Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

Đồ án môn học

H

R

Sinh viên thực hiện :
L

1. Trần Trờng Xuân
2. Trần Thị Yến

Ld
Rd

Lớp
Khoá học
Ngành đào tạo
Tên đề tài:

: ĐK6- TĐH ( 112081 )
: 2008-1012
: Tự động hóa

Thiết kế chế tạo mạch xung áp một chiều

Số liệu cho trớc:
- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xởng thực tập, thí nghiệm điện
- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.
Nội dung cần hoàn thành:
1.
2.
3.
4.

Lập kế hoạch thực hiện
Phân tích một số sơ đồ mạch xung áp và các nguyên tắc điều khiển
Thiết kế, chế tạo mạch xung áp một chiều đảm bảo yêu cầu:
Cấp điện cho Động cơ DC có các thông số Uđm = 220VDC, I = 2,65A
Có đảo chiều quay động cơ.
Bảo vệ quá dòng điện, quá nhiệt độ cho phần tử công suất
Kiểm tra chạy thử sản phẩm.
Sản phẩm của đề tài đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật. Quyển thuyết minh và các
bản vẽ A0, Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài.
5. Trình bày quyển thuyết minh theo yêu cầu: font times new roman; lề phải
2.5cm; lề trái 3cm; cách trên 2cm, cách dới 2cm; đề mục các chơng (phần) chữ viết
hoa cỡ 13, các đề mục chính chữ thờng in đậm, nội dung chính chữ 14. Cấu trúc
thuyết minh theo yêu cầu hiện hành của bộ môn.

Giáo viên hớng dẫn:
1. Nguyễn Đình Hùng

Ngày giao đề tài: 05-04-2010
Ngày hoàn thành:


Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS
Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

NHẬN xÐt CỦA GIÁO VI£N HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
Hưng Yªn, Ngày….th¸ng…..năm 2010
Gi¸o Viªn Hướng Dẫn

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

Nguyn ình Hùng

Mục lục
Nội dung

Trang

A. cơ sở lý thuyết
Chng I : Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều
Chng II: Vài nét tổng quan về máy điện 1 chiều
2. 1. Cấu tạo của máy điện một chiều.
2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.

2. 3. Phân loại các động cơ điện 1 chiều.
2. 4. Các đại lợng định mức.
2. 5. Đặc tính làm việc của động cơ điện kích từ độc lập
2.5.1. Đờng đặc tính cơ

2.5.2. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập
2.5.3.Các chế độ làm việc của động cơ

Chng III: Gii thiu v b bm xung ỏp 1 chiu
3.1 B bm xung ỏp mt chiu
3.2. Gii thiu chung
3.3. Nguyờn tc hot ng ca b bm xung ỏp mt chiu lm
vic ch gim ỏp
Chng IV: Gii thiu v cỏc linh kin c s dng trong mch
4.1. Gii thiu chung v cỏc linh kin
4.2. Chớp vi x lý 89C51
4.3. Mt s linh kin khác c s dng trong mch
4.4. Gii thiu v IGBT
Chng V: S nguyên lý v hot ng các khi trong mch
Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS

Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

5.1.

Khối nguồn

5.2.

Khối tạo tin hiệu điều khiển(mạch vi xử lý)

5.3. Khối c¸ch li, khuyếch đại điện ¸p
5.4. Khối c«ng suất
B-TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
C-MÃ CODE CHƯƠNG tR×nh
D-KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt


Lời nói đầu

N

gày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng và không thể
thiếu trong quá trình phát triển kinh tế quc dõn. Trong những thành tựu
khoa học kỹ thuật phục vụ công cuộc phát triển đất nớc thành công,
phải kể đến cả những đóng góp của ngành tự động hoá trong cả đời sống, cũng nh
trong sản xuất công nghiệp mà Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài
toán kĩ thuật phức tạp trong lĩnh vực tự động hóa. Việc ứng dụng điện tử công suất
vào truyền động điện điều khiển tốc độ động cơ trong các xí nghiệp công nghiệp
hiện đại ngày càng nhiều và không thể thiếu. Một trong những ứng dụng của TCS
trong sản xuất công nghiệp là điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ băm
xung một chiều có đảo chiều theo nguyên tắc đối xứng.
Trong quỏ trỡnh hc tp ti trng i hc s phm k thut Hng Yờn
nhng kin thc c bn v chuyờn ngnh ó c cỏc Thy,cụ trong khoa in
t nhit tỡnh ging dy. ng thi c s hng dn ca thy: Nguyn
ình Hùng chỳng em ó thit k xây dng lờn "mch xung áp một chiều
iu khin ng c,cú o chiu quay . Sau mt thi gian tp trung nghiờn
cu, tỡm tũi, hc hi, c bit di s ch bo, hng dn nhit tỡnh ca thy:
Nguyn ỡnh Hựng cựng cỏc thy cụ trong khoa ó giúp , to iu kin
cho chúng em hon thnh ỏn môn hc ny.
Chỳng em xin chân thnh cm n thy giáo: Nguyn ình Hùng, cùng
các thy, cô giáo đã giúp chúng em hon thnh án môn hc ny!
Nhóm sinh viên thc hin

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:



Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

A C S L THUYT
Chng I:GII THIU CHUNG V MY IN 1 CHIU
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện 1 chiều vẫn đợc coi là một loại máy
quan trọng, không thể thiếu. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay
dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều giữ một vị trí nhất
định nh trong công nghiệp giao thông vận tải, và ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay
liên tục trong phạm vi rộng (nh trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...).
Một động cơ điện một chiều có giá thành đắt hơn các động cơ không đồng bộ hay các
động cơ xoay chiều khác do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp
phức tạp hơn ... nhng do những u điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn đóng vai trò
không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy
phát điện tuỳ theo những điều kiện làm việc khác nhau. Song u điểm lớn nhất của động cơ
điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu nh bản thân động cơ không
đồng bộ không thể đáp ứng đợc hoặc nếu đáp ứng đợc thì phải chi phí các thiết bị biến đổi
đi kèm (nh bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều
chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời
lại đạt chất lợng cao.
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ khoảng 75% ữ 85%, động cơ điện có
công suất trung bình và lớn khoảng 85% ữ 94%. Công suất lớn nhất của động cơ điện một
chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V. Hiện nay, hớng

phát triển là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế
tạo những máy có công suất lớn hơn. Với trình độ hiểu biết còn hạn chế, quyển đồ án
môn học này chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ (
có đảo chiều quay ) .

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

CHNG II: VI NẫT TNG QUAN V MY IN MT
CHIU
2.1. Cấu tạo của máy điện một chiều.
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân tích thành 2 phần chính là phần
tĩnh và phần quay.
a. Phần tĩnh (stato): Là bộ phận đứng yên của máy gồm các bộ phận chính
sau:
- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trờng 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 cacbon ghép lại. Trong máy điện nhỏ, có thể
dùng thép khối. Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng có bọc cách
điện.

- Cực từ phụ: đợc đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thờng đợc làm bằng thép khối. Dây quấn của cực từ
phụ giống nh dây quấn của cực từ chính.
- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
- Các bộ phận khác: nắp máy, cơ cấu chổi than
b. Phần động (roto): gồm có những bộ phận sau:
- Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thờng dùng bằng những lá thép kỹ
thuật điện có phủ cách điện mỏng 2 mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng
điện xoáy gây nên.
- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sc in ng và có dòng điện chạy
qua. Dây quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ, dây quấn phần ứng có tiết diện tròn còn trong máy
điện cỡ trung bình và lớn, dây quấn phần ứng có tiết diện hình chữ nhật.
- Cổ góp: còn đợc gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều
dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

- Các bộ phận khác gồm có: cánh quạt, trục máy


2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ: Khi đặt
vào trong từ trờng một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trờng
sẽ tác dụng một từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyển
động. Chiều của từ lực đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích ở Stato, trong khe hở
không khí sẽ sinh ra từ thông. Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây
phần ứng đặt trong roto, thì dới tác dụng của từ trờng này trong dây quấn sẽ
sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay. Vì vậy, chiều quay của máy
trùng với chiều quay của momen điện từ. Theo quy tắc bàn tay trái, momen
điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái và
lực điện từ có giá trị f = B.l.i
2.3. Phân loại các động cơ điện 1 chiều.
Tuỳ theo cách kích thích từ của động cơ, mà ngời ta phân các loại động cơ điện
một chiều theo các loại sau:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: là loại động cơ 1 chiều có cuộn
kích từ đợc cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp
cho roto. Thờng là các động cơ có công suất lớn để điều chỉnh dòng điện
kích từ đợc thuận lợi và kinh tế hơn. I = I
- Động cơ một chiều kích từ song song: cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng
đợc cấp điện bởi cùng một nguồn điện. I = I + It .
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng. Cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ
dàng nên ta có I = I =It. Động cơ loại này đợc sử dụng rất nhiều chủ yếu trong
nghành kéo tải bằng điện.

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:



Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: từ thông đợc tạo ra do tác dụng đồng
thời của 2 cuộn kích từ: một cuộn song song và một cuộn nối tiếp. I = Iu
+It.
Mỗi loại động cơ trên sẽ tơng ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và
ứng dụng tơng đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

-

2.4. Các đại lợng định mức
Chế độ làm việc định mức đợc đặc trng bằng những đại lợng ghi trên nhãn máy và
gọi là những lợng định mức. Trên nhãn máy thờng ghi những đại lợng sau:
o Công suất định mức Pđm (kW hay W): là công suất cơ đa ra ở đầu trục máy.
o Điện áp định mức Uđm (V).
o Dòng điện định mức Iđm (A).
o Tốc độ.

o định mức nđm (vg/phút).
- Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phơng pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số
liệu về điều kiện sử dụng
2. 5.Đặc tính làm việc của động cơ điện kích từ độc lập.
Khi động cơ làm việc, roto mang cuộn ứng quay trong từ trờng của cuộn cảm nên

trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản điện
động) có chiều ngợc với chiều của điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Phơng trình điện
áp ở mạch rôto sẽ là:

U = E + I ư .R ư
Trong đó:
E

U điện áp lới, V.
E sức điện động của động cơ, V.
I dòng điện phần ứng của động cơ, A.

Rư
Rư

điện trở toàn bộ mạch phần ứng,



.

= R + Rp

RP điện trở phụ trong mạch phần ứng,

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn




.

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

R điện trở mạch phần ứng,



.

R ư = rư + rct + r cb + rcp
r - điện trở cuộn dây phần ứng,



.

rct - điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp,

rcb - điện trở cuộn bù,

rcP - điện trở cuộn phụ,

Sức điện động phần ứng là tỉ lệ với tốc độ quay của roto:
Trong đó:







E = k

- từ thông qua một cực từ, Wb.
- tốc độ góc của roto, rad/s.

k=

p.N
2 a

k hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ:
với:
p số đôi cực từ chính.
N số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
a số mạch nhánh song song của cuộn ứng.
Nhờ lực từ trờng tác dụng vào dây quấn phần ứng khi có dòng điện, roto quay dới
tác dụng của momen quay.

M = kI ư
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập.


=

R
U
ư 2 M
k ( k)

2.5.1.Đờng đặc tính cơ.

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

=

R
U
ư 2 M
k ( k)

Phơng trình đờng đặc tính cơ

có dạng một hàm bậc nhất y=B
+ Ax, nên đờng biểu diễn trên hình vẽ H.2 là một đờng thẳng với độ dốc âm. Đờng

o =



U
k



đặc tính cắt trục hoành 0 tại điểm có tung độ
. Tốc độ o là tốc độ ứng
với MC = 0, nghĩa là khi không có lực cản nào cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ
mà không thể đạt ở chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra M C = 0 (do lực ma sỏt
luôn tồn tại khi động cơ quay). Tốc độ



o đợc gọi là tốc độ không tải lý tởng.

o

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Cách ly quang

Tạo UĐK
So sánh

Tạo xung răng ca
Tạo dao động

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức nh thiết kế và không
mắc thêm điện trở phụ vào mạch động cơ thì
là:

=

R ư = R ư

và phơng trình đặc tính cơ sẽ

U dm
Rư

M
k dm ( k dm ) 2

M

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu


o =

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

U dm
k dm


Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
A
Mnm




đm

c
Mđm

đờng đặc tính cơ lúc này gọi là đờng đặc tính cơ tự nhiên biểu diễn trên hình vẽ.
Điểm A trên hình vẽ gọi là điểm làm việc định mức. Ngời ta đa thêm đại lợng

=

M





để đánh giá độ cứng. Đặc tính càng dốc càng cứng ( càng lớn) tức là
mômen biến đổi nhiều nhng tốc độ biến đổi ít và ngợc lại. Đặc tính càng ít dốc
càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhng tốc độ biến đổi nhiều thay đổi.
Phơng trình đặc tính cơ còn đợc viết dới dạng:
= o
Với độ sụt dốc tỷ lệ với mô men tải:
M =

Rư
M
( k dm ) 2

Mm.n và In.m gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch. Đó là giá trị
mômen lớn nhất và dòng điện ngắn nhất của động cơ khi đợc cấp điện đầy đủ
mà tốc độ bằng 0.
Ta có:
U
U
M nm = k dm dm = k dm I nm
I nm = dm
Rư
Rư
và

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:



Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

ữ
Dòng điện Inmthờng = (10 20)Iđm. Nó có thể gây cháy hỏng động cơ nếu hiện
tợng tồn tại kéo dài. Do đó, khi mở máy phải thêm điện trở phụ R p vào mạch
rôto để hạn chế dòng điện mở máy và khi động cơ đang chạy bị dừng lại, cần
phải nhanh chóng cắt điện.
2.5.2.Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập.
(Bằng cách điều chỉnh các thông số điện)

a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông .
Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng kích từ của
động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Phơng pháp này cho
phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là có thể giảm dòng điện kích từ
I kt I ktdm

(
). Do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ
thông, các đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có đặc điểm:
- Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tởng của đặc tính cơ càng
tăng, tốc độ động cơ càng lớn.
- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.

D 3 :1
- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh:
- Chỉ thay đổi đợc tốc độ về phía tăng theo phơng pháp này.
- Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt
nhau và do vậy, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm.
Còn với tải lớn, tốc độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ theo tải. Thực tế, phơng
pháp này chỉ sử dụng với tải không quá lớn so với định mức.
n
no
Rf = 0
Rf1
Rf2
Rf3
M(I)
Mđm(Iđm)
0

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt


- Phơng pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch
(1 ữ 10)

kích từ với dòng kích từ là
% dòng định mức của phần ứng. Tổn
hao điều chỉnh thấp.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.
Nếu nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì phơng trình đặc tính cơ
trở thành:
(R + R f )
n = no ư
M
k
Khi tăng điện trở mạch phần ứng, đặc tính cơ dốc hơn nhng vẫn giữ nguyên tốc
độ không tải lý tởng. Trên hình vẽ bên, ta có các đờng đặc tính cơ ứng với các
trị số khác nhau của Rf, trong đó ứng với Rf = 0 là đặc tính cơ tự nhiên.
Nhận xét:
- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính
cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
- Phơng pháp này chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể
tăng thêm điện trở).
- Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao
công suất dới dạng nhiệt trên điện trở khi điều chỉnh khá lớn.
- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải. tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh
D=

max
min

D 5 ữ1

càng nhỏ. Phơng pháp này thờng cho
- Về nguyên tắc, phơng pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện
trở nhng vì dòng điện rôto lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn
và thờng sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở.
Thực tế ngày nay ngời ta không dùng ph ơng pháp này. Vì phơng pháp này chỉ cho
phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dới tốc độ định mức, và luôn kèm theo tổn
hao năng lợng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phơng

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ và thực tế th ờng dùng ở động
cơ điện trong cần trục.
Mđm(Iđm)
M(I)
0
n
n04
n01
n02

n03
4
1
2
3
(Uđm)

c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với động cơ điện 1 chiều kích từ độc
lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc
lập. Khi thay đổi U ta có một họ đặc tính cơ có cùng một độ dốc (hình vẽ ).
Trên hình vẽ: đờng 1 ứng với Uđm, đờng 2, 3 ứng với Uđm > U2 > U3 và
đờng 4 ứng với U4 > Uđm.
Vì không cho phép vợt quá điện áp định mức nên phơng pháp này chỉ cho
phép điều chỉnh giảm tốc độ, việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không
đợc áp dụng hoặc đợc thực hiện trong một phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của phơng pháp này là lúc điều chỉnh tốc độ, momen không đổi vì
đổi. Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.



và I đều không

Chú ý: + Phơng pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không
đổi trong toàn dải điều chỉnh.
+ Tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể
nói phơng pháp này điều khiển là triệt để.
+ Giải điều chỉnh tốc độ của hệ tthống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với
điện áp định mức và từ thông định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới
hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động.


Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

0 max , K M , M dm

+Với một cơ cấu máy cụ thể có
xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D
phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng
Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có các u điểm nh sau:
- Hiệu suất điều chỉnh cao (phơng trình điều khiển là tuyến tính, triệt để) nên tổn
hao công suất điêù khiển nhỏ.

MC
I: Động cơ
III: Động cơ
IV: Hãm
MC
MC
MC
Pc = Md < 0

Pc = Md > 0
Pc = Md > 0
Pc = Md < 0

M
- Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn mạch
giảm, dòng ngán mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ.
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điều chỉnh xác
định là nh nhau nên sai số tốc độ t ơng đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất
không đợc vợt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh. Phơng pháp này có thể
điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Tuy vậy phơng pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có một bộ
nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra, xong nó là không đáng kể so với vai trò và u
đIểm của nó. Vậy nên phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi.
2.5.3.Các chế độ làm việc của động cơ.

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

a. Các góc phần t làm việc.

Trạng thái hãm và trạng thái động cơ đợc phân bố trên đặc tính cơ ở góc phần t tơng ứng với chiều mômen và tốc độ nh hình vẽ.

- I; III: trạng thái động cơ (
- II; IV: trạng thái hãm (







cùng chiều với M).

ngợc chiều với M).

Công suất cơ Pcơ = Mđ.
Công suất điện của động cơ:
Pđ = Pcơ +



P


Trong đó: P là tổn hao công suất.
b. các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Khởi động.
Xuất phát từ phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều:

=


R
U
ư 2 M
k ( k)

I mm = I nm =

U dm
= (10 ữ 20)I dm
R

Khi khởi động có
tơng đối lớn. Đối với
động cơ có công suất càng lớn thì R thờng có giá trị càng nhỏ và dòng Inm càng lớn.
Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạnh động cơ và
gây sụt áp lới điện. Tình trạng này càng xấu hơn nếu hệ TĐĐ thờng phải mở máy,
đảo chiều, hãm điện thờng xuyên nh máy trục, máy cán đảo chiều, thang máy lên
xuốngVậy để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng nh
tránh ảnh hởng xấu tới lới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho vợt

ữ

quá giá trị: Imm = (1,5 2,5).Iđm
Phơng pháp điều khiển giảm điện áp phần ứng không chỉ giúp khống chế
dòng ngắn mạch ở chế độ khởi động còn hạn chế đợc điện áp khởi động.
Chế độ hãm:

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn


Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều tốc độ quay.
Động cơ điện 1 chiều có 3 trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngợc và hãm động
năng.
+ Hãm tái sinh:
Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng. Khi
đó U > E . Động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới. So với chế
độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều xác định theo biểu thức:

Ih =

M h = K..I h

U ư E ư ko k
=
<0
R
R

. Trị số hãm sẽ lớn dần cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải thì


0 d > 0

hệ thống làm việc ổn định với tốc độ
. Vì sơ đồ đấu dây của mạch động
cơ không đổi nên phơng trình đặc tính cơ tơng tự nhng mômen có giá trị âm. Đờng
đặc tính cơ nằm trong góc phần t thứ hai và thứ t ( hình vẽ trên ).
Trong hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả về lới
điện có giá trị P = (E - U).I. Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh
năng lợng hữu ích.
+ Hãm ngợc.
Xảy ra khi phần ứng dới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận
chuyển động hoặc do thế năng quay ngợc chiều với mô men điện từ của động cơ,
mômen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
Hãm ngợc khi đa điện trở phụ vào mạch phần ứng (tăng tải): Đặc tính
hãm ngợc sđđ tác dụng cùng chiều với điện áp lới, động cơ làm việc nh một máy
phát nối tiếp với lới điện, biến điện năng nhận từ lới điện và cơ năng thành nhiệt
đốt nóng điện trở tổng mạch phần ứng, vì vậy tổn thất lớn.
Đảo chiều điện áp phần ứng: Dòng điện Ih ngợc chiều với chiều làm việc
của động cơ và có thể khá lớn

Ih =

Uư Eư
Rư + Rf

Nên phải hạn chế dòng trong phạm vi cho phép: Imm = (1,5

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn


ữ

2,5).Iđm

Page:


Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

+ Hãm động năng.
Là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà năng lợng cơ học của
động cơ đợc tích luỹ trong quá trình làm việc trớc đó biến thành điện năng tiêu tán
dới dạng nhiệt.
Hãm động năng tự kích từ độc lập: Khi ta cắt phần ứng động cơ khỏi lới
điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm:

I ht =

Eư
khd
=
Rư + Rh Rư + Rh

M h = kI hd < 0

Chứng tỏ Ihdvà Mhd ngợc chiều với tốc độ ban đầu. Năng lợng chủ yếu đợc
tạo ra do động năng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ.
Nhợc điểm là nếu mất điện thì không thực hiện hãm đợc do cuộn dây kích
từ vẫn phải nối với nguồn. Muốn khắc phục ngời ta sử dụng phơng pháp hãm động
năng tự kích từ. Nó xảy ra khi ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ ra khỏi l ới điện
khi động cơ quay để đóng vào một điện trở hãm.
Trong quá trình hãm tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ
thông giảm dần và là hãm tốc độ vì vậy đặc tính cơ cũng nh đặc tính không tải của
máy phát điện tự kích thích là phi tuyến so với phơng pháp hãm ngợc. Hãm động
năng có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc độ và mômen cản, tuy nhiên hãm
động năng u việt hơn về mặt năng lợng đặc biệt hãm động năng tự kích vì không
tiêu thụ năng lợng từ lới và đặc biệt có thể sử dụng đợc kể cả khi mất điện.
Đảo chiều quay động cơ.
Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngợc lại.
Vậy muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều có thể thực hiện 1
trong 2 cách sau:
+ Hoặc đảo chiều từ thông (qua việc đảo chiều dòng kích từ).
+ Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng.
Đờng đặc tính cơ của động cơ khi quay thuận và quay ngợc là đối xứng
nhau qua gốc tọa độ. (hình vẽ)
Phơng pháp đảo chiều từ thông thực hiện nhẹ nhàng vì mạch từ thông có
công suất nhỏ hơn mạch phần ứng. Tuy vậy, vì cuộn kích từ có số vòng dây lớn, hệ

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:



Trng HSPKT Hng Yờn
Khoa in - in T
chiu

ỏn mụn hc :TCS
Thit k v ch to mch xung ỏp mt

số tự cảm lớn, do đó thời gian đảo chiều tăng lên nên phơng pháp này ít dùng.
Ngoài ra, dùng phơng pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số 0 có thể
làm tốc độ tăng quá, không tốt.
c. Vấn dề phụ tải.
Đặc tính của phụ tải cũng là vấn đề cần phải quan tâm khi điều khiển động
cơ điện một chiều. ở đây ta sẽ chỉ xét trờng hợp phụ tải có mômen là hằng số trong
toàn dải điều chỉnh và đặc tính phụ tải là tuyến tính.
Qua phân tích trên đây, việc điều khiển điện áp phần ứng đợc chọn là phù
hợp. giải pháp mà ngời ta thờng dùng hiện nay là băm xung áp điều khiển bằng bộ
băm xung áp một chiều mà ta sẽ đề cập ở vấn đề tiếp theo.

CHNG III :B BM XUNG P MT CHIU
3.1 B bm xung ỏp mt chiu
3.1.1. Gii thiu chung:

Giỏo viờn hng dn: Nguyn ỡnh Hựng
Sinh viờn thc hin: Trn Trng Xuõn - Trn Th Yờn

Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử

chiều

Đồ án môn học :ĐTCS
Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành
xung điện áp một chiều có trị số trung bình Utb có thể thay đổi được.
Khi bộ áp trị số trung bình Utb của các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể
điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện áp một chiều E cung
cấp cho bộ băm: 0 < Utb ≤ E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện
áp trung bình trên tải Utb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn
điện:

E < Utb <∝.

Bộ băm xung áp một chiều được coi như là một công tắc tơ tĩnh đóng mở
liên tục một cách chu kỳ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển,
trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe
rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá...
Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lượng ít hơn so
với phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi
trường vì tham số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên
tải, kích thước nhỏ. Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhược điểm là : phải dùng
cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi
sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số đóng mở lớn sẽ phát sinh ra
nhiễu vô tuyến.

3.1.2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế
độ giảm áp.


Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS
Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng
tiristo được điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế độ
giảm áp bộ băm xung áp một chiều H được đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp
một chiều E và phụ tải như trên hình vẽ.
a)Trị số trung bình của điện áp trên tải Utb.
Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi H
ngắt điện thì u = 0.
Sơ đồ nguyên lý:

E
U

Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên


Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS
Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

T

T

T
1
1 d
U tb = ∫ udt = ∫ Edt = d E = αE
T0
T 0
T

với Tđ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung T là chu kì băm, hay

chu kì xung α =

Td
T


là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có α ≤

1.
Bằng cách biến đổi trị số của hệ số α ta nhận được các trị số khác nhau của
điện áp trung bình của điện áp trung bình Utb trên phụ tải.
Có thể cho α biến đổi bằng hai cách:
1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện Tđ của bộ băm, ta có
bộ băm tần số cố định.
2 - Cố định thời gian đóng điện Tđ, biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần
số biến thiên.
Nếu Tđ = 0 thì α = 0 ta có Utb = 0 lúc này bộ băm thường xuyên ngắt mạch.
Khi Tđ = T, ta có α =1 và Utb = E, bộ băm thường xuyên đóng mạch điện. Bộ
băm xung áp một chiều thường đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao
(200 ÷ 500Hz) nên thường là một khoá bán dẫn.
b)Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng transistor
Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert. Các
tranzito không cần mạch để khoá lại như tiristo nên rất đơn giản và có thể làm
việc với tần số tương đối lớn. Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page:


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS

Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

tới tần số băm từ 10 đến 100 kHz một cách dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp
có thể không cần dùng cuộn cảm san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm
nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một
chiều có trị số không đổi.
Nhược điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt
cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng.

Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito.

Tải

Chỉnh lưu không điều khiển
L2
•
•
•
•
•
•
K
D
C1
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page:



Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
chiều

Đồ án môn học :ĐTCS
Thiết kế và chế tạo mạch xung áp một

Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tác tơ tĩnh (K)
đóng mở liên tục 1 cách chu kì. Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều
không đổi E thành các xung điện áp một chiều Utb có trị số có thể điều chỉnh
được. Điện áp Utb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ
động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì ETrong sơ đồ trên L, C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải
thực tế là không đổi , mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng
điều chỉnh .
Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K.
Trong khi đó các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện
áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi. Để tránh
các sóng không mong muốn và từ đấy tránh được mômen đập mạch thì tần số
phải lớn hơn một mức nào đó. Tần số đóng cắt càng nhanh thì càng giảm
được kích thước của bộ lọc, nhưng nếu quá lớn sẽ sinh ra nhiễu vô tuyến. Vì

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Hùng
Sinh viên thực hiện: Trần Trường Xuân - Trần Thị Yên

Page: