Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật nghiên cứu ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch để biến đổi và điều khiển năng lượng điện. Trong bối cảnh công nghiệp hóa, các thiết bị biến đổi bán dẫn và hệ thống truyền động điện tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như xi măng, thủy điện, giấy, dệt sợi, đóng tàu. Việc trang bị kiến thức và kỹ năng thiết kế các bộ biến đổi bán dẫn kết hợp điều khiển động cơ điện là yêu cầu cơ sở quan trọng đối với sinh viên và kỹ sư ngành Tự động hóa.

Đề tài đồ án môn học "Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động cơ một chiều không đảo chiều quay" được thực hiện bởi sinh viên Đinh Việt Anh (Lớp DHTD15A3HN, Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp) dưới sự hướng dẫn của giảng viên Mai Văn Duy vào tháng 5 năm 2023.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Phân tích các đặc tính cơ, đặc tính cơ điện và các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập; so sánh các hệ thống truyền động điện để lựa chọn cấu hình phù hợp.
  2. Thiết kế, tính toán các phần tử trong mạch động lực của bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha sử dụng Thyristor cấp nguồn cho mạch phần ứng động cơ một chiều, đồng thời lựa chọn các thiết bị đo lường và bảo vệ.
  3. Thiết kế, tính toán chi tiết từng khối chức năng trong mạch điều khiển phát xung đồng bộ theo nguyên tắc khống chế pha đứng (bao gồm khâu đồng bộ, tạo sóng răng cưa, so sánh, tạo dao động xung chùm, tách xung, khuếch đại công suất và khối nguồn nuôi).
  4. Xây dựng mô hình mô phỏng mạch lực, mạch điều khiển và toàn bộ hệ thống truyền động để khảo sát dạng sóng và kiểm chứng hoạt động lý thuyết.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống truyền động điện Thyristor – Động cơ một chiều (T – Đ) không đảo chiều quay với bộ biến đổi chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn và động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc tính toán thiết kế giải tích và mô phỏng trên phần mềm chuyên ngành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên lý thuyết cơ sở về máy điện, truyền động điện và điện tử công suất:

  • Lý thuyết động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Cấu tạo stato (cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp máy, cơ cấu chổi than) và rôto (lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp, cánh quạt, trục máy).
  • Phương trình cân bằng điện áp và đặc tính cơ:
    • Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: $U_ư = E_ư + (R_ư + R_f) I_ư$
    • Sức điện động phần ứng: $E_ư = K\Phi\omega = K_e\Phi n$ với $K = \frac{pN}{2\pi a}$ và $K_e = \frac{pN}{60a} \approx 0{,}105 K$
    • Phương trình đặc tính cơ điện: $\omega = \frac{U_ư}{K\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{K\Phi} I_ư$
    • Phương trình đặc tính cơ: $\omega = \frac{U_ư}{K\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(K\Phi)^2} M$
    • Tốc độ không tải lý tưởng $\omega_0 = \frac{U_ư}{K\Phi}$, độ cứng đặc tính cơ $\beta = \frac{dM}{d\omega} = -\frac{(K\Phi)^2}{R_ư + R_f}$
  • Lý thuyết các bộ biến đổi bán dẫn: Bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Thyristor (hệ T – Đ), hệ máy phát – động cơ (hệ F – Đ), hệ xung áp – động cơ (hệ ĐXA – Đ dùng Transistor công suất, GTO, IGBT).
  • Lý thuyết mạch điều khiển xung đồng bộ: Nguyên tắc khống chế pha đứng (so sánh điện áp tựa răng cưa với điện áp điều khiển), nguyên tắc khống chế pha ngang, kỹ thuật phát chùm xung tần số cao và khuếch đại biến áp xung.

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp và so sánh kỹ thuật - kinh tế để lựa chọn phương án truyền động, loại van và cấu trúc mạch điều khiển.
  • Phương pháp giải tích kỹ thuật điện tử để tính toán chọn tham số linh kiện mạch lực (Thyristor, biến áp lực, tụ/trở lọc bảo vệ RC, Áptomát, máy phát tốc) và linh kiện mạch điều khiển (khuếch đại thuật toán OA, Transistor, biến áp xung, biến áp đồng pha).
  • Phương pháp mô phỏng số để kiểm tra dạng sóng điện áp, dòng điện và sự đồng bộ của các khối mạch.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống truyền động điện được thiết kế bao gồm hai phân hệ chính: mạch động lực và mạch điều khiển.

Phân hệ / Khối chức năng Cấu hình & Linh kiện lựa chọn Thông số kỹ thuật thiết kế
Mạch động lực Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sử dụng 6 van Thyristor; Mạch RC dập xung song song van ($W_k = 14{,}85\text{ J}$, $\xi = 0{,}65$)
Bảo vệ mạch lực Áptomát loại EA53-G 3 cực, $I_{đm} = 10\text{ A}$, $U_{đm} = 380\text{ V}$, $I_N = 5\text{ kA}$ (phù hợp dòng $I_{lvmax} = 6{,}3\text{ A}$)
Đo lường & Phản hồi Máy phát tốc loại T32/1B4Y $P_{đm} = 3{,}54\text{ W}$, $U_{đm} = 220\text{ V}$, $n_{đm} = 1500\text{ v/ph}$, $R_ư = 7{,}34\ \Omega$; tỷ số truyền $i = 0{,}75$; $K_{FT} = 0{,}2178$; $U_{ph} = 12\text{ V}$
Khâu đồng bộ hóa Chỉnh lưu tia 2 pha + OA TL084 Diode 1N4002 ($I_{tb} = 1\text{ A}, U_{ngmax} = 100\text{ V}$), $R_0 = 1\text{ k}\Omega, R_1 = 15\text{ k}\Omega$; Phân áp $R_2 = 10\text{ k}\Omega, P_1 = 2\text{ k}\Omega$; $U_{đp} = 10\text{ V}, U_{ng} \approx 0{,}7\text{ V}$; dải góc mở $170^\circ$ ($\alpha_{min} = 5^\circ$)
Khâu tạo sóng răng cưa Tích phân dùng OA TL082 + Diode Zener Diode BZX79 ($U_{Dz} = 10\text{ V}$), tụ $C = 220\text{ nF}$, trở $39\text{ k}\Omega$ nối tiếp biến trở $20\text{ k}\Omega$; $U_{rcmax} = 10\text{ V}$, $T_p = 9{,}33\text{ ms}$, $t_n = 0{,}67\text{ ms}$, nguồn $E = \pm 12\text{ V}$
Khâu so sánh Khuếch đại thuật toán OA So sánh điện áp điều khiển $U_{đk}$ với điện áp tựa $U_{rc}$ để định thời điểm phát xung mở van
Khâu tạo dao động xung chùm Mạch dao động đa hài dùng OA Tần số $f = 8\text{ kHz}$ ($T = 125\ \mu\text{s}$), tụ $C = 10\text{ nF}$, $R_1 = 5{,}1\text{ k}\Omega$, $R_2 = 10\text{ k}\Omega$, $R = 9{,}1\text{ k}\Omega$, nguồn $E = 12\text{ V}$; ghép cổng logic AND
Khâu tách xung Mạch so sánh mức 0 dùng OA Xác định cực tính bán kỳ điện áp lưới để chỉ cho phép cấp xung khi điện áp thuận $u_{AK} > 0$
Khâu khuếch đại xung 2 tầng Transistor + Biến áp xung (BAX) Nguồn $E_{CS} = 18\text{ V}$; Transistor tầng công suất $T_1$ BD135 ($U_{ce} = 45\text{ V}, I_{cmax} = 1{,}5\text{ A}, \beta_1 = 40$), $R_2 = 15\ \Omega$; Transistor tiền khuếch đại $T_2$ BC107 ($U_{ce} = 45\text{ V}, I_{cmax} = 0{,}1\text{ A}, \beta_{min} = 110$), $R_1 = 15\text{ k}\Omega$
Biến áp xung (BAX) Ghép cách ly xung điều khiển Tỷ số biến áp $n = 2$; sơ cấp $U_1 = 14\text{ V}, I_1 = 0{,}15\text{ A}$, thứ cấp $U_2 = 7\text{ V}, I_2 = 0{,}3\text{ A}$; số vòng $W_1 = 172$ vòng, $W_2 = 86$ vòng; hệ số lấp đầy $k = 0{,}76$
Biến áp đồng pha Biến áp 3 pha tổ đấu dây $Y/Y_0$ $U_{2đm} = 24\text{ V}$, công suất $P = 100\text{ W}$; Mạch dịch pha $30^\circ$ gồm $R_0 = 2{,}7\text{ k}\Omega, R_1 = 4{,}7\text{ k}\Omega, C_0 = 1\ \mu\text{F}$
Mạch nguồn nuôi Chỉnh lưu cầu 3 pha điôt + IC ổn áp Tạo các cấp nguồn ổn định $\pm 15\text{ V}$ (dùng IC 7815, 7915) và nguồn phụ $\pm 24\text{ V}$

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương 1 đi sâu vào phân tích đặc tính và so sánh các phương án truyền động cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

  • Phân tích 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ:
    1. Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ($R_f$): Chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ phía dưới tốc độ cơ bản, độ cứng đặc tính cơ giảm khi tăng $R_f$, tổn hao năng lượng trên biến trở lớn.
    2. Thay đổi từ thông kích từ ($\Phi$): Mạch kích từ phi tuyến, chỉ điều chỉnh giảm từ thông để tăng tốc độ lên trên tốc độ cơ bản, dải điều chỉnh hẹp, đặc tính cơ mềm đi.
    3. Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng ($U_ư$): Dải điều chỉnh tốc độ rộng, điều chỉnh trơn và vô cấp, giữ nguyên độ cứng đặc tính cơ ($\beta = \text{const}$), tổn thất năng lượng nhỏ và dễ tự động hóa. Đồ án lựa chọn phương pháp này.
  • Phân tích so sánh các hệ thống biến đổi nguồn:
    • Hệ van – động cơ (T – Đ): Bộ biến đổi trực tiếp từ xoay chiều sang một chiều qua Thyristor; ưu điểm là tác động nhanh, tổn hao ít, không có khâu chuyển động trung gian, hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn. Nhược điểm là hệ số công suất $\cos\varphi$ giảm khi điều chỉnh sâu và dòng điện có độ đập mạch lớn.
    • Hệ máy phát – động cơ (F – Đ): Dải điều chỉnh rộng, làm việc được ở cả 4 góc phần tư nhưng cồng kềnh, gây tiếng ồn, hiệu suất tổng thấp do qua nhiều lần chuyển đổi năng lượng cơ - điện.
    • Hệ xung áp – động cơ (ĐXA – Đ): Đóng cắt bằng GTO/IGBT tần số cao, hiệu chỉnh tốt ở công suất nhỏ và trung bình.
  • Kết luận lựa chọn: Hệ truyền động Thyristor – Động cơ một chiều (T – Đ) được chọn làm phương án thiết kế tối ưu.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

Nội dung chương 2 tập trung vào việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các thiết bị thuộc mạch lực:

  • Phân tích nguyên lý làm việc và sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn bằng 6 van Thyristor.
  • Tính toán lựa chọn máy biến áp động lực cấp nguồn từ lưới điện 3 pha cho bộ biến đổi.
  • Tính chọn van Thyristor dựa trên dòng điện và điện áp làm việc cực đại có xét hệ số dự trữ.
  • Tính chọn mạch bảo vệ quá điện áp $du/dt$ và quá dòng $di/dt$ gồm nhánh RC mắc song song với từng Thyristor, tính toán dựa trên năng lượng tích lũy trên phần ứng $W_k = 14{,}85\text{ J}$ và hệ số dập dao động $\xi = 0{,}65$.
  • Lựa chọn Áptomát 3 cực bảo vệ ngắn mạch và đóng cắt lưới điện (loại EA53-G: $I_{đm} = 10\text{ A}, U_{đm} = 380\text{ V}, I_N = 5\text{ kA}$).
  • Tính chọn máy phát tốc phản hồi âm tốc độ (loại T32/1B4Y: $1500\text{ v/ph}, 220\text{ V}, 3{,}54\text{ W}$, tỷ số truyền $i = 0{,}75$, hệ số $K_{FT} = 0{,}2178$) phục vụ xây dựng hệ kín.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Chương 3 trình bày chi tiết cấu trúc và thông số tính toán của mạch điều khiển phát xung:

  • So sánh hệ thống điều khiển pha ngang (nhược điểm dải điều chỉnh hẹp $<180^\circ$, nhạy cảm với biến động lưới) với hệ thống điều khiển pha đứng. Tác giả chọn hệ thống điều khiển đồng bộ theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
  • Thiết kế chi tiết từng khâu trong mạch điều khiển:
    • Khâu đồng bộ hóa: Tạo xung nhịp đồng bộ 2 nửa chu kỳ, sử dụng biến áp đồng pha, cầu chỉnh lưu diode 1N4002, mạch so sánh qua 0 dùng OA TL084, tạo dải điều chỉnh góc mở đến $170^\circ$ ($\alpha_{min} = 5^\circ$).
    • Khâu tạo sóng răng cưa: Sử dụng IC thuật toán TL082 phối hợp diode Zener BZX79 ($10\text{ V}$) và tụ $220\text{ nF}$ để tạo dạng sóng răng cưa tuyến tính có thời gian phóng $T_p = 9{,}33\text{ ms}$ (tương ứng $168^\circ$).
    • Khâu so sánh: Ứng dụng OA làm việc ở chế độ bão hòa để so sánh điện áp răng cưa với điện áp điều khiển $U_{đk}$.
    • Khâu tạo xung chùm: Sử dụng mạch dao động đa hài tạo xung tần số cao $f = 8\text{ kHz}$ ($T = 125\ \mu\text{s}$) dùng OA với tụ $C = 10\text{ nF}$, $R_1 = 5{,}1\text{ k}\Omega, R_2 = 10\text{ k}\Omega, R = 9{,}1\text{ k}\Omega$, kết hợp cổng logic AND để hạn chế phát nhiệt tầng khuếch đại.
    • Khâu tách xung: Dùng OA phát hiện điểm qua 0 để phân phối xung đúng nửa chu kỳ điện áp thuận của van ($u_{AK} > 0$).
    • Khâu khuếch đại công suất và Biến áp xung (BAX): Mạch khuếch đại dòng 2 tầng dùng Transistor $T_1$ BD135 và $T_2$ BC107 với nguồn $E_{CS} = 18\text{ V}$; tính chọn BAX tỷ số biến đổi $n = 2$, cuộn sơ cấp 172 vòng, cuộn thứ cấp 86 vòng.
    • Mạch nguồn nuôi: Sử dụng chỉnh lưu và IC ổn áp 7815, 7915 để cung cấp nguồn $\pm 15\text{ V}$ và $\pm 24\text{ V}$.
    • Tính chọn biến áp đồng bộ: Biến áp 3 pha tổ đấu dây $Y/Y_0$, $U_{2đm} = 24\text{ V}$, công suất định mức $100\text{ W}$, tích hợp mạch dịch pha $30^\circ$ ($R_0 = 2{,}7\text{ k}\Omega, R_1 = 4{,}7\text{ k}\Omega, C_0 = 1\ \mu\text{F}$).

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT HỆ THỐNG

Chương 4 thực hiện việc mô phỏng kiểm chứng các khối đã thiết kế:

  • Xây dựng sơ đồ mô phỏng mạch lực cầu 3 pha cấp nguồn cho phần ứng động cơ một chiều.
  • Xây dựng mô hình mô phỏng mạch điều khiển phát xung đồng bộ (dạng sóng đồng pha, điện áp răng cưa, xung so sánh và chùm xung kích mở).
  • Mô phỏng tích hợp toàn bộ hệ thống mạch lực và mạch điều khiển để đánh giá dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra trên tải động cơ và rút ra nhận xét, kết luận đánh giá.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể sau:

  • Xây dựng hoàn chỉnh phương án thiết kế hệ truyền động Thyristor – Động cơ một chiều không đảo chiều quay sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha.
  • Cung cấp đầy đủ bảng thông số kỹ thuật và quy trình tính toán giải tích cho toàn bộ mạch lực:
    • Lựa chọn Áptomát bảo vệ EA53-G ($10\text{ A}, 380\text{ V}, 5\text{ kA}$).
    • Thiết kế mạch dập xung RC bảo vệ van Thyristor với năng lượng hấp thụ $W_k = 14{,}85\text{ J}$.
    • Xác định thông số phản hồi âm tốc độ qua máy phát tốc T32/1B4Y ($K_{FT} = 0{,}2178, U_{ph} = 12\text{ V}$).
  • Thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý và tính chọn linh kiện mạch điều khiển tích hợp (IC/OA):
    • Khâu đồng bộ và tạo răng cưa tuyến tính bằng OA TL084, TL082 kết hợp diode Zener BZX79, đảm bảo dải điều chỉnh góc mở rộng ($168^\circ - 170^\circ$).
    • Khâu phát chùm xung tần số cao $8\text{ kHz}$ kết hợp mạch tách xung dùng OA để chống mở nhầm van.
    • Tầng khuếch đại xung công suất dùng Transistor BD135, BC107 kết hợp biến áp xung tỷ số $n = 2$ ($W_1 = 172$ vòng, $W_2 = 86$ vòng).
    • Bộ nguồn ổn áp $\pm 15\text{ V}$ (IC 7815/7915) và biến áp đồng pha $Y/Y_0$ công suất $100\text{ W}$ kèm mạch lệch pha $30^\circ$.
  • Kiểm chứng tính đúng đắn của sơ đồ nguyên lý thông qua mô phỏng dạng sóng mạch lực và mạch điều khiển trong Chương 4.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung của đồ án, một số hạn chế và định hướng phát triển bao gồm:

  • Hạn chế về cấu trúc truyền động: Hệ thống được thiết kế theo cấu hình một chiều không đảo chiều quay (chỉ làm việc ở 1 góc phần tư của mặt phẳng cơ), chưa đáp ứng được các ứng dụng đòi hỏi đảo chiều quay hoặc hãm tái sinh năng lượng.
  • Hạn chế về công nghệ điều khiển: Mạch điều khiển hoàn toàn được xây dựng bằng mạch điện tử tương tự rời rạc (sử dụng khuếch đại thuật toán OA, IC ổn áp, Transistor). Cấu trúc này có độ phức tạp về dây nối phần cứng, dễ bị ảnh hưởng bởi trôi điểm làm việc do nhiệt độ và khó thay đổi thuật toán điều khiển mềm.
  • Phạm vi kiểm nghiệm: Đồ án dừng lại ở mức tính toán lý thuyết và khảo sát mô phỏng, chưa tiến hành thi công mạch phần cứng thực tế để đo kiểm các chỉ tiêu động học và độ tin cậy trong môi trường công nghiệp.
  • Hướng mở rộng: Phát triển hệ truyền động đảo chiều quay (sử dụng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đảo chiều dòng kích từ); chuyển đổi mạch điều khiển tương tự sang điều khiển số sử dụng vi điều khiển, DSP hoặc PLC; tích hợp các thuật toán điều khiển hiện đại (PI, PID số) cho hai mạch vòng dòng điện và tốc độ.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điều khiển và Tự động hóa: Sử dụng làm tài liệu mẫu cho các học phần Đồ án môn học Điện tử công suất, Truyền động điện và Cơ sở ngành Tự động hóa.
  • Nội dung tham khảo trọng tâm:
    • Phương pháp phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện một chiều kích từ độc lập.
    • Các bước tính toán giải tích chi tiết từ thông số van Thyristor, biến áp xung đến mạch bảo vệ RC trong chỉnh lưu cầu 3 pha.
    • Sơ đồ nguyên lý và cách tính toán giá trị điện trở, tụ điện, diode Zener trong các khối mạch điều khiển pha đứng dùng IC khuếch đại thuật toán (TL082, TL084).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thay vì thay đổi từ thông hay thêm điện trở phụ?

Theo phân tích ở Chương 1, phương pháp thay đổi điện áp mạch phần ứng có nhiều ưu điểm vượt trội: dải điều chỉnh tốc độ rộng, điều chỉnh trơn vô cấp, duy trì độ cứng đặc tính cơ không đổi ($\beta = \text{const}$) trong toàn dải điều chỉnh, sai số tĩnh nhỏ, tổn thất năng lượng thấp và rất thuận lợi cho việc thiết kế mạch điều khiển tự động hóa. Trong khi đó, thêm điện trở phụ $R_f$ gây tổn thất năng lượng lớn và làm mềm đặc tính cơ; còn thay đổi từ thông $\Phi$ chỉ điều chỉnh được phía trên tốc độ cơ bản và có dải điều chỉnh hẹp.

2. Mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha trong đồ án hoạt động theo nguyên tắc nào và gồm những khối chức năng chính nào?

Mạch điều khiển hoạt động theo nguyên tắc khống chế pha đứng đồng bộ với tần số lưới điện xoay chiều. Cấu trúc mạch gồm các khối chức năng:

  1. Khối đồng bộ hóa (ĐBH) kết hợp mạch dịch pha $30^\circ$ và biến áp đồng pha $Y/Y_0$.
  2. Khối phát sóng răng cưa tuyến tính (SRC) dùng OA TL082 tạo điện áp tựa.
  3. Khối so sánh (SS) giữa điện áp tựa và điện áp điều khiển $U_{đk}$ để xác định góc mở $\alpha$.
  4. Khối tạo dao động xung chùm tần số cao ($8\text{ kHz}$) kết hợp cổng logic AND.
  5. Khối tách xung dùng OA để phân cực cấp xung cho van ở bán kỳ dương ($u_{AK} > 0$).
  6. Khối khuếch đại công suất xung (KĐX) dùng Transistor BD135/BC107 và biến áp xung (BAX).
  7. Khối tạo nguồn nuôi $\pm 15\text{ V}$ và $\pm 24\text{ V}$.

3. Tầng khuếch đại công suất xung điều khiển và biến áp xung (BAX) được tính chọn với các thông số cụ thể nào?

Khối khuếch đại xung sử dụng nguồn $E_{CS} = 18\text{ V}$, biến áp xung tỷ số $n = 2$ ($W_1 = 172$ vòng, $W_2 = 86$ vòng, hệ số lấp đầy $k = 0{,}76$). Transistor tầng công suất $T_1$ chọn loại BD135 ($U_{ce} = 45\text{ V}, I_{cmax} = 1{,}5\text{ A}, \beta_1 = 40$) với điện trở tải $R_2 = 15\ \Omega$ (công suất 2–4 W). Transistor tiền khuếch đại $T_2$ chọn loại BC107 ($U_{ce} = 45\text{ V}, I_{cmax} = 0{,}1\text{ A}, \beta_{min} = 110$) với điện trở đầu vào $R_1 = 15\text{ k}\Omega$. Tín hiệu xung thứ cấp cung cấp cho cực điều khiển Thyristor đạt $U_2 = 7\text{ V}, I_2 = 0{,}3\text{ A}$ (đáp ứng yêu cầu mở van $U_{GK} = 6\text{ V}, I_G = 0{,}4\text{ A}$).

4. Thiết bị bảo vệ và thiết bị đo phản hồi tốc độ trong mạch động lực được lựa chọn theo tiêu chuẩn nào?

  • Áptomát: Lựa chọn loại EA53-G (3 cực, dòng định mức $I_{đm} = 10\text{ A}$, điện áp $U_{đm} = 380\text{ V}$, dòng cắt ngắn mạch $I_N = 5\text{ kA}$), thỏa mãn điều kiện làm việc cực đại của hệ thống ($I_{lvmax} = 6{,}3\text{ A}$).
  • Mạch dập xung RC: Mắc song song từng van Thyristor để bảo vệ quá áp $du/dt$, tính toán dựa trên năng lượng tích lũy phần ứng $W_k = 14{,}85\text{ J}$ và hệ số suy giảm $\xi = 0{,}65$.
  • Máy phát tốc: Chọn loại T32/1B4Y ($P_{đm} = 3{,}54\text{ W}, U_{đm} = 220\text{ V}, n_{đm} = 1500\text{ v/ph}, R_ư = 7{,}34\ \Omega$), tỷ số truyền cơ khí $i = 0{,}75$, hệ số truyền đạt $K_{FT} = 0{,}2178$, đưa ra tín hiệu phản hồi âm tốc độ $U_{ph} = 12\text{ V}$ phục vụ mạch vòng điều khiển kín.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động cơ một chiều không đảo chiều quay" của sinh viên Đinh Việt Anh đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ tính toán, thiết kế giải tích và mô phỏng hệ thống truyền động Thyristor – Động cơ một chiều kích từ độc lập sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Công trình trình bày rõ ràng phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng, hoàn thiện tính toán mạch lực cùng hệ thống bảo vệ (RC, Áptomát EA53-G) và thiết kế chi tiết mạch điều khiển đồng bộ pha đứng dùng linh kiện tích hợp OA/Transistor với biến áp xung cách ly. Các kết quả tính toán và mô phỏng đã kiểm chứng nguyên lý hoạt động ổn định của hệ thống, mang lại tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cho sinh viên ngành Điện - Tự động hóa.