đồ án môn học
Lời nói đầu
Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu
trong quá trình phát triển kinh tế, cnh – hđh đất nước. Trong những thành tựu khoa
học – kỹ thuật phục vụ công cuộc phát triển đất nước thành công, phải kể đến cả
những đóng góp của nghành tự động hoá trong cả đời sống, cũng như trong sản xuất
công nghiệp mà Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài toán kĩ thuật phức
tạp trong lĩnh vực tự động hóa. Việc ứng dụng điện tử công suất vào truyền động điện
điều khiển tốc độ động cơ trong các xí nghiệp công nghiệp hiện đại ngày càng nhiều
và không thể thiếu. Một trong những ứng dụng của đtcs trong sản xuất công nghiệp là
điều khiển tốc độ động cơ một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) bằng bộ băm xung
một chiều có đảo chiều theo nguyên tắc không đối xứng.
Đồ án gồm các phần chính sau:
Phần A: Cơ sở lý thuyết.
Chương I: Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều.
Chương II: Động cơ điện một chiều kích từ Nam châm vĩnh cửu.
Chương III: Các mạch băm xung 1 chiều.
Chương IV: Mạch điều khiển cho bộ băm xung một chiều có đảo chiều
Phần B: Tính toán thiết kế.
Chương V: Thiết kế mạch lực.
Chương VI: Thiết kế mạch điều khiển.
Chương VII: Thiết kế nguồn cấp cho mạch điều khiển.
Chương VIII: Mô phỏng hệ thống trên máy tính.
Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi cộng
với quyết tâm cao nhất, song do trình độ còn có hạn nên chúng em không thể tránh
khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy
cô giáo và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Tự Động Hoá
xncn, đặc biệt là Ths. Phạm Khánh Hưng đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng
em hoàn thành quyển đồ án môn học này.


đồ án môn học

Mục lục
Nội dung
Tài liệu tham khảo
A. cơ sở lý thuyết
Chương I: giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều
I.Vài nét tổng quan về máy điện 1 chiều.
1. Cấu tạo của máy điện một chiều.
2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
3. Phân loại các động cơ điện 1 chiều.
4. Các đại lượng định mức.
II. Động cơ điện 1 chiều kích từ nam châm vĩnh cửu.
1. Giới thiệu động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
(PMDC).
2. Đặc tính làm việc của động cơ điện kích từ độc lập.
3. Đường đặc tính cơ.
4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập.
5. Các chế độ làm việc của động cơ.
Chương II: Mạch băm xung 1 chiều
1. Bộ biến đổi xung áp nối tiếp
II. Bộ biến đổi xung áp song song.
III. Bộ biến đổi xung áp 1 chiều có điện áp ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn
điện áp vào.
IV. Bộ chopper lớp C (bộ đảo dòng)
V. Bộ đảo áp
VI. Bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều.
VII. Kết luận:
Chương III: Mạch điều khiển cho mạch băm xung 1 chiều
I. Yêu cầu chung của mạch điều khiển.

23
25
29
30
30
30
31
31
32
32
33
33
34


đồ án môn học
7) Khâu tạo điện áp đóng mở van.
8) Khâu phản hồi
B – tính toán thiết kế
Chương IV: thiết kế mạch lực
I. Tính chọn diode công suất.
II. Chọn van IGBT.
III. Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu một chiều cấp điện cho động cơ điện
một chiều kích từ độc lập .
Chương V: thiết kế mạch điều khiển
I. Khâu tạo dao động và khâu tạo răng cưa.
II. Khâu so sánh.
III. Khâu xử lý tín hiệu.
IV. Khâu lôgic phân xung.
V. Khâu tạo trễ.

A – cơ sở lý thuyết
A – cơ sở lý thuyết
Chương I
Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện 1 chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng, không thể thiếu. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay
dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều giữ một vị trí
nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và ở các thiết bị cần điều khiển
tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn,
đầu máy điện...). Một động cơ điện một chiều có giá thành đắt hơn các động cơ
không đồng bộ hay các động cơ xoay chiều khác do sử dụng nhiều kim loại màu hơn,
chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... nhưng do những ưu điểm của nó mà máy
điện một chiều vẫn đóng vai trò không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy
phát điện tuỳ theo 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 không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi
phí các thiết bị biến đổi 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 đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động cơ điện
có công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94%. Công suất lớn nhất của động cơ
điện một chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V.
Hiện nay, hướng phát triển là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế
của động cơ và chế tạo những máy có công suất lớn hơn. Với trình độ hiểu biết còn
hạn chế, quyển đồ án môn học này chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một
chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ bằng nam
châm vĩnh cửu theo nguyên tắc không đối xứng.
I. Vài nét tổng quan về máy điện 1 chiều.
1. Cấu tạo của máy điện một chiều.

vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường
sẽ tác dụng một từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyển
động. Chiều của từ lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích ở Stato, trong khe hở
không khí sẽ sinh ra từ thông. Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây
phần ứng đặt trong roto, thì dưới tác dụng của từ trường này trong dây quấn sẽ
sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay. Vì vậy, chiều quay của máy
trùng với chiều quay của momen điện từ. Theo quy tắc bàn tay trái, momen điện
từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái và lực điện
từ có giá trị f = B.l.i
3. Phân loại các động cơ điện 1 chiều.
Tuỳ theo cách kích thích từ của động cơ, mà người ta phân các loại động cơ điện
một chiều theo các loại sau:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: là loại động cơ 1 chiều có cuộn kích
từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho roto.

6


A – cơ sở lý thuyết
Thường là các động cơ có công suất lớn để điều chỉnh dòng điện kích từ được
thuận lợi và kinh tế hơn. Iư = I
- Động cơ một chiều kích từ song song: cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng được
cấp điện bởi cùng một nguồn điện. I = Iư + It .
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng. Cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ
dàng nên ta có I = Iư =It. Động cơ loại này được sử dụng rất nhiều chủ yếu
trong nghành kéo tải bằng điện.
- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: từ thông được tạo ra do tác dụng đồng
thời của 2 cuộn kích từ: một cuộn song song và một cuộn nối tiếp. I = Iu +It.

giản của động cơ


A – cơ sở lý thuyết
Bo. Nam châm vĩnh cửu làm bằng ferit được sử dụng nhiều trong máy điện 1
chiều giá rẻ. Còn đối với máy điện một chiều yêu cầu chất lượng, hiệu suất cao
thì sử dụng vật liệu quý hiếm.
Trong nhiều năm qua, máy điện PMDC được ứng dụng rộng rãi và luôn được
cải tiến phát triển liên tục. Ngày nay đã có những loại máy PMDC có thể di
chuyển dễ dàng và không cần phải sử dụng đến ổ cắm điện vì nó có thể được
cung cấp năng lượng từ những loại pin. Điểm thuận lợi là những loại pin này có
dung lượng lớn, lâu hết năng lượng và có thể xạc nhiều lần.
PMDC có thể đáp ứng được những yêu cầu sau:
- Hoạt động đơn giản.
- Có thể dự đoán chính xác đặc tính làm việc của động cơ.
- Mômen quay và mômen khởi động lớn và có thể giảm tốc độ nhanh chóng.
- Đặc tính điều chỉnh tốc độ rõ ràng.
- Kích thước nhỏ gọn.
- Tiết kiệm năng lượng vì nó cần ít năng lượng cung cấp cho mạch kích từ,
thường là điện áp thấp lấy từ pin.
Các động cơ PMDC được dùng thay thế cho nhiều động cơ xoay chiều ở
những nơi có yêu cầu cao về điều khiển và được sử dụng nhiều trong các hệ
thống không dây. PMDC được dùng nhiều trog các thiết bị hoạt động bằng pin
như xe lăn đến các thiết bị vận chuyển hay để mở cửa, thiết bị hàn, hệ thống phát
tia X, thiết bị bơm…Các động cơ PMDC là giải pháp tốt nhất trong việc điều
chỉnh truyền động các thiết bị truyền năng lượng có kích thước nhỏ gọn, dải điều
chỉnh tốc độ lớn, có khả năng thích ứng với những biến động của nguồn điện
cung cấp.
Nhu cầu ứng dụng của động cơ PMDC ngày càng phát triển và các sản phẩm
thường sử dụng động cơ PMDC là:

E

= Rư + Rp
RP – điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω .
Rư – điện trở mạch phần ứng, Ω .
R = r + rct + rcb+ rcp
Σ

rư - điện trở cuộn dây phần ứng, Ω .
rct - điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp, Ω
rcb - điện trở cuộn bù, Ω
rcP - điện trở cuộn phụ, Ω
Sức điện động phần ứng là tỉ lệ với tốc độ quay của roto: E = kφω
Trong đó:
φ - từ thông qua một cực từ, Wb.
ω - tốc độ góc của roto, rad/s.
p.N
k – hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ: k =
2πa
với:
p – số đôi cực từ chính.
N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
a – số mạch nhánh song song của cuộn ứng.
Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây quấn phần ứng khi có dòng điện, roto quay
dưới tác dụng của momen quay.
M = kφI

9



thể đạt ở chế độ động cơ vì không bao giờ xảy
ra MC = 0 (do lực masat luôn tồn tại khi động
cơ quay). Tốc độ ω o được gọi là tốc độ không
tải lý tưởng.
Khi toàn bộ các thông số điện của động
cơ là định mức như thiết kế và không mắc thêm
điện trở phụ vào mạch động cơ thì R Σ = R và
phương trình đặc tính cơ sẽ là:
U
R
ω = dm −
M
kφ dm (kφ dm)2

ĐK

S
o
s
á
n
h
T
ạ
o
c
x
U dm
A ωo =
u

đường đặc tính cơ lúc này gọi là đường
đặc tính cơ tự nhiên biểu diễn trên hình
vẽ.
Điểm A trên hình vẽ gọi là điểm làm
việc định mức. Người ta đưa thêm đại
∆M
để đánh giá độ cứng.
∆ω
Đặc tính càng dốc càng cứng ( β càng
là mômen biến đổi nhiều nhưng tốc độ
lượng β =

T
ạ
Đặc tính cơ của động cơ điện
o
một chiều kích từ độc lập.
U

10

C
á
c


h
l
y
q

cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Phương pháp này cho phép tăng
điện trở vào mạch kích từ nghĩa là có thể giảm dòng điện kích từ ( I kt ≤ I ktdm). Do
đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, các đặc tính dốc
hơn và có tốc độ không tải lớn hơn.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có đặc điểm:
- Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng,
tốc độ động cơ càng lớn.
- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ≈ 3:1
- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này.
- Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau
và do vậy, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm. Còn với tải
lớn, tốc độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử
dụng với tải không quá lớn so với định mức.

11


A – cơ sở lý thuyết
- Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ
với dòng kích từ là (1÷ 10) % dòng định mức của phần ứng. Tổn hao điều
chỉnh thấp.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.
Nếu nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì phương trình đặc tính cơ
n
trở thành:
(R + R f )
n = no −
M
Rf = 0

nhưng vì dòng điện rôto lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn và
thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở.
Thực tế ngày nay người ta không dùng phương pháp này. Vì phương pháp này
chỉ 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 của 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. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

12


A – cơ sở lý thuyết
Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với
n
động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập hoặc động n
04
cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ n
01
4
kích thích độc lập. Khi thay đổi U ta có một họ n
02
1 (Uđm)
đặc tính cơ có cùng một độ dốc (hình vẽ ).
n03
2
Trên hình vẽ: đường 1 – ứng với Uđm,
3
đường 2, 3 ứng với Uđm > U 2 > U3 và đường 4
– ứng với U4 > Uđm.

trò và ưu đIểm của nó. Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi.

13


A – cơ sở lý thuyết
5. Các chế độ làm việc của động cơ.
a. Các góc phần tư làm việc.
Trạng thái hãm và trạng thái động cơ II: Hãm
I: Động
ự
được phân bố trên đặc tính cơ ở góc phần
cơ
MC
tư tương ứng với chiều mômen và tốc độ
MC
như hình vẽ.
Pc = Mdự >
Pc = Mdự

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ
quay. Động cơ điện 1 chiều có 3 trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngược và
hãm động năng.
+ Hãm tái sinh:
Khi khởi động có I mm = I nm =

14


A – cơ sở lý thuyết
Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng.
Khi đó Uư > Eư . Động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới.
So với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều xác định theo
biểu thức:
U −E
kφωo − kφω
Ih =
=
ω0 . Vì sơ đồ đấu dây của mạch
động cơ không đổi nên phương trình đặc tính cơ tương tự nhưng mômen có giá
trị âm. Đường đặc tính cơ nằm trong góc phần tư thứ hai và thứ tư (hình vẽ
trên).
Trong hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất được đưa trả
về lưới điện có giá trị P = (E - U).I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì
động cơ sinh năng lượng hữu ích.
+ Hãm ngược.

R + Rh R + Rh
M h = kφI hd < 0

Chứng tỏ Ihdvà Mhd ngược chiều với tốc độ ban đầu. Năng lượng chủ
yếu được tạo ra do động năng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ.
Nhược điểm là nếu mất điện thì không thực hiện hãm được do cuộn dây
kích từ vẫn phải nối với nguồn. Muốn khắc phục người ta sử dụng phương
pháp hãm động năng tự kích từ. Nó xảy ra khi ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích
từ ra khỏi lưới điện khi động cơ quay để đóng vào một điện trở hãm. Trong quá
trình hãm tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ thông giảm dần
và là hãm tốc độ vì vậy đặc tính cơ cũng như đặc tính không tải của máy phát
điện tự kích thích là phi tuyến so với phương pháp hãm ngược. Hãm động năng
có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc độ và mômen cản, tuy nhiên hãm
động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng đặc biệt hãm động năng tự kích vì
không tiêu thụ năng lượng từ lưới và
đặc biệt có thể sử dụng được kể cả khi
mất điện.
ωo
- Đảo chiều quay động cơ.
Đ
Chiều từ lực tác dụng vào dòng
0
M
điện được xác định theo quy tắc bàn
Đ
tay trái. Khi đảo chiều từ thông hay
đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều
− ωo
ngược lại.
Vậy muốn đảo chiều quay của

Mạch băm xung một chiều
(còn gọi là mạch điều áp một chiều)
Điều áp một chiều là thiết bị nhằm điều chỉnh điện áp một chiều ra tải từ một
nguồn điện áp một chiều cố định.Để đóng cắt điện áp nguồn, người ta thường dùng
các khoá điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khoá lý tưởng, tức là
khi khoá dẫn điện (đóng) điện trở của nó không đáng kể; còn khi khoá bị ngắt (mở ra)
điện trở của nó lớn vô cùng (điện áp trên tải sẽ bằng không).

17


A – cơ sở lý thuyết

UR
K

λ

UR

E
E

R

UR
0

t1


ưu điểm: làm việc với tần số không đổi (do chu kỳ không đổi) nên tham số của
hệ thống cũng ít thay đổi. Khi ω không thay đổi thì điện áp cũng không thay đổi.
2.
Giữ nguyên thời gian đóng khóa K: t1 = const; thay đổi tần số
đóng cắt T. Phương pháp này gọi là phương pháp băm xung kiểu điều chỉnh f
(phương pháp xung tần); phương pháp này ít dùng.
3.
Thay đổi cả tần số đóng cắt và thời gian đóng khoá K. thay đổi
thường theo quy luật: dòng điện có cường độ đập mạch ít nhất. Phương pháp này
gọi là phương pháp băm xung theo kiểu thời gian. Phương pháp này ít được sử
dụng nhất trong cả 3 phương pháp.
Như vậy, bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ
tải. Nó có những ưu điểm cơ bản sau:
- Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với các
bộ biến đổi liên tục.
- Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì yếu
tố điều chỉnh là thời gian đóng khoá K mà không phải giá trị điện trở của các
phần tử điều chỉnh thường gặp trong các bộ điều chỉnh liên tục.
- Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục.
- Kích thước gọn, nhẹ.
Nhược điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp là:
- Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc
trong hệ thống kín.
- Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiều cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển.
Tuy nhiên, bộ biến đổi xung áp vẫn được ứng dụng rộng rãi, nhất là khi các yếu tố
về độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định cũng như kích thước là những tiêu chí được
đặt lên hàng đầu.
Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục kW) và nhỏ (vài kW),
người ta thường dùng các khoá điện tử là các bóng bán dẫn lưỡng cực IGBT. Trong
trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta sử dụng GTO hoặc tiristo.


PT

Nguồn 1 chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu.
Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm. tụ C có thể
được thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy.
Khoá điện tử (KĐT) ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều
khiển hoàn toàn.
Bộ lọc đầu ra (LO) có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi xung áp một chiều được nêu ra ở đây chỉ sử dụng van điều
khiển hoàn toàn GTO, IGBT, BT.
I. Bộ biến đổi xung áp nối tiếp.
Sơ đồ nguyên lý như sau:
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá S
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá S, cuộn
cảm và tải mắc nối tiếp.
Tải có tính chất cảm kháng hoặc dung
kháng.
Bộ lọc LC.
Đi-ôt mắc ngược với Ud để thoát dòng tải khi khoá S ngắt.
+ S đóng ⇒ U được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì u d = U (nếu bỏ qua sụt
áp trên các van trong bộ biến đổi).
+ S mở ⇒ hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng i d do năng lượng tích
luỹ trong cuộn L và Ltải, dòng i chạy qua D, do đó ud = 0.

20


A – cơ sở lý thuyết
Như vậy, Ud ≤ U. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.

1
=
U 1− ε

III. Bộ biến đổi xung áp 1 chiều có điện áp ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào.
Tải là động cơ một chiều
được thay bởi mạch tương
đương RLE. L1 đóng vai trò
tích luỹ năng lượng. C đóng
vai trò lọc.
Hoạt động.
+ S đóng, trên L1 có U, dòng
chạy từ +U → S → L1 → -U.

21


A – cơ sở lý thuyết
Năng lượng tích luỹ trong cuộn cảm L 1; đi-ôt D tắt; Ud =UC, tụ C phóng điện qua
tải.
+ S ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra sức điện động ngược chiều với trường hợp đóng
làm D thông và năng lượng từ trường nạp vào C, tụ C tích điện; u d sẽ ngược chiều
với U.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U. Giá trị tuyệt đối |U d| có thể lớn hơn hay
nhỏ hơn U nguồn.
IV. Bộ Chopper lớp C (Bộ đảo dũng).
Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đó được thay bởi mạch
tương đương R-L-E.
a. Nguyên lý hoạt động.


dt
(t −γT)
(t −γT)
E
τ
Suy ra: i(t) = − (1 − e
) + I max e τ
R
i(t) =

22


A – cơ sở lý thuyết
−γT
 γτT



U  e −1÷ E
U 1− e τ ÷ E
L
I min =
− ; I max =
− trong đó τ =
T
−
T
÷
÷ R

=
Độ nhấp nhô dũng điện:
d
T
2
2R 
e τ −1



÷
÷
÷


T
x2
≈ 1 nên sử dụng công thức tính gần đúng e x = 1 + x + ta được
τ
2
U
U
ΔId ≈
γ (1 − γ ) ⇒ ΔId max =
8fL
2fL

Do

Dũng trung bỡnh qua S1 ( D1 ) là: I1 = γId

Biểu thức dũng tải
Trong khoảng 0 < t < T( γ − 0,5) :
Điện áp đặt lên động cơ là U. Dũng qua động cơ tăng từ Imin tới Imax.
di
Phương trỡnh dũng qua động cơ: Ri + L + E = U
dt
Giải phương trỡnh bằng phương pháp toán tử Laplace ta có:
U −E
−t τ
−t τ
i(t) =
.(1 − e
) + I min .e
.
R
T
Trong khoảng T( γ − 0,5) < t < : dũng id ngắn mạch qua S1 và D2 điện áp đặt lên
2
động cơ là 0, id giảm từ Imax về Imin.
di
Phương trỡnh dũng qua động cơ: Ri + L + E = 0 .
dt
Giải phương trỡnh bằng phương pháp toán tử Laplace ta có:
− (t −β T)
− (t −βT)

E
τ
τ
i(t) = − 1 − e

e
−
1
1
−
e




I −I
U
U
(2γ − 1)(1 − γ ) ≤
Độ nhấp nhô dũng điện: ∆I = max min ≈
d
2fL
16fL
2
trỡnh Ri + L

T
2

Điện áp trung bỡnh đặt trên động cơ: U d = 2 u d dt = 2
T ∫0
T

βT


chiều quay của động cơ). Giải phương trỡnh trong khoảng xột ta được:
Ri + L

−t

−t

E
i(t) = (1 − e τ ) + I min e τ (1)
R
T
, động cơ trả năng lượng về nguồn qua các diot D1 và
2
D2, dũng qua động cơ giảm từ Imax xuống Imin,
di
Ta có phương trỡnh Ri + L = E − U .
dt
Giải phương trỡnh trong khoảng xột ta được:
Trong khoảng γT < t

Dũng trung bỡnh qua cỏc diot D1, D2là: I 2 = (1 − γ )Id
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các van là: U ng.max = U
VI. Bộ băm xung 1 chiều có đảo
chiều.
ở đây ta sử dụng van bán dẫn
IGBT. Bộ BXMC dùng van điều
khiển hoàn toàn IGBT có khả năng
thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo
chiều dòng điện tải. Trong các hệ
truyền động tự động có yêu cầu đảo
Dũng điện trung bỡnh là: Id =

25