LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
1


LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................

2.1.1. Phương pháp thay đổi độ rộng xung ................................................... 25
2.1.2. Phương pháp thay đổi tần số xung ..................................................... 25
2.1.3. Nhận xét ............................................................................................. 25
2.2. Các dạng băm xung cơ bản ...................................................................... 26
2.2.1. Xung áp nối tiếp .................................................................................. 26
2.2.2. Xung áp song song .............................................................................. 27
2.2.3. Xung áp đảo dòng lớp B ..................................................................... 27
2.2.4. Xung áp đảo áp lớp B ......................................................................... 29
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ..................................................... 30
3.1. Yêu cầu chung của mạch điều khiển ........................................................ 30
3.2. Nguyên lý của mạch ................................................................................ 30
3.2.1. nguyên tắc chung của mạch điều khiển .............................................. 30
3.2.2.Sơ đồ nguồn nuôi ................................................................................. 34
3.2.3. Khối tạo dao động và tạo xung răng cưa ............................................ 35
3


3.2.4. Khâu so sánh ....................................................................................... 36
3.2.5. Khâu công suất.................................................................................... 37
TỔNG KẾT ......................................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 40

4


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 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.

nghiệp nào không sử dụng điện và máy điện.
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền
tải...,cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản, dễ vận
hành ... mà máy điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
Tuy nhiên động cơ điện vẫn giữ một vị trí quan trọng trong các ngành sản xuất
công nghiệp nặng như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung là các
thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng, có công xuất lớn
(như trong máy cán thép, đầu máy điện, máy công cụ lớn....). Mặc dù so với
động cơ xoay chiều để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt
hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn
... nhưng do ưu điểm của nó mà động cơ điện một chiều vẫn không thể thiếu
trong nền sản xuất hiện đại .
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ hay máy
phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của
động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản
thân động cơ điện xoay không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì
cũng phải tốn chi phí cho các thiết bị đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền thì
động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà
cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển còn đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng cao .

6


Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng
75% 85%, Ở động cơ công suất trung bình và lớn là khoảng 85% 94%. Công
suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100MW, điện áp vào
khoảng vài trăn đến 1000V. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng
cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn đó là cả
một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình

1.2.2. Động cơ điện kích từ độc lập
* Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữ tốc độ
(ω) 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
động cơ vào mômen động cơ và các thông số khác ( từ thông, điện trở phụ...), từ
đó đưa ra phương án tối ưu để điều chỉnh tốc độ động cơ. Với những điều kiện
Uư = const, Ikt= const thì từ thông của động cơ gần như không đổi, vì vậy quan
hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của cộng cơ là thẳng.
Thường dạng của đường đặc tính cơ mà là đường thẳng thì giao điểm với
trục hoành ứng với điểm mômen ngắn mạch, còn giao điểm với trục tung ứng
với điểm tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.

8


Người ta đưa ra đại lượng

để đánh giá độ cứng của đường đặc

tính cơ. Đặc tính càng dốc càng cứng (β càng lớn) tức 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 thay đổi nhiều.
ω
ω
o

ω
đ
m

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu động vận hành ở chế độ định mức
(điện áp, dòng điện, từ thông định mức, và không nối thêm các điện trở, điẹn
kháng vào động cơ ). Trên đường đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định
mức có giá trị (Mđm;ωđm) hoặc (Iđm;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 đặc tính
cơ

(tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc ).
a. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ kích từ độc lập:
9


Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được
gọi là động cơ kích từ độc lập.
Dựa vào sơ đồ trên có thể viết được cân bằng điện áp của mạch phần ứng như
sau:
Uư = Eư + ( Rư + Rf )Iư
Trong đó:


Uư: điện áp phần ứng (V)



Eư: sức điện động phần ứng (V)

Eư =

Trong đó:

ω=K ω

P: số đôi cực từ chính
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
10


a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
: từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
ω: tốc độ góc (rad/s)
: hệ số cấu tạo của động cơ

K=

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (v/p) thì :
Eư = Ke n ; và ω =
Vì vậy :
Eư =
Ke=
Suy ra:
ư

ω

ư


(**)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

11


Đường đặc tính cơ có dạng:
ω
ωo

ωđm

0

Mđm

Mnm

M

Iđm

Inm

I

ω
ωo



ω

ω

ω

Trong đó:
R=Rư+Rf ; ω

ư

;

ω

ư

:Gọi là độ sụt tốc độ ứng

với giá trị của M.

12


Từ đó có thể thấy tốc độ động cơ điện một chiều phụ thuộc vào các đại lượng
là Uư , R, I. Như vậy thông qua các đại lượng này thay đổi ta có thể điều chỉnh
tốc độ của động cơ điện một chiều.
b. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện

Ta có phương trình :
Eb – Eu = Iu(Rb+Rud)
ω

đ

ω

ω

ư

đ

đ

β

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
Uđk của hệ thống. Đồ thị là tuyến tính, do đó phương pháp này là triệt để xác
định dải điều chỉnh tốc độ:


Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng

không đổi.


Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống,

Trong đó KM là hệ số quá tải về mômen.Vì họ đặc tính cơ là các đường
thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
ω

đ

đ

D=
Với ω

ω

đ
β

ω

β

β

β
đ

đ
β

xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D







TN

U

02



đm

1

U

2

U

3

03

04

U


khiển mômen điện từ của động cơ
cơ

và sức điện động quay của động

. Do mạch kích từ của động cơ điện một chiều là phi tuyến vì

vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến .

i

k

Từ sơ đồ trên ta được :
ik
Với

ek
rb rk

ωk

d
dt

rk – Điện trở dây quấn kích thích (phần ứng),
rb – Điện trở của nguồn điện áp kích thích,
ωk – Số vòng dây cuộn kích từ.
Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng bằng Uđm do đó đặc


đm

Thay đổi điện trở phụ Rf

Từ phương trình đặc tính cơ (*)
ω

Uư

Rư R

K

K

Iư

Thực tế loại này ngày nay người ta không dùng (chỉ đề cập qua). Vì phương
pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ định mức, và
luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động cơ
điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ và
thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục.
c. Kết luận
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông có
nhiều hạn chế so với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng. Phương pháp
thay đổi từ thông bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện
chuyển mạch của cổ góp điện. Cụ thể phương pháp thay đổi điện áp phần ứng có
các ưu điểm hơn như sau:



II, IV: trạng thái hãm (ω ngược chiều với mômen M)

II:

I: ®éng

h·m M

ω

c¬

M

c
c

Pc=Mdω
0

0
M

III:
®éngM
c¬


Rư R
K

Iư

(*)

18


Với đặc tính tự nhiên (Rf = 0) khi khởi động ta thấy dòng điện khởi động ban
đầu là:
Inm

Uđm
Rư

Ở động cơ công suất trung bình và lớn có, Rư thường có giá trị khá nhỏ nên
dòng điện khởi động ban đầu (dòng ngắn mạch) tương đối lớn:
Inm =(2 2,5)Iđm.
Với giá trị dòng khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyển mạch và
phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện. Tác hại này còn nghiêm
trọng hơn đối với những hệ thống cần khởi động hãm máy nhiều lần trong quá
trình làm việc. Để hạn chế dòng điện khởi động ta có thể giảm áp nguồn đặt vào
phần ứng động cơ điện hoặc nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Trong đề tài này chúng em được yêu cầu thực hiện biện pháp giảm điện áp
nguồn đặt vào phần ứng động cơ. Dễ dàng nhận thấy biện pháp này là phù hợp
hơn vì khi khống chế dòng ngắn mạch ở chế độ khởi động còn hạn chế được cả
điện áp khởi động (do điều khiển là làm giảm áp).


đổi nên phương trình đặc tính cơ của động cơ tương tự như mômen có giá trị
âm.


UE



M


0

ođ

U E

M

c



0

Đường đặc tính cơ nằm trong góc phần tư thứ 2 và thứ 4. Hãm tái sinh,
dòng điện hãm đổi chiều công suất được đưa trả về lưới điện có giá trị P = (EU)I. Đây là là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh năng lượng hữu
ích.


Ih


Uư

Rư R

K

K

2

Hãm động năng
Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mang năng lượng cơ học của

động cơ được tích luỹ trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng
tiêu tán dưới dạng nhiệt.
-

Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện
trở hãm, còn mạch kích từ vẫn giữ nguyên.
Tại thời điểm ban đầu tốc độ động cơ có giá trị ωhđ nên:
Ehđ=K ωhđ ; Và dòng điện hãm: Ihđ
Mômen hãm đầu:

Mh


Hãm động năng tự kích từ xảy ra khi động cơ đang quay, ta cắt cả phần ứng và
cuộn kích từ ra khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm. Khi đó:
Iư=Ih+Ikt
Iư

K ω
Rkt Rh
Rư
Rkt Rh

Rư

Rkt Rh
Rkt Rh

Và phương trình đặc tính cơ:
21


ω

Rư

Rkt Rh
Rkt Rh

K

Rư



M

1

c

4

2

3

22


Ta thường mong muốn đặc tính này là tuyến tính (M) vì vấn đề sẽ trở lên rất
phức tạp khi sự thay đổi lại là phi tuyến đặc biệt là khi tải thay đổi . Nên ở đây ta
chỉ xét trường hợp phụ tải có mômen là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.
Qua sự phân tích trên đây, việc điều khiển điện áp phần ứng được chọn là phù
hợp. Giải pháp mà người ta thường dùng hiện nay là bộ băm xung áp.Chính là
điều khiển động cơ bằng bộ băm xung áp một chiều mà ta sẽ đề cập ở vấn đề
tiếp theo

23


CHƯƠNG II:MỘT SỐ MẠCH BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC) ỨNG
DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
2.1. Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC)

Ura

chiÒ
u

T

24


2.1.1. Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T. Giá trị trung bình
của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

Ud 

t1.U
 .U
T
Trong đó đặt:



t1
T

Là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0 <   1).
2.1.2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1 = const. Khi đó: