Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ sử dụng bán dẫn công suất

Nguyên tắc hoạt động

Để tranzito làm việc ng−ời ta phải đ−a điện áp một chiều tới các cực B của tranzito gọi là phân cực cho tranzito. Do JE phân cực thuận nên các hạt đa số (lỗ trống) từ miền E phun qua JE tạo nên dòng emitơ (IE). Chúng tới vùng bazơ tạo thành hạt thiểu số và tiếp tục khuếch tán sâu vào vùng bazơ h−ớng tới JC.

Trên đ−ờng khuếch tán một phần nhỏ bị tái hợp với hạt đa số của bazơ tạo nên dòng điện cực bazơ (IB). Do cấu tạo miền bazơ mỏng nên gần nh− toàn bộ các hạt khuếch tán tới đ−ợc bờ của JC và bị tr−ờng gia tốc (do JC phân cực ng−ợc) cuốn qua tới đ−ợc miền colectơ tạo nên dòng điện colectơ (IC). Hệ số α xác định chất l−ợng của tranzito và có giá trị càng gần một với các tranzito loại tốt.

Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng điện IB tới dòng colectơ (IC), người ta định nghĩa về hệ số khuếch đại dòng điện β của tranzito. −u điểm nổi bật của tranzito là chỉ cần điều khiển dòng IB là có thể điều khiển cho tranzistor đóng ngắt dễ dàng.

Cách thức điều khiển tranzito

Dòng điện tải I là thời gian chuyển mạch của tranzito rất ngắn vậy cho nên dòng tải = const. Khi cho xung áp âm tác động vào cực gốc bazơ của tranzito dòng IC giảm xuống không trong khoảng thời gian tf. Khi IC bắt đầu giảm thì I1 cũng bắt đầu tăng(IC và I1 phi tuyến với nhau, lúc này tụ điện C đ−ợc nạp điện).

Sau thời gian tf tụ C đ−ợc nạp bằng dòng I, cho đến khi Vc = VCE lúcnày D1 cho dòng chạy qua, thời gian tổng cộng của quá trình chuyển sang trạng thái mở là tc. Khi tranzito từ trạng thái mở sang trạng thái đóng mạch trợ giúp đóng của tranzito gồm các phần tử cuộn cảm (L), điôt(D3), điện trở (R3) có chức. Ton: là thời gian cần thiết để VCE giảm từ điện áp nguồn VCC xuống VCE≈ 0.

Điện trở R4 có tác dụng hạn chế dòng do sức điện động tự cảm trong cuộn cảm (L) tạo ra trong mạch L; D5; R4 trong khoảng thời gian tc chuyển sang trạng thái mở của tranzito. Điện trở R5 có tác dụng hạn chế dòng điện phóng của tụ điện C trong mạch với khoảng thời gian đóng tf.

Các thông số kỹ thuật cơ bản của tranzito - Độ khuếch đại dòng điện β

- Khi dòng điện ở cực gốc có giá trị bão hoà thì tranzito trở về trạng thái dẫn hoàn toàn.

Cấu tạo

Thyristor là linh kiện bán dẫn gồm bán dẫn gồm 4 lớp P- N- P- N ghép nối tiếp tạo nên 3 cực Anode ký hiệu là A d−ơng cực, Catode ký hiệu là K âm cực và cực Gate ký hiệu là G là cực điều khiển hay cực cửa. Khi phân áp ng−ợc (anôt nối với cực âm nguồn, catôt nối với cực d−ơng nguồn) nh− hình1.15 thì lớp phân cực J2 phân cực thuận (điện trở rất nhỏ) nh−ng các lớp tiếp xúc J1 và J3 lại phân cực ng−ợc (điện trở rất lớn) không có dòng điện qua từ K sang A. Khi điện áp ng−ợc tăng đến một trị số nào đó đủ lớn (Uct) thì thyristor bị chọc thủng giống nh− tr−ờng hợp của điôt và kết quả là dòng điện ng−ợc tăng lên rất nhanh và mạnh.

Khi các điện tử lớp J2 với động năng lớn sẽ bắn phá các nguyên tử trung hòa trong lớp tiếp xúc, tạo ra các điện tử tự do khác. Khi thyristor thông điện trở trong R13 của nó rất nhỏ (cỡ vài phần trục hoặc phần trăm của một ôm) nên sụt áp ΔU13 không đáng kể (không quá 1V). Dòng điện qua động cơ chỉ là dòng điện ở nửa chu kỳ dương và được thay đổi trị số bằng cách thay đổi mở kích của dòng điện IG khi thyistor ch−a dẫn thì.

Khi thay đổi trị số VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp cho tụ tức là làm thay đổi thời điểm có dòng xung kích IG sẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của Thyistor tức là thay đổi dòng điện qua động cơ và làm cho tốc độ của. + Trị số hiệu dụng định mức của dòng điện anôt Iahd đó là trị số hiệu dụng của dòng điện cực đại cho phép đi qua thyristor trong một thời gian dài khi thyristor mở.

Mạch Tích phân

Mạch điện Hình 1.31 Gồm 2 phần: Phần cổng AND bên trái và phần cổng NOT bên phải. RC nghĩa là ở đầu ra bộ tích phân sẽ có điện áp tăng (hay giảm) tuyến tính theo thời gian. Đối với tín hiệu hình sin, bộ tích phân sẽ là bộ lọc tần số thấp, quay pha tín hiệu hình sin đi 900 và hệ số khuếch đại của nó tỉ lệ với tần số.

Bé ghÐp quang- opto- Couplers

Đó là điện trở với dòng điện một chiều giữa ngả vào và ngả ra của bộ ghép quang có trị số bé nhất là 1011 Ω, nh− thế đủ đáp ứng yêu cầu thông th−ờng. Với sự thay đổi cao áp khá nhanh (500V/μs) giữa ngả ra và ngả vào, điện dung kí sinh có thể truyền đi sự thay. Trong trường hợp này nên sử dụng bộ ghép quang không có chân nối với cực gốc, và giữa cực thu với cực phát nên nối một tụ điện để làm giảm gai nhiễu ở xung ra.

Với thời gian, công suất phát sáng của LED bị giảm đi, do đó ta có hệ số truyền đạt của một bộ ghép quang bé đi. Sau khi sản xuất các bộ ghép quang đ−ợc cho làm việc với dòng điện và với nhiệt độ xung quanh khá lớn trong một thời gian (24h). Để cho bộ ghép quang làm việc lâu dài không bị lão hoá quá nhanh, nhiệt độ xung quanh và dòng điện làm việc phải giữ càng thấp càng tốt.

Hệ số truyền đạt là hệ số tính theo phần trăm cho biết dòng điện ra (của một phototranzito) lớn hơn so với dòng điện vào của LED hồng ngoại trong mét bé ghÐp quang. Chu kì T của dòng điên là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại trị số và chiều biến thiên, nghĩa là trong khoảng thời gian T góc pha biến. Nguyên lý làm việc nh− sau: Khi quay rôto, từ tr−ờng sẽ lần l−ợt quét các dây quấn stato, và cảm ứng vào dây quấn stato các sức điện động sin cùng biên độ, cùng tần số và lệch pha nhau một góc 1200.

Các động cơ công suất trun trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đ−ợc những đầu nối dây và kết cấu dây quấn. Thông qua chổi than và vòng tr−ợt, đ−a điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ. Từ tr−ờng này sẽ quét qua các thanh dẫn rôto, làm cảm ứng lên dây quấn rôto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn.

Chiều dòng điện ở nửa phía trên rôto h−ớng từ trong ra ngoài, còn chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía d−ới của rôto h−ớng từ ngoài vào trong. Dòng điện I2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rôto quay với tốc độ n theo chiều từ tr−êng quay. Dòng điện trong dây quấn và từ tr−ờng quay tác dụng lực t−ơng hỗ lên nhau khi rôto chịu tác dụng của momen M thì từ tr−ờng quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại.

Ch−ơng 4

Nguồn điện xoay chiều ba pha cấp điện cho động cơ không đồng bộ ba pha có thể xảy ra hiện t−ợng mất thứ tự pha và mất pha. Khi động cơ đang làm việc bình thường mà xảy ra mất thứ tự pha thì. Trong thực tế thì hiện t−ợng mất thứ tự pha có thể xảy ra vô tình hay hữu ý.

Vô tình là do công nhân kĩ thuật thao tác nhầm khi nối nguồn cấp cho. Hữu ý là do chủ ý của người vận hành muốn thay đổi hai trong ba pha để động cơ quay theo chiều ng−ợc lại. Hiện t−ợng mất thứ tự pha có thể khống chế bằng tay hay tự động nhờ hệ thống khởi động từ điều khiển động cơ quay theo chiều phù hợp với yêu cầu công nghệ.

Khi mất một hoặc hai pha trong ba pha thì động cơ vẫn quay nh−ng lúc này chế độ làm việc của động cơ tương tự như chế độ làm việc không có nguồn đối xứng. Nhưng trong trường hợp mất pha động cơ làm việc nặng nề hơn nhiều, có hiện t−ợng nóng phát nhiệt, tiếng kêu khác th−ờng do từ tr−ờng quay của một hoặc hai pha trong ba pha dây quấn stato của động cơ.