NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP LỜI NĨI ĐẦU Trong giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, ngày có nhiều thiết bị bán dẫn cơng suất đại sử dụng không lĩnh vực sản xuất mà việc phục vụ đời sống sinh hoạt người Sự đời phát triển linh kiện bán dẫn công suất như: diode, transistor, tiristor, triac… Cùng với việc hoàn thiện mạch điều khiển chúng tạo nên thay đổi sâu sắc, vượt bậc kỹ thuật biến đổi điện ngành kỹ thuật điện nói chung Hiện nay, mạng điện nước ta chủ yếu điện xoay chiều với tần số điện công nghiệp Để cung cấp nguồn điện chiều có giá trị điện áp dịng điện điều chỉnh cho thiết bị điện dùng hệ thống truyền động điện chiều, người ta hồn thiện chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor Vì lý trên, đề tài “ Nghiên cứu điện tử công suất ứng dụng điện tử công suất để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập “ sâu vào nghiên cứu hệ thống truyền động có dùng điện tử cơng suất để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Luận văn trình bày gồm ba chương: Chương I: Giới thiệu điện tử công suất Chương II: Nghiên cứu trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Chương III: Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập có dùng điện tử cơng suất Do điều kiện thời gian, kiến thức hạn hẹp, nên tập luận văn không tránh khỏi thiếu sót mặt nội dung lẫn hình thức Sinh viên thực mong nhận quan tâm, bảo quý thầy cô, bạn bè để tập luận văn hoàn thiện Sinh viên thực 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 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : VÕ NGỌC TOẢN Lớp : 95KĐĐ Ngành : Điện - Điện tử Tên đề tài: Nghiên cứu điện tử công suất ứng dụng điện tử công suất để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh, tính tốn: Các vẽ: Chương I GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I DIODE CÔNG SUẤT: I Cấu tạo: P P - + - + q -  N Anốt N d Katốt Hình 1 (a) (b) a) Cấu tạo diode b) Ký hiệu diode Diode cơng suất linh kiện bán dẫn có hai cực, cấu tạo lớp bán dẫn N lớp bán dẫn P ghép lại Silic nguyên tố hóa học thuộc nhóm IV bảng hệ thống tuần hồn Silic có điện tử thuộc lớp cấu trúc nguyên tử Nếu ta kết hợp thêm vào nguyên tố thuộc nhóm V mà lớp ngồi có điện tử điện tử nguyên tố tham gia liên kết với điện tử tự Silic xuất điện tử tự Trong cấu trúc tinh thể, điện tử tự làm tăng tính dẫn điện Do điện tử có điện tích âm nên chất gọi chất bán dẫn loại N (negative), có nghĩa âm Nếu thêm vào Silic nguyên tố thuộc nhóm III mà có nguyên tử thuộc nhóm ngồi xuất lổ trống cấu trúc tinh thể Lỗ trống nhận điện tử, tạo nên điện tích dương làm tăng tính dẫn điện Chất gọi chất bán dẫn loại P (positive), có nghĩa dương Trong chất bán dẫn loại N điện tử hạt mang điện đa số, lỗ trống thiểu số Với chất bán dẫn loại P ngược lại Ở hai lớp bán dẫn mặt ghép PN Tại xảy tượng khuếch tán Các lỗ trống bán dẫn loại P tràn sang N nơi có lỗ trống Các điện tử bán dẫn loại N chạy sang P nơi có điện tử Kết mặt tiếp giáp phía P nghèo diện tích dương giàu lên điện tích âm Cịn phía bán dẫn loại N ngược lại nên gọi vùng điện tích khơng gian dương Trong vùng chuyển tiếp (-) hình thành điện trường nội Ký hiệu Ei có chiều từ N sang P hay gọi barie điện (khoảng từ 0,6V đến 0,7V vật liệu Silic) Điện trường ngăn cản di chuyển điện tích đa số làm dễ dàng cho di chuyển điện tích thiểu số (điện tử vùng P lổ trống vùng N) Sự di chuyển điện tích thiểu số hình thành nên dịng điện ngược hay dòng điện rò I Nguyên lý hoạt động: Ei P Ei N + P U - N U - + (a) (b) Hình a) Sự phân cực thuận diode b) Sự phân cực ngược diode Khi đặt diode công suất điện áp nguồn U có cực tính hình vẽ, chiều điện trường ngồi ngược chiều với điện trường nội Ei Thơng thường U > Ei có dịng điện chạy mạch, tạo nên điện áp rơi diode khoảng 0,7V dòng điện định mức Vậy phân cực thuận hạ thấp barie điện Ta nói mặt ghép PN phân cực thuận Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào diode, điện trường tác động chiều với điện trường nội Ei Điện trường tổng hợp cản trở di chuyển điện tích đa số Các điện tử vùng N di chuyển thẳng cực dương nguồn U làm cho điện vùng N vốn cao lại cao so với vùng P Vì vùng chuyển tiếp lại rộng ra, khơng có dịng điện chạy qua mặt ghép PN Ta nói mặt ghép PN bị phân cực ngược Nếu tiếp tục tăng U, điện tích gia tốc, gây nên va chạm dây chuyền làm barie điện bị đánh thủng Đặc tính volt-ampe diode công suất biểu diễn gần biểu thức sau: I = IS [ exp (eU/kT) – ] ( 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 môi trường (0 C) - U : Điện áp đặt diode (V) I U UZ U Hình Đặc tính volt-ampe diode Đặc tính volt-ampe diode gồm có hai nhánh: Nhánh thuận Nhánh ngược Khi diode phân cực thuận điện áp U barie điện Ei giảm xuống gần Tăng U, lúc đầu dòng I tăng từ từ U lớn khoảng 0,1V I tăng cách nhanh chóng, đường đặc tính có dạng hàm mũ Tương tự, phân cực ngược cho diode, tăng U, dòng điện ngược tăng từ từ Khi U lớn khoảng 0,1V dòng điện ngược dừng lại giá trị vài chục mA ký hiệu IS Dòng IS di chuyển điện tích thiểu số tạo nên Nếu tiếp tục tăng U điện tích thiểu số di chuyển dễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động chúng tăng lên Khi U  = UZ thì va chạm điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao bẻ gảy liên kết nguyên tử Silic vùng chuyển tiếp xuất điện tử tự Rồi điện tích tự chịu tăng tốc điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá nguyên tử Silic Kết tạo phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngược tăng lên ạt phá hỏng diode Do đó, để bảo vệ diode người ta cho 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 vùng chuyển tiếp Đối với diode loại Silic, nhiệt độ mặt ghép cho phép 2000C Vượt nhiệt độ diode bị phá hỏng Do đó, để làm mát diode, ta dùng quạt gió để làm mát, cánh tản nhiệt hay cho nước dầu biến chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dịng điện Các thơng số kỹ thuật để chọn diode là: - Dòng điện định mức Iđm (A) - Điện áp ngược cực đại Ungmax ( V ) - Điện áp rơi diode U ( V ) I Ứng dụng: Ứng dụng chủ yếu diode cơng suất chỉnh lưu dịng điện xoay chiều thành dòng điện chiều cung cấp cho tải Các chỉnh lưu diode chia thành hai nhóm chính: - Chỉnh lưu bán kỳ hay cịn gọi chỉnh lưu nửa sóng - Chỉnh lưu tồn kỳ hay cịn gọi chỉnh lưu tồn sóng II TRANSISTOR CƠNG SUẤT: II Cấu tạo: Transistor linh kiện bán dẫn gồm lớp: PNP hay NPN C P N P B C B E (b) E (a) Về mặt vật lý,Hình transistor gồm phần: phần phát, phần phần thu Transistor PNP: Vùng (B) mỏng a) Cấu tạo Transistor cơng suất có cấu trúc ký hiệu sau: b) Ký hiệu IC C C B C UCE IB N B P N UBE E IE E B C B Hình(1.a )6 Transistor công (suất b) E a) Cấu b) Ký hiệu E trúc (a) (b) II Nguyên lý hoạt động: Hình Transistor NPN: Ea) Cấu tạo C b) Ký hiệu N Emite p    pP     N Colecto   E C  IE Base IC IE - +  - + Hình Sơ R đồE phân cực transistor UEE UCC RC Điện UEE phân cực thuận mối nối B - E (PN) nguyên nhân làm cho vùng phát (E) phóng điện tử vào vùng P (cực B) Hầu hết điện tử (electron) sau qua vùng B qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N (cực thu), khoảng 1 electron giữ lại vùng B Các lỗ trống vùng di chuyển vào vùng phát Mối nối B - E chế độ phân cực thuận diode, có điện kháng nhỏ điện áp rơi nhỏ mối nối B - C phân cực ngược điện áp UCC Bản chất mối nối B - C giống diode phân cực ngược điện kháng mối nối B - C lớn Dòng điện đo vùng phát gọi dòng phát IE Dòng điện đo mạch cực C (số lượng điện tích qua đường biên CC đơn vị thời gian dòng cực thu IC) Dòng IC gồm hai thành phần: - Thành phần thứ (thành phần chính) tỉ lệ hạt electron cực phát tới cực thu Tỉ lệ phụ thuộc vào cấu trúc transistor số tính trước transistor riêng biệt Hằng số định nghĩa  Vậy thành phần dịng IC IE Thơng thường  = 0,9  0,999 - Thành phần thứ hai dòng qua mối nối B - C chế độ phân cực ngược lại IE = Dòng gọi dịng ICBO – nhỏ - Vậy dịng qua cực thu: IC = IE + ICBO * Các thông số transistor cơng suất: - IC: Dịng colectơ mà transistor chịu - UCEsat: Điện áp UCE transistor dẫn bão hòa - UCEO: Điện áp UCE mạch badơ để hở, IB = - UCEX: Điện áp UCE badơ bị khóa điện áp âm, IB < - ton: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống UCESat  - tf: Thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống - tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U - P: Công suất tiêu tán bên transistor Công suất tiêu tán bên transistor tính theo cơng thức: P = UBE.IB + UCE.IC - Khi transistor trạng thái mở: IB = 0, IC = nên P = - Khi transistor trạng thái đóng: UCE = UCESat Trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc chế độ khóa: IB = 0, IC = 0, transistor coi hở mạch Nhưng với dịng điện gốc trạng thái có giá trị bão hịa, transistor trở trạng thái đóng hồn tồn Transistor linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dịng điện gốc dịng điện góp Ở trạng thái bão hịa để trì khả điều khiển để tránh điện tích cực gốc lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng Ở chế độ khóa dịng điện gốc phải giảm qui luật dòng điện góp để tránh tượng chọc thủng thứ cấp IC a IC IC b UCE  UCE (b) ( a )dẫn trạng thái bị khóa Hình Trạng thái a) Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch IB lớn, IC tải giới hạn b) Trạng thái hở mạch IB = Các tổn hao chuyển mạch transistor lớn Trong lúc chuyển mạch, điện áp cực dòng điện transistor lớn Tích dịng điện điện áp với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao lượng lần chuyển mạch Cơng suất tổn hao xác chuyển mạch hàm số thông số mạch phụ tải dạng biến thiên dòng điện gốc * Đặc tính tĩnh transistor: UCE = f (IC) Để cho transistor đóng, điện áp sụt bên có giá trị nhỏ, người ta phải cho làm việc chế độ bão hịa, tức IB phải đủ lớn để IC cho điện áp sụt UCE nhỏ Ở chế độ bão hòa, điện áp sụt transistor công suất 0,5 đến 1V tiristor khoảng 1,5V UCE Vùng tuyến tính Vùng gần bão hịa Vùng bão hịa IC Hình Đặc tính tĩnh transistor: UCE = f ( IC ) II Ứng dụng transistor công suất: Transistor cơng suất dùng để đóng cắt dịng điện chiều có cường độ lớn Tuy nhiên thực tế transistor công suất thường cho làm việc chế độ khóa IB = 0, IC = 0: transistor coi hở mạch II Transistor Mos công suất: Transistor trường FET (Field – Effect Transistor) chế tạo theo công nghệ Mos (Metal – Oxid – Semiconductor), thường sử dụng chuyển mạch điện tử có cơng suất lớn Khác với transistor lưỡng cực điều khiển dòng điện, transistor Mos điều khiển điện áp Transistor Mos gồm cực chính: cực máng (drain), nguồn (source) cửa (gate) Dòng điện máng - nguồn điều khiển điện áp cửa – nguồn Điện trở Dòng iện số máng = 9V = 7,5V = 6V = 4,5V  Máng Cửa   = 3V  Điện áp máng – nguồn (a) Hình 10 Transistor Mos cơng suất: a) Họ đặc tính b) Ký hiệu thông thường kênh N (b) Nguồn Transistor Mos loại dụng cụ chuyển mạch nhanh Với điện áp 100V tổn hao dẫn chúng lớn transistor lưỡng cực tiristor, tổn hao chuyển mạch nhỏ nhiều Hệ số nhiệt điện trở transistor Mos dương Dòng điện điện áp cho phép transistor Mos nhỏ transistor lưỡng cực tiristor III TIRISTOR: III Cấu tạo: Tiristor linh kiện gồm lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên anốt, katốt cực điều khiển A A P1 J1 N1 G P2 N2 J2 G J3 K K Hình 11 ( a ) (b) a) Cấu tạo tiristor b) Ký hiệu tiristor Trong đó: - A: anốt - K: katốt - G: cực điều khiển - J1, J2, J3: mặt ghép Tiristor gồm đĩa Silic từ đơn thể loại N, lớp đệm loại bán dẫn P có cực điều khiển dây nhơm, lớp chuyển tiếp tạo nên kỹ thuật bay Gali Lớp tiếp xúc anốt katốt đĩa mơlipđen hay tungsen có hệ số nóng chảy gần với Gali Cấu tạo dạng đĩa kim loại để dễ dàng tản nhiệt III Nguyên lý hoạt động: Đặt tiristor điện áp chiều, anốt nối vào cực dương, katốt nối vào cực âm nguồn điện áp, J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần toàn điện áp nguồn đặt mặt ghép J2 Điện trường nội Ei J2 có chiều từ N1 hướng P2 Điện trường tác động chiều với Ei vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng dịng điện chạy qua tiristor bị đặt điện áp I UZ IH U Uch Hình 12 Đặc tính volt-ampe tiristor * Mở tiristor: Cho xung điện áp dương Ug tác động vào cực G ( dương so với K ), điện tử từ N2 sang P2 Đến đây, số điện tử chảy vào cực G hình thành dòng điều khiển Ig chạy theo mạch G - J3 - K - G phần lớn điện tử chịu sức hút điện trường tổng hợp mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng tốc, động lớn bẻ gảy liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tử tự Số điện tử giải phóng tham gia bắn phá nguyên tử Silic vùng Kết phản ứng dây chuyền làm xuất nhiều điện tử chạy vào N1 qua P1 đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng dẫn điện ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, điểm xung quanh cực G phát triển toàn mặt ghép Điện trở thuận tiristor khoảng 100K cịn trạng thái khóa, trở thành 0,01 tiristor mở cho dịng chạy qua Tiristor khóa + UAK > 1V Ig > Igst tiristor mở Trong Igst dịng điều khiển tra sổ tay tra cứu tiristor ton: Thời gian mở thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chạy tiristor, tính từ thời điểm phóng dịng Ig vào cực điều khiển Thời gian mở tiristor kéo dài khoảng 10s * Khóa tiristor: Có cách: - Làm giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dịng trì IH ( Holding Current ) - Đặt điện áp ngược lên tiristor Khi đặt điện áp ngược lên tiristor: UAK < 0, J1 J3 bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trình tạo nên dịng điện ngược chảy từ katốt anốt, cực âm nguồn điện ngồi Tiristor mở + UAK <  tiristor khóa Thời gian khóa toff: Thời gian từ bắt đầu xuất dòng điện ngược ( t0 ) đến dòng điện ngược ( t2 ), toff kéo dài khoảng vài chục s * Xét biến thiên dịng điện i( t ) q trình tiristor khóa: I t0 Hình 13 Sự biến thiên dịng t1 t t iện i( t ) trình tiristor khóa Từ t0 đến t1 dịng điện ngược lớn, sau J1, J3 trở nên cách điện Do tượng khuếch tán điện tử hai mặt J1 J3 dần đến hết J2 khơi phục tính chất mặt ghép điều khiển III Ứng dụng: Tiristor sử dụng nguồn đặc biệt: mạch chỉnh lưu, băm biến tần trực tiếp biến tần có khâu trung gian chiều - Ứng dụng tiristor mạch điều khiển tốc độ động - Chuyển mạch tĩnh - Khống chế pha - Nạp ắcqui - Khống chế nhiệt độ IV TRIAC: IV Cấu tạo: Triac thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tính volt-ampe đối xứng, nhận góc mở  cho hai chiều Triac chế tạo để làm việc mạch điện xoay chiều, có tác dụng SCR đấu song song ngược T2 N P N P T2 N N G T1 G T1 Hình 14 (b) a) a) Cấu tạo của( triac b) Ký hiệu triac Triac chế tạo đơn tinh thể gồm hai cực có cực điều khiển IV Nguyên lý làm việc: T1 cực gần với cực điều khiển G I - Ut ( III ) : T2 âm ( I ) : T1 dương Trạng thái dẫn Ig2 > Ig1 Ig = : Trạng thái khóa UB2 UB1 UB0 Ut Ở góc phần tư thứ ( I ): UT2 > UT1 cịn ( III ) ngược lại Điện áp UB0 giá trị điện áp mở đưa triac từ trạng thái bị khóa sang dẫn khơng có dịng điều khiển, Ig = Khi có dịng điều khiển Ig triac mở với điện áp đặt vào nhỏ Triac bị khóa Ig = điện áp đặt vào nhỏ ngưỡng UB mở theo chiều chiều khác tùy theo cực tính dịng điện điều khiển * Có cách để mở triac: - Ở góc phần tư thứ ( 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 mạch điều khiển đơn giản công suất giới hạn nhỏ tiristor IV Ứng dụng: Triac dùng để điều chỉnh tốc độ động chiều, mạch chỉnh lưu Ngồi ra, triac cịn dùng để điều chỉnh ánh sáng điện, nhiệt độ lò Chương II NGHIÊN CỨU VÀ TRÌNH BÀY CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I KHÁI NIỆM CHUNG: I Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: - Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất - Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng I Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: I a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên I b Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn nmax tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh I c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng:  = M/n Khi  lớn tức M lớn n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác  lớn tốt I d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ  đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau:  = ni/ni+1 Trong đó: - ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i - ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment  tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi điều chỉnh tốc độ vơ cấp   : Hệ thống điều chỉnh có cấp I e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động  cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp I f Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP ĐẶT VÀO PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dịng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo u cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ru  R f U  M K E KEKM2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm.Và độ cứng đường đặc tính cơ: n    dM K K 2   E M dn Ru  R f Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Như vậy, ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( U m ) U1 U2 U3 U m > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 M Hình Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động MC Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc độ nhỏ tốc độ ncb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập khơng có biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép: Umincp = Uđm/10, nghĩa phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umincp phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ ncb * Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có nghĩa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng * Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỪ THÔNG: + U   - Iư Đ  CKĐ +   - UKT chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Hình 2 Sơ đồ nguyên lý điều Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = KMIư sức điện động quay động Eư = KEn Thông thường, thay đổi từ thông điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện cơng suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thơng tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện công suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi van… Thực chất phương pháp giảm từ thơng Nếu tăng từ thơng dịng điện kích từ IKT tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dịng kích từ tức giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = U/KE Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên  giảm làm cho Mn giảm theo Độ cứng đường đặc tính cơ: KEKM 2   R Khi  giảm độ cứng  giảm, đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thông sau: n n 2  nnc đm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 1 m M MC M2 M1 Mn Hìnhpháp điều Họ chỉnh ặc tính thaycách ổi thay từ thơng Phương tốccơđộkhi đổi từ thơng điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn tốc độ Theo lý thuyết từ thơng giảm gần 0, nghĩa tốc độ tăng đến vô Nhưng thực tế động làm việc với tốc độ lớn nhất: nmax = 3ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/ncb = 3/1 Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động khơng thể đổi chiều dòng điện chịu hồ quang điện Do đó, động khơng làm việc q tốc độ cho phép Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn ncb Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào giường Do trình điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ nên tổn thất 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 cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng dùng cho tất động điện chiều Trong phương pháp điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý sau: +  U  Iư  Rf E -  CK Đ Hình Sơ đồ nguyên tốc độ +  lý điềuUchỉnh - động cách thay đổi KT điện trở phụ mạch phần ứng Ta có phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: n  Ru  R f U  M K E KEKM2 Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: độ cứng đường đặc tính cơ: n0  U dm  const ; K E  dm    KEKM Ru  R dm thay đổi giá trị Rf thay đổi Khi Rf lớn,  càngf nhỏ nghĩa đường đặc tính dốc Ứng với giá trị Rf = ta có độ cứng đường đặc tính tự nhiên tính theo cơng thức sau:  TN   K E K M  dm Ru Ta nhận thấy  TN có giá trị lớn nên đường đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có đóng điện trở phụ mạch phần ứng Vậy thay đổi giá trị Rf ta họ đặc tính sau: n n0 ncb n1 TN Rf1 n2 Rf2 n3 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 ncb > n1 > n2 > n3 MC R M, I Hình Họ đặc tính f3thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng giải thích sau: Giả sử động làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, tốc độ động quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động giảm theo tốc độ giảm xuống, sau làm việc xác lập tốc độ n2 với n2 > n1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực tế dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp cho tốc độ nhảy cấp tức độ phẳng  xa tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3 … Khi giá trị nmin tiến gần đến phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin   Trong thực tế, Rf lớn tổn thất lượng phụ tăng Khi động làm việc tốc độ n = ncb/2 tổn thất chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta điều chỉnh cho phạm vi điều chỉnh: D = (  )/1 Khi giá trị Rf lớn tốc độ động giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch In moment ngắn mạch Mn giảm Do đó, phương pháp dùng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ tốc độ Và tuyệt đối không dùng cho động máy cắt kim loại Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng cho tốc độ nhảy cấp nhỏ ncb * Ưu điểm: Thiết bị thay đổi đơn giản, thường dùng cho động cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép * Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh thấp giá trị điện trở phụ đóng vào lớn, đặc tính mềm, độ cứng giảm làm cho ổn định tốc độ phụ tải thay đổi Tổn hao phụ điều chỉnh lớn, tốc độ thấp tổn hao phụ tăng  ... thiện chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor Vì lý trên, đề tài “ Nghiên cứu điện tử công suất ứng dụng điện tử công suất để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập “ sâu vào nghiên cứu hệ... cứu trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Chương III: Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập có dùng điện tử cơng suất Do điều kiện thời gian, kiến... điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Không có khả điều chỉnh tốc độ