Lời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của
các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói
chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn
đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành
kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các
loạI thiết bị này hết sức cần thiết đối với lạI kỹ sư ngành điện
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động
cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động
cơ điện một chiều với nhiều mục đích như để bảo đảm yêu cầu công nghệ
của phụ tải
Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì
trong bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy Đỗ Trọng Tín với
nội dung :
“ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo
yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ”
Bản đồ án của em gồm Trong bản đồ án này mặc dù em đã cố gắng song với sự hiều biết và những
kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những
thiếu sót.Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy
cô giáo và của các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Đào xuân Hùng ….
đt
tác dụng làm cho
roto quay , khi phần ứng quay nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab,
cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện
giữ cho chiều lực 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 qui tắc
bàn tay trái
Phương trình điện áp :
U = E
ư
+ R
ư
.I
ư
III- Phân loại về động cơ một chiều
- Động cơ một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp
giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh

2
tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng ( máy cán thép,
máy công cụ lớn, đầu máy tiện.)
- cũng như máy phát, động cơ điện một chiều được phân loại
theo kích thích từ thành các động cơ điện kích từ độc lập , kích
thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp
- Giới thiệu về động cơ kích từ độc lập
b- Phương trình đặc tính cơ
phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập u
fu
u
I
K
RR
K
U
.
Φ
+
−
Φ
=
ω
nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ trên trục
động cơ bằng mômen điện từ ta kí hiệu là M, nghĩa là M
đt
= M
cơ
=
M thì ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Π
=
2
.

ω : tốc độ góc , rad/s
φ : từ thông kích từ dưới một cực từ
U
ư
: điện áp phần ứng
R
ư
: điện trở phần ứng
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng
I
ư
: dòng điện trong mạch phần ứng

Đồ thị mô tả phương trình đặc tính cơ ω
đm
ω
0
ω
-Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau: 4

u
dm
bud
dm
b
I
K
RR
K
E
.
Φ
+
−
Φ
=
ω- vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính
cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào
giá trị điện áp U
đk
của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều
chỉnh này là triệt để

= 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
1
1
max0
max0
minmin
−
−
=
−
−
=
−=−=
M

ω
min
ω
0min
ω
max
ω
omax
M
đm
M
nmmin
ω
đk1
ω
đk2

Chương II: Lựa chọn phương án điều chỉnh
I- Lựa chọn phương án
- Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ
chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng điện xoay chiều

T
R
α
U
d
I
d
TB
1

6
θ

θ

B
θ

t
1 t
2 t
3
t
4

2
dẫn điện , là khi chúng ta mở T
3
dòng
điện được san phẳng lúc này điện cảm sẽ thu toàn bộ những
thành phần sóng điều hoà bậc cao nên nó sẽ duy trì cho dòng
điện là không đổi
- Giá trị điện áp ra trên tải:
U
d
= 1,17.U
2
.cosα
U
ngmax
= 2,45. U
2
K
đm
= 0,25

Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3 74,0=
ba
d
S
P


4
T
6
T
T
5
T
11
RRLR
α
θ
Điện áp trung bình trên tải

α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos


D
T
2
D
6
D
T
5
11
~
T
14

9
3 i
T1
iB
T2
iB
T3
θ

θ

θ
I
d
U
f
θ

α

U
d
θ

θ10


đặt điện
thế U
2b
lên anôt D
2
+ khi θ > θ
3
điện thế catôt D
2
là U
2c
bắt đầu < U
2b
. Điốt D
2
mở dòng tải
i
d
= I
d
chảy qua D
2
và T
5
, U
d
= 0
*khi θ =θ
2
cho xung điều khiển mở T

tải chảy qua D
4
và T
1
, U
d
= 0
- góc mở α về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ÷ π . Điện áp
chỉnh lưu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0

Điện áp trung bình trên tải
U
d
=U
dI
-U
dII
Trong đó

α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos
2
63

2
6
11
6
7
2
UdUU
dII
−==
∫

Thay vào ta có
ợc cực đại đặt lên van
6
h điều khiển hơn so với sơ đồ cầu 3 pha nên
ợc tốt như sơ đồ cầu 3 pha đối

Chương III : Tính chọn mạch lực
I-Tính toán máy
= 600 V; I
d
= 220 A ta chọn MBA 3 pha 3trụ
1
Ta có : U
do
= U
d
+ 2. U
dv
+ U

+= UU
d

Điện áp ngư
U
ngmax
=2,45U
2
Số lần đập mạch trong 1 chu ky là
-Ưu nhược điểm của sơ đồ
+Ưu điểm:sơ đồ có ít kên
điều khiển dễ dàng hơn,đầu tư ít hơn
+nhược điểm: điện áp ra không đư
xứng,dải điều chỉnh điện áp không lớn lắm
biến áp
Từ các thông số cơ bản : U
d
1- điện áp pha sơ cấp MBA
U = 220 (V)
Δ Δ
Trong đó :
MBA
Δ
→

12
có :

Π
=
+
Π
=
α

Vậy điệ áp thứ cấp MBA là : U
2
= 309 (V)
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp I
2
:

()
AII
d
180220.
3
2
3
2
2
===

+ Dòng sơ cấp máy biến áp I
1
:

()

183
50.3
10.139
.6
.
. cm
fm
S
KQ
ba
QFe
===

trong đó :
4,66,5
÷
=
Q
K
ta chọn
6
=
Q
K

m = 3 : số trụ của máy biến áp
f: tần số nguồn xoay chiều f = 50 Hz
Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu công nghệ
người ta thường chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho
25,1=

-4
= 4,44.1.50.183. 10
-4
= 4(V/vòng)
→ số vòng cuộn sơ cấp là :
55
4
220
1
==W
(vòng)
số vôn/vòng của cuộn thứ cấp máy biến áp là 2
→ số vòng cuộn dây thứ cấp là:
78
4
309
2
==W
(vòng)
+Tính tiết diện dây dẫn:
Chọn mật độ dòng điện:
2
.
2
.
1
/2 mmAJJ ==
+Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

14

)
+Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

()
2
.
2
2
2
90
2
180
mm
J
I
S ===

chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thuỷ tinh có kích
thước :
a
2
.b
2
= 4.11.2 (mm
2
)
kính thước dây kể cả cách điện:
S
2cđ
= 4,5.11,5.2(mm

1595,0.
65,1
2,1.228
.
.2
1
11
=
−
=
−
=
c
g
k
b
hh
W
(vòng)
Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp:

7,3
15
55
11
1
11
===
W
W

12
−
=

trong đó : h
g
: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va dây
quấn
chọn h
g
= 1,2 (cm)
k
c
= 0,95 : hệ số ép chặt
h: chiều cao trụ
Vậy:

2395,0.
1,1
2,1.228
.
.2
2
12
=
−
=
−
=
c

Bd
2
= (a
2
+ cd
12
).n
12
= ( 4,5 + 0,1 ).4 = 18,4(mm)
 Kích thước lõi sắt
Chọn khoảng cách giữa 2 trụ của MBA là :
c = 1,5.a = 1,5.110 = 165(mm)
+ Tổng chiều dài trụ:
l = 3.a + 2.c = 3.110 + 2.165 = 660 (mm)
+ Chọn gông từ
- Để đơn giản ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích
thước sau:
+ Chiều dài của gông bằng chiều dầy của trụ: b
g
= b = 170(mm)
+ Chiều cao của gông bằng chiều rộng của trụ: a
g
= a = 110(mm)
Tiết diện gông: Q
g
= a
g
.b
g
= 11,5.17,5 = 201,25(cm

c17 II Tính chọn van và bảo vệ van
1. Tính chọn van
Van là 1 thiết bị rất quan trọng trong mạch lực .Trong quá trình làm
việc,van rất nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ,điện áp và dòng điện
2 thông số để chọn van là điện áp và dòng điện
Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van:

(
)
VUU
ng
9,756309.6.6
2max
===

Chọn U
ngmax
= 757(V)


+ Làm mát bằng thông gió cưỡng bức
- - Khi có quạt đối lưu không khí thổi dọc theo khe của
cánh tản nhiệt nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt thấp
hơn tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường tốt hơn, hiệu suất
cao hơn. Do đó cho van làm việc với dòng điện
- I
lv
= 35%i
đm18
+ Làm mát bằng nước:
- - Khi làm mát bằng nước hiệu suất trao đổi nhiệt tốt
hơn, cho phép làm việc với dòng điện I
lv
= 90% i
đm
.
Quá trình làm mát bằng nước phải đảm bảo xử lý nước
không dẫn điện. Bằng cách khử ion trong nước hoặc
giảm độ dẫn điện của nước ( tăng điện trở nước) theo
nguyên tắc chiều dài hay giảm tiết diện đường cong ống
dẫn nước ta có thể coi độ dẫn điện của nước không
đáng kể.
*Ta chọn chế độ làm mát bằng thông gió tự nhiên. Trong
chế độ này thì I
lv
= 25% i

max
= 1000 V
I
đm
= 500 A
I
gm
= 400 mA
U
gm
= 8 V
ΔU
v
=1V
dU/dt =100V/μs
di/dt = 20 A/μs
T
off
=120μs

2. Tính bảo vệ van
 Bảo vệ dòng điện cho van
+ Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi
quá tải và ngắt mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn
mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch đầu ra ở bộ nghịch lưu
+ Chọn Aptomat có:
I
đm
= 1,1.I
1
Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ
điện tích khi chuyển mạch gây nên.
Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp do cắt
không tải MBA gây nên

* Các bước tính toán
- Xác định hệ số quá điện áp theo công thức:

20

im
pim
Ub

*
min
Q
im
2
LU
≤ R ≤

R
*
max
Q
im
2
LU

Trong đó L là điện cảm của mạch RLC


50.2
6600
6
2
'
cm
f
S
L
==

Chọn Q
L
= 48(cm
2
)
Trong đó k
Q
: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, chọn k
Q
= 6

Để đáp ứng yêu cầu công nghệ người ta thường chọn sao cho
b
L
/a
L
=1,2÷1,4
Do Q
L

Chương IV
Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

a
L
/2
b
L
c
L
h

a
L
/2

Mạch điều khiển có chức năng :
- Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương
của điện áp đặt trên Anod – Catod của Tiristor
- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ
rộng xung t
x
> 10 μs Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:
t
x
=
dtdi
I
dt
/

Trong đó I
dt
: dòng duy trì của Tiristor
di/dt: tốc độ tăng trưởng của dòng tải

23
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi góc α

2. Cấu trúc của mạch điều khiển Tiristor SS

có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển,
tức là điều chỉnh góc α

3. Nguyên tắc điều khiển
Trong thực tế người ta thường dùng 2 nguyên tắc điều khiển: thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện việc điều chỉnh vị trí
xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Tiristor

a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính U

AK
ω
U
rc ω
t

đk
đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng
cách làm biến đổi U
đk
ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra
tức là điều chỉnh được góc α.
Khi U
đk
= 0 ta có α = 0.
Khi U
đk
< 0 ta có α > 0.
Quan hệ giữa α và U
đk
như sau:
max.
.
rc
dk
U
U
πα
=b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” U
AK
Theo nguyên tắc này cũng có 2 điện áp:
- Điện áp đồng bộ U
rc
vượt trước điện áp Anod-Catod Tiristor một góc
bằng π/2 ( Nếu U
AK
= Asinwt thì U
r
= Bcoswt)
- Điện áp điều khiển U
đk
là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được theo
2 hướng
Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp này
người ta tạo ra U
rc
. Tổng đại số U
rc
+ U
đk
được đưa đến đầu vào của khâu
so sánh .
Khi U
rc
+ U
đk
= 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh :
U