Đồ án môn học Điện tử công suất
Lời nói đầu
Việc sự dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi ,
đặc biệt là động cơ điện chiều bởi vì động cơ điện 1 chiều có rất nhiều ưu
điểm so vơi động cơ xoay chiều . Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ
điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho
phù hợp với yêu cầu của thực tế
Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn Tự Động Hoá được trang bị
với những kiến thức về nhiều môn học trong đó có môn điện tử công suât, qua
các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu em đã hoàn thành bản đồ
án này.
Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lượng công việc lớn và mới mẻ
đối với chúng em cho nên em đã gặp một số khó khăn trong qúa trình thiết kế,
song được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn,
đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn
cùng lớp, nên em đã hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ quí báu đó. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như về trình
độ của bản thân, nên không tránh khỏi còn nhiều chỗ thiếu sót, em rất mong
được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để em hoàn thiện hơn bản
đồ án này.
Trong bản đồ án này em xin trình bày một số nội dung sau :
Chương 1 : Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều.
Chương 2 : Các phương án tổng thể.
Chương 3: Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế.
Chương 4 : Thiết kế và tính toán mạch lực
Chương 5 : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.Sinh viên thiết kế
Đinh anh Dũng
Đinh Anh Dũng TĐH1 – K46 Trang 1

a, Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và
dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng những lá
thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt .
Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ
máy nhờ các bulông . Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách
điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn
cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ được đặt trên
các cực từ này được nối tiếp với nhau.
b, Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để
cải thiện đổi chiều . Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và
trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ
chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời
làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và
hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ
điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
d, Các bộ phận khác.
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng
dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện
nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp
này nắp máy thường làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu
chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì
chặy 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. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.2 Phần quay hay rôto.
Bao gồm những bộ phận chính sau :
a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ

qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
3. Phân loại máy điện
Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động
cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối
tiếp,kích thích hỗn hợp
Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song
song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ
kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện do
đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng
bên ngoài.
Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ

E
R
f
U
I
kt
R
kt
U
CKT
U
kt
Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần
ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động
cơ điện một chiều kích từ độc lập

ư
+R
f
)I
ư

U
ư
: Điện áp phần ứng
E
ư
: Suất điện động phần ứng
R
ư
,R
f
: Điện trở phần ứng,điện trở phụ trong mạch
phần ứng
I
ư
: Dòng điện mạch phần ứng
R
ư
=r
ư
+r
ct
+r
b
+r

.
π
=
P : Số cực từ chính
N : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
θ
: Từ thông kích từ dưới một cực từ W
b
ω
: Tốc độ góc (Rad/s)
E
I
R
f
U
I
kt
R
kt
U
CKT
U
kt
E
ư
= K
e
.
n.
θ

=
θ
.K
M
dt
Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ bằng mômen cơ đầu trục
M
đt
=M
cơ
=M
M
K
RR
K
U
fu
u
.
).(
.
2
θ
θ
ω
+
−=⇒
(1)
Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng
Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng

nhất định .Khi
θ
giảm tốc độ động cơ tăng lênKhi kích thích dòng khác nhau đặc tính cơ nhận được khác nhau và độ dốc
khác nhau.Giao điểm mômen cản M
ư
=f(I
ư
) với các đường trên cho biết tốc
độ xác lập ứng với thông số khác nhau của từ thông .
b) Thay đổi điện áp phần ứng
- Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị
nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu điều
khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành một
chiều có suất điện động E
b
điều chỉnh được là nhờ tín hiệu U
đk

M(I
u
)
n
I
u
dm
θ
nodm

mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi
động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của
tốc độ là
β
ωω
dm
M
−=
max0max

β
ωω
dm
M
−=
min0min
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh
phải có mômen ngắn mạch là:
M
nmmin
= M
cmax
= K
M
.M
đm
Trong đó : K
M
hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những đường

M
K
M
D
K
M
MM
βω
β
β
ω
ββ
ω
* Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β
ω
min
ω
0min
ω
max
ω
omax
M
đm
M
nmmin
ω
đk1
ω
đk2

Trong đó :
1
,
+
ii
ωω
là tốc độ ổn định của động cơ đạt được ở cấp i ,i+1

γ
1
→
tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dải
điều chỉnh
b) Dải điều chỉnh tốc độ
Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc
độ làm việc ứng với mômen tải đã cho

min
max
ω
ω
=
D
Trong đó :
max
ω
bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành góp

min
ω

và do đó I
ư
=0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức U
ư
= 0.
Khi đó I
ư
không lớn và tránh được sự cố trên.
Chương 2
Các phương án tổng thể
Để lựa chọn được một phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đông
cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng
“ ta cần phải lựa chọn 1 phương án điều chỉnh tốc độ và sơ đồ mạch lực phù
hợp
I .Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ đông cơ
Nói chung ta có thể tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ theo 2 phương pháp
chủ yếu như đã nêu ơ trên : Điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ
thông φ
 Phương pháp điều chỉnh từ thông φ .
Phương pháp điều chỉnh từ thông φ có thể thay đổi tốc độ được một cách
liên tục và kinh tế nhưng chỉ có thể điều chỉnh được tốc độ trong vùng
trên tốc độ định mức và bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí
 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng .
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có
thể điều chỉnh tốc độ 1 cách liên tục và dễ dàng thực hiện bằng cách thay
đổi góc điều kiển α . Mặt khác phương pháp này trong quá trình điều
kiển thay đổi tốc độ thì không tiêu hao năng lương và momen của đông
cơ không đổi .
Nhân xét :
Từ những phân tích ở trên ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ của

= 0,45U
2
Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp .
S
ba
= 3,09.U
d
.I
d
+Ưu điểm
- Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van
+Nhược điểm
- Chất lượng điện áp xấu
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp

2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
U2
R

nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua
- Khi θ = α cho phát xung mở T
1
, T
1
dẫn do điện áp đầu anot dương và có
xung mở . Khi θ = π , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn
còn dòng điện I
d
nên T
1
chưa khoá , T
1
tiếp tục dẫn cho đến khi θ = π + α ,
phát xung mở T
2
thì T
1
bị khoá và T
2
dẫn . T
1
khoá không phải dòng đã về 0
mà là do T
2
dẫn .
I
i
T1
d

U
d
=
π
2
2
∫
+
απ
α
.2
U
2
.sinαdα =
π
22
.U
2
.cosα = U
do
.cosα
U
do
=
π
22
.U
2
= 0,9.U
2

dI
d
=
2
Id
= 0,71.I
d

+ Hệ số đập mạch K
đm
= 0,67.
+ Công suất máy biến áp S
ba
= 1,48.U
d
I
d

 Nhận xét :
+ Ưu điểm :
- So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện
áp với chất lượng tốt hơn
- Dòng qua van không quá lớn
- Điều khiển van đơn giản
+ Nhược điểm
- Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm
việc 1nửa chu kỳ
- Chế tạo biến áp phức tạp
- Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn
- Điện áp ngược trên van là lớn .

d
= U
2
. Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay
chiều (U
d
= U
2
) cho đến khi nào T
1
, T
2
còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van
phụ thuộc vào tải ) .
i
2
I
d
U
T1
o
2 ?
I
d
i
T1T2
I
d
i
d

απ
α
θθ
π
dU .sin.2
2
2
2
=
α
cos.
2
22
2
U
= U
do
cosα.
U
do
: điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển .
+ Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) .
+ Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp
I
2
=
∫
+
απ
α

1
d
I
=
2
Id
= 0.71 I
d
+ Hệ số đập mạch k
đm
= 0,67
+ Công suất biến áp S
ba
= 1,23P
d
Nhận xét :
Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu
hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn ,
hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia .
+ Ưu điểm :
- Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia
U
nv
=
2
U
2
.
- Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với
chỉnh lưu hình tia .

1
’
T
3
’
T
2
’
T
4
’
T
1
T
3
T
4
T
2
T
1
T
3
D
2
D
4
R
f
Chương 3

+ θ = π + α phát xung mở T
3
, T
4

T
1
, T
2
khoá ; T
3
, T
4
dẫn (mở)
Điện áp ra tải U
d
= - U
2

+ Điện áp trung bình tải
U
d
=
π
22
U
2
cosα
+ Điện áp ngược lớn nhất trên van
U

α
απ
α
απ
α
απ
α
θ
πππ
θθ
π
d
E
diXiRdU
dLd
.
1
.
1
.sin2
1
2
U
d
=RI
d
+E
+ Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
I
2

Khi
απθ
+=
phát xung mở T
3
,T
4

Vì có L
a
nên dòng i
T1
,i
T2
không giảm đột ngột về 0 và dòng i
T3
,i
T4
cũng
không tăng đột ngột từ 0 đến I
d

Lúc này cả 4 van cùng mở thông cho dòng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch
u
d
=0
Nguồn e
2
bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i
c

=
))cos((cos
.2
)sin(
.2
2
0
2
αθααθ
θ
+−=+
∫
cc
X
U
X
U
Đặt i
c
= i
c1
+ i
c2
, i
c1
= i
c2
= 0,5.i
c


( )( )
αθα
+−−=
coscos
.2
.2
2
2,1
c
dT
X
U
Ii
Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn tức khi
,
µθ
=
thì i
T1,2
= 0
( )
2
.2
..2
coscos
U
IX
dc
=+−
µαα

..2
=∆
khi đó giá trị trung bình điện áp trên tải là
U
d
’
= U
d
-
απ
α
ππ
dcdc
IX
U
IX ..2
cos..
2.2..2
2
−=

U
d
’
= R.I
d
+E
Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ
Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực
hiện các bước đảo chiều như sau :