Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor - Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống truyền động
Thyriotor - Động cơ một
chiều cho máy doa ngang
2620, truyền động ăn dao

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 1 -
Thiết bị điện điện tử


NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp:
Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor
Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao
II. Các số liệu ban đầu:
Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: U
đm
= 220
v
, P
đm
= 2,7 Kw, d
đm
=
1500
V
/ph, P
O

= 4% P
đm
, η

đm
= 0,86.
Lưới đơn xoay chiều 220/380
V
- 50Hz
Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000
Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%.
III. Nội dung các thuyết minh và tính toán;
1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor
3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực
4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở
5/ Thiết kế mạch
điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu
moodul.
IV. Các bản vẽ đồ thị:
05 bản vẽ Ao



LỜI NÓI ĐÀU
Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất
yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành
công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy
điện một chiều nói riêng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,
đặc biệt là động cơ điệ
n một chiều được dùng nhiều trong các ngành như cán thép,
hầm mỏ, giao thông, vận tải…. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao,
bảo dưỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhưng do các đặc tính ưu việt về
tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy

điện khác khó có thể có được. Cùng với ưu điểm về khởi độ
ng, đổi chiều quay và
có thể chịu quá tải cao, những ưu điểm quan trọng trên với sự phát triển của kỹ
thuật điện tử bán dẫn đã khắc phục được sự hạn chế về nguồn một chiều và công

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 2 -
Thiết bị điện điện tử


nghệ điều khiển động cơ một chiều cũng hiện đại hơn góp phần tích cực trong nền
công nghiệp sản suất.
Với tầm quan trọng của công nghệ điều khiển tự động động cơ một chiều
nói trên, em chọn đề tài này mong muốn được hiểu biết một phần trong công nghệ
điều khiển tự động, để sau khi ra trường em có thể
góp một phần nhỏ xây dựng nền
công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 06 phần:
• Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao
• Phần 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập
• Phần 3: Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyistor
• Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạ
ch động lực.
• Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor vòng hở.
• Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phương pháp 02 mạch vòng
tối ưu Module.
Em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn
Cao Văn Thành.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hướng dẫn em tận tình.
Do thời gian và trình độ củ
a bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhưng
đồ án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo các thầy cô để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.




PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620,
TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO


I. KHÁI NIỆM
Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt
bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác
nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công
Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại.

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 3 -
Thiết bị điện điện tử


II. MÁY DOA NGANG
Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan
lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính
xác và độ bóng cao.

Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình
dạng của máy được mô tả như sau:











Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá
đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch
chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ
máy. Ụ trục chính có thể chuyển động theo
chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo
phương ngang.
Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển
động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di
chuyển dọc của trục chính mang đầu dao.
III. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY DOA
1.. Truyền động chính:
Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với
công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần
phải hãm dừng nhanh.

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 4 -
Thiết bị điện điện tử


Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng
bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ
điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng.
2.. Truyền động ăn dao:
Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1.
Lượng ăn dao
được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di
chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph.
Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi
khi tốc độ trục chính thay đổi.
Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống
truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm
b
ảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động.







PHẦN II - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU.

I. KHÁI NIỆM CHUNG:
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện,

tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục
động điện.
Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay
động cơ, người ta xây dựng nên đặc tính ω = f (M) gọi là đặc tính cơ.
II. -
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

Từ sơ đồ này ta có phương trình cân bằng
điện áp của mạch phần ứng:
U
ư
= E
ư
+ R
ư
I
ư
(1-1)
U
ư
: Điện áp phần ứng (V)
E
ư
: Sức điện động phần ứng (V) Hình 1
R
ư
: Điện trở của mạch phần ứng (Ω)

U
ư

U
KT

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 5 -
Thiết bị điện điện tử


Sức điện động E
ư
được xác định bởi biểu thức :

ωω
π
Φ=Φ= K
a
pN
E
u
2
(1-2)
Trong đó:
P: Số đôi cực
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb)
ω : Tốc độ góc (rad/s)
a

pN
K
π
2
=
hệ số cấu tạo động cơ


Từ (1-1) và (1-2) ta có

Φ
−
=
K
IRU
uuu
ω
(1-3)
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức:
M
đt
= KΦ I
ư
(1-4)
Từ đó ta có M
đt

KΦ
Thay vào (1-3 ) ta được:
U

ư
R
ư
M
đt

KΦ (KΦ)
2

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ
U
ư
R
ư

KΦ (KΦ)
2

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Đồ thị của phương trình (1-6)
- Cắt trục hoành tại
U
ư

R
ư

- Cắt trục tung tại
I
ư

=

ω = - (1-5)
ω = - M (1-6)
M
nm
= KΦ

ω
ω
O

Δω
M
nm
M

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 6 -
Thiết bị điện điện tử


U
ư

KΦ Hình 2
- Độ dốc của đường đặc tính:
R

ư
M
(KΦ)
2
ω
O
: Tốc độ không tải lý tưởng
Δω: Độ sụt tốc
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:

1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau:
* Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và
thường được tính theo %:
ω
đ
- ω
ω
đ

Trong đó: ω
đ
: Tốc độ đặt
ω : Tốc độ làm việc thực
* Độ trơn: Được định nghĩa:
ω
i + 1


ω
i

Trong đó: ω
i + 1
:
Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1)
ω
i
:
Giá trị tốc độ ổn định đạt được ơ cấp i
* Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ
làm việc ứng với momen tải đã cho:
ω
max


ω
min

Dải điều chỉnh căn cứ vào M
đm
và M
nm

Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu
khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và
đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến

Hình 3

ω
O
=
Δω =

s% = 100%

ϒ =

D =
ω
TN
M
đm
M
nm
=(1,5-2)M
đm
M

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 7 -
Thiết bị điện điện tử

2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập:
* Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng
Nguyên lý:
Chúng ta đưa thêm điện trở phụ
vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng
lên → thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ)


Phương trình cơ bản
U
ư
(R
ư
+ R
f
)
KΦ (KΦ)
2

ω = ω
O
- Δω

Ta thấy khi chưa có R
f
tốc độ là
tốc độ định mức tương ứng với đường
ĐTC tự nhiên. Khi thêm R
f1
đường ĐTC Hình 5

chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêm R
f2
ĐTC càng dốc. Nó bị
chận dưới tại ω
nm
và chặn trên tại ω
đm

Phương pháp này ω
O
không đổi, Δω được thay đổi liên tục.
Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp → đặc tính và
tốc độ nhảy cấp.
* Ưu, nhược điểm:
Ta thấy: Công suất nhận từ lưới U
ư
I
đc
= M
ω
+ (R
ư
+ R
f
)I
2
đc
= M
ω
+ R

ư
I
2
đc
+ΔP
f

- Khi thấy R
f
càng tăng → ΔR
f
tăng → tổn hao điện trở phụ lơn → tính kinh
tế không cao
- Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện
nay không sử dụng phương pháp này
* Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ:
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điề
u khiển từ thông của
động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ

Ư
R
f

K1 K2
KT
Hình 4
ω = - M

ω

ω
đm


ω
1

ω
2


ω
nm
TN


R
f1



R
f1
+R
f2

M
nm

M

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 8 -
Thiết bị điện điện tử


M = KΦ.I
ư

Và sức điện động quay của động cơ: E
ư
= KΦω
Φ: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm Φ bằng cách thêm điện trở.

Hiện nay cuộn dây kích từ được cấp
Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay
đổi ta thay đổi dòng kích từ I
KT
tỉ lệ với Φ
e
k
dΦ

r
b
+ r
k

dt
Trong đó:
r
b
: Điện trở dây quấn kích thích
r
b
: Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6
ω
k
: Số vòng dây quấn của dòng kích thích.
Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ
định mức.
Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện.
Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển
chuy
ển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất
nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức:






(KΦ)
2

K
ư

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ
Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định
mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão
hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều
chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào
thông số kết cầu của máy điện
I
k
= + ω
k

L
k
(U
đk
Φ) Φ
I
k
ω
k
β
Φ
= hay β
*
Φ
= (Φ
*
)
2
→ kết quả ta có điện tích cảm ứng

M M
dm
M I
ω ω
ω
max
ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên
φ
2
φ
1
φ
đm
+ -
I
E
r
k
W
k
r
bk
I
k


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 9 -

Thiết bị điện điện tử


k
kb
k
C
rr
C
iC ⋅
+
==Φ .
Hình 8
* Đánh giá:
- Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ÷ 3) ω
đm
, lý thuyết có thể
tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi.
- Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự
nhiên → sai số nhiều hơn
- Độ trơn: ϕ : Φ được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá
nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiể
n liên tục bởi đường
kích từ chỉ chiếm (2÷5)%I.
- Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển
tốc độ động cơ bằng Φ chỉ áp dụng loại có tải P không đổi.
* Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng:
Nguyên lý:
Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (U
ư

) động cơ điện một
chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ
biến đổi, v..v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều
thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi U
đk
. Các bộ phận có
R
b
và L
b
.
Hình 9



Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập
ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:
E
b
- E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ưđ
)
E

b
R
b
+ R
ưđ

KΦ
đư
KΦ
đư

M
⎪β⎪
Vì từ thông của động cơ được giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc
tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện
áp U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông
cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mứ
c. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị
giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là
định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là :

BBĐ


Đ
LK

U
đk
E
b
(U
đk
) U E
ư

R
b
R
ưđ
ω = - I
ư

ω = ω
O
(U
đk
) -

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 10 -
Thiết bị điện điện tử

M
đm

⎪β⎪
M
đm

⎪β⎪
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh
phải có momen ngắn mạch là:
M
nmin
= M
c max
= K
M
.M
đm

Trong đó K
M
là hệ số quá tải về moomen
Vì đặc tính là những đường song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng
điều khiển có thể viết
1 M
đm

⎪β⎪ ⎪β⎪
M
đm

ω
Omax
. ⎪β⎪
⎪β⎪ M
đm

(K
M
- 1).M
đm
/⎪β⎪ K
M
- 1









Hình 10
Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn
bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại
đặc tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ
thấp nhất của d
ải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép
thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép.
Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là:

ω
Omin
- ω
min
Δω M
đm
ω
Omin
ω
Omin
⎪β⎪ . ω
Omin
Nếu các giá trị M
đm
, ω
Omin
, s
CD
là xác định thì có thể tính được giá trị tối
thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép
ω
max
= ω
Omax
-

ω
min
= ω
Omin

-

ω
min
= (M
nmmin
- M
đm
) = (K
M
- 1 )

ω
Omax
- - 1
D = =

ω


ω
Omax
ω
max


ω
Omin

ω

min


ω
đk1

ω
đk i



M,I
M
đm
M
nmmin
s = = s = ≤ ϕ


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 11 -
Thiết bị điện điện tử


trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích được giữ
nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không đổi
M
C

= KΦ
đm
.I
đm
= M
đm

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đường
thẳng ω=ω
đm
, M=M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng là tổn hao trong
mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E
ư
+ I
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
I
ư
E
b
= I

ư
E
ư
+ I
2
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
Nếu đặt R
b
+ R
ưđ
= R thì hệ số biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:
I
ư
E
ư
ω
I
ư
E
ư
+ I
2
ư
R ω + [ MR/(KΦ
đm

)
2
]







Hình 11
* Nhận xét:

- Giải điều khiển có thể đạt 5 ÷ 10, nếu đường đặc tính càng dốc thì giải điều
khiển càng phức tạp.
- Bộ biến đổi có điện trở càng lớn thì sai số càng nhiều.
- Độ trơn ϕ: Các bộ phận biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường
dòng điều khiển bé.
- Đối với động cơ
điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao
công suất ít.
- Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao,
chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức.





η
ư

= =

ω ω
M 1 η
ư
1
x=0
x=-1

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 12 -
Thiết bị điện điện tử









PHẦN III - KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU DÙNG THYRISTOR

I. CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ
1/ Sơ đồ mạch điện
2/ Nguyên lý: Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp
xoay chiều U
1

= U
1m
sinωt thì thứ cấp biến áp cảm ứng
một điện áp xoay chiều U
2
= U
2m
sinωt. Tại nửa chu kỳ Hình 12
đầu A có điện thế (+) hơn đầu B, ta có điện áp thuận (+) đặt trên Anode và điện thế
(-) đặt vào Katode của Thyristor. Nếu ta cấp xung điều khiển tại góc mở α nào đó
thì Thyristor sẽ dẫn dòng điện qua tải. ở nửa chu kỳ sau A(-) và B(+), lúc này có
điện thế ngược đặt trên Thyristor, lúc này Thyristor chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khóa, nửa chủ
kỳ tiếp theo khi A(+) và B(-), lại có xung điểu khiển cho
Thyristor , Thyristor lại dẫn tuần tự như trên, ở sơ đồ này có điện áp đập mạnh.
3/ Đồ thị điện áp sẽ có dạng như sau:



Hình 13
Từ đó điện áp trung bình ( đối với tải thuần trở)

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=

2
cos1
α
dcd
UU
(V)
α : Góc mở van
U
d
: Điện áp trung bình
U
do
: Điện áp chỉnh lưu khi α =0 với U
do
= 0,45U
2
(V)
Điện áp ngược van phải chịu: U
NV
= √ 2 U
2
(V)
Hệ số sử dụng biến áp: S
ba
= 3,09.U
d
i
d

U

U
1
U
2

R L
T


α
1
α
2
ωt
π 2π 3π 4π

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 13 -
Thiết bị điện điện tử


Nhận xét: Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản,
tuy vậy các chất lượng điện áp kỹ thuật như chất lượng điện áp 1 chiều, hiệu suất
sử dụng biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế.

II. CHỈNH LƯU CẢ CHU KỲ VỚI BIẾN ÁP CÓ TRUNG TÍNH
1/ Sơ đồ mạ
ch điện
2/ Nguyên lý:
Tại nửa chu kỳ đầu: Khi A(+), B(-) ta cấp
xung điều khiển cho T1 có dòng tải đi từ A qua T1
đến E qua L,R về F.
Nửa chu kỳ sau: Khi A(-), B(+) ta cấp xung
điều khiển cho T2 có dòng tải đi từ B qua T2 , đến E
qua L, R về F. Hình 14
Như vậy có dòng qua tải trong 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều
3/ Đồ thị






Hình 15



- Điện áp trung bình tính trên tả
i khi tải thuần trở:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛
+
=
2
cos1
α
dcd
UU
(V)
Với U
do
: Điện áp chỉnh lưu không điều khiển
U
do
= 0,9 U
2
(V)
- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục
U
d
= U
do
. cosα (V)
- Điện áp ngược mà van phải chịu

U
1
B T2
AT1
F R L E

U
2



U
2

0

t1

t2 t3
Ud

Id
I1

I2
t
t
t
t

0
t1 t2 t3
Ud
Id
I1
I2

t
t
t
t
b. T¶i R-L
a: T¶i R

p1 p2p3
UT1 UT1
Hính 15

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 14 -
Thiết bị điện điện tử


U
nv
= 2√ 2 U
2
(V)
- Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:

dv
II
2
1
=

- Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,48 I
d
.U
d

Nhận xét: Sơ đồ này chất lượng điện áp tốt hơn so với chỉnh lưu 1/2 chu
kỳ nhưng phải chế tạo biến áp trung tính và 2 cuộn dây W
1
và W
2
giống nhau.
III. CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA
1/ Sơ đồ mạch lực
2/ Nguyên lý hoạt động
Tại nửa chu kỳ đầu, điện áp Anốt của T1 (+),
lúc đó Katốt D1 âm (-), nếu có xung điều khiển cho
van T1, đồng thời thì các van này sẽ được mở Hình 16
thông để dẫn điện áp lưới lên tải, điện áp tải 1 chiều còn bằng điện áp xoay chiều
chừng nào các Thyristor còn dẫn
Nửa chu kỳ sau: Điện áp đổi dấu, Anốt của D2(+), lúc này Katốt T2(-), nếu
có xung điểu khiển cho van T2, đồng thời thì các van này mở thông, dẫn điện áp
lưới lên tải.
Với sơ đồ này ta nhận được điện áp và dòng trên tải và van ở dạng sau:

3/ Đồ thị:








T2 T1
D1 D2
R L
d


0
t1 t2 t3
Ud
Id
IT1
IT2
ID1
ID2
t
t

t
t
t
t
b.

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 15 -
Thiết bị điện điện tử



Hình 17
- Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
2
cos1
α
dcd
UU

(V)
- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục

U
d
= U
do
. cosα (V)
Với U
do
= 0,9 U
2

- Điện áp ngược mà van phải chịu
U
nv
= 2√ 2 U
2
(V)
- Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:

dv
II
2
1
=

- Công suất máy biến áp:
S
ba

= 1,48 I
d
.U
d
= I
d
.U
d



III. SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỆN ÁP 3 PHA
1. Sơ đồ mạch điện.
2. Nguyên lý hoạt động
Ba pha điện áp a,b,c dịch pha nhau một
Góc 120
0
, theo các đường cong điện áp pha, ta
có chênh lệch điện áp của 1 pha dương hơn 2
pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (120
0
)
Nguyên tắc mở thông và điều khiển của van ở đây là khi Anốt của van này
dương hơn van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của 2 van giao nhau
được coi là góc mở thông tự nhiên. Các thyristor chỉ được mở thông với góc mở
nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên.
Như vậy ta thấy trong chỉnh lưu 3 pha, góc mở nhỏ nhất α = 0
0
sẽ dịch pha 1
góc là 30

0

3/ Đồ thị điện áp và dòng điện


π
2√2





A B C
a b c R
T1 T2 T3 L
Ud

Id
t1 t2 t3 t4
t

0


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 16 -
Thiết bị điện điện tử

- Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải
U
d
= U
O
. cosα Với U
do
= 1,17 U
21

U
21
: Điện áp pha thứ cấp biến áp
- Điện áp ngược pha van phải chịu:
U
NV
= √ 6 U
21

- Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp:
I
hd
= I
d
/√ 3
- Dòng điện qua van là:
I
V
= I
d
/ 3
- Công suất máy biến áp:
S
6a
= 1,35 U
d
I
d

Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chất lượng điện áp
1 chiều tốt hơn, biên độ đập mạch thấp hơn và số lần đập mạch trong một chu kỳ
nhiều hơn, việc điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn
giản.
Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng 1 chiều cho nên lõi sắt máy biến áp
chóng b
ị bão hoà
Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao cho co dây trung tính (Υ
0
) và dây

trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha.
V. CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA
1/ Sơ đồ mạch điện
2/ Nguyên lý hoạt động
Dòng chạy qua tải là dòng chạy từ
pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm


A B C
T2 a b c T1
T4 T3

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 17 -
Thiết bị điện điện tử


cần mở Thyristor chúng ta cần cấp 2 xung
điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm
Anốt <+>,một xung ở nhóm Katốt <->).
Nhóm Anốt gồm 3 Thyristor T1, T3, T5
tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho
điện áp (+).
Nhóm Katốt gồm Thyristor T2, T4, T5
Tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho
điện áp (-). Hình 20
Hai nhóm này ghép lại thành cầu 3 pha điều khiển đối xứng
Ví dụ: Tại thời điểm T1 cần mở T1 c

ủa pha A phía Anốt, ta cấp xung điểu
khiển X1 đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho T4 của pha B phía Katốt.
Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuần
tự theo đúng thứ tự pha.
X anốt X Katốt
α
1
T1 T4
α
4

T2 T3
α
3

T3 T6
α
6

T4 T5
α
5

T5 T2
α
2

T6 T1
3. Đồ thị điện áp và xung điều khiển

Khi cần xung điều khiển, sẽ
có dòng 1 chiều chạy từ pha có điện
áp (+) hơn về pha có điện áp thấp
hơn. Khi góc mở van nhỏ hoặc tại
điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn
của 1 van ở nhóm này sẽ có hai van
ở nhóm kia đỗi chỗ cho nhau.
ABCA
X1
X3
X5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Ud
Uf
I1
I3
I5
0

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 18 -
Thiết bị điện điện tử








Hình 21
- Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải
U
d
= U
do
. cosα Với U
do
= 2,34 U
2

- Điện áp ngược pha van phải chịu:
U
NV
= √ 6 U
2f
Với U
2f

= U
d
/ √3 (V)
- Giá trị dòng hiệu dụng chạy trong mỗi Thyristor:
I
hd
= I
d
/√ 3
- Dòng điện hiệu dụng của tứ cấp máy biến áp

d
II
3
2
2
=

- Công suất máy biến áp:
S
6a
= 1,05 U
d
I
d

Nhận xét: Hiện nay chỉnh lưu cầu 3 pha là cơ sở để có chất lượng điện áp
tốt nhất, hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt nhất. Nhưng đây cũng là sơ đồ phức tạp
nhất.
+ Công suất MBA:

S
BA
= 1,05 . I
d
. U
d

* Các sơ đồ chỉnh lưu ở trên dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được
khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và
phức tạp. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn
cao và logic điều khiển chặt chẽ.
VI. TRUYỀN ĐỘNG TIRISTO - ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY.
Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều.
- Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Trong thực tế các sơ
đồ đảo chiều đều thực hiện theo 1 trong 2 nguyên tắc trên và phân ra 5 loại sơ đồ
chính:

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 19 -
Thiết bị điện điện tử


a. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo
chiều dòng kích từ.

b. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công
tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông φ không đổi)

c. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.

d. Truy
ền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngược điều khiển chung
u
cl
1
cl
2
kt
L
U
t

n

n

t

~
kt


L

U
s

L
KT

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 20 -
Thiết bị điện điện tử



e. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung:

Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu
cầu công nghệ
- Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều
- Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp
- Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiề
u lớn
- Loại d,e: Dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao
So với 3 loại trên thì nó đảo chiều êm hơn nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu
tư và tổn thất lớn hơn.
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển có thể chia làm 2 loại chính điều khiển
riêng và điều khiển chung
u
kt
u
kt

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 21 -
Thiết bị điện điện tử


* Truyền động đảo chiều điều khiển riêng
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ
phát xung điều khiển vào 1 bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều
khiển
Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ
1
và BĐ
2
có các mạch phát xung điều khiển tương ứng là
FX
1
và FX
2
. Trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín
hiệu logic b
1
và b
2
. Quá trình hãm và đảo chiều có thể được mô tả bằng đồ thị thời
gian.

Trong khoảng thời gian 0 ÷ t
1
, BĐ
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc α
1
<
2
π

còn bộ BĐ
2
khoá. Tại t
1
phát lệnh đảo chiều bởi i
Lđ
, góc điều khiển
α
1
tăng đột biến
đến lớn Rơn
π

/2, dòng phần ứng giảm dần về 0. Lúc này cắt xung điều khiển để
khoá BĐ
1
, thời điểm t
2
được xác định bởi cảm biến dòng điện không SI
1
. Trong
khoảng thời gian trên t = t
3
– t
2
BĐ
1
bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt
tiêu. Tại t
3
, đông cơ I vẫn còn dương, tín hiệu logic b
2
tính cho FX
2
mở ĐB
2
với
góc
α
2
>
π
/2 và sao cho dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ

được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm
α
2
phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì
dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện
bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 22 -
Thiết bị điện điện tử



Trên sơ đồ của khối logic LOG, i
Ld
, i
1L
, i
2L
là các tín hiệu logic đầu vào; b
1
, b
2
là
các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển
i
Lđ
= 1 phát xung điều khiển mở BĐ

1

L
iđ
= 0 phát xung điều khiển mở BĐ
2

i
1L
(i
2L
) = 1 có dòng chạy qua BĐ
1
(BĐ
2
)
b
1
(b
2
) = 1 khoá bộ phát xung FX
1
(FX
2
)
* Truyền động đảo chiều kiểu chung:
Hình bên là 1 ví dụ về hệ Tisisto động cơ đảo chiều điều khiển chung, tại 1 thời
điểm có cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung mở nhưng chỉ có 1 bộ biến đổi cấp
dòng cho nghịch lưu, còn bộ biến đổi lưu làm việc ở chế độ đợi.
t

t
0
1
i
L®
t
1
0
t
i
t
2
t
0
t
i
1L
t
0
i
2L
t
0
b
1
1
1
1
t
0

1
b
2

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 23 -
Thiết bị điện điện tử



Đặc tính điều khiển của BĐ
1
là dòng I, đường II là của BĐ
2
. Giả thiết
α
1
<
π
/2;
α
2

<
π
/2 sao cho
21 dd
EE ≤

thì dòng điện chỉ có thể chảy từ BĐ
1
sang động cơ mà
không thể chảy từ BĐ
1
sang động cơ mà không chảy từ BĐ
1
sang BĐ
2
được. Để đạt
được trạng thái này thì góc điều khiển phải thoả mãn điều kiện:
α
2

≥

π
-
α
1
hay
β
2

≤α
1


Nếu tính góc chuyển mạch
μ

và góc khoá
δ
thì giá trị lớn nhất của góc điều khiển
của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lưu phải đợi là
α
max
=
π
- (
μ
max
+
δ
)
Giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh
lưu là:
α
min

≥

μ
+
δ

i
ii
i
d1
L

CB
K
CB
i
cb
E
L
R
B§
2
I
cb
L
CB
L
CB
i
d1
B§
1
a
b
c
Ii
i
1
0
-1
1
E

d/E
α

o
E
α

2
β
2

α
1
>E
α

1
(α

1
)
α
2
Π/
2
α
min
α
2
max

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


- 24 -
Thiết bị điện điện tử


Nếu chọn
21 dd
EE =
thì
α
1
+
α
2
=
π
và ta có phương pháp điều khiển chung đối
xứng, lúc này dòng điện trong mạch vòng giữa 2 bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng
điện trung bình chảy vòng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu:
I
cb
=
0
21
=
+
cb

dd
R
EE

Trong đó R
cb
là điện trở trong mạch vòng cân bằng
Trong thực tế điều khiển, thường dùng phương pháp điều khiển chung không đổi
xứng, tức là
α
2
>
π
-
α
1
, khi đó
21 dd
EE
>
và không có dòng cân bằng
Trong các phương pháp điều khiển chung, mặc dù đã đảm bảo
2d
E
≥

1
E
tức là
không xuất hiện giá trị trung bình của dòng cân bằng, song giá trị tức thời của sđđ

các bộ chỉnh lưu C
d1
(t), C
d2
(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay
chiều của dòng điện cân bằng. Để hạn chế biên độ dòng cân bằng thường dùng các
cuộn kháng cân bằng L
cb