Lời nói đầu
Chúng ta đang sống trong xã hội công nghiệp việc ứng dụng các thành tựu
khoa học vào trong cuộc sống và trong nền sản xuất là rất quan trọng. Truyền
động điện có vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội.Để đáp ứng đợc
yêu cầu thực tế các hệ truyền động có khả năng tự động điều khiển và độ chính
xác cao chúng ta cần phải có các bộ nguồn điều chỉnh phù hợp với sự phát triển
của các hệ truyền động.
Phục vụ cho nhu cầu đi lại của nhân dân nhất là trong các thành phố,
chống ô nhiễm môi trờng, ách tắc giao thông tầu điện đợc dùng phổ biến trong
các nớc phát triển và ngày càng phát triển.
Môn học điện tử công suất trong chơng trình học của sinh viên tự động
hóa cung cấp những kiến thức quan trọng cho mỗi sinh viên trong các công
việc chuyên môn. Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen
với việc thiết kế một bộ nguồn công suất trong thực tế em đợc giao một đồ
ánthiết kế bộ biến đổi chỉnh lu và nghịch lu phụ thuộc với lới cung cấp điện
cho tàu điện với các thông số sau
điện áp nguồn 690VAC +10%,-10% f=50Hz
điện áp ra 600VDC
dòng điện 1 chiều định mức 1000A
Trong khuôn khổ của đồ án em xin trình bày những nội dung sau
giới thiệu tổng quan về công nghệ và chọn phơng án
phân tích nguyên lý hoạt động của phơng án
tính chọn phần tử của mạch công suất
giới thiệu mạch điều khiển cho toàn hệ thống và tính chọn phần tử
cơ bản của mạch điều khiển
giới thiệu các mạch phản hồi
Em xin chân thành cảm ơn thầy đã hớng dẫn em trong quá trình thiết kế
đồ án này.
Trong quá trình thiết kế em không tránh khỏi sai sót em mong nhận đợc
các ý kiến đóng góp của các thầy giáo và và các bạn để em có đợc thêm kiến
thức cho các công việc về sau.

một chiều từ lới xoay chiều do đó kinh phí đầu t tăng lê. Sử dụng hệ thống tầu
điện một chiều và hệ thống tầu điện xoay chiều đều có những u điểm, nhợc
điểm riêng và tuỳ vào yêu cầu cụ thể cả chế độ vận hành mà chọn một trong
hai loại, cụ thể với loại tầu điện xoay chiều có u điểm là sử dụng năng lợng
điện trực tiếp từ lới điện xoay chiều 3 pha, giá thành không cao, rễ vận hành
nhng nhợc điểm lớn nhất vẫn là khả năng điều chỉnh tốc độ, tuy nhiên ngày
nay với sự phát triển của các thiết bị bán dẫn điện tử nên khả năng điều chỉnh
tốc độ ngày càng đợc cải thiện và sẽ thay thế loại một chiều trong trong tơng
lai . Với loại tầu điện một chiều tuy có giá thành cao, yêu cầu phải biến đổi
năng lợng từ lới điện xoay chiều gây nhiễu thông tin nhng nó có hai u điểm lớn
sau :
Thứ nhất, khả năng điều chỉnh tốc độ tốt , hơn nữa dải điều chỉnh tốc độ
có thể lớn, điều chỉnh chơn êm, momen khoẻ
Thứ hai, rễ thực hiện hãm tái sinh trả lại năng lợng về lới điện khi thực
hiện hãm tái sinh hay có tải thế năng
Hơn nữa sử dụng động cơ điện một chiều sẽ có momen mở máy lớn, quá
tải tốt tốc độ biến đổi theo tải trong một vùng rộng( loại có đặc tính cơ mềm ).
Do vậi rất tiện khi sử dụng động cơ điện một chiều trong truyền động kéo.
II) Điều chỉnh tốc độ truyền động điện
Nh đã giới thiệu ở trên, do có yêu cầu cao về hãm tái sinh nên động cơ sử
dụng chỉ có thể là động cơ một chiều kích từ độc lập, động cơ điện kích tử
song song, hoặc động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp bù. Theo yêu cầu
đề bài thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ thực hiện bằng phơng pháp thay đổi
điện áp phần ứng do vậy động cơ điện một chiều thích hợp nhất cho công nghệ
2
là loại kích từ độc lập hoặc kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích
độc lập . Đặc tính cơ của hai loại động cơ này là tơng đối giống nhau, ta phân
tích phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp đối với động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
Thành lập đặc tính cơ

K
RR
I
K
RR
K
U
kk
fu
o
fu
u
u
fu
o
u
fu
u
)()(
22



+
=
+


=


co
d
Do đó máy điện làm việc ở chế độ động cơ năng lợng từ nguồn đa vào động cơ
rồi đến tải khi động cơ làm việc ở góc phần t thứ hai và góc phần t thứ t do

o
>
nên





=
=
<
<
0.
0.

M
P
IU
P
co
d
hay E.I > 0
Do đó động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh năng lợng từ tải động năng đến
động cơ đến nguồn.
Tơng tự ở trạng thái hãm ngợc động cơ ta có

và yêu cầu về momen khởi động và momen quá tải và về sai số tốc độ làm
việc cho phép. Đặc biệt ta quan tâm tới tốc độ nhỏ nhất của phạm vi
điều chỉnh
với
s
2
là sai số tốc độ ứng với

2
là độ cứng ứng với tốc độ nhơ nhất
là hệ số quá tải về momen
Khi đó phạm vi điều chỉnh D đợc tính là
4


min
maxã
=
D

min

min
=


2
ã
2
2


Sai số tơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là :
s
M
s
cp
dm
=


min

Với từng công nghệ thì
M
dm
,

mino
,
s
cp
là xác định nên có thể tính đợc
giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vợt quá giá trị cho
phép và do đó phải xây dựng các hệ truyền động kiểu vòng kính( dạng có hồi
tiếp), cụ thể nh trong đồ án ta sử dụng hồi tiếp âm tốc độ.
Để điều khiển điện áp phần ứng ta sử dụng hệ thống chỉnh lu/ nghịch lu
phụ thuộc - động cơ một chiều sử dụng năng lợng điện biến đổi trực tiếp từ
nguồn điện xoay chiều/ trả năng lợng trực tiếp về lới. Do vậy hệ thống biến đổi
sẽ bao gồm hai bộ biến đổi mắc song song ngợc, mặt khác do yêu cầu của
công nghệ theo đó không có chế độ đảo chiều của động cơ kéo nên một bộ

S¬ ®å thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn chung
Trong ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn
nµy xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi ®îc ph¸t vµo hai bé biÕn ®æi I &II, mét bé lµm
7
việc ở chế độ chỉnh lu, còn bộ kia làm việc ở chế độ chờ nghịch lu phụ thuộc.
Trong phơng pháp điều khiển này nếu tính đến góc chuyển mạch à và góc
khoá thì giá trị lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang ở chế độ
nghịch lu đợi phải là:
Và giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ
chỉnh lu là :
Thực tế , do phát xung đồng thời vào cả hai bộ biến đổi nên giá trị điện áp
tức thời ở các điểm đầu/cuối của các bộ biến đổi khác nhau nên sẽ xuất hiện
dòng điện cân bằng giữa hai bộ biến đổi và để hạn chế dòng điện này bắt buộc
phải có các cuộn kháng đặt ở đầu/ cuối các bộ biến đổi gọi là các cuộn kháng
cân bằng. Để hạn chế dòng điện cân bằng đồng thời giảm bớt kích thớc các
cuộn kháng, ngời ta dùng phơng pháp điều khiển chung phi tuyến:
, tính toán hợp lý thờng đợc kết quả
230
21
O
=+

Nh vậy, sơ đồ thực hiện theo nguyên tắc điều khiển theo nguyên tắc điều
khiển chung tuy có u điểm là dòng điện ra tải liên tục nhng nhợc điểm lớn là
việc tính toán điều khiển tơng đối phức tạp, mặt khác do có các cuộn kháng
cân bằng nên làm tăng kích thớc bộ biến đổi, do đó với những tải không có yêu
cầu cao về chất lợng dòng điện nh trong đồ án này thì dùng phơng pháp điều
khiển này sẽ không kinh tế.
Sơ đồ thực hiện theo nguyên tắc điều khiển riêng
Trong phơng pháp điều khiển này, khi cần bộ biến đổi nào làm việc thì

1
nào đó, vì lới điện dao động
%10
điện áp nên để khắc
phục ảnh hởng của sự thay đổi này đối với tải ta sử dụng vòng phải hồi âm tốc
độ, khi đó góc mở chậm
1
sẽ tự thay đổi giá trị theo sự thay đổi của lới để đảm
bảo tốc độ động cơ ổn định. Muốn cho truyền động kéo ổn định ở một tốc độ
đặt nào đó trong phạm vi điều chỉnh ta chỉ cần thay đổi giá trị điện áp đặt trong
mạch điều khiển.
Do ở đây sử dụng phơng pháp điều khiển riêng nên khi bộ biến đổi (I) làm
việc thì bộ biến đổi (II) phải đợc khoá và luôn ở chế độ chờ nghịch lu. Khi cần
thực hiện tái sinh năng lợng trả về lới điện(nh khi hãm, tải thế năng) thì bộ biến
đổi một cần phải khoá lại và bộ biến đổi 2 sẽ đợc làm việc, việc khoá bộ biến
đổi (I) và việc mở bộ biến đổi (II) phải tuân theo nguyên tắc chung của điều
khiển riêng, nghĩa là khi bộ biến đổi (I) đang làm việc thì dòng điện chảy vào
động cơ, lúc này muốn thực hiện tái sinh năng lợng khi cần thiết thì ta phải
hoặc đổi chiều dòng điện I hoặc đổi chiều suất điện động của động cơ kéo, ở
đây ta không dùng phơng pháp điều chỉnh từ thông mạch kích từ hay có thể đổi
chiều quay động cơ sơ cấp nên ta chỉ có thể thay đổi đợc chiều dòng điện I dể
thực hiện quá trình tái sinh, muốn vậy trớc hết ta tăng nhanh
1
, dòng điện
giảm nhanh về không, khi đó bộ cảm biến dòng (I) sẽ phát hiện dòng về không
tại tín hiệu mở bộ biến đổi (II). Nhng nh ta đã trình bầy thì khi dòng điện đã về
không, bộ biến đổi (I) chỉ khoá chắc chắn sau thời gian khôi phục tính chất
điều khiển của van, do vậy khi có tín hiệu dòng về không thì ta phải thực hiện
một thời gian trễ nào đó ( > t
off








U
dUU
d
==

+
+
từ biểu thức trên ta thấy:
Với
2
0



tađợc
max
0
dd
UU
=

U63
2

23
32363
cos
22
==
===




U
U
U
U
dd
=50,2
o
Góc mở cho phần nghịch lu phụ thuộc, phụ thuộc vào giá trị tức thời khi
nghịch lu của động cơ kéo.
Chơng 3
Tính chọn phần tử mạch công suất
I) Chọn van công suất thyristor trên mạch lực
Từ đồ thị dòng điện qua van tìm đợc giá trị dòng trung bình qua van


=
3
2
0
2

.6 V=
10
chọn điều kiện làm mát cỡng bức bằng quạt gió có tốc độ 12m/s và cánh toả
nhiệt ta có
maxtbv
I
=
)(6,666
5,0
max
A
I
thtbv
=

để sử dụng van làm việc tin cậy ta chọn
)(1390
7,0
max
max
A
U
U
thng
ng
==
từ hai thông số
maxtbv
I
và

1) Bảo vệ ngắn mạch và quá dòng
Giá trị hiệu dụng dòng điện qua van :
I=
)(8081000*
3
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
0
2
AIIdI
ddd
====






Chọn áptômát C1001N do hãng Merlin Gerin chế tạo có I
đm
= 1000 A, U
đm

SS : khối so sánh, thực hiện so sánh giữa tín hiệu điều khiển với điện áp
đồng pha để tạo ra thời điểm phát xung điều khiển vào các thyristor.
KĐ&SX: khối khuếch đại và sửa xung, thực hiện khuếch đại tín hiệu và
định dạng xung chuẩn đủ công suất đa vào các thyristor.
CLĐK: khối chỉnh lu điều khiển
K
u
: hệ số phản hồi điện áp lấy qua máy phát tốc một chiều.
K
i
: hệ số phản hồi dòng điện, lấy từ máy biến dòng qua chỉnh lu
12
U
nguồn
; f
A
1
A
2
U
ĐF
U
d
U
đk
( - ) ( - )
CL
ĐK
Tải
SS

741
r9
c1
c2
Điện áp đồng pha đợc tạo thành qua máy biến áp đồng bộ 6 pha, qua bộ so
sánh để tạo thành các xung hình chữ nhật ( nhằm loại trừ sự ảnh hởng do biến
động trên lới ), xung hình chữ nhật đợc đa qua bộ tích phân tạo điện áp răng ca
để đa vào bộ so sánh trong khối mạch điều khiển.
Tính chọn các phần tử trong sơ đồ
R1=10k, R2=10k, R4=R8=R11=R7=R10=10k
Diôt D1,D2 là loại 1N914
Khuếch đại thuật toán loại àA741 có nguồn 12V
Chọn đỉnh tam giác có giá trị 10V nên R.C =1,2.10
2
chọn R=10k vậy
C=1,2àF
13
2. Khâu so sánh và băm xung:
741
r1
r2
r3
r4
r5
r6
741
c1
and
Khâu này thực hiện so sánh giữa điện áp điều khiển và điện áp đồng pha
răng ca để tạo ra dãy xung đơn .

t1
t2
d7
d8
d9
d10
c
Để thực hiện khuếch đại tín hiệu đủ công suất để mở các van điều khiển
ta dùng sơ đồ khuếch đại mắc nối tầng Darlington.
Trong sơ đồ, điốt Đ
7
dùng để khoá bộ khuếch đại, thực hiện khoá ở phía
trớc bộ khuếch đại.
Điốt Đ
8
làm nhiệm vụ bảo vệ quả điện áp ngợc cho transistor khi khoá, vì
khi thực hiện khoá transistor thì sẽ xuất hiện sự biến thiên dòng điện
dt
di
, tốc
độ giảm này tạo nên một điện áp ngợc đặt lên cực CE của transistor, giá trị này
có thể vợt quá giá trị điện áp chọt thủng U
Cegh
của transistor do đó làm hỏng
tiếp giáp bán dẫn. Vì vậy để bảo vệ hiện tợng này điốt Đ
8
đợc mắc song song
ngợc với cuộn thứ cấp của biến áp xung nhằm tạo ra dòng khép kín để khử dần
suất điện động do biến thiên
dt

à
xác định thể tích lõi thép theo công thức
V=Q.l=
3
2
664
2
20
30
7,0
5,1.8.15,0.10.600.10.10.4,1

. cm
B
uIst
x
tb
==


à
à
Chọn tiết diện lõi Q=2cm
2
l=15cm
Số vòng sơ cấp
w
1
=
45

/m =1,5/2 =0,75(A)
hệ số khuếch đại Darlington. = I
1
/I
!B
=
10
1
10
750
=750
chọn
1
=75,
2
=100 chọn T1,T2 là loại C828
Chơng 5 các mạch phản hồi
Khi điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng chỉnh lu có điều khiển ngời ta
có thể coi bộ chỉnh lu là một bộ khuếch đại công suất. Góc mở thờng đợc điều
chỉnh nhờ một điện áp điều khiển, xác định điện áp ra có giá trị trung bình
quyết định tốc độ quay của động cơ, công suất của tính hiệu vào chỉ vài miliW
trong khi đó công suất đầu ra của bộ chỉnh lu có thể cỡ mêgaW.

Từ lới điện xoay chiều
16
Chỉnh l u
có điều
khiển
đ
c

lệch
sai
lệch
dòng
điện
phản hồi tốc độ
điện áp tỉ lệ với tốc độ
chỉnh
l u
biến
dòng
khuếch
đại
sailệch
dòng
khuếch
đại sai
lệch
Giả sử khi khởi động động cơ. Do sự thay đổi đột ngột của U

d
trong khi đó U

cha thay đổi kịp do có quán tính cơ học của hệ, nên sai lệch đầu vào có giá trị
rất lớn. Điểm làm việc của khối sẽ ở sẩutong vùng bão hoà của đặc tính điều
chỉnh, tín hiệu ra của khối không đổi mạch vòng tốc độ bị ngắt ta khỏi sơ đồ.
Do hoạt động của mạch vòng dòng điện mà dòng điện phần ứng đợc duy trỉ giá
trị I= I
max
tơng ứng với tín hiệu vào của mạch vòng là U