hạn chế dòng điện cân bằng. Như ta đã biết dòng cân
bằng không có thành phần một chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều nên
ta sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng cân bằng. (đặc điểm của điện
cảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho dòng một chiều đi qua nó dễ
dàng và không gây nên tổn thất công suất tác dụng.)
Phối hợp góc điều khiển:

Điện áp đặt vào phần ứng của động cơ: Ud = Ud0cos.
Trong đó: Ud0 = const do vậy tốc độ của động cơ phụ thuộc vào . Theo nguyên tắc
điều khiển thẳng đứng, muốn thay đổi góc mở thì thay đổi Uc. Do đó, điều kiện: với ta
có Uc1, ta có Uc2. Ta phải điều khiển sao cho Uc1 + Uc2 = const. Muốn có điều đó ta sử
dụng mạch trừ sao cho:

Hình 2. 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP
Theo nguyên lý mạch OPAMP:

Vì I1 = I2 nên Uc2 = U2 – Uc1.
Điều khiển tốc độ tức là thay đổi góc mở hay chính là thay đổi Uc. Trong trường
hợp này ta dùng một biến trở.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

23


2.4.3.2 Phương pháp điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập:
Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ làm việc
Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc.
Xét giản đồ dòng điện của bộ chỉnh lưu:

Hình 2. 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập
 Giả sử BCL1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( và BCL 2 không có xung
điều khiển nên không có dòng qua BCL 2.
 Tại thời điểm tdc ta cần đảo chiều động cơ, BCL1 mất xung điều khiển
nhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0.

 Tại thời điểm t1, iBCL1 = 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung để kích mở BCL2
mà phải sau khoảng thời gian tk thì ta mới cấp xung kích mở BCL2. Lý do
là khoảng thời gian tk để BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tính chất van
của bộ này. Trong khoảng thời gian tk cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc.
 Tại thời điểm t2 ta cấp xung để kích mở BCL 2 và chỉ duy nhất BCL 2 dẫn
dòng.
Ta sử dụng phương pháp này phải cần bộ logic có mạch tạo trễ thời gian là t k.
Như vậy với phương pháp khống chế này thì không xuất hiện dòng cân bằng nên
không cần mắc thêm cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng. Nhưng nhược điểm là thời gian
gián đoạn dòng lớn hơn nhiều so với phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

24


2.5

KẾT LUẬN CHUNG:
Qua phân tích trên cả 2 phương pháp đều có thể dùng để điều khiển đảo chiều
động cơ phù hợp với công nghệ nhưng chúng ta cần độ đáp ứng nhanh (không có gián
đoạn dòng) nên ta chọn phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

25