KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
o0o
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
***
ĐỀ TÀI MÔN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Vũ Phương Trung
2. Vũ Anh Tuấn
Khoá học : 2010-2014
Ngành đào tạ : Tự động hóa
  


- Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 1 pha có điều khiển.
- Dùng tisristor.
 Số liệu cho trước:
- Động cơ có các thông số Uđm= 220V(DC),Pđm =0.2KW,Iđm= 1.2A
N=2000 V/ph.
- Các trang thiết bị máy móc
- Tài liệu chuyên môn
 Nội dung cần hoàn thành:
1. Phân tích, lựa chọn phương án
2. Lý thuyết và các vấn đề liên quan .
3. Phân tích, lựa chọn thiết bị.
4. Lập trình điều khiển và mô phỏng.
5. Sản phẩm của đề tài : Quyển thuyết minh và các bản vẽ,
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Đỗ Công Thắng
1

Ngày Tháng Năm 2012
Giáo viên phản biện
3

sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều
gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)
1.2.1. Phần tĩnh (stator)
Gồm các phần chính sau:
a. Cực từ chính:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ
được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
c. Gông từ:
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
- Nắp máy
- Cơ cấu chổi than.
1.2.2. Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:
5
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
a. Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện
dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh
để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b. Dây quấn phần ứng:

F
F
a
b
c
d
I
n
®t
®t
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến
góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có
chiều quay không đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức
điện động E
ư
chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động E
ư
ngược chiều với dòng điện I
ư
nên E
ư
còn gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= E
ư
+R
ư
.I
ư

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định
mức với đặc tính cơ tự nhiên (M
đm
, w
đm
).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay nối
thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ
β
được tính như sau
ω
β
∆
∆
=∆
M
β
lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
β
nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
1.4.1.Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều
Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ
thường mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập.
1.4.2.Phương trình đặc tính cơ:

+
-
E

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
E= K
e
.
Φ
.n (2)
K
e
=
a
np
60
.
: hệ số sức điện động của động cơ
a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
K=
π
a
np
2
.
: hệ số cấu tạo của động cơ
ω
: tốc độ góc tính bằng rad/s
p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

ư
) gọi là phương trình đặc tính cơ
điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.I
ư
(5): là mômen điện từ của động cơ.
Suy ra: n=
M
KK
R
K
U
e
u
e
u
.

Φ
−
φφ
là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1
chiều kích từ độc lập.
Hoặc:
ω
=
M
K
R
K

u
2
).(
.
φ
φ
+
−
ta nhận thấy muốn thay đổi tốc
độ
ω
ta có thể thay đổi
φ
, R
f
, U.
• Trường hợp R
f
thay đổi (U
ư
= U
đm
= const; Ф= Ф
đm
= const):
9
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Độ cứng đặc tính cơ:
ω
β

giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ
ω
β
∆
∆
=
M
=
=−
u
R
K
2
)(
φ

const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương
pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.
• Ảnh hưởng của từ thông:
Muốn thay đổi
Φ
ta thay đổi dòng kích từ I
kt
khi đó tốc độ không tải
φ
ω
K
U
dm
=

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải
thay đổi của động cơ điện.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so
với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà
cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng
điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh t?
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các
chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
a. Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé
hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự
nhiên.
b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n
max
và tốc độ bé nhất n
min
mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = n
max
/n
min
.
Trong đó:
- n
max
: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- n
min

i
và n
i + 1
đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này hai cấp
tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc
của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆P
phụ
ở mức thấp nhất.
f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ thống
điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ thống
phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ
thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.
1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp
trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến
động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một
chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như:
máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên
dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị
sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
12
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

M
KK
RR
K
U
n
ME
fu
E
2
Φ
+
−
Φ
=
fu
ME
RR
KK
dn
dM
+
Φ
−==
2
β
U
1
U
2

1
> n
2
> n
3
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
D = n
cb
/n
min
= 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < U
mincp
thì do phản ứng phần ứng sẽ làm
cho tốc độ động cơ không ổn định.
•  !: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng
nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn n
cb
.
• @: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều
chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng.
• A: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ
bản và chi phí vận hành cao.
1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông: Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment
điện từ của động cơ M = K
M

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện
kích từ I
kt
sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có
thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc độ
tăng lên khi từ thông giảm: n =
Φ
.
E
K
U
Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M
n
= K
M
Φ
I
n
nên khi
Φ
giảm sẽ làm cho M
n
giảm theo.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
Khi
Φ
giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ đường
đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được

Φ
đm
0 M
C
M
2
M
1
M
n
Hình 6: H c tính c khi thay i t thôngọ đặ ơ đổ ừ
n
cb
n
1
n
2
n
M
φ
ñm
> φ
1
> φ
2
n
cb
< n
1
< n

2
Φ
+
−
Φ
=
• -
• -
+ •
+ •
•
•
I
ö
R
f
Ckt R
kt
U
E
U
KT
const
K
U
n
dmE
dm
=
Φ

Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n
1
ta đóng
thêm R
f
vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I
ư
đột ngột giảm xuống, còn
tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng I
ư
giảm làm cho moment động
cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n
2
với n
2
> n
1
.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n
cb
. Trên thực tế
không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảy
cấp tức độ bằng phẳng γ xa 1 tức n
1
cách xa n
2
, n
2

0
M
C
n
3
n
2
n
1
n
cb
n
0
n
M, I
0 < R
f1
< R
f2
< R
f3
n
cb
> n
1
> n
2
> n
3
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

tăng.
1.5.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch
phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau:
Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.
18
I
ư
I
S
I
n
R
n
R
S
•
•
•
• •
• -
+ •
Ckt
tttt
T

R
kt
trở phụ chính là R
n
.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau:
• Giữ nguyên R
n
, thay đổi giá trị R
S
:
19
M
KK
RR
RR
R
RR
R
K
U
n
ME
nS
nS
u
nS
S
E 2
Φ
+
+

nS
S
<
+
=⇒
u
nS
S
unu
R
RR
R
RRR >
+
+>+
TNPMRR
nf
ββββ
<<=
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
- Khi R
S
= 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng
n
HĐN
= 0.
Hình 10: Họ đặc tính cơ khi R
n
= const, R
S

đm
/R
S
.
Ta có họ đặc tính cơ như sau:
20
Hình11: h c tính c khi Rọ đặ ơ
S
= const, R
n
thay i.đổ
n
1
n
2
n
c
b
I
TN ( R
N
=
0 )
M
C
I
B
n
R
n1

n
2
n
1
I
I
A
M
C
R
S
= 0
R
S
= ∞
R
S2

R
S1
•
R
S1
< R
S2

n
1
< n
2

21
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
CHƯƠNG 2
CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT

I) Điode
;1:
- Điode gồm hai lớp bán dẫn loại P và N dược ghép tĩnh điện với nhau, thông
thường diode được tạo bởi hai lớp bán dẫn Silic loại P và N, bán dẫn loại P là loại bán
dẫn dẫn điện bởi các hạt lỗ trống mang điện tích dương. Bán dẫn loại N dẫn điện bởi
các hạt mang điện tích âm.
- Kí hiệu của điode:
;#BC#"'D
Khi ghép hai bán dẫn loại P và N lại với nhau thì tại mặt ghép sẽ hình thành một
lớp tiếp xúc P-N kí hiệu là J. Tại lớp tiếp xúc các điện tử âm tự do từ lớp bán dẫn loại N
chuyenr sang lớp bán dẫn loại P chúng tái hợp với các lỗ trống trở nên trung hòa về
điện. Phía lớp bán dẫn loại P do mất lõ trống nên trở thành điện tích âm. Phía bán dẫn
loại N do mất các điện tử nên mang điện tích dương. Do vậy một điện trường ở lớp tiếp
xúc P-N được hình thành và hướng từ P sang N. Điện trường này giống như một bức
rào ngăn không cho lỗ trống từ P sang N và từ N sang P
Khi nối P sang N một nguồn điện một chiều để tạo sự phân cực, cực dương của
nguồn nối vào lớp bán dẫn P, cực âm nối vào lớp N thì sẽ có một điện trường ngoài
hướng từ P sang N. Điện trường này mạnh hơn điện trường lớp tiếp xúc và ngược chiều
22
A
K
P - N
-
-
-

NG
P - N
-
-
-
+
+
+
E
NG
-
+
A
0
U
D0
Dòng rò
U
ngmax
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ
Hình 3: Đặc tính vôn-ampe của diode
+ Nhánh thuận ứng với phân áp thuận: Dòng điện đi qua diode vượt một ngưỡng U
n
cỡ
0,1 đến 0,5 v và chưa lớn lắm thì đặc tính có dạng Parabol (nhánh 1). Khi điện áp lớn
hơn thì đặc tính như đường thẳng (2).
+ Nhánh ngược ứng với phân áp ngược: Lúc đầu điện áp ngược tăng thì dòng điện
ngược rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (3) tới điện áp ngược U=12v thì dòng điện
ngược có trị số nhỏ vài mA và gần như giữ nguyên. Sau đó khi điện áp ngược đủ lớn
U>U

1
, J
3
được phân cực thuận J
2
bị phân cực ngược, gần như
toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J
2
. Điện trường E
i
của J
2
có chiều từ N
1
sang P
2
.
Điện trường ngoài tác dụng cùng chiều với E
i
, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện
càng mở rộng ra, không có dòng chảy qua thysistor, mặc dù nó dược đặt điện áp.
24
A
G
K
P
1
N
1
P

1
qua P
1
và đến cực dương của nguồn điện ngoài gây nên hiện tượng dẫn điện ồ ạt, J
2
trở
thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát tán ra
toàn bộ mặt ghép nên thysistor được mở.Hình 4: mở thysistor
Mở thysistor bằng cách ấn công tắc K là đơn giản nhất. một thysistor đã mở
thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển ig là không còn cần thiết nữa.
- Khóa Thysistor
Có hai cách để khóa thysistor:
+ Cách 1: Giảm dòng điện ở A nốt xuống đến giá trị của dòng điện duy trì khi
thysistor được phân áp thuận thì lớp J2 có điện trở lớn làm cho dòng qua Thysistor rất
nhỏ lúc đó thysistor sẽ bị khóa lại.
+ Cách 2: Đặt một điện áp ngược lên thysistor ( biện pháp thường dùng) khi đặt
điện áp ngược lên T có U
Ak
< 0 hai mặt ghép J
1
và J
3
bị phân cực ngược J
2
phân cực
25
P