Mục lục
1
Lời nói đầu
Trong thời đại ngày nay, truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng
rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu
gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao, tương đối sạch nên không gây ra các vấn đề
về môi trường. Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế rất nổi bật, đặc
biệt với truyền động điện một chiều, là khả năng điều khiển rễ ràng. Chính vì
vậy mà truyền động điện một chiều có vai trò quan trọng trong các dạng truyền
động hiện dang dùng, nhất là trong lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao như
trong các máy sản xuất.
Tuy nhiên, truyền động điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn điện một chiều
với các cấp điện áp khác nhau là loại nguồn điện phi tuyến tiêu chuẩn trong sản
xuất điện năng. Vì vậy, việc tạo ra những bộ nguồn một chiều thích hợp đã và
đang là vấn đề được tạo ra.Trong một số trường hợp, người ta dùng các nguồn
điện hóa như pin, acquy. Nhược điểm cuả loại nguồn này là giá thành thường
khá cao và tăng nhanh theo công xuất. Trong một số trường hợp khác, người ta
dùng nguồn máy phát một chiều có khả năng cho công suất lớn nhưng giá thành
vẫn khá cao và kết cấu lai cồng kềnh. Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành
kỹ thuật bán dẫn, các bộ nguồn dùng chỉnh lưu bán dẫn ngày càng chiếm ưu thế
nhờ kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất và độ tin cậy cao, giá thành hạ, không có tiếng
ồn. Cũng chính nhờ có loại nguồn này mà truyền động điện một chiều ngày càng
trở lên tiện lợi và được ứng dụng rộng rãi hơn.
Với đề tài em được giao là: “Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều sử dụng Thyristor”. Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì máy điện
một chiều được sử dụng rất nhiều trong thực tế cuộc sống. Trong quá trình làm
đồ án em được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động
hóa, Trường Đại Học Sao Đỏ. Đặc biệt là cô giáo hướng dẫn Phạm Thị Diễm
Hương. Cô đã giúp cho chúng em hiểu và nắm vững hơn về động cơ điện một
chiều. Và đã giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
2

máy điện…). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện
một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại hơn, chế tạo
bảo quản cổ góp phức tạp hơn… nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện
một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy
phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của
động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản
than động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì
chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần…) rất đắt tiền thì động cơ
một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch
lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.
Ngày nay, hiệu suất của động cơ một chiều công suất nhỏ khoảng 70% ÷
85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn hơn khoảng 85% ÷ 94%. Công
suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kW điện áp vào
khoảng vài tăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu,
nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tao những máy công suất lớn hơn
đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp
của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ
đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một
chiều kích từ đọc lập. Phương pháp được chọn là bộ băm xung… đây có thể
chưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụng
rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này.
1.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ một chiều có thể phân tích thành hai thành phần chính: phần tĩnh
và phần động.
4
1.2.1. Phần tĩnh (stato)
Hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm
có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích
từ bằng nam châm điện).

than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên 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 chỗ. Sauk hi điều
chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
1.2.2. Phần quay (Rôto)
Bao gồm những bộ phận chính sau:
Là phần sinh ra suất điện động. Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu
sắt từ (là thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây
quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối nhau theo một quy luật nhất
định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các
phiến đồng goi là phiến góp.
6
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục goi
là cổ góp hay vành góp.
Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than lamg bằng graphit và được ghép sát vào
thành cố góp nhờ lò xo.
a. Lõ sắt phần ứng
Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm
phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi Đp chặt lại để giảm tổn hao do dòng xoáy gây
nên. Trên là thép có dập hình dạng rãnh để sau khi Đp lại thì chặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những thông gió
để khi Đp lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn
nhỏ, giữa những đoạn Êy có để một khe hở thông gió, khi máy làm việc gió thổi
qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lỡi sắt phần ứng được Đp trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto
có thể tiết kiệm thep kĩ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b. Dây quấn phần ứng

ư
ngược chiều dòng điện I
ư
nên E
ư
được gọi là sức phản
điện động.
Phương trình cân bằng điện áp:
U= E
ư
+R
ư
.I
ư
+ I
ư
.di/dt
8
Mạch rôto Chổi than
Chổi than fhdsgfbffffsddbdttthan tthan
Lõi thép
Trục
Trục
Cổ góp
M M
ω ω
ω0
ω0
Mđm
Mđm

ư
1.5.2. Kích từ song song
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi.
mạch kích từ đươc mắc song song với mạch phần ứng nên:
I =I
ư
+ I
t
1.5.3. Kích từ nối tiếp
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiêt diện
lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít. Chế tạo dễ dàng nên ta có:
I =I
ư
= I
t
.
1.5.4. Kích từ hỗn hợp
Ta có : I=I
ư
+ I
t
Với mỗi loại động cơ trên là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ
thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân
tố, ở đề tài này ta chỉ xét đến động cơ một chiều kích từ động lập và biện pháp
hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.
10
1.6. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập
1.6.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt đông.
H×nh1.4: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp

R .
Trong đó :U- điện áp đặt vào phần ứng động cơ .
E- sức điện động sinh ra trong phần ứng động cơ .
I
ư
- dòng điện phần ứng động cơ .
11
R- điện trở mạch phần ứng gồm R
ư
và R
f
.
E = U - I
ư
R .
Mặt khác ta có : E = K
e
φ
ω .
K
e
- hệ số cấu tạo của động cơ và K
e
=
a
PN
.2
π
.
P - là số đôi cực từ chính

K
φ
I
ư
.

I

=
M
φ
K
M

φφ
−
U R
K
e
K
M
K
e
ω
=
M

=
0
-

U R
K
e
K
M
K
e
ω
=
M
Ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều :
1.7.1.Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ .
Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng động
cơ và giữ từ thông
φ
=
φ
đ m
= const , điện trở R = R
ư
.
Khi giảm điện áp thì :

=
0
ω
↓
φ
K
e

U
2
* Nhận xét : Khi ta giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì tốc độ không tải
giảm xuống,còn độ xụt tốc độ không đổi. Điện áp phần ứng càng giảm ,tốc độ
động cơ càng nhỏ. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ song song với
đường đặc tính cơ tự nhiên ,tức độ cứng đặc tính cơ không đổi.
14
1.7.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thông trong mạch kích
từ động cơ .
Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của
động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp mạch kích từ .
Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm từ thông
φ
và vẫn giữ
điện áp U = U
ưđm
, điện trở R = R
ư
và cũng không được giảm từ thông
φ
gần về 0
.
Khi từ thông
φ
giảm thì :

↑
=
0
φ

0
* Nhận xét : Như vậy khi giảm từ thông thì tốc độ không tải tăng lên nhưng độ
xụt tốc độ tăng gấp 2 lần. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ có độ dốc
hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Vì vậy càng giảm từ thông thì tốc độ không
tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn . Độ cứng đặc
tính cơ giảm .
15
Phng phỏp ny rt kinh t vỡ vic iu chnh tc thc hin mch kớch
t vi dũng kớch t l (1 ữ 10)% dũng nh mc phn ng .
1.7.3. iu chnh tc ng c bng cỏch thay i in tr ph .
Trong thc t ngi ta thờm in tr ph vo mch phn ng ng c :
R = R

+ R
f
, v gi in ỏp U = U
m
, t thụng

=

m
= const .
Ta cú :




=
R

R

+ R
f
K
e
K
M
Ta c h cỏc ng c tớnh c nh sau :
M
0
Hình1.8: Họ đặc tính cơ động cơ khi thay đổi điện trở phụ
mạch phần ứng động cơ.

TN

0
R
f1
R
f2
* Nhn xột : Khi tng in tr ph trong mch phn ng ng c thỡ dc
c tớnh c cng ln ,c tớnh c mm v n nh tc cng kộm sai s
16
tốc độ càng lớn. Tốc độ không tải không đổi và =
ω
0
, còn độ xụt tốc độ ∆
ω
tăng. Khi đó ta được họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độ

2.1.2 Phân loại
Chỉnh lưu phân loại theo một số cách sau đây:
- Phân loại theo số pha cấp cho van: một pha, hai pha, ba pha, bốn pha, năm
pha,…
- Phân loại theo hai van bán dẫn trong mạch van; hiện nay chủ yếu dung 2 loại
van điôt và tiristor. Vì thế, có 3 loại mạch sau:
+ Mạch dùng van toàn điôt , được gọi là chỉnh lưu không điều khiển.
+ Mạch dùng toàn tiristor, gọi là chỉnh lưu điều khiển.
+ Mạch chỉnh lưu dùng cả 2 loại điôt và tiristor, gọi là chỉnh lưu bán điều
khiển.
- Phân loại theo sơ đồ mắc van khác nhau:
+ Sơ đồ hình tia:
Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van. Tất cả
các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau catôt chung hoặc anôt chung.
+ Sơ đồ cầu:
Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cung cấp cho mạch
van. Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catôt , nửa kia mắc chung nhau
anôt.
18
R
L
ud
T
u1
ud
u2
u2
2
1
2

a. Sơ đồ nguyên lý
20
Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì có điểm giữa tải R
Trong đó:
- Biến áp là máy điện áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, biến áp có một số
nhiệm vụ sau:
 Biến đổi điện áp xoay chiều lưới điện U
1
thành điện áp xoay chiều U
2
, bên thứ
cấp có giá trị phù hợp với yêu cầu của sơ đồ chỉnh lưu.
 Đảm bảo sự cách ly về điện giữa mạch động lực của sơ đồ chỉnh lưu với
nguồn điện xoay chiều trong một số trường hợp cần thiết để đảm bảo cho
người vận hành và sửa chữa .
 Giá trị điện cảm tản của BA tham gia làm giảm tốc độ tăng của dòng qua van
khi mở van làm hạn chế được giá trị diT/dt để đảm bảo vệ van , vì vậy khi đã
sử dụng máy biến áp để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu thì không cần phải đưa
thêm mạch điện cảm vào mạch nguồn mà chỉ cần lựa chọn máy biến áp có giá
trị ngắn mạch phần trăm lớn (U
N
=7 10 ).
 Tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều hai pha không có trong lưới điện công
nghiệp .BA có một cuộn thứ cấp được đặt điện áp nguồn xoay chiều một pha
u
1
, hai cuộn thứ cấp là W
21
, W
22

1
khóa do T
1
chưa được cấp xung
điều khiển
chưa có van dẫn dòng U
d
=0, i
d
=0. U
22
< 0 nên T
2
phân cực ngược dẫn đến T
2
khóa.
- Xét trong khoảng (
θ
1
)
Tại
θ
=
θ
1,
T
1
được cấp xung điều khiển nên T
1
được mở dòng điện chạy theo

1
phân cực ngược T
1
khóa, U
22
>0 nên T
2
phân cực thuận ở
khoảng (
θ
θ
2
) T
2
chưa

cấp xung điều khiển nên T
2
khóa không có van dẫn
dòng U
d
=0; i
d
=o, ở kho (
θ
) T
2
được cấp xung nênT
2
mở dòng điện chạy

0
1 1
2 (1 cos )
2
d d
U u d U
π
θ α
π π
= = +
∫
+ Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van : U
ngmax
= 2 U
2
22
+ Dòng điện trung bình qua tải:
d
d
U
I
R
=
+ Dòng điện trung bình qua van:
2
d
T
I
I =
2.2.2.2.Tải R+ L

Hình 2.6. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha tải R
Trong đó:
- BA là máp biến áp cung cấp.
- Các van có điều khiển T
1
, T
2 ,
T
3
,T
4
dùng để biến điện áp xoay chiều thành 1
chiều , 4 van này được phân thành 2 nhóm : nhóm catot chung gồm : T
1
, T
3
,
nhóm anot chung gồm T
2
, T
4
.
- R là phần tử phụ tải
b.Nguyên lý hoạt động
Hình 2.7. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha tải R
• Xét ở nửa chu kì đầu (0÷π)
U
2
>0 nên T
1