Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46 71
4.3 nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất
4.3.1 Yêu cầu của mạch bảo vệ
Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây phần tĩnh là dạng h hỏng cơ bản
của động cơ điện không đồng bộ, nó có thể làm hỏng động cơ, làm tụt áp
trong mạch điện và ảnh hởng đến công tác của động cơ khác. Ta có thể sử
dụng cầu chảy hoặc áp tô mát để bảo vệ cho động cơ.
Ta thấy rằng cầu chảy, áp tô mát chỉ bảo vệ đợc ngắn mạch, thấp áp
hoặc quá áp còn khi xảy ra hiện tợng đảo pha hoặc mất thứ tự pha thì chúng
không bảo vệ đợc. Do đó nhất thiết trong các dây truyền sản xuất ta phải có
thiết bị bảo vệ mất pha và đảo pha. Vì khi xảy ra 2 hiện tợng trên thì hậu quả
rất nghiêm trọng.
Hơn nữa trong các hệ truyền động đặc biệt nh: thang máy, băng tải,
cần trục khi xảy ra sự cố mà không có mạch bảo vệ thì hậu quả thật không thể
lờng trớc đợc.
Từ đó việc nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ chống mất pha và mất thứ
tự pha và các dạng bảo vệ khác là đặc biệt quan trọng. Vậy đề tài Nghiên
cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất mà ở đây là
nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ chống mất pha và mất thứ tự pha cho động cơ
ba pha mang tính thực tế sâu sắc và thực sự cần thiết.
4.3.2 Nhiệm vụ của mạch bảo vệ
Trong thực tế vận hành động cơ phục vụ cho sản xuất thì mạch bảo vệ
động cơ đóng một vai trò hết sức quan trọng. Mạch bảo vệ động cơ có nhiệm
vụ phát hiện kịp thời, báo tín hiệu có sự cố (bằng còi, đèn báo ) , cắt động cơ
ra khỏi nguồn nếu có sự cố.
Yêu cầu: Tác động tin cậy
Độ chính xác cao
Tác động nhanh, có chọn lọc

U
d
= 380V; U
p
= 220V. Động cơ đợc cấp điện từ nguồn ba pha qua một cầu
dao ba pha đợc điều khiển bởi mạch bảo vệ điện tử.
Trong sơ đồ này, các điôt D
1
, điện trở R
1
và điện trở ổn áp D
z1
của pha
A tạo thành mạch chỉnh lu và ghim điện áp. Trên đầu vào 2 của phần tử
NAND N1A (ứng với nửa chu kỳ dơng của điện áp pha A) sẽ có xung với
biên độ 12V và độ rộng xung bằng nửa điện áp nguồn. Các phần tử tơng ứng
của pha B và pha C cũng tạo nên các xung tơng tự pha A nhng lệch pha
nhau 1/3 chu kỳ (tơng ứng với góc pha là 120
0
). Tổ hợp của các phần tử
N1A, mạch tạo xung C
1
R
4
, phần tử NOT K1A và K4A tạo nên một tín hiệu
ứng với sờn âm của xung bởi mạch chỉnh lu, ghim pha A có biên độ bằng
12V và độ rộng xung chỉ phụ thuộc vào tham số của mạch tích phân đa vào
đầu vào một của mạch AND V1A. Tín hiệu này đợc tổ hợp với tín hiệu xung
12V độ rộng xung T/2 ứng với nửa chu kỳ dơng của pha B. Trên đầu ra của
V1A sẽ có một tín hiệu giống nh trên đầu vào 1của nó nếu nguồn đủ pha và

2
phân cực ngợc. Tín hiệu tiếp tục qua N5A và đặt một điện áp thuận lên cực
bazơ của các tranzito T
8
, T
9
, T
10
, tranzito thông làm cho các điôt của optotriac
phát sáng sẽ tác động làm triac dẫn. Cấp xung điều khiển mở các triac TA4,
.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46 74
TA5, TA6. Cấp điện nguồn cho động cơ. Lúc này mạch hoạt động bình
thờng.
- Khi nguồn mất một pha
Ta vẫn xét trong một chu kỳ T, giả sử mất pha C.
ở pha A, quá trình diễn ra nh khi nguồn cấp điện bình thờng (có cả ba
pha), tức là sau 1/3T thì đầu ra của mạch AND V1A có một xung ra ở mức cao.
ở pha B, do mất tín hiệu ở pha C nên không có tín hiệu đa vào chân
của mạch AND V2A do đó ở đầu ra của V2A không có xung ra.
ở pha C, không có tín hiệu đa vào chân 1 của mạch AND V3A nên tại
đầu ra của V3A không có xung ra.
Nh vậy, mạch cộng D
4
chỉ có một xung duy nhất ở pha A qua tụ lọc C
4


Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46 75
Tại pha C khi có tín hiệu đa vào đầu 1 của V3A thì do pha A đang ở
nửa chu kì âm nên nên không có tín hiệu vào chân 2 của V3A, đầu ra của
V3A không có tín hiệu.
Nh vậy khi thứ tự pha của nguồn bị thay đổi thì không có tín hiệu ra
của các cổng AND V1A, V2A, V3A do đó tụ C
4
không đợc nạp điện nên T
bị khoá, ở đầu X không có tín hiệu nên tranzito T
1
phân cực ngợc và không
cho dòng đi qua, lúc này các tranzito T
2
, T
3
, T
4
phân cực thuận. tín hiệu qua
cổng AND N4A đợc đa tới cực bazơ của các tranzistor T5, T6, T7. Tranzito
thông làm cho các điôt của optotriac phát sáng sẽ tác động làm triac dẫn. Cấp
xung điều khiển mở các triac TA1, TA2, TA3. Đảo lại thứ tự pha của nguồn
điện (đang bị đảo thứ tự pha) động cơ vẫn quay theo chiều cũ.
Trong sơ đồ điôt D5 có tác dụng loại trừ điện áp ngợc đặt lên tranzito T.
Ta có dạng xung ra ở các mạch lôgic trong các trờng hợp sau:
.
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 77
Tr−êng hîp xung ra khi nguån mÊt mét pha (Pha C)



.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46 79

Tính chọn điện trở hạn chế R
hc
(R
1
, R
2
, R
3
)
R
hc
= R
1
= R
2
= R
3
=
z
z
UU
I

=
220 12
13

= 16,8 K
Chọn mạch NAND (N1A
ữ N4A) Là loại 4011 có điện áp làm việc

-

t

.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46 80
U(t)= 0 khi t hay độ rộng xung t
x

Lấy giá trị gần đúng ta có: U(t
x
)= 0,05.E và coi U(t
x
= 0)= 0
Mà t
x
= 3 (Theo tài liệu kỹ thuật xung - Vơng Cộng)
Nên 3

1
2
T hay
1
6
T = 0,02/6= 0,003333s
Mà
= RC nên C= .R

=3
0
1
T
t
Ue dt
T




Với U= 12V điện áp nguồn

=
1
R
C
=
39 5
11
6,8.10 .470.10 319,6.10


=
Thay số: U
tb
=
()
3
.1

B
= (U
tb
- U
D4
).
8
78
R
R
R
+
= (5,74- 0,7)
10
51 10
+
0,83 V
Từ kết quả trên ta thấy T thông bão hoà sâu.
+ Trờng hợp nguồn mất pha:
Điện áp của một xung: U
1tb
=
3
tb
U
1,91 V
Điện áp đặt vào cực bazơ của T:
U
B
= (U