Đồ án

Thiết kế bộ băm xung một
chiều có đảo chiều (theo
nguyên tắc đối xứng) để điều
chỉnh tốc độ động cơ một
chiều (kích từ nam châm
vĩnh cửu)

Đề bài: Thit k b bm xung mt chiu có o chiu (theo nguyên tc i xng)
 iu chnh tc  ng c mt chiu (kích t nam châm vnh cu) vi s liu
cho trc:
Chương I
Giới thiệu về động cơ điện một chiều

I.1 Đặt vấn đề

chnh tc 
1 110 20 120 10:1
2 220 8 220 15:1
3 380 15 100 20:1
4 127 V 6 A 400 V 25:1
5 300 10 600 15:1

2
ca ng c in mt chiu là iu chnh tc  và kh nng quá ti. Nu nh bn
thân ng c không ng b không th áp ng c hoc nu áp ng c thì
phi chi phí các thit b bin i i kèm (nh b bin tn....) rt t tin thì ng c
in m
t chiu không nhng có th iu chnh rng và chính xác mà cu trúc mch
lc, mch iu khin n gin hn ng thi li t cht lng cao.
Ngày nay hiu sut ca ng c in mt chiu công sut nh khong 75% ÷
85%,  ng c in công sut trung bình và ln khong 85% ÷ 94% .Công sut
ln nht c
a ng c in mt chiu vào khong 100000kw in áp vào khong
vài trm cho n 1000v. Hng phát trin là ci tin tính nâng vt liu, nâng cao
ch tiêu kinh t ca ng c và ch to nhng máy công sut ln hn ó là c mt
vn  rng ln và phc tp vì vy vi vn kin thc còn hn hp ca mình trong
phm vi 
tài này em không th  cp nhiu vn  ln mà ch  cp ti vn 
thit k b bm xung mt chiu  iu chnh tc  có o chiu ca ng c mt
chiu kích t c lp theo nguyên tc i xng . ây là mt trong nhng phng
pháp c dùng ph bin nht hin nay  
iu chnh ng c in mt chiu kích
t c lp vi yêu cu o chiu quay ng c theo phng pháp i xng .ây là
mt phng pháp mang li hiu qu kinh t cao và c s dng rng rãi bi
nhng tính nng và c im ni bt ca nó mà chúng em s phân tích và  cp

Vi mi loi ng c trên thì s tng ng vi các c tính, c im k thut
iu khin và ng dng là tng i khác nhau ph thuc vào nhiu yu t.Trong
 tài này ta ch xét ên ng c in mt chiu kích t c lp và bin pháp hu
hiu nht  iu khin loi ng c
 này.
I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+Phng trình c tính c: là phng trình biu th mi quan h gia tc  (n) và
mômen (M) ca ng c có dng chung

3

M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2
Φ
+
−
Φ
=
ω

Thông qua phng trình này, ta có th thy c s ph thuc ca tc  ng c
vào mômen ng c và các thông s khác (mômen, t thông...), t ó a ra

 hiu c nguyên lý và la chn phng pháp iu chnh ti u, trc ht ta i
xét c tính ca ng c
in. ó là quan h gia tc  quay vi mômen (hoc
dòng in) ca ng c.
+c tính c t nhiên ca ng c: nu ng c vn hành  ch  nh mc (in
áp, tn s, t thông nh mc và không ni thêm các in kháng, in tr vào ng
c). Trên c tính c t nhiên ta có các i
m làm vic nh mc có giá tr M
m
,
ω
m
.
+c tính c nhân to ca ng c là c tính khi ta thay i các tham s ngun
hoc ni thêm các In tr, in kháng.
 so sánh các c tính c vi nhau, ngi ta a ra khái nim  cng ca c
tính c: β=ΔΜ/Δω (tc  bin thiên mômen so vi vn tc). 


M
Mnm

cf
+r
b
+r
ct

+r

: in tr cun dây phn ng.
+r
cf
: in tr cun cc t ph.
+r
i
: in tr cun bù.
+r
ct
: in tr tip xúc ca chi in.
+R
f
: in tr ph trong mch phn ng.
+I

: dòng in mch phn ng.
+E

c xác nh theo biu thc sau:

ω
π

55,9/60/2 nn ==
πω

Vì vy

n
a
pN
E
u
Φ=
60K
K
K
e
105,0
55,9
==

Suy ra

u
fu
u
I
K
RR

)( Φ
+
−
Φ
=
ω

Nu b qua các tn tht c và thép thì mômen c trên trc ng c bng mômen
in t bng M.
Ta có

M
K
RR
K
U
fu
u
2
)( Φ
+
−
Φ
=
ω

ây là phng trình c tính c ca ng c in mt chiu kích t
c lp.  th hình v:
fu
u
RR
U

ây là tc  không ti lý tng ca ng c

+ω = 0 thì
fu
u
RR
U
I
+
=
: Dòng in ngn mch.
nmnm
MIKM =Φ= ..
: Mômen ngn mch. ωωω
Δ−=
Φ
−
Φ
=
0
K
RI

K
U
RRR
u
u
fu
2
0
)( Φ
=
Φ
=Δ
Φ
=
+=
ω
ω

T ó có th tc  ông c in mt chiu ph thuc vào các i lng là: U

, R,
I. Nh vy thông qua các i lng bin thiên này mà ta có th iu khin c tc
 ng c in mt chiu.

b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
iu chnh tc  ng c in mt chiu là mt trong các ni dung chính
ca truyn ng
in nhm áp ng các yêu cu công ngh nào ó ca các máy sn
xut.iu chnh tc  là dùng phng pháp thun tuý in tác ng lên bn
thân h thng truyn ng in  thay i tc  quay ca ng c in. Tc 

+ Gi
vi 
gii
+V

D ph
iu chnh b
Nguyên lý
Ch áp d
vic  ch
mt chiu
ng in xo
n Uk.
có phng
ωω
ω
K
E
EE
b
=
Φ
=
−
0
 thông c
không ti l
nói ph
n
ý:

(
0
a ng c
í tng tu
ng pháp này
p này có t
ng ti lý t
g pháp này
nh tc 
nh mc và
êu cu v s
cu máy c
uyn tính v
i in tr
nh điện áp
vi ng
hích c lâ
c lp, các
thành mt
β
M
R
K
R
R
Km
ud
b
udb
Φ

uc vào giá
n là trit 
hng b ch
nh mc.
 và mô m
M
MK ,,
max0
ω
 cng
mch ph
ng
mt chiu k
ày cn có th
lu iu kh
s E
b
i
i nên c t
ca h thn
nh di i
n c tính
á tr in á
.
n bi c
Tc  nh
men khi 
dm
M
xác nh

c song
máy phát
n nng
iu iu
i. Tc
h do ó
g i
do ó có
ính ng
khin b
u chnh

8
β
ωω
β
ωω
dm
dm
M
M
−=
−=
min0min
max0maxdmMcnm
MKMM ==
maxmin

dmM
dm
M
dm
dmnm
K
M
MK
M
D
K
M
MM
βω
β
β
ω
ββ
ω

Vi
dmM
MK ,,
max0
ω
xác nh  mi máy. D ph thuc tuyn tính vào β. Khi iu
chnh in áp phn ng ng c in mt chiu bng các thit b ngun iu chnh
thì in tr mch phn ng gp khong 2 ln in tr phn ng ng c do ó có
th tính s b c:


k
kb
k
u
Φ
+
+
=
ωr
k
: in tr dây qun phn ng.
r
b
: in tr ngun In áp kích thích.
k
ω
: s vòng dây cun kích t.
Thng khi iu chnh t thông thì in áp phn ng bng U
m
do ó các c tính
c thp nht trong vùng iu khin là t thông chính là c tính có in áp phn
ng nh mc, t thông nh mc và gi là c tính c bn (ôi khi là c tính c
t nhiên).
Tc  ln nht ca di iu chnh t thông b hn ch bi kh nng chuyn mch
ca c góp i
n. Khi gim t thông dn n tng vn tc góc thì iu kin chuyn
mch ca c góp b xu i mt khác vn phi bo m I cho phép. Kt qu là

so vi phng pháp iu chnh in áp phn ng phng pháp thay i t thông b
hn ch bi các iu kin c khí: ó chính là iu kin chuyn mch ca c góp
in. C th phng pháp iu chnh 
in áp phn ng có các u im hn nh sau
1 - Hiu sut iu chnh cao (phng trình iu khin là tuyn tính, trit ) hn
khi ta ding phng pháp iu chnh in áp phn ng nên tn hao công sut iêù
khin nh.
2 - Vic thay i in áp phn ng c th là làm gim U dn n mômen ngn
mch gi
m, dòng ngán mch gim. iu này rt có ý ngha trong lúc khi ng
ng c.
3 -  st tc tuyt i trên toàn di iu chnh ng vi mt mômen iu chnh xác
nh là nh nhau nên di iu chnh u, trn, liên tc.
Tuy vy phng pháp này òi hi công sut iu chnh cao và òi hi phi
có ngun áp iu ch
nh c xong nó là không áng k so vi vai trò và u Im
ca nó. Vy nên phng pháp này c s dng rng rãi.
1.3 Các vấn đề khác khi điều động cơ điện một chiều.
1.3.1 Các góc phần tư làm việc
d
<0
P
c
=M
d
>0
P
c
=M
d
>0
P
c
=M
d
<0
M
M
c
M
c
M
c
M
c


R
U
I
dm
nm
=
. ng c công sut trung bình và ln thì R

thng
có giá tr nh nên dòng in khi ng ban u (dòng ngn mch) tng i ln

dmnm
II 5,22 ÷=

Vi giá tr dòng ln, s không cho phép v mt chuyn mch và phát nóng
ca ng c cng nh st áp trên li In.tác hi này còn nghiêm trng hn i
vi nhng h thng cn khi ng (Khi hãm máy cng xy ra hin tng tng
t).
Vy quá trình iu khin tc  ng c cng phi gn vi ch 
khi ng. Phi
m bo iu kin ti thiu

dmnm
II 5,22 ÷=

D i n mt nhn xét là la chn phng pháp iu khin gim áp phn
ng là phù hp hn c vì khi khng ch dòng ngn mch o ch  khi ng còn
hn ch c in áp khi ông. Do iu khin là làm gim áp.
b) Chế độ hãm.
Hãm là trng thái mà ng c sinh ra mômen quay ngc chiu tc  quay,

IKM
..
Φ=
. Tr s hãm s ln dn cho n khi cân bng vi mômen ph ti
thì h thng làm vic n nh vi tc 
00
ωω
>
d
. Vì s  u dây ca mch ng
c không i nên phng trình c tính c tng t nhng mômen có giá tr âm.
ng c tính c nm trong góc phn t th hai và th t (hình 2-14 tt)
Trong hãm tái sinh, dòng in hãm i chiu và công sut c a tr v li
in có giá tr P = (E-U) I. ây là phng pháp hãm kinh t nht vì ng c sinh
nng lng hu ích.

12
Ví d: c cu nâng h cn trc. Khi nâng ti ng c c u vào ngun
theo cc tính thun và làm vic trên c tính c làm trong góc phn t th nht.
Khi mun h ti phi o chiu in áp t vào phn ng ng c. Lúc này nu
mômen do trng ti gây ra ln hn mômen ma sát trong các b phn chuyn ng
ca ng c xh trng thái hãm tái sinh. T
c  h cn trc tng dn ti
0
ωω
>
od

b.2) Hãm ngược
Xy ra khi phn ng di tác dng ca ng nng tích lu trong các b phn

c.1) Hãm động năng tụ kích từ độc lập
Khi ta ct phn ng ng c khi li in mt chiu và óng vào mt 
in tr
hãm

hu
hd
hu
u
hd
RR
K
RR
E
I
+
Φ
=
+
−
=
ω0<Φ=
hdh
IKM

Chng t I
hd

Ta th
ng mong mun c tính này là tuyn tính (4) vì vn  thit k s
phc tp lên rt nhiu khi s thay i li là phi tuyn c bit là khi ti bin i.
Nên  ây ta s ch xét trng hp ph ti có mômen là hng s trong toàn di
iu chnh.
Qua phân tích trên ây, vic iu khin in áp phn ng c chn là phù
hp. gi
i pháp mà ngi ta thng dùng hin nay là bm xung áp iu khin dó ra
bng b bm xung áp mt chiu mà ta s  cp  vn  tip theo.

1
2
3
4

14 Chương II
BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC)

II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC):
BXDC có chc nng bin i in áp mt chiu, nó có u im là có th
thay i in áp trong mt phm vi rng mà hiu sut ca b bin i cao vì tn
15
II.1.1 Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Ni dung ca phng pháp này là thay i t
1
, gi nguyên T. Giá tr trung
bình ca in áp ra khi thay i  rng là:
1
d
t.U
U.U
T
==γ

Trong ó t:

1
t
T
γ=

là h s lp y, còn gi là t s chu k.
Nh vy theo phng pháp này thì di iu chnh ca U
ra
là rng (0 < ε ≤ 1).
II.1.2 Phương pháp thay đổi tần số xung
Ni dung ca phng pháp này là thay i T, còn t
1
= const. Khi ó:

thì cho tín hiu iu
khin m van, ngc li khóa van.

II.2
ch
th
s
tíc
Các sơ đ
S  nguPhn t

c im
ht cm kh
hoát dòng t
+ S óng
t áp trên c
+ S m ⇒
ch lu tron
Nh vy,
c tính
t
đồ băm x
uyên lý nh
iu chnh q
m ca s 
háng hoc
i khi khoá

ng. B lc
u ca b
n i).
un và ti,
ng chy qua
ta có b b
on
t

van bn dn
n cm và t
c L & C. 
 lc. Lý t
nhng v
a D, do ó
in i h

n iu khi
ti mc n
i-ôt mc
ng thì u
d
n có dòng
ó u
d
=0.
áp.
n).
i tip. Ti
ngc v

(ã
c tích in trc ó).
+ S ngt, dòng in chy t +U qua L → D → Ti. Vì t thông trong L không
gim tc thi v không do ó trong L xut hin sut in ng t cm e
L
dt
d
w
Φ
=
,
có cùng cc tính U. Do ó tng in áp: u
d
=U + e
L
. Vy ta có b bin i tng
áp.
c tính ca b bin i là tiêu th nng lng t ngun U  ch  liên tc
và nng lng truyn ra ti di dng xung nhn.
c tính truyn t:
d
I
U
1
W
U1
==
− ε
vi U.
Vy in áp ra trên ti o du so vi U. Giá tr tuyt i |U
d
| có th ln hn
hay nh hn U ngun

II.2.4 Bộ Chopper lớp C (Bộ đảo dòng)
a) Sơ đồ nguyên lý
19
Ti là phn ng ng c mt chiu kích t c lp ã c thay bi mch tng
ng R-L-E
b) Nguyên lý hoạt động.
 Ch  ng c:
Trong khong
0t T≤≤γ
, ng c c ni ngun qua
1
S
,in áp t lên
ng c là U.
Trong khong
TtTγ≤≤
,
1
S
ngt,ng c c ni ngn mch qua
2

d
I

d
i
1
D

2
D
1
S
2
S

t
t
t
t
0
0
0
0
d
UT

Tγ

=−+

Trong khong
2
S
(
2
D
) dn, in áp t lên ng c là 0, ta có:
di
Ri L E 0
dt
++=
.
Gii bng phng pháp toán t Laplace:
(t T) (t T)
max
E
i(t) (1 e ) I e
R
−γ−γ
ττ
=− − +T
min
T
Ue 1 E
I

⎜⎟
−
⎝⎠
trong ó
L
R
τ =

in áp trung bình trên ng c:
T
T
dd
00
11
UudtUdtU
TT
γ
= ==γ
∫∫

Dòng in trung bình:
d
d
UE UE
I
RR
− γ−
==

 nhp nhô dòng in:

=+ +
ta c
d
U
I(1)
2fL
≈γ−γ

⇒

dmax
U
I
8fL
=

Dòng trung bình qua
1
S
(
1
D
) là:
1d
II= γ

Dòng trung bình qua
2
S
(

lý hoạt độ
động cơ (
khiển:
ca mi va
T/2, mi va
ộng
0,5 1< γ<
an là T, S
an S1, S2 
)
1 và S2 
c kích v
c kích
vi góc d

dn lch
p
n .
21
pha mt 22

Trong các khong
0tT( 0,5)<< γ−
và
T
tT
2

di
Ri L E 0
dt
++=
.
Các thông s ca mch
Biu thc dòng ti
Trong khong
0tT( 0,5)<< γ−
: in áp t lên ng c là U. Dòng qua
ng c tng t I
min
ti I
max.
dk1
u

dk2
u

d
u

d
U

d
i
d
I

23
Phng trình dòng qua ng c:
di
Ri L E U
dt
+ +=

Gii phng trình bng phng pháp toán t Laplace ta có:
min
UE
tt
i(t) .(1 e ) I .e
R
−
−τ −τ
=−+
.
Trong khong
T
T( 0,5) t
2
γ− < <
: dòng i
d
ngn mch qua S
1
và D

Vi iu kin
T
i(0) i( ) I
min
2
==
, da vào hai phng trình trên ta có:
T
min
T
2
Ue 1 E
I
RR
e1
β
τ
τ
⎛⎞
−
⎜⎟
=−
⎜⎟
⎜⎟
−
⎝⎠
;
T
max
T

2fL 16fL
2
−
Δ= ≈ γ− −γ≤

in áp trung bình t trên ng c:
T
T
2
dd
00
22
UudtUdt2U(21)U
TT
β
===β=γ−
∫∫

Dòng in trung bình
d
d
UE(21)UE
I
RR
− γ− −
==

in áp ngc ln nht t lên các phn t là V
Dòng trung bình qua các van S1, S2:
1d

trình:
di
Ri L E
dt
+=
(i vi s  này thì khi làm vic  ch  hãm tái sinh
phi o chiu quay ca ng c).Gii phng trình trong khong xét ta
c:
tt
min
E
i(t) (1 e ) I e
R
−−
ττ
=−+
(1)
Trong khong
T
Tt
2
γ<<
, ng c tr nng lng v ngun qua các diot D1
và D2, dòng qua ng c gim t I
max
xung I
min
, ta có phng trình
di
Ri L E U