Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ đông cơ một chiều sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
Đề tài: Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ đông cơ một chiều sử dụng bộ
biến đổi chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

Sinh viên thực hiện

: Trần Quốc Hùng

Lớp

: KTĐCN_K15

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền

Thái Nguyên, tháng

năm 2020


LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện
nay, vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề
cấp bách hàng đầu. Cùng với sự phát của một số ngành như điện tử, công
nghệ thông tin, nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển
vược bậc. Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ biến, có thể
thay sức lao động con người, đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt.
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học, đặc biệt là
khoa học công nghệ, điện tử tự động hóa đã cho phép con người thoả mãn về

những nhu cầu cần thiết. Cùng với sự phát triển đó thì yêu cầu về trình độ cũng
như kĩ năng đối với mỗi người kỹ sư Tự Động Hóa cũng ngày càng khắt khe.
Để trang bị bổ sung thêm kiến thức , trong quá trình học tập môn Truyền
Động Điện, em có nhận được đề tài: “Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ động
cơ điện một chiều sử dụng bộ biến đổi cầu một pha có điều khiển”.
Trong quá trình học hỏi và và làm đồ án em được sự giúp đỡ tận tình của
cô giáo Th.s Nguyễn Thị Thu Hiền cùng các thầy (cô) giáo trong khoa Tự
Động Hóa.Tuy nhiên do kiến thức và trình độ còn hạn hẹp nên trong quá trình
làm đồ án em không khỏi mắc phải những thiếu sót và hạn chế. Vậy em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến, nhận xét của các thầy (cô) giáo cùng toàn
thể các bạn để bài báo cáo của em có thể hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Trần Quốc Hùng


Chương 1.
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.

Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.

Trong nền sản hiện nay, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn
điện xoay chiều thông dụng.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy
được dung nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh
tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thong vận tải …..mà điều quan trọng là các

ngành công nghiệp đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều.
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có nhược điểm nhất định của nó
như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt, sử dụng nhiều loại kim loại
hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp…Nhưng do nhưng ưu điểm của nó
nên máy điện một chiều vẫn có tầm quan trọng nhất định trong sản xuất.
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 10.000 kW,
điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V. Hướng phát triển hiện nay là cải
tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy và chế tạo những
máy công suất lớn hơn.
1.2.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
1

2
3
4
5
6

8
9
10

7

Hình 1.1: Mặt cắt dọc động cơ điện .


Cấu tạo:

1- võ máy ( gông từ )

7- lõi sắt phần ứng

2- cực từ chính

8- rãnh phần ứng

3- dây quấn cực từ chính

9- răng phần ứng

4- cực từ phụ

10- má cực từ

5- dây quấn cực từ phụ
6- dây quấn phần ứng
1.2.1. Phần tĩnh (stator): Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm
các bộ phận chính sau:
- Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự từ và và
dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng nhữnh lá
thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm
sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ .Các cuộn dây kích từ đặt trên các
cực từ này nối nối tiếp vói nhau .
-Cực từ phụ : cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều .Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ
phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính . Cực từ phụ
dược gắn vào võ nhờ những bulông .

-Gông từ : gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đôngf thời
làm võ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn
lại . Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc .Có khi trong máy điện nhỏ dùng
gang làm võ máy .
-Các bộ phận khác: nó gồm có các bộ phận
+ Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng
dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy điện nhỏ và
vừa , nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi . Trong những trường hợp này
nắp thường làm bằng gang .


+ Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu
chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên
cổ góp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá .
Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ . Sau
khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại .
1.2.2. Phần quay (roto): Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ
phận sau:
- Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm
thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai
lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá
thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên,người ta còn dập những lỗ
thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc
trục.
+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng
đoạn nhỏ. Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang
trục, khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt.
+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
- Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện

chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn. Trong máy điện vừa
và lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn
thận vói rãnh của lõi thép.
Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre,gỗ hay bakelit.
- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều,dùng để đổi
chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
- Các bộ phận khác : Gồm có cánh quạt và trục máy .


+ Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy . Máy điện một chiều
thường chế theo kiểu bảo vệ . Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió .Cánh quạt lắp
trên trục máy ,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy . Gió đi qua
vành góp , cực từ , lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy .
+ Trục máy : Là phần 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.

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của
dòng một chiều thành cơ năng . Trong quá trình biến đổi đó , một phần năng
lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và
mạch kích từ , phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động
cơ .
- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn
phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh . Từ trường này có tác dụng tương hổ
lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho
roto quay . Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu

thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng . Điều này làm cho lực từ tác
dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay
theo một hướng .
- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất
điện từ và bằng :
Pdt = M . ω = Eư .Iư

;

(1-1)

Trong đó : M : là mômen điện từ ;
Iư : Dòng điện phần ứng ;
Eư : Suất điện động phần ứng ;
ω : Tốc độ góc phần ứng và ω =

;

Động cơ điện một chiều kích từ đọc lập.
- Phương trình đặc tính cơ điện :
- Phương trình đặc tính cơ:

I

(1-2)
(1-3)


Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình 1-2 :

Hình 1.2 Đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện

* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao . Khi động cơ làm
việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục động
cơ . Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc
tính mômen cản của phụ tải .
- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ như
sau :
o Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ .
o Phương pháp thay đổi từ thông .
o Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng .

Chương 2.


CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện
trở phụ Rf.
Giả thiết Uư = Udm = const và Φ = Φdm = const
Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát
= -M= -M

(2-1)

Tốc độ không tải lý tưởng : 0 = = const;
Độ cứng đặc tính cơ : = = -

(2-2)
(2-3)

Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách
mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ. Khi thay đổi điện trở
phụ Rf thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 = cont, còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf
như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố
định là ω0. Ta thấy khi điện trở phụ Rf = 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với
đường đặc tính cơ tự nhiên, còn khi Rf càng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ
cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ
của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 2-1.

Hình 2.1 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay
đổi điện phụ của mạch phần ứng..

Ta có : 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < ….. thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > ….nhưng nếu
ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ M c dẫn đến động cơ sẽ


quay không được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0, đến bây
giờ ta có thay đổi Rf thì động cơ vẫn không không quay nữa. Do đó phương
pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để.

Hình 2.2 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện
trở phụ phần ứng

Vậy ứng vói một phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm
càng giảm, cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng
điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ
của động cơ.
Giả thiết điện áp phần ứng:
Uư = Udm=const
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:
= - M= - M

(2-4)

ω = ω0 - ∆ω;
Trong trường hợp này tốc độ không tải : =
Độ cứng đặc tính cơ : = -

(2-5)
(2-6)

Ta thấy rằng thay đổi từ thông Φ thì ω0 và ∆ω đều thay đổi theo, Dẩn đến ω
thay đổi theo. Vì vậy ta sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (Do
độ cứng đặc tính cơ β giảm ) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ,


với tải như nhau thì tốc độ càng khi giảm tư thông Φ.
Như vậy : ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>…….thì ωdm < ω1 < ω2 <……, nhưng nếu
giảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho
phép, hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi, do dòng phần ứng tăng cao,
hoặt để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và
như vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẩn đến
động cơ bị quá tải.

Hình :2.3 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cánh thay đổi từ thông Φ.

Hình :2.4 : Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi từ thông Φ.

2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
của động cơ.
Giả thiết từ thông Φ = Φdm = const, khi ta thay đổi điện áp phần ứng
theo hướng giảm so với Udm.


Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:
= -M

(2-7)

→ ω = ω0 - ∆ω ;
Tốc độ không tải :
=

(2-8)

Hình 2.5 :Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi Uư.

Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì ω0 thay đổi còn ∆ω = const, vì vậy ta
sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Nhưng muốn
thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra, thường
là dùng các bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi có thể là:
+ Bộ biến đổi máy điện: Dùng máy phát điện một chiều (F), máy điện
khếch đại (MĐKĐ).
+ Bộ biến đổi từ: Khếch đại từ ( KĐT ) một pha, ba pha.

+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẩn: Các bộ chỉnh lưu (CL), các bộ băm
điện áp ( BĐA ), dùng transistor và thuyistor.


Hình 2.6 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Uư.

Ta thấy rằng, khi thay đổi điện áp phần ứng (giảm áp) thì mômen ngắn mạch
Mnm , và dòng điện ngắn mạch I nm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng
với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều
chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
 Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện
áp đặt lên phần ứng động cơ.
Vì nó có những đặc điểm như sau :
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ :
n
u ®k

bb®

®c

nomax =no1
no2
no3
no4
nomin =no5

ckt

m

Hình 2-7 : Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ
(2-9)

Khi U giảm thì tốc độ giảm
cũng giảm khi U giảm .
= const .
Dải điều chỉnh lớn :

(2-10)


Trong đó Kqt : hệ số quá tải Kqt < 2
Độ trơn điều chỉnh :

(2-11)

* Nhận xét :
- Đây là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh
triệt để , nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi
không tải lý tưởng , phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá
tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít.
- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều
khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao .
- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch
tĩnh
- Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất
phản kháng và bằng hằng số ( Mc = const ) .
2.4 Phân tích, lựa chọn phương pháp hãm dừng động cơ.
- Hãm nhằm mục đích dừng hệ, giảm tốc hoặc giữ cho hệ thống đứng

yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động.
Với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm:
-

Hãm tái sinh.

-

Hãm ngược.

-

Hãm động năng.

Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan
trọng. Đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích
từ độc lập.
Hãm động năng kích từ độc lập :
Khi động cơ đang quay,muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc
lập,ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện
trở hãm, còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ.
Khi hãm động năng kích từ độc lập,năng lượng chủ yếu được tạo ra do
động năng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ ở mạch kích từ.


Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập:

Hình 2-8 : Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập

Chương 3.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
3.1 Tính chọn mạch động lực.
3.1.1 Sơ đồ mach động lực hệ chỉnh lưu cầu 1 pha.


Hình 3-1 :Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu 1 pha thyristor

3.1.2 Giản đồ điện áp

Hình 3-2 : Giản đồ điện áp

2.1.3 Nguyên lý làm việc của sơ đồ
Ta xét nguyên lý làm việc của sơ đồ trong trường hợp giả thiết phụ tải có
Ld=, và xem rằng sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm ta bắt đầu xét.
Với đồ thị điện áp nguồn và giá trị góc điều khiển  như trên hình 1-28a, ta có
nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:


Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trước thời điểm t=1= thì trong sơ
đồ hai van T3 và T4 đang dẫn dòng. Tại t=1= thì 2 van T1 và T2 đồng thời
có tín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp trên 2 van này đều thuận(uT1=uT2=u2) do
vậycả 2 van cùng mở. Hai van T1,T2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về
bằng không và ta có: ud=u2; uT3=uT4=-u2 và tại t=1= thì u2>0 ,tức là
T3,T4 bị đặt điện áp ngược và khoá lại . Từ thời điểm này (t=1) trong sơ đồ
chỉ có 2 van T1 , T2 dẫn dòng. Khi 2 van T1, T2 làm việc thì:
ud = u2 ; uT1 = uT2 = 0 ; uT3 = uT4 = -u2 ;
iT1 = iT2 = id = Id ; iT3 = iT4 =0 ;
Đến t= thì u2=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động
ngược với chiều dòng qua T1 và T2, đồng thời trên T3 và T4 lúc này có điện áp
thuận nhưng T3 và T4 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển , vì vậy mà T1 và

T2 tiếp tục dẫn dòng bởi s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu hướng
giảm. Do T1 và T2 vẫn mở nên các biểu thức áp và dòng trên các phần tử của sơ
đồ vẫn giữ nguyên như trên.
Tại t=2=+ thì T3 và T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển,trên 2 van
đang có điện áp thuận nên T3 và T4 cùng mở. Hai van T3, T4 mở nên sụt điện
áp trên chúng giảm về bằng không và ta có:

ud= -u2 ; uT1=uT2=u2 và tại

t=2=+ thì u2 < 0 , tức là T1, T2 bị đặt điện áp ngược và khoá lại. Từ thời
điểm này (t=2) trong sơ đồ chỉ có 2 van T3, T4 dẫn dòng . Khi 2 van T3, T4
cùng làm việc thì:
ud= -u2; uT1= uT2= u2 ;uT3=uT4=0 ;
iT1=iT2=0;iT3=iT4= id=Id ;
Đến t=2 thì u2=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương và nó tác
động ngược với chiều dòng qua T3 và T4 , đồng thời trên T1 và T2 lúc này có
điện áp thuận nhưng T1 và T2 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển, nên
s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong Ld vẫn làm cho T3 và T4 tiếp tục dẫn dòng.


Đến t=3=2+ thì T1 và T2 lại đồng thời có tín hiệu điều khiển và T1 và
T2 lại cùng làm , T3 và T4 bị đặt điện áp ngược và khoá lại. Từ thời điểm này
sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ t=1=.
Giai đoạn t=0  1 có thể suy ra từ giai đoạn t=2  3 do tính chất lặp đi
lặp lại khi sơ đồ làm việc, ta thấy rằng nó hoàn toàn phù hợp với giả thiết ban
đầu là T3 và T4 dẫn dòng.
Tóm tắt sự làm việc của sơ đồ trong hơn 1 chu kỳ như sau:
+ Từ t=0  t=1 và từ t=2t=3 thì 2 van T3 và T4 dẫn dòng:
ud= -u2; uT1= uT2= u2 ; uT3=uT4=0 ;
iT1=iT2=0; iT3=iT4= id=Id ;

+ Từ t=1t=2 thì 2 van T1 và T2 dẫn dòng:
ud=u2; uT1=uT2=0 ; uT3=uT4=-u2 ;
iT1=iT2=id=Id ; iT3=iT4=0 ;
Dòng điện cuộn dây thứ cấp và sơ cấp được xác định như sau:
i2=iT1-iT4=iT2-iT3 ; i1 = i2/ kba .
Đồ thị dòng và áp một số phần tử trong sơ đồ được biểu diễn trên
hình 3-3.


Hình 3-3 : Đồ thị dòng và áp một số phân tử trong sơ đồ


3.1.4. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực.

Hình 3-4 : Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
3.2 Tính và chọn mạch điều khiển.
3.2.1 : Sơ đồ nguyên lý
Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu : Về nguyên tắc mỗi
Tiristor có một kênh . Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu cầu 1 pha 4T thì
cần 4 kênh.
- Sơ đồ khối :


Hình 3-5: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

+Khối đồng bộ hoá ( ĐBH ) : Thông thường sử dụng biến áp và điện áp này
được gọi là điện áp đồng bộ hoá .
Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạo
xung điều khiển . Cực tính , pha , cuộn dây thay đổi dễ dàng .
+ Khối tạo sóng răng cưa ( SRC ) : Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh

với điện áp điều khiển . Việc so sánh ấy được gửi tới khối 3 . Điện áp thường
được tạo ra dưới dạng sóng .
+ Khối so sánh ( SS) : So sánh điện áp tựa ( điện áp răng cưa ) với u đk , giao
điểm hai điện áp này xác định góc mở a . Như vậy đầu ra của khối so sánh này
xác định góc điều khiển .
+ Khối tạo xung ( TX ) : Xác đinh độ rộng , độ dốc , công suất xung ( biên độ )
thoả mãn để mở T .
Khối phân chia xung ( PCX ) : Dẫn xung đến các T . Thông thường dùng BAX
cuộn sơ bên TX và cuộn thứ bên T .
Tuy nhiên khi thiết kế ta thường ghép lại thành 3 khối .
- Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa
- Khối 1: Khối so sánh
- Khối 3: Khối tạo xung (TX)


- U1 : Là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu
- Urc: Là điện áp tựa thường có hình răng cưa
- Uđk: Là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị
góc mở .
- UđkT : Điện áp điều khiển Thiristor là chuỗi các xung điều khiển được lấy từ
đầu ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katot (k)
của Thiristor
* Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng, có thể
được tóm tắt như sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh
lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng
bộ ta có điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp
cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp
nguồn, điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu U đb. Các điện áp
đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc
của mạch này, kết quả là đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa ta có hệ thống

điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng
bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa U rc. Các điện áp răng cưa được đưa
vào đầu vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu điện áp khác nữa là điện
áp điều khiển chiều điều chỉnh được và đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này được
mắc vào cực tính sao cho tác động của chúng nên mạch và khối so sánh là
ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại
những thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối so
sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy, khối so sánh là một mạch điện hoạt động
theo nguyên tắc biến đổi tương tự số do tín hiệu ra của mạch so sánh là dạng tín
hiệu số nên chỉ có hai giá trị có hoặc không. Tín hiệu trên đầu ra khối so sánh là
các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của U rc. Nếu thời điểm bắt đầu xuất
hiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của U rc được sử dụng, điều
đó có nghĩa là tại thời điểm ở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp
răng cưa thì trên đầu ra của khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện


áp.Từ đó ta thấy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh
bằng cách thay đổi giá trị của Uđk khi giữ nguyên Urc. Trong một số trường hợp
thì xung ra từ khối so sánh được đưa đến cực điều khiển của Thiritor, nhưng
trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ các yêu cầu cần
thiết đối với tín hiệu điều khiển Thiristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta
thực hiện khuếch đại thay đổi hình dáng của xung. Các nhiệm vụ này được thực
hiện bởi một mạch gọi là mạch tạo xung.
Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu hoặc sơ đồ hình tia nhiều pha ta có nhiều Thiristor để
tạo ra tín hiệu điều khiển cho nhiều van trong hệ thống điều khiển có hai
phương pháp:
- Sử dụng nhiều mạch phát xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều có các
khối giống nhau và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lưới (khác pha) đặt vào
mạch đồng bộ. Mỗi mạch phát xung được dùng để tạo xung điều khiển cho một
van hoặc một số van mắc nối tiếp hoặc mắc song song. Mạch điều khiển loại

này gọi là mạch nhiều kênh phát xung cho một van gọi là một kênh điều khiển.
- Người ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng cưa,
một khối so sánh. Như vậy xung đầu ra của khối so sánh thường có tần số gấp n
lần tần số nguồn (n = q) lúc đó để có n (hay q) kênh xung khác nhau có tần số
bằng tần số nguồn thì trong khối tạo xung phải có thêm một mạch điện làm
nhiệm vụ phân chia xung điều khiển loại này gọi là mạch điều khiển một kênh.
3.2.1. Thiết kế mạch
3.2.1.1. Sơ đồ đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa.
Khối đồng bộ hoá : Để lấy tín hiệu đồng bộ hoá với tín hiệu điện áp
thuận đặt lên tiristor hiện nay dùng các máy biến điện áp có tổ nối dây Y/∆ hoặc
∆/Y ,Y/Y
Mạch phát sóng răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng
hình răng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra
mạch phát xung. Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch
phát ra một hệ thống xung điều khiển xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn


xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, kỹ thuật điện tử chỉ ra rằng để tạo
điện áp răng cưa phù hợp với tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp
cho bộ chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến
thiên cùng tần số -> Mạch đồng bộ hóa sẽ đảm nhận chức năng này.
Trong thực tế người ta có thể thiết kế khối tạo sóng răng cưa từ nhiều
phần tử linh kiện bán dẫn khác nhau : như sử dụng các tranzitor kết hợp IC thuật
toán ,hay sử dụng các điốt với tụ.
- Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa:

Hình 3.6 : Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa

Giới thiệu sơ đồ:
- Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá

- Phần tạo điện áp răng cưa sử dụng : điốt, transitor, các điện trở, tụ điện. Để
tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của khếch đại
thuật toán .
- Nguyên lý làm việc của sơ đồ:
Trong sơ đồ này ta dùng khếch đại thuật toán ghép với tụ C thành một mạch
tích phân. Nguyên lý hoạt động của khâu này như sau: Giả thiết Tr khoá tụ C
được nạp bằng dòng điện đầu ra của khếch đại thuật toán , dòng nạp tụ được
xác định ic = i1+iv. Nếu khếch đại thuật toán là lý tưởng thì điện trở vào của
nó bằng vô cùng dẫn đến iv- và iv+ = 0, do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/
(wR+R) =I=consst. Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp bởi
dòng không đổi.


Vậy ta có: ωt = 0 thì uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn
đến đi ốt D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá tụ C được
nạp dòng không đổi. Điện áp trên tu tăng dần theo quy luật tuyến tính. Đến
ωt= π và bắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện
nhanh qua Tr đến điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến ωt = 2π. Tại
ωt =2π điện áp đồng bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở Tr khoá
tụ C được nạp điện.
Với giả thiết khếch đại thuật toán là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô
cùng lớn.Vậy nếu khếch đại thuật toán đang ở chế độ KĐ tuyến tính thì giữa
hai đầu vào được xem như bằng không (uv= 0). Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc.
Tức là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C.
- Đồ thị điện áp răng cưa như sau :

Hình 3.7 : Đồ thị điện áp răng cưa

- Do điện áp răng cưa là điện áp ra của khếch đại thuật toán nên có nội trở
rất nhỏ vì vạy

điện áp ra không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa.
Với sơ đồ này dung lượng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 μF. Vì vậy cho tụ
chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và
điện áp ra rất gần với điện áp răng cưa lý tưởng.
3.2.1.2. Mạch so sánh.
Để tạo ra một hệ thống có tính chu kỳ và độ rộng xác định và cùng tần số với
điện áp lưới cung cấp cho mạch lực và điều khiển được sự xuất hiện của mỗi


xung thì phải qua bộ so sánh ,so sánh điện áp răng cưa tạo ra từ bộ FSRC với
điện áp điều khiển Uđk (hay còn gọi là điện áp mẫu ) trong một chu kỳ điện áp
nguồn cứ khi nào biên độ hai điện áp này bằng nhau thì điện áp đầu ra khối so
sánh lậy trạng thái từ mức 0 nên mức 1 hay ngược lại.và cần chú ý hai điện áp
này ngược cực tính nhau.
- Sơ đồ khâu so sánh:

Hình 3.8 : Mạch so sánh

Hình 3.9 : Giản đồ khâu so sánh.

3.2.1.3. Mạch tạo xung.
Đối với sơ một đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và
tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách
chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thyristor. Nguyên tắc phát
xung chùm là trước khi vào tầng khếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng AND
(&) với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình