+V
15V
+
TL084
+V
-15V
R10
.5k
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện:
Lớp :
Ngành đào tạo
Tên đề tài : Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền
động........ trong ôtô.
*Số liệu cho trước:
- Thông số động cơ một chiều P=1kw, U=48V, n =1000vòng/phút.
* Chế độ tĩnh:

-Nếu các tiêu chuẩn không thoả mãn thì sử dụng các bộ điều chỉnh phụ trợ để
hiệu chỉnh cho thoả mãn các tiêu chuẩn của hệ thống
Giáo viên hướng dẫn Ngày giao đề : 10 tháng 4 năm 2006
Ths Nguyễn Phương Thảo Ngày hoàn thành:3 tháng 6 năm 2006
Ngày …tháng… năm2006
Chủ nhiệm bộ môn
2
2
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

học.
Cấu trúc và nội dung chính của đề tài :
Chương1: Phân tích yêu cầu của hệ thống(mô tả khái quát nguyên lý hoạt động của
ôtô du lịch 4 chỗ của hãng TOYOTA)
Chương2: Tổng quan về động cơ điện một chiều (đặc tính truyền động và phương
pháp điều chỉnh tốc độ)
Chương3: Thiết kế hệ thống......
Chương4: Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống......
CHƯƠNG1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG
1. Vai trò và ứng dụng của động cơ điện trong lĩnh vực giao thông.
Vấn đề ứng dụng của động cơ điện nói chung trong truyền động điện sản xuất
cũng như ở đầu máy kéo là được sử dụng rộng rãi. Hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác
nhau của đời sống, thì động cơ KĐB là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhờ tính
kinh tế, dễ chế tạo, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa thấp ... Tuy nhiên, trong một
số lĩnh vực nhất định đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, về khả năng quá tải,
thì bản thân động cơ KĐB không thể đáp ứng được hoặc nếu thực hiện được thì phải
chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền. Vì vậy, động cơ
điện một chiều hiện tại vẫn là loại động cơ không thể thay thế được trong những lĩnh
vực nói trên.
Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện nay trong các ngành sản xuất
như hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong các đầu máy kéo tải ở lĩnh
vực giao thông. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng ưu việt của nó là :
 Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt.
5
5
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
 Khả năng quá tải tốt. Đặc biệt ở loại động cơ kích thích nối tiếp và hỗn hợp.
Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động

TOYOTA cho loại xe du lịch 4 chỗ. Cấu tạo gồm có:
- Động cơ đốt trong (động cơ xăng) 1.
- Bộ đổi điện 2: Thông thường, năng lượng bị tiêu hao khi xe ô tô giảm tốc
hay dừng lại nhưng trên Hybrid, phần năng lượng đó nhờ bộ đổi điện được
chuyển thành điện và nạp vào pin. Quá trình này diễn ra tự động và không
yêu cầu bất cứ sự can thiệp nào của người lái.
- Động cơ điện 3: Tạo ra năng lượng (động năng) để cho ô tô chuyển động.
- Bộ chuyển đổi 4: Làm nhiệm vụ truyền năng lượng (động năng) do động cơ
điện tạo ra ra ngoài hệ thống truyền lực của ô tô.
- Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng cho
động cơ điện làm việc.
7
Hình 1.1. Mô hình động cơ Hybrid
7
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
 Nguyên lý làm việc: Tùy theo cấu tạo của động cơ hybrid mà nguyên lý làm việc
cũng như vai trò của động cơ khác nhau. Ta có sự so sánh hai hệ thống sau:
Hệ thống song song (hybrid parallel system)
1. ắc quy
2. bộ đổi điện
3. môtơ điện
4. bộ truyền lực
5. động cơ xăng
Hình 1.2. nguyên lý của hệ thống song song
Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục
xe, mức độ tuỳ theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song song vì
dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một motor điện do
vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe vừa nạp điện vào bình ăcquy. Khi

Hình 1.2. nguyên lý của
hệ thống liên hoàn
9
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
cơ năng là quay rotor của máy phát tạo ra điện và từ điện năng lại chuyển thành cơ
năng làm quay bánh xe.
Hình 1.3. Sơ đồ truyền động của động cơ Hybrid kiểu liên hoàn
- Trong sơ đồ này động cơ đốt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên
giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối
ưu phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số.
- Tỷ lệ sử dụng động cơ xăng và môtơ điện trong hệ thống trên là.
vì hệ thống liên hoàn sử dụng động cơ để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe,
chúng có cùng lượng công việc như nhau.
3. Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong ôtô điện
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong xe Hybrid (xe 4 chỗ của
TOYOTA) là:
+ Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm những yêu cầu về dải điều chỉnh
rộng, độ trơn điều chỉnh, điều chỉnh êm, khởi động động cơ nhanh.
+ Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố định.
10
10
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Ngoài ra, truyền động xe hơi 4 chỗ còn đòi hỏi cao về độ an toàn khi vận hành.
Muốn vậy việc thiết kế phải đảm bảo đưa ra được một sơ đồ điều khiển đơn giản tin
cậy, dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô. Vì thực tế trong lĩnh vực giao
thông còn đòi hỏi truyền động có đảo chiều, nên việc thiết kế cũng chú trọng đến vấn

−
Φ
=
ω
ω
ω
0
M
M
đm
Hình 2.1. đường đặc tính cơ của dộng cơ điện kích từ song song
Với những điều kiện U=const, I
t
=const thì từ thông của động cơ hầu như không
đổi. Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường
thẳng.
Do R
ư
rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức thì tốc độ giảm rất ít cho
nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc điểm như
vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong những trường hợp tốc độ hầu
như không đổi khi tải thay đổi.
12
12
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
b. Động cơ điện kích thích nối tiếp.
Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phần
ứng : I

KC
R
MKCe
UC
n
e
u
M
.
..
.
nếu bỏ qua R
ư
thì:
M
U
n =
hay: M=
2
2
n
U
Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích
nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai.
ω
*
M
*
M
đm

tải và những yêu cầu của truyền động trong lĩnh vực giao thông ta thấy rằng loại động
cơ kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp kiều bù là đáp ứng được những yêu cầu
về truyền động. Ta có thể nêu ưu điểm của hai loại động cơ này so với động cơ kích
thích độc lập hoặc song song đứng trên quan điểm xét sự phù hợp với đặc tính tải:
+ Đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải. Điều này rất thích hợp
trong giao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải.
14
14
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
+ Có khả năng quá tải lớn về mômen và khả năng khởi động tốt hơn. Nhờ vậy
cho phép làm việc ở môi trường kéo tải nặng nề.
+ Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng phần ứng I
ư
nên khả năng
chịu tải của động cơ không chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới điện nên rất thích hợp cho
những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp điện đi kèm
theo tải.
Thực tế trong lĩnh vực này động cơ kích thích nối tiếp được sử dụng. Tuy nhiên
người ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái
sinh năng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể
dùng phương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải
điều chỉnh. Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu càng giảm độ phức
tạp & cồng kềnh của cơ cấu cơ khí bấy nhiêu.
Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, tức là thay đổi U
ư

giảm, dòng ngắn mạch I
nm
giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ.
+ Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.
+ Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh.
Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải có
nguồn điện áp điều chỉnh được.
Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần
ứng là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông. Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép
thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ
cấu cơ khí như đã đề cập ở trên.
Như vậy vấn đề quan trọng nhất trong khuôn khổ đồ án mà chúng em đưa ra
chính là việc thiết kế một bộ điều chỉnh nhằm điều chỉnh động cơ Hybrid trong ôtô
điện. Bộ điều chỉnh này chính là thiết bị băm điện áp, bộ băm điện áp này cho phép từ
16
16
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng có thể
điều chỉnh được.
Sự phối kết hợp giưã động cơ Hybrid và động cơ xăng trong việc truyền động
trong ôtô chạy điện là cần thiết.Động cơ điện dùng truyền lực trong ôtô có công suất
vừa và nhỏ nên bộ băm xung áp là phù hợp.Chương tiếp theo sẽ trình bày về thiết kế
hệ thống băm xung áp.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
I. Thiết kế mạch động lực
1. Giới thiệu nguyên lý chung của bộ biến đổi điện áp một chiều.
Như ở trên đã đề cập, phương pháp điều chỉnh điện áp được lựa chọn trong điều
chỉnh tốc độ động cơ. Thực tế, để thay đổi điện áp phần ứng động cơ ôtô người ta có

Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
Sau đây giới thiệu nguyên lý chung của bộ băm xung, đồng thời phân tích khái
lược về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bộ băm xung - áp cũng như
vấn đề lựa chọn thiết bị đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tắc tơ tĩnh (K) đóng mở liên
tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành
các xung điện áp một chiều U
tb
có trị số có thể điều chỉnh được. Điện áp U
tb
này đặt
vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0 <U
tb
<E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E <U
tb
<0.
Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải thực tế
là không đổi, mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng điều chỉnh .
Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K. Trong khi đó,
các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định
giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi. Để tránh các sóng không mong muốn và từ
đấy tránh được momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó. Tần số
đóng cắt càng nhanh thì càng giảm được kích thước của bộ lọc, nhưng nếu quá lớn sẽ
19
19
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

trị điện áp nguồn U
S
một cách trơn liên tục. Phần trên cũng đã đề cập tới nguyên lý
chung của bộ biến điện áp một chiều, ở phần này ta đi chi tiết giới thiệu tổng quan
nguyên lý điều chỉnh, các phương pháp điều chỉnh và một số sơ đồ băm xung áp thực
tế.
BBĐ một chiều
U
S
U
ra
U
ra
t
t
1
t
2
T
Hình 3.2. sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi điện một chiều và dạng xung ra của BBĐ.
Nguyên lý: Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức
khác nhau.
21
21
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
U
ra
là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t

trong đó đặt:
T
t
1
=
ε
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U
ra
là rộng (0 < ε ≤ 1).
2.2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t
1
=const. Khi đó:
22
22
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
SStai
UftU
T
t
U ...
1
1
==
Vậy U
ra
= U

Hình 3.3. sơ đồ nguyên lý của khoá mắc nối tiếp
K
23
23
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K ( thực tế là Tiristor hoặc Tranzitor).
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chất
cảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Đi-ôt mắc ngược với U
ra
để thoát dòng tải
khi khoá K ngắt.
+ K đóng ⇒ U
S
được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì U
tải
= U
S
(nếu bỏ qua
sụt áp trên các van trong bộ biến đổi).
+ K mở ⇒ hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng I
tải
do năng lượng tích
luỹ trong cuộn L và L
tải
, dòng chạy qua D, do đó U
ra
=U
tải

Tải
K
Hình 3.4. sơ đồ nguyên lý khi mắc khoá K song song
Sơ đồ như sau:
Đặc điểm: L
1
nối tiếp với tải, Khoá K mắc song song với tải. Cuộn cảm L
1
không
tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ K đóng, dòng điện từ +U
S
qua L
1
→ K → -U
S
. Khi đó D tắt vì trên tụ có U
C
(đã
được tích điện trước đó).
+ K ngắt, dòng điện chạy từ +U
S
qua L
1
→ D → Tải. Vì từ thông trong L
1
không
giảm tức thời về không do đó trong L
1
xuất hiện suất điện động tự cảm e