Mục lục
SVTH: Biện Đức Thắng i


MỤC LỤC

Phiếu đăng ký đề tài tốt nghiệp
Phiếu nhận xét và đánh giá của giáo viên hướng dẫn
Phiếu nhận xét và đánh giá của giáo viên phản biện
Lời cảm ơn
Lời nói đầu
Trang
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
CHƯƠNG II. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 4
2.1. Cấu tạo của máy điện một chiều…………………………………………… 4
2.1.1. Phần tĩnh hay stato …………………………………………………… 4
2.1.1.1. Cực từ chính………………………………………………………4
2.1.1.2. Cực từ phụ…………………………………………………………4
2.1.1.3. Gông từ………… ……………………….…. .………………… 4
2.1.1.4. Các bộ phận khác ………………………………… …………….4
2.1.2. Phần quay hay roto …………………………………… .……………….5
2.1.2.1. Lõi sắt phần ứng……………………………… ………………… 5
2.1.2.2. Dây quấn phần ứng………………………… ……………………5
2.1.2.3. Cổ góp ……………………………………………………………5
2.1.2.4. Các bộ phận khác…………………………………………………5
2.2. Các trị số định mức………………………………………………………… 6
2.3. Các phương pháp kích từ động cơ điện một chiều……………………. ……6
2.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ song song và độc lập…………… ……6
2.3.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ……………… ……………….7
2.3.3. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp…………………… ………….8
CHƯƠNG III. CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN 10

3.1. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển…………… …………………… 10
3.2. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn……………………………… 11
3.3. Chỉnh lưu tia ba pha điều khiển………………. ……………… ……… ….13
3.4. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển… ……………………………………….14
3.5. Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều .hiển……………………………………… 16
CHƯƠNG IV. BỘ BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU 18
Mục lục
SVTH: Biện Đức Thắng ii
4.1. Khái niệm ………………………………………… ……………………18
4.2. Nguyên lý hoạt động của bộ băm xung áp một chiều………………………18
4.2.1. Bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp ……………………… …18
4.2.1.1. Trị số trung bình của điện áp trên tải U
tb
. ……………… ……18
4.2.1.2. Sơ đồ thực tế của bộ băm xung áp dùng tiristor hoặc transistor 19
4.2.1.3. Dòng điện qua phụ tải i khi bộ băm làm hoạt động ở chế độ giảm
áp…………………………………………………………………………21
4.2.2. Bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ tăng áp …………… …25
CHƯƠNG V. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 27
5.1. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một hiều…… …………27
5.2. Động cơ điện kích từ song song hoặc độc lập…………… ………………28
5.2.1. Diều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Φ
………………… …29
5.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
trên mạch phần
ứng ……………………………………………………………………………30
5.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp ………… ……………30
5.3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ………………………………… 32

5.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Φ
…………………….33
5.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng .34
5.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp………………………….34
5.4. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp………………………………… 34
CHƯƠNG VI. GIỚI THIỆU LINH KIỆN CÔNG SUẤT 36
6.1. Diode công suất…………………………………………………………… 36
6.1.1. Cấu tạo ……………………… ………………………………………36
6.1.2. Nguyên lý hoạt động …………………………………………………37
6.1.3. Ứng dụng……………………………………………………………….39
6.2. Transistor công suất …………………… …………………………………39
6.2.1. Cấu tạo …………………………… ……………………… …………39
6.2.2. Nguyên lý hoạt động ……………… ……………………. ………….41
6.2.3. Ứng dụng của transistor công suất………………………………… …43
6.3. Transistor Mos công suất …………………………………………… … 43
6.4. Tiristor………………………………………………… ………………….44
6.4.1. Cấu tạo …………………………………… … ………………………44
6.4.2. Nguyên lý hoạt động………… …………………….…………………45
6.4.3. Ứng dụng ………………………… …………………… ………… 46
6.5. Op-amp…………………………………………………………… ………47
6.5.1. Nguyên lý của op-amp……… …………………………………………47
Mục lục
SVTH: Biện Đức Thắng iii
6.5.2. Sơ đồ khối của mạch op-amp………………… ………………… … 47
6.5.3. Các thông số của op-amp…………………………………. ………….48
CHƯƠNG VII. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 50
7.1. Yêu cầu điều khiển tốc độ ………………………………………………….50
7.1.1. Phạm vi điều tốc ………………… ……………………………………50
7.1.2. Hệ số trượt tĩnh ………………………………… …………………… 50

7.2. Cấu tạo hệ thống điều tốc mạch vòng kín và đặc tính tĩnh của nó………….52
7.3. So sánh đặc tính cơ hệ thống hở và kín…………………………………… 54
7.4 . Các bộ phận chủ yếu của hệ thống điều tốc có phản hồi và tính toán thiết kế
các tham số ở trạng thái ổn định………………………………………………… 55
7.4.1.Bộ khuếch đại thuật toán ……… …………………………… ………55
7.4.2. Thiết bị chỉnh lưu và phát xung tiristor bán dẫn ………………………56
CHƯƠNG VIII. THIẾT KẾ - THI CÔNG MÔ HÌNH 57
8.1. Hướng thiết kế ………………………………………… …………………57
8.1.1 Xử lý tín hiệu……………… .………………… ………………………57
8.1.2. Mạch tạo xung thay đổi theo tốc độ động cơ………………………… 59
8.1.3. Mạch tạo xung chuẩn………………………… ……………………… 60
8.1.4. Mạch so sánh độ rộng xung…………………………………………….60
8.1.5. Bộ phận điều khiển …………………………………………………….61
8.1.6. Bộ phận chấp hành……………………………… ……………………62
8.2. Các bộ nguồn ……………………… ………………………………………62
8.3. Mạch hoàn chỉnh……………………………………………………………64
8.4. Lựa chọn các linh kiện………………… …………………………………65
8.5. Tiến hành lắp ráp mạch ………………………………………… …………65
CHƯƠNG IX. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN - ĐÁNH GIÁ .66
9.1. Kết quả .……………………………………………………………………66
9.1.1. Khó khăn ………………………………………………………………66
9.1.2. Thuận lợi………………… ………………………………………… 66
9.2. Thảo luận…………………… …………………………………………….66
9.3 . Đánh giá……………… ………………………………………………….66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Chương I: Giới thiệu đề tài
SVTH: Biện Đức Thắng 1
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Ngày nay trong kỹ thuật điện chủ yếu người ta sử dụng dòng điện xoay chiều
nhưng dòng điện một chiều cũng được sử dụng rộng rãi vì dòng điện một chiều có
những ưu điểm mà khi giải quyết các nhiệm vụ thực tế các dòng điện khác không
thể thay thế đựợc. Thật vậy động cơ điện một chiều cho ta khả năng điều chỉnh tốc
độ một cách đều đặn và liên tục trong một phạm vi rộng, tạo ra moment khởi động
lớn, chính vì vậy nó được dùng để chế tạo đầu máy kéo của các phương tiện giao
thông bằng điện như tàu điện, tầu hỏa chạy điện, xe điện bánh hơi, tàu điện ngầm…
Dòng điện một chiều cũng còn đựơc sử dụng trong việc điện phân, mạ điện, đúc
điện, trong việc điều chỉnh tự động, khống chế và điều khiển… Máy điện một chiều
còn đựơc sử dụng trong ô tô, tàu thủy, máy bay, tên lửa…
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp là phương pháp chủ yếu được
dùng của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, điều chỉnh điện áp đầu vào
mạch roto đòi hỏi một nguồn điện một chiều phải điều khiển đựợc. Có ba loại
nguồn điện thường dùng như sau:
(1) Tổ máy chỉnh lưu kiểu quay: Dùng một tổ máy gồm động cơ điện xoay
chiều và máy phát điện một chiều để tạo ra nguồn điện một chiều điều khiển đựơc.
(2) Bộ chỉnh lưu tĩnh điều khiển được: Dùng bộ chỉnh lưu điều khiển tĩnh, ví dụ
như bộ chỉnh lưu tyristo để tạo ra nguồn điện một chiều điều khiển được.
(3) Bộ phát xung một chiều hoặc bộ biến đổi độ rộng xung: Dùng nguồn điện
một chiều điều khiển đựơc hoặc dùng nguồn điện chỉnh lưu không điều khiển đựợc
để cấp điện, lợi dụng bộ phát xung hoặc bộ biến đổi độ rộng xung để tạo ra điện áp
trung bình điều khiển đựợc.
Tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn này xin được nghiên cứu đề tài chính là hệ
thống “Bộ chỉnh lưu tyristo - động cơ (hệ thốngV-M)“.
Năm 1957, bóng bán dẫn tyristo (thường gọi là linh kiện chỉnh lưu silic điều
khiển) ra đời, đến thập kỷ 60, đã chế tạo được hàng loạt thiết bị chỉnh lưu tyristo
dẫn tới sự biến đổi căn bản về kỹ thuật nắn dòng, mở đầu bước vào thời đại bán dẫn
tyristo. Đến nay hệ thống điều chỉnh tốc độ tyristo - động cơ (gọi tắt là hệ thống V-
M, hay còn gọi là hệ thống Ward – Leonard tĩnh) đã trở thành hình thức chủ yếu
của hệ điều tốc một chiều.






Chương I: Giới thiệu đề tài
SVTH: Biện Đức Thắng 2









Hình 1.1

Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý đơn giản của hệ thống V- M, trong đó V là bộ
chỉnh lưu tyristo điều khiển, nó có thể là dạng một pha, ba pha, hoặc nhiều pha hơn,
dạng nửa chu kỳ hoặc dạng toàn chu kỳ, dạng điều khiển bán phần hoặc điều khiển
toàn phần, thông qua điều chỉnh điện áp khống chế của bộ phát xung GT để di trượt
vị trí phát xung, là có thể thay đổi điện áp chỉnh lưu U
d
, từ đó tiến hành điều chỉnh
tốc độ vô cấp (không có bước nhảy). So sánh với thiết bị chỉnh lưu kiểu tổ máy
quay thì thiết bị chỉnh lưu tyristo điều khiển không những có tính kinh tế và độ tin
cậy cao, mà còn thể hiện rõ tính ưu việt về mặt kỹ thuật.












Hình 1.2

Bộ chỉnh lưu tyristo điều khiển cũng có nhược điểm của nó. Đầu tiên là do tính
dẫn điện một chiều của bán dẫn tyristo, nó không cho phép dòng điện chạy ngược
chiều nên việc vận hành đảo chiều gặp khó khăn. Vì hệ thống V- M cấu thành từ
Chương I: Giới thiệu đề tài
SVTH: Biện Đức Thắng 3
mạch điện chỉnh lưu điều khiển bán phần chỉ cho phép vận hành trong một góc tọa
độ (hình 1.2 a), mạch điện chỉnh lưu điều khiển toàn phần có thể thực hiện nhờ
nghịch lưu, cho phép động cơ làm việc ở trạng thái phanh đảo chiều, vì thế có thể
cho phép vận hành ở góc tọa độ thứ hai (hình 1.2 b). Lúc bắt buộc phải vận hành ở
cả bốn góc tọa độ (hình 1.2 c) đành phải sử dụng mạch điện chỉnh lưu khống chế
toàn phần, thiết bị biến dòng kèm theo phải tăng gấp đôi.
Một nhược điểm khác của bán dẫn tyristo là các chi tiết đều rất nhạy cảm với trị
số quá định mức của các đại lượng như điện áp, dòng điện, tỷ số du/dt, di/dt, mà bất
kỳ trị số nào trong số đó nếu vượt quá trị số cho phép trong khoảng thời gian ngắn
đều có thể làm hỏng linh kiện, thiết bị. Vì vậy bắt buộc phải có đủ thiết bị bảo vệ tin
cậy và có điều kiện tản nhiệt phù hợp yêu cầu; hơn nữa, khi tuyển chọn linh kiện
cần phải có lượng dư đủ lớn. Chỉ cần chất lượng linh kiện “ qua cửa kiểm tra chất
lượng “, trang thiết bị thiết kế phù hợp, trang bị bảo vệ đầy đủ thì việc vận hành
thiết bị bán dẫn tyristo sẽ rất tin cậy; nếu không được như thế ắt sẽ xảy ra sự cố, làm

cho việc vận hành càng thêm rất rối.
Điều cuối cùng là, khi hệ thống ở vào trạng thái điều khiển sâu, tức là khi vận
hành ở vận tốc tương đối thấp, góc mở của tyristo rất lớn, hệ số công suất của hệ
thống rất thấp, đồng thời sinh ra dòng điện hài cao tần làm cho sóng điện áp mạng
điện bị biến dị, làm nhiễu các thiết bị điện liền kề. Nếu thiết bị điều khiển tốc độ
bán dẫn tyristo có dung lượng khá lớn trong mạng điện thì sinh ra tổn hao công suất
không nhỏ. Trong trường hợp đó buộc phải lắp đặt thêm thiết bị bù vô công và lọc
sóng hài.

Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 4


CHƯƠNG II
ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1. Cấu tạo của máy điện một chiều
2.1.1. Phần tĩnh hay stato
2.1.1.1. Cực từ chính
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện hay thép cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ
có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn
kích từ đựợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách
điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn
dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối mối nối tiếp nhau.
2.1.1.2. Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.
Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt
dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ
máy nhờ những bulông.

2.1.1.3. Gông từ
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc, có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ.
2.1.1.4. Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có:
- Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp
máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm
bằng gang.
- Cấu tạo chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi
than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xò tì chặt lên cổ góp.
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có
Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 5

thể quay đựợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong
thì dùng vít cố định chặt lại.
2.1.2. Phần quay hay roto
2.1.2.1. Lõi sắt phần ứng
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện
(thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để
giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau
khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
Trong những máy cở trung trở lên, người ta còn dập lỗ thông gió để khi ép
lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những máy điện hơi lớn thì lõi sắt thường chia rãnh từng đoạn nhỏ.
Giữa các đoạn ấy có một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc
gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn lõi sắt.
Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng đựơc ép trực tiếp vào trục. trong máy

điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto. Dùng giá roto có thể tiết kiệm thép kỹ
thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng roto.
2.1.2.2. Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện
nhỏ (công suất dưới vài kilôoát) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện
vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận
với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlít.
2.1.2.3. Cổ góp
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều.
Cổ góp gồm có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp
mica dày 0,4 mm đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng
hai vành óp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành óp và trụ tròn cũng cách điện bằng
mica. Đuôi vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của phần tử dây quấn
vào các phiến góp đựơc dễ dàng.
2.1.2.4. Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có:
Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 6

- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường
chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió, cánh quạt lắp trên trục
máy. Khi máy quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực
từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép cácbon tốt.
2.2. Các trị số định mức

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều
kiện mà xưởng chế tạo qui định. Chế độ đó đựơc đặc trưng bằng những đại lượng
ghi trên nhãn máy và gọi là những lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi
những đại lượng sau:
Công suất định mức P
đm
(kw hay w);
Điện áp định mức U
đm
(v);
Dòng điện định mức I
đm
(A);
Tốc độ định mức n
đm
(vg/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số
liệu về điều kiện sử dụng…
Cần chú ý là công suất định mức ở đây là chỉ công suất đưa ra của máy điện.
Đối với máy phát điện, đó là công suất điện đưa ra ở đầu cực máy. Đối với động cơ
điện, thì đó là công suất cơ đưa ra ở đầu trục.
2.3. Các phương pháp kích từ động cơ điện một chiều
2.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ song song và độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ song song được mắc theo sơ đồ hình 2.1, ở
đây R
mở
là điện trở mở máy, R
đc
là điện trở điều chỉnh của cuộn dây kích từ. Nếu
các cuộn dây kích từ và điện trở điều chỉnh được mắc với nguồn ngoài thì ta có

động cơ điện kích từ độc lập.







Hình 2.1
U
mo
R
dc
R
−−
M
A
V
u
I
kt
I
Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 7

Một trong các đặc tính quan trọng của động cơ là đặc tính cơ học, nó cho biết
mối quan hệ giữa tốc độ quay n và moment quay điện từ M
dt
của động cơ khi giữ
điện áp và điện trở mạch kích không đổi. Đường đặc trưng này được xác định bằng

thực nghiệm.
Quan hệ giữa tốc độ quay n và moment quay M
dt
có thể tìm được từ công
thức:

dt
u
M
Ck
R
C
U
n
2
Φ
−
Φ
=
Ở động cơ điện kích từ song song hay kích từ độc lập từ thông
Φ
coi như
không đổi khi phụ tải thay đổi nên moment quay tỷ lệ với dòng điện phần ứng, do
đó mối quan hệ n – M
dt
là quan hệ đường thẳng. Tuy vậy khi phụ tải tăng và mạch
từ đã bão hòa từ do tác dụng của phản ứng phần ứng nên từ thông
Φ
trong thực tế
có bị giảm đi ít nhiều do đó đường đặc tính cơ của động cơ có dạng như ở hình 2.2

(đường 1). Tốc độ quay của động cơ kích từ song song hay độc lập có thể điều
chỉnh một cách tốt nhất bằng cách điều chỉnh điện trở điều chỉnh R
dc
để thay đổi từ
thông
Φ
của máy. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay của động cơ
một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng










Hình 2.2

Chú ý: đối với động cơ kích từ độc lập hay song song khi chạy non tải hay
chạy không, nếu mạch kích từ bị đứt thì rất nguy hiểm vì khi đó từ thông
Φ
trong
máy rất nhỏ (chỉ do từ dư của máy tạo ra) động cơ sẽ đạt đến tốc độ quay rất lớn có
thể phá hỏng máy.
2.3.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cuộn dây kích từ được ghép nối
tiếp với phần ứng hình 2.3, do vậy từ thông của động cơ sẽ thay đổi cùng với sự
n

dt
M
dm
M%25
Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 8

thay đổi phụ tải và cuộn dây kích từ của máy thường có điện trở nhỏ, có ít vòng và
tiết diện dây lớn. Đối với loại động cơ này ta có:


Ở đây R
kt
là điện trở cuộn dây kích từ. Trên hình 2.4 là đường đặc trưng tốc
độ quay của động cơ kích từ nối tiếp. Ta thấy rằng tốc độ quay của động cơ phụ
thuộc rất mạnh vào phụ tải. Khi tăng phụ tải độ sụt áp trên điện trở của các cuộn dây
(
)
ktuu
RRI
+
tăng lên, đồng thời từ thông của máy cũng tăng do đó làm giảm rõ rệt
tốc độ quay của động cơ. Đó chính là đặc điểm của động cơ kích từ nối tiếp. Loại
động cơ này mang phụ tải nhỏ (bé hơn 25 % phụ tải định mức) hay chạy không là
rất nguy hiểm vì nó sẽ đạt đến tốc độ rất lớn và bị phá hủy do lực quán tính li tâm.
Người ta có thể điều chỉnh tốc độ quay của loại động cơ này bằng cách thay
đổi từ thông trong máy hoặc biến đổi điện áp đặt vào động cơ.












Hình 2.3 Hình 2. 4
2.3.3. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Trên hình 2.5 là sơ đồ cách mắc động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
Trên mỗi cực từ của đông cơ có các cuộn dây kích từ song song và nối tiếp. Các
cuộn dây này được mắc như thế nào để từ thông của chúng có thể tăng cường lẫn
nhau hay khử nhau. Phương trình vận tốc quay và moment quay của động cơ được
biểu diễn như sau:

( )
ntss
uu
C
RIU
n
Φ±Φ
−
=

(
)
ntssu
kIM

Φ
±
Φ
=

(
)
Φ
+
−
=
C
RRIU
n
ktuu
mo
R
A
−−
M
I
U
u
I
nM ,
M
n
Chương II: Đại cương về máy điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 9














Hình 2.5

Ở đây
ss
Φ
là từ thông do cuộn dây kích từ song song tạo ra;
nt
Φ
là từ thông
do cuộn dây kích từ nối tiếp tạo ra; dấu (+) khi các từ thông này tăng cường lẫn
nhau và dấu (-) trong trường hợp ngược lại.
Tùy thuộc vào tỷ số của hai từ thông này mà tính chất của động cơ gần với
động cơ kích thích song song hay nối tiếp. Nói chung ở động cơ kích từ hổn hợp thì
cuộn dây kích từ song song là cuộn dây chính còn cuộn dây kích từ nối tiếp là cuộn
dây phụ. Nhờ từ thông của cuộn dây kích từ song song mà tốc độ quay của động cơ
này không thể tăng quá lớn khi mang phụ tải hay khi chạy không.

U

A
dc
R
mo
R
kt
I
−−
M
u
I
Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 10

CHƯƠNG III
CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN
Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều. Bộ chỉnh lưu đựơc áp dụng làm nguồn điện áp một chiều; làm nguồn điện
một chiều có điều khiển cấp cho cho các thiết bị mạ, thiết bị hàn một chiều; nguồn
điện cho các truyền động động cơ điện một chiều; nguồn cung cấp cho mạch kích từ
của máy điện một chiều hoặc máy điện đồng bộ. Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển
đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa (HVDC). Bộ chỉnh lưu
còn tạo thành một bộ phận trong thiết bị biến tần, cycloconverter dùng trong truyền
động động cơ điện xoay chiều.
Do không có điều kiện nghiên cứu sâu nên trong phạm vi cho phép; trong
chương này chỉ đưa ra sơ đồ, dạng sóng và biểu thức của các sơ đồ chỉnh lưu.
3.1. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển:
Sơ đồ mạch và dạng sóng như hình 3.1. Mạch bán điều khiển là trong mạch sử
dụng cả diode và tiristor. Mạch chỉnh lưu ở đây nhánh trên sử dụng tiristor và diode
nhánh dưới, đặc biệt trong mạch có sử dụng một diode nối song song với tải gọi là

diode không (hay còn gọi là diode chuyển mạch hoặc diode hoàn năng lượng).
Ở bán kỳ dương T
1
, D
4
dẫn T
3
, D
2
tắt. Trên tải có dòng chạy qua.
Ở bán kỳ âm T
3
, D
2
dẫn T
1
, D
4
tắt. Trên tải có dòng chạy qua.
Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu trên tải được tính:


( )
α
ππ
π
α
cos1sin
2
2

+==
∫
m
md
U
xdxUU
Sơ đồ:






Hình 3.1 a
N

U
2

U
1

1
Taûi điện

caûm
D
2
T
1


i
s

D
4
T
3
I
L
U
L

Tải

Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 11
Dạng sóng:



















Hình 3.1 b
3.2. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hồn tồn:
Sơ đồ mạch và dạng sóng như trên hình 3.2. Mạch cầu sử dụng bốn tiristor
được kết nối như hình 3.2 a. Để tiristor dẫn khi có áp khóa đặt trên nó đồng thời
phải có xung kích vào ngõ điều khiển. Ở đây góc kích được xác định từ khi có áp
khóa đặt trên tiristor đến khi xuất hiện xung kích.
Đối với tải có tính chất điện cảm tương đối lớn thì dòng trên tải là liên tục.
Theo sơ đồ mạch:
+ Ở bán kỳ dương áp đặt trên T
1
,

T
4
dương, sau khoảng góc kích
α
đồng thời
vào ngõ điều khiển T
1
, T
4
thì T
1
,T

4
dẫn. Do tải có tính chất điện cảm, khi áp nguồn
chuyển sang bán kỳ âm T
1
, T
4
vẫn còn dẫn đến khi chuyển mạch T
2
, T
3
dẫn. khi đó
trên tải có xuất hiện điện áp âm.
+ Tương tự bán kỳ âm và sau góc kích
α
thì T
2
, T
3
dẫn ( khi đó T
1
, T
4
vừa
tắt) và dẫn thêm một đoạn khi nguồn chuyển sang bán kỳ dương.
Dòng nguồn xoay chiều


Điện áp
dưới
c

ủa tải so
với N
Dòng trên điôt chuyển mạch



Dòng tải

V
tb

Xung mối cực điều khiển


Điện áp tải



U
2
Điện áp trên

của tải so với N

U
1
U
L
I
L

i
1,4

i
2,3
U
1
i
D
Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 12
Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải được tính:
α
ππ
απ
α
cos
2
sin
2
2
m
md
U
xdxUU ==
∫
+

Sơ đồ:







Hình 3.2 a
Dạng sóng:


















Hình 3.2 b
N

U
2


U
1

T
2

T
1

i
s
T
4

TẢI

T
3

I
L
U
L


Đi
ên áp trên tiristor

Dòng Đi

ên nguồn




Điện áp dưới

của tải so với N

Dòng Đi
ên qua



cac t
iristor

Dòng tải

U
tb
Xung mối cực

điều khiển

Điện áp tải



Điện áp trên


của tải so với N

1
U
2
U
L
U
L
I
4,1 TT
i
3,2 TT
i
s
i
T
U
Tải điện cảm

Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 13
3.3. Chỉnh lưu tia ba pha điều khiển:
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha là sơ đồ cơ bản của nhiều bộ chỉnh lưu nhiều
pha. Chu kỳ của điện áp chỉnh lưu tức thời của bộ chỉnh lưu nhiều pha nhỏ hơn chu
kỳ của bộ chỉnh lưu một pha. Bộ chỉnh lưu hình tia ba pha gồm nguồn ba pha, mỗi
pha của nguồn được nối với tải qua một tiristor, các pha lệch nhau một góc 120
0
.

Chỉnh lưu làm việc bằng cách chỉ cho một tiristor dẫn ở mọi thời điểm, là
tiristor nối với pha nguồn có trị số tức thời lớn nhất. Ví dụ khi u
1
là pha có điện áp
dương nhất đồng thời có xung kích thì T
1
dẫn điện, nhưng khi u
2
trở nên dương hơn
u
1
dòng điện tải chuyển từ T
1
sang T
2
. Điện áp u
T
của tiristor trở nên âm ngay sau
khi u
1
có trị số tức thời nhỏ hơn u
2
, do đó T
1
tắt. Do đó sự chuyển mạch chỉ xảy ra
khi có áp khóa đặt trên nó và có xung kích đưa vào. Giá trị góc kích được xác định
khi pha có điện áp dương nhất đến khi có một xung kích vào ngõ điều khiển của
tiristor.
Lưu ý khoảng thay đổi của góc kích là (0 – 180
0

). Với tải có tính chất điện
cảm và góc kích
α
> 30
0
điện áp ra tức thời sẽ âm trong một số khoảng và sẽ ngưng
dẫn khi tiristor của pha khác dẫn.
Điện áp trung bình chỉnh lưu trên tải được tính:

mmd
UxdxUU
ππ
α
π
α
π
2
33
sin
2
3
6
5
5
==
∫
+
+

Sơ đồ:












Hình 3. 3 a


2
U
1
U
N
3
T
2
T
1
T
L
i
Load
3
U

L
U
Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 14
Dạng sóng:















Hình 3.3 b
3.4. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển
Chỉnh lưu cầu ba pha là chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Một chỉnh lưu ba pha nửa
chu kỳ cung cấp cho tải, dòng điện trở về theo một trong ba dây qua bộ chỉnh lưu
nửa chu kỳ khác. Mạch hoạt động ở tại một thời điểm có hai tiristor cùng dẫn. Ta
phân mạch thành hai nhánh, ở nhánh trên pha nguồn nào có điện áp dương nhất thì
tiristor pha đó dẫn khi có xung kích và kết hợp với nhánh dưới pha nguồn nào có
điện áp âm nhất thì tiristor pha đó dẫn.
Giả sử khi u
a

là điện áp pha dương nhất T
1
dẫn, khi đó ở thời điểm đầu u
b
là
điện áp pha âm nhất T
6
dẫn và dẫn tới khi điện áp pha u
c
âm hơn thì dòng điện trong
T
6
được chuyển nạch qua T
2
.
Tương tự cho các chuyển mạch còn lại, ta thấy mỗi tiristor dẫn dòng tải trong
một phần ba chu kỳ. Điện áp tải có tổng đập mạch bậc sáu và giá trị tức thời cực đại
của nó bằng điện áp dây. Chú ý là hiện tượng chuyển mạch xảy ra khi có áp khóa
đặt trên nó và phải có xung kích.
Giống như các bộ chỉnh lưu có điều khiển trước, người ta điều chỉnh điện áp
trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở
α
.
Với góc kích tương đối lớn thì điện áp trên tải có một số đoạn âm.
α

α

i
L


α

U
1

U
2

U
3

i
1

i
2

i
3

U
T

U
tb

U
L


max
3U

Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 15
Điện áp trung bình chỉnh lưu trên tải được tính:

( )
[ ]
α
ππ
α
π
α
π
cos
33
120sinsin
2
6
0
2
6
mmd
UdxxxUU =−−=
∫
+
+

Mạch nguyên lý và dạng sóng dòng điện được biểu diễn:

Sơ đồ:







Hình 3.4 a
Dạng sóng:















Hình 3.4 b
U
dây(max)
i
L


T
5

T
3

T
1
i
4
u

b

u

c

u

a

i
1

T
4

T

6

T
2
u
L

Load

i
a
.
α

α

t.
ω
θ
=
3
u
1
u
2
u
L
u

U

L
U
tb
i
1
i
4
i
a

Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 16
3.5. Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển
Mạch chỉnh lưu sử dụng cả diode và tiristor, nhánh trên dùng tiristor có góc
kích điều khiển, nhánh dưới dùng diode. Đặc biệt dùng diode không nối đối song
với tải làm cho điện áp tải không đổi chiều và sẽ có một số đoạn bằng không khi
góc kích tương đối lớn.
Nhánh trên chuyển mạch phụ thuộc vào điện áp và xung kích, nhánh dưới thì
pha nguồn nào có điện áp âm nhất thì diode trên pha đó dẫn.
Điện áp trung bình chỉnh lưu trên tải:

( ) ( )
( ) ( )
( )
α
π
α
π
π
α

π
π
π
α
π
π
α
π
α
π
π
cos1
2
33
120cos360cos3
2
3
2
3
6
5
2
00
2
6
2
6
6
5
2

+=










−+−=










−+−=
∫∫
∫ ∫
+
+
+
+
m

mm
cabad
U
dxxUdxU
dxuudxuuU


Sơ đồ:









Hình 3.5 a




T
1

U
a

U
b

U
c
i
4

D
4

i
1

i
a

i
L

T
5
T
3

D
6
D
2
Load

U
L

Chương III: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
SVTH: Biện Đức Thắng 17
Dạng sóng:



















Hình 3.5 b

α

Upha (max)
u
a
U

b
U
c

α

i
a
i
1
i
4
u
L
u
dây(max)
u
tb
Chương V: Điều khiển động cơ điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 27

CHƯƠNG V
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
5.1. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều
Đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều có thể suy ra từ biểu thức:

Φ
−
=
Φ

=
e
uu
e
C
RIU
C
E
n
và vì M= C
M
I
ư,
biểu thức trên có thể viết dưới dạng :

2
Φ
−
Φ
=
eM
u
e
CC
MR
C
U
n
(1)




a) b)





Hình 5 .1

Trong truyền động điện một vấn đề tương đối quan trọng được đặt ra là phải
phối hợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của máy công
tác. Tuỳ theo tính chất của truyền động điện có thể có những yêu cầu khác nhau đối
với động cơ điện, thí dụ tốc độ không thay đổi hoặc thay đổi nhiều khi moment cản
thay đổi và để thoã mãn những yêu cầu đó cần phải dùng các loại động cơ điện khác
nhau có đặc tính cơ thích hợp.
Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và của tải còn phải sao cho
luôn đảm bảo tính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng như quá
trình quá độ, thí dụ như khi điều chỉnh tốc độ. Để nghiên cứu điều kiện làm việc ổn
định của hệ truyền động, ta xét đặc tính M = f(n) của động cơ điện và M
c
= f(n) của
tải trình bày trên hình 5.1.
0

p

M

n


M

Mc

n
∆
lv
n
0

p

M

M

n

Mc

n
∆
te
c
CM =
lv
n
Chương V: Điều khiển động cơ điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 28

Cũng như vậy, khi xảy ra sự giảm tốc độ đột nhiên M
c
< M động cơ điện
đựơc gia tốc và đạt tốc độ làm việc. Đây là trường hợp động cơ làm việc ổn định và
từ hình vẽ đó ta thấy điều kiện làm việc ổn định của động cơ điện như sau:

dn
dM
dn
dM
c
<
Ngược lại, nếu M = f(n) và M
c
= f(n) có dạng như hình 5.1 b thì việc tăng tốc
độ đột nhiên sẽ khiến cho động cơ điện có moment gia tốc dương làm cho tốc độ
tiếp tục tăng mãi, hoặc sự giảm tốc độ sẽ đưa lại hậu quả làm cho tốc độ tiếp tục
giảm. như vậy là truyền động điện làm việc không ổn định ứng với điều kiện:

dn
dM
dn
dM
c
>

Từ biểu thức (1) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một
chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các dại lượng
Φ
, R

ư
và U.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
Φ
được áp dụng tương
đối phổ biến, có thể thay đổi tốc độ đựơc liên tục và kinh tế. Trong quá trình điều
chỉnh hiệu suất
te
C≈η
vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch kích thích
có công suất nhỏ so với công suất động cơ. Cần chú ý rằng, bình thường động cơ
làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (
max
Φ
=
Φ
) nên chỉ có thể điều
chỉnh theo chiều hướng giảm
Φ
tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định
mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều
quay của máy.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng để tăng R
ư
chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay
định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu
suất của động cơ điện. Chính vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện
có công suất nhỏ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho

phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp
hơn điện áp định mức của động cơ điện. phương pháp này không gây thêm tổn hao
trong động cơ điện, nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh được.
Sau đây ta xét đặc tính cơ và cách điều chỉnh tốc độ của từng loại động cơ
điện.
5.2. Động cơ điện kích từ song song hoặc độc lập
Với những điều kiện U = C
te
, I
t
= C
te
khi M (hoặc kI
ư
) thay đổi, từ thông
Φ
của động cơ điện cũng hầu như không đổi, nên biểu thức (1) có thể viết dưới
dạng:

k
MR
nn
u
−=
0
(2)
Chương V: Điều khiển động cơ điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 29









Hình 5. 2
Và đặc tính cơ của động cơ điện kích từ song song là một đường thẳng như
trình bày trên hình 5.3. Đường đặc tính cơ đó ứng với trường hợp trên mạch phần
ứng không có điện trở phụ và đựơc gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Do R
ư
rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức tốc độ giảm rất ít
(khoảng 2- 8% tốc độ định mức) cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích từ song
song được dùng trong trường hợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi ( máy
cắt kim loại, quạt,…).
5.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Φ

Nếu tăng điện trở r
đc
trên mạch kích từ ứng với các trị số khác nhau của điện
trở kích thích ta có các đặc tính cơ tương ứng như trình bày trên hình 5.3. Các
đường đó có n
0
lớn hơn n
0đm
và có độ nghiêng khác nhau và sẽ giao nhau trên trục
hoành tại điểm ứng với dòng điện rất lớn
u

u
R
U
I = theo điều kiện n = 0 của các biểu
thức 1 hoặc 2. Đuờng thấp nhất trên hình ứng với từ thông
dm
Φ
. Giao điểm của
đường moment cản tải M
c
= f(n) với các đuờng trên cho biết tốc độ xác lập ứng với
các trị số khác nhau của từ thông.








Hình 5.3
0

M( I
ư
)

'
0
n

''
0
n
'''
0
n
đm
n
0
'''
δ
Φ
''
δ
Φ
'
δ
Φ
'
đm
Φ
M
đm
(I
ưđm
)

n

)

(
udm
I

0

n

M(I
ư
)
n
∆
dm
M
0
n
Chương V: Điều khiển động cơ điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 30
Do điều kiện đổi chiều, các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh
tốc độ quay bằng phương pháp này trong giơi hạn 1: 2. Cũng có thể sản xuất những
động cơ giới hạn điều chỉnh 1: 5 thậm chí đến 1:8 nhưng phải dùng những phương
pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá
thành của máy tăng lên.
5.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
trên mạch phần
ứng
Khi thêm điện trở phụ R
f

vào mạch phần ứng, thì biểu thức (2) trở thành:

(
)
k
MRR
nn
fu
+
−=
0












Hình 5.4
Hình 5.4 trình bày các đặc tính cơ ứng với các trị số khác nhau của R
f
trong
đó ứng với R
f
= 0 là đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy rằng nếu R

f
càng lớn đặc tính cơ
sẽ có độ dốc càng cao và do đó càng mềm hơn, nghĩa là tốc độ quay sẽ thay đổi
nhiều khi tải thay đổi. Cũng như trên, giao điểm của những đường đó với đường M
0

= f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ
R
f
.
5.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Phương pháp này chỉ áp dụng được với động cơ điện một chiều kích từ đôc
lập hoặc động cơ điện kích từ song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập. Việc
cung cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập được
thực hiện trong kỹ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát – động cơ có sơ đồ
nguyên lý trình bày trên hình 5.5. Khi thay đổi U ta có một họ đặc tính cơ có cùng
một độ dốc ( hình 5.6): đường 1 ứng với U
đm
, đường 2, 3 ứng với U
đm
> U
2
> U
3
.
0

R
f2
M

dm
(I
ưđm
)
R
f3
n

n
0
R
f
= 0
n

R
f1
R
f
< R
f1
<R
f2
<R
f3

Chương V: Điều khiển động cơ điện một chiều
SVTH: Biện Đức Thắng 31
Nói chung vì không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh
tốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong một

phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của phương pháp này là lúc điều chỉnh tốc độ, moment
không đổi vì
Φ
và I
ư
đều không đổi. Sở dĩ I
ư
không đổi là vì khi giảm U, tốc độ n
giảm làm E cũng giảm nên:

te
u
u
C
R
EU
I ≈
−
=










Hình 5.5












Hình 5. 6
Ngày nay, tổ máy phát – động cơ thuờng dùng trong các máy cắt kim loại và
máy các thép lớn để đưa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1:
10 hoặc hơn nữa.
KT
đc
KT
mp
T

ĐC
p

M

ĐC
2

1


4

n
02
n
01
0

n
03
M
đm

(I
đm
)
3

n

n
04
(U
đm
)
M(I)