Bộ ghép quang với phototriac

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= I_maxsin(ωt + Ψ_i) (2-1) u= U_maxsin(ωt + Ψ_u)

Trong đó i, u là trị số tức thời của dòng điện và điện áp.

I_max , U_max Trị số cực đại biên độ của dòng điện, điện áp.

(ωt + Ψ_i), (ωt + Ψ_u): 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.

Ψ_i, Ψ_u 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 e_A của dây quấn AX bằng không thì biểu thức sức điện động của các pha lần l−ợt là:

Pha A: e_A= 2Esinωt Pha B: e_B= 2Esin(ωt - 2 3 π ) (2- 3) Pha C: e_C= 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 quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.

Đặc tr−ng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số tr−ợt: ¹ 1 n n S n − = _{(2 -4)} Trong đó:

n là tốc độ quay của rôto f₁ là tần số của dòng điện l−ới. P số đôi cực.

n₁ tốc độ quay của từ tr−ờng quay 1 1

60f

n

p

=

Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n₁ thay đổi làm cho n thay đổi theo. Khi mở máy thì n= 0 và S= 1 gọi là độ tr−ợt mở máy.

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 ng−ợc lại. Muốn cho từ tr−ờng quay với tốc độ n₁ thì nó phải nhận một công suất đ−a vào gọi là công suất điện từ.

2 ¹ ω 60 n

π

Khi đó công suất điện đ−a vào:

P1 = 3UIcos

ϕ

Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato.

ΔP_d1= 3r₁2I₁2

(2- 8)

Tổn hao sắt: Δ = ΔP_st P _{(2- 9)}

Công suất cơ ở trục là: 2^, 2 60 n P ₌M_ω=M π (2- 10)

Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn rôto: P₂= P_đt - ΔP_d2 (2-11)

ΔP_d2 = m₂I₂r₂ (2- 12) Trong đó:

m₂ số pha của dây quấn rôto.

Vì P’₂ < p_đt do đó n < n₁ công suất cơ của P₂ đ−a ra nhỏ hơn P₂, vì còn tổn

hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao và tổn hao phụ khác:

'

2 2 c f

P = P = Δ − ΔP P

Hiệu suất của động cơ: ²

1

P P

η = _{= (0,8}ữ 0,9) (2- 14)

+ Các đại l−ợng và ph−ơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ

- Các đại l−ợng

Hệ số tr−ợt:

Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và tốc độ của từ tr−ờng quay stato n_1. ta có : ¹ 1 n n s n − = _{(2- 15)}

Hay tính theo phần trăm: ¹ 1 100% n n s n − = _{(2- 16)}

Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o/_o Trong đó: = 1 1 60f n p ^{(2- 17)} n= n₁(1- s) (2- 18)

Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên:

E

= 4,44K f W

φ

Trong đó:

φ_m Trị số cực đại của từ thông trong mạch K₂ là hệ số dây quấn rôto của động cơ.

f₂ Tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì rôto đứng yên nên:

2 ¹

60

pn

f = _{(2- 20)}

f₂ bằng với tần số dòng điện đ−a vào f₁

-Khi roto quay:

Tần số trong dây quấn rôto:

1 1 1 2 1 60 60 s n n n n n p f p n − − = = _{(2- 20)} Vậy

f

= s.f

(2 -22)

Sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó là: E_2s= 4,44f_2sW₂K₂φ_m (2- 23) Với

f

= s.f

Ta đ−ợc:

E_2s= 4,44f₁W₂K₂φ_ms (2- 24)

+ −u nh−ợc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha

- −u điểm

Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều

Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với l−ới điện xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các bộ biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa.

Bên cạnh những −u điểm động cơ không đồng bộ ba pha còn có những nh−ợc điểm sau:

Dễ phát nóng với Stato, nhất là khi điện áp l−ới tăng và đối với rôto khi điện áp l−ới giảm.

Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ.

Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp.

2.2.2 Khái quát về động cơ đồng bộ

+ Định nghĩa và công dụng

Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từ tr−ờng n₁ gọi là máy điện đồng bộ. Máy điện đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stato nối với l−ới điện có tần số f không đổi, dây quấn rôto đ−ợc kích thích bằng dòng điện một chiều. ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.

Động cơ đồng bộ đ−ợc sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ th−ờng dùng cho máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và cũng th−ờng đ−ợc sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn.

−u điểm của động cơ đồng bộ là có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosφ và hiệu suất lớn.

Mạch stato của nó t−ơng tự động cơ không đồng bộ, mạch rôto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động.

+ Các đặc tính của động cơ đồng bộ

Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào l−ới điện xoay chiều có tấn số f₁ không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ:

Trong phạm vi mômen cho phép M≤ M_max , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ β= ∞. Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ đ−ợc trình bày trên hình: 2.5 ω

ω₁

0 M_max M Hình 2.5: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ

Khi mômen v−ợt quá trị số M_max thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ . Trong hệ truyền động dùng động cơ đồng bộ ng−ời ta còng sử dụng đặc tính góc:

M= f(θ)

Đặc tính góc biểu diễn quan hệ giữa mômen của động cơ với góc lệnh của véc tơ điện áp pha l−ới điện và vectơ sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato do từ tr−ờng một chiều rôto sinh ra.

Đặc tính M= f(θ) đ−ợc xây dựng bằng cách sử dụng đồ thị véctơ của mạch stato với giả thiết bỏ qua điện trở R của mạch stato.

Hình 2.6: Đồ thị véc tơ của mạch stato động cơ đồng bộ. Trên đồ thị véctơ Hình 2.6:

E - sức điện động pha stato (V) I₁- dòng điện stato (A)

X_S- điện kháng pha stato bằng tổng điện kháng cuộn dây một pha của cuộn stato: X_s = X_μ + X₁,

θ góc lệch pha giữa U và E

φ - góc lệch pha giữa véctơ điện áp U₁ và dòng điện I₁. Từ đồ thị véctơ ta có:

U₁cosφ = Ecos(φ - θ) Theo tam giác ABC: cos(φ - θ)=

1 sin s U I X θ

Thay vào ph−ơng trình trên ta đ−ợc: U₁cosφ = E 1 sin s U I X θ

hay U₁I₁ cosφ = 1sin

s EU

X θ

U₁I₁ cosφ là công suất một pha của động cơ. Vậy công suất ba pha của động cơ là:

P = 3 1sin s EU X θ (2- 26) Momen động cơ: M= 1 P ω ⁼ ₁ ¹ 3 _sin s EU