Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
30
Chương III : THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
§
3.1. Nguyên lý điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay
chiều.

Để điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay chiều ta có nhiều nguyên
tăc khác nhau nhưng trong thực tế người ta thưòng dùng hai nguyên rắc điều
khiển sau :
- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos”.
Để thực hiện điều chỉnh vị trí xung điều khiển đặt nên cực điều khiển
,trong nửa chu kì dương của điện áp đặt nên hai cực Anốt và Catốt của
Thyristor .
3.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai dạng điện áp .
- Điện áp đồng bộ ,kí hiệu là U
S
,đồng bộ với điện áp đặt trên Anốt-Catốt
của Thyristor. Thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh .
- Điện áp điều khiển, kí hiệu là U
cm
(điện áp một chiều, có thể điều chỉnh
được biên độ). Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh .
+ Khi đó hiệu điện thế đầu vào khâu so sánh là :
U
d
= U

S
U
cm

Như vậy bằng cách thay đổi biên độ điện áp U
cm
, ta có thể điều chỉnh
được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở
α
đưa vào
cực điều khiển của Thyristor .
Ta có quan hệ :

Usm
Ucm
Π=
α

Người ta lấy U
cm max
= U
S m 3.2.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “Arccos”.
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai dạng điện áp .
- Điện áp đồng bộ U
S
, vượt trước U
AK


Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
32
Do đó
α
= arccos (
Um
Ucm
)
+ Khi U
cm
= U
m
thì
α
= 0.
+ Khi U
cm
= 0 thì
α
=
2/Π
.
+ Khi U
cm
= - U
m
thì


= - U
m
,ta có thể
điều chỉnh được góc
α
từ 0
0
→ 180
0
.
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “Arccos” được sử dụng trong các thiết
bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lưọng điều chỉnh cao .

§
3.2. Thiết kế mạch lực cầu chỉnh lưu điều khiển Thyristor .

3.2.1.Tính chọn Thyristor .
Thông số của động cơ :
P
đm
= 2,8 Kw.
U
đm
= 220 V.
I
đm
= 17A.
Tính chọn Thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải, điều kiện toả
nhiệt , điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van được tính như sau :
Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

2
.
Π
22
220

U
ng max
= 345,4 (V)
Điện áp ngược của Thyristor cần chọn :
U
ng V
= k
dt U
. U
ng max

Với : k
dt U
là hệ số dự trữ điện áp k
dt U
= 1,8
U
ng max
= 1,8.345,4
U
ng max
= 621,72 (V)
U
ng max

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích
toả nhiệt. Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng định mức
của van cần chọn :
I
đmV
= k
i
. I
lv

Với : k
i
là hệ số dự trữ dòng điện và chọn k
i
= 4
Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
34
I
đm

V
= 4. 8,5 = 34 (A)
I
đm V
= 34 (A)
Từ các thông số U
nv
, I
đmv

s
A
μ
.
+ Thời gian chuyển mạch : t
cm
= 100
s
μ
.
+ Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : T
max
= 125
0
C .

3.2.2.Tính toán các mạch bảo vệ Thyristor .
Các Thyristor cần được baỏ vệ khỏi tốc độ tăng dòng điện và tăng điện áp
quá lớn .
Khi đề cập đến cách bảo vệ các Thyristor chống lại các nguyên nhân gây
hư hỏng ta dựa vào các giá trị dòng điện và điện áp mà mỗi Thyristor phải
chịu .
- Bảo vệ tăng dòng điện quá lớn .
- Bảo vệ quá dòng điệ
n nhờ nối tiếp vào mạch một cuộn kháng bão hoà lõi
thép Ferit với một vòng dây. Cuộn kháng có tác dụng hạn chế tốc độ tăng
trưởng dòng điện sự cố .
Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
35

Ub
PU
.
.

b là hệ số dự trữ về áp .
U
im
là giá trị điện áp ngược thực tế đặt vào van .
Q là điện lượng tích tụ Q = f(
dt
dI
) tra trong sổ tay kĩ thuật .
+ R
min
.
Q
UL
2
min.
≤ R
*
≤ R
max
.
Q
UL
2
min.


làm mát thì khả năng chịu dòng chỉ còn khoảng ( 30 ÷ 50 )% I
đm
.
- Làm mát tự nhiên: Có thể khai thác chỉ cỡ 35%giá trị dòng trung bình
cho phép qua van .
- Làm mát cưỡng bức bằng qụat gió: có thể khai thác đến 50% giá trị dòng
trung bình qua van .
- Làm mát cưỡng bức bằng nước: khai thác đến 95% giá ttrị dòng trung
bình qua van .
Như vậy để khai thác triệt dể dòng điện qua van ,ta có thể làm mát bằng
cách cho nước chảy trực tiếp qua cánh tản nhiệt .

§
3.3. Thiết kế mạch điều khiển .
Ta đã biết Thyristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương
đặt nên Anốt và có xung dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Thyristor
Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
37
mở thì xung điều khiển không còn tác dụng.Vì vậy việc Thyristor mở cho
dòng điện chảy qua là do thông số mạch điều khiển quyết định .
3.3.1.Mạch điều khiển có chức năng sau :
- Điều chỉnh được vị ttrí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ của
điện áp dương đặt nên Anốt-Catốt của Thyristor .
- Tạo ra được các xung điều khiể
n đủ điều kiện mở được Thyristor. Xung
điều khiển có biên độ xung từ (2 ÷ 10 )V, độ rộng xung điều khiển
t
x
= (20 ÷100) μs (đối với thiết bị chỉnh lưu) , t

®k
U
®k min
180
0
α
Giíi h¹n gãc ®iÒu khiÓn
α
min
α
max

- Xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và góc điều khiển α cần
thiết .
- Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển α
min
+ α
max
tương ứng với
phạm vi thay đổi điện áp ra của tải .
- Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau
do tải yêu cầu .
- Có độ đối xứng xung điều khiển tốt .
- Xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở các van lực .
- Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt .
Sơ đồ khối mạch điề
u khiển góc mở α theo nguyên tắc thẳng đứng :
§F SSRC
FX
TX K§ vμ BAX

7
R
5
C
7
D
3
D
4
GND
3
2
1
4
11
U1A
GND
GND
-12
5
6
7
U1B
+12
1
2
3
R
GND
0

T
-U
bh
-U
bh
+U
bh
+U
bh

3.Nguyên lý hoạt động .
Điện áp U
0
(tại điểm 0) là điện áp ra của thứ cấp biến áp đồng pha nên là
điện áp xoay chiều hình sin được đưa vào cổng không đảo của khuếch đại
thuật toán U1A thông qua điện trở R3 . Sau khâu khuếch đại thuật toán U1A
Chương III : Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Sinh vêªn : ũò Quang TếÕn - ớíp ЧЧH3 - K47
41
ta được điện áp ra tại điểm (1) là U
1
có dạng chuỗi xung hình chữ nhật
dương âm kế tiếp ,có biên độ U
1
= U
bh
.
Chuỗi xung hình chữ nhật này được đưa sang khâu vi phân gồm có tụ C
7


thay đổi do đó U
2
= 2U
bh
. Sau đó U
1
= +U
bh
thì tụ C
7
sẽ phóng điện qua điện
trở R
6
về đất đến khi U
2
= 0. Thời gian tụ C
7
phóng điện về đất là T
1
.
- Xét tại thời điểm t = t
2
, khi điện áp U
1
giảm đột ngột từ U
1
= +U
bh
xuống
U

2
có dạng chuỗi xung kim
tam giác dương âm kế tiếp .
Chuỗi xung kim U
2
được đưa tới khâu khuếch đại thuật toán U1B thông
qua hai điốt D
3
và D
4
mắc song song ngược .
- Ở nửa chu kỳ đầu khi U
2
> 0 thì điốt D
3
sẽ thông . Điện áp được đưa vào
cửa đảo của U1B bằng tổng U
2
+ điện áp phân áp trên R
4
và R
5
.
Qua U1B điện áp bị đảo dấu. Điện áp ra tại điểm (3) là U
3
là điện áp âm .
Khi U
2
= 0 thì cả D
3

GND
= 0 .
+ Khi U
1
tăng đột ngột từ -U
bh
→+U
bh
. có nghĩa U
1
biến thiên một
khoảng 2U
bh
thì điện tích trên hai bản cực của tụ C
7
chưa kịp thay đổi nên
U
2
= 2U
bh
. Sau đó U
1
= +U
bh
thì tụ C
7
sẽ phóng điện qua điện trở R
6
về đất
.

Chọn R
6
= 1,5 (kΩ) .
R
3
= 5 (kΩ) .
R
4
= 10 (kΩ) .
R
5
= 10 (kΩ) .
R
7
= 5 (kΩ) .
Chọn D
3
, D
4
loại 1N4148 có các thông số sau :
I
đm
= 300 (mA) .
U
ngmax
= 30 (V) .
Chọn khuếch đại thuật toán U1A loại LM324 có các thông số sau :
U
ng
= (3 ÷ 32) (V) .