Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, quá trình cơ khí hóa luôn gắn liền với điện khí hóa và tự động hóa nhằm đơn giản hóa kết cấu cơ khí, tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm. Hai yêu cầu trọng tâm đặt ra đối với hệ thống truyền động điện là nâng cao năng suất và tối ưu hóa chi phí trang bị thiết bị điện; tuy nhiên, hai mục tiêu này thường mâu thuẫn khi yêu cầu nâng cao năng suất đòi hỏi cấu trúc hệ thống phức tạp, trong khi việc giảm giá thành lại đòi hỏi hạn chế số lượng và chủng loại thiết bị cao cấp. Để giải quyết bài toán lựa chọn và thiết kế hệ thống truyền động điện thích hợp, đề tài đồ án "Trang bị điện cho hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập" được thực hiện.

Mục tiêu chính của đề tài là tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống trang bị điện cấp nguồn và điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất 1 kW thông qua bộ biến đổi điện tử công suất chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và các sơ đồ bộ biến đổi điện tử công suất xoay chiều - một chiều (AC/DC).
  2. Lựa chọn phương án truyền động tối ưu và xác định cấu trúc bộ biến đổi công suất phù hợp với yêu cầu công nghệ.
  3. Tính toán lựa chọn các phần tử mạch động lực, bao gồm máy biến áp động lực, van bán dẫn Thyristor, mạch lọc một chiều LC và mạch bảo vệ quá điện áp RC.
  4. Thiết kế mạch điều khiển tương tự cho bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc điều khiển dọc, bao gồm các khâu: đồng bộ, tạo điện áp tựa răng cưa, so sánh và khuếch đại xung qua biến áp xung.
  5. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên phần mềm chuyên ngành (PSIM) nhằm kiểm chứng sự phù hợp giữa tính toán lý thuyết và đặc tính vận hành thực tế của hệ thống truyền động.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập mã hiệu MGFRK 090-22 kết hợp bộ chỉnh lưu cầu ba pha Thyristor và mạch điều khiển phát xung đồng bộ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán kỹ thuật mạch lực, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển phát xung tương tự và kiểm chứng dạng sóng dòng điện, điện áp, tốc độ bằng công cụ mô phỏng số trong điều kiện xác lập và khởi động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng lý thuyết truyền động điện và lý thuyết điện tử công suất để xây dựng mô hình toán và tính toán thông số kỹ thuật cho hệ thống:

  • Khung lý thuyết truyền động điện: Phân tích nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thông qua việc thay đổi điện áp phần ứng $U_ư$ hoặc từ thông kích từ $\Phi$. So sánh đặc tính làm việc của các hệ truyền động kinh điển: hệ máy phát - động cơ (F-Đ) với các khâu phản hồi âm tốc độ qua máy phát tốc (FT) hoặc âm dòng có ngắt; hệ xung áp - động cơ (XA-Đ); và hệ Thyristor - động cơ (T-Đ).
  • Khung lý thuyết chỉnh lưu điện tử công suất: Phân tích sơ đồ nguyên lý, biểu thức tính toán điện áp trung bình $U_d$, dòng điện hiệu dụng qua van $I_{vRMS}$, dòng qua cuộn thứ cấp máy biến áp $I_2$, và điện áp ngược cực đại $U_{ngmax}$ trên các cấu hình chỉnh lưu: hình tia một pha nửa chu kỳ, hình tia một pha hai nửa chu kỳ, cầu một pha không điều khiển/bán điều khiển/điều khiển toàn phần và cầu ba pha có điều khiển đối xứng.
  • Lý thuyết điều khiển chỉnh lưu: Phân tích nguyên lý điều khiển pha xung theo hệ đồng bộ; áp dụng nguyên tắc điều khiển dọc (so sánh điện áp tựa răng cưa $U_{tựa}$ với điện áp điều khiển $U_{đk}$ để định thời điểm phát xung mở van tại góc $\alpha$).

Phương pháp nghiên cứu được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Đánh giá ưu nhược điểm của từng phương án mạch lực và mạch điều khiển để chọn ra cấu hình phù hợp với dải công suất và yêu cầu công nghệ.
  • Phương pháp tính toán thiết kế giải tích: Xác định các tham số điện áp, dòng điện, công suất định mức của máy biến áp; tính chọn thông số van bán dẫn có xét đến hệ số dự trữ và điều kiện tản nhiệt; xác định thông số cuộn kháng lọc $L$ và tụ lọc $C$; tính toán hằng số thời gian $\tau$ của mạch vi phân tạo xung kim.
  • Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng phần mềm PSIM để mô hình hóa toàn bộ mạch lực và mạch phát xung điều khiển, khảo sát giản đồ điện áp đồng pha, điện áp răng cưa, xung chùm kích mở, điện áp ngõ ra tải và đáp ứng tốc độ của động cơ.

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được trích xuất từ các tài liệu chuyên ngành: giáo trình Truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễu, Nguyễn Thị Hiền), Giáo trình điện tử công suất (Trần Trọng Minh), Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất (Phạm Quốc Hải), cùng bảng thông số kỹ thuật xuất xưởng của động cơ MGFRK 090-22.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán hệ thống

Hệ thống được thiết kế dựa trên các dữ liệu ban đầu của động cơ điện một chiều kích từ độc lập MGFRK 090-22:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Công suất định mức $P$ 1 kW
Tốc độ định mức $n$ 1650 vòng/phút
Tốc độ không tải $n_0$ 4500 vòng/phút
Mô men định mức $M$ 5,6 Nm
Điện áp định mức phần ứng $U_{đm}$ 460 VDC
Dòng điện định mức phần ứng $I_{đm}$ 3 A
Dòng điện ngắn mạch (cực đại) $I_{max}$ 9 A
Điện trở phần ứng $R_ư$ 34,95 $\Omega$
Điện cảm phần ứng $L_ư$ 99,5 mH
Điện áp kích từ $U_F$ 210 VDC
Dòng điện kích từ $I_F$ 0,6 A
Mô men quán tính trục động cơ $J$ 0,004 $\text{kg}\cdot\text{m}^2$

Tính toán mạch động lực

  • Máy biến áp động lực ba pha: Sử dụng sơ đồ tổ đấu dây Y/Y0 làm mát tự nhiên bằng không khí. Điện áp chỉnh lưu không tải tính toán là $U_{d0} = 486\text{ V}$ (xét sụt áp trên 2 van dẫn đồng thời $2\Delta U_v = 3,7\text{ V}$, sụt áp cuộn kháng lọc $\Delta U_{lọc} = 0,5\text{ V}$, sụt áp tương đối trên điện trở dây quấn $e_R = 2%$ và điện kháng tản $e_X = 5%$).
    • Điện áp thứ cấp định mức: $U_{2đm} = \frac{U_{d0}}{2,34} = \frac{486}{2,34} = 207,7\text{ V}$.
    • Điện áp sơ cấp: $U_1 = 220\text{ V}$.
    • Hệ số biến áp: $k_{BA} = 1,65$.
    • Công suất tính toán máy biến áp: $S_{BA} = 1,7\text{ kW}$.
    • Dòng điện hiệu dụng thứ cấp: $I_2 = 0,816 \times I_d = 0,816 \times 9 = 7,34\text{ A}$.
    • Dòng điện hiệu dụng sơ cấp: $I_1 = \frac{I_2}{k_{BA}} = \frac{7,34}{1,65} = 4,45\text{ A}$.
  • Bộ lọc phẳng một chiều LC: Nhằm san phẳng độ đập mạch của dòng và áp trên phần ứng, hệ thống sử dụng bộ lọc LC với các thông số tính toán được chọn: $L = 3\text{ mH}$, $C = 4,7\ \mu\text{F}$.
  • Tính chọn van bán dẫn công suất (Thyristor):
    • Dòng điện trung bình qua van: $I_{tbv} = \frac{I_d}{3} = \frac{3}{3} = 1\text{ A}$. Với hệ số dự trữ dòng $k_{Iv} = 3$, chọn dòng cho phép qua van: $I_v \ge 3\text{ A}$.
    • Hệ số dự trữ quá điện áp: $k_u = 2$ ($U_{max} > 2 U_{ng}$).
    • Thông số định mức của van Thyristor được lựa chọn: Điện áp chịu đựng cực đại $U_{max} = 1200\text{ V}$; Dòng điện đỉnh $I_{đỉnh} = 200\text{ A}$; Dòng rò trạng thái khóa $I_{rò} = 3\text{ mA}$; Sụt áp thuận $\Delta U = 1,85\text{ V}$; Tốc độ tăng điện áp thuận $du/dt = 400\text{ V/s}$; Tốc độ tăng dòng $di/dt = 200\text{ A/s}$; Thời gian phục hồi tính chất khóa $t_{ph} = 70\text{ s}$; Điện áp điều khiển mở van nhỏ nhất $U_{đk} = 3\text{ V}$; Dòng điều khiển mở $I_{đk} = 75\text{ mA}$.
  • Mạch bảo vệ quá điện áp: Mỗi Thyristor được mắc song song với một mạch $R_1 - C_1$ ($R_1 = 5 \div 100\ \Omega$, $C_1 = 0,1\ \mu\text{F}$) nhằm tạo đường phóng điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn khi chuyển mạch, dập tắt suất điện động tự cảm sinh ra trên các điện cảm mạch lực.

Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển

Mạch điều khiển được xây dựng theo hệ đồng bộ, nguyên tắc điều khiển dọc gồm 4 khối chức năng:

  1. Khâu đồng bộ (ĐB): Sử dụng máy biến áp đồng pha có điểm giữa kết hợp mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) để chuyển đổi điện áp lưới xoay chiều 220 V thành xung vuông đồng bộ, đồng thời cách ly mạch lực và mạch điều khiển. Biến trở $R_{x1}$ cho phép hiệu chỉnh độ rộng xung đồng pha.
  2. Khâu tạo điện áp tựa ($U_{tựa}$): Dùng khuếch đại thuật toán tích phân nạp tuyến tính qua tụ $C$ kết hợp Transistor xả nhanh để tạo ra sóng răng cưa có sườn lên dốc tuyến tính và sườn xuống thẳng đứng. Biến trở $R_{x2}$ dùng để điều chỉnh độ dốc sườn lên.
  3. Khâu so sánh (SS): Dùng khuếch đại thuật toán so sánh tín hiệu điện áp răng cưa $U_4$ (đưa vào cổng không đảo) với điện áp điều khiển $U_{đk}$ (đưa vào cổng đảo). Khi $U_{tựa} > U_{đk}$, đầu ra bão hòa dương $+U_{bh}$ xuất tín hiệu mở van.
  4. Khâu khuếch đại xung (KĐX): Sử dụng tầng khuếch đại ghép Darlington gồm hai transistor ($Tr_1, Tr_2$) để nâng công suất xung. Tụ vi phân $C_2$ sửa xung vuông thành xung kim có độ rộng $t_x = 3\tau$ nhằm giảm tổn hao công suất nhiệt trên transistor và giảm kích thước lõi biến áp xung (BAX). Xung điều khiển được trộn với chùm xung tần số $5\text{ kHz}$ trước khi đưa qua biến áp xung để cấp vào cực điều khiển G-K của Thyristor. Diode $D_6$ và điện trở $R_{14}$ mắc song song sơ cấp BAX để tiêu tán năng lượng từ trường dư khi transistor ngắt.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về các phương án truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Chương này khảo sát chi tiết ba hệ truyền động điện một chiều chủ yếu trong công nghiệp:

  • Hệ máy phát - động cơ (F-Đ): Khảo sát cấu trúc máy phát kích từ độc lập kéo bởi động cơ không đồng bộ ba pha, nguyên lý điều chỉnh tốc độ hai vùng (thay đổi từ thông $\Phi_F$ máy phát để giảm áp dưới tốc độ cơ bản và giảm từ thông động cơ $\Phi_Đ$ để tăng tốc trên tốc độ cơ bản). Phân tích hoạt động của máy điện khuếch đại từ trường ngang (MKĐ) với phản hồi âm tốc độ qua máy phát tốc và phản hồi âm dòng có ngắt. Đánh giá ưu điểm về khả năng đảo chiều, quá tải, hãm tái sinh trên cả 4 góc phần tư, nhưng chỉ rõ nhược điểm lớn là hệ thống cồng kềnh, nhiều máy điện quay gây ồn và tổn hao lớn.
  • Hệ xung áp - động cơ (XA-Đ): Phân tích nguyên lý đóng cắt khóa bán dẫn $S_1, S_2$ và van trả năng lượng $D_1, D_2$ qua điện cảm $L$.
  • Hệ Thyristor - động cơ (T-Đ): Trình bày nguyên lý biến đổi trực tiếp từ nguồn xoay chiều ba pha sang một chiều điều khiển được qua bộ biến đổi bán dẫn.
  • Khảo sát các bộ biến đổi chỉnh lưu: Đưa ra sơ đồ, giản đồ dạng sóng và công thức giải tích cho các sơ đồ chỉnh lưu một pha (hình tia nửa chu kỳ, hai nửa chu kỳ, cầu một pha không điều khiển, bán điều khiển và điều khiển toàn phần) và sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển (dẫn lặp lại 2 van lệch pha $60^\circ$).
  • Luận điểm lựa chọn: Tác giả kết luận lựa chọn hệ truyền động Thyristor - Động cơ (T-Đ) kết hợp chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển nhờ ưu điểm: tác động nhanh, không gây tiếng ồn, dễ tự động hóa, hiệu suất sử dụng máy biến áp cao nhất và chất lượng điện áp một chiều ngõ ra tốt nhất.

Chương II: Tính toán lựa chọn mạch động lực và thiết kế mạch điều khiển

Nội dung chương tập trung vào quy trình tính toán kỹ thuật:

  • Tính toán điện áp chỉnh lưu không tải $U_{d0} = 486\text{ V}$, xác định các thông số định mức của máy biến áp ba pha công suất $S_{BA} = 1,7\text{ kW}$, điện áp thứ cấp $U_2 = 207,7\text{ V}$, dòng thứ cấp $I_2 = 7,34\text{ A}$ và dòng sơ cấp $I_1 = 4,45\text{ A}$.
  • Tính chọn cuộn kháng lọc $L = 3\text{ mH}$ và tụ lọc $C = 4,7\ \mu\text{F}$.
  • Xác định dòng trung bình qua Thyristor $I_{tbv} = 1\text{ A}$, tính chọn van có dòng định mức $\ge 3\text{ A}$, điện áp chịu đựng $1200\text{ V}$, dòng đỉnh $200\text{ A}$, sụt áp thuận $1,85\text{ V}$, điện áp kích mở $3\text{ V}$, dòng kích mở $75\text{ mA}$.
  • Thiết kế mạch dập quá điện áp $RC$ song song từng van.
  • Thiết kế chi tiết 4 khối mạch điều khiển analog theo nguyên tắc điều khiển dọc, giải thích nguyên lý hoạt động và dạng sóng tại các điểm đo của khâu đồng bộ biến áp điểm giữa, khâu tạo sóng răng cưa tuyến tính bằng Op-Amp và Transistor, khâu so sánh ngưỡng và khâu khuếch đại vi phân ghép biến áp xung.

Chương III: Kết quả mô phỏng

Chương này trình bày quá trình xây dựng và chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM:

  • Mô phỏng mạch điều khiển: Kiểm chứng thành công dạng sóng xung vuông đồng pha, sóng răng cưa tuyến tính biên độ ổn định, tín hiệu so sánh điều chế với chùm xung $5\text{ kHz}$ và xung kích đầu ra sau biến áp xung đạt biên độ điện áp $3\text{ V}$, đáp ứng đủ yêu cầu công suất mở van Thyristor.
  • Mô phỏng mạch động lực và tải động cơ:
    • Ở góc mở $\alpha = 0^\circ$: Điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu trên phần ứng đạt giá trị cực đại ổn định $U_{dc} = 460\text{ VDC}$.
    • Tốc độ quay của động cơ đạt $1675\text{ vòng/phút}$ (xấp xỉ tốc độ định mức $1650\text{ vòng/phút}$).
    • Dòng điện phần ứng xác lập ở mức $2,7\text{ A}$ (nhỏ hơn dòng định mức $3\text{ A}$), dòng kích từ đạt $0,6\text{ A}$.
    • Dòng điện khởi động cực đại $I_{max} = 7\text{ A}$ (nằm trong giới hạn cho phép $9\text{ A}$).
    • Thời gian đáp ứng quá độ đạt tốc độ xác lập là $0,3\text{ s}$.
    • Khảo sát đặc tính khi thay đổi góc mở sang $\alpha = 30^\circ$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống mạch lực: Tính toán đồng bộ máy biến áp ba pha công suất $1,7\text{ kW}$ ($220\text{ V}/207,7\text{ V}$), bộ lọc một chiều LC ($3\text{ mH} - 4,7\ \mu\text{F}$) và bộ van Thyristor chịu áp $1200\text{ V}$ có mạch bảo vệ $RC$.
  2. Thiết kế mạch điều khiển tương tự đồng bộ: Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch phát xung 4 khâu theo nguyên tắc dọc, tạo chùm xung tần số $5\text{ kHz}$ và khuếch đại xung qua biến áp xung đạt biên độ $3\text{ V}$, bảo đảm độ tin cậy khi kích mở van lực và cách ly hoàn toàn mạch lực với mạch điều khiển.
  3. Kiểm chứng mô phỏng trên PSIM:
    • Điện áp chỉnh lưu cực đại trên tải: $U_{dc} = 460\text{ VDC}$ (tại $\alpha = 0^\circ$).
    • Tốc độ động cơ mô phỏng: $n = 1675\text{ vòng/phút}$ (sai lệch $1,5%$ so với tốc độ định mức $1650\text{ vòng/phút}$).
    • Dòng điện tải xác lập: $I_ư = 2,7\text{ A}$ (thấp hơn dòng định mức $3\text{ A}$).
    • Dòng khởi động cực đại: $I_{max} = 7\text{ A}$ (thấp hơn giới hạn ngắn mạch $9\text{ A}$).
    • Thời gian đáp ứng tốc độ: $t_{qđ} \approx 0,3\text{ s}$.

Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đề tài

  • Giải pháp điều khiển xung chùm: Kết hợp xung định thời góc $\alpha$ với chuỗi xung tần số cao $5\text{ kHz}$ và biến áp xung, giúp van bán dẫn mở chắc chắn đối với tải có tính cảm kháng cao của phần ứng động cơ mà không làm tăng kích thước mạch khuếch đại.
  • Quy trình tính toán hoàn chỉnh: Cung cấp bộ công thức và quy trình tính chọn thiết bị thực tế (từ máy biến áp, van, bộ lọc đến mạch bảo vệ) kết hợp kiểm chứng qua mô phỏng, làm tài liệu tham khảo đồng bộ cho hệ truyền động T-Đ công suất nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án dừng lại ở mức độ thiết kế lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm PSIM, chưa tiến hành chế tạo mô hình phần cứng thực nghiệm để đánh giá sai số do can nhiễu lưới điện và nhiệt độ thực tế.
    • Mạch điều khiển được thiết kế theo kỹ thuật tương tự (analog) sử dụng linh kiện rời và Op-Amp; cấu trúc này dễ bị trôi điểm làm việc, nhạy cảm với nhiễu và độ lệch pha giữa các kênh điều khiển có thể sai lệch vài độ điện.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Chuyển đổi mạch điều khiển tương tự sang mạch điều khiển số sử dụng vi điều khiển (MCU) hoặc chip xử lý tín hiệu số (DSP) để tối ưu hóa thuật toán điều khiển và loại bỏ hiện tượng bất đối xứng góc mở $\alpha$.
    • Triển khai chế tạo phần cứng thực nghiệm, tích hợp vòng điều khiển tự động kín (phản hồi âm tốc độ, âm dòng điện) và khảo sát hệ thống ở các chế độ hãm tái sinh và đảo chiều quay.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử công nghiệp, Tự động hóa khi thực hiện đồ án môn học Trang bị điện, Điện tử công suất hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều khiển động cơ một chiều.
  • Kỹ sư và học viên cần tham khảo phương pháp tính toán máy biến áp lực ba pha, chọn van Thyristor, mạch lọc LC và sơ đồ nguyên lý mạch phát xung điều khiển tương tự dùng biến áp xung.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ một chiều MGFRK 090-22 trong đồ án có các thông số định mức chính nào?
Động cơ có công suất định mức $P = 1\text{ kW}$, tốc độ định mức $n = 1650\text{ vòng/phút}$ (tốc độ không tải $n_0 = 4500\text{ vòng/phút}$), mô men định mức $M = 5,6\text{ Nm}$, điện áp định mức phần ứng $U_{đm} = 460\text{ VDC}$, dòng điện định mức $I_{đm} = 3\text{ A}$, dòng điện cực đại $I_{max} = 9\text{ A}$, điện trở phần ứng $R_ư = 34,95\ \Omega$, điện cảm phần ứng $L_ư = 99,5\text{ mH}$, điện áp kích từ $U_F = 210\text{ VDC}$ và dòng kích từ $I_F = 0,6\text{ A}$.

2. Vì sao đồ án lựa chọn hệ truyền động Thyristor - Động cơ (T-Đ) kết hợp chỉnh lưu cầu 3 pha thay vì hệ máy phát - động cơ (F-Đ)?
Hệ T-Đ sử dụng van bán dẫn có độ tác động nhanh, dải điều chỉnh rộng ($D = 100 \div 1000$), vận hành êm không gây tiếng ồn và kích thước nhỏ gọn hơn nhiều so với hệ F-Đ vốn sử dụng nhiều máy điện quay cồng kềnh. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển là sơ đồ tối ưu nhất về chất lượng điện áp ra, độ đập mạch nhỏ và hiệu suất sử dụng công suất máy biến áp cao nhất.

3. Các thông số tính toán chính của máy biến áp động lực ba pha đạt giá trị bao nhiêu?
Máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y0 làm mát tự nhiên, công suất định mức $S_{BA} = 1,7\text{ kW}$, điện áp sơ cấp $U_1 = 220\text{ V}$, điện áp thứ cấp định mức $U_{2đm} = 207,7\text{ V}$, hệ số biến áp $k_{BA} = 1,65$, dòng điện hiệu dụng thứ cấp $I_2 = 7,34\text{ A}$ và dòng điện hiệu dụng sơ cấp $I_1 = 4,45\text{ A}$.

4. Mạch khuếch đại xung trong khối điều khiển được thiết kế theo cấu trúc kỹ thuật nào?
Mạch khuếch đại xung sử dụng tầng khuếch đại công suất ghép Darlington hai transistor ($Tr_1, Tr_2$), tụ vi phân $C_2$ sửa xung vuông thành xung kim ($t_x = 3\tau$) để giảm phát nhiệt, tín hiệu được điều chế với xung chùm $5\text{ kHz}$ và đưa qua biến áp xung (BAX) nhằm khuếch đại điện áp lên $3\text{ V}$ đồng thời cách ly hoàn toàn mạch điều khiển với mạch lực.

5. Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM ở góc mở $\alpha = 0^\circ$ cho thấy hệ thống hoạt động như thế nào?
Tại $\alpha = 0^\circ$, điện áp ngõ ra chỉnh lưu cấp cho phần ứng đạt giá trị tối đa ổn định $460\text{ VDC}$, tốc độ động cơ đạt $1675\text{ vòng/phút}$ (sai lệch rất nhỏ so với định mức $1650\text{ vòng/phút}$), dòng điện xác lập đạt $2,7\text{ A}$, dòng khởi động cực đại $I_{max} = 7\text{ A}$ và thời gian quá độ đáp ứng tốc độ là $0,3\text{ s}$.

Kết luận

Đồ án "Trang bị điện cho hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập" của sinh viên Nguyễn Trường Hoàn đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật từ mạch lực đến mạch điều khiển tương tự cho động cơ 1 kW. Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM chứng minh các thông số tính toán máy biến áp ($1,7\text{ kW}$), van Thyristor ($1200\text{ V}/200\text{ A}$ đỉnh), bộ lọc LC và mạch phát xung điều khiển hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về điện áp ($460\text{ VDC}$), dòng điện ($2,7\text{ A}$) và tốc độ ($1675\text{ vòng/phút}$). Công trình là tài liệu học thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên và kỹ thuật viên ngành Điện - Điện tử trong việc thiết kế và mô phỏng các hệ thống biến đổi công suất truyền động một chiều.