Đồ án điện tử công suấtSinh Viên: Vũ Thị Bích
-

TĐH2
-
K46

1
trờng đại học bách khoa hà nội
bộ môn tự động hoá khoa điện
đồ án môn học
điện tử công suất
đề tài:
thiết kế mạch tự động kích từ cho
động cơ đồng bộ giáo viên hớng dẫn : phạm quốc hải
sinh viên thực hiện : nguyễn thanh lịch

2

1. Khái niện chung
2

2. Nguyên lí làm việc
3

3. Đặc tính cơ
3
4. Mở máy đông cơ đồng bộ 3
5. Vào/ ra đồng bộ 5
II. Yêu cầu công nghệ và kỹ thuật 6
Chương 2: Lựa chọn phương án 8
I. Hệ kích từ máy đồng bộ 8
1. Hệ kích từ dùng máy phát 1 chiều 8
2. Hệ kích từ dùng máy từ xoay chiều kích từ kết hợp với bộ chỉnh lưu 9
3. Hệ từ kích thích 9
II. Sơ đồ chỉnh lưu 9
1. Chỉnh lưu một pha 9
2. Chỉnh lưu ba pha 10
Chương 3: Sơ đồ nguyên lí mạch thiết kế 12
I. Mạch lực 12
II. Mạch điều khiển 14
Chương 4: Tính toán mạch lực 16
Chương 5: Tính toán mạch điều khiển 26
Kết luận 39
Tài liệu tham khảo 40

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt

Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ): 130 V.
Điện trở khởi động: 0,8.
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 đ• nhiệt
tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành bản đồ án này.

Sinh Viên:
Vũ Thị Bích
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 r•i 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 cos và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin

momen và momen quay với tốc độ đồng bộ xác định bởi biểu thức:
NDB =f: p (vòng/phút)
Tốc độ góc đồng bộ là: WDB = 2f (rad/s)
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:


với roto với tốc độ DB -  = sDB thì trong dây quấn kích thích nối kín mạch qua RHC
và trong dây quấn cảm kiểu dây quấn ngắn mạch có bước không đều sẽ có dòng điện cảm
ứng, tần số là sfL (: 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 MKD 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): Khi bắt đầu quay, lúc đó hệ số trượt s = 1, momen mở máy bắt đầu Mmm tác dụng lên
roto và ở hệ số trượt smax thì xuất hiện momen cực đại Mmax. Momen không đồng bộ tỉ lệ
với bình phương điện áp lưới Mkd  U2 . Do đó nhất thiết phải nói là các trị số đặc tính của
nó M,
Mmax 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: Mmm,/ Mđm,
Mmax/Mđm.
Ta thấy trong việc hình thành momen không đồng bộ , ngoài sự tham gia của dây cuốn

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 Mdbmax.
Sau đó mất đồng bộ dưới tác dụng của momen ngoài, tốc độ góc quay của rôto trở lên lớn hơn
đồng bộ nếu trước đó máy làm việc như máy phát và nhỏ hơn đồng bộ nếu máy làm việc như
động cơ.
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.
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.

Pcu 2 = s. Pdt  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

động cơ đồng bộ (như đ• nói ở chương 1) và mạch thiết kế cần phải đảm bảo được yêu cầu
này.
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.


không đồng bồ roto lồng sóc). Có cuộn dây kích từ LFK 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 it và tốc độ quay của máy theo biểu thức:
a. R.it + LFK .
Khi dòng điện đạt đến trị số xác lập it = It thì và điện áp ngược được tạo ra ở đầu
máy là a. R. It = E. Do đó điện áp xác lập của FK phụ thuộc vào biến trở 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

9lớn 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 quá cao về chất lượng điện áp một chiều. Sử dụng mạch chỉnh lưu này luôn cần có biến
áp nguồn để có điểm trung tính ra tải; và do sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với
phạm vi điện áp làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn 3 pha nên cho phép nâng công suất tải lên
nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm
đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều.
b. Chỉnh lưu cầu 3 pha:

T§H2
-
K46

10



Sinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

11này 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 it = 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 Rt 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  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.
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 it = 0 và dây quấn kích từ lại được nối với Rt. 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 it 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 Vhctt =
f(n).

BĐ.
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

12 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 VR1 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 sánh để bảo vệ các thiết bị không bị ảnh hưởng bởi sự quá
dòng. Đầu ra của bộ so sánh là các xung chữ nhật. Giá trị lôgic “1” đạt được khi xung răng
cưa lớn hơn điện áp điều khiển. Khoảng rộng của các xung chữ nhật này phụ thuộc vào sự
thay đổi của điện áp điều khiển. Điện áp phản hồi càng nhỏ thì độ rộng xung càng lớn. Điều
này làm thay đổi góc mở của các thyristor trên mạch lực.
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 đ• 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

knv = 2,45 : hệ số điện áp ngược
ku = 2,34 : hệ số điện áp tải.
U2, U2 , Umax: 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 kdtu = 2.
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

13 Unv = kdtu . Unmax = 272,22 (V).
* Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng
Ilv = Ihd = khd . Idơ =
Có: Uktmax = 130V
Uktđm = 75V
Pkt = 24 . 103 W
 Iktđm = = = 320 (A)
Rkt = =
Iktmax =
Vậy dòng làm việc của van là:
Ilv =
Với các thông số làm việc trên và chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt

Uv = 2,8V là sụt áp trên Thyristor
Uđn = 0 là sụt áp trên dây nối.
Uba = Ur + Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
U là sụt áp do hiện tượng chuyển mạch gây ra khi điện kháng phía Xc là đáng kể
chọn U = 9% . Uđ = 11,7V.
Chọn sơ bộ:
Uba = 7%. Uđ = 7% . 130 = 9,1V
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
Uđ0 =
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

14
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
U2 =
+ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp:
I2 =
+ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
I1 =
a. Tính sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ).

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục
+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
W11 = vòng
Trong đó: kc = 0,95 là hệ số ép chặt
h là chiều cao trụ
hg là khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp
Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5cm
+ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp
n11 = lớp
+ Chọn số lớp n11 = 3 lớp. Như vậy có 116 vòng chia thành 3 lớp, chọn 2 lớp đầu vào có 40
vòng, lớp thứ 3 có 116 – 3.40 = 36 vòng.
+ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
h1 = cm
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

15 + Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 cm.
+ Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp a01 = 1,0 cm.
+ Đường kính trong của ống cách điện
Dt = dFe + 2. a01 – 2. S01 = 14 + 2,1 –2. 0,1 =16,8 cm.

+ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp.
n2 =  . W2 . Dtb2 =  . 21. 30,576 = 20,172 m.
+ Đường kính trung bình các cuộn dây.
D12 = cm
 r12 = cm.
+ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 cm.
e. Tính kích thước mạch từ:
+ Chọn sơ bộ các kích thước cơ bản của mạch từ.
+ Chọn hình dáng của trụ.
+ Chọn trụ chữ nhật với các kích thước.
QFe = a . b (a- bề rộng trụ, b- bề dày trụ).
+ Chọn là thép có độ dày 0,35 mm
+ Diện tích cửa sổ
Qcs = Qcs1 + Qcs2 = kld . W1 . Scu1 + kld . W2 . Scu2.
kld: hệ số lấp đầy, chọn bằng 3.
Qcs1, Qcs2: phần do cuộn sơ, thứ cấp chiếm chỗ (mm2).
Scu1, Scu2 : tiết diện dây sơ, thứ cấp, kể cả cách điện (mm2)
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46

16
W11 =
+ Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn thứ cấp.
W22 =
dl1 =
Với : h: chiều cao cửa sổ.
dl1, dl2: đường kính dây quấn sơ, thứ cấp, kể cả cách điện.
hg: khoảng cách điện với gông.
Chọn hg1 = 2dn1
Chọn hg2 = 2dn2
+ Số lớp dây trong cửa sổ:
Cuộn sơ cấp: Sdl1 =
Cuộn thứ cấp: Sdl2 =
+ Bề dày mỗi cuộn dây:
Cuộn sơ cấp: Bd1 = d1 . Sdl1 + cd . Sld1 = 1,7135 cm
Cuộn thứ cấp: Bd2 = d2 . Sdl2 + cd . Sld2 = 2,3902 cm
Với cd: chiều dày của bìa cách điện, chọn bằng 0,3 mm.
+ Tổng bề dày các cuộn dây.
Bd = Bd1 + Bd2 + Bd3 + + cdt + cdơn
cdt, cdn: bề dày cách điện trong cùng ngoài cùng.
Bd = 4,1637, suy ra 2Bd = 8,3274 (cm).
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-

T§H2
-
K46


RBA = R2 + R1 = 0,0021 + 0,0415 =3,46 . 10-3()
+ Sụt áp trên điện trở máy biến áp .
Ur = RBA.Id = 3,46 . 10-3. 555,556 = 1,922 (V)
+ Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp .
XBA= 8 .2.(W2)2. ..10-7
= 8 .2.212. .314.10-7
= 0,073 ()
Trong đó: r = = 11,711 mm.
+ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp .
Ux = XBA.Id = 0,073 . 555,556 = 38,73 (V)
Rdt = .XBA = 0,07 ()
+ Sụt áp trên máy biến áp .
UBA= = = 38,77 (V)
+ Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp .
ZBA = = = 0,07308 ()
+ Điện áp ngắn mạch tác dụng .
Unr= .100 = = 2,31 %
+ Điện áp ngắn mạch phản kháng .
Unx = .100 = .100 = 8,4 %
+ Điện áp ngắn mạch phần trăm.
Un= = = 8,71 (V)
+ Dòng điện ngắn mạch xác lập .
I2nm= = = 928,57 (A)

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊtSinh Viªn: Vò ThÞ BÝch
-


Chương 5
Tính toán các thông số mạch điều khiển

Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha được thiết kế theo sơ đồ hình
Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên.
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristo. Các thông số cơ bản để
tính mạch điều khiển.
+ Điện áp điều khiển Tiristo: Udk =3,0 (v)
+Dòng điện điều khiển Tiristo: Idk =0,3 (A)
+ Thời gian mở Tiristo: tm =10 (s)
+ Độ rộng xung điều khiển tx =167 (s)- tương đương 3o điện
+ Tần số xung điều khiển: fx =10 (k Hz).
+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = 12 (v )
+ Mức sụt biên độ xung: Ux = 0,1
1. Tính biến áp xung:
+ Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của
đặc tính từ hoá có: B = 0,2 (T), H = 30 ( A/m ) [1], không có khe hở không khí.
+ Tỷ số biến áp xung : thường m = 23, chọn m= 3
+ Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Udk =3,0 (v)
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt


Lấy W1 = 130 vòng thì số vòng dây cuộn thứ cấp là W2 = 130 : 2 = 65 vòng
2. Tầng khuyếch đại cuối cùng: khuyếch đại xung ghép bằng biến áp xung.
Phương pháp ghép này thông dụng hiện nay vì dễ dầng cách ly mạch điều khiển và
mạch lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không nên cho phép truyền các xung
rộng vài mili giây. Chính vì tính chất này mà người ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung
chùm để biến áp xung hoạt động bình thường. Để đơn giản mạch , đồng thời vẫn đảm bảo hệ
số khuyếch đại dòng cần thiết , tầng khuyếch đại hay dấu kiểu Dalintơn.
Tính chọn:
P0 đ• chọn biến áp xung có tỉ số các cuộn dây bằng 3, vậy tham số và dây điện cuộn sơ cấp:
U1 = U . K = 3 . 3 =9.
I1 = Iđk /k = 0,3 : 3 =0,1.
Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù đắp sụt áp trên điện trở, vì vậy chọn
Ecs = 15V. Từ Ecs và i1 chọn bóng T4 loại BD135 có tham số Uce =45V, Icmax = 1,5A,
min = 40.
Giá trị R7 thường chọn từ khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của T4:
R7 > (), suy ra chọn R = 12.
Công suất điện trở này thường 2,5W do dòng qua nó lớn và khá thường xuyên, lớn
nhất là khi góc điều khiển nhỏ nhất.
Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở này khi bóng dẫn dòng:
Ur7 = I1 . R7 = 0,1 . 12 = 1,2 V, suy ra điện áp còn lại trên biến áp xung là
U1 = Ecsơ – Ur7 = 15 –12 =13,8V, suy ra đạt yêu cầu. Tuy nhiên để phát triển mạch xung
kích cho van vẫn có thể dùng thêm tụ tăng cường áp C2: tần số xung chùm 3kHz tư với chu
kỳ 1 xung là:
Txc =
Cho rằng 2 xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng xung, có nghĩa khoảng cách
giữa 2 xung chùm là tn = 0,5Txc = 50 s
Chọn C2 < F

Ura = k0 (U+ - U-ơ) = k0 (U+ - Uđk)
Do đó khi Uđk > U+ điện áp ra là âm b•o hòa.
Do đó khi Uđk < U+ điện áp ra là dương b•o hòa.
Đầu ra của A1 cso chuỗi xung vuông liên tiếp.
Phần tử chính của khâu so sánh là A1 loại TL084 của h•ng Texas intnuments chế tạo chọn R4
= R26 = 15 k.
5. Tạo xung chùm.

Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tấn số cao gấp nhiều lần lưới điện (fxe
= 8  12kHz) . Độ rộng của 1 chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng 100  300 độ
điện, về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều khiển đổi dấu sang
âm. Nguyên tắc tạo xung xung chùm thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh đưa ra như
một tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuyếch đại xung được nhận xung tấn số cao phát từ một
bộ tạo dao động đa hài tới nó.
ở đây sử dụng bộ tạo doa động dùng timer 555
Tính chọn như sau:
Chu kỳ dao động T = 0,7 (R19 + R20) . C5 + 0,7 R20 .C5 = 100 ms.
= 0,7. (R19 + R20) . C5
C5 = 22 nF, suy ra R19 + 2.R20 = 6.5 K
Chọn tiếp R19 = 1,5 K thì R20 = 5 K
Chân 1: nối với đất.
Chân 2: kích lật trạng thái khu U2 = thì U3 = 0.
Chân 3: cổng ra Uơ3 (min) = 0,1 V.
U3 (max) = E – 0,5V.
I3min = 0 A.
I3max = 0,2 A.
Chân 4: khi U1 = 0 thì U3 = 0 nếu không cần khóa thì nối tiếp với 8.
Chân 5: lọc nhiễu thường có tụ C = 0,01 F.
Chân 6: ngưỡng lật U6 = thì U3 = 0.
Chân 7: chân phóng điện.


 ROA = R2 = 1 K
Để tránh tổn thất công suất trên điện trở R0A cũng như trên Đ2 quá lớn.
+ Tụ C: chọn C = 0,66 F.
+ Tính R3: dựa vào biểu thức tính điện áp trên tụ C ở thời điểm T/2 thì bằng Uc,max,
có:
Uc (t = ) = Ucmax =
Tấn số lưới = 50Hz suy ra T = 20ms.
 R3 = .Vậy chọn R3 = 12 K.
Thỏa m•n, đảm bảo tránh ảnh hưởng của dòng điện nhiệt.
Dòng nạp cho tụ:
Ic = = 0,267 m
+ Chọn Tranzito T2.
Chọn dựa theo: Ic = 0,267 mA
Uce = E = 15V
Suy ra, chọn bóng ngược n-p-n loại BC108 có
Icmax = 0,1A
Pcmax = 0,3W
Ucemax = 20V.
Ucbmax = 30V
min = 110.
fT = 300MHz
Với Tr1 chọn cùng cỡ với Tr2 nhưng là bóng thuận BC178.
Icmax = 0,1A Ucbmax = -30V.
Pcmax = 0,3W min = 125
Ucemax = -25V fTơ = 200MHz.
7. Chọn máy phát tốc.

Yêu cầu đối với máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thành phần
xoay chiều tần số cao và tỉ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với

C8 = 10 F
Vậy tx = 1,1. R23. C8 = 26 giây.
Điều này có nghĩa sẽ cho phép cấp quá kích từ khoảng 26 giây. Nếu quá thời gian này thì bộ
tạo trễ sẽ tạo tín hiệu để ngắt mạch điều khiển , khởi động lại động cơ lại từ đầu. Như vậy
thực chất bộ tạo trễ chính là tạo ra khoảng thời gian vài trục giây thực hiện quá kích từ, và quá
trình này điều khiển được.

9. Chọn rơle, công tắc tơ.
Điện áp đưa vào OAu và OA5 là 8V (điện áp do phát tốc phát ra khi động cơ đồng bộ
có khả năng vào đồng bộ)
Có: +E = 12V.
-E = -12V.
Chọn VR3 = VR4 = 470 với p = 0,125W.
Vậy điện áp ngưỡng để khi động cơ có khả năng vào đồng bộ.
U(-0A4) = 8V, U(+0A5) = -7,5 là điện áp ngưỡng để cấp quá kích từ đồng bộ.
Vậy VR3 = 

VR4 = 
Chọn điện áp tương đương của RL1, RL2 là 12V, điện trở là 240 
Như vậy dòng qua cuộn hút của role là = 0,05 A
Vậy Tr5, Tr6 là tranzito loại SM 3181 có Ic = 5A, P = 1W, U = 15,  = 100.
Do đó dòng bazơ của 2 tranzito là

i =
10. Tạo nguồn nuôi

Dùng mạch chỉnh lưu 3 pha dùng diot . Ta cần tạo ra nguồn điện áp  12 (V) để cấp cho biến
áp xung, nuôi IC , các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ.
Coi sụt áp trên 7812, 7912 là 3 V. Khi đó điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là:
=7,9 V. Vậy ta chọn U2 = 8 V

+ Công suất tiêu thụ ở 5 IC TL 084 sử dụng làm khuếch thuật toán ta chọn một IC TL 084 có
công suất là 0,68W để tạo 1 cổng AND.
P6IC = 6. PIC = 6 . 0,68 = 4,08 (w)
+ Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Tiristo.
Px = 6. Udk . Idk = 6. 3. 0,3 = 5,4 (W)
+ Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi.
PN = Pdph +P6IC +Px
PN = 0,054 +4,08+ 5,4 = 9,534 ( W) .
+ Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy:
S= 1,05 . (Pdph + PN ) = 1,05. ( 0,054+ 9,534) = 10,0674 ( VA).
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp:
I2 = (A)
+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp :
I1 = (A)
+ Tiết diện trụ của máy biến áp được tính theo công thức kinh nghiệm :
Qt= kQ. = 6. (cm2)
Trong đó: kQ= 6- hệ số phụ thuộc phương thức làm mát.
m= 3- số trụ của biến áp .
f = 50- tần số điện áp lưới.
chuẩn hóa tiết diện trụ: Qt= 1,63 (cm2).
kích thước mạch từ lá thép dày  = 0,5 (mm)
Số lượng lá thép : 68 lá
a=12mm
b=16mm
h=30mm
hệ số ép chặt kc= 0,85 .
+ Chọn mật độ từ cảm B =1T ở trong tụ ta có số vòng dây sơ cấp :

+ Có kld=
 c =
Thay số (chọn hệ số lấp đầy kld =0,7) thì cửa sổ có chiều rộng là:
c = (mm)
Chọn c = 12 mm
+ Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi:
Dòng điện hiệu dụng qua điôt:
IĐhd = = (A)
Điện áp ngược lớn nhất mà điôt phải chịu:
UNmax= . U2 = 22 (v)
Chọn điôt có dòng định mức:
Idm  Ki . IĐhd =10 . 0,1315 = 1,315 (A)
Chọn điôt có điện áp ngược lớn nhất:
Un = ku . UNmax = 2.22 = 44 (V)
Chọn điôt loại KII208A có các thông số:
Dòng điện định mức: Idm = 1,5 (A)
Điện áp ngược cực đại của điôt: UN = 100 (V).
12. Mạch hạn chế.
Mạch hạn chế trong điều khiển truyền động điện thường được bố trí để hạn chế lượng đặt
dòng điện hoặc mômen và hạn chế tín hiệu điều khiển. Mạch hạn chế đơn giản như sau:

Do vậy ta có đặc tính của mạch hạn chế.

25
Kết luận
Hiện nay, việc ứng dụng các thành tựu khoa học tiến vào thực tế các ngành sản xuất ở
nước ta không còn là điều mới mẻ,song việc ứng dụng như thế nào và ứng dụng vào đầu lại là
một vấn đề lớn cần giải quyết. Chính vì thế việc nghiên cứu và triển khai các thành tựu khoa