ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
SVTT: NGUYỄN ANH DŨNG

MỤC LỤC
Lời nói đầu...............................................................................................................................3
CHƯƠNG I..............................................................................................................................4
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.................................................4
I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ..........................................................................................4
2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều....................................................................................5
3. Phân loại máy điện .............................................................................................................7
Sơ đồ.........................................................................................................................................7
4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều.......................................................................7
II. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU....................................................8
1) Phương trình đặc tính cơ.....................................................................................................8
2. Các phương pháp thay đổi tốc độ .......................................................................................9
3.Vấn đề đảo chiều ................................................................................................................10
4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác............................................................................................11
CHƯƠNG 2............................................................................................................................11
CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ ........................................................................................11
I .LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ..................................12
3. Chỉnh lưu cầu một pha.......................................................................................................15
CHƯƠNG 3............................................................................................................................18
PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ ................................................18
Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta điều chỉnh sao cho
................................................................................................................................................21
II.PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN RIÊNG .........................................................................23
CHƯƠNG IV.........................................................................................................................25
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC..........................................................................25
I. TÍNH CHỌN TIRISTO....................................................................................................26
II. TÍNH TOÁN MBA CHỈNH LƯU ...................................................................................27

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
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU
I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử
dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng .
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc
độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì

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
thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để
sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông
gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những
đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi
máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá

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

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
4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một
chiều
Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh
ra dòng điện I
ư
.Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ
chịu tác dụng của lực F
đt
tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay
nửa vòng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến
góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động cơ
có chiều quay không đổi,khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ
cảm ứng sức điện động E
ư
,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái
Phương trình phần ứng
U
ư
= E
ư
+R
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
tc
r
ư
: Điện trở cuộn dây phần ứng
r
ct
: Điện trỏ cực từ phụ
r

ω
: Tốc độ góc (Rad/s)
E
ư
= K
e
.
n.
θ
u
fuufu
u
I
K
RR
K
U
K
IRRU
K
E
θθθθ
ω
)(
.
).(
.
+
−=
+−

2
θ
θ
ω
+
−=⇒
(1)
Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng
E
I
R
f
U
I
kt
R
kt
U
CKT
U
kt
Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng
phương pháp thay đổi điện áp phần ứng U
ư
,từ thông
θ
tức là thay đổi
dòng kích từ I
kt
và thay đổi điện trở phần ứng R

=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- Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau:

u
dm
bud
dm
b
I
K
RR
K
E
.
Φ
+
−

−=
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
thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có
thể viết:

( ) ( )
( )
1
1
1

β
β
ω
ββ
ω
* Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β
3.Vấn đề đảo chiều
Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai
phương pháp .Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng I
ư
hoặc đổi chiều từ thông
(đổi chiều dòng kích từ I
kt
).
Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ .Khi máy đang quay
thì do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây)
ω
min
ω
0min
ω
max
ω
omax
M
đm
M
nmmin
ω
đk1

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
bị chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động ,khả năng quá
tải và sai số tốc độ làm việc cho phép.
c) Chống mất kích từ
Khi mở máy phải đảm bảo chống mất kích từ mà nguyên nhân là do ngắn
mạch kích thích
Vì khi đó E
ư
= 0 nên I

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
đông cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC.
Để thay đổi và đảo chiều của động cơ điện 1 chiều chúng ta buộc phải thiết
kế các bộ chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý như sau .
Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một
pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thông thường theo kinh nghiêm ta có :
+ Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng
mạch chỉnh lưu 3 pha

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

T2
U1
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
U2
U2
T1
L
Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T
1

Ud
2?
U
d
o
2 ?
i
T1
I
d
• Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt
- Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi
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

απ
α
.2
U
2
.sinαdα =
π
22
.U
2
.cosα = U
do
.cosα
U
do
=
π
22
.U
2
= 0,9.U
2
:
• Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở .
+ Điện áp ngược trên van là lớn
U
nv
= 2
2
U

+ 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 .

3. Chỉnh lưu cầu một pha

Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp
ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải
là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ

i

2
, T
4
chung Anot
Nửa chu kỳ đầu U
2
> 0 , Anot của T
1
dương , Katot của T
2
âm . Nếu có
xung điều khiển mở đồng thời T
1
và T
2
thì cả hai van này được mở thông và
đặt điện áp lưới lên tải U
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

=
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
θ
π
2
2
2
d
I
= I

+ 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 .
+ Nhược điểm :
- Số van nhiều hơn
- Điều khiển van T
1
,T
2
và nhóm T
3

4
’
T
1
T
3
T
4
T
2
Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm.
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA
MẠCH THIẾT KẾ
T
1
T
3
D
2
D
4
R
F
I.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC .
Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh
lưu I chạy thì bộ chỉnh lưu II không chạy , ngược lại bộ chỉnh lưu II chạy thì
bộ chỉnh lưu I nghỉ .
Do vậy khi bình thường 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lưu thì sơ đồ
mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha .

, 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
nv
=
2
.2 U

+ Dòng liên tục nên i
d

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