Đồ án 1 BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điốt không (D0)

NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Số liệu và yêu cầu như sau:
1. Phụ tải MC = hằng số mang tính chất phản kháng
2. Động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph
3. BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điốt khơng (D0)
4. Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1.


MỤC LỤC

2


DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay , trên tất cả các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng ở đó
các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp , nông nghiệp
và cả trong lĩnh vực sinh hoạt . Các nhà máy , xí nghiệp đã ứng dụng ngày càng nhiều
những thành tựu của công nghiệp điện tử công suất . Ứng dụng Điện tử công suất
trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và
ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công
nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm .
Đồ án với đề tài: “”
Mặc dù em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi và quyết
tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần đầu tiên em làm đồ án, và đặc biệt do nhận thức về
thực tế của em còn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót, em mong
nhận được sự phê bình góp ý của các thầy, cơ để có thể được hiểu rõ hơn các vấn đề
trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế của nó.
Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo
trong bộ môn và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của cơ Nguyễn Thị Thành đã giúp em

hoàn thành đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn cô và hi vọng cô sẽ giúp đỡ chúng
nữa trong việc học tập của em sau này.

3


CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1. PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
Để thiết kế hệ thống truyển động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứ
vào đặc điển của công nghệ của nó, căn cứ cào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương
án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động
khác nhau. Mỗi phương án điều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương
án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được
các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là
quan trọng hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như
tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tùy thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của
sản phẩm ta chọn cho hệ thống truyền động nhằm đưa ta một hệ thống đảm bảo yêu
cầu mong muốn.
 Ý nghĩa:
Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa rất quan trọng. Nó liên quan
đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất. Nếu
như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng xuất làm việc, hạn chế được những
hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn.
Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn khơng đúng và nó cịn gây ra tổn thất
không ngờ trước.
 Phương án lựa chọn:
- Muốn chọn được hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đưa ra các
phương án có thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá những ưu
nhược điểm mà chọn cho hợp lý.
- Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra nhiều phương

án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai phương diện kinh tế
và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất. Phương án tối ưu nhất là phương
án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật
và chi phí thấp nhất.

4


Theo yêu cầu đề bài động cơ là loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập nên ta có các
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như sau:
- Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng.
- Thay đổi điện áp cấp vào mạch phần ứng.
- Thay đổi từ thơng kích từ.
1.1.1. Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Hình 1. 1. Sơ đồ ngun lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Phương trình đặc tính cơ:

U đm
ω=

−

K Φ đm

Ru
( K Φ đm ) 2

(1.1)

Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với các thông số như sau:
- Uư = Uđm

(1.2)

- Φ = Φđm
-

=

ư

+

(1.3)
(1.4)

f

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần
ứng. Khi đó sẽ ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ. Cụ thể đến các thơng số đặc
tính cơ như sau:

+ Tốc độ khơng tải lý tưởng:
+ Độ cứng đặc tính cơ: ư

5

U đm

ω
0

=

KΦ đm

= const

(1.5)


=

dM
dω

−

=

1
dM
dω

−

=

( K Φ đm ) 2

Ru + R f

(1.6)

Khi Rf càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc, ứng với Rf = 0 ta có đặc
tính cơ tự nhiên.

βTN = −

( K Φ đm ) 2
Ru

(1.7)

βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có đặc tính cơ cứng hơn tất cả các đặc
tính cơ có điện trở phụ.
Kết luận:
• Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f ta có họ đặc tính cơ biến trở có dạng như
hình 1.1. Ứng với phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn tốc độ động cơ càng
giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch và momen ngăn mạch càng giảm.
• Người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và
điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.
1.1.2. Thay đổi điện áp cấp vào mạch phần ứng
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý

6

Trong đó:
BBĐ: là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều và điều chỉnh sức điện động Eb của nó theo yêu cầu.
R: là điện trở mạch phần ứng.
Rư: là điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị.
b) Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song
với nhau như hình 3

Hình 1. 3. Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng
c) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
U đm
Ru
−
K Φ đm ( K Φ đm ) 2
Phương trình đặc tính cơ: ω =

(1.8)

Ta xét đến ảnh hưởng của điện áp phần ứng với các thông số như sau:
- Uư = var
- Φ = Φđm
- R = Rư = const

7


Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm các thơng số đặc tính cơ như sau:
U đm

+ Tốc độ không tải ω0x =

KΦ đm
−

+ Độ cứng đặc tính cơ =

= var

(1.9)

( K Φ đm ) 2
Ru

= const

(1.10)

+ Moomen ngắn mạch Mnm = KΦIư, moomen ngắn mạch giảm dần khi ta giảm điện
áp phần ứng.
Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
+Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mơmen ngắn mạch, dịng điện
ngắn
mạch của động cơ 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 dịng điện khi khởi động.
1.1.3. Thay đổi từ thơng kích từ.
a) Sơ đồ nguyên lý

8

b) Dạng đặc tính cơ

Hình 1. 4. Đặc tính cơ điện
c) Ảnh hưởng của từ thông
+Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập chính là điều chỉnh
mơmen điện từ của động cơ M = KΦI ư và điều chỉnh sức điện động quay E=KΦ ω
của động cơ. Do kết cấu của máy điện nên ta thương giảm từ thông Φ.
Ta xét ảnh hưởng của từ thông với các thông số như sau:
- Uư = Uđm
- R = Rư = const
- Φ = var
Để thay đổi từ thơng Φ, ta phải thay đổi dịng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc
ở mạch kích từ của động cơ. Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ
thơng kích từchỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thơng định mức. Các thơng số
đặc tính cơ thay đổi như sau:
U đm
+ Tốc độ không tải: ω0x =

KΦ x

−

+ Độ cứng đặc tính cơ: =

9

= var

(1.11)

( K Φ x )2
Ru

=var

(1.12)


U đm
+ Dịng điện ngắn mạch: Imm =

R

= const

+ Mơmen ngắn mạch: Mnm = KΦxInm= var

(1.13)
(1.14)

Trường hợp này, cả tốc độ khơng tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi.
Kết luận: Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông.
Nên khi từ thơng giảm thì: ω0x tăng, cịn

β

sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với ωxo

tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thơng.
Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm
từ thông tốc độ động cơ tăng lên.
1.1.4. Nhận xét lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
Qua những phân tích cụ thể về 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy mỗi
phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu
công nghệ. Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương pháp thay đổi tốc độ động cơ
bằng cách điều chỉnh
điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu điểm như:
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
 Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
β
 Sai lệch tĩnh nhỏ, =const trong toàn dải điều chỉnh
 Dễ thực hiện tự động hóa
 Mức độ phù hợp tải
Mc = const
Pc = var
Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
mạch phần ứng động cơ

10


1.1.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU.

1.1.1. Phân tích hệ thống van – động cơ (T – Đ).

Hình 1. 5. Sơ đồ khối hệ thống T-Đ

-Hệ T-Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khi nối nó
mạch phần ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ TĐ.
-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòng xoay chiều
thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào.
-Hiện nay Thyristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diều khiển
bởi các tính chất ưu việt của chúng: Gọn nhẹ, tổn hao ít tác động nhanh.
 Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều:
- Nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay
chiều thành dòng một chiều. Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều.
 Các chế độ làm việc:
a) Chế độ dịng liên tục.

- Khi mơ men tải Mt tăng thì dịng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượng điện từ
tang.

11


-Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn làm
cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dịng điện đến thời điểm mở van kế tiếp.
- Khi ở chế độ dòng liên tục

U cl = U d0 .cos α
Chế độ dòng gián đoạn.
 Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy năng lượng. Nếu
dịng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng lượng
nhỏ, vì vậy điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động cảu động cơ năng lượng
của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod khơng đủ duy trì tính
chất liên tục của dòng điện. Lúc này dòng điện qua van trở về 0 trước khi van
kế tiếp bắt đầu dẫn.

b) Chế độ biên liên tục

 Khi chuyển từ trạng thái kliên tục sang trạng thái gián đoạn hệ sẽ phải trải qua
một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục.
 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG
a) Chế độ dịng liên tục.
+Phương trình đăc tính cơ:
U cl
R + Rcl
U d 0 .cos α Ru + Rcl
− u
.M
−
.M
2
KeΦ ( KeΦ )
KeΦ
( KeΦ) 2
ω=
=
+ Thay đổi góc mở α=(0-π) điện áp của chỉnh lưu điều khiển từ Udo -> (-Udo) và
ta được đặc tính họ song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ (Mo ω) những đặc tính đó
khơng thuộc nửa bên trái là do các van khơng cho dịng điện phản ứng đổi chiều.
+Khi đó tốc độ khơng tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α.
U d 0 .cos α
KeΦ
ω0=
+Và độ cứng đặc tính cơ

12

β =−

( K Φ đm ) 2
Ru + Rcl

b) Chế độ dòng điện gián đoạn.
-Khi làm việc ở chế độ dịng gián đoạn đường đặc tính cơ khơng là đường
thẳng mà là đường cong có độ cứng thấp hơn.
-Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là dòng phân cách giữa vùng dịng
điện liên tục và dịng gián đoạn chính là tập hợp đường trạng thái biên độ.
-Khi thay đổi góc α=(0-Π) gần đúng là đường ê líp có các trục chính là trục
tọa độ.
+Ưu điểm:
-Độ tác động nhanh, cao tổn thất ít giảm tiếng ồn hiệu suất lớn có khả
năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng.
-Có thể thiết lập hệ tự động phịng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải
thiện điều kiện làm việc của hệ.
+Nhược điểm:
-Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc khơng cao, khả năng q
tải về dịng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập
mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên
cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồ.
- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos γ thấp nhất.
 Ưu điểm của hệ (T-Đ)
- Tác động nhanh, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, kích thước trọng lượng nhỏ, nền móng
khơng phức tạp.
- Hệ số khuch đại lớn nên dễ thiết lập hệ thống tự động vịng kín để mở rộng phạm
vi điều chỉnh D

- Giá thành rẻ…
13


 Nhược điểm của hệ (T-Đ)
- Khả năng linh hoạt chuyển đổi trạng thái làm việc không cao
- Mạch điều khiển hệ đảo chiều khá phức tạp
- Khả năng quá tải về áp và dòng kém
- Sức điện động ra của bộ biến đổi có độ đập mạch lớn nên phải dùng cuộn kháng
lọc, làm tăng kích thước, giá thành, giảm độ cứng đặc tính cơ, giảm tác động
nhanh….
- Hệ số cosφ của hệ nói chung là thấp. Mặc dù có những nhược điểm như đã nêu ở
trên nhưng phần ưu điểm của hệ T – Đ cũng rất nhiều, nó có ý nghĩa quyết định, do
vậy ngày nay đã thay thế hoàn toàn hệ truyền động T – Đ cho hệ truyền động: KĐT –
Đ, F – Đ…
1.1.2. Phân tích hệ thống máy phát động cơ (F – Đ)
a. Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống F - Đ là một trong các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng
phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.

Hình 1. 6. Hệ thống máy phát động cơ
Theo sơ đồ thì động cơ Đ1 biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành cơ
năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến đổi cơ
năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơ một chiều
chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất.
Để điều khiển tốc độ động cơ cần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động cơ, thông
qua sức điện động của máy phát: E = kMF.Φ.ωMF.
Khi máy phát F được quay với tốc độ ωMF cố định, sức điện động của máy
phát EMF phụ thuộc vào dịng kích từ IkMF theo luật đường cong từ hóa:

14


EMF =

k MF .ωMF .α .I KMF

b)Phương trình đặc tính cơ điện:

ω=

E F RuD + RuFI
−
kφ D
(kφ D ) 2

c) Phương trình dặc tính cơ.

ω=

E F RuD + RuE
−
kφ D (kφ D ) 2

d) Dạng đặc tính cơ.
Họ đặc tính cơ được xây dựng trên cả 2 vùng điều chỉnh tốc độ đó là:
- Điều chỉnh tốc độ điện áp phản ứng động cơ.
- Điều chỉnh từ thông ứĐ
e) Nhận xét.
* Ưu điểm :

- Do sử dụng 2 vòng điều chỉnh tốc độ nên dải điều chỉnh khá hơn ( 25:1)
- Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong toàn bộ dải điều chỉnh
- Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ nên tổn hao nhá
- Trạng thái làm việc linh hoạt khả năng quá tải lớn.
* Nhược điểm:
- Sử dụng máy điện quay nên hiệu suát thấp ( ≤ 75% ), kồnh kềnh tốn kém.
- Công suất đặt của máy lớn, vốn đầu tư lớn, tồn tại từ thông dư.
1.1.3. Phân tích hệ thống xung áp động cơ (ĐXA – Đ).
Ngày nay hệ xung áp – động cơ được sử dụng rộng rãi, nhất là khi các yếu tố về
độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định, kích thước trọng lượng được đặt lên hàng đầu.
Có nhiều cách phân loại, ở đây ta phân theo hệ xung áp mạch đơn (không đảo chiều),
hệ xung áp đảo chiều.
Đối với các bộ biến đổi công suất nhỏ (vài KW) và trung bình (hàng chục KW)
người ta thường sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực IGBT. Đối với công suất lớn (vài
15


trăm KW) người ta thường dùng GTO, cao hơn nữa dùng Tiristor. Ở giáo trình này chỉ
đề cập đến van điều khiển hồn tồn IGBT, GTO – chúng có ưu điểm là mở và khóa
hồn tồn bằng xung (điều khiển hồn tồn), khác với tiristor mở bằng xung, khóa
phải dùng mạch khóa (bán điều khiển). Nhược điểm của van điều khiển hồn tồn là
cơng suất nhỏ hơn tiristor
1.2.3.1. Hệ xung áp đơn
 Sơ đồ nguyên lý:

a) Dùng tiristor

b) Dùng GTO

Từ sơ đồ ngun lí trên ta có phương trình và đồ thị sau :

16


Hình 1. 7. Đồ thị dịng áp
 Phương trình:
U = E + Ru i1 + Lu

0 = E + Ru i2 + Lu

di1
dt

-Trong khoảng t1 GTO mở

di2
dt

-Trong khoảng t2 GTO khóa
f =

1
=
TCK

Với TCK mở khóa rất nhỏ (
200 – 400hz ) so với hằng số thời gian cơ học
của hệ nên ta có thể coi sức điện động động cơ E ≈ const trong chu kỳ TCK.
Nghiệm của phương trình trên có dạng:

i1 = I1 + ( I bd1 − I1 )e − t / Tu
i2 = I 2 + ( I bd 2 − I 2 )e −t / Tu
Trong đó:

17

(**)


I1 =

U −E
Ru

+
;
khoảng t1, t2.

I2 = −

U
Ru

: các giá trị dòng điện xác lập của dòng điện i 1, i2 trong

+ Ibd1, Ibd2: giá trị ban đầu của dòng điện i1, i2 : tại t = 0 (Ibd1); tại t = t1 (Ibd2)
L
Tu = u
Ru
+

: Hằng số thời gian điện từ của mạch
Q trình tăng giảm dịng điện trên đồ thị vẽ cho trường hợp hệ đã làm việc xác
lập. Như vậy hệ xung áp – động cơ một chiều cũng có ba chế độ dịng điện: liên tục,
biên liên tục, gián đoạn.
 Đặc tính cơ
Như trên ta đã biết vì hệ xung áp – động cơ một chiều có ba chế độ dịng điện nên để
xây dựng đặc tính cơ, tương tự hệ T – Đ ta cũng phải xây dựng ba vùng sau đó ghép
lại thành đặc tính cơ hồn chỉnh.

• Sơ đồ thay thế với giá trị trung bình (một chiều)

Trong đó:
+ Utb = γU: điện áp trung bình của nguồn đặt vào động cơ

γ=
+

t1
TCK

: độ rộng ca xung ( = 0 ữ 1)

ã Phng trỡnh cõn bằng điện áp và đặc tính cơ điện, đặc tính cơ
18


• Phương trình cân bằng điện áp (K2)
γU = E + IR ∑

→

E = Kϕđm ω = γU − IR ∑

• Đặc tính cơ điện:
Từ K2 ta có :

ω=

R
γU
− ∑ I
Kϕđm Kϕđm

• Đặc tính cơ:
Coi Mđt = Mcơ = M = KφđmI, thay vào phương trình đặc tính cơ điện ta có:
R∑
γU
ω=
−
M
Kϕđm (Kϕđm )2
• Nhận xét:

ω'0 =
+

γU
Kϕđm

β XA

+

là tốc độ khơng tải lý tưởng giả tưởng (khơng có thật)

(Kϕđm )2
=
= const
R∑

β XA = β TN > β FĐ− > βT

,

nếu

coi

nguồn

áp

có

Rb

≈

0

thì

−Đ

+ Khi γ thay đổi từ (0-1) ta sẽ có họ đường đặc tính co song song với nhau vì

β XA = const

- Chế độ dòng biên liên tục
Ở chế độ dịng biên liên tục ta có: i 1(t=0)=i2(t2) = 0. Để xác định dịng biên liên tục
(IBLT) ta có một số giả thiết như sau:
+ Dòng điện i1(t), i2(t2) tăng, giảm tuyến tính vì TCK nhỏ (thực tế tăng giảm theo hàm
mũ).
+ Khai triển hàm Taylor chỉ lấy hai số hạng đầu :
e − t1/Tu ≈ 1 −

-

19

t1
TCK


2Tu
>> γ
TCK

+ Vì Tu >> Tck nên

→

2Tu
2T
−γ = u
TCK
TCK

Ta xác định được:
I BLT =

Uγ (1 − γ )
I γ (1 − γ )
TCK = nm
TCK
R.2Tu
2Tu

ωBLT =

R∑
Uγ
−
I BLT
Kϕđm Kϕđm

Trong đó Inm = U/R
Với hệ Xung áp – Đ đã biết từ hệ phương trình trên cho ta thiết lập các quan hệ sau:
γ1 → IBLT1 → ω BLT1 → M BLT1đm
= KBLT1

ϕ I
γ 2 → I BLT2 → ω

BLT2 →

M BLT2đm
= KBLT2
ϕ I

γ n → IBLTn → ω

BLTn →

M BLTnđm
=K
ϕ I
BLTn

Trong n điểm có ba điểm đặc biệt
γ1 = 1 → IBLT1 = 0
γ1 = 0 → I BLT1 = 0

γ1 = 0,5 → I BLT1 = I BLT max

Vậy khi γ thay đổi từ (0 ÷1) điểm B(ωBLT, IBLT) sẽ di chuyển trên một cung elip biểu
diễn bằng nét đứt như hình vẽ.
- Chế độ dịng gián đoạn
Tương tự như ở hệ T – Đ, hệ xung áp – động cơ một chiều để dựng đặc tính cơ ở vùng
gián đoạn ta chỉ cần hai điểm, một điểm nằm trên đường biên liên tục, điểm còn lại
được xác định như sau:

ω0 =

20

1
U
limE =
Kϕdm I⇒ 0 Kϕdm

không phụ thuộc vào độ rộng xung (γ) trừ γ = 0


Hình 1. 8. Đặc tính cơ chế độ dịng gián đoạn
Đến đây ta có thể xây dựng được hồn chỉnh đặc tính cơ của hệ xung áp – động cơ
một chiều.
1.2.3.2. Hệ truyền động xung áp – đảo chiều
Sơ đồ nguyên lý
Để đảo chiều quay của động cơ có nhiều sơ đồ, thơng dụng ta có sơ đồ sau:

Hình 1. 9. Sơ đồ nguyên lý hệ xung áp đảo chiều

Trong đó:
+ T1 → T4: van điều khiển hồn tồn (GTO hoặc IGBT)
+ D1 → D4: Điốt để trả năng lượng từ tải về nguồn
+ Co: Kho điện để nhận năng lượng và giữ điện áp không đổi, nếu nguồn là ắcquy thì
khơng cần Co
+ Rt, Lt : Điện trở, điện cảm của động cơ và của cuộn kháng lọc nếu có
21

+ E = Kφđmω: Sức điện động của động cơ một chiều kích từ độc lập
b) Nguyên lý đảo chiều
Để đảo chiều quay động cơ có rất nhiều phương pháp:
Phương pháp 1:
Từ 0 – t1 cho T1, T2 mở UAB = Ud
Từ t1 – t2 cho T3, T4 mở UAB = -Ud
∆t − ∆t 2
U tb = 1
U
TCK
Trong đó:

∆t1 = t1 − 0

∆t 2 = t 2 − t1

Nếu

∆t1 − ∆t 2 > 0 → U tb > 0

∆t1 − ∆t 2 < 0 → U tb < 0

- Động cơ quay thuận

- Động cơ quay ngược

∆t1 − ∆t 2 = 0 → U tb = 0

- Hãm động năng

Phương pháp 2: (phương pháp điều khiển không đối xứng)
Động cơ quay thuận:
T1, T4 ngược pha trong một chu kỳ
T3, T2 ngược pha trong một chu kỳ nhưng T3 khóa cả chu kỳ còn T2 mở cả chu kỳ.
Động cơ quay ngược (phương pháp điều khiển không đối xứng)
T3, T2 ngược pha trong một chu kỳ
T1, T4 ngược pha trong một chu kỳ nhưng T 1 ln khóa cịn T4 ln mở trong một
chu kỳ.
Đồ thị điện áp phương pháp 1, phương pháp 2 được mô tả như sau:
Phương pháp 1:

22


Phương pháp 2:
+ Trường hợp quay thuận

+ Trường hợp quay nghịch

c) Đặc tính cơ

23


• Phương pháp 1:
t1

U tb

γ=

vì:

∆t1
→ ∆t 2 = TCK − ∆t1
TCK

U tb = U.

nên

∆t − T + ∆t1
∆t1 − ∆t 2
= U. 1 CK
= (2γ − 1)U
TCK
TCK

IBLT ≈ Inm
ωBLT ≈ ω0 (2γ − 1 −

t1

1
1
∆t − ∆t 2
=
Udt −
Udt = U. 1
∫

∫
TCK 0
TCK 0
TCK

γ (1 − γ )
TCK
2Tu

γ (1 − γ )
TCK )
2Tu

Kết hợp lại ta có phương trình đặc tính cơ điện đặc tính cơ:
ωBLT =

ωBLT =

R∑
(2γ − 1)U
−
I
Kϕđm
Kϕđm

( 2.83)

R∑
(2 γ − 1)U
−

M
Kϕđm
(Kϕđm ) 2

( 2.84)

Khi γ thay đổi khơng những tốc độ thay đổi mà cịn dấu của nó cũng thay đổi. Thực
vậy:
Khi 0,5 < γ ≤ 1 tốc độ ωo’ = (2γ - 1) ωo > 0
Khi 0 ≤ γ < 0,5 tốc độ ωo’ = (2γ - 1) ωo < 0

γ 13 =
Ký hiệu

∆t1
TCK − ∆t 2

γ 24 = 1 − γ 13

là thời gian mở tương đối của van 1, 3

là thời gian mở tương đối của van 2, 4

Ta có đồ thị đặc tính cơ như hình 9:

24


Hình 1. 10. Đặc tính cơ phương pháp 1
• Phương pháp 2:

Kết hợp đặc tính cơ của hệ xung áp đơn (khi có hãm tái sinh, hãm động năng) và hệ
xung áp đảo chiều (phương pháp 1) ta có đặc tính cơ phương pháp 2.
γ1 =

t1
TCK

γ2 =

t2
TCK

là thời gian đóng van T1 ở chiều quay thuận

là thời gian đóng van T3 ở chiều quay ngược

Hình 1. 11. Đặc tính cơ phương pháp 2
• Ưu điểm hệ xung áp động cơ:
- Hiệu suất cao vì tổn hao trong các van và mạch điều khiển nhỏ
- Mạch điều khiển đơn giản khi dùng van điều khiển hoàn toàn
- Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục
25