mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN

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

Khoa Điện – Điện Tử
----------***---------

----------o0o--------ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện:

1. Nguyễn Văn Thạch
2. Nguyễn Ngọc Trung
3. Ngô Văn Tuấn

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn điều chỉnh
tốc độ động cơ điện một chiều.
I) Số liệu cho trước:
-

Thông số của động cơ: Uđm = 220V; Iđm = 1,2A ; Pđm = 0,2KW; n = 2000(vòng/phút)

II) Nội dung cần hoàn thành:

• Thuyết minh đề tài:
o Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
o Mạch chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn
o Dạng sóng điện áp, dòng điện trên van công suất
o Các phương pháp điều khiển và thiết bị điều khiển
o Tính toán lựa chọn van bán dẫn, tản nhiệt,…
o Thiết kế mạch và khảo sát mạch.

• Phải đảm bảo tính khả thi, hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng thực tế.
• Các bản vẽ thiết kế đầy đủ và chính xác.
• Sản phẩm phải đảm bảo đủ yêu cầu tính kĩ thuật,mỹ thuật và hoạt động tốt.
• Trình bày hướng phát triển của đề tài.
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
Nguyễn Thị Thùy Dung
DĐ:

Ngày giao đề:
Ngày hoàn thành:


Email:
Hưng Yên, ngày tháng năm 2019


Bảng thống kê quá trình thực hiện đề tài qua các tuần
Tuần
Nội Dung
1
Gặp giáo viên hướng dẫn nhận đề tài nghiên cứu và nghiên cứu lý thuyết của phần
mạch chỉnh lưu
Cầu một pha điều khiển hoàn toàn với tải là động cơ điện một chiều.
2
Tìm hiểu về động cơ điện một chiều, những lưu ý khi sử dụng động cơ điện cũng
như cách sử dụng,…
- Các cách thay đổi tốc độ động cơ (thay đổi U,I, thêm Rf)
3
Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển và các thiết bị điều khiển cho các van:
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha thẳng đứng

tuyến tính.
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha thẳng đứng
“ARCCOS”.
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng diode 2 cực gốc (Trasistor một tiếp
giáp).
4

5

6

Dựa vào những kiến thức được học và qua việc trực tiếp thực hành phải biểu thị
được:
- Dạng sóng dòng điện trên van, tải.
- Dạng sóng điện áp trên van, tải.
Dựa vào các thông số đã cho từ tải tính ngược lại góc mở α để có thể hiệu chỉnh
thời gian đóng cắt của các van công suất sao cho mạch hoạt động cung cấp đúng
yêu cầu về các thông số của tải (Ud, Id,…).

7

Dựa vào các thông số có sẵn của nguồn cũng như của tải, từ đó tính toán được các
thông số hợp lý cho van công suất, các mạch bảo vệ quá dòng cũng như là quá áp,
tản nhiệt,…
- Tính toán chọn van sao cho phải đáp ứng đủ yêu cầu về U, I và góc mở α.
Thực hiện làm mạch in và khảo sát thực tế.

8

Gặp giáo viên hướng dẫn xin nhận xét và đánh giá chất lượng sản phẩm

Mục Lục


Lời Nói Đầu
Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình
công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền
động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá
cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất
đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền
động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ ...
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã
được giao thực hiện đề tài:" Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển
hoàn toàn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Với sự hướng dẫn của Cô: Nguyễn Thị Thùy Dung,chúng em đã tiến hành nghiên
cứu và thiết kế đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không
thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện

1) Nguyễn Văn Thạch
2) Nguyễn Ngọc Trung
3) Ngô Văn Tuấn


Chương I: Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiều
1.1: Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động
cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng.
Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều được
sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều
gồm những loại sau đây:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)

Hình 1.2.1: Động cơ điện một chiều
Gồm các phần chính sau:
- Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ
và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá


thép kỹ thuật điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn
kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi



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

1.2.1: Phần quay (rotor):
Gồm các bộ phận sau:
a Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện
dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để
sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm
bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,
trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách
điện với rãnh của lõi thép.
c Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện
với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành
góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến
góp được dễ dàng.
d Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép Cacbon tốt.
1.2.2: Phần quay (rotor):
Gồm các bộ phận sau:


a Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện
dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để
sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm
bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,
trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách
điện với rãnh của lõi thép.
c Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện
với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành
góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến
góp được dễ dàng.
d Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép Cacbon tốt.

1.3: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
b

A

F®
t

+

n

I

a

I
c
F

®
t

d

B

-

Hình 1.3.1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có
dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ F đt
tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi


phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp
đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay
không đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E ư
chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên Eư
còn gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó:

Rư: điện trở phần ứng
Iư: dòng điện phần ứng

Eư: sức điện động

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

-

U­

I

E
KT

IKT
+

UKT

-

Hình 1.3.2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc l

1.4: Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế độ
định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay
nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.


Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ
β

∆β =

được tính như sau
β

∆M
∆ω

lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

β

nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng, đặc tính cơ tuyệt đối

cứng.
1.4.1: Phương trình đặc tính cơ.
Trường hợp Rf= 0:
U= E + Iư.Rư
Trong đó:

Ke =

p.n

60a

E= Ke.

Φ

.n

(1)
(2)

: hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

K=

ω

p.n
2aπ

: hệ số cấu tạo của động cơ

: tốc độ góc tính bằng rad/s

p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

Thế (2) vào (1) ta có:

ω

=

Uu
R
− u Iu
K .φ K .φ

(3)


Hoặc:

n=

Uu
R
− u Iu
K e .φ K e .φ

(4)

Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi là phương trình đặc tính cơ
điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5) :là mômen điện từ của động cơ.

Suy ra: n=
kích từ độc lập.

Uu
Ru
−
.M
K e .φ K e .φ .K Φ

ω

Hoặc:
trong đó:

ω
0

∆ω

:là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều

Uu
Ru
−
M
K .φ ( K .φ ) 2

=

ω 0 − ∆ω
=

: tốc độ không tải lý tưởng
: độ sụt tốc độ

1.4.2: Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ
U u Ru + R f
−
M
2
ω K .φ ( K .φ )
Từ phương trình đặc tính cơ: =
ta nhận thấy muốn thay đổi tốc
độ

ω

φ

ta có thể thay đổi , Rf , U.

a Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):
∆M
β=
∆ω

( Kφ dm ) 2
−
Ru + R f

Độ cứng đặc tính cơ:
=

giảm. Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên
người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ
ở phía dưới tốc độ cơ bản.
b Trường hợp thay đổi U< Uđm


ω0 =

Tốc độ không tải

U
Kφ

giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ
∆M
β=
∆ω

−

=

( Kφ ) 2
=
Ru

const

Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương pháp

này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.
c Ảnh hưởng của từ thông:
d Muốn thay đổi

Φ

ω=

ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải

Độ cứng đặc tính cơ:

∆M
β=
∆ω

−

=

( Kφ ) 2
Ru

U dm
Kφ

tăng.

giảm.

1.5: Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập
1.5.1: Khái niệm chung
a Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số
nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó
tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu.
Có
hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ
trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của
cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo
phương pháp thứ hai.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải
thay đổi của động cơ điện.


Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so
với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà
cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều
chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
b Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các
chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
- Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé
hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự
nhiên.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất nmin

mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = n max/nmin.
Trong đó:
 nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
 nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta
chọn nmin làm đơn vị.
Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ
thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
- Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng: β = ∆M/∆n. Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ nghĩa là độ ổn
định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt nhất là
phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ. Hay nói cách
khác β càng lớn thì càng tốt.
- Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh tốc
độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:


γ=

ni
ni +1

Trong đó: ni: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.
ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này hai
cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
- Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc

của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất.
- Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ
thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ
thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị
phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.
1.5.2: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp
trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến động
lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng
cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều
kích từ độc lập.
n=

Ru + R f
U
−
M
KEΦ KE KM Φ2

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta
dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc


khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành
dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
Ukt

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

n0 =
β =

U đm
K E .Φ đm

dM
K K Φ2
=− E M
dn
Ru + R f

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng sẽ
thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi.
Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi.
Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:
n
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Uđm )
U1
U2
U3

MC

Uđm > U1 > U2 > U3
ncb > n1 > n2 > n3
M

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

-

+

Iư


Ckt

Rkt

+

Hình 1.5.3.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment
Φ

điện từ của động cơ M = KM Iư và sức điện động quay của động cơ
Φ

Eư = KE n. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ
nguyên giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta
thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công
suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy
phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện
kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể
giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc độ tăng

lên khi từ thông giảm: n =

β =−

U
K E .Φ

KE KM Φ2
R

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

Độ cứng của đường đặc tính cơ:
ñm > 1 > 2
1
< n2hơn. Nên ta có họ đường

Khi
giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tínhncb
cơ n1
2
đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:
đm

Φ

ncb

M

0 MC M2 M1 Mn
Hình 1.5.3.2: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

-


Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được
tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô
cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D =

nmax
ncb

=

3
1

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc
độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng
điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho
phép.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều
chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn n cb. Phương pháp này được dùng để
điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình điều
chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh
tế.
1.5.4: Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng có
thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương pháp này điện trở phụ
được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:


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

Ru + R f
U
−
M
KEΦ
KE KM Φ2

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện

một chiều kích từ độc lập:

n0 =

U dm
K E Φ dm

= const

;

K E K M Φ 2 dm
β =−
Ru + R f

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta
nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ cứng của đường đặc tính cơ:

β TN = −

K E K M Φ 2 dm
Ru

Sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn, β càng

nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị R f = 0 ta có độ cứng của đường
đặc tính cơ tự nhiên được tính theo công thức sau:

Ta nhận thấy βTN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn
hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng.


U

Eư

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
được giải thích như sau:Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n 1 ta đóng thêm
Rf UKT
vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I ư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ
động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm
theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n cb. Trên thực
tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảy
cấp tức độ bằng phẳng γ xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…
Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:

D=

ncb
n min ≈ ∞

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc ở
tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế
cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:

D=

(2 ÷ 3)
1

+

-

Iư

Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòngRfđiện ngắn
mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để
hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được
Ckt Rkt
dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc +độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục,
thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng
lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi
càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng.

-


1.6: Đảo chiều quay động cơ điện một chiều
Chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mô men, để thay
đổi chiều của mô men ta có thể dùng hai phương pháp sau:
- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều dòng điện trong phần ứng
- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều từ thông, cụ thể là chiều dòng kích từ.

Đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiện
được bằng cả hai phương pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ được dùng phương pháp
đổi chiều dòng điện phần ứng Iư , còn phương pháp đổi chiều quay động cơ bằng cách
đổi chiều dòng kích từ không được sử dụng vì cuộn kích từ có nhiều vòng dây do đó hệ
số tự cảm Lt rất lớn và việc thay đổi chiều dòng điện kích từ dẫn đến sự xuất hiện sức
điện động tự cảm rất cao, gây quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích .
Ngoài ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số không có thể
làm tốc dộ tăng quá, không tốt.


Chương II: BỘ CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY
CHIỀU
2.1: Khái quát chung:
Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển
động cơ. Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra phương án
chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra.
2.1.1: Khái niệm :
Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện
một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
2.1.2: Phân loại:
• Theo số pha: một pha, ba pha, m pha ...
• Theo loại van: diode hoặc thyristor
• Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển.
• Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển.
• Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển
• Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung
2.1.3: Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như
tính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:
-

Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.

-

Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều

thành nguồn một chiều.
-

Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có

chất lượng tốt hơn.
-

Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.


-

Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó

quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.
-

Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy

điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi
tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt...vv.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của bộ

2.2: Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ
* Một số mạch chỉnh lưu:
1. Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển:
a> Sơ đồ nguyên lý:


b> Nguyên lý làm việc
- Với sơ đồ nguyên lý trên khi làm việc các diode chuyển mạch tự nhiên, còn các
thyritstor dẫn dòng tại các thờ điểm kích xung. Trong mạch bán điều khiển khi
α ≥ 600 điện xẽ suất hiện 2 van tẳng hàng dẫn đồng thời. Với trường hợp đang xét
với α = 900 nhận thấy trong các thời điểm:

van T3, D3 đồng thời dẫn dòng.
θ1 ÷ θ2 van T3, D3 ñồng thời dẫn dòng.
θ3 ÷ θ4 van T1, D1 đồng thời dẫn dòng.
θ5 ÷ θ6 van T2, D2 đồng thời dẫn dòng.
Như vậy trong các khoảng thời gian này điện áp trên tải ud = 0; dòng điện id
chảy quẩn trong tải không chảy về nguồn, nên năng lượng được giữ lại trên
tải.
Mạch chỉnh lưu ba pha bán điều khiển có ưu ñiểm là điều khiển đơn
giản, tiết kiệm năng lượng điện. Nhưng nhược điểm là số đập mạch trong toàn
dải điều chỉnh bằng 3; số đập mạch chỉ bằng sáu khi α = 00.
+­Ưu­điểm:­Điện­áp­trung­bình­đầu­ra­lớn­có­thể­cũng­cấp­dòng­và­áp­cho­tải
có­công­suất­lớn.
+­Nhược­điểm:­Giá­thành­cao,­điều­khiển­các­van­dẫn­khó­khăn­và­giá­thành­
cao.
2. Mạch chỉnh lưu hình tia 2 nửa chu kì:
a>­Sơ­đồ­nguyên­lí:

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch
Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin. Khi ñó phía thứ cấp
MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về dấu nhưng ngược nhau về pha.
U21= 2U2 sinωt


U22= 2U2 sinωt
Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 , diode D1 ñược phân cực thuận cho
dòng điện chạy qua. Khi đó u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại.
Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21 , diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại.
Khi đó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải.
Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho
tải trong cả chu kỳ.
+ Ưu điểm: Giá thành giẻ, cấu tạo mạch đơn giản, dễ dàng chế tạo.
+ Nhược điểm: Công suất sau chỉnh lưu nhỏ, không thể điều chỉnh được điện áp…
Kết luận: Tuy còn rất nhiều loại mạch chỉnh lưu biến đổi điện áp, dòng điện một chiều
thành xoay chiều. Nhưng theo yêu cầu của để tài để áp ứng được đề tài thì ta lựa
chọn mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn là hợp lý nhất.
2.2.1: Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha:
• Ưu điểm :
- Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha.
- Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục.
• Nhược điểm:
- Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn)
- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA
- Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ.
a. Sơ đồ nguyên lý:

i1

A
u1

i2

uT1

T1 uT2

itải

T2
R

u2

Ld
B
uT3

uT4
T3

T4

utải

b. Nguyên lý làm việc:

ω
α
2
∞
Giả sử Ld = điện áp phía thứ cấp u2 =
U2 .sin t với góc điều khiển . Xét
mạch đang làm việc ở chế độ xác lập. Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng 0.
Trước thời điểm

ω

t= v1 cặp van T1 và T3 dẫn điện khi đó ta có: uT2 = uT3 = 0; utải=ω
u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0.Đến thời điểm t= v1 cấp xung điều khiển mở
cặp van T1 và T4 lúc này cặp van T1 và T4 sẽ dẫn điện, cặp van T2 và T3 bị phân cực ngược
nên không dẫn điện, khi đó ta có: uT1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = - u2; iT1= iT4= itải; iT2 =
iT3 = 0.
Đến thời điểm

ω

t = π, u2 = 0 có xu hướng âm dần và - u 2 = 0 có xu hướng dương

dần. Tuy nhiên điện áp nguồn lúc này tác động ngược chiều với chiều dẫn dòng của dòng
điện qua tải, cho nên suất điện động cảm ứng do L d tạo ra cho cặp van T1 và T4 tiếp tục
dẫn điện, còn cặp van T2 và T3 chưa dẫn do chưa có xung điều khiển kích mở. Lúc này ta
ω
có: uT1= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT2 = uT3 = - u2 > 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= 0.Đến thời điểm t
α

=π+ phát xung điều khiển mở cặp van T 2 và T3, lúc này cặp van T2 và T3 sẽ dẫn điện
còn cặp van T1 và T4 bị phân cực ngược nên không dẫn điện. Ta có: u T2= uT3 = 0; uT1 = uT4
= u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0.
Đến thời điểm

ω

t =2π, u2= 0 và có xu hướng dương dần, còn - u 2 = 0 có xu hướng

âm dần, tuy nhiên cặp van T2 và T3 sẽ tiếp tục dẫn do suất điện động của cuộn cảm tải tạo
ra để chống lại sự biến thiên của dòng điện. Cặp van T 1 và T4 chưa dẫn điện do chưa có
xung điều khiển kích mở ta có:
uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự như trên.
c. Giản đồ dòng điện, điện áp: