CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ

Chương I:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

I KHÁI NIỆM CHUNG:

I 1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông sốnguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đótạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Có haiphương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

 Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từtrục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

 Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của

cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độtheo phương pháp thứ hai

Ngồi ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tảithay đổi của động cơ điện

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn sovới các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng màcấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điềuchỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

I 2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào cácchỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

I 2 a Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn

so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên

I 2 b Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất nmin

mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học

- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta chọn

là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ Hay nóicách khác  càng lớn thì càng tốt

I 2 d Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc

độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

 = ni/ni+1

Trong đó:

- ni: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i

- ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 )

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấptốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp

  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp

I 2 e Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việccủa động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp nhất

I 2 f Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ thốngđiều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ thốngphải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổthông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau

II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP ĐẶT VÀO PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ:

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áptrên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi Để tránh những biến độnglớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằngcách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiềukích từ độc lập

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như:máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trêndùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trịsức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng sẽthay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi

Như vậy, khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi

Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 3

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

M E

R R

K K dn

Hình I 1 Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất làgiảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản ncb Đồng thời điều chỉnh nhảycấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và ngượclại

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng trong thực tế động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho phép:

Umincp = Uđm/10, nghĩa là phạm vi điều chỉnh:

D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umincp thì do phản ứng phần ứng sẽ làmcho tốc độ động cơ không ổn định

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần

ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều trongmáy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều

chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản

và chi phí vận hành cao

III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỪ THÔNG:

Hình I 2 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momentđiện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ

Eư = KEn Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyêngiá trị định mức

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người tathường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công

suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máyphát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từ thông thì dòng điệnkích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ cóthể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc này tốc độtăng lên khi từ thông giảm: n = U/KE

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên khi  giảm sẽ làm cho Mn giảmtheo

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi  giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn Nên ta có họ đường đặctính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh đượctốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô cùng.Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

nmax = 3ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/ncb = 3/1

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnh tốc độtùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện

và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều

chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb Phương pháp này được dùng đểđiều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường Do quá trình điềuchỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh

tế Thiết bị đơn giản

IV ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ TRÊN MẠCH PHẦN ỨNG:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng

có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều Trong phương pháp này điện trởphụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 5

Hình I 4 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở

phụ trên mạch phần ứng.

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ cứngcủa đường đặc tính cơ:

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơcàng dốc Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được tínhtheo công thức sau:

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớnhơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng Vậy khi thayđổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

Hình I 5 Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứngđược giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm

Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độđộng cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động cơgiảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực tếkhông thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảycấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…

Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:

D = ncb/nmin  

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

M, I

0 < R f1 < R f2 < R f3

n cb > n 1 > n 2 > n 3

const K

U n

dm E

dm





 0

f u

dm M E

R R

K K

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng Khi động cơ làm việc ởtốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tếcho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh: D = ( 2  3 )/1.

Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch

In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chếdòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản Và tuyệt đối không được dùng chocác động cơ của máy cắt kim loại

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch

phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb

 Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục,

thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép

 Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn,

đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càngkém Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng

V ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH RẼ MẠCH PHẦN ỨNG:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạchphần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình I 6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.

Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn ncb và điều chỉnh nhảy cấp Hệ thống

có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùng phương pháp rẽmạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch

Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song với điệntrở và nối nối tiếp với một điện trở khác Phương pháp này giống với phương pháp thayđổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại không thay đổi Do đó,phương pháp này đòi hỏi phải:

- Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi

- Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làmcho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức

Ta có phương trình đặc tính cơ:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 7

M K

K

R R

R R R

R R

R K

U n

M E

n S

n S u

n S

K

R R

R R R

R R

R n n

M E

n S

n S u

n S

S

2 0

0

R R

R n

n

n S

-C KĐ

R KĐ

E

U

Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ nĐ < ncb Mặt khác ta có:

Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng PM nhỏ hơn độ cứng của đặc tính

cơ tự nhiên TN nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ Rf với điệntrở phụ chính là Rn

Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau:

 Giữ nguyên R n , thay đổi giá trị R S :

- Khi RS = 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng nHĐN = 0

Hình I 7 Họ đặc tính cơ khi R n = const, R S thay đổi.

Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế

và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm

 Giữ nguyên R S , thay đổi giá trị R n :

- Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ Lúc này ta xem RS như làtải nối song song với động cơ Ta có được đường đặc tính cơ tự nhiên

- Khi Rn = : Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi trên phần ứng động

cơ Đây là trạng thái hãm động năng với RHĐN = RS Ta có : IB = Uđm/RS Ta có họ đặctính cơ như sau:

u n S

S u

n

R R

R R

R

U I R

Vậy, khi giữ nguyên RS và thay đổi Rn thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế nhưtrường hợp trên Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại bị giảmxuống.

 Ngồi ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của R S và R n: Phương phápnày thường được sử dụng trong thực tế

So với phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng

ta nhận thấy: Khi tốc độ và moment động cơ như nhau nghĩa là khi công suất cơ nhưnhau dòng điện nhận từ lưới trong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồđiều chỉnh bằng điện trở phụ trên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua

RS

Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép Đồngthời tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều chỉnh

tốc độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

VI ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ

( F - Đ ):

VI 1 Sơ đồ nguyên lý:

Với những hệ thống điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đốirộng Cần những tốc độ lớn hơn hay nhỏ hơn so với tốc độ cơ bản và cần điều chỉnh liêntục như truyền động chính của một số máy bào giường có năng suất thấp, truyền độngquay trục cán thép có công suất trung bình và nhỏ, truyền động đúc ống trong phươngpháp đúc liên tục… thì người ta dùng hệ thống F - Đ có sơ đồ nguyên lý như sau:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 9

Hình I 9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát – động cơ.

 Trong đó:

- ĐSC: Động cơ sơ cấp, cung cấp động lực cho tồn hệ thống Nhận công suất điệnxoay chiều, biến đổi điện năng thành cơ năng kéo máy phát F và máy phát kích thích K.ĐSC có thể là động cơ nổ, động cơ điện tùy thuộc vào chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống

- F: Máy phát một chiều kích thích độc lập, cung cấp trực tiếp nguồn một chiều chophần ứng động cơ

- Đ: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập kéo cơ cấu sản xuất ( CCSX ), là đốitượng cần điều chỉnh tốc độ trong phạm vi tương đối nhỏ

- K: Máy phát kích thích, thực chất là máy phát điện một chiều đặc biệt có từ dư lớnnên có khả năng tự kích Phát ra điện một chiều UK cung cấp cho mạch kích thích máyphát CKF và kích thích của động cơ CKĐ

VI 2 Nguyên lý hoạt động:

Để khởi động hệ thống F - Đ ta tiến hành các bước như sau:

- Mở tất cả các cầu dao CD1, CD2

- Điều chỉnh biến trở ở mạch kích thích của động cơ RKĐ ở trị số cực tiểu sao cho

Đmax và điều chỉnh biến trở ở mạch kích thích của máy phát RKF ở trị số cực đại sao cho

Fmin

- Đóng cầu dao CD1 ( lúc này CD2 vẫn hở ) khởi động động cơ ĐSC Động cơ ĐSC

sẽ quay và đợi cho tốc độ ổn định ĐSC quay làm cho máy phát F và máy phát kích thích

K quay

- Đóng cầu dao CD2 để chọn chiều quay cho động cơ là thuận hay ngược Lúc này có

F nhưng rất bé sẽ làm cho EF bé nên UĐ = EF – IưRưF bé Động cơ sẽ khởi động và quayvới tốc độ thấp

- Để tăng dần điện áp đặt vào động cơ, ta điều chỉnh biến trở RKF giảm dần về trị sốcực tiểu ( tăng dòng kích từ của máy phát ), do đó, dòng Iư tăng dần, động cơ tăng tốc độcho đến khi đạt đến ncb Quá trình khởi động đến đây là chấm dứt

- Để ngừng truyền động ta điều chỉnh RKF tăng dần để giảm dòng kích thích của máyphát làm cho điện áp phát ra của máy phát UF giảm Do đó, tốc độ của động cơ giảmxuống và ngừng hẳn vào lúc UF = 0 Sau đó mở cầu dao CD2 dừng động cơ ĐSC

Muốn thay đổi chiều quay của động cơ ta gạt cầu dao CD2 sang vị trí 2

Với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:

n

U 1 ; f 1

CCSX Đ

 Để cho n Đ < n cb: Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát đạt giá trị cực đại để giảmdòng kích từ của máy phát làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb.Gọi DUĐ: Phạm vi điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ.

D = DUĐDĐ = nmax/nmin = 30/1

VI 3 Thành lập phương trình đặc tính cơ của hệ thống F - Đ:

Phương trình đặc tính cơ tổng quát:

Phương trình cân bằng sức điện động của máy phát: UĐ = EF – IưRưF

Thay vào phương trình đặc tính cơ ta được:

Đây là phương trình đặc tính tốc độ của hệ thống

Thay Iư = M / KMĐ vào phương trình đặc tính tốc độ ta được phương trình đặc tính

cơ của động cơ trong hệ thống F - Đ như sau:

Từ phương trình đặc tính cơ của hệ thống ta nhận thấy: Ứng với mỗi hướng điềuchỉnh tốc độ động cơ khác nhau ( lớn hay nhỏ hơn so với tốc độ cơ bản ) ta sẽ có những

họ đặc tính điều chỉnh khác nhau như đã trình bày ở trên

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 11

u D E

uF uD D E

K

R R K

K

R R

K

E n

D M E

uF uD

D E

I K

R K

uD D

E

I K

R K

U n

U 1

U 2

U đm ,  đm n

M

0 M C

M K

K

R R K

E n

D M E

uF uD D

Hình I 10 Họ đặc tính cơ điều chỉnh trong hệ thống F - Đ.

VI 4 Đánh giá hệ thống F - Đ:

VI 4 a Ưu điểm:

- Hệ thống này có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng: D = ( 10 

30 )/1 bởi vì quá trình điều chỉnh được thực hiện bằng mạch kích thích của máy phát vàđộng cơ Có thể dùng phương pháp biến trở

- Hệ thống có sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớnnên thường được sử dụng ở các máy khai thác trong công nghiệp nhỏ

VI 4 b Nhược điểm:

- Dùng 4 máy để quay nên khi làm việc sẽ gây tiếng ồn lớn, chiếm nhiều diện tích đểđặt máy Đồng thời tổng công suất đặt vào hệ thống F - Đ quá lớn: Gấp 3 lần so với yêucầu nên vốn đầu tư lớn

- Hiệu suất hoạt động của hệ thống tương đối thấp:

 = Pcơ2/Pđ < 0,75

- Đặc tính cơ dốc nên khi có dao động ở phụ tải thì thể hiện rõ hơn nữa

- Ngồi ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trể nên khó điềuchỉnh sâu tốc độ

VI 4 c Nhận xét:

Với hệ thống F - Đ vòng hở như trên, ta không thể thực hiện việc ổn định tốc độ động

cơ là nhiệm vụ cần thiết đối với các hệ thống truyền động nhằm nâng cao chất lượng sảnphẩm được gia công trên máy, nâng cao chất lượng kỹ thuật của một qui trình công nghệ

mà máy sản xuất tham gia hoặc nâng cao năng suất của máy

Để thực hiện nhiệm vụ đó, ta thường dùng các hệ thống F-Đ có khuếch đại máy điệndùng phản hồi vòng kín Trong các hệ thống này, các bộ khuếch đại máy điện sẽ sưûdụng các liên hệ phản hồi, nghĩa là đưa một tín hiệu đầu ra của hệ thống quay trở lạiđầu vào của nó Tín hiệu đầu ra có thể là điện áp, dòng điện trong mạch chính hoặc tốc

độ quay của động cơ Tín hiệu đầu vào là sức từ động của khuếch đại máy điện Cáckhuếch đại máy điện thường dùng hiện nay là máy kích từ nhiều cuộn dây điều chỉnhđược, khuếch đại máy điện tự kích và khuếch đại máy điện từ trường giao trục

VII HỆ THỐNG KHUẾCH ĐẠI MÁY ĐIỆN – ĐỘNG CƠ:

VII 1 Khuếch đại máy điện ( KĐMĐ ):

KĐMĐ là máy phát một chiều đặc biệt Có 2 loại KĐMĐ:

- KĐMĐ tự kích

- KĐMĐ từ trường giao trục

VII 1 a Khuếch đại máy điện tự kích:

Là loại máy phát điện một chiều đặc biệt Mạch từ được làm bằng thép kỹ thuật cánnguội nên có từ trở nhỏ và đặc tính từ trễ hẹp

* KĐMĐ tự kích theo điện áp ( tự kích song song ):

Hình I 11 Sơ đồ nguyên lý KĐMĐ tự kích song song.

Phương trình đặc tính cơ của phương pháp này :

M KeKm

kRnt Ru Ke

Udm k

* KĐMĐ tự kích theo dòng điện ( tự kích nối tiếp ):

Hình I 12 Sơ đồ nguyên lý KĐMĐ tự kích nối tiếp.

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 13

Nhờ cuộn tự kích mà điện áp phát ra của KĐMĐ được nâng cao so với máy phátthông thường Dựa vào đặc tính volt-ampe của KĐMĐ ta thấy:

UđmKĐMĐ = Uđm1 + Uđm2

Hình I 13 Đặc tính volt-ampe của hệ thống KĐMĐ.

Khi có thêm CK2 thì U tăng lên một lượng Uđm2

Hệ số công suất: KP = Pfư/PKT = UKĐMĐIKĐMĐ/UKIK = hàng trăm/1

VII.1.b Khuếch đại máy điện từ trường giao trục:

Là máy phát một chiều đặc biệt:

- Mạch từ làm bằng thép kỹ thuật điện cán nguội, cực từ dạng ẩn

- Phần kích có từ 3 đến 4 cuộn dây:

Một cuộn làm kích thích chính ( kích từ độc lập ) tạo ra từ trường chính Một cuộn làm nhiệm vụ bù

Các cuộn còn lại dùng để thực hiện phản hồi trong truyền động

- Trên cổ góp đặt hai cặp chổi than có trục vuông góc nhau Trong đó, một cặpđược nối tắt với nhau còn một cặp để lấy điện áp ra

Hình I 14 Sơ đồ tương đương KĐMĐ từ trường giao trục.

Đứng về mặt khuếch đại ta có thể xem KĐMĐ từ trường giao trục tương đương vớihai máy phát điện làm việc kế tiếp nhau và có sơ đồ nguyên lý như trên

Hệ số khuếch đại: KP = KPIKPII = UKĐMĐI2/UKIK

Đây là loại máy điện có hệ số khuếch đại cao nhất, KP có giá trị hàng ngàn lần

VII 2 Khuếch đại máy điện tự kích – động cơ dùng phản hồi âm tốc độ:

VII 2 a Sơ đồ nguyên lý:

Hình I 15 Sơ đồ nguyên lý khuếch đại máy điện tự kích – động cơ dùng phản hồi âm tốc độ.

Trong đó:

- Pđm của động cơ  5KW

- CK1: Cuộn kích thích chủ đạo ( kích từ độc lập ), sinh ra sức từ động F1

- CK2: Cuộn tự kích thích, sinh ra sức từ động F2 cùng chiều với F1

- R2: Điều chỉnh hệ số tự kích Giá trị R2 càng nhỏ thì hệ số từ kích càng lớn vàngược lại

- CK3: Cuộn phản hồi âm tốc độ ( tín hiệu đưa về để khử F1 ), sinh ra sức từ động

Vì mạch từ bão hòa sâu nên FT xem như là hằng số nên EFT tỷ lệ thuận với nFT

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 15

3 CK 3 uFT

FT

E I

-



KĐM ĐTK

C KĐ R KĐ

Đ

CCSX

F T n

R 1 CK 1

Từ các biểu thức trên, ta nhận thấy khi R3 = const thì: F3  I3  EFT  n Vì vậy F3 

n Sức từ động của KĐMĐ: FT = F1 + F2 + F3

Hệ thống này có khả năng điều chỉnh tốc độ theo hai hướng:

* Để cho n > n cb: Ta giảm từ thông bằng cách tăng giá trị RKĐ

* Để cho n < n cb: Ta giảm điện áp đặt lên phần ứng của động cơ UĐ thông quađiều chỉnh giảm giá trị R1

Ngồi ra, khi điều chỉnh R2 để thay đổi hệ số tự kích nghĩa là thay đổi độ cứng củađường đặc tính cơ Thực chất quá trình này là nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ

để đạt được tốc độ cao nhất khi động cơ được mở rộng lên Đồng thời nhờ phản hồi âmtốc độ mà động cơ có khả năng làm việc với tốc độ thấp hơn ncb/10, nghĩa là có thể mởrộng thêm tốc độ thấp và cao nên ta được phạm vi điều chỉnh lớn: D = ( 40  hàngtrăm )/1

Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi âmtốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải Mc và tốc độ đạt yêu cầu nyc Vì lý do nào

đó, moment phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi, khác nyc thì nhờ quá trình phản hồi âmtốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt nyc Quá trình tự động này được giải thíchnhư sau: Giả sử khi Mc tăng sẽ làm cho nĐ giảm < nyc Mà khi n giảm  EFT giảm  I3

giảm  F3 giảm  FT = F1 + F2 + F3 tăng  EKĐMĐ tăng  UĐ tăng  n tăng đạt đến nyc

Và khi Mc giảm thì quá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơđạt nyc

Hình I 16 Đặc tính cơ của hệ thống khuếch đại máy điện tự kích – động

cơ dùng phản hồi âm tốc độ.

VII 2 c Nhận xét:

* Ưu điểm: Dùng sai số tốc độ quay trở lại điều khiển hệ thống để tự động ổn định tốc

độ ( khâu phản hồi trực tiếp ) Việc tính tốn khâu phản hồi âm tốc độ tiến hành rất đơngiản, tiện lợi

* Nhược điểm: Dùng máy phát tốc độ nên giá thành của hệ thống cao.

VII 3 Hệ thống khuếch đại máy điện từ trường giao trục – động cơ dùng phản hồi dương dòng điện và phản hồi âm điện áp:

VII 3 a Sơ đồ nguyên lý:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 16

-+ 

- 

ĐSC

R 1 CK 1 CK 3 CK 2

F 1

n

Hình I 17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khuếch đại máy điện từ trường giao trục – động cơ dùng phản hồi dương dòng điện và phản hồi âm điện áp.

Trong đó:

- CK1: Cuộn kích thích chủ đạo, sinh ra sức từ động F1

- CK2: Cuộn phản hồi dương dòng điện, sinh ra sức từ động F2 cùng chiều với F1

- CK3: Cuộn phản hồi âm điện áp, sinh ra sức từ động F3 ngược chiều với F1

VII 3 b Nguyên lý hoạt động:

Ta có: F2 = I2WCK2 Với:

Nếu cho R2 = const thì ta được: F2  I2  UfhI  Iư  F2  Iư

F3 = I3WCK3 Với:

Khi giữ cho R3 = const thì ta được: F3  I3  UfhU  UĐ  F3  UĐ

Tương tự như hệ thống KĐMĐ tự kích – động cơ dùng phản hồi âm tốc độ, hệ thốngnày cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ theo hai hướng lớn hay nhỏ hơn so với ncb

Hệ thống này có khả năng mở rộng phạm vi điều chỉnh, tự động ổn định tốc độ nhờphản hồi dương dòng điện và phản hồi âm tốc độ Giả sử: Khi hệ thống làm việc với phụtải Mc và tốc độ đạt nyc Khi Mc tăng  n giảm nhỏ so với nyc, lúc đó hệ thống sẽ: Mc tăng

 M tăng ( moment động cơ tăng để cân bằng với phụ tải )  Iư tăng  F2 tăng Khi Iư

tăng  UKĐMĐ = IưRưKĐKĐ tăng  UĐ = EKĐMĐ – UKĐMĐ giảm  FT = F1 + F2 + F3 tăng 

EKĐMĐ tăng  UĐ tăng  n sẽ tăng đạt nyc Khi Mc giảm thì quá trình xảy ra theo chiềungược lại

VII 3 c Nhận xét:

* Ưu điểm: Sử dụng thiết bị đơn giản (chỉ dùng các điện trở R2, R3, R4) nên giá thànhthấp

* Nhược điểm: Việc tính tốn thiết kế phối hợp giữa hai khâu phản hồi này để ổn định

tốc độ là khá phức tạp (khâu phản hồi gián tiếp)

VII 4 Nhận xét hệ thống khuếch đại máy điện – động cơ:

VII 4 a Ưu điểm:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 17

2 2

2 2 2

2 ;

CK

CK u

fhI CK

fhI

R R

R R I U R

U I







4 3

3 D 3

3 ;

R R

R U U

Ngồi những ưu điểm của các hệ thống F - Đ vòng hở như:

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng với độ chính xác và tin cậy cao

- Khởi động máy êm

- Có khả năng hãm tái sinh, trả năng lượng lại cho lưới điện

- Tổn hao năng lượng khi điều chỉnh tốc độ và mở máy thấp

Các hệ thống KĐMĐ – động cơ vòng kín còn có những ưu điểm:

- Có khả năng tự động ổn định tốc độ động cơ khi phụ tải thay đổi

- Có khả năng tăng tính ổn định tốc độ của hệ thống nhờ khâu ổn định

- Có hệ số khuếch đại công suất lớn

VII 4 b Nhược điểm:

Hệ thống KĐMĐ – động cơ có những nhược điểm tương tự như hệ thống F - Đ:

- Dùng nhiều máy điện với tổng công suất lắp đặt lớn do đó đòi hỏi giá thành cao

- Hiệu suất hoạt động thấp

- Diện tích lắp đặt máy rộng và đòi hỏi nền móng chắc chắn nên phí tổn vận hànhlớn

- Gây tiếng ồn lớn

VIII HỆ THỐNG KHUẾCH ĐẠI TỪ - ĐỘNG CƠ:

VIII 1 Sơ đồ nguyên lý:

Khuếch đại từ ( KĐT ) hay còn gọi là bộ biến đổi van từ, là tổ hợp của kháng bãohòa với chỉnh lưu không điều khiển

KĐT được dùng để làm bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp trong các hệ thốngđiều khiển, điều chỉnh và kiểm tra tự động

Trong các máy nâng vận chuyển, KĐT thường được dùng làm máy kích thích chocác máy phát trong hệ thống F - Đ Đối với máy cắt gọt kim loại, KĐT thường đượcdùng kết hợp với chỉnh lưu diode bán dẫn để cung cấp cho phần ứng động cơ một chiềuvới sơ đồ nguyên lý như sau:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 18

Hình I 18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống KĐT – động cơ.

a) Tia ba pha.

b) Cầu ba pha.

Trong các sơ đồ này, máy biến áp BA có chức năng biến đổi giá trị điện áp cho phùhợp với yêu cầu của động cơ Tạo ra số pha hoặc điểm trung tính cho phù hợp với sơ đồchỉnh lưu nếu cần và nâng cao hệ số công suất của hệ

Các van không điều khiển Vo dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều

và tạo ra thành phần dòng điện tự từ hóa cho KĐT

Cuộn kháng bão hòa KBH dùng để điều chỉnh giá trị sức điện động của bộ biến đổi

VIII 2 Nguyên lý hoạt động:

Trong hệ thống KĐT – động cơ, tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổitrị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu bằng cách biến đổi dòng điện điều khiển,tức là biến đổi mức độ bão hòa của mạch từ

Để đơn giản trong việc khảo sát nguyên lý hoạt động của hệ thống này, ta tách ra mộttrong ba pha từ các sơ đồ trên và giả thuyết rằng đặc tính từ trễ của lõi thép có dạng lýtưởng

Hình I 19

a) Sơ đồ nguyên lý một pha của bộ biến đổi.

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 19

u 2 + 

- 

 

I đk U

V 0 ( a )

B

H +B S

-B S

B 0 ( b )

b) Dạng đặc tính từ trễ lý tưởng của lõi thép.

u2 = U2msint = iRt + XK ( di/dt ) = NlvS ( dB / dt )

Với điều kiện ban đầu: t = 0, B = B0, giải phương trình này ta được:

B = B0 + Bm ( 1 - cost )Trong đó:

- Biên độ từ cảm: Bm = U2m/WNlvS

- Nlv: Số vòng dây của cuộn làm việc

- S : Diện tích tiết diện lõi của cuộn kháng

-  : Tần số gốc của dòng điện

Khi lõi thép bão hòa, ta có XK = 0 Do đó, tồn bộ nguồn áp chỉ đặt lên tải Khi đó: u2

= U2msint = iRt = ub

Với ub là điện áp ra của bộ biến, tức là điện áp đặt trên tải

* Ở bán kỳ âm của nguồn u 2: V0 ngưng dẫn, dòng điện từ hóa không có nên lõi thép bịkhử từ bởi cuộn điều khiển Wđk và độ từ cảm B sẽ giảm dần về giá trị ban đầu B0, điện áptrên tải ub  u2 = 0

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo công thức:

) cos 1 ( 2

) 1

VIII 3 Phương trình đặc tính cơ của hệ thống KĐT – động cơ:

Từ công thức: n = n0 - M/, ta được phương trình đặc tính cơ của động cơ trong hệthống:

Đây chính là phương trình đặc tính cơ của động cơ trong hệ thống KĐT – động cơvới Rb là điện trở trong của hệ thống

Nếu xem cuộn kháng là phần tử tuyến tính thì ta sẽ được họ những đường đặc tính

cơ của động cơ là những đường thẳng song song nhau và được gọi là họ đặc tính cơ lýtưởng

Hình I 20 Họ đặc tính cơ lý tưởng của động cơ trong hệ thống KĐT – động cơ.

VIII 4 b Nhược điểm:

- Do điện trở trong của bộ biến đổi van từ khá lớn nên độ cứng của đường đặc tính

cơ thấp, sai số tốc độ lớn và dãy điều chỉnh hẹp

- Về hình thức điều khiển, hệ thống KĐT – động cơ kém linh hoạt hơn hệ F - Đ.Đảo chiều quay động cơ khó khăn và gây tổn thất năng lượng lớn Quán tính của

hệ KĐT - động cơ lớn do ảnh hưởng của điện kháng KĐT, hệ số công suất thấp

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 21

u E

u b E

K

R R K

U n

u b E

S

m

I K

R R K

B

B U

M K

K

R R K

B

B U

n

M E

u b E

S m

2

0 )1

Chương II:

Sillicon Controlled Rectifier (SCR) và Bộ Chỉnh Lưu

I Sillicon Controlled Rectifier (SCR):

1 Cấu tạo và nguyên lý :

SCR(silicon controlled rectifier): gọi là chỉnh lưu có điều khiển, là linh kiện quantrọng nhất của họ linh kiện bán dẫn công suất lớn có nhiều hơn 3 lớp P-N gọi làThyristor Có nhiều tài liệu gọi SCR là thyristor cũng vì lý do đó

Thyristor gồm 3 lớp PN và mắc vào mạch ngồi gồm 3 cổng : điện cực anode Acathode C và cổng điều khiển G Về mặt lí thuyết tồn tại cấu trúc PNPN và NPNP, trongthực tế người ta chỉ phát triển và sử dụng loại PNPN Sơ đồ thay thế thyristor bằng mạchtransitor được vẽ ở hình 1d Mạch tương đương này giải thích hầu hết những tính chấtcủa SCR Giả sử anode của thyristor chịu tác dụng của điện áp dương so với cathode(uAK>0) Khi đưa vào mạch G,K của cathode (tương đương với mạch base - emiter củatransitor NPN ) xung dòng IG, transitor sẽ đóng Dòng điện dẫn tiếp tục qua mạch emitor– base của transitor PNP và đóng nó Các transitor tiếp tục đóng ngay cả khi dòng iG bịngắt Dòng qua collector của một transitor cũng chính là dòng đi qua base của transitorthứ hai và ngược lại Các transitor vì vậy cùng nhau duy trì trạng thái đó

SCR trong thực tế làm việc hồn tồn giống như SCR của ngắt điện điện tử với tínhiệu điều khiển là dòng IG:

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 23

P N

- Khi mới cấp điện, IG =0 : SCR khĩa thuận và ngược –ID là dịng điện rị, cỡ mA với

VAK 0

- Khi SCR phân cực thuận – VAK >0, và cĩ tín hiệu điều khiển – IG >0, SCR chuyểnsang trạng thái dẫn điện và cĩ khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện cho đến khi dịng qua

nĩ giảm về 0

Dựa vào mơ hình hai BJT, ta cĩ thể kiểm tra SCR bằng VOM ở chế độ đo điện trở:

- Các đầu AK và GA cĩ điện trở vơ cùng

- GK là mối nối PN cĩ điện trở song song (nhỏ hơn 100 Ohm) Điện trở này làmtăng khả năng chịu áp và chống kích nhầm do nhiễu

-Phải đưa xung dịng IG>0 đủ lớn

Chiều thuận nghịch và các thuật ngữ về dịng, áp; điện áp thuận và dịng thuận được

ký hiệu với chỉ số T – dịng điện khĩa ID, điện áp khĩa UD (xem hình)

TT

U

I G

A

I U

Dòng ngược

Áp ngược U

RIRGG

Dòng thuận

Áp thuận, áp khóa K

Hình II.2 : Kí hiệu dòng và áp của SCR

Hiện tượng ngắt SCR : quá trình chuyển từ trạng thái dẫn điện sang khơng dẫn điện

(tức trạng thái nghịch hoặc trạng thái khĩa), Quá trình này gồm hai giai đoạn:

1/-Giai đoạn làm dịng thuận bị triệt tiêu : thực hiện bằng cách thay đổi điện trở hoặcđiện áp giữa anode và cathode

2/-Giai đoạn khơi phục khả năng khĩa của thyristor Sau khi dịng thuận bị triệt tiêucần cĩ một thời gian – thời gian ngắt, để chuyển thyristor vào trạng thái khĩa.

3 Đặc tính tĩnh (Volt-Ampe) : Mơ tả quan hệ IT(VAK) với dịng IG khác nhau

A E SCR

VR

R

Hình II.4 : sơ đồ thí nghiệm

Trên hình II.3 và II.4 cho ta sơ đồ thí nghiệm và đặc tuyến volt – ampe của SCR, trong

đĩ IT thay đổi được và dịng IG điều khiển nhờ VR Đặc tính tĩnh SCR gồm các miền:

 VAK< 0: Khĩa ngược : Chạy qua SCR là dịng rị ngược , cở mA Khi VAK < -VRB

ta cĩ hiện tượng gãy ngược, dịng I T tăng rất cao trong khi VAKvẫn giữ trị số lớn

 SCR bị hỏng

 VAK>0 và IG =0 : Khĩa thuận : Ta cĩ dịng rị thuận cũng cỡ mA Khi VAK>VFB ta

cĩ hiện tương gãy thuận : SCR chuyển sang vùng dẫn điện

SVTH : HỒNG TRỌNG LINH TRANG 25

Ta phải chọn định mức áp của SCR lớn hơn các giá trị này, hệ số an tồn điện ápthường chọn lớn hơn hay bằng 2.

Khi phân cực thuận, nếu IG tăng lên từ giá trị 0, VFB giảm dần Như vậy, dịng IG

cần phải đủ lớn để cĩ thể sử dụng SCR như một ngắt điện điện tử: SCR chuyển sangtrạng thái dẫn ngay khi được kích bất chấp điện áp phân cực thuận

 Vùng dẫn điện : Ứng với trường hợp SCR đã được kích khởi và dẫn điện, sụt ápqua SCR VAK=VF khoảng 1-2 volt Trong vùng dẫn điện cĩ hai đặc trưng dịng: +IL :dịng cài, là giá trị tối thiểu của IT để SCR cĩ thể duy trì trạng thái dẫn khidịng cực cổng IG giảm về 0 (kích SCR bằng xung)

+IH : dịng giữ, là giá trị tối thiểu của IA để SCR cĩ thể duy trì trạng thái dẫn(khi khơng cịn dịng cực cổng IG) Nếu dịng anode thấp hơn IH, SCR trở về trạng tháikhĩa

IL khác IH vì cĩ quá trình lan tỏa của dịng anode từ vùng phụ cận của cực G đếntồn mảnh bán dẫn khi SCR được kích ( cĩ dịng cực nền ), tương ứng mật độ dịnggiảm dần, làm cho hệ số khuếch đại dịng điện tăng Quá trình quá độ này cịn ảnhhưởng đến giới hạn di/dt, được giới thiệu trong đặc trưng tính động của SCR

4 Đặc tính động (đĩng ngắt):

a Đặc tính mở: (turn on)

Cĩ thời gian trễ ton từ khi cấp dịng kích IG đến khi SCR dẫn, ton cĩ trị số khoảngmột vài micro giây; ton giảm khi IG tăng

Một thơng số khác liên quan quá trìng mở là giới hạn tốc độ tăng dịng diT/dt Tốc

độ tăng của dịng qua SCR phải nhỏ hơn giá trị cho phép để SCR khơng bị hư hỏng vìquá nhiệt cục bộ khi chưa kịp phân bố lại mật độ dịng điện qua nĩ Người ta thườngbảo vệ SCR bằng cách thêm cuộn kháng nối tiếp với anode, cĩ giá trị khoảng vàichục micro Henry để hạn chế diT/dt

T

water cathode

I

t

G I VAK

cathode area

distriduted gate water

gate

Hình II.5 : a Đặc tính động mở và khoá của SCR

b Cấu tạo SCR cực cổng có cấu tạo phức tạp, phân bố trên toàn bộ miếng bán dẫn để tăng di/dt.

b Đặc tính khĩa : ( turn off) Giả sử SCR đang dẫn dịng tải Do đặc tính tải hay một

tác nhân khách quan khác, dịng anode giảm về 0, áp VAK chuyển thành giá trị âmnhư hình 1.4 Dịng anode cĩ giai đoạn dẫn điện ngược trước khi chuyển sangtrạng thái khĩa ngược tương ứng với việc giải phĩng các điện tích của các mối nốitích lũy trong chế độ dẫn Sau điện áp VAK dương được đặt trở lại Quá trình khĩaSCR cĩ hai yêu cầu quan trọng:

+ Cần cĩ thời gian đảm bảo tắt toff để SCR phục hồi khả năng khả năngkhĩa trước khi đặt áp dương trở lại toff phụ thuộc chế tạo và giảm khi trị số áp khĩagiảm

toff =10 50 micro giây với SCR tần số cao

100 300 micro giây với SCR chỉnh lưu

toff là thơng số quan trọng để tính tốn mạch tắt SCR khi sử dụng ở nguồn mộtchiều

+ Cĩ giới hạn tốc độ tăng du/dt của điện áp phân cực thuận để SCR khơngchuyển sang chế độ dẫn Cĩ thể giải thích hiện tượng này khi xét các tụ điện mối nối.Dịng nạp tụ du/dt cũng chính là dịng kích SCR

Giới hạn du/dt của SCR phụ thuộc cấu tạo, tăng theo định mức áp của SCR Mạch

RC nối tiếp mắc song song AK của SCR (snubber) cĩ thể cải thiện du/dt RC mắcsong song GK cũng hạn chế khả năng SCR tự kích do nhiễu từ ngồi (hình II.6)

SCR

R1

Hình II.6 : Mạch bảo vệ SCR khỏi các chế độ kích dẫn không mong muốn

C2 =0.05 - 0.1  F ; R2 = 33 – 100 Ohm ; R1 tăng khi áp SCR tăng và/hay dịngtải giảm, từ 20 -100 Ohm ; C1 tăng khi dịng SCR tăng và hay áp SCR giảm, từ 0.1 –0.5  F

5 Đặc tuyến cổng:

Biểu diễn quan hệ áp dịng giữa hai cổng G và K Độ sai lệch giữa các đặc tuyến củacác thyristor cùng loại đáng kể Hình dạng của đặc tuyến thay đổi nhiều theo nhiệt độ.Trên hình vẽ cĩ các nhánh biên của các đặc tuyến VA của lớp chuyển đổi G-K Điểmlàm việc của ngỏ nhập phải nằm trong vùng xác định bởi các nhánh biên

SVTH : HỒNG TRỌNG LINH TRANG 27

Cơng suất tổn hao ở cổng G bị giới hạn bởi giá trị PG(AV)M tức cơng suất tổn haotrung bình cực đại Thơng thường, các thyristor của các bộ biến đổi điện đĩng ngắt tuầnhồn và các xung dịng cũng đưa vào lớp cổng một cách tuần hồn Giả sử các xung này cĩchiều rộng  thì giá trị cơng suất uG.iG tương ứng với xung đĩ là:

-t







Hình II.7 : a Đặc tuyến V-A nhập của thyristor.

b Sơ đồ thay thế đơn giản của mạch cổng.

Nếu như ta sử dụng mạch tạo xung điều khiển như hình II.7b thì đường thẳng uG =

u – iG cắt ngang vùng gạch chéo trên Giao điểm của nĩ với đặc tuyến ngỏ vào xác địnhcác giá trị của iG, uG khi đĩng thyristor Để đĩng thyristor, khoảng đầu xung dịng kíchphải cĩ trị đủ lớn Dạmg xung dịng thường sử dụng cho cổng cĩ dạng như hình II.7a

áp xung Nhiệm vụ của nó là tách mạch công xuất ra khỏi nguồn tạo xung kích Khi sửdụng các biến áp xung, cần phải giải quyết vấn đề làm tắt nhanh dòng từ hóa khi xung bịngắt (nếu không thì dòng từ không ngừng tăng lên sau mỗi lần đưa xung vào) và vấn đềcần bảo vệ lớp cổng của thyristor trước điện áp nghịch Để giải quyết vấn đề trên ta cóthể sử dụng dòng mạch vẽ ra ở hình II.8.

6 Đặc tính nhiệt :

Như các linh kiện công suất khác, khi làm việc SCR tiêu tán năng lượng và phátnóng Mục đích của tính tốn nhiệt cho SCR là kiểm tra nhiệt độ mối nối j của tinh thểbán dẫn phải bé hơn giá trị cho phép jmax, có trị số từ 150 200 0C Việc giải bài tốnnày bao gồm:

-Tính công suất tiêu tán trung bình trên SCR trong chu kỳ T  

T

dt t i t v

v(t),i(t) là giá trị tức thời áp, dòng qua anode – cathode của SCR Có thể tra tài liệucủa nhà sản xuất, theo hai thông số : trị số trung bình và dạnh dòng điện hay tích phântrực tiếp từ dòng, áp

-Tính tốn truyền nhiệt từ tinh thể bán dẫn ra môi trường xung quanh:

mối nối  vỏ SCR  tản nhiệt  môi trường

Bài tốn này có thể đơn giản khi cho rằng trong chế độ xác lập, chênh lệch nhiệt độtrên đường truyền 1,  2 tỉ lệ với công suất tiêu tán P và thông số đặc trưng của môitrường truyền – gọi là điện trở nhiệt R12:

1 - 2=P R12

Áp dụng vào tính tốn tản nhiệt cho bán dẫn công suất :

J

 - A = P (RJC +RCH +RHA) với các trở nhiệt :SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 29

+ RJC: thể hiện khả năng tản nhiệt của linh kiện, cung cấp bởi nhà sản xuất, được cungcấp trực tiếp hay thơng qua cơng suất định mức P (kí hiệu Pdiss trong các tài liệutiếng Anh), xác định bằng nhiệt độ mối nối cho phép jmaxvà nhiệt độ vỏ bằng giá trịmơi trường qui định,là 250C.

+ RCH : điện trở nhiệt khi truyền từ vỏ của linh kiện qua tản nhiệt, giảm khi áp lực tiếpxúc, độ nhẵn bề mặt tăng Người ta cịn cĩ lớp đệm bằng cao su đặc biệt vừa làm cáchđiện và tăng tiếp xúc, hay dùng keo (paste) sillicon làm kín các khe kở giữa hai bềmặt

+ RHA:điện trở nhiệt khi truyền từ tản nhiệt ra mơi trường xung quanh, là bộ phận chủyếu cho tản nhiệt hệ thống, tỉ lệ nghịch với diện tích tản nhiệt Cĩ thể giảm RHA khilàm đen bề mặt (tăng khả năng bức xạ nhiệt), hay dùng quạt để tản nhiệt cưỡng bức,

ở các hệ thống cơng suát rất lớn , nước được bơm qua tản nhiệt để giảm thể tích bộtản nhiệt, tránh chốn chỗ

Tíng tốn nhiệt thường được dùng cho bài tốn kiểm tra, khi chọn sơ bộ SCR cĩ thể sửdụng các giá trị trung bình hay hiệu dụng của dịng điện như sau:

Dịng làm việc trung bình I0 < Giá trị trung bình định mức IAVE hay

Dịng làm việc hiệu dụng IR < Giá trị hiệu dụng định mức IRMS.

Quan hệ giữa hai giá trị này là :

IRMS =1.57 IAVE

Do dạng dịng qui định khi tính tốn định mức cho diode và SCR là chỉnh lưu bánsĩng Hệ số an tồn dịng thường chọn từ 1.2 đến 2 lần Việc tính chọn theo hiệu dụngthường cho kết quả phù hợp hơn vì dạng dịng mạch điện tử cơng xuất thường ở dạngxung

Sau khi chọn giá trị định mức, khi thi cơng cần phải kiểm tra nhiệt độ vỏ linh kiệnbán dẫn , khơng được vượt quá 65 70 0C

7 Mạch kích thyristor:

Trong các bộ biến đổi cơng suất dùng thyristor và mạch tạo xung kích vào cổng điềukhiển của nĩ cần cách điện Tuơng tự như các mạch kích cho transistor, ta cĩ thể sử dụngbiến áp xung hoặc optron, xem hình II.9

Hình II.9 : Sơ đồ kích bằng optron

K

AG

+VccU1

Xung hồng ngoại do diode D1(LED) phát ra làm photoSCR V1 đĩng tạo điều kiện đểdịng kích vào cổng G của thyristor V Mạch cần nguồn riêng cho mạch cồng, do đĩ làmtăng giá thành và kích thuớc mạch kích

Mạch kích dùng biến áp xung được vẽ trên hình II.10 Sau khi tác dụng áp lên mạchcổng B của transistor Q1 Transistor Q1 dẫn bão hòa làm điện áp Vcc xuất hiện trên cuộn

sơ cấp của biến áp xung và từ đó xung điện áp cảm ứng xuất hiện phía thứ cấp biến áp Xung tác dụng lên cổng G của thyristor Khi khóa xung kích cho transistor Q1 bị ngắtdòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung duy trì qua mạch cuộn sơ cấp và diode Dm

Việc đưa xung kích dài vào cổng G làm tăng thêm tổn hao mạc cổng, do đó có thể thaythế nó bằng chuổi xung Muốn vậy xung điều khiển kết hợp với tín hiệu ra của bộ phátxung vuông qua mạch cổng logic AND trước khi đưa vào cổng B của transistor Q1 (xemhình II.11)

B I E ÁN A ÙP X U N G

K G

8 Các linh kiện khác trong họ thyristor :

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 31

1 Darlistor: Là loại SCR cĩ cấu tạo nối tầng (cascade ) để tăng hệ số khuếch đại

dịng IA/IG khiđịnh mức dịng lớn và rất lớn ( vài trăm đến vài ngàn ampe) Lúc đĩ,dịng kích vẫn ở vài ampe Darlistor là tên thương mại , nhái theo trandidtor nối tầng

là Darlington transistor Một số nhà sản xuất vẫn dùng tên SCR hay Thyristor nhưnhchú thích là cực cổng được khuếch đại (Amplified gate thyristor)

Mạch tương đương của TRIAC

Hình II.12 : Kí hiệu và sơ đồ tương đương các linh kiện trong họ Thyristor.

2 Triac : là linh kiện phổ biền thứ hai của họ thyristor sau SCR, cĩ mạch tương

đương là hai SCR song song ngược, được chế tạo với dịng định mức đến hàng ngànampe Mạch tương đương hai SCR, song song ngược hồn tồn tương thích với triackhi khảo sát lý thuyết, nên thường được dùng thay thế cho nhau trong các sơ đồnguyên lý mặc dù trong thực tế chúng cĩ nhiều tính chất khác nhau

Triac cĩ khả năng khĩa theo hai chiều, trở nên dẫn điện khi cĩ dịng kích và tự giữtrạng thái dẫn cho đến khi dịng qua nĩ giảm về khơng

Triac cĩ thể điều khiển bằng dịng G –T2 cả hai cực tính và hai chiều dịng điệntải làm sơ đồ điều khiển đơn giản hơn mạch tương đươg hai SCR rất nhiều

Nhược điểm rất quan trọng của Triac là dễ bị tự kích ở nhiệt độ mối nối cao vàgiới hạn du/dt rất thấp, khĩ làm việc với tải cĩ tính cảm Lúc đĩ, người ta vẫn phảidùng hai SCR song song ngược

3 Diac: cĩ nguyên tắc hoạt động tương tự như triac nhưng khơng cĩ cực cổng G,

ngưỡng điện áp gãy rất thấp – thường là 24 V, dược dùng trong các mạch phát xung

và kích thyristor với dịng xung một vài ampe

4 La SCR(light – activated – DCR ): DCR kích bằng tia sáng.

Cĩ nguyên tắc làm việc như SCR nhưng được kích bằng dịng quang điện>LASCR rất thiùch hợp cho các ứng dụng cao áp, khi cách điện giữa mạch kích và độnglực trở nên vấn đề phức tạp, giải quyết tốn kém

5 GTO (Gate turn off SCR, SCR tắt bằng cực cổng ).

Với khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện, SCR khơng thể tự tắt ở nguồn một chiềunếu mạch khơng cĩ sơ đồ đặc biệt để dịng qua nĩ giảm về khơng GTO cho phépngắt SCR bằng xung âm ở cực cổng Từ mạch tương đương hai BJT (hình 1.2), khảnăng này cĩ thể được dự đốn Nhưng trong thực tế, SCR khơng thể tắt bằng cổng vìcực cổng chỉ mồi cho quá trình dẫn, sau đĩ khơng cịn tác dụng

GTO có cấu tạo khác hơn cho phép kiẻm tra sự dẫn điện từ cực cổng Giá phải trả

là hệ số khuếch đại dòng khi kích còn khá bé, khoảng vài chục Hệ số khuếch đạidòng khi tắt xấp xỉ mười Người ta chế tạo được GTO có dòng định mức đến vài ngànampe

9 Bảo vệ ngắt bán dẫn:

a Bảo vệ dòng:

Bảo vệ dòng cực đại (ngắn mạch): bảo vệ dòng cực đại làm việc ngay khi có hiệntượng vượt quá dòng qui định, thường là rất lớn so với trị định mức Bảo vệ dòng cực đạicòn gọi là bảo vệ ngắn mạch, xuất hiện ở ngõ ra hay bên trong bộ biến đổi, là nguyênnhân gây ra quá dòng điện rất lớn cần loại bỏ ngay, tránh hư hỏng ngắt điện bán dẫn vàđảm bảo hoạt động bình thường của lưới điện

Cầu chì tác động nhanh được sử dụng, có thể đặt ở đầu vào bộ biến đổi hay nốitiếp linh kiện được bảo vệ Thông số đặc trưng của cầu chì la dòng, áp định mức và tíchphân dòng ngắn mạch để cầu chì chảy Tích phân này cần phải bé hơn tích phân tương tự

để ngắt điện bán dẫn bị hư hỏng khi quá dòng ( ngắn mạch ), lấy ở sổ tra nhà sản xuất.Thời gian tích phân T thường là nửa chu kì lưới cho SCR Cuộn kháng nối tiếp anodecủa SCR đôi khi còn dùng để hạn chế dòng ngắn mạch, sao cho dòng ngắn mạch bé hơnkhả năng chịu đựng của SCR

CB (ngắt mạch tự động-aptomat) thường gặp ở ngõ vào các bộ biến đổi làm cácnhiệm vụ: đóng ngắt, bảo vệ quá tải và loại bỏ phần mạch hư hỏng ra khỏi lưới điện,không có khả năng bảo vệ các phần tử bán dẫn công suất

+ Bảo vệ quá tải (quá dòng có thời gian):

Quá tải là trường hợp dòng điện qua mạch lớn hơn giá trị tính tốn một lượng khônglớn, nếu kéo dài sẽ gay hư hỏng do quá nhiệt ở các phần dẫn điện Như vậy đặc tính quátải có dạng hyperbol, dòng quá tải càng lớn, thời gian cho phép càng ngắn

Bảo vệ quá tải được thực hiện bằng rơ le chuyên dùng tác động vào thiết bị đóng ngắt

tự động (contactor), CB (có rơ le nhiệt) ở đầu vào Ở các bộ biến đổi, bộ điều khiểnthường tích hợp cả bộ phận hạn dòng, tác động tức thời ở 120% đến 200% giá trị địnhmức thiết bị, làm cả nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho ngắt điện bán dẫn

2 Bảo vệ áp:

Với việc chọn định mức áp của linh kiện bán dẫn công suất tối thiểu bằng hai lần ápkhố cực đại, ngắt điện bán dẫn thường không phải bảo vệ áp khi làm việc Bảo vệ ápđược đặt ra để chống lại các xung áp cảm ứng trên dây dẫn nguồn hay xung xuất hiện docảm ứng trên hệ thống khi có đóng ngắt

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 33

F

Hình II.13 : Các mạch bảo vệ áp cho linh kiện đóng ngắt

Người ta thường dùng ở đầu nguồn: RC nối tiếp mắc song song (1), Varistor là loạiđiện trở giảm nhanh khi áp lớn hơn trị số ngưỡng (2) và các bộ lọc nguồn (3) gồm mắclọc LC hình 

Mạch RC song song với các ngắt điện (mạch snubber) cịn làm nhiệm vụ bảo vệlinh kiện khỏi các xung áp trong mạch

II Bộ chỉnh lưu

1.Tổng quan về bộ chỉnh lưu:

Bộ chỉnh lưu cĩ nhiệm vụ biến đổi dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều

Bộ chỉnh lưu được áp dụng làm nguồn điện áp một chiều ; làm nguồn điện một chiều cĩđiều khiển cấp cho các thiết bị mạ, thiết bị hàn một chiều ; nguồn điện cho các truyềnđộng động cơ điện một chiều ; nguồn cung cấp cho mạch kích từ của máy điện một chiềuhoặc máy điện đồng bộ Bộ chỉnh lưu cịn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thànhdạng một chiều đề truyền tải đi xa Bộ chỉnh lưu cịn tạo thành một bộ phận trong thiết bịbiến tần, cycloconverter dùng trong truyền động điện động cơ xoay chiều

Cơng suất của các bộ chỉnh lưu cĩ thể từ vài trăm W đến hàng chục MW

Phân loại bộ chỉnh lưu :

 Theo pha:

Bộ chỉnh lưu một pha

Bộ chỉnh lưu ba pha

 Theo tính điều khiển :

Bộ chỉnh lưu khơng điều khiển

Bộ chỉnh lưu điều khiển hồn tồn

Bộ chỉnh lưu bán điều khiển

 Theo hình dạng :

Bộ chỉnh lưu hình tia

Bộ chỉnh lưu tam giác

 Theo diode zero :

Bộ chỉnh lưu cĩ diode zero

Bộ chỉnh lưu khơng cĩ diode zero

So sánh các loại chỉnh lưu:

 Biến áp:

Biến áp cách ly áp nguồn của chỉnh lưu với lưới điện Do đó tải có thể chạy ngắnmạch trong thời gian ngắn Biến áp là bắt buộc trong trường hợp ta thực hiện bộ nguồncho các thiết bị công nghệ điện khi người công nhân có thể tiếp xúc trực tiếp với thiết bị

có điện

Biến áp có tác dụng lọc sóng hài bậc cao Đồng thời biến áp còn tạo cảm khángchuyển mạch, do đó hạn chế sự biến dạng gây ra của quá trình chuyển mạch

Truyền động điện là không bắt buộc dùng biến áp

Biến áp cung cấp điện áp nguồn có độ lớn phù hợp với yêu cầu của tải

 Một hay nhiều pha:

Cân đối theo qui mô công suất : 1 pha đơn giản hơn nhưng làm lệch hệ thống 3 phadùng cho công suất < 5KW hay rất << công suất hệ thống Nhiều pha : giảm sóng hài,dòng ra phẳng hơn

 Tia hay cầu:

Tia gắn liền vớisử dụng biến áp trung tính lưới về nguyên tắc là không sử dụng

Nhược điểm : rất lớn của sơ đồ tia 3 pha là dòng DC về lưới, chỉ dùng khi công suất

chỉnh lưu << lưới

Hiệu suất sơ đồ cầu thấp khi điện áp ra thấp

Sơ đồ cầu phức tạp, ampere lắp đặt gấp đôi sơ đồ tia giá thành cao hơn sơ đồ tiatương ứng

Cho phép sử dụng trực tiếp áp lưới

 Cầu hỗn hợp:

Cầu hỗn hợp, dùng diode chỉnh lưu làm giảm giá thành, tăng cos, giảm hệ số đậpmạch (áp hài) khi áp ra không âm

Một nhược điểm của cầu hỗn hợp là áp ra dương không chỉnh lưu được

Nhược điểm lớn của cầu hỗn hợp là có hài bậc bội chẵn do dòng điện ở bán kì dươngkhông cạn xứng ở dòng có bán kì âm

Cầu hỗn hợp chỉ dùng cho tải công suất nhỏ so với lưới

 Diode phóng điện (diode zero):

Việc sử dụng D0 tương tự như cầu không hồn tồn nhưng không có nhược điểm hàibội chẵn nhưng hệ thống không nghịch lưu được

2 Tính chất liên tục của dòng điện tải và hệ quả:

Do điện áp chỉnh lưu ud tạo thành có dạng xung nên giá trị điện áp này có thể táchlàm hai thành phần: thành phần một chiều với trị tức thời bằng trị trung bình áp chỉnh lưu

Ud và thành phần xoay chiều:

d d

Thành phần xoay chiều của dòng làm dòng điện tải có thể bị gián đoạn Khi dòng quatải bị gián đoạn, dạng điện áp chỉnh lưu của tải phụ thuộc vào trạng thái mạch tải

Ví dụ: đối với tải RLE khi id=0

ud=0 nếu E=0

ud=E nếu E0

Các hệ thức Ud dẫn giải cho dòng tải liên tục không áp dụng được cho trường hợpdòng gián đoạn Tỉ lệ phân bố thời gian dòng điện qua tải liên tục (id > 0) và thời giandòng gián đoạn (id=0) trong một chu kì xung điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào các giá trịtham số tải và góc điều khiển  Việc tính tốn điện áp chỉnh lưu trong trường hợp nàyrất phức tạp Khi dòng tải gián đoạn, quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu và  không còn làduy nhất Trong điều khiển, ví dụ động cơ điện một chiều, khi dòng tải bằng 0, momenttác động triệt tiêu và việc điều khiển tải không có tác dụng Tác dụng dòng tải gián đoạnlàm đặc tính điều khiển trở nên phi tuyến, hiện tượng quá độ của hệ điều khiển khó hiệuchỉnh, do đó trong kỹ thuật người ta cố gắng hạn chế vùng làm việc của bộ chỉnh lưu ởchế độ dòng gián đoạn

Tuy nhiên chế độ dòng tải gián đoạn thường ít xảy ra nên trong trường hợp không cóyêu cầu chính xác cao, việc tính tốn định mức hệ thống có thể vận dụng từ kết quả tínhcho dòng điện tải liên tục

4 dùng diode không mạch điều khiển bán phần

Phương pháp tụ lọc chỉ dùng cho tải công suất nhỏ Với công suất lớn ta có thể sửdụng các phương pháp còn lại

4 Hiện tượng chuyển mạch

Trong các phần trước, bộ chỉnh lưu được phân tích với giả thiết bỏ qua trở khángtrong của nguồn áp Hậu quả là quá trình chuyển mạch giữa các nhánh chứa thyristordiễn ra tức thời Trong thực tế, nguồn có trở kháng trong làm dòng điện qua nó không cóthể thay đổi đột ngột Hệ quả, hiện tượng chuyển mạch giữa các nhánh chứa các thyristorkhông diễn ra tức thời mà kéo dài một khoảng thời gian, hình thành trạng thái các nhánhchứa thyristor cùng dẫn điện Hiện tượng này gọi là hiện tượng trùng dẫn hoặc hiệntượng chuyển mạch

 Các hệ quả do hiện tượng chuyển mạch gây ra:

- Làm giảm áp tải trong thời gian chuyển mạch

- Làm giảm góc điều khiểncực đại cho phép

- Làm biến dạng điện áp nguồn

5 Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu:

Thời điểm phát xung kích cho các thyristor trong các bộ chỉnh lưu tương ứng với gócđiều khiển dựa vào hai tín hiệu cơ bản tín hiệu điều khiển uđk và tín hiệu đồng bộ up.

Tín hiệu đồng bộ tạo mốc chuẩn về thời gian cho việc xác định góc điều khiển đồngthời xác lập đặc tính giữa áp chỉnh lưu trung bình Ud và áp điều khiển uđk Do đó, tín hiệuđược chọn thay đổi trong khoảng thời gian xuất hiện điện áp khố trên linh kiện và nóphải dựa vào dạng điện áp nguồn xoay chiều Tín hiệu điều khiển xác định điểm làm việctrên đặc tính điều khiển và cho biết độ lớn góc điều khiển Cả hai tín hiệu điều khiển vàtín hiệu đồng bộ trên có thể xử lí dựa trên kĩ thuật số hoặc analog

6 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hồn tồn:

Sơ đồ cấu tạo:

V1 V3 V5

V4 V6 V2

R

LE

u

iu

uuu

iu

u

V1

V1

1 2

dK

d

Mạch nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng mắc vào bộ chỉnh lưu cầu gồm 6

thyristor Các điện áp udA ,udK là điện áp từ điểm nút chung của các nhóm linh kiện đến điểm trung tính của nguồn áp ba pha

Thật vậy, xét nhóm anode (V1, V3, V5), giả sử rằng V1 đóng và V3, V5 bị ngắt,ta có:

iV1=id ; iV3 =0 ; iV5 = 0

uV1 = 0 ;uV3 = u2 –u1 ; uV5=u3 – u1 ; udA = u1.

Rõ ràng, các hệ thức mô tả điện áp nhóm anode không phụ thuộc vào trạng thái kíchđóng các thyristor nhóm cathode Do đó, để khảo sát điện áp udA, ta chỉ cần xét đến trạngthái kích đóng cùa các thyristor (V1 ,V3 ,V5)

SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG 37

Các hệ thức mô tả điện áp nhóm anode có dạng giống như mạch chỉnh lưu tia ba phavới áp chỉnh lưu udA, (hình 2.6) Góc điều khiển  ví dụ của V1, được tính từ vị trí xuấthiện áp khóa trên V1 tức uV1= u1 – u3>0.

Tương tự, hoạt động nhóm cathode có thể phân tích dưới dạng chỉnh lưu mạch tia bapha với áp chỉnh lưu udK Góc điều khiển, ví dụ của V2 được tíng từ vị trí xuất hiện điện

áp khóa trên V2, tức:

uV2 = u2 – u3 > 0

u u

Đồ thị điện áp và dòng điện các đại lượng mạch được vẽ trên hình

 Hệ quả : Khi dòng điện tải liên tục:

-Dạng điện áp tải có 6 xung và chỉ phụ thuộc vào góc điều khiển và điện áp nguồnxoay chiều Chu kỳ xung chỉnh lưu bằng 61 chu kì áp nguồn Tp = 61 T

-Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

Ud() =

6 2

1

2 0 0

3

2 2

0 2



