Giáo trình Điện tử công nghiệp

Tuy nhiên viác nghiên cāu không chã dÿng l¿i á phÅn công suÃt mà còn đ°ÿc āng dāng trong các l*nh vực điÃu khiÅn khác KÅ tÿ khi hiáu āng nÃn đián cÿa miÃn tiÁp xúc PN đ°ÿc công bá bái Sh

Bài 1: KHÁI NIàM VÀ ĐIàN Tþ CÔNG SUÂT

1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIÂN

Đián tā công suÃt có thÅ đ°ÿc xÁp vào ph¿m vi các môn thuác và kā thuÁt năng l°ÿng cÿa ngành kā thuÁt đián nói chung Tuy nhiên viác nghiên cāu không chã dÿng l¿i á phÅn công suÃt mà còn đ°ÿc āng dāng trong các l*nh vực điÃu khiÅn khác

KÅ tÿ khi hiáu āng nÃn đián cÿa miÃn tiÁp xúc PN đ°ÿc công bá bái Shockley vào năm 1949 thì āng dāng cÿa chÃt bán d¿n càng ngày càng đi sâu vào các l*nh vực chuyên môn cÿa ngành kā thuÁt đián và tÿ đó phát triÅn thành ngành điện tử công suất chuyên nghiên cāu và khÁ năng āng dāng cÿa chÃt bán

d¿n trong l*nh vực năng l°ÿng

Với sự thành công trong viác truyÃn tÁi dòng đián 3 pha vào năm 1891, dòng đián mát chiÃu đ°ÿc thay thÁ bái dòng đián xoay chiÃu trong viác sÁn xuÃt đián năng, do đó đÅ cung cÃp cho các tÁi mát chiÃu cÅn thiÁt phÁi biÁn đái tÿ dòng đián xoay chiÃu thành mát chiÃu, yêu cÅu này có thÅ đ°ÿc thực hián bằng

há tháng máy phát - đáng c¢ Hián nay ph°¢ng pháp này chã còn áp dāng trong

kā thuÁt hàn đián

Thay thÁ cho há tháng máy đián quay nói trên là viác āng dāng đèn h¢i thÿy ngân đÅ nÃn đián kéo dài trong vòng 50 năm và sau đó chÃm dāt bái sự ra đßi cÿa thyristor

Đián tā công suÃt nghiên cāu và các ph°¢ng pháp biÁn đái dòng đián và cÁ các yêu cÅu đóng/ngÃt và điÃu khiÅn, trong đó chÿ yÁu là kā thuÁt đóng/ngÃt trong m¿ch đián mát chiÃu và xoay chiÃu, điÃu khiÅn dòng mát chiÃu, xoay chiÃu, các há tháng chãnh l°u, nghåch l°u nhằm biÁn đái đián áp và tÅn sá cÿa ngußn năng l°ÿng ban đÅu sang các giá trå khác theo yêu cÅu

¯u điÅm cÿa các m¿ch biÁn đái đián tā so với các ph°¢ng pháp biÁn đái khác đ°ÿc liát kê ra nh° sau:

- Hiáu suÃt làm viác cao

- Kích th°ớc nhß gọn

- Có tính kinh tÁ cao

- VÁn hành và bÁo trì dÅ dàng

- Không bå Ánh h°áng bái khí hÁu, đá ẩm nhß các linh kián đÃu đ°ÿc bọc trong vß kín

- Làm viác án đånh với các biÁn đáng cÿa đián áp ngußn cung cÃp

- Chåu đ°ÿc chÃn đáng cao, thích hÿp cho các thiÁt bå l°u đáng

- Ph¿m vi nhiát đá làm viác ráng, thông sá ít thay đái theo nhiát đá

- Đặc tính điÃu khiÅn có nhiÃu °u điÅm

2 NGUYÊN TÂC BI¾N ĐàI T)NH

2.1 S¢ đß khßi

Trong l*nh vực đián tā công suÃt, đÅ biÅu dißn các khái chāc năng ng°ßi ta dùng các ký hiáu s¢ đß khái, đián năng truyÃn tÿ ngußn (có chã sá 1) đÁn tÁi (có chã sá 2)

thành năng l°ÿng xoay chiÃu mát pha hoặc ba pha

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ nghịch lưu

2.1.3 Các há thßng bi¿n đái

Các m¿ch biÁn đái nhằm thay đái:

- Dòng xoay chiÃu có đián áp, tÅn sá và sá pha xác đånh sang các giá trå khác

Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ biến đổi

- Dòng mát chiÃu có đián áp xác đånh sang dòng mát chiÃu có giá trå đián

áp khác (converter DC to DC)

M¿ch biÁn đái th°ßng là sự kÁt hÿp tÿ m¿ch chãnh l°u và m¿ch nghåch l°u Do đó, l¿i đ°ÿc chia làm hai lo¿i: BiÁn đái trực tiÁp và biÁn đái có khâu trung gian

TÁi cÁm kháng có đặc tính l°u trữ năng l°ÿng, tính chÃt này đ°ÿc thÅ hián

~

U 1 , f 1 =0Hz U 2 , f 2

~

U 1 , f 1 ~ U 2 , f 2

á hián t°ÿng san bằng thành phÅn gÿn sóng có trong đián áp mát chiÃu á ngõ ra cÿa m¿ch nÃn đián và xung đián áp cao xuÃt hián t¿i thßi điÅm cÃt tÁi

Các āng dāng quan trọng cÿa lo¿i tÁi này là: Các cuán kích tÿ trong máy đián (t¿o ra tÿ tr°ßng), trong các thiÁt bå nung cÁm āng và các lò tôi cao tÅn

Trong các tr°ßng hÿp này đián cÁm th°ßng đ°ÿc mÃc song song với đián dung

đÅ t¿o thành mát khung cáng h°áng song song

2.2.2 TÁi tích cực

Các lo¿i tÁi này th°ßng có kèm theo mát ngußn đián áp nh° các van chãnh l°u á chÁ đá phân cực nghåch Ví dā: Quá trình n¿p đián bình Ãc quy và sāc phÁn đián cÿa đáng c¢ đián

Hình 1.4: Sơ đồ tương đương của một tải trở kháng với sức phản điện

2.3 Các van bi¿n đái

Các van đián là những phÅn tā chã cho dòng đián chÁy qua theo mát chiÃu nhÃt đånh Trong l*nh vực đián tā công suÃt đó chính là các diode bán d¿n và thyristor kÅ cÁ những transistor công suÃt

2.3.1 Van không điÁu khiÃn đ°ợc (diode)

Mát diode lý t°áng chã cho dòng đián ch¿y qua nó khi đián áp anode d°¢ng h¢n cathode, đián áp ngõ ra cÿa diode chã phā thuác theo đián áp ngõ vào cÿa diode đó

2.3.2 Van điÁu khiÃn đ°ợc (thyristor)

Môt chãnh l°u có điÃu khiÅn lý t°áng v¿n không d¿n đián mặc dù giữa anode và cathode đ°ÿc phân cực thuÁn (anode d°¢ng h¢n cathode) ĐiÃu kián

đÅ các van này d¿n đián là đßng thßi với chÁ đá phân cực thuÁn phÁi có thêm xung kích t¿i cực cáng (UAK d°¢ng và UGK d°¢ng) Đián áp ngõ ra không những phā thuác theo đián áp vào mà còn phā thuác theo thßi điÅm xuÃt hián xung

đá chính xác và tính kinh tÁ rÃt cao Kā thuÁt tự đáng hóa đ°ÿc phân thành hai chuyên ngành: Kā thuÁt điÃu khiÅn và kā thuÁt điÃu chãnh Tuy nhiên, trong thực

tÁ cũng th°ßng gặp tr°ßng hÿp kÁt hÿp cÁ hai Ví dā: Ph°¢ng pháp điÃu chãnh tác đá đáng c¢ mát chiÃu bằng cÅu chãnh l°u có điÃu khiÅn

3.1 Khái niám c¢ bÁn

Tÿ sự mô tÁ các van chãnh l°u á phÅn trên có sā dāng khái niám <van có điÃu khiÅn'' Các thyristor đ°ÿc điÃu khiÅn bằng cách dåch chuyÅn pha cÿa xung kích d¿n đÁn đián áp ra cũng nh° công suÃt r¢i trên tÁi thay đái theo

ThuÁt ngữ <điÃu khiÅn'' cũng đã nói lên mát quá trình mà trong đó mát hoặc nhiÃu đ¿i l°ÿng vào cÿa há tháng có Ánh h°áng đÁn các đ¿i l°ÿng ra cÿa há tháng đó

Khi các đ¿i l°ÿng ra không đ°ÿc hßi tiÁp trá l¿i ngõ vào, ng°ßi ta gọi là quá trình há, h°ớng tác đáng cÿa quá trình là cá đånh và đ°ÿc biÅu diÅn bằng các mũi tên nh° trong hình 1.5

Trong thực tÁ, các khái niám và tên gọi trong kā thuÁt điÃu khiÅn đ°ÿc đånh ngh*a và xā dāng theo tiêu chuẩn DIN 19226 nh° sau:

Đại lượng ra X là mát đ¿i l°ÿng vÁt lý cÿa há tháng, đ¿i l°ÿng này bå Ánh

h°áng theo mát quy luÁt điÃu khiÅn nhÃt đånh

Đối tượng điều khiển là mát khâu trong quá trình điÃu khiÅn, là n¢i xuÃt phát

đ¿i l°ÿng ra, trong há tháng truyÃn đáng điÃu chãnh bằng thyristor: Đáng c¢ và thyristor là đái t°ÿng điÃu khiÅn, tác đá và momen quay là các đ¿i l°ÿng ra

Phần tử chấp hành là mát bá phÁn cÿa đái t°ÿng điÃu khiÅn tác đáng trực

tiÁp đÁn năng l°ÿng hoặc khái l°ÿng cÅn điÃu khiÅn, có lo¿i phÅn tā tác đáng gián đo¿n nh°: r¢ le, công tÃc t¢ và cũng có lo¿i tác đáng liên tāc nh°: Con tr°ÿt, van tiÁt l°u, transistor và m¿ch nÃn đián có đián áp ra thay đái đ°ÿc

Tín hiệu điều khiển y là tín hiáu tác đáng vào phÅn tā chÃp hành, đây chính

là tín hiáu ra cÿa phÅn tā điÃu khiÅn

Phần tử điều khiển có nhiám vā t¿o ra tín hiáu điÃu khiÅn, cÃu trúc cÿa

phÅn tā điÃu khiÅn phā thuác theo đ¿i l°ÿng vào

Đại lượng vào w đ°ÿc đ°a tÿ ngoài vào há tháng, đác lÁp với quá trình

điÃu khiÅn, giữa đ¿i l°ÿng vào với đ¿i l°ÿng ra tßn t¿i mát quan há xác đånh

Nhiễu z có ngußn gác tÿ nhiÃu nguyên nhân khác nhau, có thÅ t¿o ra

những tác đáng ngoài ý muán đÁn kÁt quÁ điÃu khiÅn

Hình 1.5: Định nghĩa hệ điều khiển hở

Hình 1.6: Sơ đồ khối một hệ điều khiển hở

3.2 Các ph°¢ng pháp điÁu khiÃn

Dựa trên nguyên lý làm viác ng°ßi ta chia thành hai ph°¢ng pháp điÃu khiÅn

1 ĐiÃu khiÅn vô cÃp

Z Nhi ßu

Ph Ån tā điÃu khiÅn

Y Tín hiáu điÃu khiÅn

W (Xin) Đ¿i l°ÿng vào

Xout

2 ĐiÃu khiÅn gián đo¿n

Dựa trên trình tự thực hián ng°ßi ta chia thành: ĐiÃu khiÅn theo ch°¢ng trình, điÃu khiÅn theo thßi gian, điÃu khiÅn theo tuyÁn , điÃu khiÅn theo quá trình

và điÃu khiÅn lÁp trình

3.2.1 ĐiÁu khiÃn vô cÃp

Trong ph°¢ng pháp này giữa các đ¿i l°ÿng vào và đ¿i l°ÿng ra luôn tßn t¿i mát quan há đ¢n trå á tr¿ng thái án đånh đÁn nßi nhißu cũng không làm xáo trán ho¿t đáng cÿa há tháng Đ¿i l°ÿng vào w có thÅ đ°ÿc chãnh đånh hoặc thay đái

tÿ 0 đÁn w bái công nhân vÁn hành máy M¿ch điÃu chãnh vô cÃp đá sáng cÿa đèn là mát ví dā

3.2.2 ĐiÁu khiÃn gián đo¿n

Há tháng điÃu khiÅn trong tr°ßng hÿp này làm viác á chÁ đá đóng-ngÃt Tr°ớc tiên, đ¿i l°ÿng vào có giá trå t°¢ng āng với māc đóng (ON) đÅ tác đáng phÅn tā chÃp hành Há tháng s¿ chuyÅn sang tr¿ng thái ngÃt ví dā khi nhÃn nút STOP hoặc mát tiÁp điÅm hành trình nào đó

Ph°¢ng pháp này đ°ÿc dùng rÃt phá biÁn trong các há tháng có phÅn tā chÃp hành lo¿i đián c¢ nh°: R¢ le, công tÃc t¢

Trong kā thuÁt lÃp đặt đián gia dāng, ph°¢ng pháp điÃu khiÅn gián đo¿n đ°ÿc thực hián bái các r¢ le dòng, m¿ch cÁm biÁn - tiÁp điÅm và cÁm biÁn - không tiÁp điÅm (bán d¿n), lo¿i này đ°ÿc trình bày á hình 1.7

Q1

L1

F2 1A

R4

C3

C1

D2 DIODE

F1 1A

R2 C2

R3 R1 N

R5 Q2

CP K R Q _

U1A

Hình 1.7: Hệ điều khiển gián đoạn dùng cảm biến

Nguyên lý ho¿t đáng :

Các phÅn tā R1, R2, T và C3 t¿o ngußn nuôi cho Flip-Flop và các transistor trong m¿ch cÁm biÁn và cÁm biÁn, Flip-Flop đóng vai trò mát r¢ le đián tā Khi

có tín hiáu t¿i ngõ vào E (do tiÁp xúc vào bÁn cực cÁm biÁn B) Transistor Q3

tÃt, triac đ°ÿc kích trong khoÁng thßi gian tÿng bán kÿ cÿa đián áp ngußn và lúc này có dòng qua tÁi Xung vào tiÁp theo làm transistor d¿n, tā C2 bå ngÃn m¿ch

và triac chuyÅn sang tr¿ng thái tÃt, dòng qua tÁi bằng 0

Mát tr°ßng hÿp đặc biát cÿa ph°¢ng pháp điÃu khiÅn gián đo¿n là ''chÁ đá tiÁp xúc'', á chÁ đá này tr¿ng thái ON chã có hiáu lực khi mát nút nhÃn hoặc mát tiÁp điÅm nhiÃu vå trí đ°ÿc duy trì tr¿ng thái đóng, lo¿i này th°ßng gặp á các c¢ cÃu nâng, mßi mát chuyÅn đáng nh°: Tới, lui, lên, xuáng cÅn mát nút nhÃn riêng, trong āng dāng này vå trí cÿa cÅn trāc là đ¿i l°ÿng ra Xout

3.2.3 ĐiÁu khiÃn theo ch°¢ng trình

ĐiÃu khiÅn theo ch°¢ng trình là sự má ráng cÿa hai ph°¢ng pháp điÃu khiÅn vô cÃp và điÃu khiÅn gián đo¿n, trong ph°¢ng pháp này sā dāng các ''cÁm biÁn ch°¢ng trình'' và l¿i đ°ÿc chia làm hai lo¿i: ĐiÃu khiÅn tuÅn tự theo thßi gian và điÃu khiÅn theo tuyÁn

Mát ví dā điÃu khiÅn tuÅn tự theo thßi gian đ¢n giÁn nhÃt là quá trình điÃu khiÅn đá sáng bằng thiÁt bå đånh thßi Các cÁm biÁn ch°¢ng trình th°ßng là các đ*a lách tâm, cam chuyÅn m¿ch, băng đāc lá và các lo¿i băng tÿ

Ph°¢ng pháp điÃu khiÅn theo tuyÁn th°ßng thÃy á các máy tự đáng gia công kim lo¿i, viác điÃu khiÅn tác đá quay và tác đá ăn dao phā thuác vào vå trí cÿa công cā trong l*nh vực vÁn tÁi tác đá vÁn chuyÅn đ°ÿc điÃu khiÅn phù hÿp theo tÿng tuyÁn (tuyÁn truyÃn vÁn, tuyÁn hãm, vå trí dÿng)

Māc phát triÅn cao h¢n cÿa ph°¢ng pháp điÃu khiÅn theo ch°¢ng trình là ph°¢ng pháp điÃu khiÅn tuÅn tự theo quá trình (hình 1.8) Trong đó các thao tác hoặc các tiÁn trình vÁt lý đ°ÿc thực hián theo mát thā tự đã đ°ÿc lÁp trình tùy thuác vào các tr¿ng thái đ¿t đ°ÿc cÿa quá trình điÃu khiÅn Ch°¢ng trình có thÅ đ°ÿc cài đặt cá đånh hoặc đ°ÿc đọc ra tÿ các bìa đāc lá, băng đāc lá, băng tÿ hoặc mát thiÁt bå l°u trữ khác

Hình 1.8: Đồ thị tín hiệu của phương pháp điều khiển tuần tự

Mát ví dā đ¢n giÁn cho ph°¢ng pháp này là m¿ch tự đáng đái nái sao-tam giác, điÃu kián đÅ m¿ch đ°ÿc phép chuyÅn đái cách nái là phÁi đ¿t đ°ÿc thßi gian khái đáng tái thiÅu hoặc tác đá tái thiÅu cÿa đáng c¢ không đßng bá 3 pha

3.2.4 ĐiÁu khiÃn lÁp trình

Viác nâng cao hiáu suÃt tự đáng hóa là mát yêu cÅu cÅn thiÁt cÿa kā thuÁt điÃu khiÅn Trong ph°¢ng pháp điÃu khiÅn dùng r¢ le và các linh kián đián tā, quan há giữa các ngõ vào với các ngõ ra đ°ÿc mô tÁ bái s¢ đß m¿ch điÃu khiÅn, các phÅn tā trong m¿ch đ°ÿc hàn nái với nhau theo s¢ đß này Ng°ßi ta gọi các

há tháng kÅ trên làm viác theo mát ''ch°¢ng trình cāng'', s¢ đß m¿ch điÃu khiÅn

có thÅ đ°ÿc mô tÁ đÅy đÿ bằng cách liát kê ra các quan há có trong đó Ví dā mô

Hình 1.9: Điều khiển dùng rơ le

Đái t°ÿng điÃu khiÅn phÅn tā chÃp hành

Khi a hoặc b đóng và c đang á vå trí đóng thì r¢ le y s¿ có đián, sự mô tÁ này đ°ÿc biÅu diÅn bái ph°¢ng trình

y = (a+b).c

Trong nhiÃu tr°ßng hÿp, ph°¢ng pháp nh° trên khó thực hián và không kinh tÁ ĐÅ khÃc phāc nhiÃu nhà sÁn xuÃt đã đ°a ra ph°¢ng pháp điÃu khiÅn có khÁ năng lÁp trình

Trong ph°¢ng pháp này yêu cÅu điÃu khiÅn không phā thuác hoàn toàn vào

mát m¿ch đián đã đ°ÿc lÃp ráp sẵn mà chÿ yÁu là vào mát ch°¢ng trình (phÅn mÃm) gßm các chã thå điÃu khiÅn vi xā lý đ°ÿc sÃp xÁp phù hÿp với thuÁt giÁi đÅ giÁi quyÁt yêu cÅu điÃu khiÅn đà ra Ví dā: Há tháng điÃu khiÅn máy cán, máy công cā và các máy gia công nhựa

Các lánh thực hián ch°¢ng trình đ°ÿc chāa trong bá nhớ ch°¢ng trình, vi

xā lý s¿ thi hành theo phÅn mÃm công tác cÿa lánh, các lánh bÃt đÅu bái các quan há logic và kÁt thúc bái các thao tác đóng/ngÃt m¿ch

Khái t¿o xung đßng hß liên kÁt với bá đÁm đåa chã đÅ đọc mã lánh, các khái vào

và ra có nhiám vā giao tiÁp với các thiÁt bå ngo¿i vi cÿa há tháng điÃu khiÅn lÁp

3.3 PhÅn tÿ chÃp hành

Các phÅn tā thÿa hành trong mát há tự đáng điÃu khiÅn không chã là các thiÁt bå đián mà còn bao gßm cÁ các van, con tr°ÿt và b¢m đånh l°ÿng

4 Kþ THUÀT ĐIÀU CHâNH (ĐIÀU KHIÂN M¾CH KÍN)

Mát điÅm cÅn l°u ý trong há tháng điÃu khiÅn là Ánh h°áng cÿa nhißu đÁn đái t°ÿng điÃu khiÅn hoặc phÅn tā điÃu khiÅn làm cho tín hiáu ra thay đái mát cách không kiÅm soát đ°ÿc ĐÅ cho tín hiáu ra đáp āng đúng nh° giá trå mong muán, cÅn thiÁt phÁi có mát khâu điÃu chãnh có nhiám vā kiÅm tra và sāa sai (so sánh giá trå đặt với giá trå thực) NÁu há tháng không cÅn xā lý với tác đá cao thì công viác này có thÅ đ°ÿc thực hián bái công nhân vÁn hành máy

Ví dụ: Tr°ßng hÿp tài xé lái xe, khi xe ch¿y lách ra khßi h°ớng đã đånh

(giá trå đặt) do tác đáng cÿa gió (nhißu) thì h°ớng ch¿y cÿa xe s¿ đ°ÿc sāa l¿i bằng cách điÃu chãnh tay lái bái tài xÁ

Viác āng dāng kā thuÁt điÃu chãnh cũng rÃt thích hÿp trong các lò nung, chÃt l°ÿng nung đ°ÿc bÁo đÁm vì nhiát đá luôn đ°ÿc điÃu chãnh đúng giá trå đặt tr°ớc

4.1 Khái niám

Nh° mô hình trình bày á trên Trong đó con ng°ßi đóng vai trò khâu điÃu chãnh - đã cho thÃy tÃt cÁ đặc tính cÿa há tháng điÃu chãnh bằng tay

Nói chung, quá trình điÃu chãnh là mát quá trình tự đáng, qua đó mát đ¿i

l°ÿng vÁt lý ví dā nhiát đá cÿa lò nung là đ¿i l°ÿng m¿u x luôn đ°ÿc ghi nhÁn

và xā lý liên tāc bằng cách so sánh giữa đ¿i l°ÿng m¿u với đ¿i l°ÿng chuẩn w (giá trå đặt) sự sai biát nÁu có s¿ làm thay đái tín hiáu điÃu khiÅn sao cho sự sai biát này giÁm đÁn māc tái thiÅu

Đ¿i l°ÿng m¿u là yÁu tá cÅn thiÁt cho khâu so sánh cÿa quá trình điÃu

chãnh khép kín hay còn gọi là "vòng điều chỉnh" (hình 1.10)

Trong vòng điÃu chãnh đ°ÿc đ°ÿc phân thành: Đối tượng điều chỉnh và

khâu điều chỉnh, khâu điÃu chãnh bao gßm cÁ khâu so sánh có tín hiáu ra phā

thuác vào sự sai biát giữa đ¿i l°ÿng m¿u và đ¿i l°ÿng chuẩn, tín hiáu này sẻ điÃu chãnh l¿i đ¿i l°ÿng ra theo đúng yêu cÅu

Māc đích cuái cùng cÿa viác điÃu chãnh là đ¿t đ°ÿc giá trå đặt chính là đ¿i

l°ÿng vào w trong kā thuÁt điÃu khiÅn, dựa vào đ¿i l°ÿng này ng°ßi ta chia ra

các lo¿i: ĐiÃu chãnh theo giá trå cá đånh, điÃu chãnh tùy đáng và điÃu chãnh theo trình tự thßi gian

Trong ph°¢ng pháp điÃu chãnh theo giá trå cá đånh, giá trå đặt là mát hằng

sá trong suát quá trình ho¿t đáng

Trong ph°¢ng pháp điÃu chãnh tùy đáng, giá trå thực phā thuác theo giá trå đặt và giá trå này l¿i đ°ÿc thay đái trong quá trình ho¿t đáng Ví dā: Máy cÃt bằng tia lāa đián, vå trí cÃt đ°ÿc xác đånh bằng máy tính, t¿i mßi vå trí có mát giá trå đặt t°¢ng āng

Trong ph°¢ng pháp điÃu chãnh theo trình tự thßi gian, giá trå đặt phā thuác theo mát trình tự thßi gian cho tr°ớc Ví dā: Há tháng điÃu chãnh giÁm dÅn nhiát

đá trong phòng sau mßi giß đßng hß

Khác với trong kā thuÁt điÃu khiÅn, tín hiáu điÃu khiÅn trong kā thuÁt điÃu chãnh không bå Ánh h°áng theo giá trå đặt mà chã phā thuác vào tín hiáu sai biát

Xd

Hình 1.10: Sơ đồ khối hệ điều chỉnh

Đây là tín hiáu ra cÿa khâu so sánh với hai tín hiáu vào là giá trå đặt w và giá trå m¿u x, sau đó tín hiáu điÃu khiÅn s¿ tiÁp tāc tác đáng đÁn phÅn tā chÃp hành

Các khái niám th°ßng dùng trong kā thuÁt điÃu chãnh là:

Tín hiáu sai biát Xd = w - x

Đá lách điÃu chãnh X = x – w = - Xd

Nhißu là những yÁu tá gây ra các Ánh h°áng không mong muán cho đái t°ÿng điÃu chãnh và khâu điÃu chãnh, nhißu t¿o ra mát thay đái nhÃt đånh trong đ¿i

l°ÿng m¿u x mặc dù giá trå đặt không đái và trong đ¿i l°ÿng ra X out mặc dù tín

hiáu điÃu khiÅn cá đånh

4.2 Ho¿t đáng cÿa vòng điÁu chãnh

Hình 1.10 cho thÃy cÃu t¿o cÿa mát vòng điÃu chãnh, trong đó chÿ yÁu là đái t°ÿng điÃu chãnh và khâu điÃu chãnh

Giáng nh° trong kā thuÁt điÃu khiÅn, đ¿i l°ÿng ra đ°ÿc lÃy tÿ đái t°ÿng

Đái t°ÿng điÃu chãnh ChÃp hành

KhuÁch đ¿i

Giá tr å đặt W

So sánh KHÂU SO SÁNH

- +

điÃu chãnh, đặc tính vÁt lý phā thuác vào cÃu t¿o cÿa chúng

ĐiÅm khác nhau giữa kā thuÁt điÃu khiÅn và kā thuÁt điÃu chãnh là viác hßi tiÁp tín hiáu ra trá l¿i ngõ vào cÿa há tháng Trên đ°ßng hßi tiÁp bao gßm mát khâu điÃu chãnh và mát khâu so sánh, trong s¢ đß khái cho thÃy tín hiáu m¿u x

có thêm dÃu trÿ có ngh*a là tín hiáu hßi tiÁp bå đÁo pha (hßi tiÁp âm), điÃu này là cÅn thiÁt đÅ há tháng đ°ÿc án đånh: Khi tín hiáu ra Xo tăng lên thì tín hiáu điÃu chãnh Y s¿ giÁm xuáng và ng°ÿc l¿i Hình 1.11 trình bày nguyên tÃc cÿa hai vòng điÃu chãnh

S¢ đß á hình a t°¢ng tự nh° mát m¿ch khuÁch đ¿i đÁo trong đó đái t°ÿng điÃu chãnh là mát khuÁch đ¿i thuÁt toán và khâu điÃu chãnh là các đián trá hßi tiÁp âm, tín hiáu hßi tiÁp đ°ÿc đ°a vào ngõ vào đÁo cÿa KhuÁch đ¿i thuÁt toán nhằm māc đích đÁo pha

Hình 1.11: Sơ đồ khối các vòng điều chỉnh

Thông th°ßng khâu so sánh đ°ÿc đặt tr°ớc khâu điÃu chãnh (hình 1.11b) Mát vòng điÃu chãnh khép kín có mát đáp āng nhÃt đånh đái với sự biÁn thiên cÿa đ¿i l°ÿng chãnh đånh và cÁ cÿa nhißu Do đó, các vòng điÃu chãnh đ°ÿc chia thành hai lo¿i: Vòng điÃu chãnh đáp āng với nhißu và vòng điÃu chãnh đáp āng với đ¿i l°ÿng chãnh đånh

Có nhiÃu ph°¢ng pháp xác đånh đặc tính cÿa đái t°ÿng điÃu chãnh, cÿa khâu điÃu chãnh và cÿa vòng điÃu chãnh Trong ph°¢ng pháp tÅn sá ng°ßi ta đặt lên ngõ vào cÿa há tháng mát tín hiáu hình sin có biên đá cá đånh nh°ng tÅn sá thay đái, sau đó đo biên đá và pha cÿa tín hiáu ra t°¢ng āng với các tÅn sá khác nhau cÿa tín hiáu vào

Ph°¢ng pháp thā hai là ph°¢ng pháp xung đ°ÿc dùng đÅ khÁo sát đáp āng cÿa há tháng āng với mát tín hiáu đát biÁn á ngõ vào, d¿ng tín hiáu ra đ°ÿc gọi

Khâu điÃu chãnh

-

Xo

Khâu điÃu chãnh

là đáp āng xung cÿa há tháng

Trong há tháng á hình 1.12 khi ngõ vào xuÃt hián mát đát biÁn đián áp thì phÁi sau mát khoÁng thßi gian nhÃt đånh đián áp ra mới đ¿t đ°ÿc giá trå xác lÁp, tác đá đáp āng cÿa há tháng đ°ÿc xác đånh dựa trên thßi gian chuyÅn tiÁp Ttr là khoÁng thßi gian cÅn thiÁt đÅ đián áp ra tăng đÁn giá trå xác lÁp Xout với mát sai

sá là ΔXout, sai sá này phā thuác vào yêu cÅu cÿa há tháng Trong tr¿ng thái chuyÅn tiÁp, tÃt cÁ các quá trình điÃu hòa sẻ giÁm đi và tiÁn đÁn chÁ đá xác lÁp NÁu đặt cùng mát đát biÁn đián áp nh° thÁ vào đái t°ÿng điÃu chãnh có đặc tính khác, đáp āng cÿa há có thÅ giáng nh° á hình 1.13

Trong tr°ßng hÿp này tác đá đáp āng cÿa há tháng nhanh h¢n nh°ng tín hiáu ra s¿ có hián t°ÿng v°ÿt lá, do đó phát sinh thêm mát tiêu chuẩn đÅ đánh

giá há tháng đó là đá v°ÿt lá O có giá tråđ°ÿc tính theo công thāc

O = max 100 %

out

out

X X



Hình 1.12: Đáp ứng của đối tượng điều chỉnh với điện áp nấc ngỏ vào

Hình 1.13: Đáp ứng của đối tượng điều chỉnh với điện áp nấc ngỏ vào

Trong thực tÁ, cÁ hai thông sá TTr và O càng nhß càng tát, nh°ng th°ßng không đ¿t đ°ÿc cÁ hai mà phÁi chọn mát bián pháp dung hòa giữa hai yêu cÅu trên Hình 1.16 mô tÁ hai đặc tính trên cÿa há tháng điÃu chãnh

Đáp āng đái với nhißu và đái với đ¿i l°ÿng đặt cÿa mát vòng điÃu chãnh đ°ÿc xác đånh dựa vào hai ph°¢ng pháp vÿa trình bày á trên

4.2.1 Đáp āng nhißu trong ph°¢ng pháp giá trå cß đånh

ĐÅ khÁo sát đáp āng nhißu cÿa mát vòng điÃu chãnh, tr°ớc tiên giữ cho đ¿i

l°ÿng đặt w không đái và sau đó khÁo sát biÁn thiên cÿa tín hiáu ra khi có tác đáng cÿa nhißu Hình 1.14 trình bày đß thå thßi gian cÿa các đ¿i l°ÿng này

Hình 1.14: Đáp ứng nhiểu của hệ thống

4.2.2 Đáp āng cÿa há tùy đáng với giá trå đặt

ĐÅ khÁo sát đáp āng này, giá trå cÿa nhißu đ°ÿc giữ cá đånh và khÁo sát tín hiáu ra t°¢ng āng với sự thay đái cÿa đ¿i l°ÿng đặt tÿ w0 đÁn w1

LÃy ví dā điÃu khiÅn đáng c¢ mát chiÃu á hình 1.7 đÅ dß minh họa đáp āng này cÿa há tháng

GiÁ sā tÁi và đián áp ngußn (nguyên nhân gây nhißu) đ°ÿc giữ án đånh, thay đái đ¿i l°ÿng đặt w tÿ w0 đÁn w1 tác đá đáng c¢ cũng s¿ thay đái tÿ n0 đÁn

n1 sau mát thßi gian trì hoãn do quán tính cÿa há tháng, mát há tháng điÃu chãnh tát khi giÁm đ°ÿc thßi gian trì hoãn và đá v°ÿt lá cÿa tín hiáu ra

4.3 Đặc tính các khâu điÁu chãnh c¢ bÁn

Nh° đÁ đà cÁp trong phÅn 4.2 Mát khâu điÃu chãnh phÁi điÃu chãnh mát đái t°ÿng Do đặc tính các đái t°ÿng không giáng nhau nên cũng phÁi cÅn có các kiÅu điÃu chãnh khác nhau Đặc tính cÿa các khâu và cÿa các đái t°ÿng điÃu chãnh đ°ÿc đặc tr°ng bái đáp āng cÿa chúng āng với tín hiáu đ¢n vå (là tín hiáu

có giá trå tÿ 0 lên 1)sự thay đái đián áp ra khi có tác đáng cÿa đián áp đ¢n vå gọi

là hàm truyÃn

ĐÅ xác đånh hàm truyÃn, tr°ớc tiên phÁi đặt há tháng á tr¿ng thái t*nh có

ngh*a là năng l°ÿng còn trữ trong đó phÁi đ°ÿc phóng hÁt

Há tháng với hai phÅn tā tích trữ năng l°ÿng

Mát há tháng mà hàm truyÃn cÿa nó t¿o nên mát dao đáng thì trong nó luôn tßn t¿i 2 phÅn tā tích trữ năng l°ÿng có đặc tính khác nhau và năng l°ÿng

có thÅ trao đái qua l¿i giữa chúng với nhau

Các há PT2 rÃt th°ßng gặp trên thực tÁ Hình 1.15 trình bày các d¿ng hàm truyÃn khác nhau Các hàm á hình 1.15a, 1.15b và 1.15c có mát điÅm giáng nhau là sau mát khoÁng thßi gian chuyÅn tiÁp ngÃn, ngõ ra s¿ đ¿t giá trå xác lÁp

xout ∞ và há tháng án đånh t¿i vå trí này

Hình 1.15a trình bày mát tr°ßng hÿp giới h¿n không tuÅn hoàn, hàm truyÃn

là thẳng và ch°a gây ra hián t°ÿng v°ÿt lá

Hình 1.15b và 1.15c là các dao đáng tÃt dÅn theo quy luÁt hàm mũ

Hình 1.15: Hàm truyền của hệ PT2

Há điÃu chãnh á hình 1.15d t¿o ra mát dao đáng liên tāc và á hình 1.15e cho thÃy mát dao đáng có biên đá tăng dÅn theo quy luÁt hàm mũ, cÁ hai há này

không án đånh vì không đ¿t đ°ÿc giá trå xác lÁp

Mát tiêu chuẩn đÅ đánh giá đá án đånh cÿa các há tháng nh° trên đó là viác giÁm dÅn dao đáng phát sinh, thßi gian suy giÁm càng nhanh thì đá án đånh cÿa

há tháng càng tát Trong thực tÁ há tháng đ°ÿc chãnh đånh có d¿ng nh° hình 1.15b là hÿp lý Tuy nhiên cũng có tr°ßng hÿp bÃt buác không đ°ÿc có hián t°ÿng v°ÿt lá

4.4 Khâu điÁu chãnh dùng op-amp

KhuÁch đ¿i thuÁt toán th°ßng đ°ọc dùng trong các khâu điÃu chãnh đián tā, KĐTT có thÅ thực hián rÃt nhiÃu chāc năng khác nhau nhß vào các linh kián ráp thêm bên ngoài Hình 1.16 cho thÃy mát khâu điÃu chãnh phāc t¿p dùng KĐTT

Hình 1.16: Vòng điều chỉnh tốc độ

4.4.1 Khâu tã lá dùng op-amp

Đái t°ÿng điÃu chãnh bao gßm mát đáng c¢, khái biÁn đái công suÃt với m¿ch kích, đián áp điÃu khiÅn đ°ÿc t¿o ra tÿ khâu điÃu chãnh chính là tín hiáu

vào cÿa đái t°ÿng điÃu chãnh CÁm biÁn đo l°ßng t¿o ra mát đián áp tã lá với tác

đá quay thực cÿa đáng c¢ M¿ch đián trong hình 1.17 là s¢ đß cÿa khâu điÃu

chãnh và m¿ch cáng trong hình 1.16 Trong cÁ hai tr°ßng hÿp, m¿ch so sánh - m¿ch trÿ - bÁo đÁm sao cho tín hiáu sai biát giữa giá trå thực x và giá trå đặt w luôn đ°ÿc t¿o ra Tín hiáu này hoặc đá lách điÃu chãnh sau đó đ°ÿc đ°a vào m¿ch khuÁch đ¿i đÁo

ĐTĐC (Mô t¢,bá

-

Xout = n

Hình 1.17: Khâu P dùng 2 op-amp

Trong phÅn 4.2 đã đà cÁp rằng: ĐÅ há tháng đ°ÿc án đånh trong vùng làm viác thì đ¿i l°ÿng m¿u x phÁi đÁo pha Trong hình 1.17 đ¿i l°ÿng x đ°ÿc đ°a vào ngõ không đÁo cÿa m¿ch so sánh và sau đó đ°ÿc đÁo pha á phÅn m¿ch khuÁch đ¿i, còn đái với đ¿i l°ÿng đặt thì bå đÁo pha hai lÅn nên cực tính v¿n không thay đái

Há sá tã lá AP cÿa m¿ch có thÅ chãnh đ°ÿc tÿ AP= 1 đÁn AP = 100 với biÁn trá đặt á nhánh hßi tiÁp cÿa m¿ch khuÁch đ¿i đÁo

Bây giß nÁu thay đái biÁn trá điÃu chãnh sao cho đ¿i l°ÿng đặt tăng lên thì đián áp ra y cÿa khâu điÃu chãnh cũng s¿ tăng theo tác đáng đÁn phÅn tā chÃp hành trong đái t°ÿng điÃu chãnh đÅ t¿o ra mát đián áp lớn h¢n cung cÃp cho đáng c¢ Do đó, tác đá há tháng cũng s¿ tăng lên

Quá trình dißn tiÁn ng°ÿc l¿i khi giÁm tÁi đáng c¢ và khâu điÃu chãnh s¿ làm cho tác đá đã tăng giÁm xuáng trá l¿i

Khâu tã lá P có thÅ bå sai lách bái nhißu, đá lách càng nhß há sá khuÁch đ¿i khâu điÃu chãnh càng lớn, đá lách điÃu chãnh cũng làm cho tác đá ban đÅu cÿa đáng c¢ t°¢ng āng với trå sá đặt không còn đúng Đây là khuyÁt điÅm cÿa khâu

tã lá ng°ÿc l¿i với °u điÅm tác đáng rÃt nhanh cÿa m¿ch

NÁu cực tính cÿa trå sá thực tÁ và trå sá đặt đ°ÿc chọn phù hÿp thì có thÅ thực hián khâu điÃu chãnh chã dùng duy nhÃt mát op-amp (hình 1.18)

4.4.2 Khâu tích phân dùng op-amp

Đá lách điÃu chãnh tßn t¿i trong khâu tã lá đ°ÿc h¿n chÁ bằng mát khâu tích phân Hình 1.19 trình bày m¿ch đián khâu tích phân dùng op-amp

Hình 1.19: Khâu tích phân dùng op-amp

à chÁ đá không tÁi, tác đá yêu cÅu cÿa đáng c¢ đ°ÿc xác đånh bái tín hiáu vào W, khi táng hai giá trå UX (thực tÁ) với UW(giá trå đặt) bằng 0 thì khâu tích phân s¿ không còn thay đái đián áp ra cÿa nó

Bây giß nÁu có nhißu V.D: tÁi tăng lên d¿n đÁn tác đá đáng c¢ giÁm xuáng, khâu điÃu chãnh s¿ tăng tín hiáu điÃu chãnh cho đÁn khi há tháng trá và tác đá ban đÅu và tín hiáu táng á ngõ vào cÿa khâu tích phân l¿i trá và 0 Trong khâu tích phân không tßn t¿i đá lách điÃu chãnh nh° trong khâu tã lá tuy nhiên tác đá tác đáng chÁm, hằng sá thßi gian cÿa m¿ch chọn càng lớn thì quá trình điÃu

chãnh càng kéo dài

Hình 1.20: Điện áp và dòng điện của khâu tích phân dùng op-amp

Trong hình 1.20 cho thÃy tÃt cÁ các đián áp và dòng đián cÅn thiÁt cho viác tính toán, ta có:

Uout =- i t/C = (-Uin t/R)/C = (-Uin/R) (t/C)

Và: ΔUout = (-Uin/R) Δt/C = -Uin Δt/Ti

Hình 1.21: Đồ thịđiện áp vào – ra của khâu tích phân

Thßi gian tích phân vÿa tính đ°ÿc Ti = R C đ°ÿc trình bày á hình 1.21 Tÿ ph°¢ng trình này cũng cho thÃy khi Δt = Ti thì ΔUout = Uin, đián áp UA tiÁp tāc tăng cho đÁn khi UE= 0 hoặc đÁn đián áp giới h¿n cÿa khâu tích phân

Khi Usoll = Uist đián áp sẻ không còn thay đái nên đô lách điÃu chãnh XWbằng 0 và điÃu này cũng cho thÃy rằng nÁu hai giá trå thực tÁ và chãnh đånh á tr¿ng thái t*nh bằng nhau nh°ng có dÃu ng°ÿc nhau thì dòng đián hßi tiÁp bằng

0, có ngh*a là tā vÿa n¿p vÿa xÁ và đián áp ra là hằng sá

Trong hình 1.22 sā dāng đáng c¢ đ°ÿc điÃu khiÅn bái mát khâu tích phân dùng op-amp

Hình 1.22: Động cơ với khâu tích phân

Trong hình 1.23 trình bày biÅu đß thßi gian cÿa UA và UE, cũng tÿ đß thå này cho tháy đián áp ra không còn thay đái khi Uinhoặc Xdbằng 0

Hình 1.23: Đáp ứng của khâu tích phân điều khiển motor

4.4.3 Khâu tích phân – Tã lá dùng op-amp

Các khuyÁt điÅm nêu trên đ°ÿc khÃc phāc bằng cách kÁt hÿp hai khâu tã lá

và tich phân với nhau gọi là khâu tích phân-tã lá Hình 1.24 trình bày m¿ch đián lo¿i này dùng op.amp

Dòng đián đ°ÿc chãnh bằng cách thay đái góc kích và dòng này còn đ°ÿc hßi tiÁp trá và đÅ tránh tr°ßng hÿp khi v°ÿt quá trå sá cho phép thì pha cÿa xung kích phÁi thay đái nhằm giÁm dòng cung cÃp đáng c¢ xuáng thÃp h¢n giới h¿n cho phép và điÃu này s¿ h¿n chÁ dòng đián quá cao vào đáng c¢ và thyristor

Thông th°ßng m¿ch chãnh tác đá có hằng sá thßi gian lớn h¢n cÿa m¿ch chãnh dòng

Uincÿa khái điÃu khiÅn d°¢ng thì đáng c¢ ch¿y

Uincÿa khái điÃu khiÅn âm thì đáng c¢ dÿng

Tác đá quay đ°ÿc điÃu chãnh bằng biÁn trá Rs-p, biÁn trá R1 đặt trå sá dòng chãnh đånh, biÁn trá R2 thay đái há sá tã lá cÿa m¿ch điÃu chãnh tác đá NÁu trong quá trình làm viác giá trå cân chãnh không tát thì m¿ch tích phân

có thÅ bå Ánh h°áng theo sự thay đái cÿa đián dung

Hình 1.26: Đặc tính cơ bản của tốc độ và dòng điện sau khi đóng mạch hệ

truyền động dùng PI

4.4.5 Khâu PID dùng op-amp

Đái với các lo¿i nhißu có tác đá biÁn thiên nhanh, do m¿ch tích phân đáp āng chÁm nên m¿ch tã lá s¿ xuÃt hián mát l°ÿng sai lách điÃu chãnh nào đó Trong tr°ßng hÿp này phÁi dùng khâu điÃu chãnh PID: M¿ch vi phân chã đáp āng với các biÁn thiên cÿa đ¿i l°ÿng vào và m¿ch điÃu chãnh s¿ tác đáng rÃt nhanh Hình 1.27 trình bày m¿ch đián mát khâu PID dùng op-amp

Hình 1.27: Khâu PID dùng op-amp

¯u điÅm cÿa há tháng là có thÅ chãnh các khâu P, I và D riêng r¿ nhau tránh viác chßng chéo các thông sá chãnh đånh sao cho phù hÿp với yêu cÅu điÃu chãnh

Hình 1.28 giới thiáu khâu PID có các thông sá chãnh đ°ÿc, do đó khâu này

có thÅ kÁt hÿp tái °u với đái t°ÿng điÃu chãnh

Hình 1.28 : Khâu PID dùng op- amp có thông số chỉnh được

BÀI 2: CÔNG TÂC ĐIàN Tþ

1 LINH KIàN VÀ MODULE

1.1 Táng quan

Ngoài các đặc tính c¢ bÁn đã biÁt, các linh kián đián tā công suÃt còn có các tính chÃt đặc biát khác nhằm đáp āng đ°ÿc yêu cÅu āng dāng trong l*nh vực điÃu khiÅn công suÃt lớn

Linh kián đián tā công suÃt đ°ÿc chÁ t¿o chÿ yÁu tÿ chÃt bán d¿n silic, lo¿i này chåu đ°ÿc nhiát đá làm viác và đián áp nghåch cao, đÅ đánh giá chÃt l°ÿng

ng°ßi ta dựa trên các mặt sau:

1.2 Diode cô ng suÃt

Khác với diode th°ßng, và mặt cÃu t¿o diode công suÃt bao gßm 3 vùng bán d¿n silic với mÁt đá t¿p chÃt khác nhau gọi là cÃu trúc PsN, giữa hai vùng bán d¿n PN là mát vùng có mÁt đá t¿p chÃt rÃt thÃp (vùng S) (hình 2.1)

Hình 2.1: Cấu tạo và ký hiệu điện diode công suất PsN

Hình 2.2: a) Đặc tính diode lý tưởng ; b) đặc tính diode thực tế

1.2.2 Há sß hình dáng

Đá tin cÁy cÿa diode đ°ÿc đánh giá qua khÁ năng chåu tÁi á chÁ đá làm viác dài h¿n với tÅn sá l°ới đián 50-60Hz và nhiát đá t¿i mái nái phā thuác rÃt lớn vào công suÃt tiêu tán, nhiát trá và điÃu kián tßa nhiát cÿa diode

Trong ví dā 1.2.2, dòng qua diode có giá trå cá đånh là tr°ßng hÿp hiÁm khi xÁy ra Trên thực tÁ, dòng qua diode có d¿ng xung và gßm hai giá trå: Giá trå hiáu dāng và giá trå trung bình, nh° trong tr°ßng hÿp chãnh l°u 3 pha bán kÿ (M3) thßi gian d¿n cÿa mßi diode là T/3 Hình 2.3 trình bày các giá trå cÿa iF đo bằng dāng cā đo chã thå kim

Hình 2.3: Đồ thị thời gian dòng thuận của dioe, giá trị trung bình và hiệu

dụng

Trong sá tay tra cāu th°ßng cho giá trå trung bình IFAV cÿa diode Hình 2.3 cho thÃy các giá trå này đ°ÿc tính tÿ chußi xung dòng qua diode

3 T I T

T I I

3

1 3

2

FRMS ý ý

Sự khác nhau giữa dòng đián đo bằng đßng hß với dòng tính toán đ°ÿc thÅ hián bái há sá hình dáng F, đó là tã sá giữa giá trå hiáu dāng với giá trå trung bình Theo hình 2.3

73 , 1 3

3 3 3

FAV

ý ý ý

ý

d

d FRMS

I

I I

I

Vì há sá hình dáng phā thuác vào d¿ng dòng đián nên trong thực tÁ đái với các d¿ng tín hiáu thông dāng khi biÁt F và mát trong hai giá trå, có thÅ tìm đ°ÿc giá trå còn l¿i mát cách dß dàng (hình 2.4)

Hình 2.4: Hệ số hình dáng các dạng dòng điện quan trọng

1.2.3 Công suÃt trên diode khi d¿n đián

Công suÃt r¢i trên diode đ°ÿc tính theo công thāc

PF = U(TO).IFAV + rF Ì2FRMS

Với IFRMS= F.IFAV, suy ra:

PF = U(TO).IFAV + rF F2 I2FAV

1.2.4 ĐiÁu kián chuyÃn m¿ch và đián áp nghåch

Mát diode đ°ÿc điÃu khiÅn d¿n hay tÃt là do cực tính đián áp đặt trên nó, nh°ng diode chã chuyÅn sang tr¿ng thái tÃt khi dòng qua diode bằng 0 (hình 2.5)

Hình 2.5: Diode như 1 công tắc điều khiển bằng điện áp

Trong hình trình bày mát công tÃc diode lý t°áng đáp āng đ°ÿc các điÃu kián sau:

- Công tÃc há khi U < 0v

- Công tÃc đóng khi U > 0v

- Công tÃc há khi IF < 0A

Trong quá trình làm viác th°ßng xuÃt hián các xung nhißu làm cho đián

áp nghåch tāc thßi đặt lên diode tăng nh°ng không đ°ÿc v°ÿt quá trå sá cho phép URRM, trong m¿ch chãnh l°u trå sá này đ°ÿc chọn với há sá an toàn tÿ 1,5 2 Do đó:

URRM» (1,5 2) U

NÁu ngõ ra m¿ch chãnh l°u có dùng tā lọc thì đián áp nghåch đặt trên diode bằng 2 lÅn giá trå đãnh cÿa đián áp xoay chiÃu á ngõ vào

URRM » (1,5 2) u

1.2.5 Phân lo¿i diode công suÃt

Dựa trên l*nh vực āng dāng, các diode công suÃt đ°ÿc chia thành các lo¿i nh° sau:

- Diode tiêu chuẩn (tác đá chÁm) dùng cho các yêu cÅu thông th°ßng với tÅn sá làm viác tÿ 50 60Hz

- Diode công suÃt lớn với dòng cho phép đÁn 1,5KA

-Diode đián áp cao với đián áp nghåch cho phép đÁn 5KV

-Diode tác đá nhanh với thßi gian trì hoãn ngÃn, có đặc tính đáng và hiáu suÃt cao

- các diode cho phép làm viác với xung đián áp nghåch trong mát khoÁng thßi gian ngÃn

Hình dáng cÿa dioe công suÃt thực tÁ:

1.3 Thyristor

Cũng th°ßng đ°ÿc gọi là SCR Thyristor là linh kián đián tā công suÃt rÃt thông dāng, đo¿n đặc tính nghåch (phÅn t° thā 3) cÿa Thyristor giáng nh° cÿa diode, trong đo¿n đặc tính thuÁn (phÅn t° thā 1) Thyristor chã có hai tr¿ng thái xác đånh (hình 2.6 và 2.7), đÅ chuyÅn tÿ tr¿ng thái khóa thuÁn sang tr¿ng thái d¿n cÅn phÁi kích xung đián áp d°¢ng vào cực cáng Thyristor, khoÁng cách tÿ gác tọa đá đÁn thßi điÅm xuÃt hián xung kích gọi là góc kích ³

Hình 2.6: Đường đặc tính lý tưởng của Thyristor

Hình 2.7: Đường đặc tính thực tế của thyristor

Vì đặc tính thuÁn giáng nh° diode nên ph°¢ng pháp tính công suÃt tiêu tán cũng t°¢ng tự diode, chã khác á chã sá F đ°ÿc thay bằng chã sá T

Hình 2.8: Thyristor như 1 công tắc điều khiển bằng công tắc và xung kích

Dòng kích trong khoÁng thßi gian bán kÿ âm s¿ làm giÁm khÁ năng chåu đựng đián áp nghåch cÿa thyristor (hình 2.9): Mặc dù theo chiÃu thuÁn chã có mát miÃn PN Phân cực nghåch trong khi theo chiÃu nghåch là hai miÃn Nh°ng nhà sÁn xuÃt th°ßng cho hai trå sá đián áp đánh thÿng là bằng nhau

UDRM = URRM

Hình 2.9: Đặc tính khóa nghịch của thyristor theo dòng kích

Ngoài ra trong sá tay còn cho biÁt dòng rò theo chiÃu thuÁn ID cũng nh° theo chiÃu nghich IR Các dòng đián này phā thuác vào nhiát đá mái nái ½J,

UDRMvà cÁ URRM

VÃ phÅn m¿ch điÃu khiÅn trong sá tay còn cho biÁt dòng kích IGT và đián áp kích GT, thông th°ßng các trå sá này là tái thiÅu và với điÃu kián t¿i nhiát đá mái nái là 250C

Trong tr°ßng hÿp tÁi đián cÁm, xung kích phÁi đ°ÿc duy trì cho đÁn khi dòng qua thyristor lớn h¢n dòng duy trì IH đÅ tránh tr°ßng hÿp thyristor chuyÅn

và tr¿ng thái tÃt (khóa thuÁn)

Hián nay trên thå tr°ßng đã chÁ t¿o đ°ÿc mát sá lo¿i thyristor có các tính chÃt đặc biát nh°: Photo thyristor đ°ÿc dùng trong tr°ßng hÿp cÅn cách ly và đián giữa m¿ch điÃu khiÅn với m¿ch đáng lực

Hình 2.10: GTO thyristor cho phép tắt

Và GTO thyristor nhằm māc đích cÁi thián há sá công suÃt trong các há tháng chãnh l°u Hình 2.10 trình bày m¿ch đián dùng GTO thyristor (gate turn off) kèm theo biÅu đß đián áp, đián áp ra không những phā thuác đián áp vào, góc kích mà còn phā thuác vào góc tÃt β

Hình dáng thực tÁ cÿa mát sá lo¿i Thyristor là:

1.4 Triac

VÃ nguyên tÃc, triac t°¢ng đ°¢ng với 2 thyristor ghép song song ng°ÿc chiÃu và có chung cực cáng: Đặc tính cÿa triac là d¿n đián hai chiÃu, ký hiáu, đặc tuyÁn và ph°¢ng pháp điÃu khiÅn linh kián này đ°ÿc trình bày á hình 2.11 Giáng nh° thyristor, sau khi đ°ÿc kích d¿n, triac chã duy trì tr¿ng thái d¿n đián khi dòng qua nó lớn h¢n dòng duy trì IH

Hình 2.11: Ký hiệu, đặc tính và cách điều khiển triac

Triac đ°ÿc dùng đÅ điÃu khiÅn dòng đián xoay chiÃu (hình 2.12) trong hình 2.12 cho thÃy triac đ°ÿc sā dāng nh° mát công tÃc xoay chiÃu điÃu khiÅn đèn, motor, lò s°ái công suÃt nhß và trung bình

Hình 2.12: Điều chỉnh dòng xoay chiều dùng triac

Hình dáng thực tÁ cÿa Triac:

1.5 Đặc tính đáng cÿa van bán d¿n

Quá trình chuyÅn tr¿ng thái tÿ d¿n sang tÃt hoặc ng°ÿc l¿i gọi là quá trình

chuyÅn m¿ch, quá trình này trong thực tÁ không xÁy ra tāc thßi mà phÁi cÅn mát khoÁng thßi gian nhÃt đånh Vì vÁy, cũng s¿ t¿o nên mát tiêu hao công suÃt Viác khÁo sát đặc tính đáng cÿa thyristor đóng vai trò rÃt quan trọng và phÁi khÁo sát chúng giáng nh° với các diode tác đá cao h¢n là với các diode th°ßng

Tác đá tăng dòng càng cao, công suÃt tiêu hao đóng m¿ch càng lớn do vùng d¿n lúc đÅu có tiÁt dián nhß nên mÁt đá dòng cao gây nóng cāc bá gÅn cực cáng d¿n đÁn dß h° hßng thyristor

ĐÅ h¿n chÁ hián t°ÿng này có thÅ áp dāng các bián pháp sau:

- Sā dāng xung kích có đá dác s°ßn lên cao đÅ tăng tiÁt dián vùng d¿n

- Ghép thêm đián cÁm ngoài đÅ làm chÁm biÁn thiên dòng tÁi

Hình 2.13: Đồ thị thời gian của điện áp chuyển mạch U D và dòng điện I T qua

thyristor

1.5.2 Công suÃt tiêu hao khi đóng m¿ch

Công suÃt tiêu hao PLOSSkhi đóng m¿ch cÿa thyristor đ°ÿc trình bày trong hình 2.14 t°¢ng āng với các tác đá tăng dòng khác nhau

Hình 2.14: Công suất tiêu hao khi đóng mạch với các tốc độ tăng dòng khác

nhau

Tác đá tăng dòng càng cao, công suÃt tiêu hao đóng m¿ch càng lớn do vùng d¿n lúc đÅu có tiÁt dián nhß nên mÁt đá dòng cao gây nóng cāc bá gÅn cực cáng d¿n đÁn dß h° hßng thyristor

ĐÅ h¿n chÁ hián t°ÿng này có thÅ áp dāng các bián pháp sau:

- Sā dāng xung kích có đá dác s°ßn lên cao đÅ tăng tiÁt dián vùng d¿n

- Ghép thêm đián cÁm ngoài đÅ làm chÁm biÁn thiên dòng tÁi

1.5.3 Quá trình tÃt

Thßi gian tÃt mát thyristor bao gßm: Thßi gian d¿n nghåch trr và thßi gian hßi phāc tq (hình 2.15) T¿i thßi điÅm bÃt đÅu tÃt dòng tÁi chuyÅn sang chiÃu âm cho đÁn khi toàn bá h¿t tÁi rßi khßi miÃn tiÁp xúc thyristor s¿ trá l¿i tr¿ng thái khóa, trong khoÁng thßi gian này dòng nghåch đ¿t cực đ¿i âm sau đó án đånh t¿i dòng nghåch đånh māc, đặc tính này là do hiáu āng l°u trữ h¿t tÁi Qrr cÿa thyristor đ°ÿc đặc tr°ng bái dián tích thßi giandòng đián NÁu đặt mát đián áp d°ong lên thyristor trong khoÁng thßi gian hßi phāc thì thyristor s¿ lÁp tāc chuyÅn sang tr¿ng thái d¿n đián, thßi gian hßi phāc phā thuác chÿ yÁu vào nhiát

đá mái nái, dòng tÁi và tác đá biÁn thiên dòng tÁi di/dt

Công suÃt tiêu tán trong khoÁng thßi gian chuyÅn tr¿ng thái tÃt có thÅ lớn

h¢n trong khoÁng thßi gian chuyÅn tr¿ng thái dẩn và đ°ÿc phân bá đÃu trong toàn bá dián tích, công suÃt này phā thuác vào hiáu āng l°u trā h¿t tÁi cÿa thyristor

Hình 2.15: Đồ thị thời gian điện áp, dòng điện và công suất tiêu hao khi chuyển

sang tắt

1.5.4 Tßc đá tăng dòng đián

Nh° đã giÁi thích, trong quá trình đóng m¿ch nÁu tác đá tăng dòng di/dt lớn

có thÅ gây nên quá nhiát cho thyristor do mÁt đá dòng quá māc cho phép kéo dài Trå sá cho phép di/dt đ°ÿc cho trong sá tay t¿i các điÃu kián sau:

- Nhiát đá tái đa ϑjmax cÿa mái nái

- TÅn sá làm viác 50Hz

- Đián áp khóa tr°ớc khi d¿n đián nhß h¢n 2/3 đián áp khóa thuÁn cực đ¿i

- Xung kích tái thiÅu V.D: Đái với thyristor công suÃt nhß là 5 x IGT với thßi gian tăng nhß h¢n 1¼S Thông th°ßng giá trå này vào khoÁng 20-200A/¼S

1.5.5 Tßc đá tăng đián áp

T¿i miÃn tiÁp xúc P-N luôn tßn t¿i mát đián dung liên cực có trå sá thay đái theo đián áp, đián áp càng tăng đián dung càng giÁm Vì vây mát xung đián áp d°¢ng s¿ t¿o ra dòng đián chÁy qua đián dung tiÁp xúc, nÁu đá tăng đián áp du/dt quá lớn dòng đián này cũng có tác dāng giáng nh° dòng kích thyristor và s¿ làm thyristor d¿n đián

Đá tăng đián áp cho phép cho trong sá tay t¿i các điÃu kián sau:

1.6.1 Ghép nßi ti¿p

Ph°¢ng pháp ghép nái tiÁp đ°ÿc áp dāng trong tr°ßng hÿp đián áp trong m¿ch cao h¢n đián áp cho phép cÿa thyristor, cÅn chú ý là bà ráng xung kích phÁi đÿ lớn đÅ bÁo đÁm tÃt cÁ các thyristor đÃu chuyÅn sang tr¿ng thái d¿n, trong suát khoÁng thßi gian kích cũng nh° tÃt đián áp nghåch phân bá trên tÿng thyristor phÁi bằng nhau, yêu cÅu này đ°ÿc thực hián bằng cách ghép song song với thyristor các đián trá RP (hình 2.16)

I n

U R

ý

Hình 2.16: Ghép nối tiếp thyristor với các điện trở song song và mạch chống

lưu điện tích AHS (anti hole storage)

Các tá hÿp RC song song với RP có tác dāng h¿n chÁ đãnh xung đián áp Trên thực tÁ, do đặc tính các linh kián không giáng nhau hoàn toàn nên đián

áp làm viác th°ßng đ°ÿc chọn bằng khoÁng 80% đián áp cho phép cÿa thyristor (UDRMcũng nh° URRM)

Các l*nh vực th°ßng xuÃt hián đián áp cao nh°:

- ThiÁt bå t¿o t*nh đián

- Máy copy t*nh đián

- M¿ch t¿o cao áp anode đèn CRT

Trong các thiÁt bå này dùng các diode silic nái tiÁp đặt bên trong mát vß bọc bằng nhựa

Hình 2.17: Kích thước của diode cao áp

Th°ßng mßi thyristor đ°ÿc ghép nái tiÁp với mát đián cÁm đÅ cÁi thián yêu cÅu phân bá dòng rẻ qua các nhánh Tuy nhiên, ph°¢ng pháp này ít dùng vì lý

do kinh tÁ

1.6.3 Ghép song song ng°ợc chiÁu

Cách ghép này đ°ÿc āng dāng trong m¿ch đián xoay chiÃu và khi dòng đián yêu cÅu lớn h¢n 30A, triac th°ßng làm viác với dòng đián nhß h¢n 30A Khi ghép cÅn l°u ý đÁn đá tăng đián áp du/dt trong thßi gian chuyÅn tr¿ng thái

và không đ°ÿc kích thyristor khi đang á trong tr¿ng thái khóa nghåch