Thiết Kế Hệ Truyền Động TD Có Đảo Chiều Quay Động Cơ Điện Một Chiều Dùng Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha

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

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
TRYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Đề tài :

Thiết Kế Hệ Truyền Động T-D Có Đảo Chiều Quay Động Cơ Điện Một
Chiều Dùng Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Ngọc Ánh

Sinh viên thực hiện

: Trần Văn Tuấn

Lớp

: TĐH K17A

Thái Nguyên

1


Mục Lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU ..........................................7
1.Động cơ điện một chiều................................................................................................ 7
1.1.Khái quát chung .........................................................................................................7

1.2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều..........................................................................7
1.3. Phân loại động cơ điện một chiều ............................................................................9
1.5. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều. ......11
1.6 Chọn động cơ điện và thông số động cơ. ................................................................ 15
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR ..............16
2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor. ......................................................................................17
2.1.3

Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng. ......................................................17

2.2.Tổng quan về chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều. .................................................19
2.2.2.

Phương pháp điều khiển chung : ..................................................................20

Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π ...............................................20
3.1.2. Các thông số của động cơ. ............................................................................28
3.1.3. Tính chọn thyristor. ......................................................................................29
3.1.4. Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu. .................................................................30
3.2. Thiết kế mạch điều khiển. ...................................................................................32
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý................................................................................................ 32
3.2.2. Nguyên tắc điều khiển. .................................................................................32
3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển..........................................................34
3.2.4. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động. ..........................................39
3.3. Tính tốn các thơng số mạch điều khiển. ............................................................ 41
3.3.1. Tính biến áp xung. ........................................................................................42
3.3.2. Tính tầng khếch đại cuối cùng. .....................................................................42
2

3.3.3. Chọn cổng AND. ..........................................................................................43
3.3.4. Chọn tụ C3 và R9. ..........................................................................................44
3.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm. .......................................................................44
3.3.6. Tính chọn khâu so sánh. ...............................................................................45
3.3.7. Tính chọn khâu đồng pha. ............................................................................46
3.3.8. Tính nguồn ni. ...........................................................................................47
3.3.9. Tính tốn máy biến áp nguồn ni và đồng pha...........................................47
3.3.10. Tính chọn điơt cho bộ chỉnh lưu nguồn ni. .............................................48
3.4. Tính chọn các thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực. ...........................................48
3.4.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ. ................................................48
3.4.3. Bảo vệ quá dòng cho van. .............................................................................50
3.4.4. Bảo vệ quá điện áp cho van. .........................................................................51
3.5. Thiết kế cuộn kháng lọc. .....................................................................................52
3.5.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại. ...........................................................52
3.5.2. Xác định các thành phần sóng hài. ............................................................... 53
3.5.3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc. .............................................................. 55
3.5.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc. ..................................................................56
CHƯƠNG 4:ĐÁNH GIÁ VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ..................61
4.1.Tính tốn các thơng số cơ bản .................................................................................61
4.1.1.Các tham số cơ bản ............................................................................................... 61
4.1.2.Hê số khuếch đại của động cơ ..............................................................................62
4.2.Khảo sát chế độ tĩnh của hệ thống ...........................................................................62
4.2.1. Khái niệm chung ..................................................................................................62
4.2.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ở chế độ tĩnh .................................................................62
4.2.3. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống ở chế độ tĩnh ..................................................63
4.2.4. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Routh ..................................64
3


Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 Cấu tạo stato………………………………………………………………….7
Hình 1.2: sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện 1 chiều…………………………………8
Hình 1.3: dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều………………………………………….9
Hình 1.4: Cổ góp và chổi điện………………………………………………………………10
Hình 1.5: Đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện………………………………………..11
Hình 1.6: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song…………………………………11
Hình 1.7: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập……………………………………14
Hình 1.8: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập…………………..15
Hình 1.9: Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập…………………..16
Hình 2.5 : Sơ đồ dạng sóng biểu diễn quan hệ giữa a1 và a2…………………………17
Hình 2.6 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính………………………21
b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến……………………………………..21
Hình 2.7: Sơ đồ cầu chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển
riêng…………………………………………………………………………………22
Hình 3.1 : Sơ đồ mạch động lực của hệ chỉnh lưu cấu ba pha thyris…………………24
Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển thyristor…………………………………………………25
Hình 3.3: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. ……………………………….26
Hình 3.4: Ngun tắc điều khiển thẳng đứng arcoss……………………………………27
Hình 3.5: khâu đồng pha. …………………………………………………………………..28
Hình3.6: Giản đồ của khâu đồng pha……………………………………………………..29
4


Hình 3.7: Khâu so sánh bằng transitor…………………………………………………32
Hình 3.8: Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu…………………………………………33
Hình 3.11 : Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm. …………………………..35
Hình 3.12: Sơ đồ tạo xung chùm tạo bằng mạch khếch đại thuật tốn………………..36
Hình 3.13 Sơ đồ mạch điều hiển…………………………………………………………37
Hình 3.14: Sơ đồ chân của IC 408………………………………………………………37
Hình 3.15: Sơ đồ chân IC TL084. ……………………………………………………….38

Hình 3.16: Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch. …………………39
Hình 3.17: Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới…………………………………..41
Hình 3.18: Mạch hệ truyền động T_D có đảo chiều quay động cơ điện một chiều dùng
chỉnh lưu cầu 3 pha………………………………………………………………………..42

5


Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về
chiều rộng lẫn chiều sâu, điện và các máy điện đóng một vai trị rất quan trọng, khơng
thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con
người. Nó ln đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọn quyết định.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy
phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhấtcủa động
cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải.
Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của
động cơ và chế tạo những máy cơng suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức
tạp vì vậy với vốn kiến thức cịn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không
thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế điều chỉnh tốc độ có đảo
chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng. Đây là một
phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi những tính
năng và đặc điểm nổi bật.
Để trang bị bổ sung thêm kiến thức, trong q trình học tập mơn Truyền Động
Điện, em có nhận được đề tài: Thiết kế hệ truyền động điện T-Đ có đảo chiều quay
động cơ điện một chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha.“ do thầy giáo Nguyễn Ngọc
Ánh hướng dẫn cùng các thầy (cô) giáo trong khoa Cơng Nghệ Tự Động Hóa. Tuy
nhiên do kiến thức và trình độ cịn hạn hẹp nên trong q trình làm đồ án em khơng
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 (cơ) giáo cùng tồn thể các bạn để bài báo cáo của em có

thể hồn thiện hơn.

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.Động cơ điện một chiều
1.1.Khái quát chung
Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm
vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt. Vì một số ưu điểm như
vậy như vậy nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp,
trong giao thông vận tải…
1.2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
➢ Stato (phần tĩnh)
Stato còn gọi là phần cảm, lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ, vừa là vỏ máy,
mặt trong có gắn các cực từ chính và cực từ phụ. Dây quấn cực từ chính được đặt trên
các cực từ chính và nối nối tiếp nhau. Dây quấn cực từ phụ được đặt trên các cực từ
phụ (giữa các cực từ chính), thường nối tiếp với dây quấn rơto (phần cảm) để cải thiện
đổi chiều.

Hình 1.1 Cấu tạo stato
➢ Rơto (phần quay)
+ Lõi thép: Có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn
cách điện, ghép lại. Trên các lá thép có dập lỗ thơng gió và rãnh để đặt dây quấn rơto
+ Dây quấn: Dây quấn rôto gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng, có
cách điện với nhau và với lõi thép. Dây quấn rôto được đặt trong các rãnh của lõi thép
rôto thành 2 lớp: lớp trên và lớp dưới. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, mỗi
phần tử có nhiều vịng dây, hai đầu nối với hai phiến góp. Hai cạnh tác dụng của phần
tử dây quấn đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên. Vì trong mỗi rãnh có hai lớp
nên nếu cạnh tác dụng này của phận tử đặt ở lớp trên của một rãnh, thì cạnh tác dụng

7


kia được xếp ở lớp dưới của một rãnh khác. Dây quấn phần ứng tạo thành các mạch
nhánh gồm nhiều cạnh tác dụng của các phần tử ghép lại. Dây quấn phần ứng có nhiều
kiểu: dây quấn xếp (có xếp đơn và xếp phức tạp), dây quấn sóng (có sóng đơn và sóng
phức tạp), dây quấn hỗn hợp (kết hợp giữa dây quấn xếp đơn giản và sóng phức tạp).
Hình 1.2a, b vẽ bốn phần tử dây quấn xếp hai lớp, mỗi phần tử có một vịng. Hình 1.2c
vẽ các phần tử được nối thành vịng kín tạo thành mạch nhánh song song. Hình 1.3a, b
vẽ hình dạng phần tử dây quấn sóng và cách nối hai phần tử dây quấn sóng..

a

b

c

Hình 1.2: sơ đồ ngun lý cấu tạo động cơ điện 1 chiều

a

b

Hình 1.3: dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều
+ Cổ góp và chổi điện.
Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng
hình trụ, gắn ở đầu trục. Hình 1.4-a vẽ cắt cổ góp để dễ thấy rõ hình dạng các phiến
góp, hình 1.4-c vẽ một phiến góp. Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit hình
1.4-b. Các chổi thanh tì chặt lên cổ góp nhờ lị so và giáchổi điện gắn trên nắp máy.

8


a

b

c

Hình 1.4: Cổ góp và chổi điện
➢ Các bộ phận khác:
-

Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội động cơ. Cánh quạt lắp trên động
cơ, khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngồi vào động cơ. Gió đi qua
vành góp, cực từ, lõi sắt và dây cuốn rồi qua quạt gió ra ngồi làm nguội
động cơ.

-

Trục động cơ: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
Thường được làm bằng thép cacbon tốt.

1.3. Phân loại động cơ điện một chiều
-

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có cuộn kích từ được cấp điện từ
một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.

-

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: có cuộn kích từ mắc nối tiếp với
cuộn dây phần ứng

-

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 dây quấn kích từ là dây
quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp

1.4. 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 q 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 cịn lại
năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ.
- Khi có dịng 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 dịng điện trên
9


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.
- Cơng suất ứng vói mơmen 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 mơmen điện từ .
• Iư : Dịng điện phần ứng .
• Eư : Suất điện động phần ứng .
• ω : Tốc độ góc phần ứng ; và

ω = 2. .n

.

60

Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
- Phương trình đặc tính cơ điện : 𝝎 =
- Phương trình đặc tính cơ:

𝝎=

𝐔
𝐊𝛗

𝐔
𝐊𝛗

−

−

𝐑

𝐊𝛗

I

𝐑
(𝑲𝝋𝟐 )

𝑴

Sơ đồ ngun lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ :

Hình 1.5: 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.
10


- Việc với tốc độ khơng đổi thì mơmen 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 mơmen cản của phụ tải .

1.5. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều.
- Khi nguồn điện một chiều có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng đổi thì mạch
kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi động cơ
kích từ song song.
–

+
Uư

Ikt
Iư

Ckt

Rktf

E
←

Rf

Hình 1.6: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song.
- Khi nguồn điện một có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ mắt vào
hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập.
_

+

Uư
Iư
Ikt

E
←

Rf

Ckt

Rkt

Ukt
+

_

Hình 1.7: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.
Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như là giống nhau, nên ta xét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động
cơ điện kích từ độc lập.

11


- Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (7) ta viết được
phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau:
Uư = E + (Rư + Rf). Iư ;

(1-2)

Trong đó:
• Uư: Điện áp phần ứng (V);
• E: Suất điện động phần ứng (V);
• Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω);
• Rư: Điện trở ủa phần ứng (Ω);
• Với Rư = rư + rcf + rcb + rtx ;
Trong đó:
+ rư: Điện trở dây phần ứng (Ω);
+ rcf: Điện trở cực từ phụ (Ω) ;

+ rcb: Điện trở cuộn bù (Ω) ;
+ rtx: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω);
- Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
E=

P.N
. Φ. ω = KΦ. ω
2. .a

(1-3)

Trong đó:
• p: Số đơi cực từ chính ;
• N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng;
• a: Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng;
• ω: Tốc độ góc (rad/s);
• Φ: Từ thơng kích từ chính một cực từ (Wb);
• Đặt K =

P.N
: Hệ số kết cấu của động cơ.
2. .a

- Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì:
E = K C . .n và  =

2. .n
n
;
=

60
9,55

12


Vì vậy: Eu =

P.N
K
. .n = K C . ..n =
. .n = 0,105.K ..n
60.a
9,55

Trong đó: Kc: Hệ số sức điện động của động cơ.
Từ các phương trình trên ta có:

=

U u,

−

K .

R

+ Rf

u,

K .

.I u

(1-4)

Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Mặt khác ta có mơmen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu
thức:
Mdt = K. Φ. Iư ;
M dt
, thay Iư vào (1-4) ta có
K .

Suy ra Iư =

ω =

(1-5)

U u,
K .

−

Ru , + R f
( K . ) 2

. Mdt ;

(1-6)

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi mơmen cơ
trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M: Mdt = Mcơ = M;
Suy ra: ω =

U u,
K .

−

Ru , + R f
( K . ) 2

.M;

(1-7)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác.
ω = ω0 - ∆ω ;

(1-8)

Trong đó:
• ω0 =
• ∆ω =

U u,
K .

; Gọi ω0 là tốc độ không tải lý tưởng.

Ru , + R f
( K . )

2

.M=

Ru ,


. M; Gọi ∆ω là độ sụt tốc.
( K . ) 2

13


Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ Φ = const, thì các phương
trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên đồ thị là những đường thẳng.
Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì: M cơ = Mdt ± ∆M;
ω

ω0

ωdm

0
Idm

Inm

Iư

Hình 1.8: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập.
Theo đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì ta có: ω = ω0 =

U u,
K .

, lúc này động cơ đạt

tốc độ khơng tải lý tưởng.
Cịn khi ω = 0 thì ta có:
Iư =
Và

U u,
Ru , + R f

= Inm ;

M = K. Φ. Inm =Mnm;

(1-9)

(1-10)

Với Inm, Mnm: Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

14


ω
ω0
ωdm

0

Mdm

Mnm

M

Hình 1.9: Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.6 Chọn động cơ điện và thơng số động cơ.
Chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập với các thông số sau:
Loại

Pđm (kw) Uđm (V)

Iđm (A)

nđm (v/p) R ()

L (H)

Gh2
(kgm2)

 - 31

1,5

220

8,7

1500

2,775

0,0961

0,085

15


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR
2.1.Hệ Chỉnh Lưu THUYRISTOR Động VÀ THYRISTOR.
2.1.1Giới thiệu về thyristor.
Thyristor là linh kiện gồm bốn lớp bán dẫn là P1-N1-P2-N2 liên tiếp tạo
nên ba cực : anôt A, catôt K, và cực điều khiển G (Gate). Tại ba vị trí tiếp xúc
nhau của các lớp P1-N1-P2-N2 tạo ra các lớp tếp giáp J1, J2, J3.

Về lý thuyết có hai loại thyristor :
- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anốt.
A

A

P1
N1
P2

G

N2

Hình 2.1: Ký hiệu và cấu trúc thyiristor.
- Thyiristor kiểu P hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng P gần
catơt .
- Hoạt động của thyristor:
+ Thyristor khoá nếu UAK < 0 và sẽ vẫn khoá nếu ta cho UAK
>0.
+ Thyristor chuyển trạng thái tư khoá sang dẫn nếu đồng thời đảm bảo hai
điều kiện UAK > 0 và có dịng điều khiển IG đủ mạnh ( về công suất và thời gian ).
Khi thyristor đã dẫn nếu ngắt dòng điều khiển đi ( cho IG = 0 ) nó sẽ vẫn dẫn chừng
nào dòng điện qua van còn lớn hơn một giá trị gọi là dịng điện
duy trì.
-Trong thực tế người ta thường sử dụng thyristor kiểu N nhiều hơn. Còn về
mặt cấu trúc thyristor được tạo nên từ một đĩa silic đơn tinh thể loại N có điện trở
suất rất cao. Trên lớp đêm bán dẫn loại P có cực điều khiển bằng dây nhôm. Các
chuyển tiếp được tạo nên nhờ kỹ thuật bay hơi của gali. Lớp tiếp xúc giũa anôt và
16

catơt làm bằng đĩa mơlipdem, tungsten có điểm nóng chảy gần bằng silic.Cấu tạo
dạng đĩa để dễ tản nhiệt.
2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor.
Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi bộ biến đổi van điều khiển để biến đổi năng
lượng điện xoay chiều thành điện một chiều để cung cấp cho các động cơ điện một
chiều . Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu tức là thay đổi
góc mở α của thuyristor.
Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động T - Đ là tác động nhanh không gây ồn ào
và dể tự động hố, do các van bán dẫn có hệ số khếch đại cơng suất cao, điều đó rất
thuận tiện cho việc thiết lập cho hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao
chất lượng đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống.
Nhược điểm chủ yếu là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu
của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong van buộc phải dùng hai bộ
biến đổi để cung cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay.
2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.
Để điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện một chiều cần có thiết bị
nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển..
Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành điện
một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Udk. Vì
nguồn có cơng suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở
trong Rb và điện cảm Lb ≠ 0.

Hình 2.2 : Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập của điều chỉnh
điện áp phần ứng của động cơ điện một chiều
Chế độ xác lập có thể viết phương trình đặc tính của:
17

Eb – Eư = Iư.(Rb + Rd),
𝜔=

𝐸𝐹
𝑅𝑏 + 𝑅𝑑
−
.𝐼
𝐾Ф𝑑𝑚
𝐾Ф𝑑𝑚

𝜔 = 𝑤𝑜(𝑈𝑑𝑘 ) −

𝑀
||

Vì từ thơng của động cơ được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
Udk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác
định được dải điều chỉnh tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ tự nhiên,
là đặc tính ứng vói điện áp định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dãi điều chỉnh bị giới hạn
bỏi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen tải là định mức thì giá
trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
𝜔 = 𝜔0min −

𝑀dm
||

Để thoả mãn khã năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dãi điều chỉnh phải có mơmen
ngắn mạch là: MnmMin = Mcmax = Km.Mdm
Trong đó : Km là hệ số q tải về mơmen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song

song nhau, nên định nghĩa đặc tính cơ có thể viết :
𝜔 = (𝜔nmmin − 𝑀dm )
𝜔0max−𝑀dm
||

𝐷=
(𝐾

M−1.

𝑀dm ) .
||

1
𝑀dm
=
. (𝐾𝑚 − 1)
||
||

𝜔0max. ||
𝑀dm
=
𝐾M−1.

Với một cơ cấu máy cụ thể các giá trị ω0max, Mdm, Km là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện
áp động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp
khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được: ω0max.| β|
/Mdm ≤ 10, vì thế có đặc tính mơmen khơng đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh khơng

vược q 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dãi điều chỉnh vè độ chính xác duy trì
18


tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ hở trên là không thoả mãn.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của truyền động một
chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các
đặc tính cơ trong tồn dãi điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá
trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dãi điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc
tính cơ thấp tại dãi điều chỉnh mà sai số tốc độ khơng vược q giá trị cho phép thì hệ
truyền động làm việc với sai số ln nhỏ hơn vói sai số cho phép trong toàn bộ điều
chỉnh. Sai số tương đối ở đặc tính cơ thấp nhất là:
S=

𝜔0min−𝜔min
𝜔0min

=


𝜔0min

Vì các giá trị Mdm , ω0min, S là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu
của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số khơng vược q giá trị cho phép. Để làm việc
này trong đa số các trường hợp cần xây dựng hệ truyền động kiểu vòng kín. Trong q
trình điều chỉnh áp thì từ thơng được giữ ngun, do đó mơmen tải cho phép của hệ sẽ
là không đổi: Mcp = K.Φ.Idm = Mnm.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mơmen nằm trong hình chử nhật bao bởi những
đường thẳng ω = ωdm, M = Mdm là các trục toạ độ

2.2.Tổng quan về chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều.
2.2.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-D đảo chiều :
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ.
- Giữ ngun dịng kích từ và đảo chiều dịng phần ứng nhưng được phân ra
bốn sơ đồ chính :
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng
19


cách đảo chiều dịng kích từ.
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng
công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi ).
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung.
Tuy nhiên, mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng
loại tải, trong phần này ta chọn bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song
ngược điều khiển chung, bởi nó dùng cho dãi cơng suất vừa và lớn có tần số đảo
chiều cao và
thực hiện đảo chiều êm hơn.Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được
mà cịn có thể hãm tái sinh.
2.2.2.Phương pháp điều khiển chung :
Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2, đấu song song ngược với nhau và các
cuộn kháng cân bằng Lc. Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc
nghịch lưu.
Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π
Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng luôn
khác chế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một
chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) cịn mạch kia ở chế độ nghịch lưu. Vì
hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau.
Ut = Ud1 = U d2 ;

(2-13)

Nếu dịng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0.cosα1 ;
Ud2 =
Ud0.cosα2 ; Vậy : Ud0.cosα1 = Ud0.cosα2 ;
Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 1800 ;
Nếu α1 là góc mở đối với G1, α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị
α1 và α2 phải được thực hiện theo quan hệ :
α1 + α2 = 1800 ;
Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính

20


Hình 2.3 : Sơ đồ phối hợp tuyến tính của α1 và α
Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1 = 0 → 90 ,
Ud1 > 0, bấy giờ α2 > 90 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu,𝑈𝑖2 < 0.
𝑈𝑑1 = 𝑈0 𝑐𝑜𝑠 𝑎1 > 0
𝑈𝑑2 = 𝑈0 𝑐𝑜𝑠 𝑎2 < 0
Cả hai điện áp Ud1 và Ui2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M. Động cơ chỉ có thể
“nghe theo” Ud1 và quay thuận. Động cơ từ chối Ui2 vì các thyristor khơng thể cho
dịng chảy từ catơt đến anơt
Khi α1 = α1 = 90, thì Ud1 = Ui2 = 0, động cơ ở trạng thái dừng.

21


Hình 2.4: Sơ đồ mạch động lực của hệ chỉnh lưu cấu ba pha thyristor hệ T-Đ
Giả sử uc là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM quay thuận ta cho

𝑈𝑐 = 𝑈𝑐1
α1 = 300 , α2 = 1800 − α1 = 1500 , U𝑑1 =

√3
√3
𝑈0 , U𝑑2 = −
𝑈,
2
2 0

G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn G2 chuẩn bị sẵn sàng để làm việc ở chế độ nghịch
lưu. Nếu bây giờ cần giảm tốc độ động cơ, ta cho uc = uc2 , các góc mở:
α1 = 600 , α2 = 1800 − α1 = 1200 , U𝑑1 =

1
1
𝑈0 , U𝑑2 = − 𝑈0 ,
2
2

Lúc này, do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn cịn giữ ngun trị
só ứng với trạng thái trước đó, E > U’d1 → bộ biến đổi G1 bị khoá lại
Mặt khác E > |U’d2| nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ
thuộc, trả năng lượng tích luỷ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều. Dòng điện

22


phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống đến
giá trị ứng với U’d1.

Nếu cho điện áp điều khiển uc < 0 thì G2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn
G1 sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
Vậy bằng cách thay đổi điện áp điều khiển uc ( uc > 0 hoặc uc < 0 ) ta sẽ thay
đổi được góc mở α1 và α2:
+ Nếu uc > 0 thì α1 < 900 , α2 > 900 dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 làm việc ở chế
độ chỉnh lưu, còn bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc kết quả là
làm cho động cơ quay thuận ωT. + Nếu uc < 0 thì α1 > 900 , α2 < 900 dẫn đến bộ
chỉnh lưu G1 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, còn bộ biến đổi G2 làm việc ở
chế độ chỉnh lưu, kết quả là làm cho động cơ quay theo chiều ngược ωN.
Đặc điểm của chế độ đảo dịng đang xét là có một dịng điện lúc thì chảy từ G1
vào G2, lúc thì chảy từ G2 vào G1 mà không qua mạch tải. Người ta gọi dịng điện này
là “ dịng điện tuần hồn ”.
Dịng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các thyristor làm việc nặng nề
hơn. Để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng bốn điện cảm Lc (như hình 2-12).
Như thế sẽ làm tăng cơng suất đặt và giá thành hệ thống. Tuy nhiên phương pháp điều
khiển chung cho phép điều chỉnh nhanh tối đa.
-Xác định dòng điện tuần hoàn Icc.

23


Hình 2.5 : Sơ đồ dạng sóng biểu diễn quan hệ giữa a1 và a2
Xét trường hợp 𝑎1 = 300 , 𝑎2 = 1800 − 𝑎1 = 1500 ,Trong khoảng θ1 đến θ3:
có T1 và T6’, T2 và T5’ dẫn dịng,nhưng anơt T5’ và catơt T2 có cùng một điện thế,
khơng có dịng chảy từ T5’ sang T2. Chỉ có dịng tuần hồn chảy từ G1 vào G2 qua T1
và T6’. Điện áp tuần hoàn trong khoảng này là :
𝑈𝑐𝑐12 = 𝑈2𝑎 − 𝑈2𝑏 = √6𝑈2 sin ((θ + π/6)
Nếu chuyển toạ độ từ 0 sang 02 ta có:
𝑈𝑐𝑐12 = −√6𝑈2 sinθ = 2. 𝑋𝑐

𝑑𝑖𝑐𝑐12
𝑑θ

24


𝑖𝑐𝑐12 =

√6. 𝑈2
. 𝑐𝑜𝑠θ + C
2𝑋𝑐

Khi θ = 𝑎1 , 𝑖𝑐𝑐12 = 0 ta có:
𝑖𝑐𝑐12 =

√6. 𝑈2
. (𝑐𝑜𝑠θ − cos θ)
2𝑋𝑐

Tiếp tục xét các khoảng khác, kết quả nhận được cho phép ta kết luận : hoàn 𝑖𝑐𝑐12 chảy
G1 vào G2, và ba xung dịng điện tuần hồn icc12 chảy từ G2 vào G1.
Trị trung bình của dịng điện tuần hoàn :
3 𝑎1 √6. 𝑈2
3√6. 𝑈2
∫
𝐼𝑐𝑐 =
(cos θ − 𝑐𝑜𝑠𝑎1)𝑑θ =
. (𝑠𝑖𝑛𝑎1 − 𝑎1𝑐𝑜𝑠𝑎1)
2 −𝑎1 2. 𝑋𝑐
2𝑋𝑐

Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α1 + α2 = π + ξ. Đây là kiểu điều khiển phối
hợp khơng hồn tồn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phi tuyến ξ và ta có :
α1 + α2 = π + ξ ; Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α1 và α2 một cách phi tuyến.

Hình 2.6 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính.
b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến

25