ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trường Đại Học Bách Khoa Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
***** *****
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Minh Ánh lớp : 03DTD
Ngành : Tự Động Đo Lường Khoa Điện Trường ĐHBK Đà nẵng
Giáo viên hướng dẫn : ThS . Khương Công Minh
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
HỆ T – Đ CÓ ĐẢO CHIỀU DÙNG CHỈNH
LƯU CẦU BA PHA
MỤC LỤC
I. ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG HỆ T – Đ
CÓ ĐẢO CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
II. SỐ LIỆU CHO TRƯỚC :
Động cơ một chiều có các thông số sau :
P = 32 Kw ; U
đm
= 220 V ;
I
đm
= 166 A ; R
ư
= 0,075 Ω ;
J
d
= 2,7 Kg.m
2

Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008
Chủ tịch hội đồng
Kết quả bảo vệ : LỜI CẢM ƠN
Sau khi được nhận đề tài tốt nghiệp với thời gian hơn ba tháng , dưới sự hướng
dẫn trực tiếp của thầy Khương Công Minh cùng với sự nổ lực của chính bản thân , em
đã hoàn thành xong khối lượng kiến thức mà thầy hướng dẫn đã giao phó cho em để
chuẩn bị rời xa cánh cửa của giảng đường đại học và trở thành người kỹ sư tương lai
của đất nước sau này . Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của
trường Đại học Bách khoa Đà nẵng cũng như các thầy cô giáo trong khoa Điện và đặc
biệc là thầy Khương Công Minh là người đã có nhiều giúp đỡ và hướng dẫn trong quá
trình làm đồ án , thầy Nguyễn Kim Ánh là giáo viên duyệt đồ án và cùng toàn thể các
bạn sinh viên trong lớp 03ĐTĐ cũng như các bạn sinh viên của toàn khoa Điện .
Trong quá trình làm đề tài em đã tích luỹ được một số kiến thức để có thể nâng
cao kiến thức của mình một cách chắc chắn hơn . Tuy nhiên với thời gian và kiến thức
có hạn cho dù em đã có gắng hết mình song khó tránh khỏi những thiếu sót . Em rất
mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thành
hơn nữa . Một lần nữa cho em xin cảm ơn đến hai thầy Khương Công Minh và thầy
Nguyễn Kim Ánh .
Đà nẵng , ngày 29 tháng 5 năm 2008 .
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Ánh
TÓM TẮC ĐỒ ÁN
Trong thời đại công nghiệp hiện nay thì động cơ điện một chiều chiếm một tỉ lệ
khá lớn trong nền sản suất công nghiệp của thế giới và đặc biệt là các hệ thống dây

1.4.Các đặc tính cơ khi hãm . 21
1.4.1. Hãm tái sinh . 21
1.4.2. Hãm ngược . 23
1.4.3. Hãm động năng . 25
1.5. Các đặc tính cơ khi đảo chiều quay . 26
1.6. Các chỉ tiêu chất lượng . 27
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR .
2.1. Hệ chỉnh lưu thyristor động cơ và thyristor . 29
2.1.1. Giới thiệu về thyristor . 29
2.1.2. Hệ chỉnh lưu thyristor . 31
2.1.3. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng . 31
2.2. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều . 34
2.2.1. Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu . 34
2.2.2. Hiện tượng trùng dẫn . 36
2.2.3. Nghịch lưu phụ thuộc . 38
2.2.4. Hệ T – Đ không đảo chiều . 40
2.3. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều . 41
2.3.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ T - Đ đảo chiều . 41
2.3.2. Phương pháp điều khiển chung . 42
2.3.3. Phương điều khiển riêng . 46
Chương 3 : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .
3.1. Tính chọn mạch động lực . 47
3.1.1. Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor . 47
3.1.2. Các thông số của động cơ . 49
3.1.3. Tính chọn thyristor . 49
3.1.4. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu . 50
3.2. Giới thiệu mạch điều khiển . 57
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý . 57
3.2.2. Nguyên tắc điều khiển . 57
3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển . 59

f
17
Hình 1-7 :, Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi R
f
18
Hình 1-8,9 : Sơ đồ , đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Ф 19
Hình 1-10 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U
ư
20
Hình 1-11 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U
ư
21
Hình 1-12,13,14 : Các đường đặc tính khi hãm tái sinh 22
Hình 1-15 : Sơ đồ khi hãm ngược 24
Hình 1-16 : Đặc tính khi hãm ngược 25
Hình 1-17 : Sơ đồ , đặc tính khi hãm động năng 25
Hình 1-18 : Sơ đồ , đặc tính hãm ngược khi đảo U
ư
26
Hình 1-19 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ 27
Hình 2-1 : Ký hiệu và cấu trúc thyristor 30
Hình 2-2 : Sơ đồ khối , sơ đồ thay thế của điều chỉnh U
ư
31
Hình 2-3 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen 33
Hình 2-4 : Sơ chỉnh lưu cầu ba pha 34
Hình 2-5 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha 35
Hình 2-6 : Sơ đồ chỉnh lưu khi có trùng dẫn 37
Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu khi có trùng dẫn 38
Hình 2-8 : sơ đồ khối của chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu 39

Hình 3- 17 : Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi 74
Hình 3-18 : Mạch động lực có thiết bị bảo vệ 77
Hình 3-19 : Mạch R – C bảo vệ quá áp 80
Hình 3-20 : Mạch R- C bảo vệ xung điện áp lưới 80
Hình 4-1 : Các khối của động cơ ĐM
đl
trong Simulink 85
Hình 4-2 : Sơ đồ cấu trúc của ĐM
đl
86
Hình 4- 3 : Hộp thoại và thông số của ĐM
đl
88
Hình 4-4 : Các khối của khâu phát xung điều khiển 90
Hình 4-5 :Sơ đồ phát xung điều khiển của thyristor 91
Hình 4-7 : Hộp thoại và thông số của khối phát xung điều khiển 92
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .
Trong thời đại ngày nay , hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đang
dần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế
giới . Tuy thế động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng trong
các nghành công nghiệp , giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều
chỉnh tốc quay liên tục trong phạm vi rộng như cán thép , hầm mỏ ….Vì động cơ điện
một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt .
1.1.1. Cấu tạo :
Động cơ điện một chiều gồm có hai phần :

1

máy điện lớn thường dùng thép đúc .Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm võ
máy .
-Các bộ phận khác :nó gồm có các bộ phận
+ Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy điện nhỏ và vừa , nắp
máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi . Trong những trường hợp này nắp thường làm
bằng gang .
+ Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu chổi than
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cổ góp . Hộp
chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá . Giá chổi than có thể
quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ . Sau khi điều chỉnh xong thì
dùng vít cố định chặt lại .
1.1.1.2 . Phần quay ( roto ) : Đây là phần quay ( động ) của động cơ gồm có các bộ
phận sau .
- Lõi sắt phần ứng : Là lõi sắt dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỹ
thuật điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép
chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên . Trên lá thép có dập hình dạng
rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào .
+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên ,người ta còn dập những lỗ thông gió
để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục .
+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ .
Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục . khi máy làm
việc , gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt .
+ Trong máy điện nhỏ , lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục .
- Dây quấn phần ứng : Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua .
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện . Trong máy điện nhỏ
thường dùng dây có thiết diện tròn . Trong máy điện vừa và lớn , thường dùng dây có
tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép .
Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm , ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc
phải đai chặt dây quấn . Nêm có thể làm bằng tre ,gỗ hay bakelit .

( vg/ph ) ;
Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ và các số
liệu về dòng điện sử dụng ……
Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu
trục động cơ .
1.1.3 . Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ;
- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng
một chiều thành cơ năng . Trong quá trình biến đổi đó , một phần năng lượng của dòng
xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ , phần còn
lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ .
- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần
ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh . Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng
điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay . Nhờ
có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa
vào dây quấn phần ứng . Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn
phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng .
- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện
từ và bằng :
P
dt
= M . ω = E
ư
.I
ư
; (1-1)
Trong đó : M : là mômen điện từ ;
I
ư
: Dòng điện phần ứng ;
E

ư
←
I
ư
←
Hình 1- 2 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song ;
- Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ
mắt vào hai nguồn một chiều độc lập nhau , lúc này động cơ được gọi là kích từ độc
lập .Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập .
Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như là giống nhau , nên ta sét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của
động cơ điện kích từ độc lập .
-Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (2-2) ta viết
được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau :
U
ư
= E + (R
ư
+ R
f
).I
ư
; (1-2)
Trong đó : U
ư
:Điện áp phần ứng ( V ) ;
E : Suất điện động phần ứng ( V ) ;

+ r
cf
+ r
cb
+ r
tx
;
Trong đó : r
ư
: Điện trở dây phần ứng (Ω) ;
r
cf
: Điện trở cực từ phụ (Ω) ;
r
cb
: Điện trở cuộn bù (Ω) ;
r
tx
: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω) ;
Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
E =
a
NP
2
.
π
.Φ. ω = KΦ. ω (1-3)
Trong đó : P : Số đôi điện cực chính ;
N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng ,
a : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ,

55,9
K
.Φ.n = 0,105K.Φ.n ;
Trong đó : K
c
: Hệ số sức điện động của động cơ .
Từ các phương trình trên ta có :
ω =
.

,
,
φφ
K
RR
K
U
f
u
u
+
−
I
ư
(1-4)
Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều .kích từ độc lập .
Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo
biểu thức :
M
dt

; (1-6)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi mômen cơ
trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M :
M
dt
= M
co
= M ;
Suy ra : ω =
2
).(
.
,,
φ
φ
K
RR
K
U
f
uu
+
−
.M ; (1-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác .
ω = ω
0
- ∆ω ; (1-8)
Trong đó : ω

trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính . Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên đồ thị là những đường thẳng .
Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì : M
co
= M
dt
± ∆M ;
Hình 1- 4 : Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập
I
ư
I
nm
0
ω
0
I
dm
ω
dm
ω
Theo đồ thị trên khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 thì ta có : ω = ω
0
=
φ
.
,
K
U

ĐL
;
Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương
trình đặc tính cơ đó là từ thông , điện áp phần ứng , điện trở phần ứng của động cơ
.thay đổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn . Do
phương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên ,tương ứng với đó ta sẽ có ba
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ .
1.3.1 . Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM
dl
bằng cách thay đổi điện trở
phụ R
f
.
Giả thiết U
ư
= U
dm
= const và Φ = Φ
dm
= const
M
M
nm
0
ω
0
M
dm
ω
dm

ω
∆
∆M
= –
f
u
dm
RR
K
+
,
2
).(
φ
; (1-12)
Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêm
điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ . Khi thay đổi điện trở phụ R
f
thì tốc độ
không tải lý tưởng ω
0
= cont , còn ∆ω sẽ thay đổi theo R
f
như vậy lúc này các đường
đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω
0
. Từ (1-12) ta thấy khi
điện trở phụ R
f
= 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên , còn

cơ vẫn không không quay nữa . Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều
chỉnh tốc độ không triệt để .
U
ư
E
I
ư
R
ktf
–
+
C
kt
I
kt
R
f
I
ư
←
I
ư
←
ω
M
nm
TN
R
f1
R

dm
= const ;
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát :
ω =
2
'
).(.
,
φφ
K
R
K
U
u
u
∑
−
.M ;
→ ω = ω
0
- ∆ω ;
Trong trường hợp này tốc độ không tải : ω
0x
=
φ
.
,
K
U
u

giảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép ,
hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi , do dòng phần ứng tăng cao , hoặt để
đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ
làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh , dẩn đến động cơ bị quá tải .

Hình : 1-8 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM
đl
bằng cánh thay đổi từ thông Φ .
Hình :1-9 :Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi từ thông Φ .
1.3.3 . phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
của động cơ .
Giả thiết từ thông Φ = Φ
dm
= const , khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng
giảm so với U
dm
.
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát :
ω =
2
).(.
,,
φφ
K
R
K

02
ω
01
ω
0dmm
ω
2
ω
1
ω
dm
Φ
1
Φ
2
Φ
dm
Tốc độ không tải : ω
0x
=
dm
x
K
U
φ
.
;
Độ cứng đặc tính cơ : β =
,
2

nm
của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một
phụ tải nhất định . Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ
động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động .
U
dk
+
-
C
kt
BBĐ
←
←
U
ư
I
ư
I
kt

Hình 1-11 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi U
ư
.
1.4. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ KHI KHI HÃM ĐM
ĐL
.
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ , hay
còn gọi là chế độ máy phát . Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái

< 0
- Một số trường hợp hãm tái sinh :
a ) Hãm tái sinh khi ω > ω
0
: Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quay
rôto động cơ , làm cho động cơ trở thành máy phát , phát năng lượng trả về nguồn .
Vì E > U
ư
, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ:
I
ư
= I
h
=
∑
−
,
,
u
u
R
EU
< 0 ;
M
h
= KФ.I
h
< 0 ;
M
c

c
là dạng mômen thế năng ( M
c
= M
tn
) . Khi giảm điện áp nguồn đột
ngột , nghĩa là tốc độ ω
0
giảm đột ngột trong khi tốc độ ω chưa kịp giảm , do đó làm
cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( ω > ω
02
) . Về mặt
năng lượng , do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho
động cơ trở thành máy phát phát năng lượng trả lại nguồn ( hay còn gọi là hãm tái
sinh ) .
Hình 1-13 : Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng .
ω
M
c
M
M
hbđ
0
A
B
ω
01
ω
02
HTS

h
E < U
ư
I
ư
> 0
E > U
ư
I
h
< 0
c ) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng ( +U
ư
→ - U
ư
) :
Lúc này M
c
là dạng mômen thế năng ( M
c
= M
tn
) . Khi đảo chiều điện áp phần
ứng , nghĩa là đảo chiều tốc độ + ω
0
→ - ω
0
, động cơ sẽ dần chuyển sang đường đặc
tính có – U
ư

ω
0
A
B
ω
bđ
M
M
c
-ω
0
-ω
bđ
0
HTS
E < U
ư
I
ư
> 0
-E < -U
ư
I
h
< 0
việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện , lúc này sức điện động của động cơ đảo
dấu nên :
I
h
=

( điểm D trên đặc tính có R
ưf
) nhưng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mơmen cản :
M
nm
< M
c
; Do đó mômen của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ
hạ xuống , ( ω < 0 , đoạn DE trên hình 1-15 ) . Tại điểm E , động cơ quay theo chiều
hạ tải trọng , trường hợp này sự chuyển động của hệ được thực hiện nhờ thế năng của
tải .
Hình 1-15 : a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm R
ưf
.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm R
ưf
.
b ) Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng :
Động cơ đang làm việc ở điểm A , ta đổi chiều điện áp phần ứng ( vì dòng đảo
chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế ) thì động cơ sẽ
+
ω
b)
ω
0
A
E
MM
c
D