LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ
của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói
chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn được
chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế quốc dân
cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại
thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện.
Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần số
công nghiệp. Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng điện
điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động
điện một chiều người ta đã hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor.
Trong đề tài của em là thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho
động cơ điện một chiều có đảo chiều. Bao gồm các chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động điện T- Đ.
Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch công suất.
Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.
Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được
học trong môn Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các
thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Nội dung đồ án
chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy cô chỉ bảo thêm để em hoàn
thành tốt hơn nhiệm vụ.
Các số liệu cho trước:
Nguồn 3.380 VAC ± 10% ;50Hz.
Động cơ:1,5 kw; 110 VDC; 5000 v/ph.
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T- Đ.
1.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều.
1.1.1. Định nghĩa động cơ điện một chiều.
1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng

Trong đó:
U
u
là điện áp phần ứng.
U
kt
là điện áp cuộn kích từ.
E
u
là sức điện động phần ứng.
R
kt
và R
f
là các điện trở cuộn kích từ và điện trở cuộn phần ứng.
3 : Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
3
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm có một cuộn kích từ nối tiếp
nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng,một cuộn kích từ song song nối song song
với cuộn dây phần ứng.
1.2. Giới thiệu về hệ truyền động điện T-Đ.
- Hệ thống chỉnh lưu – Động cơ (CL- ĐC) dùng bộ biến đổi là một loại nguồn
điện áp một chiều. Khi nối nó với mạch phần ứng của động cơ một chiều ta sẽ
được hệ thống CL- ĐC.
- Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực tiếp biến đổi dòng xoay
chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào cả.
- Hệ thống chỉnh lưu sử dụng Tiristor gọi là hệ chỉnh lưu Tiristor và nối hệ
thống chỉnh lưu này với động cơ điện một chiều ta được hệ thống chỉnh lưu T-
Đ. Hiện nay, các Tiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều
khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh….

kiện làm việc của hệ.
• Nhược điểm:
- Khả năng linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả năng quá
tải về dòng và áp của van kém.
- Sức điện động của bộ biển đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong
động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp động cơ làm xấu điện áp
nguồn.
- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất thấp nhất.
- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào
các tính chất của tải, trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn
kích từ (R-L) hoặc mạch phần ứng động cơ (R-L-E).
- Có thể đảo chiều động cơ bằng 2 cách: đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo
chiều từ thông kích từ.
5
1.3. Các phương pháp đảo chiều quay động cơ điện một chiều.
Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi
mở, còn khoá theo điện áp lưới, cho nên truyền động van đảo chiều khó khăn và
phức tạp hơn truyền động máy phát- động cơ. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu
trúc mạch điều khiển hệ truyền động T – Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và
có logic điều khiển chặt chẽ.
Có hai nguyên tắc cơ bản đẻ xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T – Đ có nhiều song đều thực hiện theo
một trong hai nguyên tắc trên và được phân ra 5 loại sơ đồ chính sau:
Hình 1.3a: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng đảo chiều dòng kích từ.
6
Hình 1.3b: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng( từ thông giữ nguyên không

mới được kích mở, thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được gọi là góc
mở tự nhiên của các van bán dẫn. Các tiristor chỉ được mở thông với góc mở
nhỏ nhất tại thời điểm góc mở tự nhiên.
Chỉnh lưu tia ba pha được phân biệt bởi hai vùng khác nhau:
-Khi α < π/6 thì việc mở van bán dẫn không phụ thuộc vào tải dạng gì. Trong
vùng mở điện áp dương các van dẫn liên tục: có sự chuyển mạch từ van này
sang van kia, không có sự trả năng lượng về lưới. Các đường U
d
, i
d
liên tục.

-Khi α > π/6 thì các van được mở trong khoảng nào tuỳ thuộc tính chất của tải:
nếu tải thuần trở thì đường cong điện áp và dòng điện là gián đoạn còn nếu tải là
điện cảm và nhất là điện cảm lớn thì thì đường cong dòng điện và điện áp là các
đường cong liên tục. Với tải điện cảm tiristor được dẫn có phần âm điện áp nên
có sự trả năng lượng về lưới.

Tải thuần trở Tải điện cảm lớn
Ta xét sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia:
10
Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha tải R-L.
-Ở thời điểm góc mở α phát xung điều khiển I
G1
, lúc này T
1
thoả mãn điều kiện
U
AK
> 0, I

3
dẫn.
Hình 2.2: Đồ thị đường cong dòng điện, điện áp các phần tử trên hình 2.1
11
-Trong quá trình làm việc của các van như trên giả thiết rằng điện cảm L
d
đủ lớn
để dòng điện là liên tục.
-Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện bằng dòng điện của tải, khi van khoá
thì dòng điện van bằng “0”, lúc này điện áp ngược mà van phải chịu bằng điện
áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn.
*Điện áp trung bình nhận được trên tải là:
5π
+α
6
π
+α
6
2
2 2
d
3 6U
3
U 2.U sinθdθ .cosα 1,17U cosα
2π 2π
= = =
∫
= U
do
cosα

hình tia mắc ngược chiều nhau.
u
d
Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
+ Nhóm catốt chung : T1,T3 và T5
+ Nhóm anốt chung : T4,T6 và T2
Điện áp các pha thứ cấp MBA
)
3
4π
sin(θU2.U
)
3
2π
sin(θU2U
.sinθ.U2U
2c
2b
2a
=
=
=
13
Góc mở α được tính từ giao điểm của cái nửa hình sinus
Ta có đồ thị đường cong:
Hình 2.4: Đồ thị điện áp trên tải sơ đồ chỉnh lưu hình 2.3
Hoạt động của sơ đồ
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua Vf=Vc ,Vg=Vb :
Khi θ = θ
1

>U
c
. Các xung điều khiển lệch nhau π/3
được lần lượt đưa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6 1
Trong mỗi nhóm , khi một tisritor mở, nó sẽ khoá ngay tisritor dẫn dòng trước
nó
14
Thời điểm Mở Khoá
θ
1
= π/6 + α
θ
2
= 3π/6 + α
θ
3
= 5π/6 + α
θ
4
= 7π/6 + α
θ
5
= 9π/6 + α
θ
6
= 11π/6 + α
T1
T2
T3
T4

2
6
2
6
5
6
2
UdUU
d
==
∫
+
+
Cũng có thể tính U
d
= U
d1
- U
d2
trong đó U
d1
là giá trị trung bình của u
d1
do
nhóm catốt chung tạo nên, còn U
d 2
là giá trị trung bình của u
d 2
do nhóm anốt
chung tạo nên.

* Nhược điểm:
- Cần mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên không ít khó khăn khi chế
tạo, vận hành và sửa chữa.
b. Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng.
Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm ( anot hoặc catot ) điều
khiển và một nhóm không điều khiển.
Sơ đồ:
? ? ?
Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
* Nguyên lý hoạt động:
- Trong khoảng 0 θ
1
T
5
và D
6
cho dòng i
d
chảy qua. D
6
đặt điện áp u
2b
lên anôt
D
2.
- Khi θ > θ
1
điên thế catot D
2
là u

đặt điện thế u
2c
lên catot D
4
.
- Khi θ > θ
3
thì điện thế catot D
4
là u
2a
bắt đầu nhỏ hơn u
2c
, D
4
mở cho dòng chảy
qua D
4
và T
1
, u
d
= 0.
16
Nhận xét:
Trong chỉnh lưu ba pha không dối xứng dạng điện áp ra khi α > 0 chỉ có
ba đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ này thấp hơn hệ số đập mạch của
sơ đồ điều khiển hoàn toàn.
* Ưu điểm:
- Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền.

d
:sđ đ một chiều
- Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều sức
điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng khi chiều
17
sức điện động và dòng điện ngược nhau .Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy
rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để
có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều kiện :
+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều E
d
để có chiều dòng và
E
d
trùng nhau.
+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp u
d
<0 để có dấu
phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lưới
điện.
+Trong trường hợp không đảo được chiều E
d
ta buộc phải dùng một mạch chỉnh
lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều ngược lại.
-Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm việc với
góc điểu khiển lớn .Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần lưu ý
rằng E
d
có giá tri âm.
2.1.3. Lựa chọn phương án phù hợp.
Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của

, k
u
:Các hệ số điện áp ngược và điện áp tải.
Với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta chọn: k
nv
= , k
u
= 3 /П
18
=> U
lv
= (π/3). U
d
= (π/3). 110 = 115,19 (V)
- Điện áp ngược của van cần chọn là:
U
nv
= k
dt
. U
lv
= 1,8 . 115,19 = 207,35 (V)
- Trong đó k
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn k
tdU
= 1,8
- Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện dòng hiệu dụng chạy
qua van theo sơ đồ đã chọn (I
lv

= k
i
. I
lv
= 3,2. 7,873 = 25,2 (A)
Ta chọn tiristor loại 16RCF20A có các thông số định mức sau:
Điện áp ngược cực đại của van: U
n
= 300 V
Dòng điện định mức của van: I
đm
= 35 A
Dòng điện của xung điều khiển: I
g
= 40 mA
Điện áp của xung điều khiển: U
g
= 2 V
Dòng điện rò: I
r
= 1 mA
Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn : ∆U = 2,3 V
Tốc độ biến thiên điện áp: 25 V/s
Thời gian chuyển mạch: t
cm
= 12µs
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax =125
0
C
2.3. Tính toán thông số máy biến áp, cuộn kháng.

= 10
0
góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới .
∆Uv = 2,3 (v) sụt áp trên tiristor
∆U
dn
= 0 sụt áp trên dây nối
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
x
: sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
Chọn sơ bộ
∆U
ba
= 6%.Ud = 6% . 110 = 6,6 (V)
Từ phương trình cân bằng điện áp tải ta có:
U
do
= = = 123,1 (V)
Điện áp pha thứ cấp :
U
2
= U
do
/k
u
= = 52,59 (V)

= (U
2
/U
1
). I
2
= .11,14 = 1,54 (A)
d) Tính sơ bộ mạch từ.
Tính tiết diện sơ bộ trụ:
fm
S
kQ
ba
qFe
.
.=
k
q
: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn k
q
= 6
m : số trụ của MBA = 3
f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz
Q
Fe
= 6. = 19,44 (cm
2
)
Đường kính trụ:
d = = = 5 (cm)

2
)
- Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu
chuẩn: S
1
= 1,72 (mm
2

).
Kích thước dây dẫn có kể cách điện:
S
1cđ
= a
1
.b
1
= 0,8.2,10 = 1,68 mm mm
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
J
1
= = = 0,124 (A/mm
2
)
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:
S
2
= = = 4,05 (mm
2
)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu

cs1
+ Q
cs2
Với: Q
cs1
= k
ld
.W
1
.S
cu1
= 2.880.1,72 = 3027,2 mm
2
Q
cs2
= k
ld
.W
2
.S
cu2
= 2.121.4,19 = 1014 mm
2
Trong đó: Diện tích cửa sổ (mm
2
)
Q
cs1
, Q
cs2

H h
c
L
b
aaa
a = 0,5.c => h= 2,3c/2 =1,15c
h.c = Q
cs
= 4041,2 => 1,15.c
2
= 4041,2 => c = 59,3 mm 6cm
=> h= 68,2 mm 7cm; a= 3 cm; b=1,5.a = 4,5 cm
h - chiều cao cửa sổ
c - chiều rộng cửa sổ
Chiều rộng toàn bộ mạch từ:
L= 2.c + x.a = 2.6 + 3.3 = 21 cm
Chiều cao mạch từ:
H = h + z.a = 7 + 2.3= 13 cm
Trong đó: z.a - kích thước gông từ. z = 2
Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi
cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục,các
vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng bìa cách điện.
Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :
W
11
= .k
e
= .0,95 = 30,30 (vòng)
Trong đó : k

t
= D
fe
+ 2 . a
01
– 2 .S
01
=5 + 2.1 - 2.0,1 = 6,8(cm)
Đường kính trong của cuộn sơ cấp
D
t1
= D
t
+ 2 . S
01
= 6,8 + 2 . 0,1 = 7(cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
= 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp
Bd
1
= (a
1
+ cd
11
) . n
11
= (0,8+0,1).30 = 27 (mm) = 2,7 (cm)
Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

= h
2
= 6,63 (cm)
Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
W
12
= .k
e
= .0,95 14,314 (vòng)
Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp :
n
12
= = = 8,45 (lớp)
25