ĐỀ SỐ 8: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay
chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha:
TT

Cơng suất (kW)

5

1,5

Điện áp định

Dịng điện định

Tốc độ định mức

mức (VAC)

mức (A)

(v/phút)

380

3,72

1400


1

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU...........................2
1.1. Tổng quan động cơ xoay chiều ba pha.........................................................3
1.1.1. Tổng quan nguyên lý...............................................................................6
1.1.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ..........................................7
1.2. Bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha........................................................11
1.2.1.Kái niệm.................................................................................................11
1.2.2: Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi...................................................................12
1.2.3: Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi..............................................12
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC...................................14
2.1. Tính tốn, thiết kế mạch lực........................................................................14
2.1.1: Tính tốn, thiết kế sơ đồ mạch lực........................................................16
2.1.2: Tính tốn, lựa chọn các phần tử mạch lực.............................................17
2.2: mơ phỏng mạch lực.....................................................................................17
2.2.1: xây dựng mơ hình mơ phỏng.................................................................17
2.2.2: kết quả mơ phỏng..................................................................................19
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................20
3.1: Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển...........................................................20
3.1.1: Tính tốn, lựa chọn mạch điều khiển....................................................21
3.1.2: Tính tốn, lựa chọn các phần tử trong mạch điều khiển.......................30
3.2: mô phỏng mạch điều khiển.........................................................................32
3.2.1: xây dựng sơ đồ mô phỏng.....................................................................32


2

3.2.2: kết quả mơ phỏng..................................................................................35

KẾT LUẬN........................................................................................................36

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
BẢ
Bảng 2.1 thông số thyristor......................................................................................17
Bảng 3.2 Thông số các phần tử trong mạch.............................................................32
HÌNHY
Hình 1.1: Cấu tạo động cơ khơng đồng bộ................................................................3
Hình1.2: Stator máy điện khơng đồng bộ..................................................................4
Hình1.3: Dây quấn stator...........................................................................................4
Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang (Hình1.1c) Có tác dụng bảo vệ
và cố định các bộ phận bên trong như dây quấn, trục máy, rotor. Hình1.4:vỏ máy...4
Hình1.5: Lõi thép rotor..............................................................................................5
Hình1.6: Rotor lồng sóc............................................................................................6
Hình1.7 Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện áp stato: a) Sơ đồ ngun lý;
Hình1.8 Điều khiển động cơ khơng đồng bộ rơto dây quấn bằng điện trở phụ trong
mạch rôto; a) sơ đồ ngun lý; b) họ đặc tính cơ.......................................................9
Hình1.10 sơ đồ mạch lực bộ điều áp xoay chiều 3 pha............................................12
Hình 2.1 Biểu đồ mơ...............................................................................................15
phỏng van dẫn với α=30 o........................................................................................15
Hình 2.2 Biểu đồ mơ phỏng.....................................................................................15
Hình 2.3 Biểu đồ mơ phỏng van dẫn với α=90 o......................................................16
Hình2.4 Hình ảnh mơ phỏng mạch lực trên Psim....................................................18
Hình2.5 Hình ảnh mơ mạch lực trên matlab...........................................................18
Hình2.6 Kết quả mơ phỏng mạch lực trên Psim......................................................19
Hình2.7 Kết quả mơ phỏng mạch lực trên matlab...................................................19
Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc điều khiển dọc.................................................................21
Hình3.2 Hình ảnh mơ phỏng khâu đồng bộ.............................................................22
Hình3.3 Biểu đồ kết quả mô phỏng với các thông số linh kiện đã tính tốn............23
Hình3.4 Mơ phỏng khâu răng cưa trên Psim...........................................................23



3

Hình3.5 Biểu đồ mơ phỏng của khâu tạo xung răng cưa với các thơng số đã được
tính tốn như trên....................................................................................................24
Hình3.6 Mơ phỏngkhâu so sánh trên Psim..............................................................24
Hình3.7 Mơ phỏng khâu tạo xung chùm trên Psim.................................................25
Hình3.8 Hình ảnh biểu đồ mơ phỏng xung chùm 1 và 2.........................................26
Hình3.9 Hình ảnh mơ phỏng khâu tách xung..........................................................26
Hình 3.10 Hình ảnh mơ phỏng khâu dao động tần số..............................................27
Hình3.11 Biểu đồ mơ phỏng khâu dao động tần số.................................................27
Hình3.12 Mơ phỏng khâu khuếch đại trên Psim......................................................28
Hình3.13 kênh điểu khiển 1.....................................................................................32
Hình 3.14 Kênh điều khiển 2...................................................................................33
Hình 3.15 Kênh điều khiển 3...................................................................................33
Hình 3.16 Sơ đồ mơ phỏng 3 kênh điều khiển trên matlab......................................34
Hình3.17 Kết quả mơ phỏng với góc = 30 trên Psim...............................................35
Hình3.18 Kết quả mơ phỏng trên matlab.................................................................35


1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày càng đáp ứng những
nhu cầu về tính hiện đại và tự động hóa trong mọi ngành công nghiệp. Bước
tiến vượt bậc của khoa học kỹ thuật là sự ra đời của cơng nghệ bán dẫn, nó là
một yếu tố không thể thiếu trong ngành tự động hóa. Việc ứng dụng nó rất
rộng rãi trên nhiều lĩnh vực đặc biệt trong lĩnh vực điện tử công suất nó được
ứng dụng để chế tạo các linh kiện điện tử góp phần tạo lên những mạch điều

khiển ứng dụng trong nhiều động cơ.
Điện tử công suất phục vụ rất hiệu quả cho truyền đồng điện đặc biệt là
điều khiển động cơ. Cũng nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn nữa về những ứng
dụng quan trọng trong động cơ, đặc biệt là động cơ điện một chiều được sử
dụng ngày càng rộng rãi trong cuộc sống, các sinh viên ngành điện chúng tôi
tham gia làm đồ án môn học Điện Tử Cơng Suất nhằm tìm hiểu kỹ hơn về vấn
đề này.
Tên đồ án môn học : “Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp
xoay chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha.” Gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu
Chương 2: Tính tốn, thiết kế mạch lực
Chương 3: Tính tốn thiết kế mạch điều khiển
Với sự hướng dẫn rất nhiệt tình của Giáo viên hướng dẫn và các thầy cô
trong bộ môn. Tơi đã hồn thành được đồ án của mình với sự học hỏi và mở
mang tầm nhìn kiến thức.


2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp
xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh
được. Để biến đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần
số nhưng có giá trị khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp
có ưu điểm là kết cấu gọn, làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện nguồn có
dạng hình sin thì điện áp ra cũng có dạng hình sin. Tuy vậy máy biến áp cũng
có nhược điểm là khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường
hợp cơng suất trung bình và lớn, điều này cũng hạn chế khả năng sử dụng
máy biến áp trong một số trường hợp. Khi yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra
trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình và lớn thì người ta sử

dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều-xoay chiều hay BBĐ điện
áp pha.
BBD xoay chiều-xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các
dụng cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng
tính chất có điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi
nửa chu kỳ của điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá
trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn. BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng
gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp
ra trong phạm vi rộng với mọi cấp cơng suất. Nhưng BBĐ này cũng có một số
nhược điểm là độ tin cậy không bằng máy biến áp, thiết bị điều khiển tương
đối phức tạp, bị hạn chế về cơng suất do khả năng chịu dịng và áp của các
dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp nguồn hình sin thì điện
áp ra khơng cịn dạng hình sin nữa.
Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường
hợp như sau:
- Để điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công
suất nhỏ bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato
của động cơ.
- Khởi động các động cơ xoay chiều khơng đồng bộ rơ to lồng xóc cơng
suất trung bình và lớn.
- Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có yêu cầu điều
chỉnh trơn điện áp ra, ví dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp
cho lò tần số dùng đèn phát điện tử loại 3 cực.


3

1.1. Tổng quan động cơ xoay chiều ba pha
*Khái niệm:
-Máy điện không đồng bộ (KĐB) là loại máy điện xoay chiều, làm

việc theo nguyên lý cảm biến điện từ có tốc độ quay của rotor n khác với tốc
độ quay từ trường (n1). Máy điện khơng đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn
stator (sơ cấp) với lưới điện tần số khơng đổi, dây quấn rotor (thứ cấp). Dịng
điện trong dây quấn rotor được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số
phụ phụ thuộc vào rotor, nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy.
-Cũng như các máy điện khác, máy điện khơng đồng bộ có tính thuận
nghịch, có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện hoặc máy phát điện.
Có nhiều tiêu chí để phân loại máy điện khơng đồng bộ:
1. Theo kết cấu của vở máy, máy điện KĐB chia thành các kiểu chính
sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phịng nổ.
2. Theo kết cấu của rotor, máy điện KĐB chia thành hai loại: Loại rotor
kiểu dây quấn, loại rotor kiểu lồng sóc.
3. Theo số pha trên dây quấn stator: Một pha, hai pha và ba pha.
*Cấu tạo:

Hình 1.1: Cấu tạo động cơ không đồng bộ
* Phần tĩnh (stator)
-Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngồi ra cịn có vỏ máy


4

và nắp máy.

Hình1.2: Stator máy điện khơng đồng bộ
a. Lõi thép:
Lõi thép stator có dạng hình trụ (hình1.1a), làm bằng các lá thép kỹ thuật
điện, được dập rãnh bên trong (hình 1.1a) rồi ghép lại với nhau tạo thành các
rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
b. Dây quấn stator:

Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt
trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn
ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay.

Hình1.3: Dây quấn stator
c. Vỏ máy:
Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang (Hình1.1c) Có
tác dụng bảo vệ và cố định các bộ phận bên trong như dây quấn, trục
máy, rotor.


5

Hình1.4:vỏ máy
* Phần quay (Rotor)
-Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. Rotor là phần quay
gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
a. Lõi thép:
Lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong
của lõi thép stator ghép lại, mặt ngồi dập rãnh (hình 1.1d) đẽ đặt dây quấn, ở
giữa có dập lỗ để lắp trục.

Hình1.5: Lõi thép rotor


6

b. Trục:
Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép
rotor.

c. Dây quấn rotor:
Dây quấn rotor của máy điện khơng đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn
mạch cịn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn.

Hình1.6: Rotor lồng sóc
-Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và
bị ngắn mạch bổi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, dây quấn
rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vòng ngắn mạch, cánh tản nhiệt
và cánh quạt làm mát. Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng
đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch. Rotor dây
quấn cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như
dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn ln đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu.
vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục. Ba chổi
than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng
nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
1.1.1. Tổng quan nguyên lý
Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f1 vào dây quấn stator, trong
dây quấn stator sẽ có hệ thống dòng 3 pha chạy qua, dòng điện này sẽ tạo ra
từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = 60f1/p. Từ trường quay quét
qua các thanh dẫn của dây quấn rotor, cảm ứng trong dây quấn một sức điện
động. Dây quấn rotor khép kín mạch (ngắnmạch) nên sức điện động cảm ứng
sẽ sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn rotor. Lực điện từ do trường
quay của máy tác động vào dòng điện chạy trong thanh dẫn rotor, kéo rôto
quay với tốc độ n cùng chiều với từ trường quay và n < n1. Từ trường quay


7

tốc độ n1 có chiều thuận kim đồng hồ. Thanh dẫn chuyển động tương đối với
từ trường tốc độ n1 ngược chiều kim đồng hồ. Theo qui tắc bàn tay phải, xác

định chiều của sức điện động cảm ứng trong các thanh dẫn. Mạch rotor nối
tắt, trong thanh dẫn có dòng điện trùng chiều với sức điện động. Theo qui tắc
bàn tay trái, xác định chiều của lực điện từ, tác động vào thanh dẫn Lực điện
từ cùng chiều với chiều quay của từ trường, rotor quay theo từ trường với tốc
độ n. Tốc độ rotor của máy n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu
tốc độ bằng nhau thì khơng có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn
rotor khơng có sức điện động và dịng điện cảm ứng, nên lực điện từ bằng
khơng. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rotor gọi là tốc độ
trượt n2:
n2 = n1 – n (vg/ph)
Hệ số trượt của tốc độ là:
trong đó Ω1 = 2πn1 và Ω = 2πn là tốc độ góc của từ trường quay và của rotor.
Khi rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi rotor quay định mức s
= 0,02 ~ 0,05. Tốc độ động cơ là:
n = n1(1-s) = 60f1/p. (1-s) vg/ph
1.1.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
a. Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
-Kết quả phân tích trên cho thấy sự ảnh hưởng của điện áp stato U1
đến các thông số đầu ra của động cơ như dịng điện I1, I2, mơmen, tốc độ và
dạng đặc tính cơ điều chỉnh. Vì vậy từ các biểu thức ở trên về động cơ KĐB
ta thấy dòng điện động cơ phụ thuộc tỷ lệ với điện áp U1, mơmen tỉ lệ bình
phương với U1, cịn độ trượt tới hạn khơng thay đổi khi điều chỉnh điện áp:
+Dịng điện ngắn mạch: Inm.U = Inm.U1 *
+Mômen ngắn mạch (khởi động): Mnm.U = Mnm.U1 *2
+Mômen tới hạn: Mth.U = Mth.U1 *2
+Độ trượt tới hạn: Sth = const
-trong đó, U1 * = U1/Uđm là giá trị tương đối của điện áp stato; Inm,
Mnm, Mth là các thông số tương ứng với các đặc tính tự nhiên của động cơ.



8

Hình1.7 Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng điện áp stato: a) Sơ đồ
nguyên lý; b) họ đặc tính cơ khi R0 = 0 (động cơ rơto lồng sóc); c) Họ đặc
tính cơ khi R0 ≠ 0 (động cơ rôto dây quấn).
b. Điều chỉnh điện trở rôto động cơ khơng đồng bộ
-Có thể nêu một nhận xét tổng qt rằng: phương pháp điều khiển động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn bằng điện trở phụ mạch rơto hồn tồn tương
đồng với phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập
bằng điện trở phụ mạch phần ứng cả về dạng sơ đồ nối dây, họ đặc tính, các
chỉ tiêu chất lượng và ứng dụng.
a. Sơ đồ nguyên lý:
-Một hệ điều khiển 2 cấp điện trở phụ và họ đặc tính cơ.Theo kết quả
phân tích ở phần trên khi Rf thay đổi ta có:
Mơmen tới hạn của động cơ:
Độ trượt tới hạn:
Tốc độ không tải lý tưởng: (2 f ) / p const 0     ; trong đó R2t = R2+Rf
điện trở trong mạch rôto.


9

Hình1.8 Điều khiển động cơ khơng đồng bộ rơto dây quấn bằng điện trở
phụ trong mạch rôto; a) sơ đồ ngun lý; b) họ đặc tính cơ
-Nếu truyến tính hóa đoạn đặc tính cơng tác trong phạm vi phụ tải từ 0 ÷
Mc= Mđm, ta có biểu thức gần đúng:
Trong đó: sc độ trượt tại Mc = Mđm và cũng chính là độ sụt tốc tương
đối ∆ c * trên đường đặc tính đang xét với Mc = Mđm.
-Lúc đó, đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ khi Rf = var hồn tồn
trùng hợp với họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi

điều chỉnh Rfư, với độ cứng của đặc tính cơ nhân tạo:
Khi tăng điện trở phụ Rf, độ cứng đặc tính cơ βR giảm, do đó điều chỉnh
được tốc độ làm việc và mômen ngắn mạch của động cơ.
b. Điều chỉnh tốc độ
Do độ cứng của các đặc tính điều chỉnh thấp, nên sai số tốc độ lớn,
mômen quá tải nhỏ và dải điều chỉnh thường không vượt quá 2:1. Đặc tính
mơmen q tải cho phép Mt.cp= f(  ) của phương pháp điều chỉnh tốc độ
này có thể xác định khi chọn I2 = I2đm ta có:
Như vậy đặc tính này cũng tương tự như của động cơ một chiều khi điều
khiển bằng điện trở phụ phần ứng, nghĩa là phương pháp điều chỉnh đang xét
sẽ tích hợp với loại phụ tải cần trục (mc = const). Để tăng chất lượng điều
chỉnh, người ta sử dụng một loại biến trở xung và một loại biến trở tự động có
thể điều khiển nhờ khóa đóng cắt bằng điện tử. Tuy nhiên sơ đồ gốc như trên


10

hình 1.1.2b1 vẫn được ứng dụng để điều khiển các động cơ rôto dây quấn
c. Điều khiển công suất trượt
Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB ba pha bằng
cách làm mềm đặc tính và để ngun tốc độ khơng tải lý tưởng thì cơng suất
trượt ΔPs = s.Pđt được tiêu tán trên điện trở mạch rôto. Ở các hệ thống TĐĐ
điện tử công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì thế để vừa điều chỉnh được
tốc độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các
sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là các sơ đồ nối tầng. Có nhiều
phương pháp xây dựng hệ nối tầng, dưới đây trình bày phương pháp nối tầng
điện dùng thyristor như hình 3.21a). Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh
thì:
Giản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở rotor được biểu diễn trên hình
1.1.2c trong đó Pbđ là công suất được trả về lưới điện, ΔPbđ là tổn hao trong

mạch biến đỏi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số và điện áp
lưới.

Hình1.9 Hệ thống nối tầng van. a) Sơ đồ nguyên lý; b) Giản đồ năng lượng;
c) Đồ thị dòng và áp khi fr = fs3; d) Đặc tính hệ điều chỉnh cơng suất trượt.


11

Sức điện động rôto ur được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện
kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL. Điện áp xoay chiều của nghịch
lưu (uA, uB, uC) có biên độ và tần số khơng đổi đo được xác định bởi điện áp
và tần số của lưới điện. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển α thay đỏi từ
900 đến khoảng 1400 , phần cịn lại dành cho góc chuyển mạch μ và góc hồi
phục tính chất khố δ của van bán dẫn.
Độ lớn dịng điện rơtor phụ thuộc hồn tồn vào mơmen tải của động cơ mà
khơng phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu. Cụm mạch chỉnh lưu - nghịch
lưu phụ thuộc chỉ làm thay đổi được góc ta của dịng điện ở phía xoay chiều của
nghịch lưu khi điều chỉnh góc mở α. Qúa trình dịng điện và điện áp của bộ biến
đổi được mơ tả trên hình cho trường hợp độ trượt s = 1/3. Giá trị trung bình của
điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu là như nhau và ta có Udr = Udn = Ud.
Sai lệch về giá trị tức thời giữa điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu chính là
điện áp trên điện kháng lọc L.
1.2. Bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha
1.2.1.Kái niệm
Cũng như BBĐ xoay chiều-một chiều, trong BBĐ xoay chiều-xoay
chiều ta cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển. Vì vậy để cho BBĐ có
thể làm việc theo yêu cầu thì cũng phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển
cho các van. Dù là sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ
dùng triac thì trong một chu kỳ nguồn ta cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều

khiển lệch nhau một góc độ điện là 180 0 tương tự như tín hiệu điều khiển các
van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha. Do vậy về lý thuyết thì có thể sử
dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh lưu hình tia 2 pha để phát
xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều một pha,và mạch điều khiển
cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể dùng để phát xung điều khiển cho BBĐ
xoay chiều-xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên cũng cần lưu ý:
Đối với sơ đồ chỉnh lưu thì sự đối xứng của xung điều khiển các van
cũng quan trọng nhưng không yêu cầu khắt khe lắm. Nhưng đối với BBĐ
xoay chiều-xoay chiều thì xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van
song song ngược trong cùng một pha nhất là khi phụ tải của BBĐ là thiết bị
chỉ làm việc được với nguồn cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện
xoay chiều hoặc các máy biến áp,..., địi hỏi có độ đối xứng rất cao. Đó là vì
khi góc điều khiển của 2 van trong cùng một pha khơng hồn tồn giống nhau
thì trong đường cong điện áp trên tải sẽ xuất hiện thành phần một chiều. Mặt


12

khác tổng trở phụ tải đối với thành phần điện áp một chiều là rất nhỏ do vậy
thành phần dòng một chiều qua tải sẽ rất lớn. Điều đó ảnh hưởng đến sự làm
việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự không đối xứng của tín
hiệu điều khiển vượt quá một giá trị nhất định nào đó (phụ thuộc trường hợp
cụ thể) thì BBĐ sẽ không làm việc được nữa.
1.2.2: Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi

Hình1.10 sơ đồ mạch lực bộ điều áp xoay chiều 3 pha
Sơ đồ hình 1.10 dùng cách đấu hai thyristor tương đương với một TRIAC, loại
này rất thông dụng trong thực tế và có tên là sơ đồ sáu thyristor đấu song song
ngược.


1.2.3: Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi
*Các yêu cầu khởi động động cơ:
Đối với một động cơ, công việc mở máy cần đạt được các yêu cầu sau:
- Momentt mở máy càng lớn càng tốt hoặc đủ lớn để thích ứng với đặc
tính cơ của tải.
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Tổn hao cơng suất trong q trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng nên đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.


13

*Các phương pháp mở máy:
a/ Phương pháp “Khởi động cứng”:
- Mở máy trực tiếp thơng qua các thiết bị đóng cắt như: cầu dao, khởi
động từ ….
b/ Phương pháp “Khởi động mềm”:
- Sử dụng phương pháp Điều áp xoay chiều.
*Lựa chọn phương án:
So sánh ưu và nhược điểm của hai phương án khởi động động cơ không
đồng bộ trên, kết hợp với thời kỳ cơng nghiệp hóa hiện nay của nước ta và do
số liệu của động cơ, đề án này xin chọn phương án khởi động mềm để khởi
động cho động cơ mà cụ thể là phương pháp “Điều áp xoay chiều ba pha”
dùng 6 thyristor đấu theo kiểu song song ngược vì đây là phương pháp thơng
dụng nhất hiện nay và có giá thành thấp trong khi yêu cầu chì cần khởi động
mềm cho động cơ.
1.3: Đặt bài toán
-Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều 3 pha điều
khiển động động cơ xoay chiều 3 pha. Biết công xuất P=1,5 Kw, điện áp định
mức Ud=380 VAC, dòng điện định mức Id=3,72 A ; tốc độ định mức

nđm=1400 v/phút


14

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
2.1. Tính tốn, thiết kế mạch lực
a- Giới thiệu mạch lực:
- Các bộ điều áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hay thay đổi
điện áp xoay chiều ra tải từ một nguồn xoay chiều cố định, trong đó tần số
điện áp ra bằng tần số điện áp nguồn.
- ĐAXC dùng valve bán dẫn có đầy đủ ưu điểm của những mạch cơng
suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh và tự động hóa, làm việc ổn
định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao,
kích thước gọn và dễ thay thế, thích hợp vớ q trình hiện đại hóa, tập trung
hóa các q trình cơng nghệ….
- Nhược điểm chung và cơ bản nhất của ĐAXC là điện áp ra tải không
sin trong toàn dải điều chỉnh, điều chỉnh càng sâu – càng giảm điện áp ra thì
độ méo càng lớn, tức là thành phần sóng hài bậc cao cũng càng lớn. Nhưng vì
phạm vi của đề án này là khởi động động cơ, thời gian khởi động chỉ trong
khoảng 3 ÷ 30s và tải là động cơ bơm nên ta có thể chấp nhận được phương
án này.
- Do tải yêu cầu là dòng điện xoay chiều nên valve bán dẫn ở đây có thể
dùng là:
• TRIAC, đây là valve bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện chảy theo
cả hai chiều. Tuy nhiên loại valve này thường có cơng suất nhỏ và giá thành
tương đối cao.
• Ghép hai valve chỉ cho phép dẫn một chiều bằng cách đấu song song
ngược nhau, lúc đó mỗi valve đảm nhận một chiều của dịng tải. Bằng cách
này có thể ghép hai thyristor với nhau hay một thyristor với một diode. Trong

đề án này, ta chọn theo phương pháp là ghép 6 thyristor theo kiểu song song
ngược và đây cũng là phương pháp thông dụng nhất hiện nay.
- Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của valve bán
dẫn. Các valve làm việc với điện áp xoay chiều nên được khóa tự nhiên bằng
điện áp nguồn và cũng chịu ảnh hưởng của lưới điện đến valve, kiểu điều
khiển valve là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức là
sử dụng mạch điều khiển xung - pha.


15

b- Hoạt động của mạch:
- Mạch hoạt động theo quy luật chung:
• Trường hợp 3 valve dẫn: Mỗi pha có 1 valve dẫn => Utải = Unguồn.
• Trường hợp 2 valve dẫn: Có 2 pha có valve dẫn và 1 pha không valve nào
dẫn => điện áp pha tải = ½ điện áp dây nguồn và có 1 pha khơng có điện áp.
• Trường hợp khơng có valve dẫn: Tồn bộ tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0).
- Các trường hợp dẫn của valve phụ thuộc vào góc điều khiển α. Gồm 3
vùng điều khiển:
• 0o < α < 60o:
- Trong vùng này có hai trạng thái kế tiếp
nhau đó là 3 valve dẫn → 2 valve dẫn.
Giai đoạn 3 valve dẫn dài 60o ÷ α,
giai đoạn 2 valve dẫn bằng chính α.
- Góc dẫn của valve λ = (180o – α),
valve ngắt khi điện áp pha nguồn = 0.

Hình 2.1 Biểu đồ mơ
phỏng van dẫn với α=30 o
- Vùng điều khiển này ln chỉ có 2

valve dẫn và khơng phụ thuộc vào
góc điều khiển α.
- Valve trong cùng nhóm (chẳn hoặc lẽ) thay nhau dẫn, valve sau mở thì
valve trước mới khóa lại.
Lúc đó góc dẫn của valve λ = 120o.
- Điện áp ra tải khơng cịn
đoạn bằng điện áp nguồn mà chỉ có thể = ½ điện áp dây.
Hình 2.2 Biểu đồ mơ phỏng


16

van dẫn với α=60 o
• 90o < α < 150o:


17

- Trong vùng điều khiển này có 2 trạng
thái thay thế nhau là 2 valve dẫn và
không valve nào dẫn.
- Valve không dẫn liên tục mà dẫn
thành 2 giai đoạn xen giữa một khoản
nghỉ.
- Valve ngắt dòng mỗi khi điện áp
dây nguồn về 0V.

Hình 2.3 Biểu đồ mơ phỏng van
dẫn với α=90 o


2.1.1: Tính tốn, thiết kế sơ đồ mạch lực
TT

Cơng suất (kW)

5

1,5

Điện áp định mức

Dịng điện định

Tốc độ định mức

(VAC)

mức (A)

(v/phút)

380

3,72

1400

Dòng điện mỗi pha của phụ tải:
Điện tở pha của tải :
-chọn van :

Chọn chỉ tiêu dòng van dựa vào trụ số trung bình (theo bảng 2.2 –
hướng dẫn thiết kế điện tử cơng suất) ta có:
1,026 (A).
Vậy cần chon thyristor với trị số dòng điện cỡ:
1,026 = 2,052 (A).


18

Chỉ tiêu điện áp:

Vậy chọn thyristor chịu được điện áp khoảng :
= 933.38 (v).
Từ các thông số trên ta chọn được van thyristor ( phụ lục 2 sách
thiết kế điện tử công suất ) T10-10 với thông số :

1200

10

(V)

(A)

0,075 3
(A) (V)

3

200


(mA) (V/ s )

40

70

(A/)

()

Bảng 2.1 thông số thyristor
Xác định công xuất R:
- Do loại valve này có du/dt = 1000 V/µs, nhưng valve làm việc ở điều
kiện khơng phải là lý tưởng, vì vậy ta chỉ chọn thơng số du/dt cho valve = 200
v/µs. Ta có:
=> C = 0,25 µF
=> R = 12 Ω
-Ta có cách đấu của mạch lực này là 6 thyristor đấu song song ngược
chiều
2.1.2: Tính tốn, lựa chọn các phần tử mạch lực
2.2: mô phỏng mạch lực
2.2.1: xây dựng mơ hình mơ phỏng


19

Hình2.4 Hình ảnh mơ phỏng mạch lực trên Psim

Hình2.5 Hình ảnh mô mạch lực trên matlab



20

2.2.2: kết quả mơ phỏng

Hình2.6 Kết quả mơ phỏng mạch lực trên Psim

Hình2.7 Kết quả mơ phỏng mạch lực trên matlab


21

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1: Tính toán, thiết kế mạch điều khiển
- Nhiệm vụ của từng khâu :
- Khâu đồng bộ:
định điểm gốc để tính góc điều khiển α, gọi là mạch đồng pha.
+ Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp van lực nhằm xác
thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo
điện áp tựa sau đó, gọi là mạch đồng bộ hay mạch xung nhịp.
Thực tế khâu này có quan hệ ảnh hưởng qua lại chặt chẽ với khâu tạo
điện áp tựa, nên trong một số trường hợp đơn giản, 2 chức năng trên được gộp
lại trong 1 mạch duy nhất , thông thường mạch đồng pha làm luôn chức năng
đồng bộ.
- Khâu tạo điện áp tựa: có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa (thường là dạng
điện áp răng cưa tuyến tính).
- Khâu so sánh: có nhiệm vụ là so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều
khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc). Tại thời
điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung ở đầu ra.

- Khâu tạo xung và khuếch đại xung: có nhiệm vụ tạo ra xung phù hợp
để mở thyristor. Xung để mở thyristor có yêu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng
để đảm bảo yêu cầu thyristor mở tức thời khi có xung điều khiển ( thường
gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật ); độ rộng xung lớn hơn
thời gian mở của thyristor; đủ công suất; cách ly giữa mạch điều khiển và
mạch động lực.
Thyristor chỉ được mở cho dịng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt
lên cực anode và có xung điện áp dương đặt vào cực điều khiển, sau khi
Thyristor đã mở thì xung điều khiển khơng cịn tác dụng nữa, dịng điện chạy
qua Thyristor do thơng số của mạch động lực quyết định và Thyristor sẽ khóa
khi dịng điện chạy qua nó bằng 0, muốn mở lại ta phải cấp xung điều khiển
lại.
Do đó, với điện áp hình sin, tùy thuộc vào thời điểm cấp xung điều khiển
mà ta có thể khống chế được dòng điện Thyristor. Để thực hiện được các đặc
điểm này ta có thể dùng 2 nguyên tắc sau:
- Nguyên tắc điều khiển ngang.