3.1 Mẫu bìa luận văn có in chữ nhũ
Khổ 210 x 297 mm

Nguyễn đức thịnh

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

điều khiển và tự động hoá

ngành : điều khiển và tự động hoá

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều
khiển tốc độ động cơ vạn năng

Nguyễn đức thịnh

2010B
Hà Nội
2013

Hà Nội 2013


3.2 Mẫu bìa phụ

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội

---------------------------------------

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc
độ động cơ vạn năng
ngành : điều khiển và tự động hoá
mà số: CB1007864.3898
Nguyễn đức thịnh

Người hướng dẫn khoa học : pgs.TS. nguyễn mạnh tường

Hà Nội 2013


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan: Luận văn này được nghiên cứu thực sự của cá nhân,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn
này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên

Nguyễn Đức Thịnh

2


Mục lục
Trang

Trang phụ bìa.

1

Lời cam đoan.

2

Mục lục..

3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt.

6

Danh mục hình vẽ, đồ thị..

7

Mở đầu..

9

Chương 1: tìm hiểu đặc tính động cơ vạn năng

10

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

(ĐMđl) ..

10
10

1.1.1.1. Sơ đồ nối dây của (ĐMđl) và (ĐMss) .

10

1.1.1.2. Các thông số cơ bản của (ĐMđl)

11

1.1.1.3. Phương trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ

11

của (ĐMđl)
1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

12

(ĐMnt) và hỗn hợp (ĐMhh)
1.1.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐMnt..

12

1.1.2.2. Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của (ĐMnt)

13


1.1.2.3. Đặc tính vạn năng của ĐMnt

13

1.2. động cơ xoay chiều..

14

1.2.1. Động cơ không đồng bộ (ĐK) .

14

1.2.1.1. Các giả thiết và sơ đồ thay thế

14

3


a. Các giả thiết ...

14

b. Sơ đồ thay thế.

15

1.2.1.2. Phương trình và đặc tính cơ của động cơ không


16

đồng bộ ĐK.
1.2.2. Động cơ đồng bộ (ĐĐB) .

17

1.3. Động cơ vạn năng

18

1.3.1. Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp ĐMnt...

18

1.3.2. Cấu tạo của động cơ vạn năng...

19

Chương 2: nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển.

20

2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển

20

2.2. Thiết kế các khối..

23


2.2.1. Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa (ĐBH &

23

PSRC) ...
2.2.1.1. Mạch đồng bộ hoá...

23

2.2.1.2. Mạch phát sóng răng cưa.

24

a. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng điôt, điện

24

trở, tụ điện (mạch D-R-C) .
b. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng mạch D-

26

R-C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định.
c. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và

28

transitor.
d. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và


30

transitor, nạp tụ bởi dòng không đổi..
e. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch
khuếch đại thuật toán (KĐTT) ………………………………………..

4

32


2.2.2. khối so sánh..

35

2.2.3. khối tạo xung và phân chia xung

36

2.2.3.1. mạch sửa xung

37

2.2.3.2. mạch khuếch đại xung.

38

2.2.3.3. mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor)


43

2.2.3.4. Mạch tạo nguồn nuôi...

44

2.3. sơ đồ nguyên lý.

44

Chương 3. Khảo sát hệ thống

50

3.1. giới thiệu mô hình hệ thống..

50

3.2. Kết nối thiết bị của mô hình..

51

3.3. Khảo sát hoạt động của hệ thống..

51

3.3.1. Khi gãc më 450……………………………………….

53


3.3.2. Khi gãc më 900……………………………………….

55

3.3.2. Khi gãc më 1350

58

Kết luận và kiến nghị

62

Tài liệu tham khảo.

63

5


Danh mục ký hiệu, các chữ viết tắt
Q

Ký hiệu của transitor

Đ

Ký hiệu của diode

R


Ký hiệu của điện trở

C

Ký hiệu của tụ điện

T

Ký hiệu của thyristor

L

Ký hiệu của cuộn dây

CL

Bộ chỉnh lưu cầu bán điều khiển

ĐMđl

Động cơ một chiều kích từ độc lập

ĐMss

Động cơ một chiều kích từ song song

ĐMnt

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp


ĐMhh

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

TN

Tự nhiên

NT

Nhân tạo

ĐK

Động cơ không đồng bộ

ĐĐB

Động cơ đồng bộ

ĐBH & PSRC

Đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa

BAĐ

Máy biến áp đồng bộ

KĐTT


Bộ khuếch đại thuật toán

BAX

Máy biến ¸p xung

6


Danh mục hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1

Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song
song

Hình 1.2

Đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập

Hình 1.3

Sơ đồ nối dây và Đặc tính từ hóa của động cơ một chiều kích từ
nối tiếp

Hình 1.4

Đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp


Hình 1.5

Các đặc tính vạn năng của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Hình 1.6

Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ

Hình 1.7

Đặc tính điện - cơ của động cơ không đồng bộ

Hình 1.8

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Hình 1.9

Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ

Hình 1.10 Động cơ vạn năng
Hình 2.1

Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Hình 2.2

Các dạng xung thường được dùng để điều khiển Thyritor

Hình 2.3


Sơ đồ mạch phân áp bằng các điện trở

Hình 2.4

Sơ đồ mạch đồng bộ dùng máy biến áp

Hình 2.5

Mạch phát sóng răng cưa dùng điôt, điện trở, tụ điện(mạch D-RC)

Hình 2.6

Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng điôt, điện trở, tụ
điện (mạch D-R-C)

Hình 2.7

Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ
bằng nguồn một chiều ổn định

Hình 2.8

Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng mạch D-R-C nạp
điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định

Hình 2.9

Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và transitor


7


Hình 2.10 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và transitor
Hình 2.11 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và transitor, nạp tụ
bởi dòng không đổi
Hình 2.12 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và
transitor, nạp tụ bởi dòng không đổi
Hình 2.13 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật
toán
Hình 2.14 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch
đại thuật toán
Hình 2.15 Sơ đồ mạch so sánh
Hình 2.16 Giản đồ xung điện áp ra mạch so sánh
Hình 2.17 Sơ đồ mạch sửa xung
Hình 2.18 Giản đồ điện áp mạch sửa xung
Hình 2.19 Sơ đồ mạch khuếch đại xung
Hình 2.20 Giản đồ điện áp mạch khuếch đại xung
Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor)
Hình 2.22 Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng
Hình 2.24 Giản đồ xung điện áp mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng
Hình 3.1.

Mô hình điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Hình 3.2.

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng


Bảng 3.3.

Thông số khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

8


Mở đầu
Như ta được biết hệ truyền động điện tự động l một tổ hợp các thiết bị
điện, điện tử, ... phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thnh cơ năng cung
cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản suất, cũng nh gia công truyền
tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lợng đó theo yêu cầu
công nghệ. Tuỳ thuộc vo yêu cầu công nghệ m ta có hệ truyền động ®iƯn
®iỊu chØnh tèc ®é, hƯ trun ®éng ®iƯn tù ®éng ®iỊu chØnh m« men, lùc kÐo vμ
hƯ trun ®éng ®iƯn tự động điều chỉnh vị trí. Từ lới điện hoặc nguồn điện
cung cấp điện năng đến bộ biến đổi và động cơ điện truyền động cho phụ tải.
Các bộ biến ®ỉi nh−: bé biÕn ®ỉi m¸y ®iƯn (m¸y ph¸t ®iƯn một chiều,
xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn
kháng bÃo hòa), bộ biến ®ỉi ®iƯn tư, b¸n dÉn (ChØnh l−u thyristor, bé ®iỊu áp
một chiều, biến tần transistor, thyristor). Động cơ có các loại nh: động cơ
một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.
Với các cơ cấu truyền động đà nêu ở trên trong đề tài luận văn thạc sĩ
kỹ thuật ta đi xây dựng bài tập thực hành thiết bị chưa được khai thác sử dụng
tại Trường Cao Đẳng Nghề nhằm phục vụ trong công tác giảng dạy sinh viên
tại c¸c tr­êng.

9


Chương 1: tìm hiểu đặc tính động cơ vạn năng

Đặc tính cơ của động cơ điện l quan hệ giữa tốc độ quay v mômen
của động cơ:
Có loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc trng nh sau: ®éng c¬
®iƯn mét chiỊu kÝch tõ song song hay ®éc lập, động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp hay hỗn hợp, động cơ điện xoay chiều không đồng bộ và đồng bộ.
Thông thờng ngời ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:
- Đặc tính cơ tự nhiên: l đặc tính có đợc khi động cơ nối theo sơ đồ bình
thờng, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác v các thông số nguồn
cũng nh của động cơ l định mức. Nh vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính
cơ tự nhiên.
- Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: l đặc tính cơ nhận đợc
sự thay đổi một trong các thông số no đó của nguồn, của động cơ hoặc nối
thêm thiết bị phụ trợ vo mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt. Mỗi động cơ
có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo.
Sau đây ta đi tìm hiểu đặc tính của từng loại động cơ.
1.1. động cơ một chiều
1.1.1. Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐMđl)
1.1.1.1. Sơ đồ nối dây của (ĐMđl) và (ĐMss):
Động cơ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp (§M®l): ngn mét chiều
cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lËp nhau.
Khi ngn mét chiỊu cã c«ng st v« cïng lớn và điện áp không đổi thì có thể
mắc kích từ song song với phần tử, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện
một chiều kích song song (§Mss).

10


Hình 1.1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song.
1.1.1.2. Các thông số cơ bản của (ĐMđl):

Các thông số định mức:
nđm(vòng/phút);

(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m);

đm

(Wb);

đm

fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); ...
Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác:
*= /

đm

; M* = M/Mđm ; I* = I/I®m; * = /

; R* = R/R®m;

®m

Rcb = Uđm/Iđm;
%; M%; I%; ...
1.1.1.3. Phương trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của (ĐMđl):
Phương trình đặc tính cơ - điện của (ĐMđl):

Phương trình đặc tính cơ của (ĐMđl):


11


Hình 1.2: a) Đặc tính cơ - điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt) và hỗn
hợp (ĐMhh)
1.1.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐMnt:
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): nguồn một chiều cấp chung
cho phần ứng nối tiếp với kích từ:

Hình 1.3: a) Sơ đồ nối dây ĐMnt.
b) Đặc tính từ hóa của ĐMnt.
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính l dòng phần ứng, nên từ
thông của động cơ phụ thuộc vo dòng phần ứng v phụ tải của động cơ.

12


1.1.2.2. Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của (ĐMnt):
Phương trình đặc tính cơ điện của ĐMnt:

Với
(C - hệ số tỉ lệ)
Phương trình đặc tính cơ của ĐMnt:

Trong đó:
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐMnt:

Hình 1.4: a) Đặc tính cơ điện của ĐMnt.

b) Đặc tính cơ của ĐMnt.
1.1.2.3. Đặc tính vạn năng của ĐMnt:
= f( ) và

= f( ) khi không có điện trở phụ, và gọi là đặc tính vạn năng

của ĐMnt

13


Hình 1.5: Các đặc tính vạn năng của ĐMnt.
Các đặc tính này cho theo đơn vị tương đối:

=
=
=
Dùng chung cho các loại động cơ trong dÃy công suất có cùng tiêu chuẩn thiết
kế.
1.2. động cơ xoay chiều
1.2.1. Động cơ không đồng bộ (ĐK)
1.2.1.1. Các giả thiết và sơ đồ thay thế
a. Các giả thiết:
Động cơ không đồng bộ (ĐK) đợc sử dụng rộng rÃi trong thực tế. Ưu
điểm nỗi bật của nó l : cấu tạo đơn giản, lm việc tin cậy, vốn đầu t ít, giá
thnh hạ, trọng lợng, kích thớc nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so
với động cơ một chiều. Sử dụng trực tiếp lới ®iƯn xoay chiỊu 3 pha ...

14



Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ v khống chế các quá trình quá độ
khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng
khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ).
Để đơn giản cho việc khảo sát, nghiên cứu, ta giả thiết:
+ Ba pha của động cơ l đối xứng.
+ Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa l không phụ thuộc nhiệt độ,
tần số, mạch từ không bảo ho nên điện trở, điện kháng, ... không thay đổi.
+ Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi, dòng từ hoá không phụ
thuộc tải m chỉ phụ thuộc điện áp đặt vo stato.
+ Bá qua c¸c tỉn thÊt ma s¸t, tỉn thÊt trong lõi thép.
+ Điện áp lới hon ton sin v đối xứng.
b. Sơ đồ thay thế:
Với các giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ 3 pha roto
dây quấn:

Hình 1.6: Sơ đồ thay thế ĐKdq.
Trong đó:
U1f l trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V).
I1, I , I2, l các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đà quy đổi về stato (A).
X1, X , X2 l điện kháng stato, mạch từ, rôto ®· quy ®ỉi vỊ stato (Ω).
R1, R , R’2 lμ điện trở stato, mạch từ, rôto đà quy đổi về stato ().
R2f l điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đà quy đổi về stato ().

15


s l hệ số trợt của động cơ:

Trong đó:

1

=

0

l tốc độ của từ trờng quay ở stato động cơ, còn gäi lμ tèc ®é ®ång

bé (rad/s):

lμ tèc ®é gãc cđa rôto động cơ (rad/s).
Trong đó: f1 l tần số của điện áp nguồn đặt vo stato (Hz), p l số đôi cực
của động cơ.
1.2.1.2. Phương trình và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ĐK
Từ sơ đồ thay thế ta tính đợc dòng stato:

Trong đó: R2 = R2 + R2f là điện trở tổng mạch rôto.
l điện kháng ngắn mạch.
Trị số hiệu dụng của dòng rôto đà quy đổi về stato:

Phơng trình l quan hệ giữa dòng rôto I2 với hệ số trợt s hay giữa I2 với
tốc độ

, nên gọi l đặc tính điện-cơ của động cơ §K.

16


Hình 1.7: Đặc tính điện - cơ của ĐKdq.
Phương trình đặc tính cơ của ĐKdq


Hình 1.8: Đặc tính cơ của ĐKdq.
1.2.2. Động cơ đồng bộ (ĐĐB)
Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ ĐĐB:
Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vo lới điện xoay chiều có tần số f1
không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải:

17


Hình 1.9: Đặc tính cơ của ĐĐB.
Nh vậy đặc tính cơ của động cơ ĐĐB ny trong phạm vi mômen cho phép
M

Mmax l đờng thẳng song song với trục honh, với độ cứng

Tuy

nhiên khi mômen vượt quá trị số cực đại cho phép M > Mmax thì tốc độ động
cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ.
1.3. Động cơ vạn năng
1.3.1. Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp ĐMnt:
- Về cấu tạo, ĐMnt có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiết diện to v số vòng
dây ít. Nhờ đó nó dễ chế tạo v ít h hỏng hơn so với ĐMđl.
- Động cơ ĐMnt có khả năng quá tải lớn về mmomen. Khi có cùng một hệ số
quá tải dòng điện như nhau thì mômen của ĐMnt lớn hơn mômen của ĐMđl.
- Mômen của ĐMnt Không phụ thuộc vo sụt áp trên đờng dây tải điện,
nghĩa l nếu giữ cho dòng điện trong động cơ định mức thì mômen động cơ
cũng l định mức, cho dù động cơ nối ở đầu đờng dây hay ở cuối đờng dây.
Do vy ngi ta ng dng ng c 1 chiều kích từ nối tiếp để chế tạo

động cơ vạn năng có thể chạy điện xoay chiều hay 1 chiều. Khi dùng điện 1
chiều vì khơng có điện áp rơi trên điện kháng nên với cùng một trị số điện áp
thì tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn. Do đó để cho đặc tính của động cơ
khơng thay đổi người ta làm các đầu điện áp xoay chiều và một chiều khác
nhau như hình 1.10. Trong đó đầu điện áp xoay chiều ứng với số vịng dây
kích từ nhỏ hơn đầu điện áp một chiều. Tụ điện C dùng để giảm nhiễu vơ
tuyến.
C

K
§C

18

C
K


Hình 1.10: Động cơ vạn năng.

1.3.2. Cấu tạo của động cơ vạn năng
Động cơ vạn năng nhìn bề ngoài không khác với động cơ không đồng
bộ. Động cơ vạn năng là loại máy điện quay tương tự như động cơ một chiều
nhưng được thiết kế để hoạt động hoặc bằng nguồn điện 1 chiều hoặc bằng
điện xoay chiều 1 pha. Dây quấn stato và rôto của động cơ được mắc nối tiếp
qua cổ góp điện của rôto.
Rôto của động cơ vạn năng được làm bằng lõi, cấu tạo từ các lá sắt, có
cuộn dây quấn quanh. Đầu của cuộn dây rôto được nối trực tiếp với cổ góp
điện. Dòng điện trong động cơ chạy qua sơ đồ hoàn chỉnh tạo bởi các cuộn
dây stato và rôto. Chổi than của cổ góp điện tạo thành tiếp điểm nối điện từ

cuộn stato qua cuộn rôto tới cuộùn stato còn lại. Dòng rôto tương tác với
trường điện từ của stato làm quay rôto Khi dòng điện cho động cơ được duy
trì, động cơ tiếp tục quay.
Trong đề tài với giới hạn trong phòng thực hành phục vụ giảng dạy và
học tập cho sinh viên Cao Đẳng Nghề ta đi nghiên cứu thiết kế hệ thống điều
khiển tốc độ động cơ vạn năng do động cơ vạn năng sử dụng được cả điện áp
một chiỊu vµ xoay chiỊu.

19


Chương 2: nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển
2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng
có thể phân làm 2 nhóm:
- Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Đây là nhóm các hệ thống
điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều khiển các
thyristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tÝnh chu kú víi chu
kú th­êng lµ b»ng chu kú nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu
(trong một vài trường hợp chu kỳ của xung có thể bằng 2 chu kỳ điện áp
nguồn). Nhóm hệ thống điều khiển này đang được sử dụng phổ biến nhất hiện
nay. Trong khuôn khổ của đề tài ta chỉ nghiên cứu các hệ thống điều khiển
thuộc nhóm này.
- Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Các hệ thống điều
khiển thuộc nhóm này tạo ra các xung điều khiển không tuân theo giá trị góc
điều khiển như đà nêu ở phần trước. Các hệ thống điều khiển này phát ra
chuỗi xung điều khiển với tần số thường cao hơn rất nhiều tần số nguồn xoay
chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trong quá trình làm việc tần số xung
được tự động thay đổi để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó, ví dụ như
Ud hay Id ... không thay đổi. Để đạt được điều này thì người ta thực hiện khống

chế tần số xung điều khiển theo sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra thực tế
của đại lượng cần ổn định.

20


Trong đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ
vạn năng ta thực hiện phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển theo sơ đồ
khối sau:

khối 1
UV

u1

ĐBH &

khối 2
UĐK

So sánh

PSRC

Khối 3

Khối 4

Tạo xung &


Đối tượng

phân chia xung

điều khiển

Khuếch đại
trung gian
Khối 5
Hình 2.1. Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

- Khối 1 là khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH & PSRC):
Tín hiệu điện áp đưa vào khối này cũng chính là tín hiệu cấp cho mạch động
lực của bé chØnh l­u (uV). Khèi nµy ta th­êng sư dơng biến áp đồng bộ hoá để
điện áp ra sau khối này có dạng sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung
cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện
áp nguồn. Tạo sóng răng cưa điện áp đồng bộ (uđb) được đưa vào khối 2 để tạo
ra điện áp dạng xung răng cưa (urc). Điện áp răng cưa urc là điện áp chuẩn để
so sánh với Uđk của khối 2.
- Khối 2 là khối so sánh: Qua khối này urc và Uđk được so sánh với
nhau. Uđk là điện áp 1 chiều. Gia điểm của điện áp này với urc quyết định góc
điều khiển.

21


- Khối 3 là khối tạo xung và phân chia xung: Tín hiệu ra sau khối so
sánh có dạng số (có tín hiệu 1 và không có tín hiệu 0). Tuy nhiên xung này
hầu như chưa đáp ứng được yêu cầu về biên độ xung, độ rộng xung, độ dốc
xung,... Vì vậy cần phải có khối tạo xung để điều chỉnh các thông số này cho

phù hợp. Phân chia xung để dẫn xung và phân chia xung cho Thyristor. Ta
thường dùng biến áp xung (BAX) để thực hiện việc này.
- Khối 4 là đối tượng điều khiển: tín hiệu xung ra tõ khèi 3 dïng ®Ĩ
®iỊu khiĨn thyristo dïng ®Ĩ điều khiển động cơ.
- Khối 5 là khối khuếch đại trung gian: Tổng hợp tín hiệu đặt và tín hiệu
phản hồi lượng dư được khuếch đại để điều khiển nhằm thay đổi giá trị điện
áp ra của bộ biến đổi.
Để kích mở Thyristor làm việc dẫn dòng thì ngoài điều kiện UAK > 0 ra
còn phải có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thyristor (UGK > 0).
Ta phải thiết kế mạch tạo xung để kích mở Thyristor.
Ngoài 2 điều kiện bắt buộc để Thyristor mở dẫn dòng còn có yêu cầu:
Khi có mạch động lực cụ thể thì phải phù hợp, đặc biệt bộ chỉnh lưu điều
khiển là bộ cung cấp nguồn chỉnh lưu. Vậy mạch điều khiển phải thoả mÃn:
- Thời gian duy trì xung để mở cho chắc chắn (độ rộng xung tx)
- Biên độ điện áp xung (U)
- Mở chính xác: Tức là có ®é réng s­ên tr­íc phï hỵp (du/dt)
Xung ®iỊu khiĨn Thyristor thường có 3 dạng dưới đây:

Hình 2.2: Các dạng xung thường được dùng để điều khiển Thyritor
Trong đó hai dạng xung hay dùng hơn là xung vuông (hình a) và xung kim
(h×nh b).

22


Trong thùc tÕ ®èi víi hƯ thèng tù ®éng cao, mạch điều khiển được thiết kế
theo một trong 3 nguyên tắc sau:
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng Điôt hai cực gốc (UJT).

Trong 3 nguyên tắc trên thì nguyên tắc khống chế theo pha ngang ít được sử
dụng nhất vì phạm vi điều chỉnh góc điều khiển không rộng, rất nhạy với sự
thay đổi của điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều nguồn tín hiệu điều khiển,
Nguyên tắc điều khiển dùng UJT áp dụng cho các Thyristor có công suất nhỏ.
ở đây với yêu cầu bài toán ta sử dụng phương pháp khống chế theo pha đứng.
2.2. Thiết kế các khối
2.2.1. Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa (ĐBH & PSRC)
Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng
chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển được
thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi chu kỳ thì các nghiên cứu đà chỉ ra
rằng: tốt nhất là sử dụng các mạch phát xung mà một trong các tín hiệu điều
khiển nó là tín hiệu cũng biến ®ỉi mét c¸ch chu kú víi chu kú nh­ cđa tín hiệu
ra và dạng tốt nhất là hình răng cưa. Vì vậy mà chúng ta cần phải có mạch
điện để tạo ra các điện áp răng cưa và được gọi là mạch phát sóng răng cưa
(FSRC). Mặt khác, kỹ thuật ®iƯn- ®iƯn tư cịng chØ ra r»ng ®Ĩ cã ®iƯn áp dạng
răng cưa có tần số và thời điểm đầu của mỗi xung răng cưa phù hợp với tần số
và gãc pha cđa ngn xoay chiỊu cung cÊp cho s¬ đồ chỉnh lưu thì tốt nhất là
sử dụng các sơ đồ tạo điện áp răng cưa được điều khiển bởi điện áp biến thiên
cùng tần số. Dạng của điện áp điều khiển mạch tạo điện áp răng cưa có thể bất
kỳ. Để có các điện áp này người ta sử dụng một mạch điện được gọi là mạch
đồng bộ hoá (gọi tắt là mạch đồng bộ) và điện áp ra của mạch đồng bộ gọi là
điện áp đồng bộ , ký hiệu là uđb.

23


2.2.1.1. Mạch đồng bộ hoá
Để tạo ra điện áp đồng bộ đảm bảo yêu cầu đặt ra người ta thường sử
dụng hai kiểu mạch đơn giản:


R1

ul

R2

Hình 2.3

uđb

- Mạch phân áp bằng các điện trở hoặc bằng điện trở kết hợp điện dung
hay điện cảm: Trong mạch đồng bộ này điện áp đầu vào là điện áp lưới điện
xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, điện áp ra cũng là điện áp xoay
chiều hình sin cùng tần số trùng hoặc lệch một góc pha xác định.
Kiểu mạch đồng bộ này ít được sử dụng vì có sự liên hệ trực tiếp về
điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu.
* *
ul

uđb

BAĐ

Hình 2.4
- Mạch đồng bộ dùng máy biến áp: Trong trường hợp này người ta sử
dụng một máy biến áp công suất nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra
điện áp đồng bộ. Điện áp lưới ul được đặt vào cuộn sơ cấp còn bên thứ cấp ta
lấy ra điện áp đồng bộ uđb. Máy biến áp để tạo ra điện áp đồng bộ được gọi là
máy biến áp đồng bộ và ký hiệu là BAĐ.
2.2.1.2. Mạch phát sóng răng cưa

a. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng điôt, điện trở, tụ điện (mạch D-R-C)
* Giới thiệu sơ đồ:

Hình 2.5

Mạch đồng bộ
ul

D

**
uđb

24

uc

C

R