Chơng III : Thiết kế bộ chỉnh lu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Chơng III : thiết kế bộ chỉnh lu đIều chỉnh tốc độ động
cơ đIện một chiều
Đ 3.1. Nguyên lý điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay
chiều.
Để điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay chiều ta có nhiều nguyên tăc
khác nhau nhng trong thực tế ngời ta thòng dùng hai nguyên rắc điều khiển
sau :
- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos.
Để thực hiện điều chỉnh vị trí xung điều khiển đặt nên cực điều khiển ,trong
nửa chu kì dơng của điện áp đặt nên hai cực Anốt và Catốt của Thyristor .
3.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
Theo nguyên tắc này ngời ta dùng hai dạng điện áp .
- Điện áp đồng bộ ,kí hiệu là U
S
,đồng bộ với điện áp đặt trên Anốt-Catốt của
Thyristor. Thờng đặt vào đầu đảo của khâu so sánh .
- Điện áp điều khiển, kí hiệu là U
cm
(điện áp một chiều, có thể điều chỉnh đợc
biên độ). Thờng đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh .
+ Khi đó hiệu điện thế đầu vào khâu so sánh là :
U
d
= U
cm
- U
S
.
+ Mỗi khi U


đa vào cực điều
khiển của Thyristor .
Ta có quan hệ :

Usm
Ucm
=

Ngời ta lấy U
cm max
= U
S m

3.2.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos.
Theo nguyên tắc này ngời ta dùng hai dạng điện áp .
- Điện áp đồng bộ U
S
, vợt trớc U
AK
= U
m
sint, của Thyristor một góc bằng
2/

.
U
S
= U
m

cm
= U
m
thì

= 0.
+ Khi U
cm
= 0 thì

=
2/

.
+ Khi U
cm
= - U
m
thì

=

.
U
s
U
AK
U
AK
U

3.2.1.Tính chọn Thyristor .
Thông số của động cơ :
P
đm
= 2,8 Kw.
U
đm
= 220 V.
I
đm
= 17A.
Tính chọn Thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải, điều kiện toả
nhiệt , điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van đợc tính nh sau :
+ Điện áp ngợc lớn nhất mà Thyristor phải chịu .
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 32
Chơng III : Thiết kế bộ chỉnh lu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
U
ng max
= k
nv
.U
2
= k
nv

Ku
Ud

Với : k
nv

là hệ số dự trữ điện áp k
dt U
= 1,8
U
ng max
= 1,8.345,4
U
ng max
= 621,72 (V)
U
ng max
= 622 (V)
+ Dòng điện làm việc của van đợc tính theo dòng hiệu dụng .
I
lv
= I
hd
= k
hd
. I
d

Với : k
hd
=
2
1
I
lv
=

I
đm V
= 34 (A)
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 33
Chơng III : Thiết kế bộ chỉnh lu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Từ các thông số U
nv
, I
đmv
ta chọn đợc 4 Thyristor loại NO29RH10. Có các
thông số sau :
+ Điện áp ngợc cực đại của van : U
ng
= 1000 (V) .
+ Dòng điện định mức của van : I
đm
= 50 (A) .
+ Dòng điện của xung điều khiển : I
đk
= 0,15 (A) .
+ Điện áp của xung điều khiển : U
đk
= 3 (V)
+ Dòng điện rò : I
r
=
+ Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : U = 0,85 (V) .
+ Tốc độ biến thiên điện áp :
dt
dU

- Bảo vệ quá dòng điện nhờ nối tiếp vào mạch một cuộn kháng bão hoà lõi
thép Ferit với một vòng dây. Cuộn kháng có tác dụng hạn chế tốc độ tăng tr-
ởng dòng điện sự cố .
L
T
L đợc chọn theo kinh nghiệm : L = (50 ữ 100 )
à
H .
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 34
Chơng III : Thiết kế bộ chỉnh lu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
- Bảo vệ quá điện áp.
Để bảo vệ quá điện áp ta có thể dùng mạch RC mắc song song với Thyristor
để chống quá điện áp khi chuyển mạch nhiều .
T
R
C
Chọn R,C có thể dựa vào công thức sau :
+ C = C
*
min
.
im
U
Q2

C
*
min
là thông số chung gian phụ thuộc vào k .
K là hệ số quá áp : k =

min.

Dựa vào các công thức trên, hình vẽ biểu diễn mối quan hệ C
*
và R
*
theo k.
Kinh nghiệm thực tế ta chọn đợc :
R = ( 10 ữ 1000 )

.
Chọn: R = 10(

)/3(w) .
C = 0,1 (
à
F)/600(mV) .
3.2.3.Vấn đề làm mát cho Thyristor khi làm việc .
Khi Thyristor mở cho dòng chảy qua , công suât tổn thất bên trong Thyristor
bao gồm :
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 35
Chơng III : Thiết kế bộ chỉnh lu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
- Tổn hao khi Thyristor dẫn theo chiều thuận .
- Tổn hao do chuyển mạch .
- Tổn hao trong mạch điều khiển do năng lợng của xung điều khiển trên cực
điều khiển gây ra .
Các tổn hao này sinh ra nhiệt làm phát nóng Thyristor , do đó ta phải lắp
thêm cánh tản nhiệt ở ngoài vỏ. Nhiệt lợng này sẽ đợc truyền ra vỏ qua lớp
chuyển tiếp rồi đến cánh tản nhiệt . Thyristor bán dẫn nếu không đợc làm mát
thì khả năng chịu dòng chỉ còn khoảng ( 30 ữ 50 )% I

s
= 0,5 ữ 1) às .
- Đảm bảo tính đối xứngvới các kênh điều khiển .
- Độ tác động nhanh của mạch điều khiển .
- Đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển .
U
x
t
0
U
t
s
t
x
3.3.2.Yêu cầu đối với xung điều khiển :
0
U
đk max
U
đk
U
đk
U
đk min
180
0

Giới hạn góc điều khiển

min

Để điều khiển góc mở theo nguyên tắc thẳng đứng cho bản đồ án này ta sử
dụng mạch điều khiển góc mở dùng IC(LM324) và IC(LM741) đợc trình
bày nh sau :
3.3.3.Tính toán các khâu của mạch điều khiển :
3.3.3.1. Khâu đồng pha .
1.Sơ đồ nguyên lý .
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 38
Ch¬ng III : ThiÕt kÕ bé chØnh lu ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
BA§P
-12
H×nh3.4: S¬ ®å nguyªn lý kh©u ®ång pha
R
3
6
R
4
R
7
R
5
C
7
D
3
D
4
GND
3
2
1

t
U
1
U
2
U
3
0
0
2U
bh
Hình3.5: Đồ thị dạng điện áp ra khâu đồng pha
-2U
bh
T
1
T
-U
bh
-U
bh
+U
bh
+U
bh
3.Nguyên lý hoạt động .
Điện áp U
0
(tại điểm 0) là điện áp ra của thứ cấp biến áp đồng pha nên là
điện áp xoay chiều hình sin đợc đa vào cổng không đảo của khuếch đại thuật

, khi điện áp U
1
tăng đột ngột từ U
bh
nên +U
bh
, do
đó điện áp U
1
= U
bh
. Khi đó điện tích trên 2 bản cực của tụ C
7
không kịp thay
đổi do đó U
2
= 2U
bh
. Sau đó U
1
= +U
bh
thì tụ C
7
sẽ phóng điện qua điện trở R
6

về đất đến khi U
2
= 0. Thời gian tụ C

bh
và tụ C
7
sẽ phóng
điện qua điện trở R6 về đất đến khi U
2
= 0. Thời gian phóng điện của tụ C
7

cũng là T
1
.
Nh vậy ta có điện áp ra sau khâu vi phân là U
2
có dạng chuỗi xung kim tam
giác dơng âm kế tiếp .
Chuỗi xung kim U
2
đợc đa tới khâu khuếch đại thuật toán U1B thông qua
hai điốt D
3
và D
4
mắc song song ngợc .
- ở nửa chu kỳ đầu khi U
2
> 0 thì điốt D
3
sẽ thông . Điện áp đợc đa vào cửa
đảo của U1B bằng tổng U

là điện áp âm .
4.Tính toán khâu đồng pha .
a)Tính khâu vi phân .
+ Khi U
1
= -U
bh
thì U
2
= U
GND
= 0 .
Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 41