Đồ án điện tử công suất
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1
Dòng điện mở máy của động
cơ không đồng bộ

Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 1
Đồ án điện tử công suất
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 2
Đồ án điện tử công suất
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I: 5
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 5
A. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 5
I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM 5
II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 6
B.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC 7
C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 8
CHƯƠNG II: 9

nhỏ, nguồn động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,…
Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió,trong nông nghiệp dùng làm máy
bơm hay máy gia công sản phẩm,trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ
cũng dần dần chiếm được một vị trí quan trọng: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ
lạnh,…Bởi nó có những ưu điểm nổi bật hơn so với máy điện một chiều cũng như máy
điện đồng bộ, đó là:Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy,
chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ.
Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động cơ và động cơ
điện. Chúng có một số nhược điểm đó là dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ
thường lớn(từ 4 đến 7 lần dòng điện định mức). Dòng điện mở máy quá lớn không những
làm cho máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là đối với những
lưới điện công suất nhỏ.
Do đó vấn đề đặt ra là ta phải giảm được dòng điện mở máy của động cơ không
đồng bộ , đặc biệt là đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Bởi vì việc tác động
vào động cơ rôto lồng sóc khó khăn so với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Đối
với động cơ đồng bộ mặc dù có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có
những đặc tính quí giá như hệ số công suất cosφ rất cao, không cần lấy công suất phản
kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do mômen chỉ tỷ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy
người ta cố gắng khắc phục những nhược điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm
ra phương pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi
động động cơ theo phương pháp không đồng bộ.
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. Nhóm chúng em rất mong được sự
nhận xét, chỉ bảo của thầy qua đó, chúng em có kiến thức sâu hơn về thiết kế mạch động
lực và mạch điều khiển cho bộ khởi động mềm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 4

phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
* Loại rôto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với loại dây quấn stato. Mỗi rảnh của
lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng hai
vòng ngắn mạch đông hoặc nhôm, làm thành một cái lồng người ta gọi đó là lồng sóc.
1.3 Khe hở:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 5
Đồ án điện tử công suất
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷1mm). Do đó rôto là một
khối tròn nên rôto rất đều.
2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ:
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n
1
.
Trong đó:
n tốc độ quay của rôto.
n
1
tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của đông cơ).
II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
Ngày nay, các hệ thống điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây
truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các thiết bị điện dân
dụng…Ước tính có khoảng 50% điện năng sản ra xuất được tiêu thụ bơi các hệ
thống truyền động điện.
Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc tố độ thay

nhất trong nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat.
Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy
cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ
v v trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy
bơm máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ
cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,
v.v Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt
hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi lồng sóc
đơn giản, làm việc chắc chắn, có đặc tính làm việc tốt nhưng đặc tính mở máy của nó
không được như của động cơ điện rôto dây quấn. Dòng điện mở máy thường lớn mà
mômen mở máy lại không lớn lắm. Để cải thiện đặc tính mở máy của động cơ điện rôto
lồng sóc, người ta đã chế tạo ra nhiều kiểu đặc biệt trong đó hiện nay dùng nhiều nhất là
động cơ điện rôto rãnh sâu và rôto hai lòng sóc hay lồng sóc kép. Động cơ điện rôto rãnh
sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnh rôto gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt
ngoài của dòng điện để cải thiện đặc tính mở máy. Để tăng hiệu ứng mặt ngoài rãnh rôto
có hình dáng vừa hẹp, vừa sâu, thường tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh vào
khoảng 10 đến 12. Thanh dẫn đặt trong dãnh có thể coi như gồm nhiều thanh nhỏ đặt xếp
lên nhau theo chiều cao và hai đầu được nối ngắn mạch lại bởi hai vành ngắn mạch, vì
vậy điện áp hai đầu các mạch song song đó bằng nhau, do đó sự phân phối dòng điện
trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng. Khi mở máy lúc đầu dòng điện
dây quấn rôto có tần số lớn nhất bằng tần số lưới f
1
từ thông tản cũng biến thiên theo tần
số đó.
Kết quả việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng của dây dẫn coi như
bị nhỏ đi điện trở rôto tăng lên và như vậy làm cho mômen mở máy tăng lên.
Mặt khác dòng điện tập chung lên trên cũng làm giảm tổng từ thông móc vòng đi
một ít, nghĩa là x
2
sẽ nhỏ đi. Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện phụ thuộc vào tần số và

+ Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
P = 90 kw; n = 1430v/phút; = 0,9; cos M
kd
/M
dm
= 1,15; M
max
/M
dm
= 2;
I
kd
/I
dm
= 6; J = 1,6kg/m
2
; U
1
= 220/380v.
…………………………………………………………………………………………
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 8
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG II:
CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ,ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN
LỰA CHỌN

Đây là phương pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện.
Khi đó điện áp U
1
đặt vào stato bằng điện áp lưới (như hình vẽ). Do đó dòng điện mở
máy lớn.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 9
Đồ án điện tử công suất
1.1 Hạ điện áp mở máy:
Từ công thức tính dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào stato khi mở
máy thì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng giảm điện áp mở máy thì cũng sẽ làm
cho mômen mở máy giảm xuống:
])'()'[(2
'
2
211
2
2111
2
2
11
xCxrCrf
rUpm
M
k
+++
=

= Vì vậy ta quyết định chọn phương án dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để làm
bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
I.PHƯƠNG PHÁP DÙNG BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA
Ta sử dụng 6 thyristor đấu song song ngược theo sơ đồ như hình vẽ. Khi ta cấp
điện áp xoay chiều vào ba đầu A, B, C, do còn phụ thuộc vào góc mở van của các
thyristor nên ta sẽ có ba dạng điện áp đặt vào động cơ ứng với ba vùng của góc mở van.
Các điện áp này đều nhỏ hơn điện áp đầu vào.
II. PT HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG ĐCKĐB XOAY CHIỀU 3 PHA
- Vì động cơ không đồng bộ nên có thể coi như là một phụ tải gồm có điện trở và cuộn
cảm nối tiếp nhau, trong đó:
+ Điện trở rôto biến thiên theo tốc độ quay.
+ Điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rôto va stato.
+ Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay (s).
- Do tính chất tự nhiên của mạch có điện cảm, nên nếu trong khoảng υ < mà đặt xung
điều khiển vào các van bán dẫn thì các van này chỉ dẫn dòng ở thời điểm υ = trở đi. Do
đó điện áp của động cơ không phụ thuộc vào góc mở. Nếu như vậy thì ta không điều
chỉnh được điện áp, vì vậy ta chỉ đặt xung điều khiển với góc mở > .
- Khi góc mở lớn hơn thì tùy thuộc vào giá trị tức thời của điện áp dây mà có lúc có ba
van ở ba pha khác nhau dẫn dòng, hay hai van ở hai pha khác nhau dẫn dòng.
+ Nếu có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 11
Đồ án điện tử công suất
Khi đó dòng điện tải:
)sin(
3
ϕω

-K
5
THANH DO UNIVERSITY 13
Đồ án điện tử công suất
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van hay hai van dẫn xen kẽ nhau như sơ đồ
hình vẽ 3.4a.
* Khoảng van dẫn ứng với = (60÷90):
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Ta có đồ thị điện áp ra như
hình vẽ 3.4b.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 14
Đồ án điện tử công suất
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 15
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
Thời gian mở máy của động cơ không quá lớn t
kd
= 3s. Mặt khác dòng điện ở đây
đáng kể, nên việc chọn Triac để điều khiển sẽ phải tăng cấp điều kiện làm mát. Vì vậy ở
đây chúng ta chọn sơ đồ với các cặp Tiristor nối song song và ngược chiều như hình vẽ:
Dòng điện động cơ:
I

dt
.U
T lv
= 1,8.537,4 = 967,3 (V)
Tiristor mắc vào lưới điện xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển mạch của
Tiristor không ảnh hưởng đến việc chọn Tiristor.
Từ các thông số trên ta chọn Tiristor loại SH200N.21D có thông số:
U
dm
= 1000 V U
dk
= 3V t
cm
= 80
I
dm
= 200 A I
TG
= 200 mA T
cp
= 125
I
x
= 4 KA I
dò
= 20 mA
I
dk
= 0,15 A U = 1,7 A
I. TÍNH TOÁN CHO VAN

2
380=537.4(V)
Dòng điện trung bình lớn nhất qua van:
Do dòng điện qua van không phải là dạng hình Sin nên ta phải phân tích chuỗi Fourier
sau đó lấy thành phần bậc nhất, do động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có thể
coi là tải cảm và trở đấu theo hình sao nên ta phải có được U
d
, I
d
, góc lệch pha ϕ giữa
dòng điện và điện áp:
Ta có thông số của động cơ như sau: P
dc
= 90KW
U=380V/50Hz
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 17
Đồ án điện tử công suất
cos
ϕ
=0.95
n=1430v/phút
Hiệu suất
η
=0.95
Nhận xét: Khi góc điều khiển α = 0 điện áp ra tải là hình Sin và như vậy, dòng điện
trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định dòng điện trùn bình

I =
ϕ
cosU3
P
dm
1
=
ϕη
cosU3
P
dm
2
= = 159,93 (A)
I
max
=I
2
= 159,93.
2
= 226.17 (A)

17,226.
1
max
π
=
tb
I
.0,95 = 68,4 (A)
Khi chọn van ta phải chú ý đến điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt động van tỏa

Để chọn giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ số dự trữ điện áp
K
u
= 1,6÷2.
Ta chọn: K
u
= 1,6
ng
U
=
u
k
.
maxng
U
= 1,6 . 537,4 = 860 (V)
Từ các giá trị của
tb
I
và
ng
U
, tra trong sổ tay ta chọn được van C501 Do hãng G.E của
Mỹ chế tạo với các thông số:
ng
U
= 700 ÷ 1700 ( V )
tb
I
=550( A )

U
f
Để bảo vệ an toàn cho van ta phải lựa chọn L sao cho di/dt max phải nhỏ hơn tốc
độ tăng dòng chịu được của van hay là:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 19
Đồ án điện tử công suất
dt
di
max < 1000 A/µs

L
U
f
< 1000A/µs
L >
6
10.90
−
f
U
=
6
10.1000
2.220
= 0.31 µH
Ta chọn cuộn kháng bão hòa có giá trị để tổng trở của điện cảm của động cơ và

U
Với
imp
U
là giá trị cực đại cho phép của điện áp ngược đặt trên diot hoặc Tristor
một cách không chu kỳ, tra trong sổ tay tra cứu.
im
U
là giá trị cực đại của điện áp ngược thực tế đặt trên diot hoặc Tristor.
b- là hệ số dự trữ an toàn về điện áp, b = 1÷2
- Xác định các thông số trung gian:
)k(C
*
min
,
)k(R
*
max
,
)k(R
*
min
Bằng cách tra trong đồ thị của sổ tay tra cứu.
- Tính
dt
di
max khi chuyển mạch như ở phần tính toán cuộn kháng bão hòa.
- Xác định điện lượng tích tụ Q = f(
dt
di

Theo tính toán, dòng qua van bằng 161 A là lớn nên ta chọn giá trị của R, C như
sau:
R = 20 Ω
C = 0,8 µF ( các giá trị chuẩn).
Ngoài ra, trong mạch lực cần có thêm các thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá tải…
như áptômát, cầu chì,…ở mỗi pha và cầu chì ở trước mỗi van đẻ tăng cao tính an toàn
cho mạch.
Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh như ở dưới:
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 21
Đồ án điện tử công suất
Trên đây là toàn bộ quá trình thiết kế mạch động lực cho bộ khởi động mềm động
cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.
Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH
1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 22
Đồ án điện tử công suất
CHƯƠNG IV:
TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
a.Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van:
- Đủ biên độ, U
x
- Đủ độ rộng, t

1
-K
5
THANH DO UNIVERSITY 23
Đồ án điện tử công suất
điều khiển (Hình vẽ 4.1). Vì động cơ không đòng bộ khi mở máy góc mở Tristor ban đầu
đảm bảo cho U
mm
= 65% U
đm
thì góc mở Tristor không lớn hơn do đó việc đệm xung là
không cần thiết.
Nguyên lý điều khiển một mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha trên Hình
4.1 có thể được giải thích theo các đường cong trên Hình 4.2a và 4.2b như sau:
Điện áp đồng pha với điện áp xoay chiều hình sin U
v
được chỉnh lưu cả chu kỳ U
A
đưa vào A
1
qua R
1
dịch đi một trị số lấy qua VR
1
. Hai điện áp này đưa qua khuếch đại A
1
có điện áp ra của A
1
là U
B

= U
rc
.Tại các thời
điểm U
đk
= U
rc
khuếch đại A
3
lật dấu điện áp ra ta có U
d
như hình vẽ.
Điện áp U
d
đưa tới cổng và V
11
cùng với tín hiệu xung chùm liên tục lấy từ A
6
,
đầu ra của V
11
sẽ có chùm xung khi U
d
> 0.
Cổng và V
1
sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V
11
có cổng xung và V
F

Nếu như các xung điều khiển T
1
và T
2
dịch pha 180
0
thì có thể đảo đầu điện áp
vào của biến áp đồng pha hoặc đổi đầu cáp vào của khuếch đại A
4
.
III.YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH
Có hai yêu cầu chính mà mạch điều khiển phải thực hiện được đó là:
+ Khi mở máy thì dòng mở máy qua động cơ phải hạn chế vì lúc này dòng mở máy tăng
đột ngột với giá trị lớn làm hại động cơ.
+ Để hạn chế dòng mở máy thì ta dùng bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha để hạ điện áp đặ
vào stato động cơ và do đó lúc này dòng điện mở máy sẽ được hạn chế. Vậy tại lúc mở
máy ta thường điều chỉnh U
đk
để cho điện áp stato bằng khoảng 60% U
đm
nên sau khi
khởi động thì ta phải cho điện áp stato phải tăng trở lại.
Sau khi mở máy thì U
đc
phải tăng trở lại theo như đồ thị dưới đây nhờ điều chỉnh
U
đc
thì ta sẽ điều chỉnh được thời gian khơi động t
kd
= 1s÷3s.