THIẾT KẾ BỘ NGUỒN BĂM XUNG áp MỘT CHIỀU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CÓ đảo CHIỀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
THIẾT KẾ BỘ NGUỒN BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CĨ ĐẢO CHIỀU
Cơng suất định
mức (kW)
2,2

Điện áp định
mức (V)
110

Dải điều
chỉnh tốc độ
30:1

Nguồn cấp
3x380V;50Hz

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Danh Huy
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Đức – 20161093
Trần Nam Trung – 20164259

Hà Nội,ngày 1 tháng 1 năm 2020


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................................2
CHƯƠNG I..............................................................................................................................................................4

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU............................................................................................................................4
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU...............................................................................4
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều...........................................................................................................4
1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.................................................................................4
1.2 CÁC PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.........................................5
Chương II.................................................................................................................................................................8
PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH LỰC......................................................................................................................8
2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:............................................................................8
2.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC:...........................................................................................................9
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC :................................................................................11
2.3.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha............................................................................................................................11
2.3.2 Điều khiển không đối xứng.................................................................................................................11
2.3.3 Tính tốn các thơng số trong mạch....................................................................................................13
2.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC:..................................................................................................14
2.4.1 Tính chọn động cơ:..............................................................................................................................14
2.4.2 Tính chọn van:.....................................................................................................................................14
2.4.3 Tính chọn máy biến áp lực..................................................................................................................15
2.4.4 Tính tốn bảo vệ cho van....................................................................................................................17
2.4.5 Tham số bộ lọc......................................................................................................................................18
CHƯƠNG III.........................................................................................................................................................20
PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN....................................................................................................20
3.1 YÊU CẦU CHUNG VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.....................................................................................20
3.2 NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN............................................................................20
3.2.1 Khâu tạo dao động và khâu tạo điện áp tam giác............................................................................21
3.2.2 Khâu so sánh........................................................................................................................................25
3.2.3 Khâu tạo trễ..........................................................................................................................................26
3.2.4 Khâu cách ly quang, khâu tạo điện áp đóng mở..............................................................................27
3.2.5 Chọn IC khuếch đại.............................................................................................................................29
3.2.6 Sơ đồ tổng thể mạch tạo xung điều khiển.........................................................................................29
CHƯƠNG IV:MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM TINA..................................................................................31

CHƯƠNG V:MÔ PHỎNG MẠCH LỰC...........................................................................................................32
5.1 SƠ ĐỒ TỔNG THỂ...................................................................................................................................32
KẾT LUẬN:...........................................................................................................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................................35

1


MỞ ĐẦU
Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị
trí nào, bất cứ làm một cơng việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển.
Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta.
Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành cơng nghiệp , nhưng ln đi
kèm với nó là những u cầu về điện áp, dịng điện. Chính vì vậy cần một phương pháp
nhằm đáp ứng được những yêu cầu trên.
Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu những ứng dụng các linh
kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trình biến đổi điện năng. Hiện nay
các thiết bị điện tử công suất chiếm hơn 30% trong số các thiết bị của một xí nghiệp hiện
đại. Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới, dây truyền sản xuất
mới, đòi hỏi cán bộ kĩ thuật và kĩ sư điện những kiến thức điện tử công suất về vi mạch và
vi xử lý.
Đồ án gồm 4 phần:
Chương I: Động cơ điện một chiều
Chương II: Phương án chọn mạch lực
Chương III: Phương án chọn mạch phát xung điều khiển
Chương IV:Mô phỏng trên phần mềm TINA
Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ sung hồn thiện. Em rất mong
được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong bộ môn để đồ án của em được hoàn chỉnh.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Danh Huy đã tận tình hướng dẫn để em hoàn
thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn!

2


CHƯƠNG I
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:
 Phần tĩnh(Stator):
-Gồm các bộ phận chính sau:
 Cực từ chính
 Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
 Cực từ phụ
 Phần quay ( Rotor):
-Gồm các bộ phận chính sau:
 Lõi thép phần ứng
 Dây quấn phần ứng
 Cổ góp
 Cơ cấu chổi than
1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
-Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dịng điện I ư .
Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực F đt tác dụng làm cho rotor
quay.
-Khi phần ứng quay được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau, do có phiến góp
đổi chiều dịng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay
khơng đổi.
-Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Eư.Ở động cơ
điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện động Eư cịn
được gọi là sức phản diện.

-Phương trình điện áp là: U =Eư + R ư . I ư
3


1.2 CÁC PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm
đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất.
-Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

-Ta thấy rằng việc điều chỉnh động cơ điện một chiều có thể thực hiện
được bằng cách thay đổi các đại lượng: Rư , Φ, U ư
-Thực tế có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
Phương pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng
Đây là phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động cơ trong nhiều năm.
Nguyên lý điều khiển:
-Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm; Φ = Φđm và nối thêm điện
trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.
-Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Hình 1.3 Đồ thị đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ
-Đặc điểm của phương pháp:
 Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng
mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.
4


 Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức
( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).
 Chỉ áp dụng cho động cơ điện có cơng suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở
phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện

trong cần trục.
-Đánh giá các chỉ tiêu
 Tính liên tục: phương pháp này khơng thể điều khiển liên tục được mà phải điều
khiển nhảy cấp.
 Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải. Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh D =
ωmax / ωmin càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D= 3 : 1
 Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn.
 Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.
Phương pháp 2: Thay đổi từ thông Φ
Nguyên lý điều khiển
-Giả thiết U= Uđm; Rư = const . Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dịng điện
kích từ.

Hình 1.4 Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông
-Đặc điểm của phương pháp;
 Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng
 Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức
 Việc thay đổi từ thơng khơng làm thay đổi dịng điện ngắn mạch
 Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều
5


khiển với công suất không đổi
-Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển:
 Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự
 nhiên.
 Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn trong dải
điều chỉnh D = 3 :1
 Tính liên tục: vì cơng suất của cuộn dây kích từ bé, dịng điện kích từ nhỏ
 nên ta có thể điều khiển liên tục với Φ ≈ 1

 Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi lien
 tục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ =
(1 – 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).
→ Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cần điều
chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.
Phương pháp 3: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Nguyên lý làm việc:
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn
(máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển…)

Hình 1.5 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp
-Ở phương pháp này: U = var; Φđm = const; Rf = 0
-Đặc điểm của phương pháp:
 Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp.
 Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
 Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ khơng đổi trong toàn dải điều chỉnh.
6


 Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm
 Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.
 Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì Φ và Iư đều khơng
đổi
-Đánh giá chi tiêu điều khiển:
 Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)
 Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các
 bộ biến đổi hiện nay đều có cơng suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.
 Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1
⇒ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc
độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.

⇒ Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều chỉnh
điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương pháp này để
điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

7


Chương II
PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH LỰC
2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:
-Theo đề bài thì động cơ làm việc với kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên từ thơng của nó
khơng thay đổi và do đó ta không thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông được.
-Cũng từ đề bài, công suất của động cơ chỉ là 2,2 kW. Công suất này nhỏ do đó ta khơng

dùng phương pháp thêm điện trở phụ vào vì như vậy sẽ khiến hiệu suất kém đi.
- Với phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng ta thấy ngay các
ưu điểm của nó so với hai phương pháp trên là:
 Hiê ̣u suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triê ̣t để) hơn,
tổn hao công suất điêù khiển nhỏ.
 Viêc̣ thay đổi điê ̣n áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn mạch
giảm, dòng ngắn mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi đô ̣ng đô ̣ng cơ
 Đô ̣ sụt tốc tuyê ̣t đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với mô ̣t mômen điều chỉnh xác
định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục
2.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC:
-Theo đề bài ta chọn mạch băm xung một chiều theo phương pháp đối xứng để điều khiển
tốc độ động cơ và có cả đảo chiều.
-Theo đề bài, động cơ làm việc với công suất tải là P = Uđm.Iđm = 2.2kW < 5kW nên ta chọn
chỉnh lưu loại 1 pha.
-Cũng từ đề bài, điện áp Uđm = 110V nên ta chọn sơ đồ hình cầu.
=> Vì vậy ta chọn sơ đồ loại chỉnh lưu cầu 1 pha.

-Mạch băm xung áp cần nguồn là nguồn một chiều. Do khơng có nguồn Ácquy nên

nên ta phải lấy điện áp từ lưới điện xoay chiều. Do đó để có được nguồn một chiều
cho mạch băm xung áp ta sẽ phải dùng một mạch chỉnh lưu. Và ở đây ta dùng mạch
chỉnh lưu không điều khiển (các van là diode). Để chất lượng điện áp sau bộ chỉnh
lưu tốt hay nói cách khác giảm được hệ số đập mạch của điện áp sau chỉnh lưu ta cần
có thêm bộ lọc ở sau khâu chỉnh lưu
8


Sơ đồ mạch lực của hệ thống ban đầu như sau:
-110/110V
V25

T5

R1

R8

C1

R9

C8

C9

D15

R6

D16

R7

C6

C7

D17

D18

C10

R2

R3

C2

C3
Q1

Q4

D19

D20

L1

M1
R4

R5

C4

D21

C5

D22

9


Sơ đồ khối của hệ thống như sau:

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC :
2.3.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha
Trong khoảng thời gian từ 0 – π van D16 và D17 dẫn, điện áp trên tải UAB bằng điện áp U2 ở
nửa chu kỳ đầu. Dịng điện có chiều từ A sang B
Trong khoảng thời giản từ π - 2π van D15 và D18 dẫn, điện áp trên tải UAB bằng – U2. Dịng
điện vẫn có chiều từ A sang B
2.3.2 Điều khiển không đối xứng
Phương pháp điều khiển
Trong phương pháp này các van được chia thành 2 nhóm Q1 , Q2 và Q3 , Q4 . Tuy nhiên

chúng hoạt động ở bất cứ chiều dòng tải nào. Van cùng nhóm được điều khiển như nhau
( cùng mở hoặc cùng khóa), nhưng hai nhóm lại được điều khiển trái trạng thái, điều khiển
mở nhóm này thì điều khiển khóa nhóm kia và ngược lại.
Trong khoảng (0-t0): Q1 , Q2 mở cịn Q3 Q4 khóa nên Ut = E
Trong khoảng (t0- T): Q3 Q4 mở cịn Q1 Q2 khóa nên Ut = - E

10


Sơ đồ mạch lực
Do đó điện áp ra tải có quy luật điều chỉnh khác
1

t0

T

1

Ut = T ( ∫ Edt + ∫−Edt ) = T (t0-T+t0)E = ¿ -1)E = (2γ-1)E
0
t0
Biểu thức cho thấy:
 Với γ>0,5 thì Ut dương
 Với γ<0,5 thì Ut âm
 Với γ =0,5 thì Ut bằng 0
Trong khoảng (t – t0) Tr1 ,Tr2 mở còn Tr3 , Tr4 khóa nên dịng điện nguồn E qua Tr1 – tải –
Tr2 rồi về nguồn (hình a) , nên ta có Ut = E
Vào thời điểm t0, hai van Tr1 , Tr1 bị khóa, Tr3 Tr4 được điều khiển mở, song do dòng điện
vẫn phải chạy theo chiều cũ ( do tải có điện cảm) nên dịng điện khơng thể đi ngược qua

Tr3 Tr4 mà buộc phải chạy qua các diot đấu song song với chúng (hình b)
Trong giai đoạn t = (t0 – T) năng lượng tích lũy ở điện cảm được trả về nguồn E

11


Trạng thái dịng điện
2.3.3 Tính tốn các thơng số trong mạch
a 1b 1−1

−t

Trong khoảng (0-t0) i1 = I01 +( I01 +I02) 1−a 1 e τ
Trong đó: I01 =

−T
E−Et
E+ Et
;
I
;
a
02 =
1= e τ
Rt
Rt

Trong khoảng (t0 – T) i2 = -I02 +( I01 +I02)

t0

; b1 = e τ ;τ =
1−b 1−1 −tτ
1−a 1 e

Giá trị lớn nhất , nhỏ nhất của dòng tải là
Imin = i1(0) = I01 +( I01 +I02)

a 1b 1−1
1−a 1

Imax = i2(0) = -I02 +( I01 +I02)

1−b 1−1
1−a 1

Độ đập mạch dòng tải:
ΔI = Imax – Imin = ( I01 +I02)(

a 1b 1+b 1−1
a1−1

-1)
12

¿
Rt


2.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC:

2.4.1 Tính chọn động cơ:
-Thông số động cơ được chọn trong bảng dưới:
Động
cơ
Π-61

Pđm

Uđm

Iđm

Rư

Lư

η

Nđm

11kW

220V

59.5A

0.197

0.014H

0.84

1500v/ph 0.56 kg.m2

GD 2

2.4.2 Tính chọn van:
-Thyristor là linh kiện bán dẫn đùng dể biến đổi đại lượng xoay chiều thành đại lượn một
chiều có điều khiển.Việc biến đại lượng xoay chiều thành đại lượng một chiều dùng
Thyristor có thể được thực hiện điều khiển giá trị tín hiệu ra bằng góc điều khiển α
-Để Thyristor làm việc tin cậy và đảm bảo an tồn thì các Thyristor được chọn sao cho nó
có thể làm việc ở trạng thái làm việc nặng nề nhất.
-Thyristor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
-Ung max = 1,3Udm = 110*1,3=143 V

 Ung D = Ung IGBT = ki * Ung max = 2.5*143 = 358 V
- Iđm = 20 A

 Iđm D = Iđm IGBT = kv * Iđm = 2*20 = 40 A
Chọn diot có thơng số trong bảng
Ký hiệu
Itb(A)
Ihd (A)
B50,BN50
50
78

Udm(V)
100-1200

Uv(V)
0,6

Rd(10−5 Ω)
200

Itb: giá trị trung bình cho phép của dịng điện chảy qua diot trong điều kiện chuẩn
Ihd: giá trị hiệu dụng của dòng điện cho phép chảy qua diot trong điều kiện chuẩn
Udm: giá trị cực đại cho phép của điện áp đặt lên diot
Uv :giá trị trung bình của sụt áp trên diot
Rd: điện trở trong đặc tính VA của diot
Chọn van IGBT có thơng số cho trong bảng
Ký hiệu

Ucemax (v)

Ic (A)

Uce
(bão hòa)
13

P (W)

R (Ω)


BSM50GB60DL
C

600

50

1,95

330

0,37

2.4.3 Tính chọn máy biến áp lực
Máy biến áp lực có tác dụng cách ly mạch động lực với lưới điện.Cung cấp điện áp thứ cấp
bằng điện áp yêu cầu của bộ chỉnh lưu.
Máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y với:
Cơng suất tính tốn của máy biến áp nguồn
Sba = 1,23 Pd (tham số phụ thuộc vào loại sơ đồ)
+) Tính các thơng số cơ bản
1) Cơng suất biểu kiến của MBA
S = Ks . Pd (Ks = 1,23)
2) Điện áp pha sơ cấp của MBA
Up = 220V
3) Điện áp pha thứ cấp của MBA
Điện áp tổng quát Ud khi có tải bao gồm:
Ud = Udm +2ΔUv +ΔUluoi +ΣΔUR +ΣΔUY (1.1)
Trong đó :
 Udm =110V - điện áp 1 chiều tải định mức
 ΔUv - sụt áp trung bình trên van bán dẫn (vì sơ đồ là chỉnh lưu cầu có 2 van
nên sụt áp này tăng gấp đơi )
 ΔUluoi - sụt áp nguồn xoay chiều dưới trị số định mức vì lưới điện khơng ổn
định (thường <= 20% Udm )

 ΣΔUR - tổng sụt áp do thành phần 1 chiều dòng tải gây ra trên điện trở, gồm:
Sụt áp do điện trở dây quấn gây raΔUrba
mU 22
Rba = er Sba

Trong đó:
m – số pha máy biến áp
Sba – tổng công suất máy biến áp
er – hệ số phụ thuộc giá trị Sba . Vậy ta có cơng thức
14


mU 22
ΔUrba =Id Rba = Id er Sba

Sụt áp dây dẫn phía lưới xoay chiều ΔUrdd = 0 (tính tốn thực tế thường bỏ qua sụt
áp này)
Sụt áp dây dẫn phía một chiều ΔUr
 ΔUY – sụt áp do hiện tượng chuyển mạch gây ra
ΔUY =Ky Xa Id
Trong đó Xa là tổng tồn bộ các điện cảm phía xoay chiều, gồm:
Điện cảm lưới điện:

Xal =

mU 12
Snm

m- số pha máy biến áp; U1- điện áp sơ cấp biến áp; Snm – công suất ngắn
mạch lưới điện

Điện áp pha của cuộn dây quy đổi về phía thứ cấp
mU 22

Xba = ex Sba
ex phụ thuộc vào giá trị Sba
Điện cảm bản thân dây nối:

Xdn = ωLdn 2 π f L*Ldn
Gây ra sụt áp trên dây nối ΔUxdn , ở đây L* - điện cảm dây nối trên một đơn vị
dài, Ldn – chiều dài dây nối
Thay các biểu thức tính các sụt áp trên vào (1.1) ta rút ra biểu thức
Ud =
a=

U dm+2 Δ U v+ ΔU rba+ ΔU rdd+ Δ U xdd
1−(a+ b+c . Pd + Δ U 1)

mKy
m
mKy
er ; c =
ex ; b = 2
2
Ku . Kp
Ku . Kp
Ku2 . Snm

Vì là mạch chỉnh lưu cầu 1 pha ta có các trị số
2

Ky = π

; Ku = 0,9 ; Kp = 1,23 , m = 1
15


Chọn sơ bộ:
Δ U 1 =5% ; các hệ số er =2%; ex = 8%; ΔU v = 0,6V, vậy

a=

1.2.0,08
1.0,02
= 0,0512 ; b = 2
= 0,02
2
π . 0.9 .1,23
0.9 .1,23

Coi công suất lưới điện là vô hạn so với tải nên thành phần “cPd” bằng khơng,coi các sụt áp
cịn lại chiếm 5% điện áp Udm
110 +2.0,6+0,05.110

Ud = 1−( 0,0512+ 0,02+ 0.05)

= 132,79V

Suy ra : Pd = Ud.Idm = 132,79.20=2,65(kW)
Sba = 1,23 Pd = 1,23.2655,89=3,3 (kVA)

Ud

U2(dm) = ( 1−Δ U 1 ) Ku

=

132,79
= 155,3(V)
( 1−0,05 ) 0,9

Hệ số máy biến áp:
U1

kba = U 2

=

110
155,3 = 0,71

Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp I2 = 1,11.Id = 22,2(A)
Dòng điện cuộn sơ cấp I1 = 1,11.Id / kba = 31,34 (A)
2.4.4 Tính tốn bảo vệ cho van
Các van bán dẫn trong q trình đóng cắt được bảo vệ bằng cách mắc R-C song song với
các IGBT. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngồi
tạo ra dịng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biên thiên nhanh chóng của dịng
điện tạo ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp. Khi đó
mắc R-C song song với van bán dẫn tạo ra mạch vịng phóng điện tích trong q trình
chuyển mạch nên van bán dẫn không bị quá điện áp
R1

C1

16


Ta chọn các thống số R1 và C1 như sau: R1 = 5-30 (Ω),
C1= 0,25 – 4 (μF)
2.4.5 Tham số bộ lọc
Bộ lọc LC
Các tham số L và C có quan hệ

L.C =

10(Ksb+1)
(μF.H)
mdm2

Trong đó: Ksb là hệ số san bằng của bộ lọc
Chọn giá trị L thỏa mãn biểu thức
2 Rd

L > Lmin = mdm . f 1(mdm2−1) (H)
Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha nên ta có mdm = 2, cos α = 1 nên ta tra được giá trị k*dm (hệ số
đập mạch tương đối) = 0,6
1

kdm = k*dm . cosα = 0,6
Ud

Rd = Id =

132,79
= 6,64 (Ω)
20

 Lmin =

C=

2.6,64
=0,014(H ), chọn L=20mH
2. π .50 .(4−1)

10(Ksb+1)
mdm2 . L

=

10(0,6+1)
4.0,02

=200(μF) .

CHƯƠNG III
PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
17


3.1 YÊU CẦU CHUNG VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

-Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển đó là phải thay đổi được độ rộng xung
điều khiển.
-Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng tốt) thơng
thường

di đk
≥0,1 A / µS.
dt

-Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và với góc điều khiển cần
thiết.
-Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển γ min đến γ max tương ứng với phạm vi thay đổi
điện áp ra tải của mạch lực.
-Cho phép động cơ làm việc với các chế độ đã tính tốn như chế độ khởi động,
hãm tái sinh, đảo chiều quay.
-Có độ đối xứng điều khiển tốt, tức là góc điều khiển với mọi van khơng vượt
q 1o đến 3o điện.
-Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt: không được gây ra các nhiễu vô tuyến.
-Độ tác động của mạch điều khiển nhanh.
-Thực hiện các yêu cầu bảo vệ các van nếu cần như ngắt các xung điều khiển khi có sự cố,
thơng báo các hiện tượng khơng bình thường của lưới và bản thân mạch điều khiển.
- Có độ tin cậy cao.
3.2 NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN
-Nguyên tắc chung của mạch điều khiển là so sánh một điện áp một chiều
Uđk thay đổi được với một điện áp tam giác có tần số cao số cao. Điểm cân bằng giữa Utg
và Uđk sẽ là điểm phát xung điều khiển để mở các van bán dẫn.

Sơ đồ cấu trúc của mạch điện điều khiển:
Phát xung
chủ đạo

Ufx Tạo điện áp
răng cưa

Urc

So sánh
tạo xung
18

Uss

Khuếch đại
công suất

đến van


Udk
Điều chỉnh
tự động

Ucd

Hạn chế
γmin ,γmax

Uph
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển
-Khâu phát xung chủ đạo nhằm tạo dao động với tần số cố định nhằm đảm bảo điều kiện

băm xung với tần số không đổi.
-Khâu tạo điện áp răng cưa theo tần số của khâu phát xung chủ đạo, đồn thời đảm bảo
phạm vi điều chỉnh tối đa của tham số γ .
-Khâu so sánh tạo xung: so sánh điện áp răng cưa Urc với điện áp điểu khiển Uđk, điểm cân
băng giữa chúng chính là điểm t0. Do đó khi điện áp điều khiển thay đổi sẽ làm thay đổi t0
và đo đó thay đổi tham số điều chỉnh . Điện áp ra của khâu này có dạng xung tương ứng
với giai đoạn dân van lực Tr dẫn.
-Khâu khuếch đại công suất nhằm tăng công suất xung tạo ra ở khâu so sánh, đông thời
phải thực hiện với việc ghép nối với van lực theo tính chất điều khiển van lực.
-Khâu tạo điện áp điều khiển theo luật công nghệ.
3.2.1 Khâu tạo dao động và khâu tạo điện áp tam giác

Hình 3.2 Khâu tạo xung tam giác hai cực tính

19


Ufx
T/2

T

Urc
+Ung

-Ung
Hình 3.3 Khâu tạo xung tam giác hai cực tính
-Ở đây ta dùng 2 khuếch đại thuật toán: OP1 là 1 trigger smith đầu vào không
đảo, OP2 là một khâu tích phân. Chúng tạo thành 1 mạch phát xung chữ nhật và
xung tam giác chuẩn.

-Bằng việc nối mạch Trigger Smith nối tiếp với mạch tích phân có phản hồi sẽ tạo nên
dao động: xung chữ nhật ở đầu ra mạch Trigger Smith và xung tam giác ở đầu ra OP2.
a) Xét OP1 có dạng :

Đây là Trigger Smith đầu vào khơng đảo với tín hiệu vào của OP1 là Urc.
Điểm lật trạng thái được xác định như sau:
Urc−Up Up−Ufx
= R2
R1
R2

R1

=> Up = R 1+ R 2 .Urc + R 1+ R 2 .Ufx
20


Đây chính là điểm lật trạng thái. Giả thiết IC lý tưởng ta có:
UP = UN=0
=> Urc.R2 =-Ufx .R1
R1

=> Urc = - R 2 .Ufx
Với giả thiết các OA là lý tưởng thì ta coi Ufx = ±Vcc và dạng Ufx (t) là xung vuông với 2
R1

điểm lật trang thái là ± Vcc. R 2 .
b) Xét OP2 có dạng :

t

Urc = ∫ Ufx (t).d(t) + Urc(t = 0)
0

Ta có đồ thị Ufx và Urc :

21


T

20.00

Voltage (V)

10.00

0.00

-10.00

-20.00
0.00

10.00m

20.00m

30.00m

Time (s)

Trong khoảng thời gian 0-t1 thì Ufx = ±Vcc = const
Ta có:
t1

−1
Urc =
∫ Ufx (t).d(t) + Urc(t )
RC 0
R1

−1

R1

Urc = RC .Vcc.t1 + Vcc. R 2 =¿ -Vcc . R 2
R1

1

 2Vcc. . R 2 = Vcc.t1. RC
 t1 =2.RC.

R1
R2

Từ hình vẽ ta thấy thời gian nạp phóng bằng nhau (với hằng số thời gian RC ) và điện áp
cuối q trình phóng nạp có độ lớn bằng nhau. Do đó ta có xung ra đối xứng.
R1

Chu kỳ dao động: T= t1+t2 = 2t1= 4.RC. R 2
1

Hay tần số xung : f = 1/T = 4 RC R1
R2

Ở đây ta chọn tần số băm xung là 10kHz phù hợp với yêu cầu tải động cơ.
Ta có: T=1/f = 1/10000 = 0,1(ms)
22


R1

Vậy ta có T = 4.RC. R 2 = 0,1.10-3
Chọn R1 = R2 = 47kΩ , chọn C = 1(nF) => R = 24kΩ
3.2.2 Khâu so sánh
Để xác định thời điểm mở van IGBT ta sẽ so sánh 2 tín hiệu Urc và Udk . Ta sẽ dung
khuếch đại thuật tốn để thực hiện nhiệm vụ này bởi vì những lý do sau:
+ Tổng trở vào của OP rất lớn nên không gây ảnh hưởng với các điện áp đưa vào so
sánh, nó có thể tách biệt hồn tồn chúng để không tác động sang nhau.
+ Tầng vào của OP thường là khuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số
khuếch đại khá lớn. Vì thế độ chính xác so sánh cao, độ trễ khơng q vài μs.
So sánh 2 cửa: Udk và Urc tới 2 cực khác nhau của OP.
Điện áp ra theo quy luật Ura = K0.(U+ - U-) với K0 là hệ số khuếch đại OA

Điểm lật trạng thái tương ứng với Urc =Udk
+ Khi Urc > Udk thì ΔU = Urc - Udk >0 => Uss = +Ura max
+ Khi Urc < Udk thì ΔU <0 => Uss = -Ura max

23


Như vậy các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu mới có hiện tượng thay đổi trạng thái
đầu ra. Và độ chênh lệch tối đa giữa 2 kiểu trạng thái khi làm việc không vượt quá giới hạn
cho phép của OP đã chọn.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi điều chỉnh Udk thì ta sẽ điều chỉnh được
t0

γ = T tức là điều chỉnh độ rộng xung. Từ đó điều chỉnh được điện áp ra tải.
Uv

Chọn điện trở hạn chế dòng vào trước 2 cửa của OP là R3 = R4 > Iv . Chọn
để hạn chế Iv < 1mA
=> R3 = R4 > 11/10-3 = 11kΩ. Chọn R3 =R4 =12kΩ
3.2.3 Khâu tạo trễ
Để đảm bảo chắc chắn hai cặp van thẳng hàng không cùng dấu ta sẽ thêm vào trước các
cặp van 1 khâu trễ

Cho tụ nạp chậm từ điện áp đầu vào qua điện trở R6 để hình thành độ rộng xung cịn khi
đầu vào bằng 0 thì tụ phóng nhanh qua diot. Độ rộng xung quyết định bởi thời gian tụ nạp
24