luận văn tốt nghiệp nghiên cứu điện tử công suất và ứng dụng điện tử công suất để diều chỉnh động cơ không đồng bộ

---0O0---KHOAĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: LÊ HÒA HIỆP Lớp:95KĐĐ Ngành :Điện –Điện tử 1.Tên đề tài: Nghiên cứu điện tử công suất và ứng d

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TP.HỒ CHÍ MINH Tháng 3-

nđ

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO –HẠNH PHÚC.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

-0O0 -KHOAĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: LÊ HÒA HIỆP Lớp:95KĐĐ Ngành :Điện –Điện tử 1.Tên đề tài: Nghiên cứu điện tử công suất và ứng dụng điện tử công suất và để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 2.Các số liệu ban đầu:

3.Nội dung các phần thuyết minh ,tính toán:

4.Các bản vẽ:

Trang 3

5.Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Dư Xứng

6.Ngày giao nhiệm vụ:

7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày tháng năm Chủ nhiệm bộ môn

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng, yêu cầu về tính hiệuquả, sự chính xác được đặt lên vị trí quan trọng Các hệ thống máy công nghiệp và cảmáy gia dụng được vận hành với cơ cấu truyền động mang tính tự động hóa cao và cótốc độ điều chỉnh được Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong các hệ thốngtruyền động Tuy nó khó điều chỉnh tốc độ hơn động cơ một chiều,nhưng có ưu điểm làcó cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng,tính năng kỹ thuật khá tốt Bên cạnh đócông nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển cao đã tạo ra nhiều linh kiện có côngsuất lớn, gọn nhẹ, hoạt động tốt Các điện tử công suất như diode công suấât transistorcông suất, tiristor, triac được dùng nhiều trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ Từ đó

sinh viên chọn thực hiện đề tài: Nghiên cứu điện tử công suất và ứng dụng điện tử

công suất để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.

Luận văn tốt nghiệp gồm 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu điện tử công suất

Chương 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ độïng cơ không đồng bộ

Chương 3: Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng điện tử côngsuất

Trang 5

KẾT LUẬN

Sau một khoảng thời gian nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thầy Nguyễn Dư Xứng, đề tài đã được hoàn thành Đây là một đề tài nghiên

cứu về lý thuyết đi sâu tìm hiểu về điện tử công suất và ứng dụng của điện tửcông suất để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Luận văn này đã thểhiện các kiến thức cơ bản đáp ứng yêu cầu ứng dụng thực tế

Tuy nhiên do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài không tránh khỏithiếu sót rất mong sự đóng góp chân thành của thầy cô và các bạn

Trang 6

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện Nhà xuấtbản khoa học và kỹ thuật Hà Nội-1996

2.Tác giả CYRIL W.LANDER (Người dịch Lê Văn Doanh) Điện tử công suất và điềukhiển tốc độ động cơ điện Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1997

3.Nguyễn Bính Điện tử công suất Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội-1996.4.Trần Khánh Hà Máy điện1 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội-1997

5.Đỗ Xuân Tùng, Trương Tri Ngộ Điện tử công suất Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội

Trang 7

BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họvà tên của sinh viên:Lê Hòa Hiệp

Lớp:95KĐĐ

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Dư Xứng

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG

BỘ

1.Nội dung luận văn tốt nghiệp:

2.Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Trang 8

Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn

Trang 9

BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họvà tên của sinh viên:Lê Hòa Hiệp

Lớp:95KĐĐ

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Dư Xứng

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG

BỘ

1.Nội dung luận văn tốt nghiệp:

2.Nhận xét của giáo viên phản biện:

Trang 10

Ngày tháng năm Giáo viên phản biện

Trang 11

Chương I

GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

I DIODE CÔNG SUẤT:

Nếu thêm vào Silic một nguyên tố thuộc nhóm III mà có 3 nguyên tửthuộc nhóm ngoài cùng thì xuất hiện một lổ trống trong cấu trúc tinh thể Lổtrống này có thể nhận 1 điện tử, tạo nên điện tích dương và làm tăng tính dẫnđiện Chất này được gọi là chất bán dẫn loại P (positive), có nghĩa là dương.Trong chất bán dẫn loại N điện tử là hạt mang điện đa số, lổ trống làthiểu số Với chất bán dẫn loại P thì ngược lại

Ở giữa hai lớp bán dẫn là mặt ghép PN Tại đây xảy ra hiện tượng khuếchtán Các lổ trống của bán dẫn loại P tràn sang N là nơi có ít lổ trống Các điện tửcủa bán dẫn loại N chạy sang P là nơi có ít điện tử Kết quả tại mặt tiếp giápphía P nghèo đi về diện tích dương và giàu lên về điện tích âm Còn phía bándẫn loại N thì ngược lại nên gọi là vùng điện tích không gian dương

Trong vùng chuyển tiếp (-) hình thành một điện trường nội tại Ký hiệulà Ei và có chiều từ N sang P hay còn gọi là barie điện thế (khoảng từ 0,6V đến0,7V đối với vật liệu là Silic) Điện trường này ngăn cản sự di chuyển của cácđiện tích đa số và làm dễ dàng cho sự di chuyển của các điện tích thiểu số

d n p

Trang 12

(điện tử của vùng P và lổ trống của vùng N) Sự di chuyển của các điện tíchthiểu số hình thành nên dòng điện ngược hay dòng điện rò.

I 2 Nguyên lý hoạt động:

Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận

Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào diode, điện trường ngoài sẽ tác độngcùng chiều với điện trường nội tại Ei Điện trường tổng hợp cản trở sự di chuyểncủa các điện tích đa số Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dươngnguồn U làm cho điện thế vùng N vốn đã cao lại càng cao hơn so với vùng P Vìthế vùng chuyển tiếp lại càng rộng ra, không có dòng điện chạy qua mặt ghép

PN Ta nói mặt ghép PN bị phân cực ngược Nếu tiếp tục tăng U, các điện tíchđưọc gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm barie điện thế bị đánh thủng.Đặc tính volt-ampe của diode công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểuthức sau: I = IS [ exp ( eU/kT ) – 1 ] ( 1 1 )

Trong đó:

- IS : Dòng điện rò, khoảng vài chục mA

- e = 1,59.10- 19 Coulomb

- k = 1,38.10- 23 : Hằng số Bolzmann

- T = 273 + t0 : Nhiệt độ tuyệt đối ( 0 K )

- t0 : Nhiệt độ của môi trường ( 0 C ).U : Điện áp đặt trên diode ( V )

Trang 13

Đặc tính volt-ampe của diode gồm có hai nhánh:

1 Nhánh thuận

2 Nhánh ngượcKhi diode được phân cực thuận dưới điện áp U thì barie điện thế Ei giảmxuống gần bằng 0 Tăng U, lúc đầu dòng I tăng từ từ cho đến khi U lớn hơnkhoảng 0,1V thì I tăng một cách nhanh chóng, đường đặc tính có dạng hàm mũ.Tương tự, khi phân cực ngược cho diode, tăng U, dòng điện ngược cũngtăng từ từ Khi U lớn hơn khoảng 0,1V dòng điện ngược dừng lại ở giá trị vàichục mA và được ký hiệu là IS Dòng IS là do sự di chuyển của các điện tíchthiểu số tạo nên Nếu tiếp tục tăng U thì các điện tích thiểu số di chuyển càngdễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động năngcủa chúng tăng lên Khi U  = UZ thì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số dichuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gảy được các liên kết nguyên tử Silic trong vùngchuyển tiếp và xuất hiện những điện tử tự do mới Rồi những điện tích tự domới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá cácnguyên tử Silic Kết quả tạo một phản ứng dây chuyền làm cho dòng điệnngược tăng lên ào ạt và sẽ phá hỏng diode Do đó, để bảo vệ diode người ta chỉcho chúng hoạt động với giá trị điện áp: U = ( 0,7  0,8 )UZ

Khi diode hoạt động, dòng điện chạy qua diode làm cho diode phát nóng,chủ yếu ở tại vùng chuyển tiếp Đối với diode loại Silic, nhiệt độ mặt ghép chophép là 2000C Vượt quá nhiệt độ này diode có thể bị phá hỏng Do đó, để làmmát diode, ta dùng quạt gió để làm mát, cánh tản nhiệt hay cho nước hoặc dầubiến thế chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện

Các thông số kỹ thuật cơ bản để chọn diode làø:

- Dòng điện định mức Iđm ( A )

- Điện áp ngược cực đại Ungmax ( V )

- Điện áp rơi trên diode U ( V )

I 3 Ứng dụng:

Ứng dụng chủ yếu của diode công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiềuthành dòng điện một chiều cung cấp cho tải

Các bộ chỉnh lưu của diode được chia thành hai nhóm chính:

- Chỉnh lưu bán kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu nửa sóng

- Chỉnh lưu toàn kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu toàn sóng

Trang 14

II TRANSISTOR CÔNG SUẤT:

II 1 Cấu tạo:

Transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp: PNP hay NPN

Về mặt vật lý, transistor gồm 3 phần: phần phát, phần nền và phần thu.Vùng nền ( B ) rất mỏng

Transistor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:

Hình 1 6 Transistor công suất

a) Cấu trúc b) Ký hiệu

E B

C

N P P

Hình 1 5 Transistor NPN:

a) Cấu tạo b) Ký hiệu

( a ) E

C

B

P N

N

C B E ( b )

( b ) ( a )

E

I C B

Trang 15

II 2 Nguyên lý hoạt động:

Hình 1 7

Điện thế UEE phân cực thuận mối nối B–E ( PN ) là nguyên nhân làm chovùng phát ( E ) phóng điện tử vào vùng P( cực B ).Hầu hết các điện tử( electron ) sau khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướngtới vùng N ( cực thu ), khoảng 1 electron được giữ lại ở vùng B Các lổ trốngvùng nền di chuyển vào vùng phát

Mối nối B–E ở chế độ phân cực thuận như một diode, có điện kháng nhỏvà điện áp rơi trên nó nhỏ thì mối nối B-C được phân cực nghịch bởi điện áp

UCC Bản chất mối nối B-C này giống như một diode phân cực ngược và điệnkháng mối nối B-C rất lớn

Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát IE Dòng điện đođược trong mạch cực C ( số lượng điện tích qua đường biên CC trong một đơn vịthời gian là dòng cực thu IC )

Dòng I C gồm hai thành phần:

- Thành phần thứ nhất ( thành phần chính ) là tỉ lệ của hạt electron ở cựcphát tới cực thu Tỉ lệ này phụ thuộc duy nhất vào cấu trúc của transistor và làhằng số được tính trước đối với từng transistor riêng biệt Hằng số đã được địnhnghĩa là  Vậy thành phần chính của dòng IC là IE Thông thường  = 0,9 0,999

- Thành phần thứ hai là dòng qua mối nối B-C ở chế độ phân cực ngượclại khi IE = 0 Dòng này gọi là dòng ICBO – nó rất nhỏ

- Vậy dòng qua cực thu: IC = IE + ICBO

* Các thông số của transistor công suất:

- IC: Dòng colectơ mà transistor chịu được

- UCEsat: Điện áp UCE khi transistor dẫn bảo hòa

- UCEO: Điện áp UCE khi mạch badơ để hở, IB = 0

- UCEX: Điện áp UCE khi badơ bị khóa bởi điện áp âm, IB < 0

- ton: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống

C

C E

E n

Trang 16

- tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện ápnguồn U.

- P: Công suất tiêu tán bên trong transistor Công suất tiêu tán bên trongtransistor được tính theo công thức: P = UBE.IB + UCE.IC

- Khi transistor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0

- Khi transistor ở trạng thái đóng: UCE = UCESat

Trong thực tế transistor công suất thường được cho làm việc ở chế độ khóa:

IB = 0, IC = 0, transistor được coi như hở mạch Nhưng với dòng điện gốc ởtrạng thái có giá trị bảo hòa, thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn.Transistor là một linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc và dòngđiện góp Ở trạng thái bảo hòa để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điệntích ở cực gốc quá lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạngthái dẫn nhanh chóng Ở chế độ khóa dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật nhưdòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp

Hình 1 8 Trạng thái dẫn và trạng thái bị khóa

a) Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch I B lớn, I C do tải giới hạn b) Trạng thái hở mạch I B = 0.

Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn Trong lúc chuyểnmạch, điện áp trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn Tích của dòngđiện và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượngtrong một lần chuyển mạch Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch làhàm số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điệngốc

* Đặc tính tĩnh của transistor: UCE = f ( IC )

Để cho khi transistor đóng, điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ,người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bảo hòa, tức là iB phải đủ lớn để iC chođiện áp sụt UCE nhỏ nhất Ở chế độ bảo hòa, điện áp sụt trong transistor côngsuất bằng 0,5 đến 1V trong khi đó tiristor là khoảng 1,5V

Hình 1 9 Đặc tính tĩnh của transistor: U CE = f ( I C ).

Vùng tuyến tính Vùng gần bảo hòa

Vùng bảo hòa

U CE

I C

( b ) ( a )

I C

U CE b

Trang 17

II 3 Ứng dụng của transistor công suất:

Transistor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độlớn Tuy nhiên trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc ở chế độkhóa

IB = 0, IC = 0: transistor coi như hở mạch

II 4 Transistor Mos công suất:

Transistor trường FET ( Field – Effect Transistor ) được chế tạo theo côngnghệ Mos ( Mêtal – Oxid – Semiconductor ), thường sử dụng như những chuyểnmạch điện tử có công suất lớn Khác với transistor lưỡng cực được điều khiểnbằng

dòng điện, transistor Mos được điều khiển bằng điện áp Transistor Mosgồm các cực chính: cực máng ( drain ), nguồn ( source) và cửa ( gate ) Dòngđiện máng - nguồn được điều khiển bằng điện áp cửa – nguồn

Hình 1 10 Transistor Mos công suất

a) Ký hiệu thông thường kênh N b) Họ đặc tính ra.

Transistor Mos là loại dụng cụ chuyển mạch nhanh Với điện áp 100V tổnhao dẫn ở chúng lớn hơn ở transistor lưỡng cực và tiristor, nhưng tổn hao chuyểnmạch nhỏ hơn nhiều Hệ số nhiệt điện trở của transistor Mos là dương Dòngđiện và điện áp cho phép của transistor Mos nhỏ hơn của transistor lưỡng cực vàtiristor

điện

máng

Điện trở hằng số

Điện áp máng – nguồn

Trang 18

III TIRISTOR:

III 1 Cấu tạo:

Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên anốt, katốtvà cực điều khiển

Hình 1 11

a) Cấu tạo của tiristor.

b) Ký hiệu của tiristor.

Trong đó:

- A: anốt

- K: katốt

- G: cực điều khiển

- J1, J2, J3: các mặt ghép

Tiristor gồm 1 đĩa Silic từ đơn thể loại N, trên lớp đệm loại bán dẫn P cócực điều khiển bằng dây nhôm, các lớp chuyển tiếp được tạo nên bằng kỹ thuậtbay hơi của Gali Lớp tiếp xúc giữa anốt và katốt là bằng đĩa môlipđen haytungsen có hệ số nóng chảy gần bằng với Gali Cấu tạo dạng đĩa kim loại để dễdàng tản nhiệt

III 2 Nguyên lý hoạt động:

Đặt tiristor dưới điện áp một chiều, anốt nối vào cực dương, katốt nối vàocực âm của nguồn điện áp, J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần nhưtoàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J2 Điện trường nội tại Ei của J2 cóchiều từ N1 hướng về P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với Ei vùngchuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra không có dòng điện chạyqua tiristor mặc dù nó bị đặt dưới điện áp

A K

Trang 19

Hình 1 12 Đặc tính volt-ampe của tiristor.

* Mở tiristor:

Cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G ( dương so với K ),các điện tử từ N2 sang P2 Đến đây, một số ít điện tử chảy vào cực G và hìnhthành dòng điều khiển Ig chạy theo mạch G – J3 – K – G còn phần lớn điện tửchịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếpnày, tăng tốc, động năng lớn bẻ gảy các liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tửtự do mới Số điện tử mới được giải phóng tham gia bắn phá các nguyên tử Silictrong vùng kế tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền làm xuất hiện nhiều điệntử chạy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiệntượng dẫn điện ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm ởxung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép

Điện trở thuận của tiristor khoảng 100K khi còn ở trạng thái khóa, trởthành 0,01 khi tiristor mở cho dòng chạy qua

Tiristor khóa + UAK > 1V hoặc Ig > Igst thì tiristor sẽ mở Trong đó Igst làdòng điều khiển được tra ở sổ tay tra cứu tiristor

tiristor, tính từ thời điểm phóng dòng I g vào cực điều khiển Thời gian mở tiristor kéo dài khoảng 10s.

* Khóa tiristor: Có 2 cách:

- Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH

(Holding Current)

Đặt một điện áp ngược lên tiristor Khi đặt điện áp ngược lên tiristor UAK

< 0, J1 và J3 bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trìnhtạo nên dòng điện ngược chảy từ katốt về anốt, về cực âm của nguồn điệnngoài

Tiristor mở +U AK < 0  tiristor khóa.

Thời gian khóa toff: Thời gian từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược ( t 0 ) đến dòng điện ngược bằng 0 ( t 2 ), t off kéo dài khoảng vài chục s.

* Xét sự biến thiên của dòng điện i( t ) trong quá trình tiristor khóa:

Trang 20

Hình 1 13 Sự biến thiên của dòng điện i( t ) trong quá trình tiristor khóa.

Từ t0 đến t1 dòng điện ngược lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện Do hiện

tượng khuếch tán một ít điện tử giữa hai mặt J1 và J3 ít dần đi đến hết J2 khôi

phục tính chất của mặt ghép điều khiển

III 3 Ứng dụng:

Tiristor được sử dụng trong các bộ nguồn đặc biệt: trong mạch chỉnh lưu,

bộ băm và trong bộ biến tần trực tiếp hoặc các bộ biến tần có khâu trung gian

IV 1 Cấu tạo:

Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tính volt-ampe đối xứng,nhận góc mở  cho cả hai chiều Triac được chế tạo để làm việc trong mạch

điện xoay chiều, có tác dụng như 2 SCR đấu song song ngược

Hình 1 14

a (a) Cấu tạo của triac.

b (b) Ký hiệu của triac.

Triac được chế tạo trên cùng một đơn tinh thể gồm hai cực và chỉ có một

cực điều khiển

IV 2 Nguyên lý làm việc:

T1 là cực gần với cực điều khiển G

( b ) ( a )

G

T 2

T 1

T 1 G

T 2 N P

N N P N

Trang 21

Ở góc phần tư thứ nhất ( I ) UT2 > UT1 còn ( III ) thì ngược lại.

Điện áp UB0 là giá trị điện áp mở đưa triac từ trạng thái bị khóa sang dẫnkhi không có dòng điều khiển, Ig = 0 Khi có dòng điều khiển Ig triac sẽ mở vớiđiện áp đặt vào nhỏ hơn

Triac chỉ bị khóa khi Ig = 0 và điện áp đặt vào nhỏ hơn ngưỡng UB và mởtheo chiều này hoặc chiều khác tùy theo cực tính của dòng điện điều khiển

* Có 4 cách để mở triac:

- Ở góc phần tư thứ nhất ( I ):

Cách I+: Dòng, áp, cực điều khiển dương

Cách I-: Dòng, áp, cực điều khiển âm

- Ở góc phần tư thứ ba ( III ):

Cách III+: Dòng, áp, cực điều khiển dương

Cách III-: Dòng, áp, cực điều khiển âm

- Triac có ưu điểm là mạch điều khiển đơn giản nhưng công suấtgiới hạn nhỏ hơn tiristor

( I ) : T 1 dương Trạng thái dẫn

I g2 > I g1

I g = 0 : Trạng thái khóa

Hình 1 14 Đặc tính volt-ampe của triac.

Trang 22

3G 2G 1G

R f 3 R f2 R f1

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I/ Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rotor :

1/Nguyên lý điều chỉnh:

Đối với động cơ điện không đồng bộ ba pha có rotor dây quấn, ta có thểđiều chỉnh tốc độ của nó nhờ một biến trở trong mạch rotor

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh:

Hình 2-1Các biến trởđiều chỉnh tốc độcó thể bằng kim loại hoặc chất lỏng, tương tự như biến trở khởi động nhưng đượctính toán để làm việc liên tục

+ Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: bằng phương phápthay đổi điện trở phụ mạch rotor:

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính cơ tự nhiên có tải là Mcvà tốc độ n21 (Hình 2-2), ta đóng một điện trở phụ rf vào cả 3 pha rotor, ở thờiđiểm đầu tiên sau khi đưa điện trở phụ vào, tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi,dòng điện và moment đều giảm đột biến nên điểm làm việc trên mặt phẳng đặctính cơ chuyển từ a đến b, tại thời điểm đó ta có moment M nhỏ hơn Mc nên tốcđộ của động cơ bắt đầu giảm Mặt khác, vì tốc độ giảm, độ trượt tăng nên sứcđiện động cảm ứng trong rotor E 2= E 20 tăng lên Do đó, dòng rotor và momentđộng cơ tăng lên cho đến khi M=Mc thì hệ xác lập nhưng với tốc độ mới

ĐKB

U lưới

Trang 23

o o

Hình 2-2

Vậy khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch rotor thì hệ số trượt St của động

cơ sẽ thay đổi, tốc độ của động cơ sẽ thay đổi

Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch rotor

Hình 2-3

Họ đặc tính cơ khi thay đổi r f ở mạch rotor

0< r f1 < r f2 < r f3

n2cb > n21 > n22 > n23

Khảo sát họ đặc tính cơ M= f(s) hình 2-3

Bốn đường cong M= f(s) tương ứng với bốn trị số điện trở phụ khác nhau,trong đó đường đặc tính cơ tự nhiên có trị số điện trở phụ r f = 0 còn 3 đuờng cònlại có trị số điện trở phụ là r f1 < r f2 < r f3.

Nếu Mc = const thì động cơ làm việc xác lập tương ứng với cácđiểm a, b, c, d nằm trên giao điểm của đường Mc=const với họ đường congM=f(s) Như vậy bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch rotor của động cơ ta có

M

2 2 1

2 ' ) '

(

n

f tf

x r

r r S

Trang 24

thể điều chỉnh được tốc độ xuống thấp hơn tốc độ đồng bộ trong một phạm vikhá rộng.

Moment cực đại của động cơ tính theo công thức:

Mt = 3 x U12 f (2-2)

2 x n1 [  r12 + x2n + r1 ] 9,55

Khi đưa điện trở phụ vào mạch rotor thì moment cực đại Mt của động cơkhông đổi, còn hệ số trượt St thì tăng lên , do đó tốc độ động cơ giảm xuống.Khi khởi động,nếu đưa điện trở phụ vào mạch rotor thì dòng khởi động sẽgiảm đi theo như công thức (2-3)

- Thao tác đơn giản

- Giá thành ban đầu cũng như chi phí bảo trì các thiết bị điều khiển thấp

II/ Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cuộn kháng bảo hòa :

1/ Cấu tạo cuộn kháng bảo hòa :

Cuộn kháng bảo hòa ( CKBH ) là thiết bị điện từ tính về cấu tạo có

3 phần:

Trang 25

ĐCK

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý cuộn kháng bão hòa

- Lõi sắt: được làm hai lõi giống nhau để khử ảnh hưởng của từthông xoay chiều đối với cuộn một chiều

-Cuộn dây làm việc (Wlv) được nối tiếp với phụ tải (ft) và đặt vàođiện áp xoay chiều U1f, cuộn làm việc Wlv có điện kháng thay đổi được

- Cuộn khống chế (Wkc) được đặt vào điện áp một chiều và quấnlên 2 lõi sắt tạo ra dòng khống chế (Ikc) Khi thay đổi Ikc sẽ làm thay đổi mức độtừ hóa của mạch từ và làm thay đổi được điện kháng của cuộn làm việc Xck

2/ Nguyên lý điều chỉnh:

Thông thường để điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộbằng cuộn kháng bảo hòa, người ta có thể dùng cuộn kháng bảo hòa 3 pha hoặc

3 cuộn kháng một pha có điều khiển đồng thời mắc mạch theo sơ đồ nguyên lýsau:

Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng CKBH

a/ Mắc ở mạch Statorb/ Mắc ở mạch Rotor

Trang 26

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:

M = 2 Mt (1+  ) (2-4)

S + St + 2 

St SVà từ biểu thức:

Mt =  3 U 12 f (2-5)

2 n1 [  r12 + (x1 + x2’ )2+ r1 ]9,55

+ Khi mắc cuộn kháng bảo hòa vào mạch Stator, ta có:

Trang 27

o Hình 2-6 :Đặc tính từ hóa của cuộn kháng bảo hòa

d H

S : tiết điện lõi thép,L: chiều dài trung bình của mạch từ

Ta có cường độ từ trường H tỉ lệ với dòng khống chế Ik

-Thực nghiệm khi mắc CKBH vào mạch Stator của động cơ sẽ giảm đượcđiện áp lưới đặt vào động cơ, giảm được tổn hao nên được sử dụng phổ biến hơncách mắc CKBH vào mạch Rotor

-Từ các biểu thức trên ta thấy rằng khi thay đổi trị số điện kháng Xck cuộnlàm việc của cuộn kháng bảo hòa thi Mt và St thay đổi, do đó tốc độ động cơthay đổi

Đặt U1 : là điện áp của lưới điện

Uck : điện áp rơi trên cuộn kháng bảo hòa

UĐ : điện áp đưa vào dây quấn Stator

-Tăng tốc độ động cơ điện:

Tăng điện trở điều chỉnh rđc, dòng điện khống chế Ikc tăng, cường độ từtrường H tăng, cuộn kháng chuyển sang chế độ làm việc bảo hòa hơn, hệ số từthẩm  giảm, nên X giảm làm điện áp rơi trên cuộn kháng giảm, từ công thức:( 2-15) ta có UĐ tăng và tốc độ động cơ tăng

- Giảm tốc độ động cơ điện:

Giảm điện trở điều chỉnh rđc, dòng điện khống chế Ikc giảm, cường độ từtrường h giảm, cuộn kháng chuyển sang chế độ làm việc kém bão hòa hơn, hệsố từ thẩm  = dB tăng, Xck tăng làm điện áp rơi trên cuộn kháng tăng,

Đoạn bảo hòa B

H

Trang 28

a/ Hệ thống CKBH –Đ dùng khâu phản hồi âm tốc độ:

a 1 Sơ đồ nguyên lý:

Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta phải thay đổi rđc

-Khi rđc giảm, Uss giảm do đó dòng Ikc giảm, cuộn kháng làm việc ở trạngthái kém bảo hòa nên  tăng, xck tăng, Uck tăng nên tốc độ động cơ giảm

Lý luận tương tự cho trường hợp ngược lại

- Hệ thống này có khả năng điều chỉnh tốc độ khi phụ tải thay đổi

* Nguyên lý: giả sử cơ cấu sản xuất cần tốc độ yêu cầu không đổi

(nyc = const), nhưng nếu phụ tải Mc tăng lên làm tốc độ yêu cầu (nĐ < n yc), sứcđiện động của máy phát tốc EFT giảm nên Ukc tăng, do đó Ick tăng, cuộn khángbão hòa hơn nên  = dB/dH giảm, xck giảm làm điện áp rơi trên cuộn kháng giảm Uđ tăng, do đó nđ tăng lên trị số cũ

- Lý luận tương tự cho trường hợp ngược lại

a 2 Đặc tính cơ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng cuộn kháng bảo hòa mắc

ở Stator và dùng phản hồi âm tốc độ

tu U

U M

M

(2-32)

Trang 29

Hình 2-8 :Họ đặc tính cơ của ĐKB khi điều chỉnh tốc độbằng cuộn kháng bão hòa có phản hồi âm tốc độ.

I KCđm > I KC1 > I KC2> I KC3 > I KC4 > I KCmin

n KC > n 21> n 22 > n 23 > n 24> n 2min

* Từ đặc tính cơ hình 2-8, ta thấy có 2 vùng không thể điều chỉnh được: Cho Ikc max thì x ck min  0, do đó đặc tính cơ luôn thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên và n max < n cb

Cho Ikc min thì x ck max <  dẫn đến Umin đặt lên động cơ điện Umin  0

*Ta nhận thấy hệ thống này có đặc điểm sau:

Sơ đồ dùng 3 cuộn khống chế:

-W KC : cuộn khống chế chủ đạo, tạo cường độ từ trường H1

-WKC2 : cuộn phản hồi dương dòng điện, được cung cấp điện 1 chiều thôngqua máy biến dòng (BD) và bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra cường độ từ trường H2 cùngchiều với H1

-WKC3 :Cuộn phản hồi âm điện áp, được cung cấp điện qua biến áp BA vàbộ chỉnh lưu CL2 và tạo ra từ trường H3 ngược chiều với H1

-Về tỉ số ta có H2 tỉ lệ bậc nhất với I1 (dòng điện Stator) và H3 tỉ lệ bậcnhất với UĐ (điện áp đưa vào Stator)

Từ trường tổng của cuộn kháng:

* Để điều chỉnh tốc độ ta thay đổi r đc:

-Hệ thống có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi: Giả sử cơ cấucần tốc độ không đổi nyc = nĐ = const, nếu phụ tải Mc giảm xuống làm tốc độ nĐ

tăng lên, đồng thời Mc giảm thì I 1 giảm nên H2 giảm

2 1

2 2 1