+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 : Kỹ thuật Điện
1/ Tên đề tài : “ Thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động động
cơ điện một chiều sử dụng bộ băm xung áp trong truyền động cho ôtô 4 chỗ
ngồi thỏa mãn chất lượng tĩnh cho trước:
+ Dải điều chỉnh tốc độ D = 30/1
+ Sai lệch tĩnhS
t

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………
Giáo viên hướng dẫn:
2
2
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn

17
3.Một số sơ đồ băm xung áp.
3.1.Sơ đồ băm xung áp loại B
21
3.2.Sơ đồ băm xung áp có đảo chiều
27
4.Thiết kế mạch lực.
35
4.1.Chọn van mạch lực
35
4.2. Thiết kế mạch trợ giúp
37
II.Thiết kế mạch điều khiển.
38
1.Mạch tạo dao động
38
2.Mạch tạo xung răng cưa
39
3.Khâu khuếch đại
40
4.Khâu so sánh
41
5.Mạch phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt
42
4
4
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
6. Một số mạch phụ trợ khác

trong nhà máy, trên bến cảng…
Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều
khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều có sơ
đồ điều khiển đơn giản tin cậy dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô.
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không
thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định, mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ
án được hoàn thiện hơn.
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 chất lượng hệ thống ở chế độ tĩnh
6
6
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
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.

Động cơ hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid là dạng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp.
Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động
cơ điện dùng năng lượng ăcquy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì
dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành
đồng bộ và khi nào nạp điện cho ăcquy để sủ dụng về sau. Loại xe này sử dụng hai
loại nguồn lực khác nhau là động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhờ kết hợp 2
nguồn lực này với nhau mà động cơ Hybrid chẳng những tiết kiệm nhiên liệu mà
còn giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường. Hình vẽ bên dưới là sơ đồ mô tả cấu tạo
động cơ hybrid của hãng 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.
8
8
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
- Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng
cho động cơ điện làm việc.
Hình 1.1. Mô hình động cơ Hybrid
 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

10
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Khi động cơ xăng (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát
điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc cho bình ắc quy và một để
cung cấp điện cho một động cơ điện một chiều (motor), bộ phận sẽ truyền năng
lượng tới các trục xe. Đó được gọi là hệ thống liên hoàn vì năng lượng truyền theo
một quá trình liên tục. Một hệ thống Hybrid liên hoàn gồm có hai môto, một chính
là môtơ điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
-Trong sơ đồ liên hoàn, động cơ đốt trong (động cơ xăng) kéo máy phát cung
cấp điện cho ăcquy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa
nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên
liệu thành 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:
11
11
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.

fu
u
.
)(
2
Φ
+
−
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.
b. Động cơ điện kích thích nối tiếp.

Φ
Φ
−=
KC
R
MKCe
UC
n
e
u
M
.
..
.
nếu bỏ qua R
ư
thì:
M
U
n =
hay: M=
2
2
n
U
13
13
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.

Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được điều
chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song song; dù rằng về nguyên tắc có
thể áp dụng những phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ kích thích nối
tiếp.
Từ những tính chất của từng loại động cơ như đã trình bày ở trên, so sánh với đặc
tính tải và những yêu cầu của truyền động trong lĩnh vực giao thông ta thấy rằng
14
14
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
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.
+ 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

+ Hiệu suất điều chỉnh cao.
+ Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh.
+Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm U
ư
⇒ mômen ngắn mạch
M
nm
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 một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng
có thể điều chỉnh được.
16
16
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.

Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
•
•
K
D
C
2
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

2. Bộ băm xung áp một chiều.
Như đã giới thiệu ở trên, bộ băm xung áp một chiều có nhiều ưu điểm trong
truyền động giao thông. Bộ băm xung áp biến đổi được điện áp một chiều từ 0 đến
giá 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
19
19
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
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.

U
T
Ut
U .
.
1
ε
==
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:
SStai
UftU
T
t
U ...
1
1
==

U
S
U
ra
C
l
ọ
c
Tải
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý của khoá mắc nối tiếp
K
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

C
l
ọ
c
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

1
S
tai
I
U
U
W
23
23
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
c. Biến đổi đảo cực:
L1
U
S
U
ra
C
l
ọ
c
Tải
K
D
Sơ đồ mắc như sau:
L
1
chỉ đóng vai trò tích luỹ năng lượng.
C đóng vai trò lọc.

tải
| có thể lớn hơn
hay nhỏ hơn U
S
.
d. Biến đổi công suất lớn theo nguyên lý nhiều nhịp:
Đặc điểm: Mắc song song n bộ biến đổi riêng làm việc cùng một tải và nguồn
U
S
.
24
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khi khoá K
mắc nối tiếp nhưng có đảo cực
24
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện tử đồ án môn
học.
Để giảm độ gợn sóng của I
tải
và U
tải
, các khoá K
1
, K
2
, K
3
, … làm việc lệch pha
nhau một góc 2π/n. Khi đó mỗi bộ biến đổi chịu dòng điện I
tải

E
D
2
D
1
25
25