THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNGĐỒNG BỘ BA PHA ROTO LỒNG SÓC

Máy điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc 1.1.1.Giới thiệu Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ,có tốc độ quay của rôto n tốc độ c

- -ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG

Các số liệu cho trước:

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3pha Roto lồng sóc với thông số :

Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động

cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển Các nhà sản xuất không ngừngcho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và cácthiết bị điều khiển đi kèm Là những sinh viên Tự Động Hoá được thầy giáo giao cho

đồ án với đề tài “Thiết kế điều áp xoay chiều ba pha điều khiển tốc độ động cơkhông đồng bộ ba pha roto lồng sóc”, chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ v ề cácphương án công nghệ sao cho bản thiết kế v ừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, vừa đảmbảo yêu cầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩthuật có thể hoạt động tốt, đáp ứng các nhu cầu và được áp dụng được trong thực tế Mặc dù chúng em đã rất nỗ l ực và cố g ắng làm việc với tinh thần học hỏinghiêm túc, tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án, và đặc biệt do nhậnthức về thực tế của chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏinhững sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của các thầy để giúpchúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế để đồ

án của chúng em được hoàn thiện hơn

Trong quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầygiáo trong bộ môn và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Khoát đãgiúp chúng em hoàn thành đồ án này Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và hivọng thầy sẽ giúp đỡ trong việc học tập của chúng em sau này !

NHẬN XÉT CỦA GVHD

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

NHẬN XÉT CỦA GVHD 4

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ ……… 5

1.1 Máy điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc ….6

1.1.1 Giới thiệu 6

1.1.2 Cấu tạo 6

1.1.3 Nguyên lý làm việc: 7

1.2 Phương trình đặc tính cơ 8

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha 9

1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp 10

1.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực 11

1.3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto 12

1.3.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp ( biến tần ) 12

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA 13

2.1 Bộ điều áp xoay chiều ba pha 13

2.1.1 Định Nghĩa 13

2.1.2 Phân loại 13

2.1.3 Các van được dùng trong mạch 14

2.2 Phân tích mạch điều áp xoay chiều ba pha tải thuần trở 17

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH LỰC 20

3.1 Giới thiệu và thiết kế mạch lực 20

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 25

4.1 Yêu cầu chung của mạch điều khiển 25

4.2 Mạch điều khiển 25

4.2.1 Khâu đồng pha 26

4.2.2 Khâu tạo điện áp răng cưa 27

4.2.3 Khâu so sánh 28

4.2.5 Chọn cổng AND ……… …… ………… 28

4.2.4 Khâu tạo xung chùm 28

4.2.6 Khâu khuếch đại và biến áp xung 30

4.2.7 Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển 32

4.2.8 Giản đồ điện áp ba pha 33

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 35

 Tài liệu tham khảo 36

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ

1.1 Máy điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

1.1.1.Giới thiệu

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên

lý cảm ứng điện từ,có tốc độ quay của rôto n (tốc độ của máy ) khác với tốc độ

Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn :dây quấn stato( dây quấn sơ cấp) nối với lưới điện có tần số f, dây quấn rôto (thứ cấp) nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở Dòng điện trên dây quấn rôto được sinh ra nhờ suất điện động cảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy Cũng như các máy điện quay khác, MĐKĐB có tính thuận nghịch, nghĩa là

có thể làm việc ở chế độ động cơ và chế độ máy phát điện Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng

ĐCKĐB so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt ĐCKĐB có các loại: động cơ một pha, hai pha và ba pha ĐCKĐB có công suất lớn trên 600W thường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây

600W thường là loại hai pha hoặc một pha Động cơ hai pha có hai dây quấn làm

một pha chỉ có một dây quấn làm việc

- Các số liệu định mức của ĐCKĐB :

Công suất cơ có ích trên trục : Pđm

Điện áp dây stato : U1đm

Dòng điện dây stato : I1đm

Tần số dòng điện stato : f

Tốc độ quay rôto : nđm

Hệ số công suất : cosfđm

1.1.2 Cấu tạo

Cũng giống như các máy điện khác máy điện không đồng bộ ba pha gồm

có 3 phần: phần tĩnh (stato), phần quay (rôto) và khe hở

1.1.2.1 Phần tĩnh (hay stato): Trên Stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn

- Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng

để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm bằng gang Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kw)thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau

- Lõi sắt: Lõi sắt là phần dẫn từ Do từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày từ 0.5mm ép lại Khi đường kính trị số trên thì phải dùng những tấm hình

rẻ quạt, gép lại thành khối tròn Mỗi lá thép kỹ thuật điện dều có chỉ phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn có thể ghép thành một khối Nếu lõi sắt quá dài thì thường ghép thành

từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8cm chác nhau 1 cm để thông gió cho tốt.Mặt trong của lá thép có sẻ rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.

1.1.2.2 Phần quay (hay Rôto): Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt

và dây quấn

-Lõi sắt: Lõi sắt rôto được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện Phíangoài của lá thép được xẻ rãnh để đặt dây quấn Lõi sắt được ép trực tiếp lêntrục máy hoặc lên một giá rôto của máy

-Dây quấn: Rôto có hai loại chính : Rôto kiểu lồng sóc và Rôto kiểu dâyquấn

+ Loại Rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khácvới dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi sắt Rôto đặt vào một thanh dẫn bằngđồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và dược nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vànhmạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc Nhận xét: Rôto lồng sóc chế tạo đơn giản với số lượng lớn trong dâytruyền công nghiệp, giá thành rẻ hơn, bền hơn dễ bảo quản so với rôto dâyquấn, nhưng lại khó mở máy hơn rô to dây quấn dặc biệt những động cơ côngsuất lớn Trong những hệ thống có yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ (cóthể điều chỉnh theo cấp), điều kiện mở máy không quá khó khăn ta nên sử dụngđộng cơ rôto lông sóc

+ Loại Roto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấnstato.Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hailớp vì bớt được những dây dầy nối,kết cấu dây quấn trên Rôto chặt chẽ.Trongmáy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp.Dây quấn ba pha củarôto thường đấu hình sao, có ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làmbằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu vớimạch điện bên ngoài

Nhận xét: Động cơ điện rôto dây quấn chế tạo phức tạp hơn rôto lồngsóc nên giá thành dắt hơn mà bảo quản cũng khó khăn hơn(dễ bị chập pha, mát

và dò điện từ các dây ra vỏ máy rất nguy hiểm); hiệu suất của máy cũng thấphơn so với rôto lông sóc; khi sử dụng vành trượt dễ phát sinh tia lửa điện gâycháy nổ, làm nhiễu quá trình điều khiển

1.1.2.3 Khe hở: Vì rôto là một khối tròn nên khe hở rất đều Khe hở

trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lướivào như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao lên

1.1.3 Nguyên lý làm việc:

Máy điện KĐB là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm điện

từ Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đạt trong lõi sắt stato của máy thìtrong máy sinh ra một từ trường quay vói tốc độ đồng bộ:

(1.1)

Từ trường này quét qua dây quấn nhiêu pha tự ngắn mạch dặt trên lõi sắt rôto và cảmứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện này sinh

ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông khe hở Dòng điện trong dây quấn rôtotác dụng với từ thông khe hở này sinh ra momen Tác dụng đó có quan hệ mât thiết

với tốc độ quay n của rôto Với những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việccủa máy cũng khác nhau Để chỉ phạm vi tốc độ của máy, người ta dùng hệ số trượt s:

1 1

Có 3 phạm vi tốc độ của máy điện KĐB:

Dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay rôto của máy vượt quá tốc độ đồng bộ Lúc đóchiều của từ trường quay quét qua dây dãn sẽ ngược lại, suất điện động và dòng điệntrong dây dẫn rôto cũng đổi chiều nên chiều của momen cũng ngược với chiều quaycủa n1 nghĩa là ngược chiều quay của rôto nên đó là momen hãm lúc này máy làmviệc ở chế độ máy phát điện

- Trường hợp rôto quay ngược chiều quay của từ trường quay (n<0 hay s>1)

Do một nguyên nhân nào đó rôto quay ngược chiều với từ trương quay thì lúc đó chiềuquay của suất điện động, dòng điện và momen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơđiện Vì momen sinh ra ngược với chiều quay của rôto nên có tác dụng hãm rôtođứng lại Máy điện làm việc ở chế độ hãm

- Trường hợp rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độđồng bộ (0<n<n1 hay 1>s>0) Giả sử chiều quay n1 của từ trường tổng và của rôto n

Do n<n1, nên từ trường đó vẫn quét qua thanh dẫn theo chiều quay của từ trường vàchiều suất điện động sinh ra có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải Dòng điện sinh

ra trong dâyquấn rôto cùng chiều với suất điện động và tác dụng với từ trường tổngtrong khe hở sinh ra lực F và momen M mà chiều được xác định theo quy tắc bàn taytrái Momen đó kéo rôto quay theo chiều từ trường quay Điện năng đưa tới rôto đãbiến thanh cơ năng trên trục nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ động cơ

1.2 Phương trình đặc tính cơ

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ta sửdụng sơ đồ thay thế Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây:

- Coi 3 pha là đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt

độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từkhông bão hòa nên điện kháng X 1, X 2 không đổi

- Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc tải

mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato của động cơ

- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

- Điện áp lưới hoàn toàn Sin và đối xứng 3 pha

Khi cuộn dây stato được cấp điện với điện áp định mức U1f trên một pha

mà giữ yên rôto(không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rôto sẽ xuất hiện sứcđiện động E2pha.dm theo nguyên lý máy biến áp Hệ số quy đổi sức điện động

K K



1

f E

pha dm

U K

E



nh 1.1 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha

Với các hệ số quy đổi này các đại lượng điện ở mạch rôto có thể quy đổi về phía mạch stato theo cách sau:

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha

Cho đến nay, người ta đã nghiên cứu nhiều về vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB, nhìn chung mỗi phương pháp đều có ưu khuyết điểm của nó và chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề như phạm vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ bằng phẳng khi điều chỉnh, thiết bị sử dụng…

Tuy có những khó khăn nhát định trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐBnhưng trong những trường hợp nào đó thì phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợpcũng có thể thoả mãn được yêu cầu Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu được thựchiện :

- Trên stato : thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stato , thay đổi số đôi

cực của dây quấn stato , hay thay đổi tần số nguồn điện

-Trên roto : thay đổi điện trở rôto hoặc nối tiếp trên mạch rôto một hay

nhiều máy điện phụ gọi là nối cấp

Các phương pháp chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB là:

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cấp

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto

3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

áp nguồn cấp( băm xung xoay chiều) để điều chỉnh tốc độ động cơ

1 '

' 2

f

U I

1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

ÐKB

BÐ

U dk

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý

Bộ Điều áp xoay chiều có thể là:

- Một máy biến áp ( 3 pha) nhiều đầu ra, chuyển mạch đơn giản nhờ các tiếpđiểm cơ khí

- Một máy biến áp tự ngẫu( khi công suất không lớn)

- Bộ biến đổi ACC (Alternative Current Controller) sử dụng các van bán dẫncông suất cho phép điều chỉnh điện áp

2 1

nm

U M

Hình 1.3: Các đường đặc tính cơ

Nhận xét: Trên thực tế hầu hết các động cơ KĐB có độ trượt tới hạn (ứng vớiđặc tính cơ tự nhiên) nhỏ nên khi dùng để điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điềuchỉnh rất hẹp Ngoài ra khi giảm điện áp,mômen còn bị giảm rất nhanh theo bìnhphương điện áp

Vì lý do trên, phương pháp này ít được sử dụng cho động cơ KĐB roto lồngxóc mà thường được dùng kết hợp với điều chỉnh điện trở mạch roto đối với động cơkhông đồng bộ rôto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh Hơn nữa, khi thay đổiđiện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo momen tớihạn giảm nhanh theo bình phương điện áp và khi điện áp đặt vào động cơ giảm,

nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi

1.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

ĐCĐKĐB trong điều kiện làm việc bình thường có hệ số trượt nhỏ, do đótốc độ ĐC gần bằng tốc độ đồng bộ n1=60f/p Khi tần số không đổi thì tốc độ của ĐC

tỷ lệ nghịch với số đôi cực Do đó khi thay đổi số đôi cực của stato có thể thay đổiđược tốc độ

Hình 1.4 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

Cùng hai cuộn dây , tuỳ theo cách đấu mà được bước cực khác nhau nghĩa là sốcực khác nhau (theo tỷ lệ 2:1 )

Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì có bấynhiêu cấp Vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một , không bằngphẳng Thường có hai cấp tốc độ gọi là động cơ điện hai tốc độ , cũng có loại ba, bốntốc độ

Phương pháp này không dùng cho loại động cơ rôto dây quấn vì dây quấn rôtotrong loại động cơ này có số đôi cực bằng số đôi cực của dây quấn stato , do đó khiđấu lại dây quấn stato để có số đôi cực khác nhau thì dây quấn rôto cũng phải đấu lạinên không tiện lợi Nhưng rôto lồng sóc có thể thích ứng với bất cứ số đôi cực nàocủa dây quấn stato , do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để điềuchỉnh tốc độ

1.3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto

Hình a: Sơ đồ nguyên lý

Hình b : Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

1.3.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số nguồn

p



(vòng/phút) Do vậy bằngcách thay đổi tần số nguồn cung cấp cho phần cảm ta có thể điều chỉnh được tốc độđộng cơ

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.1 Bộ điều áp xoay chiều ba pha

2.1.1 Định Nghĩa

Bộ biến đổi xung áp là bộ biến đổi mà điện áp nguồn được đóng, cắt vào phụtải một cách có chu kỳ Do đó điện áp trên tải là những xung áp một chiều hoặc xoaychiều tùy thuộc vào điện áp nguồn là điện áp một chiều hoặc điện áp xoay chiều

2.1.2 Phân loại

Thông thường người ta chia bộ biến đổi xung áp thành hai loại chính là:

Loại có dây trung tính và loại không có dây trung tính

+ Khi bộ biến đổi điện áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi điện áp một pha

Hình 2.1 : Bộ biến đổi xung áp có dây trung tính

sau Như vậy sẽ xuất hiện những khoảng thời gian không có dòng và khoảng dẫn của

+ Khi bộ biến đổi xung áp được đấu sao, không có dây trung tính, quá trình điện từ trong mạch hoàn toàn khác so với sơ đồ trên, vì quá trình dẫn dòng trong một pha phải tương thích với quá trình dẫn dòng trong pha khác

Hình 2.2: Bộ biến đổi xung áp không có dây trung tính

2.1.3 Các van được dùng trong mạch

Thyritor (SCR – silicon controlled rectifier)Cấu tạo và đặc trưng:

Hình 2.3 : Cấu tạo của Thyristor

Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắcnối tiếp, một Transistor thuận và một Transistor ngược (như sơ đồ tương đương ởtrên).Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là A-K-G, Thyristor là Diode cóđiều khiển , bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có mộtđiện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện

áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn

Hình 2.4 : Nguyên lý dẫn dòng

Khi có một dòng điện nhỏ IG kích vào cực nền của Transistor NPN T1 tứccổng G của SCR Dòng điện IG sẽ tạo ra dòng cực thu IC1lớn hơn, mà IC1 lại chính làdòng nền IB2 của transistor PNP T2 nên tạo ra dòng thu IC2 lại lớn hơn trước… Hiệntượng này cứ tiếp tục nên cả hai transistor nhanh chóng trở nên bảo hòa Dòng bảo hòaqua hai transistor chính là dòng anod của SCR Dòng điện này tùy thuộc vào VAA vàđiện trở tải RA

Cơ chế hoạt động như trên của SCR cho thấy dòng IG không cần lớn và chỉ cầntồn tại trong thời gian ngắn Khi SCR đã dẫn điện, nếu ta ngắt bỏ IG thì SCR vẫn tiếptục dẫn điện, nghĩa là ta không thể ngắt SCR bằng cực cổng, đây cũng là một nhượcđiểm của SCR so với transistor

Người ta chỉ có thể ngắt SCR bằng cách cắt nguồn VAA hoặc giảm VAA saocho dòng điện qua SCR nhỏ hơn một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi làdòng điện duy trì IH (hodding current)

Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR:

Đặc tuyến này trình bày sự biến thiên của dòng điện anod IA theo điện thếanod-catod VAK với dòng cổng IG coi như thông số

- Khi SCR được phân cực nghịch (điện thế anod âm hơn điện thế catod), chỉ có mộtdòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua SCR

- Khi SCR được phân cực thuận (điện thế anod dương hơn điện thế catod), nếu ta nốitắt (hoặc để hở) nguồn VGG (IG=0), khi VAK còn nhỏ, chỉ có một dòng điện rất nhỏchạy qua SCR (trong thực tế người ta xem như SCR không dẫn điện), nhưng khi VAKđạt đền một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là điện thế quay về VBO thìđiện thế VAK tự động sụt xuống khoảng 0,7V như diode thường Dòng điện tươngứng bây giờ chính là dòng điện duy trì IH Từ bây giờ, SCR chuyển sang trạng tháidẫn điện và có đặc tuyến gần giống như diode thường

Nếu ta tăng nguồn VGG để tạo dòng kích IG, ta thấy điện thế quay về nhỏ hơn và khidòng kích IG càng lớn, điện thế quay về VBO càng nhỏ

Hình 2.5: Đồ thị đặc tuyến Volt-Ampe

Sau đây là các thông số kỹ thuật chính của SCR :

- Dòng thuận tối đa:

Là dòng điện anod IA trung bình lớn nhất mà SCR có thể chịu đựng được liêntục Trong trường hợp dòng lớn, SCR phải được giải nhiệt đầy đủ Dòng thuận tối đatùy thuộc vào mỗi SCR, có thể từ vài trăm mA đến hàng trăm Ampere

- Điện thế ngược tối đa:

Đây là điện thế phân cực nghịch tối đa mà chưa xảy ra sự hủy thác(breakdown) Đây là trị số VBR ở hình trên SCR được chế tạo với điện thế nghịch từvài chục volt đến hàng ngàn volt

- Dòng chốt (latching current):

Là dòng thuận tối thiểu để giữ SCR ở trạng thái dẫn điện sau khi SCR từ trạngthái ngưng sang trạng thái dẫn Dòng chốt thường lớn hơn dòng duy trì chút ít ở SCRcông suất nhỏ và lớn hơn dòng duy trì khá nhiều ở SCR có công suất lớn

- Dòng cổng tối thiểu (Minimun gate current):

Như đã thấy, khi điện thế VAK lớn hơn VBO thì SCR sẽ chuyển sang trạng thái dẫnđiện mà không cần dòng kích IG Tuy nhiên trong ứng dụng, thường người ta phải tạo

ra một dòng cổng để SCR dẫn điện ngay Tùy theo mỗi SCR, dòng cổng tối thiểu từdưới 1mA đến vài chục mA Nói chung, SCR có công suất càng lớn thì cần dòng kíchlớn Tuy nhiên, nên chú ý là dòng cổng không được quá lớn, có thể làm hỏng nốicổng-catod của SCR

- Thời gian mở (turn – on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến

lúc SCR dẫn gần bảo hòa (thường là 0,9 lần dòng định mức) Thởi gian mở khoảng vài–S Như vậy, thời gian hiện diện của xung kích phải lâu hơn thời gian mở

- Thời gian tắt (turn – off time)

Để tắt SCR, người ta giảm điện thế VAK xuống 0Volt, tức dòng anod cũngbằng 0 Thế nhưng nếu ta hạ điện thế anod xuống 0 rồi tăng lên ngay thì SCR vẫn dẫnđiện mặc dù không có dòng kích Thời gian tắt SCR là thời gian từ lúc điện thế VAKxuống 0 đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại Thời gian này lớn hơnthời gian mở, thường khoảng vài chục –S Như vậy, SCR là linh kiện chậm, hoạt động

ở tần số thấp, tối đa khoảng vài chục KHz

- Tốc độ tăng điện thế dv/dt:

Ta có thể làm SCR dẫn điện bằng cách tăng điện thế anod lên đến điện thế quay

về VBO hoặc bằng cách dùng dòng kích cực cổng Một cách khác là tăng điện thếanod nhanh tức dv/dt lớn mà bản thân điện thế V anod không cần lớn Thông số dv/dt

là tốc độ tăng thế lớn nhất mà SCR chưa dẫn, vượt trên vị trí này SCR sẽ dẫn điện Lý

do là có một điện dung nội Cb giữa hai cực nền của transistor trong mô hình tươngđương của SCR dòng điện qua tụ là: icb=CbdV/dt Dòng điện này chạy vào cực nềncủa T1 Khi dV/dt đủ lớn thì icb lớn đủ sức kích SCR Người ta thường tránh hiệntượng này bằng cách mắc một tụ C và điện trở R song song với SCR để chia bớt dòngicb

- Tốc độ tăng dòng thuận tối đa di/dt:

Đây là trị số tối đa của tốc độ tăng dòng anod Trên trị số này SCR có thể bị hư

Lý do là khi SCR chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, hiệu thế giữa anod

và catod còn lớn trong lúc dòng điện anod tăng nhanh khiến công suất tiêu tán tức thời

có thể quá lớn Khi SCR bắt đầu dẫn, công suất tiêu tán tập trung ở gần vùng cổng nênvùng này dễ bị hư hỏng Khả năng chịu đựng của di/dt tùy thuộc vào mỗi SCR

Khi SCR hoạt động ở điện thế xoay chiều tần số thấp (thí dụ 50Hz hoặc 60Hz)thì vấn đề tắt SCR được giải quyết dễ dàng Khi không có xung kích thì mạng điệnxuống gần 0V, SCR sẽ ngưng Dĩ nhiên ở bán kỳ âm SCR không hoạt động mặc dù cóxung kích

Hình 2.6: Thyristor thực tế

2.2 Phân tích mạch điều áp xoay chiều ba pha tải thuần trở

Để đảm bảo lượng sóng hài là tối thiểu, các góc mở của tiristor phải bằng

Hình 2.7: Đồ thị điện áp trên tải ứng với pha a( U za)

Khi cả ba tiristor của ba pha đều dẫn điện hì điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha

Khi chỉ có hai tiristor dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ bằng một nửa điện pá dây