Đồ án điện tử công suất

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 1

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy
móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, có những máy mà
chưa thể thay thế hoàn toàn, chẳng hạn như động cơ đồng bộ. Mặc dù động cơ đồng bộ có cấu
tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính quí giá như như hệ số công
suất cosϕ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do
momen chỉ tỉ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy người ta thường cố gắng khắc phục những nhược
điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phương pháp khởi động động cơ một cách
hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi động theo phương pháp không đồng bộ.
Trên cơ sở đó bản đồ án này có nhiệm vụ thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ
đồng bộ. Mạch đảm bảo quá trình khời động cho động cơ theo chế độ khởi động không đồng
bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong thời gian đến vài chục
giây và điều chỉnh được.
Các số liệu:
Điện áp kích từ định mức: 75V DC.
Công suất kích từ định mức: 24KV.
Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ): 130 V.
Điện trở khởi động: 0,8Ω.
Điện áp lưới điện: 3. 380V.
Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm,
nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét, chỉ bảo của các thầy
cô trong bộ môn qua đó, em có kiến thức sâu hơn về mạch tự động cấp kích từ cho động cơ
đồng bộ.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Hải và các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt
tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành bản đồ án này.

Sinh Viên:
Vũ Thị Bích





Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 2

CHƯƠNG 1:
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT CỦA THIẾT BỊ

I. Động cơ đồng bộ
1. Khái niệm chung:
Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lưới điện
có tần số W1, không đổi còn dây quấn thứ hai được kích thích bằng dòng một chiều(W2=0)
Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những công suất trung bình và lớn, có yêu
cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm ,quạt gió, các hệ truyền
động của các nhà máy luyện kim và cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các
tổ máy phát - động cơ công suất lớn.
Ưu điểm: có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy
cao.

Sơ đồ nguyên lý:


-
+

~
U








Mạch stato của nó tương tự như động cơ không đồng bộ, mạch roto có cuộn kích từ để
sinh ra từ trường trong máy và các cuộn dây khởi động( kiểu lồng sóc và dây quấn)
2. Nguyên lý làm việc:
Tác dụng của từ trường do dòng kích từ gây ra lên từ trường quay của stato tạo nên
momen và momen quay với tốc độ đồng bộ xác định bởi biểu thức:
N
DB
=f: p (vòng/phút)
Tốc độ góc đồng bộ là: W
DB
= 2Πf (rad/s)

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 3
Trong đó f: tần số(Hz)
p: Số đôi cực
Từ trường quay trong khe hở không khí kéo theo roto quay với tốc độ đồng bộ.
Xem xét đơn giản các đặc tính của động cơ đồng bộ: nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato
và điện kháng tản, biểu thức của từ trường trong khe hở không khí luôn liên hệ với điện áp đặt

vào stato, biên độ của từ trường này là không đổi. Xét thời điểm pha A cực đại, từ thông trong
dây quấn stato là đối xứng ở lân cận dây quấn pha A.
Trong trường hợp hệ số công suất của dòng điện stato =1, momen của tải làm cho roto
chậm sau so với từ thông stato.Vì lý do đường sức khép kín, các dòng điện stato tạo nên sức
từ động tổng.
Nếu dòng kích từ tăng đột ngột, biên độ của từ thông tăng tức thời , momen tăng làm
cho roto tăng tốc về phía trước cho đến khi đạt tới cân bằng ở góc lệch rất nhỏ .Vì từ thông
tổng không đổi, tăng sức từ động làm phần cảm được bù băng dòng điện stato (do đó dòng
điện vượt trước) sao cho sự phân bố của sức từ động stato trong một đường sức khép kín
ngược với sự thay đổi của kích từ. Kết quả rõ ràng là khi tăng kích từ sẽ làm giảm góc lệch
của cực từ và hệ số công suất của dòng stato sẽ vượt trước dòng điện lưới.
Giảm dòng kích từ tạo ra hiệu quả ngược lại. Góc lệch cực từ tăng lên và hệ số công
suất của dòng stato chậm sau điện áp lưới.

3.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ:

0
M
max
M
W1
W






Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động
cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ :

W1 = 2Πf1/p.
Trong phạm vi momen cho phép M ⊆ M
max
, đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ
cứng đặc tính cơ β = vô cùng. Khi momen vượt quá trị số M
max
thì tốc độ động cơ sẽ mất
đồng bộ.
4. Mở máy động cơ đồng bộ:

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 4
Quá trình khởi động của động cơ đồng bộ gồm 2 giai đoạn:
* Giai đoạn 1:
Stato của động cơ được đấu vào nguồn điện xoay chiều còn cuộn kích từ đóng kín qua
điện trở hạn chế R
hc
để cuộn kích từ khỏi bị quá áp do sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó
(R
hc
= (8 - 10)R
kt
). Trong giai đoạn này động cơ đồng bộ được khởi động như một động cơ
không đồng bộ.
Khi mở máy không đồng bộ, động cơ đồng bộ lấy đà đến tốc độ gần đồng bộ nhờ
momen không đồng bộ M
KD
của bản thân xuất hiện khi đóng mạch dây quấn phần ứng vào
lưới. Sau khi được nối vào lưới có điện áp là U

L
và tần số lưới f
l
, dòng điện trong dây quấn
phần ứng tạo nên từ trường quay với tốc độ Ω
DB
. Khi có sự xê dịch giữa từ trường quay so với
roto với tốc độ Ω
DB
- Ω = sΩ
DB
thì trong dây quấn kích thích nối kín mạch qua R
HC
và trong
dây quấn cảm kiểu dây quấn ngắn mạch có bước không đều sẽ có dòng điện cảm ứng, tần số
là sf
L
(Ω: tốc độ góc của roto, s: hệ số trượt ).
Do tương tác của dòng điện cảm ứng trong các mạch vòng bị nối tắt của roto với từ
trường quay có momen điện từ không đồng bộ M
KD
như trong động cơ không đồng bộ được
hình thành chủ yếu do các dòng điện cảm ứng trong dây cuốn cản. Vì vậy các tham số dây
cuốn cản (điện trở, điện kháng) thuộc vào số lượng, kích thước và vật liệu các thanh dẫn
được chọn xuất phát từ các điều kiện mở máy sao cho đảm bảo đầy đủ momen không đồng
bộ trong tất cả các giai đoạn khởi động. Do đó dây cuốn cản dùng cho khởi động không đồng
bộ còn gọi là dây cuốn mở máy.
Quan hệ giữa momen không đồng bộ của động cơ đồng bộ với hệ số trượt M=f(s):

M

kd
M
kdmax
M
s=0,05
M
kd
=0
R
tt
≠ 0
R
tt
= 0
M
m
0
s
0
0,05
s
max
0,5 1
s

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 5

Khi bắt đầu quay, lúc đó hệ số trượt s = 1, momen mở máy bắt đầu M
mm
tác dụng lên
roto và ở hệ số trượt s
max
thì xuất hiện momen cực đại M
max
. Momen không đồng bộ tỉ lệ với
bình phương điện áp lưới M
kd
≡ U
2
. Do đó nhất thiết phải nói là các trị số đặc tính của nó M,
M
max
được xác định ở điện áp nào. Thông thường các momen đặc trưng không đồng bộ
được biểu thị theo tỉ số momen định mức của động cơ ở chế độ đồng bộ: M
mm,
/ M
đm
,

M
max
/M
đm.
Ta thấy trong việc hình thành momen không đồng bộ , ngoài sự tham gia của dây cuốn
cản còn có dây cuốn kích thích vốn là dây cuốn 1 pha. Dòng điện cảm ứng trong dây quấn
kích thích tạo ra từ trường đập mạch hướng theo dọc trục, khác với từ trường quay sinh ra do
dòng điện nhiều pha trong dây quấn cản. Do đó trong đường cong momen không đồng bộ
xuất hiện “chỗ lõm” ở khu vực s = 0.5 có thể làm cho việc mở máy động cơ bị xấu đi. Cũng
phải nhấn mạnh là khi mở máy , dây quấn kích từ nhất thiết phải nối với máy kích thích hoặc
điện trở triệt từ vì trong dây quấn kích từ để hở mạch sẽ xuất hiện điện áp đáng kể chọc thủng
cách điện và làm hỏng máy.
* Giai đoạn 2:
Cuối giai đoạn thứ nhất: khi tốc độ đạt 95% -98% tốc độ đồng bộ. Lúc này ta đưa dòng
kích từ vào roto để tạo ra momen đưa tốc độ động cơ lên đồng bộ.
Giai đoạn này rất quan trọng vì nếu không đưa động cơ lên tốc độ đồng bộ thì động cơ sẽ làm
việc ở trạng thái không đồng bộ và cuộn khởi động sẽ bị phát nóng quá mức, có thể bị cháy.
5. Vào/ ra đồng bộ:
Sau khi mở máy và được kéo vào đồng bộ , ở chế độ xác lập dòng điện trong dây quấn
đó không tồn tại.
Tuy nhiên, bất kì quá trình quá độ nào liên quan đến sự thay đổi điện áp dòng kích từ
hoặc momen ngoài thì từ thông móc vòng với dây cuốn cản thay đổi và trong dây cuốn đó
xuất hiện dòng điện cảm ứng làm quá trình quá độ tiến hành thuận lợi hơn. Điều này làm cho
máy đồng bộ hàng loạt các loại đặc tính quí giá mà quan trọng nhất là khả năng làm việc ở
những chế độ đồng bộ mà ở cả chế độ không đồng bộ trong trường hợp mất đồng bộ. Cũng có
khả năng là momen không đồng bộ xuất hiện trong khoảnh khắc tốc độ góc roto lệch khỏi
đồng bộ, khi đó việc xuất hiện momen không đồng bộ tạo thuận lợi làm chuyển dễ dàng hơn
sang chế độ mới, khôi phục lại tốc độ đồng bộ của roto.
Điện áp lưới sụt thấp, dòng kích từ momen giảm hoặc momen ngoài tăng đột ngột có
thể là nguyên nhân mất đồng bộ.

Sự mất đồng bộ sẽ xảy ra khi momen ngoài vượt momen đồng bộ cực đại M
dbmax
. Sau
đó mất đồng bộ dưới tác dụng của momen ngoài, tốc độ góc quay của rôto trở lên lớn hơn
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 6
Khi tốc độ roto càng sai khác tốc độ từ trường thì hệ số trượt tăng, momen điện từ
không đồng bộ tăng dần và ở một hệ số trượt s nào đó, momen ngoài có thể cân bằng momen
điện từ không đồng bộ.
Khả năng làm việc của máy đồng bộ ở chế độ không đồng bộ sau khi mất đồng bộ được
xác định do đặc tính của momen không đồng bộ của máy.
Hệ số trượt xác lập chế độ không đồng bộ.


2
2
cos
L
dm
kd
N
U
R
M
M
s
ϕ
==

Hệ số trượt này rất bé , trong các máy lớn bằng vài phần nghìn. Do đó sau khi mất đồng
bộ trong nhiều trường hợp máy chuyển sang chế độ không đồng bộ. Thời gian kéo dài cho
phép của chế độ không đồng bộ thuộc tổn hao sinh ra trong các mạch bị nối tắt ở roto.

P
cu 2
= s. P
dt
≈ s. P

Nó phải được đánh giá từ trước bằng tính toán nhiệt thông thường có thể làm việc dài
hạn ở chế độ không đồng bộ khi hạ thấp công suất chút ít . Vì ở chế độ không đồng bộ , máy
không phát công suất phản kháng vào hệ thống nên sau khi loại trừ sự cố dẫn đến mất đồng bộ
phải đưa máy trở lại chế độ đồng bộ. Quá trình đưa từ chế độ không đồng bộ về chế độ đồng
bộ gọi là tái đồng bộ .
Quá trình tái đồng bộ tương tự như đồng bộ. Nếu hệ số trượt ở chế độ không đồng bộ
nhỏ hơn nhiều so với hệ số trượt vào đồng bộ s
o
, ở đó có thể kéo vào đồng bộ thì có thể thực
hiện tái đồng bộ mà không cần phải tác động gì. Nếu ở chế độ không đồng bộ, hệ số trượt s
lớn hơn s
0
thì phải điều chỉnh dòng kích từ: tăng dòng kích từ để có thể kéo vào động bộ.
II. Yêu cầu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật.
Mạch tự động cấp kích từ cho động cơ không đồng bộ, đảm bảo quá trình khởi động
cho động cơ theo chế độ không đồng bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá
kích thích trọng thời gian đến vài trục giây và điều chỉnh được.
Ta biết rằng khởi động động cơ đồng bộ là quá trình đưa động cơ vào làm việc bắt đầu
đặt điện áp xoay chiều 3 pha vào dây quấn stato, trong máy có từ trường quay quay với tốc độ

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 7
p
f60
Nhưng không phải lúc nào động cơ cũng vào được tốc độ đồng b. Khi phát hiện hệ có
nguy cơ mất đồng bộ thì tự động cấp quá kích thích để tăng dòng kích từ để giữ đồng bộ song
chỉ nên duy trì một thời gian. Sau khoảng thời gian này mà vẫn không thể vào được đồng bộ
thì ngắt hệ ra khỏi nguồn và thực hiện lại quá trình khởi động.
Thực tế cho thấy là động cơ làm việc đồng bộ rồi mà vẫn có thể mất đồng bộ do các
nguyên nhân như điện áp lưới sụt thấp, dòng kích từ giảm hoặc momen cảm tăng đột ngột. Có
thể phát hiện ra bằng cách so sánh tốc độ của roto với tốc độ của từ trường (nhờ phản hồi âm
tốc độ) tức là trong mạch có sử dụng một máy phát tốc. Sau đó lại tự động thực hiện quá trình
cấp quá kích từ như trên.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 8












CHƯƠNG 2:
LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN

I. Hệ kích từ máy đồng
1. Dùng máy kích thích một chiều.

Máy kích thích một chiều FK
t
, FK được kéo một động cơ sơ cấp (có thể dùng động cơ
không đồng bồ roto lồng sóc). Có cuộn dây kích từ L
FK
nối song song. Biến trở R để thay đổi

từ thông của FK nhằm thay đổi điện áp phát ra của FK.
Như vậy sức điện động cảm ứng sinh ra trong dây quấn cảm ứng phụ thuộc dòng kích
thước i
t
và tốc độ quay của máy theo biểu thức:
a. R.i
t
+ L
FK
.
E
dt
di
t
=

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 9
Khi dòng điện đạt đến trị số xác lập i
t
= I
t
thì và điện áp ngược được tạo ra ở
đầu máy là a. R. I
t
= E. Do đó điện áp xác lập của FK phụ thuộc vào biến trở R.
0=
dt
di

t


E
dư
a
3
R > a
2
R >a
1
R







Nhận thấy trên đường đặt tính khi R tăng thì điện áp phát ra sẽ giảm vì vậy muốn thay
đổi dòng kích từ qua dây quấn kích từ của động cơ thì phải thay điện trở kích từ của dây quấn
kích từ và thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp. Việc điều chỉnh R là rất khó khăn và độ chính
xác không cao hơn nữa việc thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp không dễ và phạm vi điều chỉnh
hẹp. Vì vậy dùng máy kích từ một chiều để cấp kích từ cho động cơ đồng bộ có công suất lớn
là không kinh tế và rất khó khăn trong việc khởi động và giữ đồng bộ động cơ với lưới.
2. Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu:
Có 2 phương án:
a. Máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh
b. Máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay
Theo phương pháp này, phần tĩnh và phần quay được trình bày tách biệt bằng đường

phân ranh giới thẳng đứng. Muốn dòng điện đi qua đường phân ranh giới đó cần phải có vành
trượt và chổi điện. Rõ ràng là phương án (b) không đòi hỏi vành trượt và chổi điện. Ưu điểm
này rất quan trọng đối với những máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ mạch (khoảng
3000A cho máy phát đồng bộ 600KW). Tuy nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về
chế tạo phần ứng quay (so với chế tạo phần cảm quay), hơn nữa các điot chỉnh lưu phải chịu
các lực ly tâm lớn và phải được đặt sao cho roto đảm bảo cân bằng động. Máy kích từ xoay
chiều được nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh
trực tiếp dòng kích từ I
t
. Dùng tiristo chỉnh lưu sẽ làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển, nhưng
đối với phương án (b) khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào tiristo quay.
3. Hệ tự kích thích:

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 10

Trong trường hợp này điện áp và dòng kích từ tỷ lệ với tổng vectơ các điện áp U
t
và U
i

của các máy biến áp TU và máy biến dòng TI.
II. Sơ đồ chỉnh lưu
Để cung cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, ta phải sử dụng một
mạch chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lượng dòng
điện 1 chiều. Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụng được, tuy nhiên để có một mạch
chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu.
Các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lưu
điều khiển

1. Chỉnh lưu một pha:
Chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một pha, hoặc công
suất không quá lớn so với công suất lưới (làm mất đối xứng điện áp lưới) và tải không có yêu
cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều. Trong chỉnh lưu một pha nếu tải có dòng địên
lớn và điện áp thấp, thì sơ đồ một pha chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính có ưu
điểm hơn, bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên
van so với công suất tải nhỏ hơn, điện áp ngược của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ
này có thể không chọn được van bán dẫn). Nếu tải có điện áp cao và dòng điện nhỏ thì việc
chọn sơ đồ cầu chỉnh lưu một pha hợp lý hơn do hệ số điện áp ngược của van trong sơ đồ cầu
nhỏ hơn do đó dễ chọn van.
Chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp
quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải.
Do nguồn cấp là lưới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lưu một pha có nhiều
hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lưu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên
dùng chỉnh lưu một pha. Yêu cầu cao về chất lượng điện áp một chiều cung cấp cho cuộn kích
từ để đảm bảo tốc độ đồng bộ cho động cơ đồng bộ cần thực hiện với mạch chỉnh lưu nhiều
pha hơn.
2. Chỉnh lưu 3 pha:
a. Chỉnh lưu tia 3 pha:
Chỉnh lưu tia 3 pha không cho phép đấu thẳng vào lưới điện như vậy phải sử dụng máy
biến áp có công suất lớn hơn công suất phía một chiều 1,35 lần. Bộ chỉnh lưu này chỉ sử dụng
3 Thyristor đấu katôt chung vì vậy việc điều khiển chúng là dễ dàng. Tuy nhiên do công suất
phía một chiều đòi hỏi lớn lên khi sử dụng bộ chỉnh lưu này sẽ làm mất đối xứng giữa tải và
nguồn. Vì vậy, chỉnh lưu tia 3 pha thường được chọn khi công suất tải không quá lớn so với
biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lưới), và khi tải có yêu cầu không
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 11

b. Chỉnh lưu cầu 3 pha:

Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho
phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%), nếu có dùng biến áp thì gây
méo lưới điện ít hơn các loại trên, đồng thời công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất
tải. Công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn, đến hàng trăm kw.
Chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ được chọn khi cần chất lượng điện áp ra một chiều tốt vì đây là
sơ đồ có chất lượng điện áp ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp. Để giảm tiết
diện dây quấn thứ cấp biến áp thì các cuộn dây thứ cấp biến áp có thể đấu tam giác.
Nhược điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên
cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10 V.


Kết luận:
Từ thực tế của yêu cầu thiết kế với yêu cầu về chất lượng điện áp một chiều tốt để có
thể cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, đảm bảo cho việc tạo ra tốc độ đồng bộ
theo yêu cầu và được duy trì lâu dài, với số liệu đã cho về giá trị điện áp, dòng điện, công suất
kích từ,... ta nhận thấy việc sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng
là hợp lý hơn cả.











Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 12



















CHƯƠNG 3:
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THIẾT KẾ.
I. Sơ đồ nguyên lý mạch lực:
1. Sơ đồ

2. Nguyên lý hoạt động.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 13

Thông thường chỉnh lưu cầu 3 pha không cần có máy biến áp lực. Tuy nhiên do yêu
cầu điện áp phía một chiều là 75V cho nên cần phải có máy biến áo để giảm điện áp lưới đặt
vào bộ chỉnh lưu.
Mạch lực bao gồm các phần tử sau:
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 Thyristor. Các van nhóm lẻ T
1
, T
3
, T
5
đấu KC, các van
nhóm chẵn T
2
,T
4
, T
6
đấu AC.
Các van mở khi nó đã thỏa mãn được điều kiện mở: với van chẵn thì phải có ϕ
A
âm
nhất, với van lẻ dương nhất và phải có xung điều khiển mở. Các van tự khóa nhờ đặt điện áp
ngược khi có van khác dẫn.
Trên mạch có tiếp điểm của 2 côngtăctơ CTT1 và CTT2 trong đó có 2 tiếp điểm thường
đóng và 2 tiếp điểm thường mở. Các tiếp điểm này đóng mở để đảm bảo yêu cầu đóng mở
trong quá trình khởi động và đảm bảo kích từ. Điện trở R
T
là điện trở triệt từ có tác dụng tiêu
tán năng lượng cảm ứng của dây quấn kích từ phía stato để tránh làm hỏng dây quấn kích

thích. Dây quấn kích thích là phần cố định được đặt trong roto của động cơ. Khi có dòng điện
kích từ một chiều chạy qua dây quấn kích thích sẽ tạo ra momen đồng bộ để kéo roto vào
đồng bộ.
Để khởi động động cơ đồng bộ theo phương pháp khởi động không đồng bộ, ban đầu
đóng điện lưới cấp cho stato. Nhờ có dây quấn khởi động đặt trong roto nên nó sẽ tạo ra
momen không đồng bộ làm cho roto quay. Do dây quấn kích từ được đặt ở roto nên khi cấp
điện cho stato thì thì trường quay của stato quét nó với tốc độ đồng bộ sẽ tạo ra điện áp cao
trên nó. Tuy nhiên, nhờ tiếp điểm thường đóng trong suốt quá trình này nên giây quấn kích từ
được nối ngắn mạch qua RT. Vì vậy năng lượng được tiêu tán qua RT để bảo vệ giây quấn
kích từ (RT là điện trở khởi động, có thể cho dòng rất lớn đi qua trong thời gian ngắn). Ở giai
đoạn này thì bộ chỉnh lưu vẫn hoạt động nhưng cấp cho tải do tiếp điểm thường hở làm hở
mạch vì vậy dòng kích từ qua dây quấn kích từ i
t
= 0.
Khi động cơ đạt được tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ thì côngtăctơ sẽ tác động. Lúc
này tiếp điểm thường đóng, mở ra ngắt R
t
ra khỏi mạch con tiếp điểm thường hở đóng lại nhờ
vậy bộ chỉnh lưu sẽ cấp nguồn một chiều cho dây quấn kích từ vì vậy sẽ xuất hiện một
momen đồng bộ tác dụng tương hỗ với momen không đồng bộ, tăng tốc cho đồng bộ để kéo
roto đồng bộ vào đồng bộ.
Vì một lý do nào đó mà động cơ chưa thể vào đồng bộ mặc dù tốc độ vẫn cho phép vào
đồng bộ (côngtăctơ 2 vẫn đóng, côngtăctơ 4 vẫn mở thì mạch điều khiển sẽ giảm góc mở α
của Thyristor để dòng điện áp ra của chỉnh lưu). Nhờ đó tăng dòng kích từ qua dây quấn kích
từ vì vậy sẽ tăng momen đồng bộ và kéo roto vào tốc độ đồng bộ.
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 14

Nếu động cơ chưa vào được đồng bộ và tốc độ không cho phép vào đồng bộ nữa thì

côngtăctơ 3 mở ra, côngtăctơ 4 đóng lại. Lúc đó i
t
= 0 và dây quấn kích từ lại được nối với R
t
.
Vì vậy muốn động cơ vào đồng bộ thì phải tìm hiểu nguyên nhân và cố gắng khắc phục để
động cơ đạt được tốc độ vào đồng bộ.
Nhận thấy mặc dù vẫn có điện áp phía một chiều xong đến khi động cơ đạt được tốc độ
vào đồng bộ thì mới xuất hiện dòng kích từ i
t
qua dây quấn kích từ. Khi phát hiện ra tốc độ
đồng bộ đạt được tốc độ vào đồng bộ thì côngtăctơ 2 sẽ tác động nhờ điện áp tác động V
hctt
=
f(n).











II. Sơ đồ mạch điều khiển.
1. Sơ đồ
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 15


2. Nguyên lí
Do sử dụng 6 Thyristor trong mạch cầu 3 pha nên phải có 6 mạch điều khiển đề điều
khiển chúng. ở đây chỉ trình bày sơ đồ điều khiển của một Thyristor. Trong sơ đồ có khâu
đồng pha, khâu tạo điện áp tựa, khâu so sánh, khâu tạo xung chùm, khâu khuyếch đại xung
biến áp xung và phần thực hiện điện áp điều khiển.
Biến áp đồng pha có điện áp sơ cấp lấy từ thứ cấp biến áp mạch lực. Cuộn sơ cấp đấu tam giác để
tăng góc điều khiển cho các thyristor Thứ cấp biến áp điều khiển gồm 6 cuộn dây và có điểm trung tính
. Mỗi cuộn dây dùng để tạo ra một điện áp đồng pha có biên độ phù hợp để điều khiển một thyristor trên
mạch lực.
Bộ tạo xung răng cưa tạo ra một xung răng cưa tuyến tính nhờ sự phóng nạp của tụ C
1
qua các
tranzito Tr
1
và Tr
2
. Khi Tr
1
khoá, tụ C
1
được nạp điện áp từ nguồn +E qua Tr
2
tạo ra xung răng cưa, khi
Tr
1
mở bão hoà tụ C
1

phóng điện qua Tr
1
về 0.
Bộ tạo nguồn điều khiển là giá trị điện áp được thiết lập nhờ điện áp đặt trên biến trở VR
1
cộng với
điện áp phản hồi đưa về từ máy phát tốc thông qua bộ điều chỉnh PI và bộ hạn chế tín hiệu dòng điện.
Giá trị điện áp này thay đổi tuỳ thuộc vào tốc độ của động cơ đồng bộ BĐ.
Khâu so sánh có hai đầu vào là xung răng cưa và điện áp điều khiển được tạo ra bởi việc cộng hai
điện áp là điện áp đặt lấy trên biến trở VR
1
và điện áp phản hồi lấy từ máy phát tốc thông qua bộ điều
chỉnh tỉ lệ tích phân PI. Tín hiệu này sau đó được đưa qua khâu hạn chế dòng rồi mới đưa tới bộ so

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 16

Để đảm bảo mở chắc chắn các thyristor trên mạch lực dùng bộ tạo xung chùm bằng vi
mạch 555. Sau đó đưa vào cổng và (cổng AND) để trộn với xung chữ nhật ở đầu ra bộ so
sánh. Chu kỳ của xung chùm có thể chọn lựa để phù hợp với các thyristor đã có.
Khâu khuếch đại sau cùng dùng sơ đồ đấu Dalingtơn với hai tranzitor. Khâu này có nhiệm vụ khuếch
đại tín hiệu điều khiển các tiristo trước khi đưa vào cực điều khiển của chúng. Khuếch đại ở đây là việc
tạo ra đủ công suất để mở các thyristor.
Tín hiiêụ điều khiển sau đó được đưa qua máy biến áp xung. Biến áp xung có nhiệm vụ cách ly
mạch lực với mạch điều khiển. Mục đích là để đảm bảo các thiết bị trong mạch điều khiển không bị ảnh
hưởng bởi điện áp cao từ mạch lực. Ngoài ra biến áp xung còn làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa
tầng khuếch đại xung và cực điều khiển van lực.
Trên mạch điều khiển còn có các rơle: RL1 và RL2 làm nhiệm vụ điều khiển các tiếp điểm của
chúng đóng cắt các côngtăctơ CTT1 à CTT2 trên mạch lực. Điều này được tạo ra nhằm đáp ứng yêu

cầu công nghệ là tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Còn bộ tạo trễ dung vi mạch 555 để tạo thời
gian trễ khi cấp quá kích từ cho động cơ.















CHƯƠNG 4:
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 17
TÍNH TOÁN MẠCH LỰC.
I. Tính toán van động lực.
1. Chọn van động lực.
Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều
kiện tỏa nhiệt, điều kiện làm việc.
* Điện áp ngược cơ bản của van.
U
d
2,45

U
nmax
= k
nv
= k
vn
. = . 130 = 136,11
k
u
2,34
k
nv
= 2,45 : hệ số điện áp ngược
k
u
= 2,34 : hệ số điện áp tải.
U
2
, U
2
, U
max
: điện áp tải, điện áp nguồn xoay chiều, điện áp ngược của van.
Để chọn van theo điện áp hợp lí thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện
áp làm việc, chọn qua hệ số dự trữ k
dtu
= 2.
→ U
nv
= k

dtu
. U
nmax
= 272,22 (V).
* Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng
I
lv
= I
hd
= k
hd
. I
d
=
3
d
I
Có: U
ktmax
= 130V
U
ktđm
= 75V
P
kt
= 24 . 10
3
W
→ I
ktđm

= = = 320 (A)
ktdm
kt
U
P
75
10.24
3
R
kt
=

=
ktdm
ktdm
I
U
Ω= 234,0
320
75
I
ktmax
=
A
R
U
kt
ktdm
556,555
234,0

130
==
Vậy dòng làm việc của van là:
I
lv
=
A
I
d
2,185
3
556,555
3
==
Với các thông số làm việc trên và chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt
với đầy đủ diện tích toả nhiệt, không quạt đối lưu không khí: thông số cần có của van động
lực:
U
nv
= 2. U
lv
= 272,22 V
U
đmv
= k
i
. I
lv
= 185,2 . 1,2 = 222,24 A.