Đồ án tốt nghiệp

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:
Lời nói đầu ng dng in t công sut trong truyn ng in – iu khin tc  ng

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
tránh khi nhng sai sót, chúng em mong nhn c s phê bình góp ý ca các
thy  giúp chúng em hiu rõ hn các vn  trong  án cng nh nhng ng
dng thc t ca nó  bn  án ca chúng em c hoàn thin hn .Và chúng em
hi vng trong mt tng lai không xa, chúng em có th áp dng nhng kin thc
và hiu bit thu c t chính  án u tiên trong cuc i sinh viên ca chúng
em vào thc t c
ng nh s phát trin hn nó trong các  án sau này.
Trong quá trình làm  án chúng em ã nhn c s giúp  và ch bo rt
tn tình ca thy giáo Dng Vn Nghi .Chúng em xin chân thành cm n thy và
hi vng thy s giúp  chúng em nhiu hn na trong vic hc tp ca chúng em
sau này.
Nhóm sinh viên thc hin. Chương I

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
sau này.

I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều.
I.2.1) Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
Khi xem xét ng c in mt chiu cng nh máy phát in mt chiu
ngi ta phân loi theo cách kích thích t các ng c. Theo ó ng v
i mi cách
ta có các loi ng c in loi:
- Kích thích c lp: khi ngun mt chiu có công sut ko  ln, mch in phn
ng và mch kích t mc vào hai ngun mt chiu c lp nhau nên :I = I


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
phng án  iu chnh ng c (tc ) vi phng án ti u nht.
Vi nhng iu kin U

= const, I
t
= const thì t thông ca ng c hu nh không
i, vì vy quan h trên là tuyn tính và ng c tính c ca ng c là ng
thng.
Thng dng ca c tính là ng thng mà giao im vi trc tung ng vi
mômen ngn mch còn giao im vi trc tung ng vi tc  không ti ca ng
c
Ngi ta a thêm i l
ng

im làm vic nh mc có giá tr M
m
,
ω
m
.




M
Mnm
M
t

0

5
+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).

a) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độ
c lập
S  kích t c lp c th hin nh di ây:

Khi ngun mt chiu có công sut không  ln thì mch in phn ng và mch
kích t mc vào hai ngun mt chiu c lp vi nhau: gi là ng c in kích t
c lp.

: 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
⋅Φ⋅=
a
pN
Eu
2

+ p: s ôi cc t chính.
+ N: s thanh dn tác dng ca cun dây phn ng.
+ A: s ôi mch nhánh song song ca cun dây phn ng.
+
Φ

u
Φ=
60K
K
K
e
105,0
55,9
==

Suy ra

u
fu
u
I
K
RR
K
U
Φ
+
−
Φ
=Φ

Biu thc (*) là phng trình c tính c in ca ng c.

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
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
uωωω
Δ−=
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 
quay ca ng c in thng b thay i do s bin thiên c
a ti ,ca ngun hay
ch  làm vic nh m máy ,hãm máy và do ó gây ra các sai s so vi tc 
,k thut mong mun Trong các h thng truyn ng in thng cn c vào

mt
iu

+ 

gii
s ch tiê
u
chnh 
n
Trong t
h
iu chnh


iu chnh
cp cho
m
iu chnh
b
N
g
u
y
ên l
ý
Ch áp
d
vic  ch

mt chi
u
n
g in x
o

ói phn
g
i
i iu ch

in áp 
n
hn bi y
ê
u
kinh t ,
k
n
g c in
h
c t có 3

in áp ch
o
bng các
h
m
ch kích t

b
ng thay

ý
điều chỉ
n

(
0

a ng c

í
tng tu

n
g pháp nà
y
p
này có t

n
g ti lý t

g
pháp nà
y
nh tc 
n
h mc và
ê
u cu v
s
k
 thut c

phng p

b
udb
Φ
+
+
®
)

c gi

thuc g
i
y
là trit 


thông kh
ô

ng tu th
u
y
iu khi
n
ca h tt
h
t thông

s
ai s tc


c

.  xác

ô
ng i nê
u
c vào gi
á
n
là trit 

h
ng b ch


nh mc.

 và mô
m
c
ch tiêu
n
h
nh tc 

phn ng
mch ph


n bi 
c
Tc  n
h
m
en khi 

n
ày c t
í

ng c
hay thay

n ng.
k
ích thích

h
it b ng
u
h
in có ch

i
u chnh
n

t
ính c c

n nh:
m

c nng bi
n
h tín h
i
n
g không


tuyn tín
h

c .
c
ng khôn
g
h thng
d

n là c t
a
di iu
k
8

t k và
c
hiu

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

 tho mãn kh nng quá ti thì c tính thp nht ca di iu chnh phi có môn
men ngn mch là
dmMcnm
MKMM .
maxmin
=
= (K
M
: là h s mômen quá ti). H c
tính c là các ng thng song song nên ta có

1
1
/)1(

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:

10/
max0
≤
dm
M
β
ω
.
Do ó phm vi iu chnh tc  không vt quá 10, Vy vi yêu cu ca  bài ta
s iu chnh di in áp ra trong di iu chnh ã cho.
iu chnh tc  bng phng pháp này rt thích hp trong nhng trng hp
M
t
=const trong toàn di iu chnh.
b.2) Điều chỉnh từ thông động cơ

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
mômen cho phép trong ng c gim rt nhanh k c khi gi nguyên I thì momen
c cng gim i rt nhanh.
b.3) Thay đổi điện trở phụ Rf
T phng trình c tính (*)

u
fu
u
I
K
RR
K

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
Trng thái hãm và trng thaí ng c c phân b trên c tính c  góc phn t
tng ng vi chiu mômen và tc  nh hình v.
+ I, III: trng thái ng c (
ω

cùng chiu vi M).
+ II, IV: trng thái hãm (

d
>0
P
c
=M
d
>0
P
c
=M
d
<0
M
M
c
M
c
M
c
M
c

12
1.3.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
a) Khởi động
Xut phát t phng trình  tính c ca ng c in mt chiu


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,
ng c i
n mt chiu có ba trng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngc, và hãm
ng nng.
b.1) Hãm tái sinh
Xy ra khi tc  quay ca ng c ln hn tc  không ti lý tng. Khi
ó U
ư
> E
ư
. ng c làm vic nh mt máy phát in song song vi li. So vi
ch  ng c, dòng in và mômen hãm ã i chiu xác nh theo biu thc

0
0
<
Φ−Φ


13
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
ω
ω
>
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
chuyn ng hoc do thée nng quay ngcchiu vi mô men in t ca ng c,
mômen ca ng c khi ó chóng li s chuyn ng ca c cu sn xut.
b.2.1) Hãm ngược khi đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng (tă
ng tải)
c tính hãm
ngc s tác dng cùng chiu vi in áp li, ng c làm
vic nh mt máy phát ni tip vi li in, bin in nng nhn t li in và
c nng thành nhit t nóng in tr tng mch phn ng, vì vy tn tht ln.
b.2.2) Đảo chiều điện áp phần ứ
ng
Dòng in Ih ngc chiu vi chiu làm vic ca ng c và có th khá ln

fu
uu
h
RR
EU

=
+
−
=
ω0<Φ=
hdh
IKM

Chng t I
hd
và M
hd
ngc chiu vi tc  ban u. Nng lng ch yu c to
ra do ng nng tiêu tn ch nm trong mch kích t.
c.2) Hãm động năng tự kích
Nhc im là nu mt in thì không thc hin hãm c do cun dây kích
t vn phi ni vi ngun.mun khc phc ngi ta s dng phng pháp hãm
ng nng t
 kích t. Nó xy ra khi ta ct c phn ng ln cun kích t ra khi li
in khi ông c quay  óng vào mt in tr hãm. Trong quá trình hãm tc 
gim dn, dòng kích t gim dn và do ó t thông gim dn và là hàm tc  vì
vy c tính c nh c tính không ti ca máy phát in t kích thích và phi
tuyn.so vi phng pháp hãm ngc. Hãm
ng nng có hiu qu kém hn khi
chúng có cùng tc  và mômen cn, tuy nhiên hãm ng nng u vit hn v mt

14

3
4

15

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
tht ca b bin i ch yu trên các phn t óng ct rt nh.
So vi các phng pháp thay i in áp mt chiu  i
u chnh tc 
ng c mt chiu nh phng pháp iu chnh bng bin tr, bng máy phát mt
chiu, bng b bin i có khâu trung gian xoay chiu, bng chnh lu có iu
khin thì phng pháp dùng mch bm xung có nhiu u im áng k: iu
chnh tc  và o chiu d dàng, tit kim n
ng lng, kinh t và hiu qu cao,
ng thi m bo c trng thái hãm tái sinh ca ng c. Cùng vi s phát
trin và ng dng ngày càng rng rãi các linh kin bán dn công sut ln ã to
nên các mch bm xung có hiu sut cao, tn tht nh,  nhy cao, iu khin
trn tru, chi phí bo trì thp, kích thc nh. Mch bm xung c bit thích hp
vi các
ng c mt chiu công sut nh.
in th trung bình u ra s c iu khin theo mc mong mun mc dù
in th u vào có th là hng s (c qui, pin) hoc bin thiên (u ra ca chnh


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:
1
d1
t
U.Ut.f.U
T
==

Vy U
d
= U .
T
f
1
1
=
Phn t

c i
m
h
t cm k
h
h
oát dòng t
+ S óng

t áp trên
c
+ S m
⇒
c
h lu tro
n
Nh vy,
c tính
t
đ
ồ băm
x
u
yên lý nh

iu chnh

x
ung:

sau:
q
uy c l
à

này là k
h
dung khá
n
á
K ngt.
c
t vào

n
g b bi
n
h
gia ng
u
v
à L
ti
, dò
n
T
ng ng

an 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

d
I
U
W
U
=
=α
S  nh sau:

c im: L ni tip vi ti, khoá S mc song song vi ti. Cun cm L

không tham gia vào quá trình lc gn sóng mà ch có t C óng vai trò này.
+ S óng, dòng in t +U qua L → S → -U. Khi ó D tt vì trên t có U
C
(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.

→ -U. Nng lng tích
lu trong cun cm L
1
; i-ôt D tt; U
d
=U
C
, t C phóng in qua ti.
+ S ngt, cun cm L
1
sinh ra sc in ng ngc chiu vi trng hp óng
⇒ D thông ⇒ nng lng t trng np và C, t C tích in; u
d
s ngc chiu
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
20
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:


d.)Tính toán các thông số trên sơ đồ.
d
u
d
I

d
i

1
D

2
D

1
S
2
S

t
t
t
t
0
0
0
0
d

i(t) .(1 e ) I .e
R
−
−
τ−τ
=−+

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
τ
τ
=− − +


τ
⎛⎞
−
⎜⎟
=−
⎜⎟
⎜⎟
−
⎝⎠
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

T
nên s dng công thc tính gn úng
2
x
x
e1x
2
=+ +
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

u
y
ê
n
Chu kì

khong
t
)
N
g
u
y
ên
Chế độ
o
áp
g
u
y
ên lý
n
tắc điều
k

óng ct
c
t
hi gian
T


c kích
v

c kích
v
i góc d

dn lch
p
n .
22
p
ha mt

23

Trong các khong
0 t T( 0,5)<< γ− và
T
tT
2
<
<γ thì S1 và S2 cùng dn, in áp
t lên phn ng ng c là U, dòng in qua ng c tng t
min
Iti I
max
ta có
phng trình:


dk2
ud
u

d
U

d
i

d
I

1
2
S
S

1
2
S
D

1
2
S

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
2
in áp
t lên ng c là 0, i
d
gim t I
max
v I
min
.
Phng trình dòng qua ng c:
di
Ri L E 0
dt

2
Ue 1 E
I
RR
e1
β
τ
τ
⎛⎞
−
⎜⎟
=−
⎜⎟
⎜⎟
−
⎝⎠
;
T
max
T
2
U1 e E
I
RR
1e
−β
τ
−
τ
⎛⎞

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
(2 1)U E
II
R
γ− −
=γ =γ

Dòng trung bình qua các diot:
2d
(2 1)U E