Đồ án môn học
Điện tử công suất
Nội dung :
Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều với các thông số
sau:
+ P = 1 kW.
+ U = 48 VDC.
+ n = 1000 v/ph.
Giáo viên hướng dẫn: T.S Dương Văn Nghi.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tuấn Nghĩa.
Trần Bình Dương.
Nguyễn Công Chiến.
Nguyễn Hữu Nam.
1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày
càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong
trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Đặc biệt trong
lĩnh vực điều chỉnh tự động sử dụng van bán dẫn.
Trong các lĩnh vực điều chỉnh tự động nói chung cũng như trong lĩnh vực
giao thông nói riêng việc đòi hỏi cần có các bộ điều chỉnh nhằm tiết kiệm năng
lượng ngày càng được đòi hỏi và thay thế .
Bên cạnh đó trong lĩnh vực giao thông việc sử dụng các động cơ
xăng,diezen ngày càng có xu hướng giảm vì các nhược điểm như: Tiêu hao
nhiều năng lượng, ô nhiễm môi trường ... Đồng thời với các thành tựu của khoa
học kỹ thuật thì việc chế tạo các động cơ điện ngày càng được hoàn thiện . Song
song với sự phát triển đó là sự đòi hỏi phải có bộ điều khiển các loại động cơ đó
với chất lượng tốt nhất, thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật nhằm sử
dụng và thay thế các động cơ cũ.
Bộ băm xung áp một chiều sử dụng van bán dẫn trong tương lai đáp ứng

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
• 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 cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ KĐB, đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng.
Thực tế là ở các nước phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các
loại động cơ điêzen hoặc xăng là phổ biến. Đó cũng là xu thế chung đối với toàn
thế giới trong tương lai. Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi; tiến bộ nhảy vọt
4
về công nghệ bán dẫn cho phép chế tạo được nhiều bộ biến đổi điện năng gọn
nhẹ, khả năng giới hạn dòng áp cao & tin cậy hơn. Mặt khác, là động cơ điện
không gây ô nhiễm môi trường như các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu
suất cao. Đây là một trong những đặc điểm quan trọng đưa đến việc đưa động cơ
điện vào giao thông ngày càng rộng rãi hơn. Trong thực tế, ở các nước phát triển
như Mỹ, Đức, Pháp, TQ.. . đa số hệ thống đường sắt dùng động cơ điện kéo đầu
máy đều được cung cấp bằng điện áp một chiều qua đường dây trên không hoặc
đường ray thứ ba.
Đối với hệ thống đường sắt trong thành phố có đặc điểm là khoảng cách
ngắn, mật độ giao thông cao thì việc dùng trực tiếp hệ thống đường dây một
chiều là thích hợp. Nhưng đối với trường hợp khoảng cách xa hơn, như giữa các
thành phố với nhau, thì việc dụng hệ thống một chiều là không kinh tế. Trong
trường hợp này người ta lấy tư lưới điện xoay chiều một pha có tần số 50Hz ÷
60Hz và có điện áp khoảng 25kV sau đó qua hạ áp cấp vào bộ chỉnh lưu được
nguồn một chiều. Thông thường cấp điện áp của hệ thống tầu kéo đường sắt
trong thành phố dùng điện một chiều từ 600 ÷ 700V (với TH đường ray thứ ba)
hoặc 1500V (với TH đường dây trên không). Trong cả hai trường hợp trên thì
người ta tạo dòng một chiều bằng cách chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều với hệ

cơ thích hợp cho truyền động trong lĩnh vực đang đề cập tới.
3. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song.
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)
6
ω
ω
0
M
M
đm
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2
Φ
+
−
Φ
=
ω
Với những điều kiện U=const, I
t
=const thì từ thông của động cơ hầu như

Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:
M=C
M
.Φ.I
ư
=C
M
.
Φ
Φ
K
2
⇒
Φ
Φ
−=
KC
R
MKCe
UC
n
e
u
M
.
..
.
nếu bỏ qua R
ư
thì:

c. Động cơ điện kích thích hỗn hợp:
Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song. Tác dụng
của dây quấn kích thích song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược nhau. Trên
thực tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ ngược không
đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định. Động cơ kích thích hỗn hợp bù có đặc
tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại kích thich song song và nối tiếp.
Khi tải tăng thì từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp
bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên
mức độ tăng của từ thông không mạnh như ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên
đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ
của động cơ kích thích nối tiếp.
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.
8
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 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

đm
của động cơ. Phương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm
sau:
+ 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.
10
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.
5. 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 ô-tô
người ta có thể thay đổi góc mở chậm α nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh
lưu, hoặc thay đổi tần số băm trong trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp
một chiều.

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 sinh ra nhiễu vô tuyến .Vì vậy phải cân nhắc để lựa chọn
được bộ biến đổi làm việc ở dải tần thích hợp( dưới 1KHz). Thực tế thường
dùng tần số băm khoảng 400Hz ÷ 600Hz.
12
Tải
Chỉnh lưu
không điều
khiển
L
2
•
•
•
•
•
•
K
D
C
1
C
2
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể

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.
I. Nguyên lý
Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác
nhau.
U
ra
là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t
1
và độ nghỉ t
2
. Điện áp ra
bằng giá trị trung bình của điện áp xung. Nguyên lý cơ bản của các bộ biến đổi
này là điều khiền các phần tử công suất bằng phương pháp xung. Để có hiệu
suất lớn thì điện áp sụt trên các phần tử công suất ở trạng thái mở phải nhỏ, dòng
qua nó ở trạng thái mở rất nhỏ.
14
BBĐ
một
chiều
U
S
U
ra
U
ra
t
t
1
t

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. 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
==
Vậy U
ra
=U
S
khi
1
1
t
f =
và U
ra=0
khi f=0.
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Thực tế phương pháp biến

’ =0.
Như vậy, U
tải tb
≤ U
S
. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt:
α
==
S
tai
I
U
U
W
16
L1
D1
U
S
U
r
a
C
lọc
Tải
2. Biến đổi tăng áp:
Sơ đồ như sau:
Đặc điểm: L
1

S
. Do đó tổng điện áp: U=U
S
+e
L
→ làm D thông
→ U
tải
=U
S
+e
L
. Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp.
Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U
S
ở chế độ liên
tục và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt:
ε
−
==
1
1
S
tai
I
U
U
W
3. Biến đổi đảo cực: