+ Mạch điện và kí hiệu. Hình: 1.31
Hình 1.31: Cổng NAND a) kí hiệu b) Mạch điện
Mạch điện Hình 1.31 Gồm 2 phần: Phần cổng AND bên trái và phần cổng NOT bên phải. Vậy quan hệ đầu ra và đầu vào là NAND (Và- Đảo).
Biểu thức hàm logic của NAND là:
Z= A.B Bảng chân lí cổng NAND A B Z 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1.6 Mạch Tích phân iC C ir R A Uv U0 Hình 1.32: Mạch tích phân Sơ đồ bộ tích phân đ−ợc mô tả trên hình: 1.32 Từ điều kiện cân bằng dòng ở nút A, iR= iC ta có: -C. dUr
dt = Uv
R (1-20) Ur= 1
RC
∫
Uvdt + Ur0 (1-21)ở đây: Ur0 là điện áp trên tụ C khi t=0 (là hằng số tích phân xác định từ điều kiện ban đầu).
Th−ờng khi t= 0, Uv= 0 và Ur= 0. Nên ta có: Ur= 1 τ 0 t Uvdt
∫
(1-22)ở đây: τ= RC gọi là hằng số tích phân của mạch. Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc, tốc độ thay đổi của điện áp ra sẽ bằng:
Ur
t
Δ
Δ = -
Uv
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.
1.7Mạch Vi phân R R Uv C Ur Hình 1.33: Mạch vi phân
Bộ vi phân cho trên hình: 1.33 . Bằng các ph−ơng pháp tính toán ta có điện áp ra của nó tỉ lệ với tốc độ thay đổi của điện áp vào:
Ur= - RC dUv
dt (1-23)
Khi tín hiệu vào là hình sin, bộ vi phân làm việc nh− một bộ lọc cao tần, hệ số khuếch đại của nó tỉ lệ thuận với tần số tín hiệu vào và làm quay pha Uvào một góc 900. Th−ờng bộ vi phân làm việc kém ổn định ở tần cao vì khi đó Zc= → 0 làm hệ số hồi tiếp âm giảm nên khi sử dụng cần chú ý đặc điểm này và bổ sung 1 điện trở làm nhụt R1.
1.8 Bộ ghép quang- opto- Couplers
1.8.1 Đại c−ơng
Trong Anh ngữ bộ ghép quang còn đ−ợc gọi là Photo coupledisolators, Photo- coulers, Photo- coupled pairs và Optically Coupled Pairs. Từ thông th−ờng nhất cho linh kiện này là Opto- Couplers.
Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa những mạch điện có sự khác biệt về điện thế khá lớn. Ngoài ra nó còn đ−ợc dùng để tránh các vòng đất (ground circuit, circuit terrestre) gây nhiễu trong mạch điện.
1.8.2 Cơ chế hoạt động
Thông th−ờng bộ ghép quang gồm 1 điôt loại GaAs phát ra tia hồng ngoại và một phototranzito với vật liệu Si. Với dòng điện thuận, điôt phát ra bức xạ hồng ngoại với chiều dài sóng khoảng 900nm. Năng l−ợng bức xạ này đ−ợc chiếu lên trên mặt của phototranzito hay chiếu gián tiếp qua một môi tr−ờng dẫn quang Hình 1.38
Hình 1.34: Bộ ghép quang
Đầu tiên tín hiệu đ−ợc phần phát (LED hồng ngoại) trong bộ ghép
quang biến thành tín hiệu ánh sáng. Sau đó tín hiệu ánh sáng đ−ợc phần nhận
(Phototriac) biến lại thành tín hiệu điện.
Hình 1.35: Phototriac
1.8.3 Tính chất cách điện
Nh− đã nói, bộ ghép quang th−ờng đ−ợc dùng để cách điện giữa hai mạch điện giữa hai mạch điện có điện thế khác biệt khá lớn. Bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện một chiều hay với tín hiệu điện có tần số khá cao. Đặc biệt với thể tích nhỏ bé, bộ ghép quang tỏ ra −u việt hơn so với biến thế.
+ Điện trở cách điện
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. Nh− thế chúng ta cần chú ý, với dòng điện rò trong khoảng nA có thể ảnh h−ởng đến hoạt động của mạch điện, ví dụ khi dòng điện rò chạy vào cực gốc của phototranzito còn để trống. Gặp tr−ờng hợp này ta có thể tạo những khe trống giữa ngả ra và ngả vào. Nói chung với bộ ghép quang ta cần có mạch in loại tốt.
+ Điện dung cách điện
Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có phototranzito, LED, phần cơ có thể tạo một điện dung từ 0,3 ữ 2pF. Điện dung này đ−ợc đo khi chân ở ngả vào cũng nh− chân ở ngả ra đ−ợc nối tắt. 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 đổi và xung điện ở ngả ra có những gai nhọn. Trong tr−ờng 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. Để không tạo thêm điện dung kí sinh, với bộ ghép quang ta không nên dùng chân đế để cắm IC.
+ Điện thế cách ly
Điện thế cách ly là điện thế cao nhất mà bộ ghép quang có thể chịu đựng nổi. Điện thế cách ly còn tuỳ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, không khí....
D−ới một điện thế khá cao giữa LED và phototranzito có khoảng cách khá gần, ta có một điện tr−ờng khá lớn. Nừu bộ ghép quang làm việc với điều kiện nh− thế liên tục vài ngày, các thông số của bộ ghép quang (đặc biệt với tranzito) bị thay đổi.
Hiệu ứng tr−ờng càng rõ ràng hơn với nhiệt độ cao (1000C) và một điện thế một chiều khá cao (1KV). Các thông số nh− độ khuếch đại, điện áp và dòng điện ng−ợc có thể thay đổi. Với một điện tr−ờng khá lớn ta có một hiệu ứng giống nh− với tranzito MOS: có sự đảo điện ở bề mặt.
So với tranzito, các thông số của LED rất ổn định d−ới tác dụng của điện tr−ờng.
Ng−ời ta có thể bảo vệ lớp chuyển tiếp pn của tranzito Silicon bằng một màng ion trong suốt để chống lại ảnh h−ởng của điện tr−ờng (Transparent Ion Shield- Trios). Ví dụ với bộ ghép quang SFH6106.
1.8.5 Sự lão hoá
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. Ng−ời ta tránh sự lão hoá của một bộ ghép quang bằng ph−ơng pháp “Burn- in”. 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). Do đó bộ ghép quang bị lão hoá tr−ớc và nó không bị lão hoá nhanh nh− các bộ ghép quang ch−a qua “Burn- in”.
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.
1.8.6 Hệ số truyền đạt
Thông số quan trọng nhất của bộ ghép quang là hệ số truyền đạt dòng điện. 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 một bộ ghép quang.
Đ−ợc dùng để điều khiển các triac công suất
Chỉ có một điện trở han dòng cho phototriac Hình 1.38
Hình 1.38: Photriac dùng để điều khiển triac công suất
Với bộ lọc RC để chống nhiễu dV/dt và các xung điện cao tần. Hình 1.39
Hình 1.39: Phototriac dùng thêm bộ lọc RC
Varistor bảo vệ phototriac không bị các xung điện quá cao làm hỏng khi triac làm việc với dòng điện và điện áp cao. Hình 1.40
Hình 1.40: Phototriac dùng varistor chống xung điện quá cao
(Signal Coupling Devices)
Linh kiện −u điểm Khuyết điểm
Bộ ghép quang
- Kinh tế, rẻ tiền
- Có thể chế tạo với vật liệu bán
dẫn
- Làm việc với cả tín hiệu 1 chiều và xoay chiều ở tần số cao - Cách điện tốt đến vài KV - Tổng trở cách điện cao - Kích th−ớc nhỏ (Dip)
- Không có công tắc nên không bị nảy
- Công suất tiêu thụ ít
- Khi ngắt điện hay dẫn điện đều có một điện trở giới hạn (điện trở không thể bằng 0 hay ∞)
- Dòng điện khi dẫn điện và dòng điện khi ngắt điện đều có trị số giới hạn
- Hệ số truyền đạt thấp
Rơ le - Làm việc với công suất lớn - Khi dẫn điện có điện trở rất thấp
- Có thể truyền tín hiệu một chiều
- Cách điện tốt
- Đắt tiền vì má rơle làm bằng kim loại quý
- Công suất tiêu thụ cao - Vật tốc làm việc rất chậm - Kích th−ớc lớn
Biến thế xung
- Truyền tín hiệu với vận tốc cao - Kích th−ớc trung bình
- Có hệ số truyền đạt tốt
- Không thể truyền tín hiệu một chiều hay xoay chiều ở tần số thấp.
- Đế cách điện (có tổng trở cao ) nên rất đắt tiền
IC phát và nhận tín hiệu đ−ờng dài
- Có thể chế tạo với vật liệu bán dẫn, Kích th−ớc bé
- Truyền tin với vận tốc cao
- Có thể truyền tín hiệu DC rẻ tiền
- Tổng trở cách điện bé
- Điện thế đánh thủng rất thấp d−ới 30 KV
Ký hiệu Tên bộ ghép quang Điện áp đầu ra (V) Dòng điện đầu ra (mA) dv/dt (V/μs) MOC3009 MOC3010 MOC3011 MOC3012 TIL3009 TIL3010 TIL3011 TIL3012 MOC3020 MOC3021 TIL3020 TIL3021 7500V PX 7500V PX 7500V PX 7500V PX 3535V PX 3535V PX 3535V PX 3535V PX 7500V PX 7500V PX 3535V PX 3535V PX 250 250 250 250 250 250 250 250 400 400 400 400 40 45 50 55 30 35 40 45 50 55 50 55 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42
Ch−ơng 2
Giới thiệu về mạch điện xoay chiều ba pha và động cơ ba pha
2.1 Mạch điện ba pha
2.1.1 Dòng điện sin
Dòng điện sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo quy luật hàm sin của thời gian.
Biểu thức dòng điện và điện áp:
i= Imaxsin(ωt + Ψi) (2-1) u= Umaxsin(ωt + Ψu)
Trong đó i, u là trị số tức thời của dòng điện và điện áp.
Imax , Umax Trị số cực đại biên độ của dòng điện, điện áp.
(ωt + Ψi), (ωt + Ψu): là góc pha gọi tắt là pha của dòng điện, điện áp. Pha xác đinh trị số và chiều của dòng điện, điện áp ở thời điểm t.
Ψi, Ψu Pha ban đầu của dòng điện và điện áp. Pha đầu là pha ở thời điểm t=0. Phụ thuộc vào chọn toạ độ thời gian, pha đầu có thể bằng không âm hoặc d−ơng.
ω Tần số góc của dòng điện sin, đơn vị là rad/s.
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 đổi một l−ợng: ωT = 2π.
Số chu kì của dòng điện trong một giây gọi là tần số f.
ω = 2πf (2- 2)
2.1.2 Mạch điện ba pha
Mạch điện ba pha bao gồm nguồn điện ba pha, đ−ờng dây truyền tải và các phụ tải ba pha.
Để tạo ra nguồn điện ba pha ta dùng máy phát điện đồng bộ ba pha. Có cấu tạo gồm hai phần: Phần tĩnh (còn gọi là stato) gồm có lõi thép xẻ rãnh,
trong các rãnh đặt 3 dây quấn AX, BY, CZ có cung số vòng dây và lệch nhau một góc 1200 trong không gian. Mỗi dây quấn đ−ợc gọi là một pha.
Phần quay (còn gọi là roto) là nam châm điện N- S.
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.
Nếu chọn pha đầu của sức điện eA của dây quấn AX bằng không thì biểu thức sức điện động của các pha lần l−ợt là:
Pha A: eA= 2Esinωt Pha B: eB= 2Esin(ωt - 2 3 π ) (2- 3) Pha C: eC= 2Esin(ωt + 2 3 π )
Nguồn điện gồm ba sức điện động sin cùng biên độ, cùng tần số, lệch nhau về pha 2
3 π
gọi là nguồn ba pha đối xứng.
Hình 2.1: Trị số tức thời sức điện động ba pha
2.2 Động cơ ba pha
2.2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ
+ Cấu tạo và đặc điểm.
- Cấu tạo
* Vỏ máy: th−ờng làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (trên 1000kW), th−ờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng bảo vệ và cố định các chi tiết máy.
* Lõi thép: Đ−ợc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0.35mm đến 0.5 mm ghép lại với nhau. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ tr−ờng đi qua lõi sắt là từ tr−ờng xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn: Dây quấn đ−ợc đặt vào trong rãnh của lõi sắt và cách điện với lõi sắt nhờ giấy cách điện. Dây quấn stato gồm ba cuốn đặt lệch nhau 1200 điện.
Phần quay (Rôto)
* Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt roto.
* Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh− ở phần stato. Lõi thếp
đ−ợc ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trun trở lên th−ờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đ−ợc những đầu nối dây và kết cấu dây quấn đ−ợc chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ th−ờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto th−ờng đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng tr−ợt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. 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.
Loại rôto kiểu lòng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rãnh của lõi sắt đ−ợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm và đ−ợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch làm bằng đồng hoặc nhôm, hình thành một cái lồng, ng−ời đó gọi là lồng sóc.
Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
- Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
* Cấu tạo đơn giản.
* Đấu trực tiếp vào l−ới điện xoay chiều ba pha.
* Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ tr−ờng quay của stato n< n1. Trong đó: n Tốc độ quay của rôto.
n1 Tốc độ quay từ tr−ờng quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ)
+ Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi nối dây quấn stato vào l−ới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ tr−ờng quay. 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 của sức điện động và chiều của dòng điện đ−ợc xác định theo quy luật bàn tay phải.
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
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 t−ơng hỗ với từ tr−ờng 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−ờng quay.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ tr−ờng quay stato n1. có sự chuyển động t−ơng đối giữa rôto và từ tr−ờng quay stato duy trì đ−ợc dòng điện I2 và mômen M. Vì tốc độ của rôto khác với tốc độ của từ tr−ờng
