Giáo trình Điện tử công nghiệp (Nghề Vận hành nhà máy thuỷ điện)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP NGHÀNH/ NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Ban hành kèm theo Quyết định số:…./QĐ-CĐLC ngày … tháng … năm 20 Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin Hiệu trưởng trường Cao đẳng Lào Cai Lào Cai, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Tiến khoa học kỹ thuật ngày đổi phần tử mạch điều khiển máy riêng lẻ công nghệ sản xuất nhiều lĩnh vực khác Điện tử công nghiệp ngày khơng bó hẹp lĩnh vực cơng nghiệp mà cịn có mặt hầu hết lĩnh vực kinh tế khác nhau, phấn đấu xây dựng kinh tế theo phương thức công nghiệp hóa Vì giáo trình Điện tử cơng nghiệp nội dung học tập thiếu ngành có liên quan đến vận hành, quản lý, sửa chữa máy móc, trang bị dây chuyền cơng nghệ Nội dung giáo trình gồm chương Chương 1: Tổng quan điện tử công nghiệp Chương 2: Mạch chỉnh lưu Chương 3: Các khuếch đại Chương 4: Các biến đổi điện áp xoay chiều Nội dung giáo trình rộng, tùy theo yêu cầu ngành học mà sâu chương tìm hiểu khái qt chương Trong q trình biên soạn thân tơi cố gắng trình bày nội dung cách đơn giản dễ hiểu nhất, để người đọc tự học Giáo trình biên soạn cho đối tượng học sinh sinh viên học nghề trường chuyên nghiệp Trong q trình biên soạn thân tơi cố gắng cập nhật tiến khoa học áp dùng vào thực tế sản xuất diễn đạt cách đơn giản, dễ hiểu Tuy nhiên không tránh khỏi thiếu sót Vì mong đóng góp đồng nghiệp, bạn bè em học sinh sinh viên để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn Lào Cai, ngày … tháng … năm…… Tác giả: Phạm Thị Huê MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHI ỆP 1.1.1 Điện tử công nghiệp 1.1.2 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất 1.2.CÁC LINH KIỆN CHUYỂN MẠCH TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1.2.1 Các linh kiện điện tử thụ động 1.2.2 Các linh kiện điện tử tích cực 15 CHƯƠNG 2: MẠCH CHỈNH LƯU 24 2.1 MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 24 2.1.1 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ 24 2.1.2 Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ 25 2.1.3 Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia 26 2.1.4 Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu 27 2.2 MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN 28 2.2.1 Giới thiệu chung 28 2.2.1 Chỉnh lưu có điều khiển pha nửa chu kỳ 29 CHƯƠNG 3: CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI 33 3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 33 3.1.1 Nguyên lý chung xây dựng tầng khuếch đại 33 3.1.2 Các tham số tầng khuếch đại 33 3.1.3 Các chế độ làm việc tầng khuếch đại 34 3.1.4 Hồi tiếp phản hồi 34 3.2 TẦNG KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR BIPOLAR 34 3.2.1 Tầng khuếch đại Emitơ chung (EC) 34 3.2.2 Tầng khuếch đại Colectơ chung (CC) 35 3.2.3 Tầng khuếch đại Bazơ chung BC 36 3.3 GHÉP GIỮA CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI 37 3.3.1 Lý ghép tầng 37 3.3.2 Ghép tầng dùng tụ điện 38 3.3.3 Ghép tầng máy biến áp 39 3.4 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 40 3.4.1 Khuếch đại công suất chế độ A 41 3.4.2 Khuếch đại công suất chế độ B 42 3.5 KHUẾCH ĐẠI DÙNG VI MẠCH THUẬT TOÁN 44 3.5.1 Khái niệm chung 44 3.5.2 Một số ứng dụng khuếch đại thuật toán 46 CHƯƠNG 4: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 52 4.1 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU MỘT PHA 52 4.1.1 Trường hợp tải trở (R) 52 4.1.2 Trường hợp tải cảm ( L) 54 4.1.3 Trường hợp tải RL 56 4.2 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU BA PHA 58 4.2.1 Trường hợp tải trở R 58 4.2.2 Trường hợp tải cảm L 59 4.2.3 Trường hợp tải RL nối tiếp 60 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Môn học: Điện tử công nghiệp Mã môn học: MH 13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí mơn học: Mơn học bố trí sau học xong mơn học Kỹ thuật điện Kỹ thuật an tồn - Tính chất môn học: Điện tử công nghiệp môn học chuyên mơn nghề - Ý nghĩa vai trị mơn học: Giúp người học nhận biết linh kiện, biết đo kiểm tra linh kiện điện tử, đồng thời lắp khảo sát số mạch có ứng dụng linh kiện điện tử Mục tiêu môn học: Kiến thức: - Mô tả cấu tạo, đặc trưng ứng dụng chủ yếu linh kiện điện tử như: Diode, Transistor, Thyristor, Triac, - Giải thích nguyên lý hoạt động mạch điện đơn giản Kỹ năng: - Lắp ráp, khảo sát mạch chỉnh lưu, mạch khuếch đại mạch biến đổi điện áp xoay chiều - Sửa chữa số mạch điện đơn giản Năng tự chủ trách nhiệm: - Ứng dụng công nghệ vào việc xử lý cố hệ thống điện; - Tích cực chủ động học tập NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA GIÁO TRÌNH MƠN HỌC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP Mục tiêu - Trình bày khái niệm chung điện tử công nghiệp - Nhận biết linh kiện chuyển mạch dùng điện tử công nghiệp - Đo, đọc kiểm tra số linh kiện chuyển mạch thông dụng - Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc học tập Nội dung 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CƠNG NGHI ỆP 1.1.1 Điện tử công nghiệp Điện tử công nghiệp mơn học chun tìm hiểu q trình xử lý lắp đặt mạch điện tử Người học mơn Điện tử cơng nghiệp thường bố trí làm việc nhà máy phân xưởng, công ty, doanh nghiệp điện, điện tử Làm việc tổ điện, phịng bảo dưỡng bảo trì thiết bị điện nhà máy, xí nghiệp 1.1.2 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất Phần tử bán dẫn đóng cắt với kích thước nhỏ chịu điện áp, dòng điện lớn tổn hao công suất thấp 1.2.CÁC LINH KIỆN CHUYỂN MẠCH TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1.2.1 Các linh kiện điện tử thụ động Trong mạch điện, trạng thái điện linh kiện (hay phần tử) thể hai thông số trạng thái điện áp đặt linh kiện dịng điện chạy qua Các phần tử tạo điện áp hay dòng điện gọi nguồn điện áp (nguồn áp) hay nguồn dòng điện (nguồn dịng) Các phần tử khơng tạo điện áp hay dòng điện gọi phần tử tiêu thụ điện (các phụ tải) Tùy theo yêu cầu sử dụng, linh kiện chế tạo nhiều dạng khác có đặc tính kỹ thuật tương ứng với lĩnh vực sử dụng Các linh kiện điện tử thụ động gồm: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm 1.2.1.1.Điện trở + Điện trở mạch dùng để điều chỉnh thiên áp; hạn chế dòng điện; điều chỉnh độ khuyếch đại; tạo thành mạch số thời gian; làm phụ tải cho mạch; tạo nhiệt, ổn định nhiệt; nhiều chức khác + Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện Nếu vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn + Giá trị điện trở khơng phụ thuộc vào tần số dịng điện, nghĩa giá trị điện trở không thay đổi dùng mạch chiều xoay chiều + Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài tiết diện dây, tính theo cơng thức sau:  l (1.1) S Trong ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu l: chiều dài dây dẫn S : tiết diện dây dẫn R : điện trở đơn vị Ohm + Khi sử dụng điện trở cần quan tâm đến thông số sau : - Giá trị điện trở - Sai số điện trở (tính theo %) hay độ xác điện trở - Cơng suất tối đa cho phép (mà điện trở tiêu thụ) - Các tham số đặc điểm cấu tạo, vật liệu chế tạo + Điện tở chia làm loại : - Điện trở có giá trị cố định : Hình a - Điện trở có giá trị thay đổi :Hình b R= a b Hình 1.1: Điện trở có giá trị cố định (a) điện trở có giá trị thay đổi (b) * Cấu tạo : Điện trở than chế tạo cách cho bột than trộn với keo ép thành thỏi, hai đầu đưa dây gọi chân điện trở Loại rẻ độ xác thấp Điện trở than phun : Bột than phun theo rãnh ống sứ Loại dùng phổ biến độ xác cao Điện trở dây quấn: Dây kim loại có điện trở suất cao quấn ống cách điện tráng men phủ toàn chừa khoảng để dịch chạy thân điện trở nhằm điều chỉnh trị số Cũng có loại điện trở dây quấn khơng phủ men Điện trở dây quấn có nhiều vịng dây nên gây cảm kháng Để giảm trừ khử cảm kháng người ta dùng cách: quấn dây cách điện thật dẹt, quấn chập đôi để vịng dây cạnh có dịng điện chạy ngược chiều Điện trở dây quấn chịu công suất tiêu tán lớn, bền xác giá thành cao Biến trở: Là điện trở dây quấn hay than phun hình vịng cung, có chạy thay đổi vị trí xoay trục Biến trở thường có đầu ra, đầu thường ứng với chạy Con chạy chia điện trở vòng cung thành phần: Tùy theo vị trí chạy mà điện tở phần phần tăng giảm ta sử dụng tùy theo cách nối đầu Biến trở làm nhiệm vụ phân áp gọi chiết áp * Ký hiệu a b Hình 1.2: Ký hiệu điện trở (a) biến trở (b) * Cách đọc điện trở - Đọc trực tiếp: Một số điện trở thường điện trở có công suất lớn, nhà sản xuất ghi giá trị điện trở công suất tiêu tán cho phép trực tiếp lên thân điện trở Ví dụ: 1k y x 2M  Các giá trị  ; 1K  , 2M,… - Đọc theo mã thập phân: Vì thân điện trở nhỏ nên khó ghi nhiều số đơn vị Vì người ta thống đơn vị  Để tránh ghi nhiều số người ta quy định ghi số có chữ số Trong số đầu số trị số điện trở Số thứ số số thêm vào bên phải số trước VD: 102 = 1000  - Đọc theo mã vạch màu: Tuân thủ theo bảng quy ước mã màu quốc tế sau: Bảng 1.1 Bảng quy ước mã màu Màu Vòng Sai số Đen Nâu 1% Đỏ 2% Cam Vàng Xanh 0,5% Xanh dương 0,25% Tím 0,1% Xám Trắng Vàng nhũ -1 5% Bạc -2 10% Khơng màu 20% Điện trở loại vịng màu: Đây điện trở thường gặp - Vòng 1: Chỉ số thứ - Vòng 2: Chỉ số thứ - Vòng 3: Chỉ số thêm vào - Vịng 4: Sai số tính theo % VD: Vàng – tím – cam - nhũ bạc R = 47000 ± 10% Điện trở loại vòng màu: Là điện trở có độ cao - Vịng 1: Chỉ số thứ - Vòng 2: Chỉ số thứ - Vòng 3: Chỉ số thứ - Vòng 4: Chỉ số thêm vào VD: Nâu – tím - đỏ - đỏ - nâu R = 17200 ± 1% * Cách đo điện trở + Bước 1: Chỉnh thang đo vị trí đo điện trở x1; x10; x100 + Bước 2: Chỉnh KHÔNG thang đo cách chập hai đầu que đo chỉnh chiết áp để kim đồng hồ giá trị không + Bước : Đặt que đo vào hai đầu điện trở, đọc trị số điện trở Giá trị đo = số kim thị x thang đo Ví dụ: Để thang x100 giá trị kim 27 giá trị điện trở 100 x 27 = 2700 = 2,7 K Chú ý: - Nếu ta để thang đo cao kim lên chút, đọc trị số khơng xác - Nếu ta để thang đo thấp, kim lên nhiều đọc trị số khơng xác Vậy tính tốn cho kim lên q 2/3 thang đo - Khi đo điện trở có trị số từ 10k trở lên ta khơng cầm tay vào hai đầu điện trở - Đối với điện trở nằm mạch điện ta đọc trị số đo bình thường Kết thường có giá trị nhỏ giá trị ghi thân Để có kết xác ta tháo chân khỏi vỉ mạch tháo hẳn để đo Điện trở màng than thường hỏng dạng tăng trị số, không hỏng dạng giảm trị số - Đối với điện trở nhiệt đo kiểm tra ta phải tác động nhiệt độ cách dùng mỏ hàn nung nóng điện trở lên trị số thay đổi theo nhiệt độ trở kiểm tra tốt - Đối với biến trở ta đo chân với chân cạnh điều chỉnh thấy kim thay đổi biến trở kiểm tra tốt, kim giật cục lên biến trở hỏng, biến trở thường hư hỏng dạng bụi bẩn gây tiếp xúc không tốt (rỗ màng than) gây nhiễu điều chỉnh Khi biến trở tiếp xúc khơng tốt gây nhiễu điều chỉnh ta xử lý cách tra dầu cách điện Khi đo điện trở ta sử dụng nguồn pin bên đồng hồ thông qua que đo đặt lên điện trở để nối kín mạch làm quay khung dây đo điện trở mạch khơng có điện (đo nguội) Hai đầu que đo đấu với nguồn Pin đồng hồ sau: Que đỏ đồng hồ nối với cực âm nguồn Pin Que đen đồng hồ nối với cực dương nguồn Pin 1.2.1.2 Tụ điện a, Cấu tạo: Hai vật dẫn thường hai kim loại đặt gần cách điện tạo thành tụ điện Các kim loại gọi cực tụ điện Hình 1.3: Cấu tạo tụ điện Tùy theo chất cách điện hai cực mà tụ chia thành nhiều loại: Tụ khơng khí, tụ giấy, tụ mi ca, tụ dầu, tụ gốm, tụ sứ, tụ hóa, b, Đặc điểm, hình dạng : Đặc điểm Điện dung tụ điện tăng theo điện tích đối diện hai cực, nên để tăng điện dung phải tăng diện tích cực Khi đó, kích thước tăng Để kích thước gọn lại, người ta làm hai cực hai kim loại đặt xen kẽ hai giấy cách điện cuộn trịn lại hình vẽ 10 b, Khuếch đại không đảo * Sơ đồ mạch điện R2 + R1 Ur + Uv - Hình 3.20: Sơ đồ mạch điện khuếch đại không đảo * Nguyên lý hoạt động Tín hiệu vào đưa vào đầu khơng đảo hình vẽ Coi khuếch đại thuật tốn lý tưởng Zv =  , nên Iv = nên U v  U v = U- = Ur Suy Ur = KOA = 1+ R1 R1  R2 (3.23)  R  R1  R2 U v  1  U v R1 R1   R2 R1 (3.24) (3.25) - Khi R1=  , R2 = KOA =1 Ur =Uv Mạch khuếch đại không đảo trở thành mạch lặp lại điện áp Tín hiệu áp lặp lại tín hiệu áp vào hình vẽ sau + Ur Uv U Hình 3.21: Sơ đồ mạch điện lặp lại tín hiệu áp 48 - Mạch khuếch đại gọi khâu tỉ lệ c, Khuếch đại cộng TH1: Khuếch đại cộng không đảo * Sơ đồ mạch điện I I1 R3 R1 + Uv1 I2 Uv2 Ur R2 + - Hình 3.22: Sơ đồ mạch khuếch đại cộng không đảo * Nguyên lý hoạt động Coi khuếch đại thuật toán lý tưởng Zv =  , nên Iv = 0, I’ = I1 + I2 U- = U+ = (3.26) Suy ra: U v1  U  U v  U  U   U r   R1 R2 R' (3.27) U v1 U v U    r' R1 R2 R  R' (3.28) R'  Ur =   U v1  U v  R2  R1  Đặt   (3.29) R' Ri Có: Ur =  1.U v1   2.U v  (3.30) Hay tổng quát: Ur = -  iU vi n Nếu chọn R1 = R2 = R’ = ….= R  i = Ur = -  U vi i 1 TH2: Khuếch đại cộng không đảo 49 (3.31) * Sơ đồ mạch điện R1 + Uv1 + Uv2 Ur R2 R3 R4 Hình 3.23: Sơ đồ mạch khuếch đại cộng không đảo * Nguyên lý hoạt động Với mạch khuếch đại thuật tốn lý tưởng IV+ = Iv- = ( Zv =  ) nên U+ = Uta có: U- = R Ur  U R  R' (3.32) Tại đầu vào (+): I1 + I2 = (3.33) U v1  U  U v  U    0; R1 R2 (3.34)  1 U     R1 R2  U v1 U v    R2  R1 (3.35) R  1  U v1 U v      '  R2  R  R  R1 R  R1 (3.36) Ur  Suy ra: Ur = Đặt   Có: R  R' ( R2U v1  R1U v ) RR1  R2  (3.37) R' R Ur = 1 ( R2U v1  R1U v ) R1  R2 Chọn R1 = R2 1  (U v1  U v ) hay tổng quát cho n đầu vào: 1  n Ur =  U vi (3.38) i 1 Ur = 50 d, Khuếch đại trừ * Sơ đồ mạch điện R3 + R1 Uv1 - Uv2 + Ur R2 - R4 Hình 3.24: Sơ đồ mạch khuếch đại trừ * Nguyên lý hoạt động Tín hiệu vào đưa vào đầu đảo không đảo Áp dụngbiểu thức điện áp trường hợp đảo không đảo, với nguyên lý xếp chồng đầu ta có: R R1  R ' R' U r  U v2  U v1 RR R1 R 2 1 U U R   (3.39) U R ’ Chọn R = R1 R = R2 ta có: Ur =  U v1  U v  (3.40) Câu hỏi ôn tập, tập Bài 1: Thế hệ số khuếch đại Viết cơng thức giải thích hệ số khuếch đại cho biết đặc điểm khuếch đại Bài 2: Hãy trình bày chế độ làm việc tầng khuếch đại Bài 3: Vẽ sơ đồ, trình bày nguyên lý hoạt động tầng khuếch đại EC Bài 4: Vẽ sơ đồ, trình bày nguyên lý hoạt động tầng khuếch đại CC Bài 5: Vẽ sơ đồ, trình bày nguyên lý hoạt động tầng khuếch đại BC Bài 6: Trình bày cách ghép tầng khuếch đại Tại cần phải ghép tầng đó? Bài 7: Vẽ sơ đồ, trình bày nguyên lý hoạt động mạch ghép tầng dùng tụ Bài 8: Vẽ sơ đồ, trình bày nguyên lý hoạt động mạch ghép tầng dùng máy biến áp Bài 9: Nguyên nhân dẫn đến tín hiệu bị méo chuyển từ nửa chu kỳ sang nửa chu khuếch đại công suất chế độ B Bài 10: Hãy kể tên số ứng dụng khuếch đại thuật toán 51 CHƯƠNG 4: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Mục tiêu - Trình bày sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động biến đổi điện áp xoay chiều - Nhận biết linh kiện biến đổi điện áp xoay chiều - Đấu nối, vận hành khảo sát biến đổi điện áp theo yêu cầu - Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc học tập Nội dung Bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển công suất tiêu thụ tải lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển chiếu sáng cho sân khấu, quảng cáo, điều khiển vận tốc động không đồng công suất vừa nhỏ (máy quạt gió, máy bơm, máy xay) điều khiển động vạn (dụng cụ điện cầm tay, máy trộn, may sấy) Bộ biến đổi điện áp xoay chiều cịn sử dụng hệ thống bù cơng suất phản kháng 4.1 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU MỘT PHA 4.1.1 Trường hợp tải trở (R) V1 u ut V2 R a b Hình 4.1: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải trở a, Sơ đồ; b, đồ thị mô tả trạng thái hoạt động Mạch gồm nguồn điện áp xoay chiều 1pha dạng sin u = Um sinωt mắc nối tiếp với tải R thông qua công tắc xoay chiều bán dẫn Công tắc xoay chiều bán dẫn gốm SCR mắc song song ngược chiều V1 V2 trường hợp cơng suất nhỏ thay chúng triac Phân tích mạch Trong khoảng từ (0÷α) dịng qua tải bị ngắt ta có: it = 0, ut = (4.1) Trên thyristor V1 xuất điện áp khóa uV1 = u – ut = u >0 (4.2) 52 Tại thời điểm tương ứng góc X = α, xung kích IG1 đưa vào điều khiển V1 điều kiện có áp khóa làm V1 đóng Dịng điện khép kín qua mạch (u, V1, R) Trạng thái V1 Các phương trình mơ tả trạng thái V1 thời gian V1 dẫn (α ≤ X < π) u V1 = = - u V2   i V1 = it ; i V2 =   ut = - u V1 + u = u = UmsinX   ut = R i (4.3) Tại X = π dòng qua V1 bị triệt tiêu Lúc đó, dịng điện tải khơng ta có trạng thái khơng Các phương trình mơ tả trạng thái it = i V1 = i V2 =   u V1 = u - R it = u   u V2 = - u  (4.4) Điện áp đặt V2 khoảng thời gian ứng với X > π có giá trị dương – điện áp khóa, việc kích vào cổng V2 khoảng (π+ α < X - Trạng thái 0: Trong khoảng trước vị trí góc kích α dịng tải bị gián đoạn Các phương trình hệ thức mơ tả trạng thái khơng có dịng điện: 54 it    di  ut = L t = dt   i V1 = i V2 =  u V1 = - u V2 = u > 0 (4.10) Trạng thái V1 (α < X < π - α) Tại vị trí X = α , V1 kích lúc có tác dụng điện áp khóa nên đóng Dịng điện khép kín qua mạch (u, V1, L) Trạng thái mạch điện biểu diễn hệ thức phương trình sau: u V1 =   i V1 = it  ut = u = UmsinX   di t  ut = L  dt (4.11) Từ điều kiện ban đầu it(α) = giải phương trình ta thu nghiệm it (X) = Um cos   cos X   L (4.12) - Dịng điện có độ lớn tăng từ đến cực đại giảm vị trí X = π – α Do iV1 = it nên vị trí vừa nêu dịng qua V1 bị ngắt Trạng thái khoảng (2 π – α < X < π + α) Sau dòng qua V1 bị ngắt, mạch trở lại trạng thái không dẫn điện, phương trình mơ tả mạch điện: it = 0; ut = i V1 = i V2 = u V1 = - u V2    < 0 (4.13) Trạng thái V2 (π + α < X < π - α) Tại vị trí X = α + π xung kích đưa vào V2 lúc V2 chịu tác dụng điện áp khóa nên V2 đóng Dịng điện khép kín qua mạch (u,V2, L) Các phương trình hệ thức mơ tả trạng thái V2 u V2 = 0; i V2 = - it   di t  ut = u; ut = L dt  (4.14) Giải phương trình dịng điện với it(π + α) = ta nghiệm dòng điện tải it (X) = Um cos     cos X   L (4.15) - Dòng điện qua tải qua V2 có độ lớn tăng từ đến cực đại giảm V2 bị ngắt mạch trở trạng thái không  Hệ quả: Đối với tải L góc điều khiển < α < π, ta có: + Dịng qua tải bị gián đoạn + Trị hiệu dụng điện áp tải dẫn giải hình 4.3 55 1 Ut =   2  2   sin 2   U sin X  dX    U m 1    m 2     (4.16) + Trị hiệu dụng dòng điện qua tải 1  2   U    2 It =   it dx   21    cos   sin 2   .L            (4.17) Trong ứng dụng với tải L, thành phần dịng điện có ý nghĩa quan trọng IL(t)m(α) = Um       sin 2  .L     (4.18) Mạch hoạt động tải L điều chỉnh với cảm kháng hàm phụ thuộc góc kích: Vm .L XL(α) =  (4.19) I L t m         sin 2       b, Góc điều khiển α < Điện áp tải điều khiển Mạch hoạt động công tắc trạng thái đóng Các linh kiện V1, V2 dẫn điện với khoảng dẫn linh kiện π Dòng điện qua tải liên tục Nếu bắt đầu đưa xung kích vào linh kiện từ vị trí   α = , dòng điện lệch pha so với điện áp góc φ = Xung kích cần tạo thành 2 dạng chuỗi xung bắt đầu vị trí góc α kết thúc cuối nửa chu kỳ tương ứng với áp nguồn xoay chiều Chẳng hạn, dòng tải qua V1 giảm đến 0, V1 bị ngắt vị trí V2 xuất điện áp khóa, có xung kích tác dụng lên V2 đóng dẫn dịng điện qua tải theo chiều ngược lai Do đó, dịng điện tải đổi dấu qua điêm O cách liên tục  Hệ quả: Với tải L, α < biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động công tắc trạng thái đóng điện áp tải áp nguồn xoay chiều Đặc tính Ut(α) cho trường hợp tải L vẽ hình 4.2 4.1.3 Trường hợp tải RL Tương tự tải L, mạch hoạt động phụ thuộc vào góc điều khiển α Giá trị phân  trường hợp tải L thay độ lớn góc φ trường hợp tải RL, φ = arctg( L R ) Trường hợp α > φ dòng điện tải bị gián đoạn Chu kỳ hoạt động chia làm khoảng tương ứng trạng thái sau: Trạng thái 0: Mạch khơng dẫn điện áp khóa tác dụng lên V1 biệt 56 it = 0; ut = i V1 = i V2 = u V1 = - u V2    = u > 0 (4.20) Trạng thái V1: V1 kích dẫn di t   dt  = - u V2 =  ut = u; ut = R.i + L i V1 = it ; u V1 (4.21) Trạng thái 0: Mạch khơng dẫn điện điện áp khóa tác dụng lên V2: it = 0; ut = i V1 = i V2 = u V1 = - u V2    = u < 0 (4.22) Trạng thái V2: V2 kích dẫn  u V1 = - u V2 =   i V2 = - it; ut = u  di  ut = R.i + L t  dt  (4.23) Nghiệm dịng điện, ví dụ khoảng V1 dẫn có dạng R  X    Um  .L     sin X    sin    e   it = iV1= = Z   Z= R  L  (4.24) (4.25) Dòng điện qua tải bị gián đoạn Trường hợp α < φ : Dòng tải liên tục Điện áp tải không điểu khiển Bộ BBĐ hoạt động cơng tắc ln đóng Điện áp tải áp nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U Xung kích cho linh kiện kích dạng chuỗi xung, vị trí góc điều khiển đến kết thúc nửa chu kỳ tương ứng nguồn áp xoay chiều Đặc tính Ut (α) phụ thuộc vào tham số RL mạch tải, thay đổi đặc tính tải trở tải cảm Tính chất tương tự hoạt động tải với tải R, L, RL trình bày ngắn gọn bảng 4.1 Bảng 4.1 Quan hệ tổng quát   arctan L R α>φ R φ=0 α>0 L RL Tính chất     arctan L R Φ góc đặc trưng tải Α>    arctan L R Dòng tải gián đoạn 57 α