MỤC LỤC
Lời nói đầu…………………………………………………….…5
Phần I Cở sở lý thuyết…………………………………………………...6
1.1máy biến áp ….………………………………………………………………6
1.1.1Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA…………………………………………6
1.1.1.1 Khái niệm…………………………………………………………..6
1.1.1.2 Cấu tạo………………………………………………………………6.
1.1.1.3Nguyên

tắc

hoạt

động

máy

biến

thế…………………………………………………………….7
1.1.1.4Phân loại…………………………………………………………….7
1.2 Động cơ điện một chiều……………………………………………………8
1.2.1 Cấu tạo……………………………………………………………………8
1.2.1.1 Phần cảm (stator)…………………………………………………..8
1.2.1.2 Phần ứng (rotor)…………………………………………………...9
1.2.2Động cơ điện một chiều kích từ độc lập…………………………………10
1.2.2.1Nguyên lý làm việc của động cơđiện một chiều…………………..10
1.2.2.2 Giới th chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông……………,..14.
1.2.3 mở máy và chế độ hãm động cơ điện một chiều………………….......15
1.2.3.1Mở máy…………………………………………………………….15
1.2.3.2Các trạng thái hãm động cơ……………………………………….16.

1.3.5.1Phương pháp thay đổi độ rộng xung………………………….…29.
1.3.5.2Phương pháp xung - tần………………………………………..…29
1.3.5.3 Phương pháp xung - thời gian……………………………………30
Chương 2 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH…………………30
2.1 IC NE555…………………………………………………………………30
2.1.1Cấu trúc bên trong của IC NE555…………………………………...30
2.1.2các thông số cơ bản của IC NE555…………………………………..31
2.2 IC nguồn ổn áp......................................................................................32.
2.2.1Kí hiệu..............................................................................................32
2.3Điện trở…………………………………………………………………....33
2.4 Tụ điện…………………………………………………………………...34
2.5Mosfet……………………………………………………………………..34
2.6 Opto PC817..........................................................................................35
2.6.1Cấu tạo ..............................................................................................35
2.6.2 Tác dụng và mục đích…………………………………………....36
2


chương 3 tính toán và lựa chọn linh kiện……………………………36
Chương 4 thi công mạch……………………………………………………37
4.1Sơ đồnguyên lý từng khối………………………………………………37
4.1.1Khối nguồn………………………………………………………….37
4.1.2 Khối dao động (tạo xung)……………………………………38
4.1.3Liên kết giữa mạchdao động và bộ phận cách ly…………………..38
4.2Sơ đồ toàn mạch…………………………………………………………39.
4.3 nguyên lí hoạt động…………………………………………………….40
4.4 sơ đồ mạch board………………………………………………………41

3


1.1.1.2 Cấu tạo
MBA được cấu tạo gồm 1 cuộn dây sơ cấp và vài cuộn dây thứ cấp cuốn trên cùng
1 khung đỡ bằng giấy cách điện, nhựa hay bekelit, bekelit trong có lõi từ khép kín.
Lõi thép của biến áp có thể dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại hoặc dùng lõi
Feritte đúc. Một số ít trrường hợp dùng biến áp có lõi không khí.
cuộn sơ cấp là cuộn người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp là cuộn
người ta lấy dòng điện đã biến đổi ra để sử dụng.

5


.
• Hệ thức công suất:

Công suất cung cấp cho mạch sơ cấp là:
P1= U1.I1.cos α1
Công suất cung cấp cho mạch thứ cấp là:
P2= U2.I2.cos α2
Nếu bỏ qua sự tiêu hao trên cuộn dây và lõi từ, công suất cung cấp cho cuộn sơ
cấp sẽ nhận được 100% ở cuộn thứ cấp:
P1=P2  U1.I1.cos α1=U2.I2.cos α2
Do biên thế có α1=α2 nên: cos α1=cos α2.
U1I1=U2I2
1.1.1.3Nguyên tắc hoạt động máy biến thế
Hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai
cuộn dây của máy biến thế được nối với mạch điện xoay chiều, và gọi là cuộn sơ
cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ và gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện trong
cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên trong lõi thép. Từ thông biến
thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấu (cũng quấn trên lõi thép) gây ra một dòng
điện cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và trong tải tiêu thụ.

+ Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường, nó gồm có lõi sắt cực từ và
dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ
+ Lõi sắt kích từ được làm bằng lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép
lại và tán chặt.
+ 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 và và tẩm sơn cách điện trước khi
đặt trên các cực từ.
7


- Cực từ phụ: được đặt giữa các cực chính và dùng để cải thiện đổi chiều, lõi
thép thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn giống như
cực từ chính.
- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
- Chổi than : là các thanh Cacbon được tiếp xúc với cổ góp để đưa dòng điện
từ nguồn một chiều vào rôto . Chổi than được đặt ở trung tính hình học của động
cơ.
1.2.1.2 Phần ứng (rotor):
Phần ứng là phần cho dòng điện một chiều chạy trong nó, tương tác giữa dòng điện
I và từ thông Φ sinh ra mômen quay. Nó gồm ba phần chính:
- Lõi thép : là các lá thép kĩ thuật điện (Fe - Si) mỏng ghép lại với nhau, trên có
xẻ rãnh để đặt các bối dây.
- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua,
nó được cấu tạo gồm các dây đồng tròn được ghép thành các phần tử (bối dây), các
bối dây được ghép theo kiểu dây quấn xếp đơn hay dây quấn phức tạp tuỳ yêu cầu
mômen lớn hay nhỏ.
- Cổ ghóp : gồm các phiến góp được cách điện với nhau, các phiến góp được
nối với các đầu mút của các bối dây để đưa dòng điện vào phần ứng.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác gồm cánh quạt dùng để làm ngội máy,
trục máy...

và mômen (M) của động cơ có dạng chung :

=
Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ
độngcơ và mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông...), từ đó đưa
raphương án để điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phương án tối ưu.
Với những điều kiện Uư = const, It = const thì động cơ hầu như không đổi,
Vivậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng.
Thường dạng của đặc tính cơ của động cơ mà giao điển với trục tung ứng với
mômen ngắn mạch còn giao điểm với trục tung ứng vơi tốc độ không tải của
động cơ.
Người ta đưa thêm đại lượng β= để đánh giá độ cứng. Đặc tính càng dốc càng
cứng ( β càng lớn) tức là mômen biến đổi nhiều nhưng tốc độ biến đổi ít và ngược
lại. Đặc tính càng ít dốc càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhưng tốc độ biến đổi
nhiều thay đổi.

9


Để hiểu được nguyên lý và lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước
hết ta đi xét đặc tính của động cơ điện. Đó là quan hệ giữa tốc độ quay với
mômen(hoặc dòng điện) của động cơ.
- Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức
(điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện kháng, điện trở
vào động cơ).Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có các điểm làm việc định mức có giátrị
Mđm, ωđm.
- Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số
nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng.
Để so sánh các đặc tính cơ với nhau, người ta đưa ra khái niệm độ cứng của
đặctính cơ: β=∆Μ/∆ω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc)

E u =K e Φn
ω = 2πn / 60 = n / 9,55
Vì vậy:
11


Suy ra :

Φ=(*)
Biểu thức (*) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định M dt = K .Φ.I u
Suy ra:
I u = M dt / KΦ
Thay vào (*) ta được :

ω=
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen
điện từ bằng M.
Ta có:

ω=
Đây là phương trình đặc tính cơ điện một chiều kích từ độc lập
Ta có đồ thị hình vẽ :

Nhận xét :
+Iư=0 hoặc M=O ta có

ω=
Đây là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ
+ ω = 0 thì



1.2.3 mở máy và chế độ hãm động cơ điện một chiều:
1.2.3.1Mở máy
Từ phương trình điện áp phần ứng :
U=Eu+Ru.Iu
⇒ Iu =

U − Eu
Ru

Khi mở máy n=0 ⇒ Eu=

p.N
.n.Φ
60a

=0

Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iumở =

U
Ru

vì Ru nhỏ Iumở lớn khoảng (20 ÷ 30) Iđm làm hỏng chổi than và cổ góp. Để dảm
dòng điện mở máy ta dùng các biện pháp sau:
+ Dùng biến trở mở máy Rmở:
Mắc biến trở này vào mạch phần ứng lúc có biến trở này :
I =U/(Rư+Rmở )
Lúc đầu để Rmở max, trong quá trình mở này tốc độ tăng lên Eư tăng lên và điện trở

động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng
tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt.
Như vậy ta thấy hãm tái sinh là phương pháp hãm tiết kiệm được năng lượng
nhất, và điều này là rất cần thiết, nhất là đối với các động cơ chạy bằng acqui.Vì
vậy, trong khi thiết kế bộ băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động cơ hãm tái sinh.

1. 2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có đặc điểm là:
Ưu điểm
: điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều khiển.
Nhược điểm: sử dụng nguồn điện một chiều.
Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn như hiện nay máy điện một chiều dã
trở thành một cơ cấu không thể thiếu trong truyền động điện.
Từ phương trình về vận tốc:

15


ω=

I .Ru
M .Ru
U
U
−
=
−
K .Φ K .Φ K .Φ K .Φ 2

. Ta có các phương pháp để điều chỉnh tốc độ động

ncb
n1

TN
Rf1

n2

Rf2

n3
0

MC

Rf3

M, I

16


Đặc điểm :
- Khi thêm Ruf vào phần ứng động cơ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm hay
đặc tính cơ của động cơ giảm đi có nghĩa là với một sự thay đổi rất nhỏ của tải sẽ
dẫn đến một sự thay đổi rất lớn của ω nên không ổn định do đó trên thực tế điều
chỉnh tốc độ băng Ru ít được sử dụng.
- Ngoài ra khi thêm Ru vào phần ứng cũng có nghĩa là tăng tổn hao làm nóng
động cơ. Phương pháp này chỉ sử dụng để giảm dòng mở máy khi khởi động động
cơ.


T

t2

Từ các phân tích trên, ta thấy trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên

thì phương pháp điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp phần ứng là khả thi và tin
cậy nhất, bởi vì dễ điều chỉnh và có đặc tính cơ cứng. Với sự phát triển của kĩ thuật
bán dẫn ngày nay thì phương pháp điều chỉnh này hoàn toàn dễ dàng thực hiện
t1

được và đem lại hiệu quả cao. Trong khuôn khổ đồ án này, ta sẽ thiết kế bộ băm
xung một chiều có đảo chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, ngoµi ra nã cßn
có thể thực hiện chức năng mở lại máy (reset) và hãm tái sinh động cơ.
1.3băm xung một mạch chiều
1.3.1 Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều:
1.3.1.1 Nguyên lý:
Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp
tải Ura cũng là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được.

BBD

US

Ura

Utb

Ura là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2. Điện áp ra

Nhược điểm của phương pháp là tổn hao trên transistor lớn, phát nhiệt nhiều
làm transistor dễ hỏng.
1.3.1.2.3 Điều khiển bằng băm áp (băm xung)
Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. Điều
chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh được trị số trung bình của tải.
19


1.3.2 Giới thiệu một số loại van dùng trong mạch băm xung
1.3.2.1 Trasistor công suất
Transistor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:

IC
B
IB

C
UCE
UBE E

(IEa )

- Nguyên lí hoạt động:
Tranzitor hoạt động như một phần tử chuyển mạch ta quan tâm đến 2 trạng
thái dấn dòng và.trạng thái khoá
+ Trạng thái dẫn: UBE>0
Điều kiện để đưa van vào vùng dẫn bão hoà IB≥IC/β
Thực tế IB=s.IC/β
+ Trạng thái khóa: UBE≤0, ic≈0.
Trong quá trình van dẫn hoặc khoá công suất tiêu tán pc=UCE.IC=0.

Dòng hằng
điện máng
số
G
K

= 9V
= 7,5V
= 6V
= 4,5V

G

Máng
Cửa

= 3V

Nguồn

Điện áp máng – nguồn
(a)

(b)

K

Hình a) Họ đặc tính ra.Hình b) Ký hiệu thơng thường kênh n.
Transistor Mos là loại dụng cụ chuyển mạch nhanh.Với điện áp 100V tổn hao
dẫn ở chúng lớn hơn ở transistor lưỡng cực và tiristor, nhưng tổn hao chuyển mạch

+ Đặt một điện áp ngược lên tiristor. Khi đặt điện áp ngược lên tiristor: UAK

Dùng Transistor trường (hình c).

Dùng IGBT (hình d)

Băm áp đảo chiều
Sơ đồ như hình vẽ:

24


Theo chiều chạy thuận, điều khiển T1, T3, dòng điện tải iT có chiều hướng
xuống như hình vẽ, UAB> 0. Theo chiều chạy ngược, điều khiển T2, T4, dòng
điện tải iN có chiều dưới lên như hình vẽ, UAB < 0.

1.3.3.2 Băm áp song song
- Nguyên lý băm áp song song.
- Tổn hao công suất khi băm áp song song.
- Băm áp có hoàn trả năng lượng về nguồn.
1.3.3.2.1 Nguyên lý băm áp song song
Sơ đồ:

Dòng điện và điện áp được tính tương ứng khi khóa K đóng: is =
Và khóa k hở: iT =

; Ud =

Rd

25