text:
- 78 trang
- Lượt xem: 265
- Download: 180
Luận văn: 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
Chia sẻ: hasler_llq
Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng không chỉ trong lĩnh vực sản xuất mà cả trong việc phục vụ đời sống sinh hoạt của con người.
Thể loại:Luận Văn - Báo Cáo » Điện - Điện tử - Viễn Thông
Chủ đề liên quan:
Nội dung Text: Luận văn: 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
KHOA……………………
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
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
ÑEÀ TAØI:
NGHIEÂN CÖÙU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG DUÏNG CUÛA
ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ
MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
Sinh vieân thöïc hieän: Voõ Ngoïc Toaûn
Lôùp: 95KÑÑ.
Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng
TP. HOÀ CHÍ MINH Thaùng 3 - 2000.
LÔØI CAÛM TAÏ
Em xin chaân thaønh toû loøng bieát ôn ñeán Thaày Nguyeãn Dö
Xöùng, giaùo vieân tröïc tieáp höôùng daãn em trong suoát quaù trình thöïc
hieän luaän vaên toát nghieäp. Söï taän tình höôùng daãn, giuùp ñôõ vaø ñoäng
vieân cuûa Thaày ñaõ giuùp em raát nhieàu trong vieäc hoaøn thaønh taäp
luaän vaên naøy.
Em xin chaân thaønh caûm ôn quyù thaày coâ ñaõ daïy doã chuùng
em trong suoát thôøi gian qua.
Cuoái cuøng laø lôøi caûm ôn chaân thaønh ñeán gia ñình, ngöôøi
thaân cuøng toaøn theå baïn beø, nhöõng ngöôøi luoân ñoäng vieân tinh thaàn
giuùp em hoaøn thaønh nhieäm vuï ñöôïc giao.
Sinh vieân thöïc hieän
Voõ Ngoïc Toaûn
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Trong giai ñoaïn coâng nghieäp hoùa, hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc,
ngaøy caøng coù nhieàu thieát bò baùn daãn coâng suaát hieän ñaïi ñöôïc söû duïng
khoâng chæ trong lónh vöïc saûn xuaát maø caû trong vieäc phuïc vuï ñôøi soáng
sinh hoaït cuûa con ngöôøi. Söï ra ñôøi vaø phaùt trieån cuûa caùc linh kieän
baùn daãn coâng suaát nhö: diode, transistor, tiristor, triac… Cuøng vôùi
vieäc hoaøn thieän maïch ñieàu khieån chuùng ñaõ taïo neân söï thay ñoåi saâu
saéc, vöôït baäc cuûa kyõ thuaät bieán ñoåi ñieän naêng vaø cuûa caû ngaønh kyõ
thuaät ñieän noùi chung.
Hieän nay, maïng ñieän ôû nöôùc ta chuû yeáu laø ñieän xoay chieàu
vôùi taàn soá ñieän coâng nghieäp. Ñeå cung caáp nguoàn ñieän moät chieàu coù
giaù trò ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu chænh ñöôïc cho nhöõng thieát bò ñieän
duøng trong caùc heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän moät chieàu, ngöôøi ta ñaõ
hoaøn thieän boä chænh löu coù ñieàu khieån duøng tiristor.
Vì nhöõng lyù do treân, ñeà taøi “ Nghieân cöùu veà ñieän töû coâng suaát
vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp “ seõ ñi saâu vaøo nghieân cöùu caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng coù duøng ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
Luaän vaên ñöôïc trình baøy goàm ba chöông:
Chöông I: Giôùi thieäu veà ñieän töû coâng suaát.
Chöông II: Nghieân cöùu vaø trình baøy caùc phöông phaùp
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp
Chöông III: Caùc heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù duøng ñieän töû coâng suaát.
Do ñieàu kieän thôøi gian, kieán thöùc coøn haïn heïp, neân taäp luaän
vaên seõ khoâng traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt veà maët noäi dung laãn hình
thöùc. Sinh vieân thöïc hieän raát mong nhaän ñöôïc söï quan taâm, chæ baûo
cuûa quyù thaày coâ, baïn beø ñeå taäp luaän vaên ñöôïc hoaøn thieän hôn.
Sinh vieân thöïc hieän
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM ÑOÄC LAÄP - TÖÏ DO - HAÏNH PHUÙC.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM. -----------0O0----------
KHOA ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
Hoï vaø teân sinh vieân : VOÕ NGOÏC TOAÛN
Lôùp : 95KÑÑ
Ngaønh : Ñieän - Ñieän töû
1. Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu veà ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát ñeå
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
2. Caùc soá lieäu ban ñaàu:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh, tính toaùn:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Caùc baûn veõ:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
5. Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng.
6. Ngaøy giao nhieäm vuï:
7. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï:
Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân
Ngaøy thaùng naêm 2000
Chuû nhieäm boä moân
Chöông I
GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
I. DIODE COÂNG SUAÁT:
I. 1 Caáu taïo:
- +
P - + N
Anoát
q
P N
d
-α 0 α Katoát
(a) (b)
Hình 1. 1
a). Caáu taïo cuûa diode.
b). Kyù hieäu cuûa diode.
Diode coâng suaát laø linh kieän baùn daãn coù hai cöïc, ñöôïc caáu taïo bôûi moät lôùp
baùn daãn N vaø moät lôùp baùn daãn P gheùp laïi.
Silic laø moät nguyeân toá hoùa hoïc thuoäc nhoùm IV trong baûng heä thoáng tuaàn
hoaøn. Silic coù 4 ñieän töû thuoäc lôùp ngoaøi cuøng trong caáu truùc nguyeân töû. Neáu ta keát
hôïp theâm vaøo moät nguyeân toá thuoäc nhoùm V maø lôùp ngoaøi cuøng coù 5 ñieän töû thì 4
ñieän töû cuûa nguyeân toá naøy tham gia lieân keát vôùi 4 ñieän töû töï do cuûa Silic vaø xuaát
hieän moät ñieän töû töï do. Trong caáu truùc tinh theå, caùc ñieän töû töï do laøm taêng tính
daãn ñieän. Do ñieän töû coù ñieän tích aâm neân chaát naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn loaïi N
(negative), coù nghóa laø aâm.
Neáu theâm vaøo Silic moät nguyeân toá thuoäc nhoùm III maø coù 3 nguyeân töû thuoäc
nhoùm ngoaøi cuøng thì xuaát hieän moät loå troáng trong caáu truùc tinh theå. Loã troáng naøy
coù theå nhaän 1 ñieän töû, taïo neân ñieän tích döông vaø laøm taêng tính daãn ñieän. Chaát
naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn loaïi P (positive), coù nghóa laø döông.
Trong chaát baùn daãn loaïi N ñieän töû laø haït mang ñieän ña soá, loã troáng laø thieåu
soá. Vôùi chaát baùn daãn loaïi P thì ngöôïc laïi.
ÔÛ giöõa hai lôùp baùn daãn laø maët gheùp PN. Taïi ñaây xaûy ra hieän töôïng khueách
taùn. Caùc loã troáng cuûa baùn daãn loaïi P traøn sang N laø nôi coù ít loã troáng. Caùc ñieän töû
cuûa baùn daãn loaïi N chaïy sang P laø nôi coù ít ñieän töû. Keát quaû taïi maët tieáp giaùp phía
P ngheøo ñi veà dieän tích döông vaø giaøu leân veà ñieän tích aâm. Coøn phía baùn daãn loaïi
N thì ngöôïc laïi neân goïi laø vuøng ñieän tích khoâng gian döông.
Trong vuøng chuyeån tieáp (-αα) hình thaønh moät ñieän tröôøng noäi taïi. Kyù hieäu
laø Ei vaø coù chieàu töø N sang P hay coøn goïi laø barie ñieän theá (khoaûng töø 0,6V ñeán
0,7V ñoái vôùi vaät lieäu laø Silic). Ñieän tröôøng naøy ngaên caûn söï di chuyeån cuûa caùc
ñieän tích ña soá vaø laøm deã daøng cho söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá
(ñieän töû cuûa vuøng P vaø loå troáng cuûa vuøng N). Söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu
soá hình thaønh neân doøng ñieän ngöôïc hay doøng ñieän roø.
I. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ei Ei
P N P N
U U
+ - - +
(a) (b)
Hình 1. 2
a). Söï phaân cöïc thuaän diode.
b). Söï phaân cöïc ngöôïc diode.
Khi ñaët diode coâng suaát döôùi ñieän aùp nguoàn U coù cöïc tính nhö hình veõ,
chieàu cuûa ñieän tröôøng ngoaøi ngöôïc chieàu vôùi ñieän tröôøng noäi Ei. Thoâng thöôøng
U > Ei thì coù doøng ñieän chaïy trong maïch, taïo neân ñieän aùp rôi treân diode khoaûng
0,7V khi doøng ñieän laø ñònh möùc. Vaäy söï phaân cöïc thuaän haï thaáp barie ñieän theá.
Ta noùi maët gheùp PN ñöôïc phaân cöïc thuaän.
Khi ñoåi chieàu cöïc tính ñieän aùp ñaët vaøo diode, ñieän tröôøng ngoaøi seõ taùc ñoäng
cuøng chieàu vôùi ñieän tröôøng noäi taïi Ei. Ñieän tröôøng toång hôïp caûn trôû söï di chuyeån
cuûa caùc ñieän tích ña soá. Caùc ñieän töû cuûa vuøng N di chuyeån thaúng veà cöïc döông
nguoàn U laøm cho ñieän theá vuøng N voán ñaõ cao laïi caøng cao hôn so vôùi vuøng P. Vì
theá vuøng chuyeån tieáp laïi caøng roäng ra, khoâng coù doøng ñieän chaïy qua maët gheùp
PN. Ta noùi maët gheùp PN bò phaân cöïc ngöôïc. Neáu tieáp tuïc taêng U, caùc ñieän tích
ñöôïc gia toác, gaây neân söï va chaïm daây chuyeàn laøm barie ñieän theá bò ñaùnh thuûng.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode coâng suaát ñöôïc bieåu dieãn gaàn ñuùng baèng bieåu
thöùc sau: I = IS [ exp (eU/kT) – 1 ] ( 1. 1 )
Trong ñoù:
- IS : Doøng ñieän roø, khoaûng vaøi chuïc mA
- e = 1,59.10- 19 Coulomb
- k = 1,38.10- 23 : Haèng soá Bolzmann
- T = 273 + t0 : Nhieät ñoä tuyeät ñoái (0 K)
- t0 : Nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng (0 C)
- U : Ñieän aùp ñaët treân diode (V)
I
1
UZ U
Uγ
2
Hình 1. 3 Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode goàm coù hai nhaùnh:
1. Nhaùnh thuaän
2. Nhaùnh ngöôïc
Khi diode ñöôïc phaân cöïc thuaän döôùi ñieän aùp U thì barie ñieän theá Ei giaûm
xuoáng gaàn baèng 0. Taêng U, luùc ñaàu doøng I taêng töø töø cho ñeán khi U lôùn hôn
khoaûng 0,1V thì I taêng moät caùch nhanh choùng, ñöôøng ñaëc tính coù daïng haøm muõ.
Töông töï, khi phaân cöïc ngöôïc cho diode, taêng U, doøng ñieän ngöôïc cuõng
taêng töø töø. Khi U lôùn hôn khoaûng 0,1V doøng ñieän ngöôïc döøng laïi ôû giaù trò vaøi chuïc
mA vaø ñöôïc kyù hieäu laø IS. Doøng IS laø do söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá
taïo neân. Neáu tieáp tuïc taêng U thì caùc ñieän tích thieåu soá di chuyeån caøng deã daøng
hôn, toác ñoä di chuyeån tæ leä thuaän vôùi ñieän tröôøng toång hôïp, ñoäng naêng cuûa chuùng
taêng leân. Khi U = UZ thì söï va chaïm giöõa caùc ñieän tích thieåu soá di chuyeån vôùi
toác ñoä cao seõ beû gaûy ñöôïc caùc lieân keát nguyeân töû Silic trong vuøng chuyeån tieáp vaø
xuaát hieän nhöõng ñieän töû töï do môùi. Roài nhöõng ñieän tích töï do môùi naøy chòu söï taêng
toác cuûa ñieän tröôøng toång hôïp laïi tieáp tuïc baén phaù caùc nguyeân töû Silic. Keát quaû taïo
moät phaûn öùng daây chuyeàn laøm cho doøng ñieän ngöôïc taêng leân aøo aït vaø seõ phaù hoûng
diode. Do ñoù, ñeå baûo veä diode ngöôøi ta chæ cho chuùng hoaït ñoäng vôùi giaù trò ñieän
aùp: U = (0,7 → 0,8)UZ.
Khi diode hoaït ñoäng, doøng ñieän chaïy qua diode laøm cho diode phaùt noùng,
chuû yeáu ôû taïi vuøng chuyeån tieáp. Ñoái vôùi diode loaïi Silic, nhieät ñoä maët gheùp cho
pheùp laø 2000C. Vöôït quaù nhieät ñoä naøy diode coù theå bò phaù hoûng. Do ñoù, ñeå laøm
maùt diode, ta duøng quaït gioù ñeå laøm maùt, caùnh taûn nhieät hay cho nöôùc hoaëc daàu
bieán theá chaûy qua caùnh taûn nhieät vôùi toác ñoä lôùn hay nhoû tuøy theo doøng ñieän.
Caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn ñeå choïn diode laøø:
- Doøng ñieän ñònh möùc Iñm (A)
- Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi Ungmax ( V )
- Ñieän aùp rôi treân diode ∆U ( V )
I. 3 ÖÙng duïng:
ÖÙng duïng chuû yeáu cuûa diode coâng suaát laø chænh löu doøng ñieän xoay chieàu
thaønh doøng ñieän moät chieàu cung caáp cho taûi.
Caùc boä chænh löu cuûa diode ñöôïc chia thaønh hai nhoùm chính:
- Chænh löu baùn kyø hay coøn goïi laø chænh löu nöûa soùng.
- Chænh löu toaøn kyø hay coøn goïi laø chænh löu toaøn soùng.
II. TRANSISTOR COÂNG SUAÁT:
II. 1 Caáu taïo:
Transistor laø linh kieän baùn daãn goàm 3 lôùp: PNP hay NPN.
C
P
B
N
P C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 4 Transistor PNP:
a). Caáu taïo
b). Kyù hieäu
C
B N
P
N C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 5 Transistor NPN:
a). Caáu taïo
b). Kyù hieäu
Veà maët vaät lyù, transistor goàm 3 phaàn: phaàn phaùt, phaàn neàn vaø phaàn thu.
Vuøng neàn (B) raát moûng.
Transistor coâng suaát coù caáu truùc vaø kyù hieäu nhö sau:
IC
C
B C
UCE
IB
UBE E E• •B
IE
(a) (b)
Hình 1. 6 Transistor coâng suaát
a). Caáu truùc b). Kyù hieäu
II. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
E C
N pP •
Emite
• N
• •
•
Colecto
•
• •
•
E C
•
IE
Base IC
IE
- + •
- +
RE UEE UCC RC
Hình 1. 7 Sô ñoà phaân cöïc transistor.
Ñieän theá UEE phaân cöïc thuaän moái noái B - E (PN) laø nguyeân nhaân laøm cho
vuøng phaùt (E) phoùng ñieän töû vaøo vuøng P (cöïc B). Haàu heát caùc ñieän töû (electron) sau
khi qua vuøng B roài qua tieáp moái noái thöù hai phía beân phaûi höôùng tôùi vuøng N (cöïc
thu), khoaûng 1% electron ñöôïc giöõ laïi ôû vuøng B. Caùc loã troáng vuøng neàn di chuyeån
vaøo vuøng phaùt.
Moái noái B - E ôû cheá ñoä phaân cöïc thuaän nhö moät diode, coù ñieän khaùng nhoû
vaø ñieän aùp rôi treân noù nhoû thì moái noái B - C ñöôïc phaân cöïc ngöôïc bôûi ñieän aùp
UCC. Baûn chaát moái noái B - C naøy gioáng nhö moät diode phaân cöïc ngöôïc vaø ñieän
khaùng moái noái B - C raát lôùn.
Doøng ñieän ño ñöôïc trong vuøng phaùt goïi laø doøng phaùt IE. Doøng ñieän ño ñöôïc
trong maïch cöïc C (soá löôïng ñieän tích qua ñöôøng bieân CC trong moät ñôn vò thôøi
gian laø doøng cöïc thu IC).
Doøng IC goàm hai thaønh phaàn:
- Thaønh phaàn thöù nhaát (thaønh phaàn chính) laø tæ leä cuûa haït electron ôû cöïc
phaùt tôùi cöïc thu. Tæ leä naøy phuï thuoäc duy nhaát vaøo caáu truùc cuûa transistor vaø laø
haèng soá ñöôïc tính tröôùc ñoái vôùi töøng transistor rieâng bieät. Haèng soá ñaõ ñöôïc ñònh
nghóa laø α. Vaäy thaønh phaàn chính cuûa doøng IC laø αIE. Thoâng thöôøng α = 0,9 →
0,999.
- Thaønh phaàn thöù hai laø doøng qua moái noái B - C ôû cheá ñoä phaân cöïc ngöôïc
laïi khi IE = 0. Doøng naøy goïi laø doøng ICBO – noù raát nhoû.
- Vaäy doøng qua cöïc thu: IC = αIE + ICBO.
* Caùc thoâng soá cuûa transistor coâng suaát:
- IC: Doøng colectô maø transistor chòu ñöôïc.
- UCEsat: Ñieän aùp UCE khi transistor daãn baõo hoøa.
- UCEO: Ñieän aùp UCE khi maïch badô ñeå hôû, IB = 0 .
- UCEX: Ñieän aùp UCE khi badô bò khoùa bôûi ñieän aùp aâm, IB < 0.
- ton: Thôøi gian caàn thieát ñeå UCE töø giaù trò ñieän aùp nguoàn U giaûm xuoáng
UCESat ≈ 0.
- tf: Thôøi gian caàn thieát ñeå iC töø giaù trò IC giaûm xuoáng 0.
- tS: Thôøi gian caàn thieát ñeå UCE töø giaù trò UCESat taêng ñeán giaù trò ñieän aùp
nguoàn U.
- P: Coâng suaát tieâu taùn beân trong transistor. Coâng suaát tieâu taùn beân trong
transistor ñöôïc tính theo coâng thöùc: P = UBE.IB + UCE.IC.
- Khi transistor ôû traïng thaùi môû: IB = 0, IC = 0 neân P = 0.
- Khi transistor ôû traïng thaùi ñoùng: UCE = UCESat.
Trong thöïc teá transistor coâng suaát thöôøng ñöôïc cho laøm vieäc ôû cheá ñoä
khoùa: IB = 0, IC = 0, transistor ñöôïc coi nhö hôû maïch. Nhöng vôùi doøng ñieän goác ôû
traïng thaùi coù giaù trò baõo hoøa, thì transistor trôû veà traïng thaùi ñoùng hoaøn toaøn.
Transistor laø moät linh kieän phuï thuoäc neân caàn phoái hôïp doøng ñieän goác vaø doøng
ñieän goùp. ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa ñeå duy trì khaû naêng ñieàu khieån vaø ñeå traùnh ñieän
tích ôû cöïc goác quaù lôùn, doøng ñieän goác ban ñaàu phaûi cao ñeå chuyeån sang traïng thaùi
daãn nhanh choùng. ÔÛ cheá ñoä khoùa doøng ñieän goác phaûi giaûm cuøng qui luaät nhö doøng
ñieän goùp ñeå traùnh hieän töôïng choïc thuûng thöù caáp.
IC
a IC
b IC
UCE •
UCE
(a) (b)
Hình 1. 8 Traïng thaùi daãn vaø traïng thaùi bò khoùa
a). Traïng thaùi ñoùng maïch hay ngaén maïch IB lôùn, IC do taûi giôùi haïn.
b). Traïng thaùi hôû maïch IB = 0.
Caùc toån hao chuyeån maïch cuûa transistor coù theå lôùn. Trong luùc chuyeån
maïch, ñieän aùp treân caùc cöïc vaø doøng ñieän cuûa transistor cuõng lôùn. Tích cuûa doøng
ñieän vaø ñieän aùp cuøng vôùi thôøi gian chuyeån maïch taïo neân toån hao naêng löôïng trong
moät laàn chuyeån maïch. Coâng suaát toån hao chính xaùc do chuyeån maïch laø haøm soá
cuûa caùc thoâng soá cuûa maïch phuï taûi vaø daïng bieán thieân cuûa doøng ñieän goác.
* Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f (IC).
Ñeå cho khi transistor ñoùng, ñieän aùp suït beân trong coù giaù trò nhoû,
ngöôøi ta phaûi cho noù laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa, töùc laø IB phaûi ñuû lôùn ñeå IC cho
ñieän aùp suït UCE nhoû nhaát. ÔÛ cheá ñoä baõo hoøa, ñieän aùp suït trong transistor coâng suaát
baèng 0,5 ñeán 1V trong khi ñoù tiristor laø khoaûng 1,5V.
UCE
Vuøng
tuyeán
tính Vuøng gaàn baõo
h ø
Vuøng baõo hoøa I
C
Hình 1. 9 Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f ( IC ).
II. 3 ÖÙng duïng cuûa transistor coâng suaát:
Transistor coâng suaát duøng ñeå ñoùng caét doøng ñieän moät chieàu coù cöôøng ñoä
lôùn. Tuy nhieân trong thöïc teá transistor coâng suaát thöôøng cho laøm vieäc ôû cheá ñoä
khoùa.
IB = 0, IC = 0: transistor coi nhö hôû maïch.
II. 4 Transistor Mos coâng suaát:
Transistor tröôøng FET (Field – Effect Transistor) ñöôïc cheá taïo theo coâng
ngheä Mos (Metal – Oxid – Semiconductor), thöôøng söû duïng nhö nhöõng chuyeån
maïch ñieän töû coù coâng suaát lôùn. Khaùc vôùi transistor löôõng cöïc ñöôïc ñieàu khieån
baèng doøng ñieän, transistor Mos ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän aùp. Transistor Mos
goàm caùc cöïc chính: cöïc maùng (drain), nguoàn (source) vaø cöûa (gate). Doøng ñieän
maùng - nguoàn ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän aùp cöûa – nguoàn.
Ñieän •
= 9V Maùng
trôû
Doøng haèng = 7,5V
ñieän soá = 6V
maùng Cöûa
= 4,5V • •
= 3V
• Nguoàn
Ñieän aùp maùng – nguoàn
(a) (b)
Hình 1. 10 Transistor Mos coâng suaát:
a). Hoï ñaëc tính ra.
b). Kyù hieäu thoâng thöôøng keânh N.
Transistor Mos laø loaïi duïng cuï chuyeån maïch nhanh. Vôùi ñieän aùp 100V toån
hao daãn ôû chuùng lôùn hôn ôû transistor löôõng cöïc vaø tiristor, nhöng toån hao chuyeån
maïch nhoû hôn nhieàu. Heä soá nhieät ñieän trôû cuûa transistor Mos laø döông. Doøng ñieän
vaø ñieän aùp cho pheùp cuûa transistor Mos nhoû hôn cuûa transistor löôõng cöïc vaø
tiristor.
III. TIRISTOR:
III. 1 Caáu taïo:
Tiristor laø linh kieän goàm 4 lôùp baùn daãn PNPN lieân tieáp taïo neân anoát, katoát
vaø cöïc ñieàu khieån.
A
A
P1
J1
N1
J2
G P2
G
N2 J3
K
K
(a) (b)
Hình 1. 11
a). Caáu taïo cuûa tiristor.
b). Kyù hieäu cuûa tiristor.
Trong ñoù:
- A: anoát.
- K: katoát.
- G: cöïc ñieàu khieån.
- J1, J2, J3: caùc maët gheùp.
Tiristor goàm 1 ñóa Silic töø ñôn theå loaïi N, treân lôùp ñeäm loaïi baùn daãn P coù
cöïc ñieàu khieån baèng daây nhoâm, caùc lôùp chuyeån tieáp ñöôïc taïo neân baèng kyõ thuaät
bay hôi cuûa Gali. Lôùp tieáp xuùc giöõa anoát vaø katoát laø baèng ñóa moâlipñen hay
tungsen coù heä soá noùng chaûy gaàn baèng vôùi Gali. Caáu taïo daïng ñóa kim loaïi ñeå deã
daøng taûn nhieät.
III. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ñaët tiristor döôùi ñieän aùp moät chieàu, anoát noái vaøo cöïc döông, katoát noái vaøo
cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän aùp, J1, J3 phaân cöïc thuaän, J2 phaân cöïc ngöôïc. Gaàn nhö
toaøn boä ñieän aùp nguoàn ñaët treân maët gheùp J2. Ñieän tröôøng noäi taïi Ei cuûa J2 coù chieàu
töø N1 höôùng veà P2. Ñieän tröôøng ngoaøi taùc ñoäng cuøng chieàu vôùi Ei vuøng chuyeån
tieáp cuõng laø vuøng caùch ñieän caøng môû roäng ra khoâng coù doøng ñieän chaïy qua tiristor
maëc duø noù bò ñaët döôùi ñieän aùp.
I
IH
UZ
U
0 Uch
Hình 1. 12 Ñaëc tính volt-ampe cuûa tiristor.
* Môû tiristor:
Cho moät xung ñieän aùp döông Ug taùc ñoäng vaøo cöïc G ( döông so vôùi K ),
caùc ñieän töû töø N2 sang P2. Ñeán ñaây, moät soá ít ñieän töû chaûy vaøo cöïc G vaø hình
thaønh doøng ñieàu khieån Ig chaïy theo maïch G - J3 - K - G coøn phaàn lôùn ñieän töû chòu
söùc huùt cuûa ñieän tröôøng toång hôïp cuûa maët gheùp J2 lao vaøo vuøng chuyeån tieáp naøy,
taêng toác, ñoäng naêng lôùn beû gaûy caùc lieân keát nguyeân töû Silic, taïo neân ñieän töû töï do
môùi. Soá ñieän töû môùi ñöôïc giaûi phoùng tham gia baén phaù caùc nguyeân töû Silic trong
vuøng keá tieáp. Keát quaû cuûa phaûn öùng daây chuyeàn laøm xuaát hieän nhieàu ñieän töû chaïy
vaøo N1 qua P1 vaø ñeán cöïc döông cuûa nguoàn ñieän ngoaøi, gaây neân hieän töôïng daãn
ñieän aøo aït, J2 trôû thaønh maët gheùp daãn ñieän, baét ñaàu töø moät ñieåm ôû xung quanh cöïc
G roài phaùt trieån ra toaøn boä maët gheùp.
Ñieän trôû thuaän cuûa tiristor khoaûng 100KΩ khi coøn ôû traïng thaùi khoùa, trôû
thaønh 0,01Ω khi tiristor môû cho doøng chaïy qua.
Tiristor khoùa + UAK > 1V hoaëc Ig > Igst thì tiristor seõ môû. Trong ñoù Igst laø
doøng ñieàu khieån ñöôïc tra ôû soå tay tra cöùu tiristor.
ton: Thôøi gian môû laø thôøi gian caàn thieát ñeå thieát laäp doøng ñieän chaïy trong
tiristor, tính töø thôøi ñieåm phoùng doøng Ig vaøo cöïc ñieàu khieån. Thôøi gian môû tiristor
keùo daøi khoaûng 10µs.
* Khoùa tiristor: Coù 2 caùch:
- Laøm giaûm doøng ñieän laøm vieäc I xuoáng döôùi giaù trò doøng duy trì IH (
Holding Current ).
- Ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân tiristor. Khi ñaët ñieän aùp ngöôïc leân
tiristor: UAK < 0, J1 vaø J3 bò phaân cöïc ngöôïc, J2 phaân cöïc thuaän, ñieän töû ñaûo chieàu
haønh trình taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaûy töø katoát veà anoát, veà cöïc aâm cuûa nguoàn
ñieän ngoaøi.
Tiristor môû + UAK < 0 → tiristor khoùa.
Thôøi gian khoùa toff: Thôøi gian töø khi baét ñaàu xuaát hieän doøng ñieän ngöôïc
( t0 ) ñeán doøng ñieän ngöôïc baèng 0 ( t2 ), toff keùo daøi khoaûng vaøi chuïc µs.
* Xeùt söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa:
I
t0 t1 t2
t
Hình 1. 13 Söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa.
Töø t0 ñeán t1 doøng ñieän ngöôïc lôùn, sau ñoù J1, J3 trôû neân caùch ñieän. Do hieän
töôïng khueách taùn moät ít ñieän töû giöõa hai maët J1 vaø J3 ít daàn ñi ñeán heát. J2 khoâi
phuïc tính chaát cuûa maët gheùp ñieàu khieån.
III. 3 ÖÙng duïng:
Tiristor ñöôïc söû duïng trong caùc boä nguoàn ñaëc bieät: trong maïch chænh löu,
boä baêm vaø trong boä bieán taàn tröïc tieáp hoaëc caùc boä bieán taàn coù khaâu trung gian
moät chieàu.
- ÖÙng duïng tiristor trong maïch ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô.
- Chuyeån maïch tónh.
- Khoáng cheá pha.
- Naïp aécqui.
- Khoáng cheá nhieät ñoä.
IV. TRIAC:
IV. 1 Caáu taïo:
Triac laø thieát bò baùn daãn ba cöïc, boán lôùp coù ñöôøng ñaëc tính volt-ampe ñoái
xöùng, nhaän goùc môû α cho caû hai chieàu. Triac ñöôïc cheá taïo ñeå laøm vieäc trong
maïch ñieän xoay chieàu, coù taùc duïng nhö 2 SCR ñaáu song song ngöôïc.
T2
N
P
N
P T2
N N
G
G T1 T1
(a) (b)
Hình 1. 14
a). Caáu taïo cuûa triac.
b). Kyù hieäu cuûa triac.
Triac ñöôïc cheá taïo treân cuøng moät ñôn tinh theå goàm hai cöïc vaø chæ coù moät
cöïc ñieàu khieån.
IV. 2 Nguyeân lyù laøm vieäc:
T1 laø cöïc gaàn vôùi cöïc ñieàu khieån G.
I ( I ) : T1 döông
Traïng thaùi daãn
Ig2 > Ig1
Ig = 0 : Traïng thaùi
0 ù
- Ut Ut
UB2 UB1 UB0
( III ) : T2
aâm
-
I
Hình 1. 15 Ñaëc tính volt-ampe cuûa triac.
ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ): UT2 > UT1 coøn ( III ) thì ngöôïc laïi.
Ñieän aùp UB0 laø giaù trò ñieän aùp môû ñöa triac töø traïng thaùi bò khoùa sang daãn
khi khoâng coù doøng ñieàu khieån, Ig = 0. Khi coù doøng ñieàu khieån Ig triac seõ môû vôùi
ñieän aùp ñaët vaøo nhoû hôn.
Triac chæ bò khoùa khi Ig = 0 vaø ñieän aùp ñaët vaøo nhoû hôn ngöôõng UB vaø môû
theo chieàu naøy hoaëc chieàu khaùc tuøy theo cöïc tính cuûa doøng ñieän ñieàu khieån.
* Coù 4 caùch ñeå môû triac:
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ):
Caùch I+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch I-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù ba ( III ):
Caùch III+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch III-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- Triac coù öu ñieåm laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn nhöng coâng suaát
giôùi haïn nhoû hôn tiristor.
IV. 3 ÖÙng duïng:
Triac duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu, trong maïch chænh löu.
Ngoaøi ra, triac coøn duøng ñeå ñieàu chænh aùnh saùng ñieän, nhieät ñoä loø.
Chöông II
NGHIEÂN CÖÙU VAØ TRÌNH BAØY
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ MOÄT
CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
I. KHAÙI NIEÄM CHUNG:
I. 1 Ñònh nghóa:
Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô laø duøng caùc bieän phaùp nhaân taïo ñeå thay ñoåi caùc
thoâng soá nguoàn nhö ñieän aùp hay caùc thoâng soá maïch nhö ñieän trôû phuï, thay ñoåi töø
thoâng… Töø ñoù taïo ra caùc ñaëc tính cô môùi ñeå coù nhöõng toác ñoä laøm vieäc môùi phuø
hôïp vôùi yeâu caàu. Coù hai phöông phaùp ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô:
- Bieán ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä phaän cô khí töùc laø bieán ñoåi tyû soá truyeàn
chuyeån tieáp töø truïc ñoäng cô ñeán cô caáu maùy saûn suaát.
- Bieán ñoåi toác ñoä goùc cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông phaùp naøy laøm giaûm tính
phöùc taïp cuûa cô caáu vaø caûi thieän ñöôïc ñaëc tính ñieàu chænh. Vì vaäy, ta khaûo saùt söï
ñieàu chænh toác ñoä theo phöông phaùp thöù hai.
Ngoaøi ra caàn phaân bieät ñieàu chænh toác ñoä vôùi söï töï ñoäng thay ñoåi toác ñoä khi
phuï taûi thay ñoåi cuûa ñoäng cô ñieän.
Veà phöông dieän ñieàu chænh toác ñoä, ñoäng cô ñieän moät chieàu coù nhieàu öu
vieät hôn so vôùi caùc loaïi ñoäng cô khaùc. Khoâng nhöõng noù coù khaû naêng ñieàu chænh
toác ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñoäng löïc, maïch ñieàu khieån ñôn giaûn hôn, ñoàng
thôøi laïi ñaït chaát löôïng ñieàu chænh cao trong daõy ñieàu chænh toác ñoä roäng.
I. 2 Caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeå ñaùnh giaù heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä:
Khi ñieàu chænh toác ñoä cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän ta caàn chuù yù vaø caên
cöù vaøo caùc chæ tieâu sau ñaây ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän:
I. 2. a Höôùng ñieàu chænh toác ñoä:
Höôùng ñieàu chænh toác ñoä laø ta coù theå ñieàu chænh ñeå coù ñöôïc toác ñoä lôùn hôn
hay beù hôn so vôùi toác ñoä cô baûn laø toác ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän treân ñöôøng
ñaëc tính cô töï nhieân.
I. 2. b Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä (Daõy ñieàu chænh):
Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä D laø tæ soá giöõa toác ñoä lôùn nhaát nmax vaø toác ñoä beù
nhaát nmin maø ngöôøi ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc taïi giaù trò phuï taûi laø ñònh möùc: D =
nmax/nmin.
Trong ñoù:
- nmax: Ñöôïc giôùi haïn bôûi ñoä beàn cô hoïc.
- nmin: Ñöôïc giôùi haïn bôûi phaïm vi cho pheùp cuûa ñoäng cô,
thoâng thöôøng ngöôøi ta choïn nmin laøm ñôn vò.
Phaïm vi ñieàu chænh caøng lôùn thì caøng toát vaø phuï thuoäc vaøo yeâu caàu
cuûa töøng heä thoáng, khaû naêng töøng phöông phaùp ñieàu chænh.
I. 2. c Ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô khi ñieàu chænh toác ñoä:
Ñoä cöùng: β = ∆M/∆n. Khi β caøng lôùn töùc ∆M caøng lôùn vaø ∆n nhoû
nghóa laø ñoä oån ñònh toác ñoä caøng lôùn khi phuï taûi thay ñoåi nhieàu. Phöông phaùp ñieàu
chænh toác ñoä toát nhaát laø phöông phaùp maø giöõ nguyeân hoaëc naâng cao ñoä cöùng cuûa
ñöôøng ñaëc tính cô. Hay noùi caùch khaùc β caøng lôùn thì caøng toát.
I. 2. d Ñoä baèng phaúng hay ñoä lieân tuïc trong ñieàu chænh toác ñoä:
Trong phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä, coù nhieàu caáp toác ñoä. Ñoä lieân tuïc
khi ñieàu chænh toác ñoä γ ñöôïc ñaùnh giaù baèng tæ soá giöõa hai caáp toác ñoä keà nhau:
γ = ni/ni+1
Trong ñoù:
- ni: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù i.
- ni + 1: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù ( i + 1 ).
Vôùi ni vaø ni + 1 ñeàu laáy taïi moät giaù trò moment naøo ñoù.
γ tieán caøng gaàn 1 caøng toát, phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä caøng lieân
tuïc. Luùc naøy hai caáp toác ñoä baèng nhau, khoâng coù nhaûy caáp hay coøn goïi laø ñieàu
chænh toác ñoä voâ caáp.
γ ≠ 1 : Heä thoáng ñieàu chænh coù caáp.
I. 2. e Toån thaát naêng löôïng khi ñieàu chænh toác ñoä:
Heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän coù chaát löôïng cao laø moät heä thoáng coù
hieäu suaát laøm vieäc cuûa ñoäng cô η laø cao nhaát khi toån hao naêng löôïng ∆Pphuï ôû
möùc thaáp nhaát.
I. 2. f Tính kinh teá cuûa heä thoáng khi ñieàu chænh toác ñoä:
Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä truyeàn ñoäng ñieän coù tính kinh teá cao
nhaát laø moät heä thoáng ñieàu chænh phaûi thoûa maõn toái ña caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuûa
heä thoáng. Ñoàng thôøi heä thoáng phaûi coù giaù thaønh thaáp nhaát, chi phí baûo quaûn vaän
haønh thaáp nhaát, söû duïng thieát bò phoå thoâng nhaát vaø caùc thieát bò maùy moùc coù theå
laép raùp laãn cho nhau.
II. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑIEÄN AÙP ÑAËT
VAØO PHAÀN ÖÙNG ÑOÄNG CÔ:
Ñoái vôùi caùc maùy ñieän moät chieàu, khi giöõ töø thoâng khoâng ñoåi vaø ñieàu chænh
ñieän aùp treân maïch phaàn öùng thì doøng ñieän, moment seõ khoâng thay ñoåi. Ñeå traùnh
nhöõng bieán ñoäng lôùn veà gia toác vaø löïc ñoäng trong heä ñieàu chænh neân phöông
phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp treân maïch phaàn öùng thöôøng
ñöôïc aùp duïng cho ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
Ñeå ñieàu chænh ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô, ta duøng caùc boä nguoàn
ñieàu aùp nhö: maùy phaùt ñieän moät chieàu, caùc boä bieán ñoåi van hoaëc khueách ñaïi töø…
Caùc boä bieán ñoåi treân duøng ñeå bieán doøng xoay chieàu cuûa löôùi ñieän thaønh doøng
moät chieàu vaø ñieàu chænh giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa noù cho phuø hôïp theo yeâu caàu.
Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp:
U Ru + R f
n = − M
K EΦ KEKMΦ2
Ta coù toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: n0 = Uñm/KEΦñm.Vaø ñoä cöùng cuûa ñöôøng
ñaëc tính cô:
dM K K Φ2
β = = − E M
dn Ru + R f
Khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô thì toác ñoä khoâng taûi lyù
töôûng seõ thay ñoåi nhöng ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô thì khoâng thay ñoåi.
Nhö vaäy, khi ta thay ñoåi ñieän aùp thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô khoâng
thay ñoåi. Hoï ñaëc tính cô laø nhöõng ñöôøng thaúng song song vôùi ñöôøng ñaëc tính cô
töï nhieân: n
n0
ncb TN ( Uñm )
n1 Uñm > U1 > U2 > U3
n2 U1
ncb > n1 > n2 > n3
n3 U2
U3
M
MC
Hình 2. 1 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng thöïc
chaát laø giaûm aùp vaø cho ra nhöõng toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn ncb. Ñoàng thôøi
ñieàu chænh nhaûy caáp hay lieân tuïc tuøy thuoäc vaøo boä nguoàn coù ñieän aùp thay ñoåi
moät caùch lieân tuïc vaø ngöôïc laïi.
Theo lyù thuyeát thì phaïm vi ñieàu chænh D = ∞. Nhöng trong thöïc teá ñoäng cô
ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp neáu khoâng coù bieän phaùp ñaëc bieät chæ laøm vieäc ôû
phaïm vi cho pheùp: Umincp = Uñm/10, nghóa laø phaïm vi ñieàu chænh:
D = ncb/nmin = 10/1. Neáu ñieän aùp phaàn öùng U < Umincp thì do phaûn öùng phaàn öùng
seõ laøm cho toác ñoä ñoäng cô khoâng oån ñònh.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët
vaøo phaàn öùng ñoäng cô seõ giöõ nguyeân ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô neân ñöôïc
duøng nhieàu trong maùy caét kim loaïi vaø cho nhöõng toác ñoä nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm: Ñaây laø phöông phaùp ñieàu chænh trieät ñeå, voâ caáp coù nghóa laø coù
theå ñieàu chænh toác ñoä trong baát kyø vuøng taûi naøo keå caû khi ôû khoâng taûi lyù töôûng.
* Nhöôïc ñieåm: Phaûi caàn coù boä nguoàn coù ñieän aùp thay ñoåi ñöôïc neân voán ñaàu
tö cô baûn vaø chi phí vaän haønh cao.
III. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI TÖØ THOÂNG:
+ • U • -
Iö
Ñ
•
CKÑ
+ •
UKT • -
Hình 2. 2 Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng.
Ñieàu chænh töø thoâng kích thích cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu laø ñieàu chænh
moment ñieän töø cuûa ñoäng cô M = KMφIö vaø söùc ñieän ñoäng quay cuûa ñoäng cô
Eö = KEφn. Thoâng thöôøng, khi thay ñoåi töø thoâng thì ñieän aùp phaàn öùng ñöôïc giöõ
nguyeân giaù trò ñònh möùc.
Ñoái vôùi caùc maùy ñieän nhoû vaø ñoâi khi caû caùc maùy ñieän coâng suaát trung bình,
ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc bieán trôû ñaët trong maïch kích töø ñeå thay ñoåi töø thoâng
do toån hao coâng suaát nhoû. Ñoái vôùi caùc maùy ñieän coâng suaát lôùn thì duøng caùc boä
bieán ñoåi ñaëc bieät nhö: maùy phaùt, khueách ñaïi maùy ñieän, khueách ñaïi töø, boä bieán ñoåi
van…
Thöïc chaát cuûa phöông phaùp naøy laø giaûm töø thoâng. Neáu taêng töø thoâng thì
doøng ñieän kích töø IKT seõ taêng daàn ñeán khi hö cuoän daây kích töø. Do ñoù, ñeå ñieàu
chænh toác ñoä chæ coù theå giaûm doøng kích töø töùc laø giaûm nhoû töø thoâng so vôùi ñònh
möùc. Ta thaáy luùc naøy toác ñoä taêng leân khi töø thoâng giaûm: n = U/KEΦ.
Maët khaùc ta coù: Moment ngaén maïch Mn = KMφIn neân khi φ giaûm seõ laøm
cho Mn giaûm theo.
Ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô:
KEKM Φ2
β =−
R
Khi φ giaûm thì ñoä cöùng β cuõng giaûm, ñaëc tính cô seõ doác hôn. Neân ta coù hoï
ñöôøng ñaëc tính cô khi thay ñoåi töø thoâng nhö sau:
n
φñm > φ1 > φ2
Φ1
n ncb < n1 < n2
Φ2
1
Φñm
nc M
0 MC M2 M1 Mn
Hình 2. 3 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi töø thoâng.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng coù theå ñieàu
chænh ñöôïc toác ñoä voâ caáp vaø cho ra nhöõng toác ñoä lôùn hôn toác ñoä cô baûn.
Theo lyù thuyeát thì töø thoâng coù theå giaûm gaàn baèng 0, nghóa laø toác ñoä taêng
ñeán voâ cuøng. Nhöng treân thöïc teá ñoäng cô chæ laøm vieäc vôùi toác ñoä lôùn nhaát:
nmax = 3ncb töùc phaïm vi ñieàu chænh: D = nmax/ncb = 3/1.
Bôûi vì öùng vôùi moãi ñoäng cô ta coù moät toác ñoä lôùn nhaát cho pheùp. Khi ñieàu
chænh toác ñoä tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän cô khí, ñieàu kieän coå goùp ñoäng cô khoâng theå
ñoåi chieàu doøng ñieän vaø chòu ñöôïc hoà quang ñieän. Do ñoù, ñoäng cô khoâng ñöôïc laøm
vieäc quaù toác ñoä cho pheùp.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng coù
theå ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp vaø cho nhöõng toác ñoä lôùn hôn ncb. Phöông phaùp naøy
ñöôïc duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä cho caùc maùy maøi vaïn naêng hoaëc laø maùy baøo
giöôøng. Do quaù trình ñieàu chænh toác ñoä ñöôïc thöïc hieän treân maïch kích töø neân toån
thaát naêng löôïng ít, mang tính kinh teá. Thieát bò ñôn giaûn.
IV. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑIEÄN TRÔÛ PHUÏ
TREÂN MAÏCH PHAÀN ÖÙNG:
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng coù theå ñöôïc duøng cho taát caû ñoäng cô ñieän moät chieàu. Trong phöông
phaùp naøy ñieän trôû phuï ñöôïc maéc noái tieáp vôùi maïch phaàn öùng cuûa ñoäng cô theo sô
ñoà nguyeân lyù nhö sau: + • • -
U
Iö •
Rf
E
•
CKÑ
+ • UKT • -
Hình 2. 4 Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô baèng caùch thay ñoåi
ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp:
Khi thay ñoåi giaù trò ñieän trôû phuï Rf ta nhaän thaáy toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng:
U Ru + R f
n = − M
K EΦ KEKMΦ2
vaø ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô:
U dm K E K M Φ 2 dm
n0 = = const ; β = −
K E Φ dm Ru + R f
seõ thay ñoåi khi giaù trò Rf thay ñoåi. Khi Rf caøng lôùn, β caøng nhoû nghóa laø ñöôøng ñaëc
tính cô caøng doác. ÖÙng vôùi giaù trò Rf = 0 ta coù ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô töï
nhieân ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:
K E K M Φ 2 dm
β TN = −
Ru
Ta nhaän thaáy βTN coù giaù trò lôùn nhaát neân ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân coù ñoä
cöùng lôùn hôn taát caû caùc ñöôøng ñaëc tính cô coù ñoùng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn
öùng. Vaäy khi thay ñoåi giaù trò Rf ta ñöôïc hoï ñaëc tính cô nhö sau:
n
n0
ncb TN 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
n1
Rf1 ncb > n1 > n2 > n3
n2
n3 Rf2
M, I
0 MC Rf3
Hình 2. 5 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
Nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng ñöôïc giaûi thích nhö sau: Giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieäc xaùc laäp vôùi toác
ñoä n1 ta ñoùng theâm Rf vaøo maïch phaàn öùng. Khi ñoù doøng ñieän phaàn öùng Iö ñoät ngoät
giaûm xuoáng, coøn toác ñoä ñoäng cô do quaùn tính neân chöa kòp bieán ñoåi. Doøng Iö giaûm
laøm cho moment ñoäng cô giaûm theo vaø toác ñoä giaûm xuoáng, sau ñoù laøm vieäc xaùc
laäp taïi toác ñoä n2 vôùi n2 > n1.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä naøy chæ coù theå ñieàu chænh toác ñoä n < ncb.
Treân thöïc teá khoâng theå duøng bieán trôû ñeå ñieàu chænh neân phöông phaùp naøy seõ cho
nhöõng toác ñoä nhaûy caáp töùc ñoä baèng phaúng γ xa 1 töùc n1 caùch xa n2, n2 caùch xa n3…
Khi giaù trò nmin caøng tieán gaàn ñeán 0 thì phaïm vi ñieàu chænh:
D = ncb/nmin ≈ ∞.
Trong thöïc teá, Rf caøng lôùn thì toån thaát naêng löôïng phuï taêng. Khi ñoäng cô
laøm vieäc ôû toác ñoä n = ncb/2 thì toån thaát naøy chieám töø 40% ñeán 50%. Cho neân, ñeå
ñaûm baûo tính kinh teá cho heä thoáng ta chæ ñieàu chænh sao cho phaïm vi ñieàu chænh:
D = ( 2 → 3 )/1.
Khi giaù trò Rf caøng lôùn thì toác ñoä ñoäng cô caøng giaûm. Ñoàng thôøi doøng ñieän
ngaén maïch In vaø moment ngaén maïch Mn cuõng giaûm. Do ñoù, phöông phaùp naøy
ñöôïc duøng ñeå haïn cheá doøng ñieän vaø ñieàu chænh toác ñoä döôùi toác ñoä cô baûn. Vaø
tuyeät ñoái khoâng ñöôïc duøng cho caùc ñoäng cô cuûa maùy caét kim loaïi.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï
treân maïch phaàn öùng chæ cho nhöõng toác ñoä nhaûy caáp vaø nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm: Thieát bò thay ñoåi raát ñôn giaûn, thöôøng duøng cho caùc ñoäng cô
cho caàn truïc, thang maùy, maùy naâng, maùy xuùc, maùy caùn theùp.
* Nhöôïc ñieåm: Toác ñoä ñieàu chænh caøng thaáp khi giaù trò ñieän trôû phuï ñoùng
vaøo caøng lôùn, ñaëc tính cô caøng meàm, ñoä cöùng giaûm laøm cho söï oån ñònh toác ñoä khi
phuï taûi thay ñoåi caøng keùm. Toån hao phuï khi ñieàu chænh raát lôùn, toác ñoä caøng thaáp
thì toån hao phuï caøng taêng.
V. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH REÕ MAÏCH PHAÀN ÖÙNG:
Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp khi ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ
maïch phaàn öùng coù sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
+ • U • -
IS Rn
RS
• • •
Iö In
• E
•
CKÑ RKÑ
Hình 2. 6 Sô ñoà nguyeân lyù phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ
maïch phaàn öùng.
Moät heä thoáng khi ñieàu chænh caàn toác ñoä nhoû hôn ncb vaø ñieàu chænh nhaûy
caáp. Heä thoáng coù ñoä cöùng töông ñoái lôùn vaø thieát bò vaän haønh ñôn giaûn thì ngöôøi ta
duøng phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng hay coøn goïi laø phaân maïch.
Theo phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng thì phaàn öùng ñoäng cô noái song song
vôùi ñieän trôû vaø noái noái tieáp vôùi moät ñieän trôû khaùc. Phöông phaùp naøy gioáng vôùi
phöông phaùp thay ñoåi ñieän trôû treân maïch phaàn öùng nhöng ñieän aùp phaàn öùng laïi
khoâng thay ñoåi. Do ñoù, phöông phaùp naøy ñoøi hoûi phaûi:
- Ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô khoâng thay ñoåi.
- Vì doøng kích töø khoâng thay ñoåi neân khi ñieàu chænh toác ñoä, töø thoâng
khoâng ñoåi laøm cho moment phuï taûi cho pheùp ñöôïc giöõ khoâng ñoåi vaø baèng trò soá
ñònh möùc.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô:
RS Rn
Ru +
U RS RS + Rn
n = − M
K EΦ RS + Rn KEKMΦ2
RS Rn
Ru +
RS RS + Rn
n = n0 − M
RS + Rn KEK MΦ2
RS
⇒ n '0 = n 0 < n0
RS + Rn
Töø phöông trình treân, ta nhaän thaáy toác ñoä ñoäng cô nÑ < ncb. Maët khaùc ta coù:
RS
Ru + Rn > Ru + > Ru
RS + Rn
β R = β R < β PM < β TN
f n
Ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô reõ maïch phaàn öùng βPM nhoû hôn ñoä cöùng cuûa
ñaëc tính cô töï nhieân βTN nhöng laïi lôùn hôn ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô coù ñieän trôû phuï
βRf vôùi ñieän trôû phuï chính laø Rn.
Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô trong tröôøng hôïp naøy ta tieán haønh nhö sau:
* Giöõ nguyeân Rn, thay ñoåi giaù trò RS:
- Khi RS = 0: Ñaây laø traïng thaùi haõm ñoäng naêng vôùi toác ñoä haõm ñoäng
naêng nHÑN = 0. U
− Khi: RS = ∞ : I A = dm
Rn
Ta coù hoï ñaëc tính cô nhö
n
n0
TN
RS2 n3 RS1 < RS2
RS1 n1 < n2
n2
n1 IA
I
MC • RS = 0
RS = ∞
Hình 2. 7 Hoï ñaëc tính cô khi Rn = const, RS thay ñoåi.
Nhö vaäy, khi giöõ nguyeân Rn, thay ñoåi giaù trò RS thì vuøng ñieàu chænh toác ñoä
bò haïn cheá vaø modun ñoä lôùn ñaëc tính cô taêng daàn khi toác ñoä giaûm.
* Giöõ nguyeân RS, thay ñoåi giaù trò Rn:
- Khi Rn = 0: RS khoâng aûnh höôûng ñeán ñöôøng ñaëc tính cô. Luùc naøy ta
xem RS nhö laø taûi noái song song vôùi ñoäng cô. Ta coù ñöôïc ñöôøng ñaëc tính cô töï
nhieân.
- Khi Rn = ∞: Ñoäng cô ñieän bò hôû maïch neân khoâng coù ñieän aùp rôi
treân phaàn öùng ñoäng cô. Ñaây laø traïng thaùi haõm ñoäng naêng vôùi RHÑN = RS. Ta coù :
IB = Uñm/RS. Ta coù hoï ñaëc tính cô nhö sau:
n
n0
nc TN ( RN = 0 )
n1 Rn1 0 < Rn1 < Rn2 < Rn =
∞
n2 Rn2
I
IB MC
Rn = 0
Hình 2.8 Hoï ñaëc tính cô khi RS = const, Rn thay
å
Vaäy, khi giöõ nguyeân RS vaø thay ñoåi Rn thì phaïm vi ñieàu chænh khoâng bò haïn
cheá nhö tröôøng hôïp treân. Nhöng khi toác ñoä giaûm xuoáng thì ñoä cöùng ñöôøng ñaëc
tính cô laïi bò giaûm xuoáng.
* Ngoaøi ra coøn coù phöông phaùp thay ñoåi ñoàng thôøi giaù trò cuûa RS vaø Rn:
Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong thöïc teá.
So vôùi phöông phaùp ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng ta nhaän thaáy: Khi toác ñoä vaø moment ñoäng cô nhö nhau nghóa laø khi
coâng suaát cô nhö nhau doøng ñieän nhaän töø löôùi trong sô ñoà reõ maïch phaàn öùng luoân
luoân lôùn hôn trong sô ñoà ñieàu chænh baèng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng moät
löôïng baèng doøng ñieän chaïy qua RS.
Phöông phaùp naøy chæ duøng cho caàn truïc, caàu truïc, thang maùy, maùy caùn
theùp. Ñoàng thôøi tuyeät ñoái khoâng duøng cho maùy caét kim loaïi.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng thì
ñieàu chænh toác ñoä nhaûy caáp vaø cho nhöõng toác ñoä nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm:
- Vôùi cuøng moät toác ñoä yeâu caàu thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô
phaân maïch coù ñoä cöùng lôùn hôn ñaëc tính cô duøng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
- Thieát bò vaän haønh ñôn giaûn.
* Nhöôïc ñieåm:
- Phöông phaùp naøy duøng tieáp ñieåm ñeå ñoùng caét ñieän trôû neân ñoä tinh
chænh khoâng cao, ñieàu chænh toác ñoä coù caáp, phaïm vi ñieàu chænh: D = ( 2 → 3 )/1.
- Do toån thaát coâng suaát trong sô ñoà naøy khaù lôùn neân phaïm vi öùng
duïng bò haïn cheá. Phöông phaùp naøy chæ aùp duïng cho ñoäng cô coù coâng suaát nhoû,
thôøi gian laøm vieäc ngaén vôùi toác ñoä thaáp.
VI. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG HEÄ THOÁNG MAÙY PHAÙT - ÑOÄNG CÔ
( F - Ñ ):
VI. 1 Sô ñoà nguyeân lyù:
Vôùi nhöõng heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp, phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä
töông ñoái roäng. Caàn nhöõng toác ñoä lôùn hôn hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô baûn vaø
caàn ñieàu chænh lieân tuïc nhö truyeàn ñoäng chính cuûa moät soá maùy baøo giöôøng coù
naêng suaát thaáp, truyeàn ñoäng quay truïc caùn theùp coù coâng suaát trung bình vaø nhoû,
truyeàn ñoäng ñuùc oáng trong phöông phaùp ñuùc lieân tuïc… thì ngöôøi ta duøng heä thoáng
F - Ñ coù sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
U1; f1
• • •
Iö
Pñ∼ PñmC
CD
• + n
CKK K F UÑ Ñ
RKK Pcô1 Pcô2
- ÑSC CCSX
CKÑ
• • IKF CKF
IKÑ
RKF
UK RKÑ
• • 2 •
CD 1
•
•
Hình 2. 9 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng maùy phaùt – ñoäng cô.
Trong ñoù:
- ÑSC: Ñoäng cô sô caáp, cung caáp ñoäng löïc cho toaøn heä thoáng. Nhaän
coâng suaát ñieän xoay chieàu, bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng keùo maùy phaùt F vaø
maùy phaùt kích thích K. ÑSC coù theå laø ñoäng cô noå, ñoäng cô ñieän tuøy thuoäc vaøo chæ
tieâu kyõ thuaät cuûa heä thoáng.
- F: Maùy phaùt moät chieàu kích thích ñoäc laäp, cung caáp tröïc tieáp
nguoàn moät chieàu cho phaàn öùng ñoäng cô.
- Ñ: Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp keùo cô caáu saûn xuaát (
CCSX ), laø ñoái töôïng caàn ñieàu chænh toác ñoä trong phaïm vi töông ñoái nhoû.
- K: Maùy phaùt kích thích, thöïc chaát laø maùy phaùt ñieän moät chieàu ñaëc
bieät coù töø dö lôùn neân coù khaû naêng töï kích. Phaùt ra ñieän moät chieàu UK cung caáp
cho maïch kích thích maùy phaùt CKF vaø kích thích cuûa ñoäng cô CKÑ.
VI. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ñeå khôûi ñoäng heä thoáng F - Ñ ta tieán haønh caùc böôùc nhö sau:
- Môû taát caû caùc caàu dao CD1, CD2.
- Ñieàu chænh bieán trôû ôû maïch kích thích cuûa ñoäng cô RKÑ ôû trò soá cöïc
tieåu sao cho ΦÑmax vaø ñieàu chænh bieán trôû ôû maïch kích thích cuûa maùy phaùt RKF ôû
trò soá cöïc ñaïi sao cho ΦFmin.
- Ñoùng caàu dao CD1 ( luùc naøy CD2 vaãn hôû ) khôûi ñoäng ñoäng cô ÑSC.
Ñoäng cô ÑSC seõ quay vaø ñôïi cho toác ñoä oån ñònh. ÑSC quay laøm cho maùy phaùt F
vaø maùy phaùt kích thích K quay.
- Ñoùng caàu dao CD2 ñeå choïn chieàu quay cho ñoäng cô laø thuaän hay
ngöôïc. Luùc naøy coù ΦF nhöng raát beù seõ laøm cho EF beù neân UÑ = EF – IöRöF beù.
Ñoäng cô seõ khôûi ñoäng vaø quay vôùi toác ñoä thaáp.
- Ñeå taêng daàn ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô, ta ñieàu chænh bieán trôû RKF
giaûm daàn veà trò soá cöïc tieåu ( taêng doøng kích töø cuûa maùy phaùt ), do ñoù, doøng Iö taêng
daàn, ñoäng cô taêng toác ñoä cho ñeán khi ñaït ñeán ncb. Quaù trình khôûi ñoäng ñeán ñaây laø
chaám döùt.
- Ñeå ngöøng truyeàn ñoäng ta ñieàu chænh RKF taêng daàn ñeå giaûm doøng
kích thích cuûa maùy phaùt laøm cho ñieän aùp phaùt ra cuûa maùy phaùt UF giaûm. Do ñoù,
toác ñoä cuûa ñoäng cô giaûm xuoáng vaø ngöøng haún vaøo luùc UF = 0. Sau ñoù môû caàu dao
CD2 döøng ñoäng cô ÑSC.
Muoán thay ñoåi chieàu quay cuûa ñoäng cô ta gaït caàu dao CD2 sang vò trí 2.
Vôùi heä thoáng F - Ñ ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng nhö sau:
* Ñeå cho nÑ < ncb: Ñieàu chænh bieán trôû RKF cuûa maùy phaùt ñaït giaù trò
cöïc ñaïi ñeå giaûm doøng kích töø cuûa maùy phaùt laøm cho UF giaûm, toác ñoä ñoäng cô
giaûm xuoáng ñaït nÑ < ncb.
Goïi DUÑ: Phaïm vi ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng
ñoäng cô. Ta coù: DUÑ = ncb/nmin = 10/1.
* Ñeå cho nÑ > ncb : Ta giöõ UF ôû trò soá ñònh möùc vaø ñieàu chænh bieán
trôû RKÑ ñaït giaù trò cöïc ñaïi ñeå giaûm töø thoâng kích thích cuûa ñoäng cô. Luùc naøy toác
ñoä cuûa ñoäng cô taêng leân ñaït nÑ > ncb.
Goïi DΦÑ: Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng cuûa ñoäng
cô. Ta coù: DΦÑ = nmax/ncb = 3/1.
Keát hôïp hai phöông phaùp ñieàu chænh laø giaûm ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng
ñoäng cô UÑ vaø giaûm töø thoâng ΦÑ ta ñöôïc phaïm vi ñieàu chænh chung:
D = DUÑDΦÑ = nmax/nmin = 30/1.
VI. 3 Thaønh laäp phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng F - Ñ:
Phöông trình ñaëc tính cô toång quaùt:
U R
n= − Iu
KEΦ KEΦ
U R uD
⇒ n = − Iu
K EΦ D K EΦ D
EF R uD + R uF
n = − M
K EΦ D K EK M Φ 2D
Phöông trình caân baèng söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt: UÑ = EF – IöRöF
Thay vaøo phöông trình ñaëc tính cô ta ñöôïc:
E R uD + R uF
n = F
− Iu
K E Φ D K EΦ D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính toác ñoä cuûa heä thoáng.
Thay Iö = M / KMΦÑ vaøo phöông trình ñaëc tính toác ñoä ta ñöôïc phöông trình
ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng F - Ñ nhö sau:
EF R + RuF
nD = − uD M
KEΦD KE KM Φ2D
Töø phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng ta nhaän thaáy: ÖÙng vôùi moãi
höôùng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khaùc nhau ( lôùn hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô
baûn ) ta seõ coù nhöõng hoï ñaëc tính ñieàu chænh khaùc nhau nhö ñaõ trình baøy ôû treân.
n
n’3 Φ3
RKÑ ↑ n’2
Φ2 ΦÑ ↓
n’1
Φ1
nc
Uñm, Φñm
n1
RKF ↑ n2 U1 UÑ ↓
U2 M
0 MC
Hình 2. 10 Hoï ñaëc tính cô ñieàu chænh trong heä thoáng F - Ñ.
VI. 4 Ñaùnh giaù heä thoáng F - Ñ:
VI. 4. a Öu ñieåm:
- Heä thoáng naøy coù theå ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp, phaïm vi ñieàu chænh
roäng: D = ( 10 → 30 )/1 bôûi vì quaù trình ñieàu chænh ñöôïc thöïc hieän baèng maïch
kích thích cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô. Coù theå duøng phöông phaùp bieán trôû.
- Heä thoáng coù söï chuyeån ñoåi traïng thaùi laøm vieäc raát linh hoaït, khaû
naêng quaù taûi lôùn neân thöôøng ñöôïc söû duïng ôû caùc maùy khai thaùc trong coâng nghieäp
nhoû.
VI. 4. b Nhöôïc ñieåm:
- Duøng 4 maùy ñeå quay neân khi laøm vieäc seõ gaây tieáng oàn lôùn, chieám
nhieàu dieän tích ñeå ñaët maùy. Ñoàng thôøi toång coâng suaát ñaët vaøo heä thoáng F - Ñ quaù
lôùn: Gaáp 3 laàn so vôùi yeâu caàu neân voán ñaàu tö lôùn.
- Hieäu suaát hoaït ñoäng cuûa heä thoáng töông ñoái thaáp:
η = Pcô2/Pñ∼ < 0,75
- Ñaëc tính cô doác neân khi coù dao ñoäng ôû phuï taûi thì theå hieän roõ hôn
nöõa.
- Ngoaøi ra, do caùc maùy phaùt moät chieàu coù töø dö, ñaëc tính töø hoùa coù
treå neân khoù ñieàu chænh saâu toác ñoä.
VI. 4. c Nhaän xeùt:
Vôùi heä thoáng F - Ñ voøng hôû nhö treân, ta khoâng theå thöïc hieän vieäc oån
ñònh toác ñoä ñoäng cô laø nhieäm vuï caàn thieát ñoái vôùi caùc heä thoáng truyeàn ñoäng nhaèm
naâng cao chaát löôïng saûn phaåm ñöôïc gia coâng treân maùy, naâng cao chaát löôïng kyõ
thuaät cuûa moät qui trình coâng ngheä maø maùy saûn xuaát tham gia hoaëc naâng cao naêng
suaát cuûa maùy.
Ñeå thöïc hieän nhieäm vuï ñoù, ta thöôøng duøng caùc heä thoáng F-Ñ coù
khueách ñaïi maùy ñieän duøng phaûn hoài voøng kín. Trong caùc heä thoáng naøy, caùc boä
khueách ñaïi maùy ñieän seõ sö ûduïng caùc lieân heä phaûn hoài, nghóa laø ñöa moät tín hieäu
ñaàu ra cuûa heä thoáng quay trôû laïi ñaàu vaøo cuûa noù. Tín hieäu ñaàu ra coù theå laø ñieän
aùp, doøng ñieän trong maïch chính hoaëc toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. Tín hieäu ñaàu vaøo
laø söùc töø ñoäng cuûa khueách ñaïi maùy ñieän. Caùc khueách ñaïi maùy ñieän thöôøng duøng
hieän nay laø maùy kích töø nhieàu cuoän daây ñieàu chænh ñöôïc, khueách ñaïi maùy ñieän töï
kích vaø khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc.
VII. HEÄ THOÁNG KHUEÁCH ÑAÏI MAÙY ÑIEÄN – ÑOÄNG CÔ:
VII. 1 Khueách ñaïi maùy ñieän ( KÑMÑ ):
KÑMÑ laø maùy phaùt moät chieàu ñaëc bieät. Coù 2 loaïi KÑMÑ:
- KÑMÑ töï kích.
- KÑMÑ töø tröôøng giao truïc.
VII. 1. a Khueách ñaïi maùy ñieän töï kích:
Laø loaïi maùy phaùt ñieän moät chieàu ñaëc bieät. Maïch töø ñöôïc laøm baèng
theùp kyõ thuaät caùn nguoäi neân coù töø trôû nhoû vaø ñaëc tính töø treã heïp.
Heä thoáng kích töø coù töø 3 ñeán 4 cuoän daây:
- Moät cuoän laøm kích töø ñoäc laäp ( kích töø chính ) ñaët ñieän aùp moät chieàu vaøo
vaø duøng ñeå ñieàu khieån söùc ñieän ñoäng phaùt ra cuûa phaàn öùng maùy ñieän.
- Moät cuoän laøm nhieäm vuï töï kích, laáy ñieän aùp phaùt ra hai ñaàu phaàn öùng
hoaëc doøng ñieän treân maïch phaàn öùng quay trôû laïi töï kích.
- Caùc cuoän coøn laïi duøng ñeå thöïc hieän caùc phaûn hoài trong heä thoáng.
Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích:
* KÑMÑ töï kích theo ñieän aùp ( töï kích song song ):
R1 CK
+ • • • • •
R2
Ung KÑM
UKÑMÑ
ÑTK
F1 F2
- • • • • •
CK CK
Hình 2. 11 Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích song song.
* KÑMÑ töï kích theo doøng ñieän ( töï kích noái tieáp ):
R1 CK IKÑMÑ
+ • • • •
F1
Ung KÑM F2 UKÑMÑ
ÑTK CK
- • • • • •
CK R2
Hình 2. 12 Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích noái tieáp.
Nhôø cuoän töï kích maø ñieän aùp phaùt ra cuûa KÑMÑ ñöôïc naâng cao so
vôùi maùy phaùt thoâng thöôøng. Döïa vaøo ñaëc tính volt-ampe cuûa KÑMÑ ta thaáy:
UñmKÑMÑ = Uñm1 + Uñm2
UKÑMÑ
CK
Uñm2
UñmKÑMÑ CK
Uñm1
IK
Iñm1
Hình 2. 13 Ñaëc tính volt-ampe cuûa heä thoáng KÑMÑ.
Khi coù theâm CK2 thì U taêng leân moät löôïng Uñm2.
Heä soá coâng suaát: KP = Pfö/PKT = UKÑMÑIKÑMÑ/UKIK = haøng traêm/1.
VII. 1 Khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc:
Laø maùy phaùt moät chieàu ñaëc bieät:
- Maïch töø laøm baèng theùp kyõ thuaät ñieän caùn nguoäi, cöïc töø daïng aån.
- Phaàn kích coù töø 3 ñeán 4 cuoän daây:
. Moät cuoän laøm kích thích chính ( kích töø ñoäc laäp ) taïo ra töø tröôøng
chính.
. Moät cuoän laøm nhieäm vuï buø.
. Caùc cuoän coøn laïi duøng ñeå thöïc hieän phaûn hoài trong truyeàn ñoäng.
- Treân coå goùp ñaët hai caëp choåi than coù truïc vuoâng goùc nhau. Trong ñoù, moät
caëp ñöôïc noái taét vôùi nhau coøn moät caëp ñeå laáy ñieän aùp ra.
R1
+ • •
I1
I2
Ung E1 E2 UKÑMÑ
F1 F2
- • •
MFI ; KPI MFII ; KPII
Hình 2. 14 Sô ñoà töông ñöông KÑMÑ töø tröôøng giao truïc.
Ñöùng veà maët khueách ñaïi ta coù theå xem KÑMÑ töø tröôøng giao truïc töông
ñöông vôùi hai maùy phaùt ñieän laøm vieäc keá tieáp nhau vaø coù sô ñoà nguyeân lyù nhö
treân.
Heä soá khueách ñaïi: KP = KPIKPII = UKÑMÑI2/UKIK.
Ñaây laø loaïi maùy ñieän coù heä soá khueách ñaïi cao nhaát, KP coù giaù trò haøng ngaøn
laàn.
VII. 2 Khueách ñaïi maùy ñieän töï kích – ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm toác
ñoä:
VII. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù:
•
ÑSC • U1∼, f1
•
R1 CK1 CK3 CK2 R2
+ • •
n
F3
Ung KÑM
UÑ Ñ FT
ÑTK
F2
- •
F1 • CCSX
+ • • -
CKÑ
R3
•
Hình 2. 15 Sô ñoà nguyeân lyù khueách ñaïi maùy ñieän töï kích – ñoäng cô
duøng phaûn hoài aâm toác ñoä.
Trong ñoù:
- Pñm cuûa ñoäng cô ≤ 5KW.
- CK1: Cuoän kích thích chuû ñaïo ( kích töø ñoäc laäp ), sinh ra söùc töø
ñoäng F1.
- CK2: Cuoän töï kích thích, sinh ra söùc töø ñoäng F2 cuøng chieàu vôùi F1.
- R2: Ñieàu chænh heä soá töï kích. Giaù trò R2 caøng nhoû thì heä soá töø kích
caøng lôùn vaø ngöôïc laïi.
- CK3: Cuoän phaûn hoài aâm toác ñoä ( tín hieäu ñöa veà ñeå khöû F1 ), sinh
ra söùc töø ñoäng F3 ngöôïc chieàu F1.
VII. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ta coù: F3 = I3WCK3
E FT
I3 =
R uFT + R 3 + R CK 3
EFT: Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ño toác ñoä FT. Laø maùy phaùt moät
chieàu ñaëc bieät ñöôïc cheá taïo vôùi maïch töø baûo hoøa raát saâu ñeå töø thoâng naøy phaùt ra
hoaøn toaøn baèng haèng soá neân söùc ñieän ñoäng phaùt ra cuûa maùy phaùt tyû leä baäc nhaát
vôùi toác ñoä. Do ñoù, khi ñoïc söùc ñieän ñoäng ngöôøi ta bieát ñöôïc toác ñoä theo moái quan
heä: EFT = KEφFTnFT = KEφFTn.
Vì maïch töø baõo hoøa saâu neân φFT xem nhö laø haèng soá neân EFT tyû leä
thuaän vôùi nFT.
Töø caùc bieåu thöùc treân, ta nhaän thaáy khi R3 = const thì: F3 ∼ I3 ∼ EFT ∼
n. Vì vaäy F3 ∼ n. Söùc töø ñoäng cuûa KÑMÑ: FT = F1 + F2 + F3.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng:
* Ñeå cho n > ncb: Ta giaûm töø thoâng baèng caùch taêng giaù trò RKÑ.
* Ñeå cho n < ncb: Ta giaûm ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô
UÑ thoâng qua ñieàu chænh giaûm giaù trò R1.
Ngoaøi ra, khi ñieàu chænh R2 ñeå thay ñoåi heä soá töï kích nghóa laø thay
ñoåi ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô. Thöïc chaát quaù trình naøy laø naâng cao ñoä cöùng
cuûa ñöôøng ñaëc tính cô ñeå ñaït ñöôïc toác ñoä cao nhaát khi ñoäng cô ñöôïc môû roäng leân.
Ñoàng thôøi nhôø phaûn hoài aâm toác ñoä maø ñoäng cô coù khaû naêng laøm vieäc vôùi toác ñoä
thaáp hôn ncb/10, nghóa laø coù theå môû roäng theâm toác ñoä thaáp vaø cao neân ta ñöôïc
phaïm vi ñieàu chænh lôùn: D = ( 40 → haøng traêm )/1.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng oån ñònh toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi nhôø
khaâu phaûn hoài aâm toác ñoä: Khi ñoäng cô ñang laøm vieäc vôùi phuï taûi Mc vaø toác ñoä ñaït
yeâu caàu nyc. Vì lyù do naøo ñoù, moment phuï taûi ñaët leân truïc ñoäng cô thay ñoåi, khaùc
nyc thì nhôø quaù trình phaûn hoài aâm toác ñoä heä thoáng seõ töï ñoäng oån ñònh toác ñoä ñaït
nyc. Quaù trình töï ñoäng naøy ñöôïc giaûi thích nhö sau: Giaû söû khi Mc taêng seõ laøm cho
nÑ giaûm < nyc. Maø khi n giaûm → EFT giaûm → I3 giaûm → F3 giaûm → FT = F1 + F2 +
F3 taêng → EKÑMÑ taêng → UÑ taêng → n taêng ñaït ñeán nyc. Vaø khi Mc giaûm thì quaù
trình seõ töï ñoäng xaûy ra theo chieàu ngöôïc laïi ñeå toác ñoä ñoäng cô ñaït nyc.
n
n0
ny
c
TN
M
MC MC1
Hình 2. 16 Ñaëc tính cô cuûa heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töï kích –
ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm toác ñoä.
VII. 2. c Nhaän xeùt:
* Öu ñieåm: Duøng sai soá toác ñoä quay trôû laïi ñieàu khieån heä thoáng ñeå töï
ñoäng oån ñònh toác ñoä ( khaâu phaûn hoài tröïc tieáp ). Vieäc tính toaùn khaâu phaûn hoài aâm
toác ñoä tieán haønh raát ñôn giaûn, tieän lôïi.
* Nhöôïc ñieåm: Duøng maùy phaùt toác ñoä neân giaù thaønh cuûa heä thoáng
cao.
VII. 3 Heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc – ñoäng cô
duøng phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm ñieän aùp:
VII. 3. a Sô ñoà nguyeân lyù:
•
ÑSC • U1∼, f1
•
R1 CK1 CK3 CK2 Iö
+ • •
n
R4
Ung KÑMÑ
TTGT R2 UÑ Ñ
R3
- • F1 F3 F2 • • • CCSX
UfhI + • • -
CKÑ
UfhU
Hình 2. 17 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng
giao truïc – ñoäng cô duøng phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm ñieän aùp.
Trong ñoù:
- CK1: Cuoän kích thích chuû ñaïo, sinh ra söùc töø ñoäng F1.
- CK2: Cuoän phaûn hoài döông doøng ñieän, sinh ra söùc töø ñoäng
F2 cuøng chieàu vôùi F1.
- CK3: Cuoän phaûn hoài aâm ñieän aùp, sinh ra söùc töø ñoäng F3
ngöôïc chieàu vôùi F1.
VII. 3. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ta coù: . F2 = I2WCK2 Vôùi:
U fhI R 2 R CK 2
I2 = ;U fhI = Iu
R CK 2 R 2 + R CK 2
Neáu cho R2 = const thì ta ñöôïc: F2 ∼ I2 ∼ UfhI ∼ Iö ⇒ F2 ∼ Iö.
. F3 = I3WCK3 Vôùi:
U fhU R3
I3 = ;U fhU = UD
RCK3 R3 + R4
Khi giöõ cho R3 = const thì ta ñöôïc: F3 ∼ I3 ∼ UfhU ∼ UÑ ⇒ F3 ∼ UÑ.
Töông töï nhö heä thoáng KÑMÑ töï kích – ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm
toác ñoä, heä thoáng naøy cuõng coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng lôùn hay
nhoû hôn so vôùi ncb.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng môû roäng phaïm vi ñieàu chænh, töï ñoäng oån
ñònh toác ñoä nhôø phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm toác ñoä. Giaû söû: Khi heä
thoáng laøm vieäc vôùi phuï taûi Mc vaø toác ñoä ñaït nyc. Khi Mc taêng → n giaûm nhoû so vôùi
nyc, luùc ñoù heä thoáng seõ: Mc taêng → M taêng ( moment ñoäng cô taêng ñeå caân baèng
vôùi phuï taûi ) → Iö taêng → F2 taêng. Khi Iö taêng → ∆UKÑMÑ = IöRöKÑKÑ taêng → UÑ =
EKÑMÑ – ∆UKÑMÑ giaûm → FT = F1 + F2 + F3 taêng → EKÑMÑ taêng → UÑ taêng → n
seõ taêng ñaït nyc. Khi Mc giaûm thì quaù trình xaûy ra theo chieàu ngöôïc laïi.
VII. 3. c Nhaän xeùt:
* Öu ñieåm: Söû duïng thieát bò ñôn giaûn (chæ duøng caùc ñieän trôû R2, R3,
R4) neân giaù thaønh thaáp.
* Nhöôïc ñieåm: Vieäc tính toaùn thieát keá phoái hôïp giöõa hai khaâu phaûn
hoài naøy ñeå oån ñònh toác ñoä laø khaù phöùc taïp (khaâu phaûn hoài giaùn tieáp).
VII. 3 Nhaän xeùt heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän – ñoäng cô:
VII. 3. a Öu ñieåm:
Ngoaøi nhöõng öu ñieåm cuûa caùc heä thoáng F - Ñ voøng hôû nhö:
- Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä roäng vôùi ñoä chính xaùc vaø tin caäy cao.
- Khôûi ñoäng maùy eâm.
- Coù khaû naêng haõm taùi sinh, traû naêng löôïng laïi cho löôùi ñieän.
- Toån hao naêng löôïng khi ñieàu chænh toác ñoä vaø môû maùy thaáp.
Caùc heä thoáng KÑMÑ – ñoäng cô voøng kín coøn coù nhöõng öu ñieåm:
- Coù khaû naêng töï ñoäng oån ñònh toác ñoä ñoäng cô khi phuï taûi thay ñoåi.
- Coù khaû naêng taêng tính oån ñònh toác ñoä cuûa heä thoáng nhôø khaâu oån
ñònh.
- Coù heä soá khueách ñaïi coâng suaát lôùn.
VII. 4. b Nhöôïc ñieåm:
Heä thoáng KÑMÑ – ñoäng cô coù nhöõng nhöôïc ñieåm töông töï nhö heä
thoáng F - Ñ:
- Duøng nhieàu maùy ñieän vôùi toång coâng suaát laép ñaët lôùn do ñoù ñoøi hoûi
giaù thaønh cao.
- Hieäu suaát hoaït ñoäng thaáp.
- Dieän tích laép ñaët maùy roäng vaø ñoøi hoûi neàn moùng chaéc chaén neân phí
toån vaän haønh lôùn.
- Gaây tieáng oàn lôùn.
VIII. HEÄ THOÁNG KHUEÁCH ÑAÏI TÖØ - ÑOÄNG CÔ:
VIII. 1 Sô ñoà nguyeân lyù:
Khueách ñaïi töø ( KÑT ) hay coøn goïi laø boä bieán ñoåi van töø, laø toå hôïp cuûa
khaùng baõo hoøa vôùi chænh löu khoâng ñieàu khieån.
KÑT ñöôïc duøng ñeå laøm boä ñieàu chænh doøng ñieän vaø ñieän aùp trong caùc heä
thoáng ñieàu khieån, ñieàu chænh vaø kieåm tra töï ñoäng.
Trong caùc maùy naâng vaän chuyeån, KÑT thöôøng ñöôïc duøng laøm maùy kích
thích cho caùc maùy phaùt trong heä thoáng F - Ñ. Ñoái vôùi maùy caét goït kim loaïi, KÑT
thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi chænh löu diode baùn daãn ñeå cung caáp cho phaàn öùng
ñoäng cô moät chieàu vôùi sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
U1∼, f1
• • •
•
BA • •
• + • +
Wñk
Wlv Ñ CKÑ
Uñk
• -
RKÑ
V0
• • • -
(a)
U1∼, f1
• • •
•
BA •
V0 Wlv
•
• +
Wñk
• • •
Uñk
• • •
• -
Ñ
(b)
+ • • -
CKÑ
Hình 2. 18 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng KÑT – ñoäng cô.
a). Tia ba pha.
b). Caàu ba pha.
Trong caùc sô ñoà naøy, maùy bieán aùp BA coù chöùc naêng bieán ñoåi giaù trò ñieän aùp
cho phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa ñoäng cô. Taïo ra soá pha hoaëc ñieåm trung tính cho
phuø hôïp vôùi sô ñoà chænh löu neáu caàn vaø naâng cao heä soá coâng suaát cuûa heä.
Caùc van khoâng ñieàu khieån Vo duøng ñeå bieán ñoåi doøng ñieän xoay chieàu
thaønh moät chieàu vaø taïo ra thaønh phaàn doøng ñieän töï töø hoùa cho KÑT.
Cuoän khaùng baõo hoøa KBH duøng ñeå ñieàu chænh giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa boä
bieán ñoåi.
VIII. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Trong heä thoáng KÑT – ñoäng cô, toác ñoä ñoäng cô ñöôïc ñieàu chænh baèng caùch
thay ñoåi trò soá trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng chænh löu baèng caùch bieán ñoåi doøng
ñieän ñieàu khieån, töùc laø bieán ñoåi möùc ñoä baõo hoøa cuûa maïch töø.
Ñeå ñôn giaûn trong vieäc khaûo saùt nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng naøy, ta
taùch ra moät trong ba pha töø caùc sô ñoà treân vaø giaû thuyeát raèng ñaëc tính töø treã cuûa
loõi theùp coù daïng lyù töôûng.
• • B
u2
+ • +BS
Iñk
Uñk Wñk Rt H
- • B0
V0
-BS
(a) (b)
Hình 2. 19
a). Sô ñoà nguyeân lyù moät pha cuûa boä bieán ñoåi.
b). Daïng ñaëc tính töø treã lyù töôûng cuûa loõi theùp.
Ta coù: u2 = U2msinωt = iRt + XK ( di / dωt )
Trong ñoù: XK coù giaù trò thay ñoåi theo traïng thaùi töø hoùa cuûa loõi theùp. Luùc
ñaàu, loõi theùp ñöôïc töø hoùa coá ñònh nhôø cuoän ñieàu khieån Wñk ñeán moät giaù trò B0 naøo
ñoù trong phaïm vi ( -BS ≤ B0 ≤ +BS ).
* ÔÛ baùn kyø döông cuûa nguoàn u2: doøng ñieän thuaän ñi qua V0 töø hoùa loõi cuoän
khaùng, laøm cho bieân ñoä töø caûm bieán thieân. Luùc naøy, vì loõi theùp chöa baõo hoøa neân
XK raát lôùn, nguoàn chuû yeáu rôi treân cuoän khaùng coøn giaù trò iRt ≈ 0. Ta coù:
u2 = U2msinωt = iRt + XK ( di/dωt ) = NlvωS ( dB / dt )
Vôùi ñieàu kieän ban ñaàu: t = 0, B = B0, giaûi phöông trình naøy ta ñöôïc:
B = B0 + Bm ( 1 - cosωt )
Trong ñoù:
- Bieân ñoä töø caûm: Bm = U2m/WNlvS
- Nlv: Soá voøng daây cuûa cuoän laøm vieäc.
- S : Dieän tích tieát dieän loõi cuûa cuoän khaùng.
- ω : Taàn soá goác cuûa doøng ñieän.
Khi loõi theùp baõo hoøa, ta coù XK = 0. Do ñoù, toaøn boä nguoàn aùp chæ ñaët leân taûi.
Khi ñoù: u2 = U2msinωt = iRt = ub
Vôùi ub laø ñieän aùp ra cuûa boä bieán, töùc laø ñieän aùp ñaët treân taûi.
* ÔÛ baùn kyø aâm cuûa nguoàn u2: V0 ngöng daãn, doøng ñieän töø hoùa khoâng coù neân
loõi theùp bò khöû töø bôûi cuoän ñieàu khieån Wñk vaø ñoä töø caûm B seõ giaûm daàn veà giaù trò
ban ñaàu B0, ñieän aùp treân taûi ub ≈ u2 = 0.
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
π
p p
U KDT =
2π ∫U
α
2m sin ω td ω t =
2π
U 2 m (1 + cos α )
Trong ñoù:
- p: Soá laàn ñaäp maïch trong boä chænh löu.
- α: Goùc baõo hoøa
BS − B0
α = arccos( −
1 )
Bm
- BS: Töø caûm baõo hoøa.
Neáu ta choïn Bm = BS thì α = arccos ( B0/BS ). Luùc naøy giaù trò trung bình cuûa
ñieän aùp chænh löu: UKÑT = Um [ 1 + ( B0/BS )] = f ( B0 ).Vôùi:
Um = pU2m/2π
Ta nhaän thaáy: Khi thay ñoåi giaù trò B0 töø –BS ñeán +BS ta seõ ñieàu chænh ñöôïc
ñieän aùp chænh löu UKÑT töø 0 ñeán giaù trò U2m( p/π ). Vì B0 laø do doøng ñieàu khieån Iñk
taïo ra neân thöïc chaát giaù trò UKÑT chính laø haøm cuûa Iñk: UKÑT = f ( Iñk ).
VIII. 3 Phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng KÑT – ñoäng cô:
Töø coâng thöùc: n = n0 - M/β, ta ñöôïc phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô
trong heä thoáng: U R + Ru
n = KDT − b Iu
K EΦ K EΦ
B0
U m (1 + )
BS R + Ru
n= − b Iu
K EΦ K EΦ
B
U m (1 + 0 )
BS Rb + Ru
n= − M
K EΦ KEKMΦ2
Ñaây chính laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng KÑT –
ñoäng cô vôùi Rb laø ñieän trôû trong cuûa heä thoáng.
Neáu xem cuoän khaùng laø phaàn töû tuyeán tính thì ta seõ ñöôïc hoï nhöõng ñöôøng
ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô laø nhöõng ñöôøng thaúng song song nhau vaø ñöôïc goïi laø hoï
ñaëc tính cô lyù töôûng.
n
n0
Iñk1
nyc
n1 Iñk2
Iñk3
M
0 MC
Hình 2. 20 Hoï ñaëc tính cô lyù töôûng cuûa ñoäng cô trong heä thoáng KÑT –
ñoäng cô.
VIII. 4 Nhaän xeùt:
VIII. 4. a Öu ñieåm:
- Deã cheá taïo.
- Beàn vaø giaù thaønh haï.
- Do KÑT laø boä bieán ñoåi tónh neân khaéc phuïc ñöôïc nhöõng nhöôïc
ñieåm cuûa heä thoáng F - Ñ nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn treân.
VIII. 4. b Nhöôïc ñieåm:
- Do ñieän trôû trong cuûa boä bieán ñoåi van töø khaù lôùn neân ñoä cöùng cuûa
ñöôøng ñaëc tính cô thaáp, sai soá toác ñoä lôùn vaø daõy ñieàu chænh heïp.
- Veà hình thöùc ñieàu khieån, heä thoáng KÑT – ñoäng cô keùm linh hoaït
hôn heä F - Ñ. Ñaûo chieàu quay ñoäng cô khoù khaên vaø gaây toån thaát naêng löôïng lôùn.
Quaùn tính cuûa heä KÑT - ñoäng cô lôùn do aûnh höôûng cuûa ñieän khaùng KÑT, heä soá
coâng suaát thaáp.
Chöông III
CAÙC HEÄ THOÁNG ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ
MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP COÙ DUØNG
ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
I. HEÄ THOÁNG CHÆNH LÖU ÑOÄNG CÔ:
Ñeå taïo ra boä nguoàn moät chieàu coù ñieän aùp thay ñoåi ñöôïc, ngoaøi caùc maùy
phaùt ñieän moät chieàu, KÑMÑ, ngöôøi ta coøn duøng caùc boä chænh löu coù ñieàu khieån.
Vaøo nhöõng naêm cuoái cuûa thaäp nieân baûy möôi, khi coâng ngheä cheá taïo chaát baùn daãn
phaùt trieån, ñaëc bieät laø caùc tiristor chòu ñöôïc doøng ñieän lôùn vaø ñieän aùp cao thì caùc
boä chænh löu tiristor ra ñôøi. Caùc boä chænh löu naøy ngaøy caøng phaùt trieån maïnh meõ
vì coù nhöõng öu ñieåm noåi baät so vôùi duøng nguoàn maùy phaùt moät chieàu hoaëc chænh
löu duøng ñeøn khí:
- Coù theå taïo ra nhöõng boä nguoàn coâng suaát lôùn haøng ngaøn Kw maø caùc
maùy phaùt ñieän hoaëc ñeøn thuûy ngaân cô khí khoâng theå taïo ra ñöôïc.
- Toån thaát ñieän aùp treân ñeøn raát beù, chæ khoaûng töø 0,5V ñeán 1,5V.
- Ñoä nhaïy cuûa heä thoáng cao vì coù tính quaùn tính ñieän töø beù.
- Laøm vieäc ñöôïc ôû nhöõng nôi di chuyeån, chaán ñoäng maø maùy phaùt
ñieän, ñeøn khí, thuûy ngaân khoù thöïc hieän ñöôïc.
- Hieäu suaát cao.
Heä thoáng chænh löu ñöôïc phaân chia thaønh nhieàu loaïi: chænh löu moät pha
hay ba pha, ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng, coù ñieàu khieån hay khoâng ñieàu khieån…
Nhöng trong chöông naøy ngöôøi vieát chæ xin trình baøy heä thoáng chænh löu – ñoäng
cô ñieän ba pha duøng linh kieän baùn daãn tiristor ñeå ñieàu khieån. Heä thoáng naøy duøng
ñeå thay ñoåi ñieän aùp vaø doøng ñieän ngoõ ra baèng caùch thay ñoåi thôøi ñieåm ñaët xung
kích leân cöïc ñieàu khieån cuûa tiristor, töø ñoù coù theå ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô
ñieän. Vieäc ñieàu chænh naøy thöïc hieän voâ caáp vaø khoâng caàn tieáp ñieåm.
I. 1 Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô:
I. 1. a Sô ñoà nguyeân lyù:
Chænh löu ba pha hình tia coøn ñöôïc goïi laø chænh löu ba pha nöûa chu
kyø hay chænh löu ba pha coù “ ñaàu khoâng “. Ñieän aùp chænh löu laø moät nöûa soùng cuûa
ñieän aùp xoay chieàu.
U1∼, f1
• • •
I1
•
BA • • •
U2 I2 n
C0 UÑ Ñ
T1 T2 T3
ÑK CCSX
GT1 GT2 GT3
• • • Iö
GT1 + • • -
Uñk • BKC GT2 CKÑ RKÑ
GT3
Hình 3. 1 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
Trong ñoù:
- BA: Maùy bieán aùp chænh löu coù nhieäm vuï:
. Bieán ñoåi ñieän aùp nguoàn Ung thaønh ñieän aùp phuø hôïp Un ñaët
leân boä chænh löu.
. Bieán ñoåi soá pha nguoàn thaønh soá pha phuø hôïp vôùi boä chænh
löu.
. Ñaûm baûo cho nguoàn vaø boä chænh löu chæ quan heä vôùi nhau
veà töø maø khoâng quan heä tröïc tieáp veà ñieän neân baûo veä vaø ñieàu chænh boä chænh löu
ñöôïc deã daøng hôn.
- T1, T2, T3: Caùc tiristor, bieán ñieän aùp xoay chieàu U2 thaønh ñieän aùp
moät chieàu.
- ÑK: Cuoän ñieän khaùng caân baèng.
- Ñ: Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Ñaây laø thaønh phaàn chuû
yeáu, ñoái töôïng caàn ñieàu chænh toác ñoä.
- Boä loïc ( Ñ vaø C0 ): Cho nhöõng thaønh phaàn xoay chieàu coøn soùt laïi ñi
qua tuï. Laøm cho doøng ñi qua ñoäng cô ít nhaáp nhoâ neân moment ít thay ñoåi, do ñoù
toác ñoä ñoäng cô ñöôïc oån ñònh.
- BKC: Boä khoáng cheá. Coù nhieäm vuï laøm boä taïo xung, ñeám xung vaø
phaân phoái xung ñaët leân caùc cöïc ñieàu khieån cuûa caùc tiristor.
I. 1. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng:
Vôùi sô ñoà nguyeân lyù nhö treân, caùc tiristor ñöôïc noái theo nhoùm katoát
chung neân caùc phaàn töû chænh löu coù ñaëc ñieåm nhö sau:
- Tirisror daãn ñieän laø tiristor coù anoát ñöôïc noái vôùi ñieän aùp cao
nhaát vaø phaûi ñöôïc kích xung ñoàng pha vôùi ñieän aùp cuûa pha ñoù.
- Tiristor naøo daãn ñieän thì noù seõ gaùnh troïn doøng ñieän taûi.
- Khi coù moät tiristor daãn ñieän thì hai tiristor coøn laïi seõ khoâng
daãn ( neáu ta xeùt boû qua söï chuyeån maïch ).
Cheá ñoä laøm vieäc cuûa chænh löu phuï thuoäc vaøo phöông thöùc ñieàu
khieån vaø caùc tính chaát cuûa phuï taûi. Trong truyeàn ñoäng ñieän, taûi cuûa chænh löu
thöôøng laø cuoän kích töø ( L, R ) vaø maïch phaàn öùng ñoäng cô ( R, L vaø E ). Ñeå ñôn
giaûn trong vieäc tìm hieåu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình
tia – ñoäng cô treân ta coù sô ñoà thay theá nhö sau:
• •
u2a u2b u2c ↓ EÑ
Ud Ld
T1 T2 T3
• • •
Rd
Id
• •
Hình 3. 2 Sô ñoà thay theá heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng
cô.
Trong ñoù:
- EÑ: Söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô ñieän.
- u2a, u2b, u2c: Ñieän aùp thöù caáp cuûa maùy bieán aùp BA.
- Rd: Ñieän trôû maïch moät chieàu ( keå caû ñieän trôû daây quaán thöù
caáp cuûa maùy bieán aùp ).
- Ld: Ñieän caûm maïch moät chieàu.
Ñeå tieán haønh ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô, ngöôøi ta thay ñoåi goùc kích
α cuûa tiristor seõ thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp chænh löu, laøm cho ñieän aùp ñaët leân phaàn
öùng ñoäng cô thay ñoåi. Xeùt hai tröôøng hôïp:
* Khi α = 0: Ta kích tiristor taïi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân laøm
cho ñieän aùp ra trung bình laø cöïc ñaïi: Ud0 = Udmax
m π
U d 0 = U d max cos α = 2U 2 f Sin ( 3. 1 )
π m
Trong ñoù:
- Ud0: Ñieän aùp chænh löu taïi thôøi ñieåm α = 0.
- m: Soá pha cuûa chænh löu ( m = 3 ).
- U2f: Ñieän aùp pha thöù caáp maùy bieán aùp.
* Khi α ≠ 0: Ud = Udmaxcosα
m π
Ud = 2U 2 f sin cos α ( 3. 2 )
π m
- Khi 0 < α < 300: Doøng chænh löu seõ lieân tuïc vaø coù sô ñoà daïng
soùng nhö sau:
Hình 3. 3 Ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä chænh löu vaø ñieän aùp ngöôïc
ñaët leân tiristor T1.
Trong khoaûng thôøi gian O1O2 ñieän aùp ra Ua coù giaù trò lôùn nhaát, ñoàng
thôøi taïi thôøi ñieåm O1 kích xung cho T1. T1 nhaän xung kích neân daãn ñieän, môû cho
doøng ñieän chaïy qua coøn hai van T2 vaø T3 bò khoùa. Sau thôøi ñieåm O2 trôû ñi Ub coù
giaù trò lôùn nhaát. Taïi O2, kích xung cho T2 neân T2 daãn. Luùc naøy ta coù Ua < Ub neân
anoát cuûa T1 coù ñieän theá thaáp hôn so vôùi katoát cuûa noù, do ñoù T1 bò khoùa. Töông töï,
taïi thôøi ñieåm O3, T3 daãn coøn T1 vaø T2 bò khoùa.
Nhö vaäy moãi tiristor seõ cho doøng chaïy qua noù trong khoaûng thôøi
0
gian 120 ñieän vaø giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu tiristor:
π 2π
+α +
6 3
3 3 6
Ud =
2π π
∫ 2U 2 sin θdθ =
2π
U 2 cos α ( 3. 3 )
+α
6
Ñieän aùp ngöôïc ñaët leân moãi tiristor laø hieäu soá ñieän theá giöõa anoát vaø katoát
cuûa tiristor ñoù:
. Khi T2 daãn:
π ( 3. 4 )
U ngT 1 = U b − U a = 6U 2 cos(θ − )
3
. Khi T3 daãn:
2π
U ngT 1 = U c − U a = 6U 2 cos(θ − ) ( 3. 5 )
3
Ñieåm cöïc trò cuûa ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 laø:
4π
U ngT 1 = 6U 2 khiθ =
3
11π
U ngT 1 = 6U 2 khiθ =
3
Doøng ñieän chænh löu ñöôïc san baèng coù giaù trò:
Ud
Id = ( 3. 6 )
Rd + X d
Giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän chaïy qua moãi tiristor laø:
2π
3
1 Id ( 3. 7 )
I dtb =
2π ∫I
0
d dθ =
3
- Khi 30 < α < 900: Ñieän aùp ra töùc thôøi seõ aâm trong moät soá khoaûng:
0
Hình 3. 4 Ñoà thò ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu khi 300 < α < 900.
- Khi α = 900: Ñieän aùp ra trung bình Udtb = 0.
- Khi α > 900: Daïng soùng ra cuûa ñieän aùp chænh löu coù daïng nhö sau:
Hình 3. 5 Daïng soùng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu khi α > 900.
Ta nhaän thaáy: Trong khoaûng 0 < α < 900, boä bieán ñoåi laøm vieäc ôû cheá
ñoä chænh löu vôùi ñieän aùp Ud > 0. Vaø trong khoaûng 900 < α < 1800, boä bieán ñoåi laøm
vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu vôùi Ud < 0. Moái quan heä giöõa Ud = f ( α ) cuûa boä chænh
löu tiristor ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
Ud
Ud0
CL π/2 π
α
0 NL
- Ud0
Hình 3. 6 Ñaëc tính ñieàu chænh Ud = f (α ).
I. 1. c Hieän töôïng chuyeån maïch:
Trong sô ñoà chænh löu ba pha hình tia - ñoäng cô, khi phaùt xung nhaèm
ñeå môû moät van tiristor thì ñieän aùp cuûa pha ñoù phaûi döông hôn ñieän aùp cuûa pha coù
van ñang daãn doøng. Do ñoù, doøng ñieän cuûa pha ñang daãn seõ giaûm veà 0, coøn doøng
ñieän cuûa van keá tieáp seõ taêng daàn leân. Do coù ñieän caûm trong maïch maø quaù trình
naøy xaûy ra töø töø, cuøng moät thôøi ñieåm caû hai van ñeàu daãn doøng vaø chuyeån doøng
cho nhau. Quaù trình naøy ñöôïc goïi laø quaù trình chuyeån maïch giöõa caùc van.
Trong quaù trình chuyeån maïch vì caû hai van ñeàu daãn ñieän neân ñieän
aùp chænh löu baèng trung bình coäng cuûa hai ñieän aùp pha: Ud = ( Ua + Ub )/2.
Phöông trình caân baèng ñieän aùp cho caùc pha trong luùc chuyeån maïch
laø: d i1
U a − X td = Ud
dt ( 3. 8 )
di2
U b − X td = Ud
dt
Vì i1 + i2 = Id vaø neáu ta coi nhö:
d i1 d
= − i2
dt dt
Thì ta coù:
π
U 2 m sin
di 2 U b − U a p
= = sin θ
dt 2 X td X td
Trong ñoù: p laø soá xung aùp ñaäp maïch trong moät chu kyø ñieän aùp xoay
chieàu.
Thôøi ñieåm baét ñaàu xaûy ra hieän töôïng chuyeån maïch laø taïi thôøi ñieåm θ
= α. Ta ñöôïc bieåu thöùc tính doøng ñieän chaïy qua caùc van:
6
i1 = I d − ik = I d − U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 9 )
2 X td
6
i2 = ik = U 2 [cosα − cos(θ − α )] ( 3. 10 )
2 X td
Quaù trình chuyeån maïch keát thuùc khi i1 = 0, i2 = Id. Do ñoù, ta coù theå
ruùt ra quan heä giöõa goùc chuyeån maïch γ vôùi caùc thoâng soá trong heä thoáng:
Id
γ = arccos(cosα − ) −α ( 3. 11 )
I mk
Trong ñoù:
π
U 2 m sin
p
I mk =
ωX td
Trong thöïc teá vaän haønh ít khi doøng ñieän chænh löu vöôït quaù giaù trò
Id/Imk = 0,1. Do ñoù, coù theå noùi raèng trong chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô goùc
chuyeån maïch γ cöïc ñaïi laø 300. Do coù söï chuyeån maïch neân söùc ñieän ñoäng chænh löu
bò suy giaûm vaø giaù trò trung bình cuûa suït aùp do chuyeån maïch ñöôïc tính theo bieåu
thöùc sau: 2 X td I d
∆U γ = ( 3. 12 )
2π
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô:
3 6 3 X td
Ud = U 2 cosα − Id ( 3. 13 )
2π 2π
I. 1. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa soùng haøi:
Do tính chaát cuûa chænh löu ñieän töû coâng suaát laø bieán ñoåi ñieän aùp
xoay chieàu thaønh moät chieàu neân daïng soùng ra cuûa boä bieán ñoåi khoâng phaûi laø hình
sin maø coù chöùa caùc thaønh phaàn soùng ñieàu hoøa baäc cao. Daïng soùng ñieän aùp ra cuûa
chænh löu coù tính chaát xung, coù daïng nhaáp nhoâ. Do ñoù, ñieän aùp ra cuûa chænh löu
goàm hai thaønh phaàn: xoay chieàu vaø moät chieàu: Ud = ud + ud∼.
Trong ñoù: ud∼ laø toång caùc soùng haøi cuûa ñieän aùp chænh löu. Bieân ñoä
cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo ñieän caûm, ñieän trôû cuûa maùy bieán aùp, tính chaát cuûa phuï
taûi, caùc van, baäc cuûa soùng haøi vaø sô ñoà keát noái maïch cuûa chænh löu.
Trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, maëc duø taûi
mang tính chaát caûm khaùng ( L, R, E ) seõ laøm cho daïng soùng ñieän aùp ra töông ñoái
baèng phaúng nhöng do coù goùc kích α vaø söï chuyeån maïch ñieän töû neân coù nhieàu
soùng haøi hôn so vôùi heä thoáng chænh löu khoâng coù ñieàu khieån. Khi goùc kích α caøng
lôùn thì bieân ñoä cuûa soùng haøi caøng lôùn. Ñeå khöû soùng haøi cho daïng soùng ñieän aùp ra
ñöôïc baèng phaúng, oån ñònh ngöôøi ta thöôøng duøng ñeán boä loïc.
Boä loïc laø khaâu trung gian, noù noái nguoàn chænh löu vôùi phuï taûi. Boä
loïc coù chöùc naêng chæ cho doøng ñieän coù taàn soá coá ñònh naøo ñoù ñi qua maø khoâng bò
suy giaûm nhöng laïi laøm suy giaûm maïnh doøng ñieän ôû caùc taàn soá khaùc.
Ñeå san baèng daïng soùng ñieän aùp chænh löu ta duøng boä loïc LC. Boä loïc
naøy ñöôïc duøng cho caùc thieát bò chænh löu coâng suaát lôùn nhö sau:
L
+ • •
U ( 1 )m.r +
C Taûi U ( 1 )m.r
- • •
Hình 3. 7 Sô ñoà maïch loïc LC.
Maïch loïc LC laø söï keát hôïp giöõa cuoän daây vaø tuï ñieän. Cuoän daây L
duøng ñeå san baèng doøng ñieän, loïc nhieãu taàn soá cao. Tuï ñieän C duøng ñeå duy trì ñieän
aùp treân taûi coá ñònh, khoâng ñoåi.
Chæ tieâu cuûa boä loïc Kab laø heä soá san baèng ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu
thöùc nhö sau: K
K ab = v ( 3. 14 )
Kr
U 2 U
K v = (1) m.v = 2 ; K r = (1) m.r
U d .v m x −1 Ud
Trong ñoù:
- Kv, Kr: Heä soá xung ôû ñaàu vaøo vaø ra cuûa boä loïc. Giaù trò cuûa
Kv phuï thuoäc vaøo töøng sô ñoà chænh löu coøn giaù trò cuûa Kr lôùn hay nhoû laø do yeâu
caàu cuûa phuï taûi.
- U(1)m.v: Bieân ñoä soùng cô baûn ( soùng haøi baäc 1 ) cuûa ñieän aùp
chænh löu.
- Ud.v: Ñieän aùp ra moät chieàu cuûa ñieän aùp chænh löu.
- Ud: Ñieän aùp ra moät chieàu treân taûi.
- U(1)m.r: Bieân ñoä lôùn nhaát cuûa xung aùp soùng cô baûn ôû ñaàu ra
cuûa boä loïc.
- mx: Soá xung aùp cuûa ñieän aùp chænh löu trong moät chu kyø cuûa
ñieän aùp nguoàn xoay chieàu.
Trong boä loïc LC, khi thieát keá, caùc giaù trò L vaø C ñöôïc tính toaùn theo
coâng thöùc nhö sau:
2U d
Lmin = ( 3. 15 )
[(m x ) − 1]m xωI d
2
10 K ab
C= ( 3. 16 )
L(m x ) 2
Trong ñoù:
- mx: Soá pha ( mx = 3 ).
- Kv = 0,25.
Ñieän aùp ra cöïc ñaïi ñaët leân tuï ñieän cuûa boä loïc seõ laø:
U c max = 2U 2 ( 3. 17 )
I. 1. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô:
ÔÛ nhöõng phaàn treân, ñeå ñôn giaûn cho vieäc tìm hieåu nguyeân lyù hoaït
ñoäng vaø daïng soùng cuûa heä thoáng chænh löu neân ta boû qua caùc aûnh höôûng cuûa maïch
ñoäng löïc ñoái vôùi ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu. Khi tieán haønh thaønh laäp phöông
trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ta phaûi xeùt ñeán söï aûnh höôûng cuûa ñieän khaùng, ñieän
trôû cuûa maùy bieán aùp, söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô vaø caùc toån thaát khaùc treân
maïch ñieän.
• •
u2a u2b u2c ↓ EÑ
Rtñ Rtñ Rtñ R
xtñ xtñ xtñ
XÑK
T1 T2 T3
• • •
• •
Hình 3. 8 Sô ñoà ñaúng trò cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình tia –
ñoäng cô.
Muoán xeùt toaøn boä aûnh höôûng cuûa maïch ñoäng löïc leân ñieän aùp ra cuûa
chænh löu coù taûi laø ñoäng cô, ta söû duïng söùc ñieän ñoäng cuûa cuoän daây thöù caáp maùy
bieán aùp ñöôïc trình baøy nhö hình 3. 8.
Töông töï nhö ñieän aùp chænh löu, giaù trò trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng
chænh löu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc nhö sau:
3 6
Ed = E2 cosα = Ed 0 cosα ( 3. 18 )
2π
Khi chænh löu coù taûi, ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô: UÑ = Ed - ∆UCL.
Söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô: EÑ = Ed - ∆U vôùi ∆U: Ñieän aùp rôi
treân toaøn maïch phaàn öùng, ∆U = ∆UT + ∆UR + ∆UX + ∆Uö ( 3. 19 )
Vaø coù daïng soùng cuûa ñieän aùp ra chænh löu khi coù taûi:
Hình 3. 9 Daïng soùng ñieän aùp ra vaø doøng ñieän khi boä chænh löu coù taûi
laø ñoäng cô.
Töø ∆U = ∆UT + ∆UR + ∆UX + ∆Uö : Trong ñoù:
- ∆UT: Ñieän aùp rôi treân tiristor, khoaûng töø 0,5V ñeán 1,5V.
- ∆UR: Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû maùy bieán aùp ∆UR = IöRtñ.
- Rtñ: Ñieän trôû töông ñöông cuûa maùy bieán aùp:
W2 2
Rtd = R2 + R1 ( ) ( 3. 20 )
W1
- R1, W1: Ñieän trôû vaø soá voøng daây treân moät pha cuoän sô caáp cuûa maùy
bieán aùp.
- R2, W2: Ñieän trôû vaø soá voøng daây treân moät pha cuoän thöù caáp cuûa
maùy bieán aùp.
- ∆UX: Ñieän aùp rôi treân ñieän khaùng cuûa maùy bieán aùp:
∆UX = 0,47IöXtñ. ( 3. 21 )
- Xtñ: Ñieän khaùng töông ñöông cuûa maùy bieán aùp:
W2 2
X td = X 2 + X 1 ( ) ( 3. 22 )
W1
- X1, X2: Ñieän khaùng treân cuoän sô caáp vaø thöù caáp cuûa maùy bieán aùp.
- ∆Uö: Ñieän aùp rôi treân hai ñaàu phaàn öùng cuûa ñoäng cô:
∆Uö = IöRö.
Thay caùc giaù trò cuûa ∆U vaøo: UÑ = Ed - ∆UCL vaø EÑ = Ed - ∆U ta
ñöôïc: EÑ = Ud0cosα - ∆UT - ( Rtñ + 0,47Xtñ + Rö )Iö ( 3. 23 )
Chia hai veá cuûa bieåu thöùc cho KEφÑ ta ñöôïc:
U d 0 cosα − ∆U T Rtd + 0,47 X td + Ru
n= − Iu
KEΦD KEΦ D
U d 0 cos α − ∆U T Rtd + 0,47 X td + Ru
n= − M ( 3. 24 )
KEΦD KE KM Φ2D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc
laäp trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
Töø ( 3. 24 ), khi thay ñoåi goùc kích α nghóa laø thay ñoåi thôøi ñieåm kích
cuûa caùc tiristor thì ta thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp ra cuûa chænh löu. Ñieän aùp ngoõ ra cuûa
chænh löu thay ñoåi töùc laø ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô seõ thay ñoåi laøm
cho toác ñoä cuûa ñoäng cô thay ñoåi.
Neáu goùc kích α caøng lôùn, nghóa laø ta kích vaøo caùc tiristor caøng chaäm
so vôùi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân thì cosα caøng nhoû seõ laøm cho ñieän aùp
chænh löu ra caøng beù neân ñöôøng ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô caøng doác, toác ñoä cuûa
ñoäng cô giaûm. Thoâng thöôøng α ñöôïc choïn: 0 < α < π/2. Ta coù hoï ñaëc tính cô cuûa
ñoäng cô khi goùc kích α thay ñoåi:
n
n0
TN
n01 α=0 n0 > n01 > n02
n02 α1 0 < α1 < α2
α2
M
0 MC
Hình 3. 10 Hoï ñöôøng ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng chænh
löu ba pha hình tia – ñoäng cô khi thay ñoåi goùc kích α.
Trong heä thoáng naøy, coù hai höôùng ñeå ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô:
- Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñaït n < ncb thì ta taêng goùc kích α laøm cho
ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô seõ giaûm neân toác ñoä seõ giaûm.
- Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñaït n > ncb thì ta giaûm töø thoâng kích thích
φÑ baèng caùch giaûm RKÑ.
I. 1. f Nhaän xeùt:
Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, khi kích laàn löôït töøng
tiristor leäch nhau 1200 ñieän thì tiristor ñöôïc kích seõ daãn trong 1200 ñieän. ÔÛ caùc
thôøi ñieåm bình thöôøng chænh löu chæ coù moät tiristor daãn, rieâng trong thôøi gian
chuyeån maïch coù hai tiristor daãn.
Khi maéc ñoäng cô vaøo heä thoáng thì ñoäng cô khoâng theå laøm vieäc vôùi
ñöôøng ñaëc tính töï nhieân vaø toác ñoä cuûa ñoäng cô khoâng ñaït tôùi toác ñoä cô baûn.
Khi cho goùc kích α = 0 thì ñoäng cô ñaït toác ñoä laø nmax vì ñieän aùp UCL
laø cöïc ñaïi. Nhöng nmax luoân luoân nhoû hôn ncb.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng. Muoán
giaûm toác ñoä thì ta ñieàu chænh goùc α. Muoán taêng toác ñoä lôùn hôn ncb thì ta giaûm töø
thoâng φÑ baèng caùch giaûm RKÑ.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng thöïc hieän caùc phaûn hoài aâm toác ñoä, phaûn
hoài döông doøng ñieän keát hôïp aâm ñieän aùp ñeå töï ñoäng ñieàu chænh toác ñoä khi phuï taûi
thay ñoåi. Caùc ñaïi löôïng phaûn hoài seõ ñöôïc ñöa trôû veà so saùnh vôùi Uñk laøm cho boä
taïo xung sôùm hôn hay muoän hôn so vôùi thôøi ñieåm xuaát hieän xung ñaõ chænh ñònh.
I. 2 Heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô:
I. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù:
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô
coù ñieàu khieån, sô ñoà ñaúng trò maïch thöù caáp maùy bieán aùp vaø phaàn öùng ñoäng cô
ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
U1∼, f1
• • •
•
BA •
u2a u2b u2c
• T1 •
T4
•
• T3 •
T6
• • •
• T5 •
T2
• • •
• •
C0
ÑK
Ñ
Uñk BKC n
+ • • -
CKÑ RKÑ
CCSX
Hình 3. 11 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng
cô.
•
u2a u2b u2c
Rtñ Rtñ Rtñ
xtñ xtñ xtñ
I1 I3 I5
• • • • • •
T1 T4 T3 T6 T5 T2
• I4 • I6 • I2
• •
• +
XÑK
RKÑ
↑ EÑ CKÑ
• •
• -
Hình 3. 12 Sô ñoà ñaúng trò maïch thöù caáp maùy bieán aùp vaø phaàn öùng
ñoäng cô.
Caàu chænh löu coù ñieàu ba pha goàm 6 tiristor ñöôïc chia laøm hai nhoùm:
- Nhoùm anoát chung ( nhoùm chaún ): T2, T4 vaø T6.
- Nhoùm katoát chung ( nhoùm leû): T1, T3 vaø T5.
Goùc kích α ñöôïc tính töø giao ñieåm cuûa caùc nöûa hình sin soùng ñieän aùp.
I. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng:
Chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô muoán khôûi ñoäng heä thoáng ta
phaûi kích ñoàng thôøi 2 tiristor: 1 tiristor ôû nhoùm leû T1, T3, T5 vaø 1 tiristor ôû nhoùm
chaún T2, T4, T6. Ñaàu tieân ta kích T1 cho T1 daãn, sau 600 ñieän ta kích tieáp T3 nghóa
laø caùc tiristor ñöôïc kích caùch nhau 1/6 chu kyø. Ngoaïi tröø 1 trong 2 tiristor laàn ñaàu
tieân chæ daãn trong 600 ñieän coøn taát caû caùc tiristor khaùc khi ñaõ ñöôïc kích noù phaûi
daãn trong 1200 ñieän. ÔÛ caùc thôøi ñieåm bình thöôøng coù 2 tiristor daãn: 1 ôû nhoùm chaún
vaø 1 ôû nhoùm leû, rieâng trong thôøi gian chuyeån maïch ñieän töû öùng vôùi goùc chuyeån
maïch γ coù 3 tiristor cuøng daãn:
- 1 tiristor ñöôïc kích ñang daãn daàn leân.
- 1 tiristor daàn ñang daãn vaø taét daàn.
- 1 tiristor seõ daãn tieáp.
Giaû söû T5 vaø T6 ñang daãn ñieän.
Khi ta cho θ = θ1 = π/6 + α, kích xung ñieàu khieån cho T1. T1 môû vì
Ua > 0. T1 môû seõ laøm cho T1 bò khoùa moät caùch töï nhieân vì Ua > Uc. Luùc naøy T1 vaø
T6 cho doøng chaïy qua. Ñieän aùp treân taûi Ud = Uab = Ua – Ub.
Khi cho θ = θ2 = 3π/6 + α, kích xung ñieàu khieån cho T2, T2 môû vì khi
T6 daãn doøng, noù ñaët leân anoát cuûa T2 ñieän aùp Ub, khi θ = θ2 thì Ub > Uc, T2 môû laøm
cho T6 bò khoùa laïi.
Caùc xung ñieàu khieån leäch nhau π/3 ñöôïc laàn löôït ñöa ñeán cöïc ñieàu
khieån cuûa caùc tiristor theo thöù töï 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1… Trong moãi nhoùm coù moät
tiristor môû noù seõ khoùa ngay tiristor daãn doøng tröôùc noù theo baûng toùm taét sau:
Thôøi ñieåm Môû Khoùa
θ1 = π/6 + α T1 T5
θ2 = 3π/6 + α T2 T6
θ3 = 5π/6 + α T3 T1
θ4 = 7π/6 + α T4 T2
θ5 = 9π/6 + α T5 T3
θ6 =11π/6 + α T6 T4
Ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra, doøng ñieän cöïc ñieàu khieån vaø doøng ñieän chaïy
qua caùc tiristor ñöôïc trình baøy nhö sau:
Hình 3. 13 Ñoà thò daïng soùng ñieän aùp ngoõ ra, doøng ñieän cöïc ñieàu
khieån vaø doøng ñieän chaïy qua caùc tiristor.
Töông töï nhö trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, ñeå
tìm hieåu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô
ta xeùt goùc kích α trong caùc tröôøng hôïp sau:
* Khi α = 0: Ta kích taïi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân.
m π
U d 0 c = U d 0 c max = 3E2 d sin ( 3. 25 )
π m
m: Soá pha cuûa heä thoáng chænh löu, trong tröôøng hôïp naøy thì m = 6.
* Khi α ≠ 0:
m π
U d 0 c = U d 0 c max cosα = 3E2 d sin cosα ( 3. 26 )
π m
Ta xeùt trong caùc khoaûng thôøi gian:
Trong khoaûng thôøi gian O1O2, caëp T1, T6 daãn cho doøng ñieän chaïy
qua. Khi ñoù giaù trò cuûa ñieän aùp chænh löu:
π
U d (O1O2 ) = U a − U b = U ab = 6U 2 sin(θ + )
6
Trong khoaûng thôøi gian O2O3, caëp T1, T2 daãn cho doøng ñieän chaïy
qua neân:
π
U d (O2O3 ) = U ac = 6U 2 sin(θ − )
6
Töông töï, ta ñöôïc:
π
U d (O3O4 ) = U bc = 6U 2 sin(θ − )
2
5π
U d (O4O5 ) = U ba = 6U 2 sin(θ − )
6
7π
U d (O5O6 ) = U ca = 6U 2 sin(θ − )
6
3π
U d (O6O7 ) = U cb = 6U 2 sin(θ − )
2
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu:
π π
+α +
6
6 3
π 3 6
Ud =
2π π
∫ 6U 2 sin(θ +
6
)dθ =
π
U 2 cosα ( 3. 27 )
+α
6
Do ñoù, ta thaáy khi thay ñoåi goùc kích α thì ta coù theå thay ñoåi ñöôïc giaù
trò trung bình cuûa ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô. Khi α bieán ñoåi töø 0 ñeán π thì
giaù trò ñieän aùp trung bình Ud bieán thieân töø +Udmax ñeán –Udmax.
Ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 khi T1 ngöng daãn ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
Hình 3. 14 Ñieän aùp ngoõ ra cuûa chænh löu vaø ñieän aùp ngöôïc ñaët leân
tiristor T1.
Trong khoaûng thôøi gian OO1, T5 daãn ñieän neân UngT1 = Uc – Ua.
Trong khoaûng thôøi gian O3O5, T3 daãn ñieän neân: UngT1 = Ub –Ua.
Giaù trò cuûa ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi ñaët leân moãi tiristor laø:
U ng max = 6U 2
Ñeå sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu coù theå laøm vieäc ñöôïc, caùc xung
ñieàu khieån caàn coù ñoä roäng lôùn hôn 600 ñieän môùi coù theå ñaûm baûo cho vieäc môû
ñoàng thôøi 2 tiristor ôû hai nhoùm.
I. 2. c Hieän töôïng chuyeån maïch:
Ñoái vôùi sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô coù ñieàu khieån,
ñoái xöùng, quaù trình chuyeån maïch chæ xaûy ra giöõa caùc tiristor trong cuøng moät
nhoùm. Ñoà thò bieåu dieãn daïng soùng ñieän aùp ra cuûa chænh löu, doøng ñieän chaïy qua
tiristor vaø ñieän aùp ngöôïc ñaët leân moãi tiristor nhö sau:
Hình 3. 15 Ñoà thò ñieän aùp chænh löu, doøng ñieän qua caùc tiristor vaø
ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 khi xaûy ra hieän töôïng chuyeån maïch.
Khi heä thoáng hoaït ñoäng, giaû söû van T1, T2 ñang môû. Taïi thôøi ñieåm
O1, ta kích xung ñeå T3 môû. Luùc naøy seõ baét ñaàu xaûy ra söï chuyeån maïch cuûa doøng
ñieän töø T1 sang T3. T1 vaø T3 môû ñoàng thôøi seõ laøm ngaén maïch hai ñaàu cuoän thöù caáp
cuûa maùy bieán aùp. Trong thôøi gian naøy doøng ñieän chaïy qua T3 taêng daàn töø 0 ñeán Id,
ñoàng thôøi doøng qua T1 giaûm daàn töø Id xuoáng 0, T1 baét ñaàu ngöng daãn. Sau moät
khoaûng thôøi gian chuyeån maïch naøo ñoù thì doøng iT1 môùi thöïc söï giaûm veà 0 vaø doøng
iT3 ñaït ñeán giaù trò Id.
6
iT 1 = I d − U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 28 )
2 X td
6
iT 3 = U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 29 )
2 X td
Moái töông quan giöõa goùc chuyeån maïch γ vôùi caùc ñaïi löôïng cuûa heä
thoáng: cos α − cos(α + γ ) =
2 X td
Id ( 3. 30 )
6U 2
Neáu choïn O1 laøm goác thôøi gian, ta ñöôïc:
π
Ua = 2U 2 sin( θ + α +)
6
π
U a = 2U 2 sin( θ + α + )
6
Giaù trò trung bình cuûa suït aùp do hieän töôïng truøng daãn gaây neân:
3 6
∆U γ = U 2 [cos α − cos(α + γ )] ( 3. 31 )
2π
Thay giaù trò bieåu thöùc ( 3. 30 ) vaøo ( 3. 31 ) ta ñöôïc:
3 X td I d
∆U γ = ( 3. 32 )
π
Xeùt trong khoaûng thôøi gian O2O3: UT1 = ub – ua
Trong khoaûng thôøi gian O3O4: T2 vaø T4 truøng daãn neân ta coù:
UT1 = ub – ua vaø UT1 = ub – uc neân UT1 = ub – ( ua + uc )/2.
Xeùt trong khoaûng thôøi gian O4O5: UT1 = ub – uc
Trong khoaûng thôøi gian O5O6: T3 vaø T5 truøng daãn neân ta coù:
UT1 = ub – ua vaø UT1 = uc – ua neân UT1 = ( ub + uc )/2 – ua.
Töông töï cho caùc khoaûng coøn laïi.
Khi keå ñeán söï chuyeån maïch ñieän töû, giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp
chænh löu ba pha hình caàu:
3 6 3 X td I d
Ud = U 2 cosα − ( 3. 33 )
π π
I. 2. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu:
Do tính chaát töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng
cô, trong heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô ta vaãn söû duïng boä loïc
LC ñeå loïc soùng haøi, san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu.
L
+ • •
U ( 1 )m.v +
C Taûi U ( 1 )m.r
- • •
Hình 3. 16 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä loïc LC.
Heä soá san baèng cuûa boä loïc:
U (1) m.v 1 1
K sb = = 1 + Z1 ( + ) ( 3. 34 )
U (1) m.r r Z2
Trong ñoù:
- U(1)m.v: Bieân ñoä soùng cô baûn ( soùng baäc 1 ) cuûa ñieän aùp chænh
löu.
- U(1)m.r: Bieân ñoä lôùn nhaát cuûa xung aùp soùng cô baûn ôû ñaàu ra
cuûa boä loïc.
U (1) m.v Z 1 ( Z 2 + r )
U (1) m.r = U (1) m.v − ( 3. 35 )
Z1 (Z 2 + r ) + Z 2 r
- Z1 = jmxωL.
- Z2 = 1/( jmxωC).
- mx: Xung aùp cuûa ñieän aùp chænh löu trong moät chu kyø ñieän aùp
nguoàn xoay chieàu. Ñoái vôùi sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu thì mx = 6.
- ω: Taàn soá goác cuûa nguoàn xoay chieàu.
Thay caùc giaù trò cuûa Z1, Z2 vaøo ( 3. 35 ) vaø xem nhö 1/r ≈ 0 ta ñöôïc
bieåu thöùc tính heä soá san baèng nhö sau: Ksb = 1 – m2xω2LC
10 K sb
⇒ LC =
m2 x
vôùi giaù trò cuûa L ñöôïc tính baèng Henry ( H ) vaø C tính baèng µF.
Ñeå xaùc ñònh L ta döïa vaøo caùc ñieàu kieän sau: Id0 > I(1)m.v ( 3. 36 )
Ta coù bieåu thöùc tính bieân ñoä soùng cô baûn cuûa doøng ñieän chaïy qua
ñieän khaùng khi coi Z1 >> Z2:
U (1) m.v
I (1) m.v ≈
mxωL
Thaønh phaàn doøng moät chieàu chaïy qua ñieän khaùng khi khoâng tính
ñeán toån thaát naêng löôïng laø: Id0 = Udv/r.
Thay caùc giaù trò cuûa Id0 vaø I(1)m.v vaøo bieåu thöùc ( 3. 36 ), ta ñöôïc:
U (1) m.v U d U r
< ⇒ L > (1) m.v
m ωL r U dv mxω
U (1) m.vx 2 2r
Vì =K v = 2 ⇒L> ( 3. 37 )
U dv m x −1 (m 2 x − 1)m xω
Bieåu thöùc ( 3. 37 ) chính laø ñieàu kieän ñeå xaùc ñònh giaù trò L cuûa boä
loïc.
I. 2. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô:
Töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, trong heä
thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô thì söùc ñieän ñoäng ñaët leân ñoäng cô seõ
laø: EÑ = Ud0ccosα - ∆U ( 3. 38 )
∆U: Toån hao treân toaøn maïch phaàn öùng.
EÑ = Ud0ccosα - ∆UUC - ∆UR - ∆UXC - ∆Uö ( 3. 39 )
Trong ñoù:
- ∆UUC: Toån hao treân caùc van chænh löu:
∆Uucaàu = 2∆Uutia = ( 2 → 3 )V
- ∆URC: Toån hao treân ñieän trôû taùc duïng moät pha cuûa maùy bieán
aùp: ∆UXC = 0,955XtñIö
- ∆Uö: Toån hao treân hai ñaàu phaàn öùng cuûa ñoäng cô:
∆Uö = RöIö.
Bieåu thöùc ( 3. 38 ) ñöôïc vieát laïi nhö sau:
EÑ = Ud0ccosα - ∆UUC - ( 2Rtñ + 0,955Xtñ + Rö )Iö ( 3. 40 )
Chia hai veá cuûa ( 3. 40 ) cho KEφÑ ta ñöôïc:
U d 0 c cosα − ∆UUC 2 Rtd + 0,955 X td + Ru
n= − Iu ( 3. 41 )
KEΦ D KEΦ D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô.
U d 0 c cos α − ∆U UC 2 Rtd + 0,955 X td + Ru
n= − M ( 3. 42 )
KEΦD KE KM Φ2D
( 3. 42 ) laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø
ñoäc laäp trong heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu - ñoäng cô.
Heä thoáng naøy cuõng coù hai höôùng ñieàu chænh toác ñoä vaø phaûn hoài ñeå
oån ñònh toác ñoä ñoäng cô töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
I. 2. f Nhaän xeùt:
So vôùi heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô thì heä thoáng
chænh löu ba pha hình caàu coù nhieàu öu ñieåm hôn:
Giaù trò ñieän aùp ngoõ ra cuûa chænh löu hình caàu lôùn hôn ñieän aùp chænh
löu hình tia. Ñoä nhaáp nhoâ cuûa soùng ñieän aùp chænh löu hình caàu thaáp hôn hình tia
neân chaát löôïng cuûa chænh löu ba pha hình caàu laø toát nhaát. Ñaây laø heä thoáng ñöôïc söû
duïng phoå bieán nhaát trong thöïc teá.
Ngaøy nay, ôû caùc heä thoáng hieän ñaïi ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä lôùn
hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô baûn vôùi phaïm vi ñieàu chænh lôùn:
D = ( Haøng traêm → haøng ngaøn )/1.
Nhö vaäy, heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu laø moät heä thoáng coù:
- Ñaëc tính cô cöùng.
- Töï ñoäng oån ñònh ñöôïc toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi.
- Coù ñoä nhaïy cao, hieäu suaát lôùn.
I. 3 Cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô:
Khi ñoäng cô ñieän do taùc ñoäng cuûa ngoaïi löïc laøm cho toác ñoä ñoåi daáu ( quay
ngöôïc ) hoaëc ñaûo chieàu doøng ñieän kích thích thì söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô ñieän
ñaûo daáu, ñoàng thôøi ñieàu chænh goùc kích α bieán thieân trong phaïm vi: π/2 < α < π
thì heä thoáng chænh löu – ñoäng cô seõ laøm vieäc theo cheá ñoä nghòch löu. ÔÛ cheá ñoä
nghòch löu, doøng ñieän chænh löu vaãn theo chieàu cuõ nhöng söùc ñieän ñoäng chænh löu
ñaõ ñaûo daáu do caùc van daãn doøng trong thôøi gian ñieän aùp anoát aâm. Coâng suaát ñieän
töø cuûa ñoäng cô vaø cuûa chænh löu laø:
Pñt = UId > 0
Pd = UdId < 0
Luùc naøy, heä thoáng chænh löu trôû thaønh thieát bò nhaän ñieän naêng do ñoäng cô
laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh phaùt ra vaø bieán ñieän naêng moät chieàu naøy thaønh
ñieän naêng xoay chieàu traû veà löôùi ñieän.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ôû cheá ñoä nghòch löu trong heä
thoáng chænh löu - ñoäng cô nhö sau:
Ed 0 cosα max − ∆U v m
n= −( X td + Rtd + RuD + RDK ) I u ( 3. 43 )
K EΦ D 2π
Vaø hoï ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän ôû cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng
chænh löu – ñoäng cô nhö sau:
n
n0
n1 α=0
n2 α1
Ñoäng cô
n3 α2
0 α3
M, I
n4 Haõm ñoäng naêng ( α = π/2 )
n5 α4
nmax α5 Haõm taùi sinh
αmax = 1600
MC = Mñm
Hình 3. 17 Hoï ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khi laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu
trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.
Töông töï nhö ôû cheá ñoä chænh löu, trong cheá ñoä nghòch löu cuõng coù theå xaûy
ra caùc hieän töôïng chuyeån maïch vaø giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän. Sau khi keát thuùc quaù
trình chuyeån doøng cho van T2, van T1 chuyeån töø traïng thaùi daãn sang traïng thaùi
khoùa. Quaù trình naøy phaûi keát thuùc tröôùc quaù trình chuyeån maïch töï nhieân töùc laø
thôøi ñieåm u2a baét ñaàu döông hôn u2b. Thôøi gian cuûa quaù trình naøy goïi laø thôøi gian
khoùa hay thôøi gian ñeå cho tiristor phuïc hoài chaéc chaén γ thì goùc kích α ñöôïc choïn
nhö sau: π/2 < α ≤ π - ( δ + γ ).
Trong ñoù:
- δ: Ñöôïc choïn khoaûng 50.
- γ: Ñöôïc choïn khoaûng töø 150 ñeán 180.
Trong thöïc teá, ñeå boä bieán ñoåi van laøm vieäc an toaøn ôû cheá ñoä nghòch löu thì
goùc kích α ñöôïc choïn: αmax = 1600.
Neáu ñieàu kieän naøy khoâng ñöôïc ñaûm baûo thì nghòch löu seõ rôi vaøo troïng thaùi
söï coá, van caàn khoùa seõ vaãn daãn doøng tieáp, khoâng thöïc hieän ñöôïc söï chuyeån maïch
giöõa caùc van vôùi nhau, khoâng theå kieåm soaùt ñöôïc ñieän aùp, doøng ñieän cuûa nghòch
löu.
I. 4 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô:
Trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô ñaõ trình baøy nhö treân, maùy ñieän trong heä
thoáng chæ laøm vieäc ôû traïng thaùi ñoäng cô vôùi moät chieàu quay ( n > 0 ), coøn caùc traïng thaùi
haõm chæ coù theå xaûy ra khi coù ngoaïi löïc laøm cho ñoäng cô quay ngöôïc ( n < 0 ). Do ñoù,
ta thaáy heä thoáng chænh löu – ñoäng cô keùm linh hoaït hôn heä thoáng maùy phaùt – ñoäng cô.
Nguyeân nhaân laø do chænh löu tiristor daãn doøng theo moät chieàu vaø chæ ñieàu khieån ñöôïc khi
môû, coøn khoùa theo ñieän aùp löôùi. Vì vaäy, ñeå cho maùy ñieän laøm vieäc ôû traïng thaùi ñoäng cô
cuõng nhö ôû traïng thaùi haõm töông öùng vôùi caû hai chieàu quay cuûa truïc ñoäng cô ta phaûi
duøng ñeán ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô.
Coù hai nguyeân taéc cô baûn ñeå xaây döïng heä truyeàn ñoäng ñaûo chieàu ñoù laø:
- Giöõ nguyeân chieàu doøng ñieän phaàn öùng vaø ñaûo chieàu doøng kích töø ñoäng
cô.
- Giöõ nguyeân chieàu doøng kích töø vaø ñaûo chieàu doøng ñieän phaàn öùng ñoäng
cô.
Ñeå tieán haønh ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô ta duøng 3
phöông phaùp ñoù laø: Ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô ñieän, ñaûo chieàu doøng phaàn öùng
baèng tieáp ñieåm vaø ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä bieán ñoåi keùp.
I. 4. a Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô chæ duøng moät boä bieán
ñoåi ñôn (khoâng ñaûo chieàu) trong maïch phaàn öùng vaø moät boä tieáp ñieåm ñaûo chieàu trong
maïch kích töø ñoäng cô.
Sô ñoà nguyeân lyù vaø caùc sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng thaønh laäp theo
phöông phaùp naøy ñöôïc trình baøy nhö sau:
• UÑK
V
←
Ñ Rb Iö Ed
IKTT
Rö EÑ
IKTN M nT
•
N T ←
• • •
- • • +
T N
+ • UKT • - IKTT
(a) (b)
V V
→ ←
Rb Iö Ed Rb Iö Ed
Rö Rö
M nT E Ñ M nT EÑ
→ ←
+ • • - + • • -
IKTN IKTN
(c) (d)
Hình 3. 18 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô baèng
phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø:
a). Sô ñoà nguyeân lyù.
b). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay thuaän.
c). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
haõm vaø quay thuaän.
d). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay ngöôïc.
* Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Giaû söû khi ñoäng cô ñang quay thuaän ( n > 0 ) vôùi doøng kích töø IKTT coù
chieàu nhö hình 3. 18b vaø goùc kích tiristor α < 900. Ñeå haõm ñoäng cô, ta ñoåi chieàu doøng
kích töø IKTN ( hình 3. 18c ), ñoàng thôøi taêng goùc kích tiristor α > 900. Luùc naøy,
duø toác ñoä ñoäng cô vaãn theo chieàu cuõ nhöng söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô EÑ ñoåi
chieàu ( EÑ < 0 ). Ñoàng thôøi söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed cuõng ñoåi chieàu. Goùc kích
α phaûi choïn sao cho: | Ed | < | EÑ |. Nhö vaäy, doøng Iö seõ chaïy döôùi taùc duïng cuûa EÑ. Tuy
doøng Iö khoâng ñoåi chieàu nhöng do töø thoâng kích thích ñoåi chieàu neân moment cuûa ñoäng cô
seõ ñoåi chieàu vaø gaây taùc duïng haõm.
Ñeå tieán haønh ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô, ta cho IKT chaïy theo chieàu
ngöôïc laïi ( IKTN ) vaø boä chænh löu laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900.
Khi ñoù sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng seõ nhö hình 3. 18d.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp naøy söû duïng nhöõng thieát bò ñôn giaûn. Giaù thaønh haï,
thuaän tieän trong vieäc vaän haønh vaø baûo quaûn.
Khuyeát ñieåm: Do quaùn tính ñieän töø cuûa maïch kích töø lôùn neân khoaûng thôøi
gian quaù ñoä khi ñaûo chieàu quay ñoäng cô trong heä thoáng coù theå leân tôùi vaøi giaây.
I. 4. b Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng baèng tieáp ñieåm:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp naøy söû duïng moät boä chænh löu ñôn vaø moät boä tieáp ñieåm ñaûo
chieàu trong maïch phaàn öùng cuûa ñoäng cô. Ñoàng thôøi cuõng ñaûm baûo ñöôïc caùc traïng thaùi
laøm vieäc töông töï nhö phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø nhö ñaõ trình baøy ôû treân. Moái
töông quan giöõa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô cuûa heä thoáng chænh löu – ñoäng cô ñöôïc minh
hoïa bôûi sô ñoà nguyeân lyù vaø caùc sô ñoà thay theá nhö sau:
• UÑK
V
←
T N
• • • Rb Iö Ed
N T
•
Rö EÑ
M n
Ñ
←
+ • • -
CKÑ
(a) (b)
V
→ V
→
Rb Ed
Rb Ed
Rö M EÑ
Iö
Rö M EÑ
← Iö
n ←
(c) n
Hình 3. 19 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô baèng
(d)
phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng.
a). Sô ñoà nguyeân lyù.
b). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay thuaän.
c). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
haõm vaø quay thuaän.
d). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay ngöôïc.
* Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Giaû söû khi ñoäng cô ñang quay theo chieàu thuaän ( n > 0 ), doøng ñieän phaàn
öùng Iö coù chieàu nhö hình 3. 19b vaø heä thoáng chænh löu ñang laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh
löu vôùi goùc kích α < 900. Ñeå haõm ñoäng cô, ta ñoåi chieàu doøng Iö, ñoàng thôøi taêng goùc kích
α > 900. Khi ñoù, söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed seõ ñoåi chieàu coøn söùc phaûn ñieän ñoäng
cuûa ñoäng cô EÑ vaãn giöõ nguyeân theo chieàu cuõ ( hình 3. 19c ). Nhö vaäy, doøng Iö chaïy döôùi
taùc duïng cuûa EÑ vôùi ñieàu kieän ta phaûi choïn goùc kích α sao cho | EÑ | < | Ed |, ñoäng cô laøm
vieäc ôû traïng thaùi maùy phaùt traû naêng löôïng laïi cho löôùi ñieän, coøn heä thoáng chænh löu laøm
vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu. Do doøng Iö ñoåi chieàu neân moment cuûa ñoäng cô trôû thaønh
ngöôïc chieàu vôùi chieàu cuûa toác ñoä ñoäng cô vaø gaây taùc duïng haõm.
Ñeå ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô, ta cho doøng Iö chaïy theo chieàu ngöôïc so
vôùi chieàu Iö ôû traïng thaùi ñoäng cô quay thuaän ( hình 3. 19b ), coøn boä bieán ñoåi laøm vieäc ôû
traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900. Moái töông quan giöõa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô
cuûa heä thoáng trong traïng thaùi ñaûo chieàu ñoäng cô naøy ñöôïc bieåu dieãn ôû sô ñoà hình 3. 19d.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp naøy ñôn giaûn, deã vaän haønh vaø baûo trì. Coù thôøi gian
ñaûo chieàu nhanh hôn phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø.
Khuyeát ñieåm: Phaûi duøng caùc tieáp ñieåm trong maïch löïc ñeå ñieàu chænh
ñaûo chieàu.
I. 4. c Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp naøy söû duïng boä chænh löu ñaûo chieàu ñeå thay ñoåi cöïc tính cuûa
ñieän aùp ñaët treân phaàn öùng cuûa ñoäng cô. Phöông phaùp naøy tuy phöùc taïp nhöng seõ traùnh
ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa hai phöông phaùp vöøa trình baøy treân. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä
thoáng ñaûo chieàu chænh löu – ñoäng cô duøng boä bieán ñoåi keùp nhö sau:
• V1
• Ñ •
• •
• V2
Hình 3. 20 Sô ñoà khoái ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp.
Trong heä thoáng naøy, moãi nhoùm van chænh löu tiristor trong boä chænh löu
ñaûo chieàu coù theå coi nhö moät boä chænh löu rieâng bieät, cung caáp cho phuï taûi laø ñoäng cô
ñieän moät doøng ñieän theo chieàu coá ñònh. Do ñoù, ñeå cho hai nhoùm van chænh löu coù theå
laøm vieäc keát hôïp vôùi nhau treân cuøng moät phuï taûi ta caàn ñaëc bieät chuù yù ñeán phöông phaùp
ñieàu khieån chuùng. Muïc ñích cuûa vieäc ñieàu khieån phoái hôïp naøy laø ñeå ñaûm baûo cheá ñoä laøm
vieäc an toaøn cuûa heä thoáng, traùnh söï trao ñoåi naêng löôïng tröïc tieáp töø nhoùm chænh löu naøy
sang nhoùm kia, töùc laø phaûi haïn cheá doøng kyù sinh trong chuùng hay coøn goïi laø doøng caân
baèng.
Coù hai phöông phaùp ñieàu khieån keát hôïp giöõa hai nhoùm van laø ñieàu khieån
rieâng vaø ñieàu khieån chung.
Phöông phaùp ñieàu khieån rieâng:
Khi ñieàu khieån rieâng hai boä bieán ñoåi laøm vieäc rieâng leû nhau. Taïi moät thôøi
ñieåm chæ phaùt xung ñieàu khieån môû caùc tiristor, chæ ñaët leân nhoùm van laøm vieäc maø thoâi
coøn nhoùm thöù hai khoâng coù xung môû van neân hoaøn toaøn ñöôïc ngaét ra khoûi maïch phuï taûi.
Nhôø ñoù ta coù theå loaïi tröø doøng caân baèng. Giaû söû khi ta ñieàu khieån cho ñoäng cô quay
thuaän, ta cho nhoùm van V1 laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900 vaø loaïi
tröø taùc duïng cuûa nhoùm van V2. Luùc naøy chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed1,
söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô EÑ, moment vaø toác ñoä cuûa ñoäng cô ñöôïc bieåu dieãn nhö
sau:
V1
←
Rb Iö Ed1
Rö EÑ
←
M n
Hình 3. 21 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñieàu khieån rieâng cho ñoäng cô
quay thuaän.
Ñeå cho ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay thuaän ta loaïi tröø
taùc duïng cuûa nhoùm van V1 vaø cho nhoùm van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu vôùi goùc
kích α > 900. Luùc naøy, chieàu cuûa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô cuûa heä thoáng ñöôïc bieåu dieãn
nhö sau:
←
Iö M n
Rb EÑ
Rö Ed2
V2
←
Hình 3. 22 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñieàu khieån rieâng cho ñoäng cô
laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay thuaän.
Vôùi caùch ñieàu khieån töông töï, ñeå cho ñoäng cô quay ngöôïc ta cho nhoùm
van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900 vaø loaïi tröø taùc duïng cuûa
nhoùm van V1. Khi caàn cho ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay ngöôïc ta
cho nhoùm van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu vôùi goùc kích α > 900 ñoàng thôøi loaïi
tröø taùc duïng cuûa nhoùm van V1.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp ñieàu khieån rieâng laøm vieäc an toaøn, khoâng coù doøng
ñieän caân baèng chaïy trong caùc boä bieán ñoåi.
Nhöôïc ñieåm: Heä thoáng phaûi caàn coù moät khoaûng thôøi gian treã trong ñoù doøng
ñieän chaïy qua ñoäng cô baèng khoâng. Do ñoù, phöông phaùp naøy ñoøi hoûi moät heä thoáng ñieàu
khieån coù logic phöùc taïp vaø phaûi ñuû ñoä nhaïy. Ñoàng thôøi phöông phaùp naøy coù ñaëc tính
ñoäng cuûa ñoäng cô khoâng toát.
Phöông phaùp ñieàu khieån chung:
Phöông phaùp naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch: Taïi moät thôøi ñieåm caû hai boä
bieán ñoåi ñeàu nhaän ñöôïc xung môû, nhöng chæ coù moät boä bieán ñoåi caáp doøng cho nghòch löu
coøn boä bieán ñoåi kia laøm vieäc ôû cheá ñoä ñôïi.
Khi caàn ñieàu khieån cho ñoäng cô quay thuaän, ta cho nhoùm van V1 laøm vieäc
ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α1 < 900, ñieän naêng seõ truyeàn vaøo ñoäng cô. Luùc naøy,
nhoùm van V2 cuõng coù xung kích vôùi goùc kích α2 > 900 sao cho | Ed2 | > | Ed1 |. Do ñoù,
thaønh phaàn moät chieàu cuûa doøng ñieän khoâng theå chaïy töø nôi coù ñieän theá thaáp ( nhoùm van
V1 ) sang nôi coù ñieän theá cao ( nhoùm van V2 ) hoaëc töø ñoäng cô chaïy sang nhoùm van V2.
Nhoùm van V2 seõ laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu ñôïi. Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng trong
tröôøng hôïp naøy ñöôïc trình baøy nhö sau:
Hình 3. 23 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng ñaûo chieàu chænh löu – ñoäng cô
baèng phöông phaùp ñieàu khieån chung.
Neáu choïn | Ed1 | = | Ed2 | thì ta coù phöông phaùp ñieàu khieån chung tuyeán
tính. Vì Ed1 = Ed0cosα1, Ed2 = Ed0cosα2. Ta ñöôïc moái quan heä giöõa hai goùc kích: α1 + α2
= 1800.
Phöông phaùp ñieàu khieån chung tuyeán tính ñöôïc thöïc hieän baèng caùch giöõ
cho toång hai goùc kích cuûa hai nhoùm van baèng 1800. Neáu taêng goùc kích cuûa nhoùm van
naøy thì ñoàng thôøi phaûi giaûm goùc kích cuûa nhoùm van kia. Nhôø ñoù ta seõ giöõ ñöôïc toång söùc
ñieän ñoäng trong maïch töø nhoùm van V1 ñeán V2 laø: ∑Ed = Ed1 + Ed2 = 0. Do ñoù, doøng caân
baèng trong boä chænh löu seõ baèng khoâng Icb = Ed/Rb = 0. Khoâng coù hieän töôïng trao ñoåi
naêng löôïng giöõa caùc nhoùm van.
Neáu ñieàu khieån sao cho Ed1 < Ed2 thì ta coù phöông phaùp ñieàu khieån chung
phi tuyeán. Khi ñoù moái quan heä giöõa hai goùc kích cuûa hai nhoùm van: α1 + α2 = 1800 + ξ
Trong ñoù: ξ Goïi laø goùc khoâng phuø hôïp.
Vì | Ed2 | > | Ed1 | neân caùc tiristor cuûa nhoùm nghòch löu V2 bò khoùa, vì vaäy
Icb = 0.
Trong caû hai phöông phaùp ñieàu khieån chung noùi treân, Maëc duø ta giöõ cho
giaù trò trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng | Ed2 | > | Ed1 | nhöng vì giaù trò töùc thôøi cuûa söùc ñieän
ñoäng hai nhoùm van bieán ñoåi rieâng bieät theo söùc ñieän ñoäng thöù caáp cuûa maùy bieán aùp neân
vaãn xuaát hieän nhöõng thôøi ñieåm coù giaù trò töùc thôøi | ed1 | > | ed2 |. Luùc ñoù ∑ed > 0
vaø taùc duïng thuaän chieàu van, xuaát hieän thaønh phaàn xoay chieàu cuûa doøng Icb. Doøng Icb coù
daïng laø doøng chænh löu baùn kyø ñoái vôùi nguoàn laø ∑ed. Hieän töôïng naøy ñöôïc minh hoïa bôûi
sô ñoà thay theá nhö sau:
V1
∼
Xcb Σed Icb
ΣRcb V2 Icb t
Hình 3. 24 Sô ñoà thay theá cuûa maïch caân baèng döôùi taùc duïng töùc thôøi cuûa
giaù trò söùc ñieän ñoäng ∑ed vaø daïng soùng chænh löu baùn kyø cuûa doøng Icb.
Ñeå haïn cheá bieân ñoä doøng Icb ta thöôøng duøng caùc cuoän khaùng caân baèng
KCB.
II. HEÄ THOÁNG BAÊM – ÑOÄNG CÔ:
Trong coâng nghieäp, ñieän aùp moät chieàu ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng ñieän. Ñieän aùp moät chieàu naøy ñöôïc chuyeån ñoåi ôû caùc möùc ñoä khaùc nhau tuøy
theo yeâu caàu cuûa heä thoáng. Ñieän aùp moät chieàu ñöôïc thay ñoåi qua caùc phöông phaùp bieán
ñoåi nhö sau:
- Phöông phaùp ñieàu chænh baèng bieán trôû.
- Phöông phaùp ñieàu chænh baèng maùy phaùt moät chieàu.
- Phöông phaùp duøng boä bieán ñoåi coù khaâu trung gian xoay chieàu.
- Phöông phaùp duøng boä baêm ( Chopper ).
So vôùi caùc phöông phaùp treân thì boä baêm laø moät phöông phaùp môùi. ÖÙng duïng cuûa
caùc thieát bò tiristor coâng suaát lôùn ra ñôøi trong ngaønh ñieän töû coâng suaát. Ñaõ goùp phaàn taïo
ra caùc boä chuyeån maïch nhaèm thöïc hieän vieäc chuyeån ñoåi ñieän aùp moät chieàu vôùi hieäu quaû
cao, ñoä nhaïy ñaït yeâu caàu kyõ thuaät, ñieàu khieån trôn, chi phí baûo trì thaáp, kích thöôùc nhoû
neân dieän tích laép ñaët maùy nhoû.
Boä baêm duøng ñeå bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi U thaønh caùc xung moät
chieàu coù trò soá trung bình bieán ñoåi Utb. Utb coù theå ñieàu chænh ñöôïc töø baèng 0 ñeán lôùn nhaát,
baèng chính ñieän aùp nguoàn cung caáp cho boä baêm.
ÖÙng duïng quan troïng nhaát cuûa boä baêm laø ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô moät
chieàu trong coâng nghieäp vaø giao thoâng vaän taûi. Bôûi vì vieäc söû duïng boä baêm hoaøn toaøn
thích hôïp, tieát kieäm ñöôïc naêng löôïng, kinh teá vaø hieäu quaû cao, ñoàng thôøi ñaûm baûo ñöôïc
traïng thaùi haõm taùi sinh cuûa ñoäng cô.
Coù ba daïng boä baêm: boä baêm noái tieáp, boä baêm song song, boä baêm ñaûo doøng.
II. 1 Boä baêm noái tieáp:
II. 1. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
VS1 Id
+ • • • •
•
(-) + Rd
C
(+) - VS2
• •
D0 Ld
U DC
•
LC
Ud
↑ E
ID0
- • •
Hình 3. 25 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä baêm noái tieáp.
Trong ñoù:
- VS1: Laø tiristor chính.
- VS2: Laø tiristor phuï, duøng ñeå ngaét boä baêm.
- Lc, Dc, C: Laø caùc phaàn töû chuyeån maïch, taïo maïch naïp cho tuï C.
- D0: Diode hoaøn naêng löôïng, duy trì doøng qua taûi khi boä baêm ngaét.
Boä baêm noái tieáp laø moät khoùa ñieän S baèng tiristor ñöôïc ñieàu khieån ñoùng
môû trong heä thoáng moät caùch chu kyø. Khi S ñoùng thì ñieän aùp ngoû ra treân taûi Ud = U coøn
khi S môû thì Ud = 0.
Giaû söû ôû traïng thaùi ban ñaàu VS1 vaø VS2 ñeàu bò khoùa, tuï C ñöôïc naïp ñaày vôùi
baûn cöïc döông ôû phía treân nhö ghi chuù trong hình ( 3. 25 ).
Cho xung ñieàu khieån kích tiristor chính VS1, VS1 môû, doøng ñieän töø cöïc
döông cuûa nguoàn U chaïy qua VS1 vaøo maïch phuï taûi ( R, L, E ) roài trôû veà cöïc aâm cuûa
nguoàn U. Ñoàng thôøi tuï C seõ phoùng ñieän theo voøng: VS1-Lc-Dc-C vaø tuï C ñöôïc naïp ñieän
theo chieàu ngöôïc laïi. Ñieän aùp ra treân taûi Ud = U.
Khi cho xung ñieàu khieån kích tiristor phuï VS2, VS2 môû, ñaët ñieän aùp giöõa
hai baûn cöïc cuûa tuï C leân VS1 laøm cho VS1 bò khoùa laïi. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi Ud = 0.
Thay ñoåi tyû soá thôøi gian ñoùng vaø thôøi gian ngaét cuûa VS1 seõ ñieàu chænh
ñöôïc giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi.
Goïi T laø chu kyø cuûa boä baêm, T = Tñg + Tng. Trong ñoù:
- Tñg = αT laø thôøi gian ñoùng maïch cuûa VS1.
- Tng = T - Tñg laø thôøi gian ngaét maïch.
- α = Tñg/T laø tyû soá ñoùng cuûa chu kyø.
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi:
1
T
Tdg
U tb = ∫ Udt = U = αU ( 3. 44 )
T0 T
Khi ta thay ñoåi tyû soá ñoùng α thì coù theå ñieàu chænh ñöôïc Utb. Coù hai caùch
ñeå thay ñoåi α:
- Giöõ coá ñònh chu kyø xung T ( taàn soá coá ñònh ), thay ñoåi thôøi gian ñoùng
maïch Tñg cuûa boä baêm. Phöông phaùp naøy ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñieàu khieån ñoä roäng
xung.
- Giöõ coá ñònh thôøi gian ñoùng maïch Tñg, thay ñoåi chu kyø cuûa boä baêm T (
taàn soá bieán thieân ). Phöông phaùp naøy ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñieàu taàn.
Khi α = 0 töùc laø Tñg = 0 ta coù Utb = 0, boä baêm thöôøng xuyeân ngaét maïch, n
= 0.
Khi α = 1 töùc laø Tñg = T ta coù Utb = U, boä baêm thöôøng xuyeân ñoùng maïch,
n = nmax.
Trong heä thoáng, thôøi gian ñoùng maïch Tñg coù theå ñieàu chænh tuøy theo yù
muoán nhöng Tñg khoâng theå nhoû hôn moät nöõa chu kyø cuûa maïch dao ñoäng LC, töùc laø phaûi
ñaûm baûo:
L
Tdg > π
C
Ta coù sô ñoà bieåu dieãn ñieän aùp ra treân taûi Ud nhö sau:
Ud
U
Utb
t
0 Tñg Tng
T
Hình 3. 26 Sô ñoà bieåu dieãn ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra treân taûi Ud.
Xeùt quaù trình dao ñoäng cuûa doøng taûi: Trong khoaûng thôøi gian 0
0 do ñoù söùc ñieän ñoäng E > Ud.
Nhö vaäy, khi S môû thì Ud = 0 vaø khi S ngaét thì Ud = U doøng ñieän höôùng veà
chieàu aâm maëc duø Ud döông. Do ñoù, phaïm vi ñieàu chænh seõ ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
U
I
Hình 3. 34 Ñoà thò bieåu dieãn phaïm vi ñieàu chænh cuûa heä thoáng söû duïng boä
baêm song song.
II. 3 Boä baêm ñaûo doøng:
II. 3. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Boä baêm ñaûo doøng laø söï keát hôïp giöõa boä baêm noái tieáp vaø boä baêm song
song. Boä baêm ñaûo doøng seõ cho pheùp truyeàn naêng löôïng theo hai chieàu. Ta coù sô ñoà
nguyeân lyù cuûa boä baêm ñaûo doøng ñöôïc trình baøy nhö sau:
D2 Id
+ • • • •
•
I2 T1 R
T2 D1 L
U Ud
•
↑ E
- • • •
Hình 3. 35 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä baêm ñaûo doøng.
II. 3. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä:
Khi taûi laø maùy ñieän moät chieàu, U laø nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi
thì maùy ñieän coù theå laøm vieäc ôû hai traïng thaùi: Ñoäng cô vaø maùy phaùt.
ÔÛ traïng thaùi ñoäng cô: T2 khoùa, T1 môû trong khoaûng thôøi gian laø α1T
cuûa chu kyø. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi seõ laø: Ud = α1U vaø söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô E
= Ud - RId = α1U - RId vôùi Id > 0.
ÔÛ traïng thaùi maùy phaùt: T1 khoùa, T2 môû trong khoaûng thôøi gian α2T
cuûa chu kyø. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi seõ laø: Ud = ( 1 - α2 )U vaø söùc ñieän ñoäng treân ñoäng
cô: E = Ud - RId = ( 1 - α2 )U - RId vôùi Id < 0. Moái quan heä giöõa caùc tyû soá chu kyø α1 vaø
α2: α1 + α2 = 1.
Nhö vaäy, vôùi boä baêm ñaûo doøng, baèng caùch taùc ñoäng vaøo α1 vaø α2 ta seõ coù
ñöôïc moät hoï ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu ôû hai traïng thaùi laø ñoäng cô vaø
haõm taùi sinh.
n
α2 = 0
0,25 α1 = 1
0,5 0,75
0,75 0,5
1 0,25
0 M, I
0
Hình 3. 36 Hoï ñaëc tính cô cuûa heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä söû duïng boä baêm
ñaûo doøng.
Nhö vaäy, ñoái vôùi boä baêm ñaûo doøng seõ ñaûm baûo cho heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän laøm vieäc treân hai goùc phaàn tö thöù nhaát vaø thöù tö cuûa maët phaúng toïa ñoä U, I.
Khi caû hai T1 vaø T2 ñeàu môû Ud = +U vaø U = -U neáu chuùng ñeàn ngaét, luùc
ñoù hai diode D1 vaø D2 seõ ñoàng thôøi daãn.
Do ñoù, giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi luoân luoân döông neáu thôøi
gian môû cuûa caùc boä chopper T1, T2 lôùn hôn thôøi gian ngaét cuûa chuùng. Neáu ngöôïc laïi thì
giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi seõ coù giaù trò aâm. Khi Id döông vaø Ud aâm thì naêng
löôïng seõ ñöôïc traû laïi nguoàn. Ta coù sô ñoà maïch ñoäng löïc vaø phaïm vi ñieàu chænh cuûa boä
baêm ñaûo doøng ñöôïc minh hoïa nhö sau:
+ • •
U
T1 D2
• ÑK
U • Ñ •
I
0
D1 T2
(a) •
- • •
(b)
Hình 3. 37 Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô söû duïng boä baêm ñaûo doøng:
a). Maïch ñoäng löïc.
b). Phaïm vi ñieàu chænh.
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1. Buøi Quoác Khaùnh, Nguyeãn Vaên Lieãn, Nguyeãn Thò Hieàn. Truyeàn ñoäng
ñieän. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät. Haø Noäi -1996.
2. Taùc giaû CYRIL W. LANDER ( Ngöôøi dòch Leâ Vaên Doanh ). Ñieän töû
coâng suaát vaø ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ
thuaät - 1997.
3. Nguyeãn Bính. Ñieän töû coâng suaát. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
Haø Noäi -1996.
4. Traàn Khaùnh Haø. Maùy ñieän1. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
Haø Noäi - 1997.
5. Ñoã Xuaân Tuøng, Tröông Tri Ngoä. Nhaø xuaát baûn xaây döïng. Haø Noäi.
MUÏC LUÏC
Trang
Chöông I: Giôùi thieäu veà ñieän töû coâng suaát ...................................................................... 1
I. Diode coâng suaát .............................................................................................. 1
II. Transistor coâng suaát ........................................................................................ 3
III. Tiristor............................................................................................................. 7
IV. Triac.............................................................................................................. 10
Chöông II: Nghieân cöùu vaø trình baøy caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä
ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp .............................................................12
I. Khaùi nieäm chung....................................................................................12
II. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô13
III. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng ...................................15
IV. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng16
V. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng ................................17
VI. Ñieàu chænh toác ñoä baèng heä thoáng maùy phaùt - ñoäng cô ( F - Ñ )..........20
VII. Heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän - ñoäng cô..........................................24
VIII. Heä thoáng khueách ñaïi töø - ñoäng cô .....................................................29
Chöông III: Caùc heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø
ñoäc laäp coù duøng ñieän töû coâng suaát.............................................................34
I. Heä thoáng chænh löu ñoäng cô ...................................................................34
I. 1 Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia - ñoäng cô ..........................34
I. 1. a Sô ñoà nguyeân lyù ...........................................................34
I. 1. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng .............................35
I. 1. c Hieän töôïng chuyeån maïch .............................................39
I. 1. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa soùng haøi .....40
I. 1. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ..........................41
I. 1. f Nhaän xeùt .......................................................................44
I. 2 Heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu - ñoäng cô .........................45
I. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù ...........................................................45
I. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng .............................46
I. 2. c Hieän töôïng chuyeån maïch .............................................50
I. 2. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu52
I. 2. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ..........................53
I. 2. f Nhaän xeùt .......................................................................54
I. 3 Cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.............54
I. 4 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.................55
I. 4. a Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô....................56
I. 4. b Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng baèng tieáp ñieåm ...........57
I. 4. c Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp .59
II. Heä thoáng baêm - ñoäng cô .......................................................................62
II. 1 Boä baêm noái tieáp.......................................................................63
II. 1. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................63
II. 1. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................66
II. 2 Boä baêm song song ...................................................................67
II. 2. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................67
II. 2. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................69
II. 3 Boä baêm ñaûo doøng ....................................................................69
II. 3. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................69
II. 3. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................70
KEÁT LUAÄN
Qua quaù trình thöïc hieän taäp luaän vaên toát nghieäp ñaõ giuùp em hieåu roõ
hôn veà thöïc teá ñoàng thôøi cuûng coá laïi kieán thöùc ñaõ hoïc trong suoát thôøi gian
qua.
Ñeà taøi naøy mang naëng veà lyù thuyeát lieân quan ñeán ngaønh
truyeàn ñoäng ñieän. Döôùi söï höôùng daãn cuûa Thaày Nguyeãn Dö Xöùng, sinh
vieân thöïc hieän ñaõ coá gaéng ñeå trình baøy khaù ñaày ñuû yeâu caàu cuûa taäp luaän
vaên:
- Giôùi thieäu caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn nhö: diode,
transistor, triac vaø ñaëc bieät laø tiristor.
- Giôùi thieäu caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu
kích töø ñoäc laäp vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát trong vieäc ñieàu chænh toác
ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp qua caùc heä thoáng:
. Heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.
. Heä thoáng baêm - ñoäng cô.
Vôùi söï quan taâm vaø noã löïc khoâng ngöøng, taäp luaän vaên ñaõ ñöôïc hoaøn
thaønh vaø coù noäi dung baùm saùt yeâu caàu ñeà ra.
Maëc duø coøn nhieàu haïn cheá, thieáu soùt nhöng qua taäp luaän vaên naøy ñaõ
giuùp sinh vieân thöïc hieän ñaùnh giaù ñöôïc chính mình. Ñaây seõ laø moät thaønh
quaû lôùn sau nhieàu naêm hoïc taäp vôùi söï giuùp ñôõ cuûa quyù thaày coâ, baïn beø.
Moät laàn nöõa em xin chaân thaønh caûm ôn Thaày Nguyeãn Dö Xöùng ñaõ
taän tình chæ baûo ñeå giuùp em hoaøn thaønh taäp luaän vaên naøy.
Sinh vieân thöïc hieän
Top Download Điện - Điện Tử - Viễn Thông
-
-
Đồ án: Thiết kế hệ thống cung cấp điện
83p 868 579
-
-
-
-
Báo cáo tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện
99p 1186 701
-
-
-
-
Tài Liệu Điện - Điện tử - Viễn Thông Mới Xem thêm » Tài Liệu mới cập nhật Xem thêm »

markdown:
78 trang
Lượt xem: 265
Download: 180
# Luận văn: 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
Chia sẻ:
[hasler_llq](http://tailieu.vn/user/hasler_llq)
Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng không chỉ trong lĩnh vực sản xuất mà cả trong việc phục vụ đời sống sinh hoạt của con người.
![](images/graphics/blank.gif)
![](images/graphics/blank.gif)
## Thể loại:
[Luận Văn - Báo Cáo](http://tailieu.vn/luan-van-bao-cao/)» [Điện - Điện tử - Viễn Thông](http://tailieu.vn/luan-van-bao-cao/dien-dien-tu-vien-thong/)
## Chủ đề liên quan:
**Nội dung Text: Luận văn: 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**
KHOA……………………
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
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
ÑEÀ TAØI:
NGHIEÂN CÖÙU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG DUÏNG CUÛA
ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ
MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
Sinh vieân thöïc hieän: Voõ Ngoïc Toaûn
Lôùp: 95KÑÑ.
Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng
TP. HOÀ CHÍ MINH Thaùng 3 - 2000.
LÔØI CAÛM TAÏ
Em xin chaân thaønh toû loøng bieát ôn ñeán Thaày Nguyeãn Dö
Xöùng, giaùo vieân tröïc tieáp höôùng daãn em trong suoát quaù trình thöïc
hieän luaän vaên toát nghieäp. Söï taän tình höôùng daãn, giuùp ñôõ vaø ñoäng
vieân cuûa Thaày ñaõ giuùp em raát nhieàu trong vieäc hoaøn thaønh taäp
luaän vaên naøy.
Em xin chaân thaønh caûm ôn quyù thaày coâ ñaõ daïy doã chuùng
em trong suoát thôøi gian qua.
Cuoái cuøng laø lôøi caûm ôn chaân thaønh ñeán gia ñình, ngöôøi
thaân cuøng toaøn theå baïn beø, nhöõng ngöôøi luoân ñoäng vieân tinh thaàn
giuùp em hoaøn thaønh nhieäm vuï ñöôïc giao.
Sinh vieân thöïc hieän
Voõ Ngoïc Toaûn
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Trong giai ñoaïn coâng nghieäp hoùa, hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc,
ngaøy caøng coù nhieàu thieát bò baùn daãn coâng suaát hieän ñaïi ñöôïc söû duïng
khoâng chæ trong lónh vöïc saûn xuaát maø caû trong vieäc phuïc vuï ñôøi soáng
sinh hoaït cuûa con ngöôøi. Söï ra ñôøi vaø phaùt trieån cuûa caùc linh kieän
baùn daãn coâng suaát nhö: diode, transistor, tiristor, triac… Cuøng vôùi
vieäc hoaøn thieän maïch ñieàu khieån chuùng ñaõ taïo neân söï thay ñoåi saâu
saéc, vöôït baäc cuûa kyõ thuaät bieán ñoåi ñieän naêng vaø cuûa caû ngaønh kyõ
thuaät ñieän noùi chung.
Hieän nay, maïng ñieän ôû nöôùc ta chuû yeáu laø ñieän xoay chieàu
vôùi taàn soá ñieän coâng nghieäp. Ñeå cung caáp nguoàn ñieän moät chieàu coù
giaù trò ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu chænh ñöôïc cho nhöõng thieát bò ñieän
duøng trong caùc heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän moät chieàu, ngöôøi ta ñaõ
hoaøn thieän boä chænh löu coù ñieàu khieån duøng tiristor.
Vì nhöõng lyù do treân, ñeà taøi “ Nghieân cöùu veà ñieän töû coâng suaát
vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp “ seõ ñi saâu vaøo nghieân cöùu caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng coù duøng ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
Luaän vaên ñöôïc trình baøy goàm ba chöông:
Chöông I: Giôùi thieäu veà ñieän töû coâng suaát.
Chöông II: Nghieân cöùu vaø trình baøy caùc phöông phaùp
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp
Chöông III: Caùc heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù duøng ñieän töû coâng suaát.
Do ñieàu kieän thôøi gian, kieán thöùc coøn haïn heïp, neân taäp luaän
vaên seõ khoâng traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt veà maët noäi dung laãn hình
thöùc. Sinh vieân thöïc hieän raát mong nhaän ñöôïc söï quan taâm, chæ baûo
cuûa quyù thaày coâ, baïn beø ñeå taäp luaän vaên ñöôïc hoaøn thieän hôn.
Sinh vieân thöïc hieän
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM ÑOÄC LAÄP - TÖÏ DO - HAÏNH PHUÙC.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM. -----------0O0----------
KHOA ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
Hoï vaø teân sinh vieân : VOÕ NGOÏC TOAÛN
Lôùp : 95KÑÑ
Ngaønh : Ñieän - Ñieän töû
1. Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu veà ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát ñeå
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
2. Caùc soá lieäu ban ñaàu:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh, tính toaùn:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Caùc baûn veõ:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
5. Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng.
6. Ngaøy giao nhieäm vuï:
7. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï:
Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân
Ngaøy thaùng naêm 2000
Chuû nhieäm boä moân
Chöông I
GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
I. DIODE COÂNG SUAÁT:
I. 1 Caáu taïo:
- +
P - + N
Anoát
q
P N
d
-α 0 α Katoát
(a) (b)
Hình 1. 1
a). Caáu taïo cuûa diode.
b). Kyù hieäu cuûa diode.
Diode coâng suaát laø linh kieän baùn daãn coù hai cöïc, ñöôïc caáu taïo bôûi moät lôùp
baùn daãn N vaø moät lôùp baùn daãn P gheùp laïi.
Silic laø moät nguyeân toá hoùa hoïc thuoäc nhoùm IV trong baûng heä thoáng tuaàn
hoaøn. Silic coù 4 ñieän töû thuoäc lôùp ngoaøi cuøng trong caáu truùc nguyeân töû. Neáu ta keát
hôïp theâm vaøo moät nguyeân toá thuoäc nhoùm V maø lôùp ngoaøi cuøng coù 5 ñieän töû thì 4
ñieän töû cuûa nguyeân toá naøy tham gia lieân keát vôùi 4 ñieän töû töï do cuûa Silic vaø xuaát
hieän moät ñieän töû töï do. Trong caáu truùc tinh theå, caùc ñieän töû töï do laøm taêng tính
daãn ñieän. Do ñieän töû coù ñieän tích aâm neân chaát naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn loaïi N
(negative), coù nghóa laø aâm.
Neáu theâm vaøo Silic moät nguyeân toá thuoäc nhoùm III maø coù 3 nguyeân töû thuoäc
nhoùm ngoaøi cuøng thì xuaát hieän moät loå troáng trong caáu truùc tinh theå. Loã troáng naøy
coù theå nhaän 1 ñieän töû, taïo neân ñieän tích döông vaø laøm taêng tính daãn ñieän. Chaát
naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn loaïi P (positive), coù nghóa laø döông.
Trong chaát baùn daãn loaïi N ñieän töû laø haït mang ñieän ña soá, loã troáng laø thieåu
soá. Vôùi chaát baùn daãn loaïi P thì ngöôïc laïi.
ÔÛ giöõa hai lôùp baùn daãn laø maët gheùp PN. Taïi ñaây xaûy ra hieän töôïng khueách
taùn. Caùc loã troáng cuûa baùn daãn loaïi P traøn sang N laø nôi coù ít loã troáng. Caùc ñieän töû
cuûa baùn daãn loaïi N chaïy sang P laø nôi coù ít ñieän töû. Keát quaû taïi maët tieáp giaùp phía
P ngheøo ñi veà dieän tích döông vaø giaøu leân veà ñieän tích aâm. Coøn phía baùn daãn loaïi
N thì ngöôïc laïi neân goïi laø vuøng ñieän tích khoâng gian döông.
Trong vuøng chuyeån tieáp (-αα) hình thaønh moät ñieän tröôøng noäi taïi. Kyù hieäu
laø Ei vaø coù chieàu töø N sang P hay coøn goïi laø barie ñieän theá (khoaûng töø 0,6V ñeán
0,7V ñoái vôùi vaät lieäu laø Silic). Ñieän tröôøng naøy ngaên caûn söï di chuyeån cuûa caùc
ñieän tích ña soá vaø laøm deã daøng cho söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá
(ñieän töû cuûa vuøng P vaø loå troáng cuûa vuøng N). Söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu
soá hình thaønh neân doøng ñieän ngöôïc hay doøng ñieän roø.
I. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ei Ei
P N P N
U U
+ - - +
(a) (b)
Hình 1. 2
a). Söï phaân cöïc thuaän diode.
b). Söï phaân cöïc ngöôïc diode.
Khi ñaët diode coâng suaát döôùi ñieän aùp nguoàn U coù cöïc tính nhö hình veõ,
chieàu cuûa ñieän tröôøng ngoaøi ngöôïc chieàu vôùi ñieän tröôøng noäi Ei. Thoâng thöôøng
U > Ei thì coù doøng ñieän chaïy trong maïch, taïo neân ñieän aùp rôi treân diode khoaûng
0,7V khi doøng ñieän laø ñònh möùc. Vaäy söï phaân cöïc thuaän haï thaáp barie ñieän theá.
Ta noùi maët gheùp PN ñöôïc phaân cöïc thuaän.
Khi ñoåi chieàu cöïc tính ñieän aùp ñaët vaøo diode, ñieän tröôøng ngoaøi seõ taùc ñoäng
cuøng chieàu vôùi ñieän tröôøng noäi taïi Ei. Ñieän tröôøng toång hôïp caûn trôû söï di chuyeån
cuûa caùc ñieän tích ña soá. Caùc ñieän töû cuûa vuøng N di chuyeån thaúng veà cöïc döông
nguoàn U laøm cho ñieän theá vuøng N voán ñaõ cao laïi caøng cao hôn so vôùi vuøng P. Vì
theá vuøng chuyeån tieáp laïi caøng roäng ra, khoâng coù doøng ñieän chaïy qua maët gheùp
PN. Ta noùi maët gheùp PN bò phaân cöïc ngöôïc. Neáu tieáp tuïc taêng U, caùc ñieän tích
ñöôïc gia toác, gaây neân söï va chaïm daây chuyeàn laøm barie ñieän theá bò ñaùnh thuûng.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode coâng suaát ñöôïc bieåu dieãn gaàn ñuùng baèng bieåu
thöùc sau: I = IS [ exp (eU/kT) – 1 ] ( 1. 1 )
Trong ñoù:
- IS : Doøng ñieän roø, khoaûng vaøi chuïc mA
- e = 1,59.10- 19 Coulomb
- k = 1,38.10- 23 : Haèng soá Bolzmann
- T = 273 + t0 : Nhieät ñoä tuyeät ñoái (0 K)
- t0 : Nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng (0 C)
- U : Ñieän aùp ñaët treân diode (V)
I
1
UZ U
Uγ
2
Hình 1. 3 Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode goàm coù hai nhaùnh:
1. Nhaùnh thuaän
2. Nhaùnh ngöôïc
Khi diode ñöôïc phaân cöïc thuaän döôùi ñieän aùp U thì barie ñieän theá Ei giaûm
xuoáng gaàn baèng 0. Taêng U, luùc ñaàu doøng I taêng töø töø cho ñeán khi U lôùn hôn
khoaûng 0,1V thì I taêng moät caùch nhanh choùng, ñöôøng ñaëc tính coù daïng haøm muõ.
Töông töï, khi phaân cöïc ngöôïc cho diode, taêng U, doøng ñieän ngöôïc cuõng
taêng töø töø. Khi U lôùn hôn khoaûng 0,1V doøng ñieän ngöôïc döøng laïi ôû giaù trò vaøi chuïc
mA vaø ñöôïc kyù hieäu laø IS. Doøng IS laø do söï di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá
taïo neân. Neáu tieáp tuïc taêng U thì caùc ñieän tích thieåu soá di chuyeån caøng deã daøng
hôn, toác ñoä di chuyeån tæ leä thuaän vôùi ñieän tröôøng toång hôïp, ñoäng naêng cuûa chuùng
taêng leân. Khi U = UZ thì söï va chaïm giöõa caùc ñieän tích thieåu soá di chuyeån vôùi
toác ñoä cao seõ beû gaûy ñöôïc caùc lieân keát nguyeân töû Silic trong vuøng chuyeån tieáp vaø
xuaát hieän nhöõng ñieän töû töï do môùi. Roài nhöõng ñieän tích töï do môùi naøy chòu söï taêng
toác cuûa ñieän tröôøng toång hôïp laïi tieáp tuïc baén phaù caùc nguyeân töû Silic. Keát quaû taïo
moät phaûn öùng daây chuyeàn laøm cho doøng ñieän ngöôïc taêng leân aøo aït vaø seõ phaù hoûng
diode. Do ñoù, ñeå baûo veä diode ngöôøi ta chæ cho chuùng hoaït ñoäng vôùi giaù trò ñieän
aùp: U = (0,7 → 0,8)UZ.
Khi diode hoaït ñoäng, doøng ñieän chaïy qua diode laøm cho diode phaùt noùng,
chuû yeáu ôû taïi vuøng chuyeån tieáp. Ñoái vôùi diode loaïi Silic, nhieät ñoä maët gheùp cho
pheùp laø 2000C. Vöôït quaù nhieät ñoä naøy diode coù theå bò phaù hoûng. Do ñoù, ñeå laøm
maùt diode, ta duøng quaït gioù ñeå laøm maùt, caùnh taûn nhieät hay cho nöôùc hoaëc daàu
bieán theá chaûy qua caùnh taûn nhieät vôùi toác ñoä lôùn hay nhoû tuøy theo doøng ñieän.
Caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn ñeå choïn diode laøø:
- Doøng ñieän ñònh möùc Iñm (A)
- Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi Ungmax ( V )
- Ñieän aùp rôi treân diode ∆U ( V )
I. 3 ÖÙng duïng:
ÖÙng duïng chuû yeáu cuûa diode coâng suaát laø chænh löu doøng ñieän xoay chieàu
thaønh doøng ñieän moät chieàu cung caáp cho taûi.
Caùc boä chænh löu cuûa diode ñöôïc chia thaønh hai nhoùm chính:
- Chænh löu baùn kyø hay coøn goïi laø chænh löu nöûa soùng.
- Chænh löu toaøn kyø hay coøn goïi laø chænh löu toaøn soùng.
II. TRANSISTOR COÂNG SUAÁT:
II. 1 Caáu taïo:
Transistor laø linh kieän baùn daãn goàm 3 lôùp: PNP hay NPN.
C
P
B
N
P C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 4 Transistor PNP:
a). Caáu taïo
b). Kyù hieäu
C
B N
P
N C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 5 Transistor NPN:
a). Caáu taïo
b). Kyù hieäu
Veà maët vaät lyù, transistor goàm 3 phaàn: phaàn phaùt, phaàn neàn vaø phaàn thu.
Vuøng neàn (B) raát moûng.
Transistor coâng suaát coù caáu truùc vaø kyù hieäu nhö sau:
IC
C
B C
UCE
IB
UBE E E• •B
IE
(a) (b)
Hình 1. 6 Transistor coâng suaát
a). Caáu truùc b). Kyù hieäu
II. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
E C
N pP •
Emite
• N
• •
•
Colecto
•
• •
•
E C
•
IE
Base IC
IE
- + •
- +
RE UEE UCC RC
Hình 1. 7 Sô ñoà phaân cöïc transistor.
Ñieän theá UEE phaân cöïc thuaän moái noái B - E (PN) laø nguyeân nhaân laøm cho
vuøng phaùt (E) phoùng ñieän töû vaøo vuøng P (cöïc B). Haàu heát caùc ñieän töû (electron) sau
khi qua vuøng B roài qua tieáp moái noái thöù hai phía beân phaûi höôùng tôùi vuøng N (cöïc
thu), khoaûng 1% electron ñöôïc giöõ laïi ôû vuøng B. Caùc loã troáng vuøng neàn di chuyeån
vaøo vuøng phaùt.
Moái noái B - E ôû cheá ñoä phaân cöïc thuaän nhö moät diode, coù ñieän khaùng nhoû
vaø ñieän aùp rôi treân noù nhoû thì moái noái B - C ñöôïc phaân cöïc ngöôïc bôûi ñieän aùp
UCC. Baûn chaát moái noái B - C naøy gioáng nhö moät diode phaân cöïc ngöôïc vaø ñieän
khaùng moái noái B - C raát lôùn.
Doøng ñieän ño ñöôïc trong vuøng phaùt goïi laø doøng phaùt IE. Doøng ñieän ño ñöôïc
trong maïch cöïc C (soá löôïng ñieän tích qua ñöôøng bieân CC trong moät ñôn vò thôøi
gian laø doøng cöïc thu IC).
Doøng IC goàm hai thaønh phaàn:
- Thaønh phaàn thöù nhaát (thaønh phaàn chính) laø tæ leä cuûa haït electron ôû cöïc
phaùt tôùi cöïc thu. Tæ leä naøy phuï thuoäc duy nhaát vaøo caáu truùc cuûa transistor vaø laø
haèng soá ñöôïc tính tröôùc ñoái vôùi töøng transistor rieâng bieät. Haèng soá ñaõ ñöôïc ñònh
nghóa laø α. Vaäy thaønh phaàn chính cuûa doøng IC laø αIE. Thoâng thöôøng α = 0,9 →
0,999.
- Thaønh phaàn thöù hai laø doøng qua moái noái B - C ôû cheá ñoä phaân cöïc ngöôïc
laïi khi IE = 0. Doøng naøy goïi laø doøng ICBO – noù raát nhoû.
- Vaäy doøng qua cöïc thu: IC = αIE + ICBO.
* Caùc thoâng soá cuûa transistor coâng suaát:
- IC: Doøng colectô maø transistor chòu ñöôïc.
- UCEsat: Ñieän aùp UCE khi transistor daãn baõo hoøa.
- UCEO: Ñieän aùp UCE khi maïch badô ñeå hôû, IB = 0 .
- UCEX: Ñieän aùp UCE khi badô bò khoùa bôûi ñieän aùp aâm, IB < 0.
- ton: Thôøi gian caàn thieát ñeå UCE töø giaù trò ñieän aùp nguoàn U giaûm xuoáng
UCESat ≈ 0.
- tf: Thôøi gian caàn thieát ñeå iC töø giaù trò IC giaûm xuoáng 0.
- tS: Thôøi gian caàn thieát ñeå UCE töø giaù trò UCESat taêng ñeán giaù trò ñieän aùp
nguoàn U.
- P: Coâng suaát tieâu taùn beân trong transistor. Coâng suaát tieâu taùn beân trong
transistor ñöôïc tính theo coâng thöùc: P = UBE.IB + UCE.IC.
- Khi transistor ôû traïng thaùi môû: IB = 0, IC = 0 neân P = 0.
- Khi transistor ôû traïng thaùi ñoùng: UCE = UCESat.
Trong thöïc teá transistor coâng suaát thöôøng ñöôïc cho laøm vieäc ôû cheá ñoä
khoùa: IB = 0, IC = 0, transistor ñöôïc coi nhö hôû maïch. Nhöng vôùi doøng ñieän goác ôû
traïng thaùi coù giaù trò baõo hoøa, thì transistor trôû veà traïng thaùi ñoùng hoaøn toaøn.
Transistor laø moät linh kieän phuï thuoäc neân caàn phoái hôïp doøng ñieän goác vaø doøng
ñieän goùp. ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa ñeå duy trì khaû naêng ñieàu khieån vaø ñeå traùnh ñieän
tích ôû cöïc goác quaù lôùn, doøng ñieän goác ban ñaàu phaûi cao ñeå chuyeån sang traïng thaùi
daãn nhanh choùng. ÔÛ cheá ñoä khoùa doøng ñieän goác phaûi giaûm cuøng qui luaät nhö doøng
ñieän goùp ñeå traùnh hieän töôïng choïc thuûng thöù caáp.
IC
a IC
b IC
UCE •
UCE
(a) (b)
Hình 1. 8 Traïng thaùi daãn vaø traïng thaùi bò khoùa
a). Traïng thaùi ñoùng maïch hay ngaén maïch IB lôùn, IC do taûi giôùi haïn.
b). Traïng thaùi hôû maïch IB = 0.
Caùc toån hao chuyeån maïch cuûa transistor coù theå lôùn. Trong luùc chuyeån
maïch, ñieän aùp treân caùc cöïc vaø doøng ñieän cuûa transistor cuõng lôùn. Tích cuûa doøng
ñieän vaø ñieän aùp cuøng vôùi thôøi gian chuyeån maïch taïo neân toån hao naêng löôïng trong
moät laàn chuyeån maïch. Coâng suaát toån hao chính xaùc do chuyeån maïch laø haøm soá
cuûa caùc thoâng soá cuûa maïch phuï taûi vaø daïng bieán thieân cuûa doøng ñieän goác.
* Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f (IC).
Ñeå cho khi transistor ñoùng, ñieän aùp suït beân trong coù giaù trò nhoû,
ngöôøi ta phaûi cho noù laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa, töùc laø IB phaûi ñuû lôùn ñeå IC cho
ñieän aùp suït UCE nhoû nhaát. ÔÛ cheá ñoä baõo hoøa, ñieän aùp suït trong transistor coâng suaát
baèng 0,5 ñeán 1V trong khi ñoù tiristor laø khoaûng 1,5V.
UCE
Vuøng
tuyeán
tính Vuøng gaàn baõo
h ø
Vuøng baõo hoøa I
C
Hình 1. 9 Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f ( IC ).
II. 3 ÖÙng duïng cuûa transistor coâng suaát:
Transistor coâng suaát duøng ñeå ñoùng caét doøng ñieän moät chieàu coù cöôøng ñoä
lôùn. Tuy nhieân trong thöïc teá transistor coâng suaát thöôøng cho laøm vieäc ôû cheá ñoä
khoùa.
IB = 0, IC = 0: transistor coi nhö hôû maïch.
II. 4 Transistor Mos coâng suaát:
Transistor tröôøng FET (Field – Effect Transistor) ñöôïc cheá taïo theo coâng
ngheä Mos (Metal – Oxid – Semiconductor), thöôøng söû duïng nhö nhöõng chuyeån
maïch ñieän töû coù coâng suaát lôùn. Khaùc vôùi transistor löôõng cöïc ñöôïc ñieàu khieån
baèng doøng ñieän, transistor Mos ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän aùp. Transistor Mos
goàm caùc cöïc chính: cöïc maùng (drain), nguoàn (source) vaø cöûa (gate). Doøng ñieän
maùng - nguoàn ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän aùp cöûa – nguoàn.
Ñieän •
= 9V Maùng
trôû
Doøng haèng = 7,5V
ñieän soá = 6V
maùng Cöûa
= 4,5V • •
= 3V
• Nguoàn
Ñieän aùp maùng – nguoàn
(a) (b)
Hình 1. 10 Transistor Mos coâng suaát:
a). Hoï ñaëc tính ra.
b). Kyù hieäu thoâng thöôøng keânh N.
Transistor Mos laø loaïi duïng cuï chuyeån maïch nhanh. Vôùi ñieän aùp 100V toån
hao daãn ôû chuùng lôùn hôn ôû transistor löôõng cöïc vaø tiristor, nhöng toån hao chuyeån
maïch nhoû hôn nhieàu. Heä soá nhieät ñieän trôû cuûa transistor Mos laø döông. Doøng ñieän
vaø ñieän aùp cho pheùp cuûa transistor Mos nhoû hôn cuûa transistor löôõng cöïc vaø
tiristor.
III. TIRISTOR:
III. 1 Caáu taïo:
Tiristor laø linh kieän goàm 4 lôùp baùn daãn PNPN lieân tieáp taïo neân anoát, katoát
vaø cöïc ñieàu khieån.
A
A
P1
J1
N1
J2
G P2
G
N2 J3
K
K
(a) (b)
Hình 1. 11
a). Caáu taïo cuûa tiristor.
b). Kyù hieäu cuûa tiristor.
Trong ñoù:
- A: anoát.
- K: katoát.
- G: cöïc ñieàu khieån.
- J1, J2, J3: caùc maët gheùp.
Tiristor goàm 1 ñóa Silic töø ñôn theå loaïi N, treân lôùp ñeäm loaïi baùn daãn P coù
cöïc ñieàu khieån baèng daây nhoâm, caùc lôùp chuyeån tieáp ñöôïc taïo neân baèng kyõ thuaät
bay hôi cuûa Gali. Lôùp tieáp xuùc giöõa anoát vaø katoát laø baèng ñóa moâlipñen hay
tungsen coù heä soá noùng chaûy gaàn baèng vôùi Gali. Caáu taïo daïng ñóa kim loaïi ñeå deã
daøng taûn nhieät.
III. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ñaët tiristor döôùi ñieän aùp moät chieàu, anoát noái vaøo cöïc döông, katoát noái vaøo
cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän aùp, J1, J3 phaân cöïc thuaän, J2 phaân cöïc ngöôïc. Gaàn nhö
toaøn boä ñieän aùp nguoàn ñaët treân maët gheùp J2. Ñieän tröôøng noäi taïi Ei cuûa J2 coù chieàu
töø N1 höôùng veà P2. Ñieän tröôøng ngoaøi taùc ñoäng cuøng chieàu vôùi Ei vuøng chuyeån
tieáp cuõng laø vuøng caùch ñieän caøng môû roäng ra khoâng coù doøng ñieän chaïy qua tiristor
maëc duø noù bò ñaët döôùi ñieän aùp.
I
IH
UZ
U
0 Uch
Hình 1. 12 Ñaëc tính volt-ampe cuûa tiristor.
* Môû tiristor:
Cho moät xung ñieän aùp döông Ug taùc ñoäng vaøo cöïc G ( döông so vôùi K ),
caùc ñieän töû töø N2 sang P2. Ñeán ñaây, moät soá ít ñieän töû chaûy vaøo cöïc G vaø hình
thaønh doøng ñieàu khieån Ig chaïy theo maïch G - J3 - K - G coøn phaàn lôùn ñieän töû chòu
söùc huùt cuûa ñieän tröôøng toång hôïp cuûa maët gheùp J2 lao vaøo vuøng chuyeån tieáp naøy,
taêng toác, ñoäng naêng lôùn beû gaûy caùc lieân keát nguyeân töû Silic, taïo neân ñieän töû töï do
môùi. Soá ñieän töû môùi ñöôïc giaûi phoùng tham gia baén phaù caùc nguyeân töû Silic trong
vuøng keá tieáp. Keát quaû cuûa phaûn öùng daây chuyeàn laøm xuaát hieän nhieàu ñieän töû chaïy
vaøo N1 qua P1 vaø ñeán cöïc döông cuûa nguoàn ñieän ngoaøi, gaây neân hieän töôïng daãn
ñieän aøo aït, J2 trôû thaønh maët gheùp daãn ñieän, baét ñaàu töø moät ñieåm ôû xung quanh cöïc
G roài phaùt trieån ra toaøn boä maët gheùp.
Ñieän trôû thuaän cuûa tiristor khoaûng 100KΩ khi coøn ôû traïng thaùi khoùa, trôû
thaønh 0,01Ω khi tiristor môû cho doøng chaïy qua.
Tiristor khoùa + UAK > 1V hoaëc Ig > Igst thì tiristor seõ môû. Trong ñoù Igst laø
doøng ñieàu khieån ñöôïc tra ôû soå tay tra cöùu tiristor.
ton: Thôøi gian môû laø thôøi gian caàn thieát ñeå thieát laäp doøng ñieän chaïy trong
tiristor, tính töø thôøi ñieåm phoùng doøng Ig vaøo cöïc ñieàu khieån. Thôøi gian môû tiristor
keùo daøi khoaûng 10µs.
* Khoùa tiristor: Coù 2 caùch:
- Laøm giaûm doøng ñieän laøm vieäc I xuoáng döôùi giaù trò doøng duy trì IH (
Holding Current ).
- Ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân tiristor. Khi ñaët ñieän aùp ngöôïc leân
tiristor: UAK < 0, J1 vaø J3 bò phaân cöïc ngöôïc, J2 phaân cöïc thuaän, ñieän töû ñaûo chieàu
haønh trình taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaûy töø katoát veà anoát, veà cöïc aâm cuûa nguoàn
ñieän ngoaøi.
Tiristor môû + UAK < 0 → tiristor khoùa.
Thôøi gian khoùa toff: Thôøi gian töø khi baét ñaàu xuaát hieän doøng ñieän ngöôïc
( t0 ) ñeán doøng ñieän ngöôïc baèng 0 ( t2 ), toff keùo daøi khoaûng vaøi chuïc µs.
* Xeùt söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa:
I
t0 t1 t2
t
Hình 1. 13 Söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa.
Töø t0 ñeán t1 doøng ñieän ngöôïc lôùn, sau ñoù J1, J3 trôû neân caùch ñieän. Do hieän
töôïng khueách taùn moät ít ñieän töû giöõa hai maët J1 vaø J3 ít daàn ñi ñeán heát. J2 khoâi
phuïc tính chaát cuûa maët gheùp ñieàu khieån.
III. 3 ÖÙng duïng:
Tiristor ñöôïc söû duïng trong caùc boä nguoàn ñaëc bieät: trong maïch chænh löu,
boä baêm vaø trong boä bieán taàn tröïc tieáp hoaëc caùc boä bieán taàn coù khaâu trung gian
moät chieàu.
- ÖÙng duïng tiristor trong maïch ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô.
- Chuyeån maïch tónh.
- Khoáng cheá pha.
- Naïp aécqui.
- Khoáng cheá nhieät ñoä.
IV. TRIAC:
IV. 1 Caáu taïo:
Triac laø thieát bò baùn daãn ba cöïc, boán lôùp coù ñöôøng ñaëc tính volt-ampe ñoái
xöùng, nhaän goùc môû α cho caû hai chieàu. Triac ñöôïc cheá taïo ñeå laøm vieäc trong
maïch ñieän xoay chieàu, coù taùc duïng nhö 2 SCR ñaáu song song ngöôïc.
T2
N
P
N
P T2
N N
G
G T1 T1
(a) (b)
Hình 1. 14
a). Caáu taïo cuûa triac.
b). Kyù hieäu cuûa triac.
Triac ñöôïc cheá taïo treân cuøng moät ñôn tinh theå goàm hai cöïc vaø chæ coù moät
cöïc ñieàu khieån.
IV. 2 Nguyeân lyù laøm vieäc:
T1 laø cöïc gaàn vôùi cöïc ñieàu khieån G.
I ( I ) : T1 döông
Traïng thaùi daãn
Ig2 > Ig1
Ig = 0 : Traïng thaùi
0 ù
- Ut Ut
UB2 UB1 UB0
( III ) : T2
aâm
-
I
Hình 1. 15 Ñaëc tính volt-ampe cuûa triac.
ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ): UT2 > UT1 coøn ( III ) thì ngöôïc laïi.
Ñieän aùp UB0 laø giaù trò ñieän aùp môû ñöa triac töø traïng thaùi bò khoùa sang daãn
khi khoâng coù doøng ñieàu khieån, Ig = 0. Khi coù doøng ñieàu khieån Ig triac seõ môû vôùi
ñieän aùp ñaët vaøo nhoû hôn.
Triac chæ bò khoùa khi Ig = 0 vaø ñieän aùp ñaët vaøo nhoû hôn ngöôõng UB vaø môû
theo chieàu naøy hoaëc chieàu khaùc tuøy theo cöïc tính cuûa doøng ñieän ñieàu khieån.
* Coù 4 caùch ñeå môû triac:
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ):
Caùch I+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch I-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù ba ( III ):
Caùch III+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch III-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- Triac coù öu ñieåm laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn nhöng coâng suaát
giôùi haïn nhoû hôn tiristor.
IV. 3 ÖÙng duïng:
Triac duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu, trong maïch chænh löu.
Ngoaøi ra, triac coøn duøng ñeå ñieàu chænh aùnh saùng ñieän, nhieät ñoä loø.
Chöông II
NGHIEÂN CÖÙU VAØ TRÌNH BAØY
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ MOÄT
CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
I. KHAÙI NIEÄM CHUNG:
I. 1 Ñònh nghóa:
Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô laø duøng caùc bieän phaùp nhaân taïo ñeå thay ñoåi caùc
thoâng soá nguoàn nhö ñieän aùp hay caùc thoâng soá maïch nhö ñieän trôû phuï, thay ñoåi töø
thoâng… Töø ñoù taïo ra caùc ñaëc tính cô môùi ñeå coù nhöõng toác ñoä laøm vieäc môùi phuø
hôïp vôùi yeâu caàu. Coù hai phöông phaùp ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô:
- Bieán ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä phaän cô khí töùc laø bieán ñoåi tyû soá truyeàn
chuyeån tieáp töø truïc ñoäng cô ñeán cô caáu maùy saûn suaát.
- Bieán ñoåi toác ñoä goùc cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông phaùp naøy laøm giaûm tính
phöùc taïp cuûa cô caáu vaø caûi thieän ñöôïc ñaëc tính ñieàu chænh. Vì vaäy, ta khaûo saùt söï
ñieàu chænh toác ñoä theo phöông phaùp thöù hai.
Ngoaøi ra caàn phaân bieät ñieàu chænh toác ñoä vôùi söï töï ñoäng thay ñoåi toác ñoä khi
phuï taûi thay ñoåi cuûa ñoäng cô ñieän.
Veà phöông dieän ñieàu chænh toác ñoä, ñoäng cô ñieän moät chieàu coù nhieàu öu
vieät hôn so vôùi caùc loaïi ñoäng cô khaùc. Khoâng nhöõng noù coù khaû naêng ñieàu chænh
toác ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñoäng löïc, maïch ñieàu khieån ñôn giaûn hôn, ñoàng
thôøi laïi ñaït chaát löôïng ñieàu chænh cao trong daõy ñieàu chænh toác ñoä roäng.
I. 2 Caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeå ñaùnh giaù heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä:
Khi ñieàu chænh toác ñoä cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän ta caàn chuù yù vaø caên
cöù vaøo caùc chæ tieâu sau ñaây ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän:
I. 2. a Höôùng ñieàu chænh toác ñoä:
Höôùng ñieàu chænh toác ñoä laø ta coù theå ñieàu chænh ñeå coù ñöôïc toác ñoä lôùn hôn
hay beù hôn so vôùi toác ñoä cô baûn laø toác ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän treân ñöôøng
ñaëc tính cô töï nhieân.
I. 2. b Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä (Daõy ñieàu chænh):
Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä D laø tæ soá giöõa toác ñoä lôùn nhaát nmax vaø toác ñoä beù
nhaát nmin maø ngöôøi ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc taïi giaù trò phuï taûi laø ñònh möùc: D =
nmax/nmin.
Trong ñoù:
- nmax: Ñöôïc giôùi haïn bôûi ñoä beàn cô hoïc.
- nmin: Ñöôïc giôùi haïn bôûi phaïm vi cho pheùp cuûa ñoäng cô,
thoâng thöôøng ngöôøi ta choïn nmin laøm ñôn vò.
Phaïm vi ñieàu chænh caøng lôùn thì caøng toát vaø phuï thuoäc vaøo yeâu caàu
cuûa töøng heä thoáng, khaû naêng töøng phöông phaùp ñieàu chænh.
I. 2. c Ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô khi ñieàu chænh toác ñoä:
Ñoä cöùng: β = ∆M/∆n. Khi β caøng lôùn töùc ∆M caøng lôùn vaø ∆n nhoû
nghóa laø ñoä oån ñònh toác ñoä caøng lôùn khi phuï taûi thay ñoåi nhieàu. Phöông phaùp ñieàu
chænh toác ñoä toát nhaát laø phöông phaùp maø giöõ nguyeân hoaëc naâng cao ñoä cöùng cuûa
ñöôøng ñaëc tính cô. Hay noùi caùch khaùc β caøng lôùn thì caøng toát.
I. 2. d Ñoä baèng phaúng hay ñoä lieân tuïc trong ñieàu chænh toác ñoä:
Trong phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä, coù nhieàu caáp toác ñoä. Ñoä lieân tuïc
khi ñieàu chænh toác ñoä γ ñöôïc ñaùnh giaù baèng tæ soá giöõa hai caáp toác ñoä keà nhau:
γ = ni/ni+1
Trong ñoù:
- ni: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù i.
- ni + 1: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù ( i + 1 ).
Vôùi ni vaø ni + 1 ñeàu laáy taïi moät giaù trò moment naøo ñoù.
γ tieán caøng gaàn 1 caøng toát, phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä caøng lieân
tuïc. Luùc naøy hai caáp toác ñoä baèng nhau, khoâng coù nhaûy caáp hay coøn goïi laø ñieàu
chænh toác ñoä voâ caáp.
γ ≠ 1 : Heä thoáng ñieàu chænh coù caáp.
I. 2. e Toån thaát naêng löôïng khi ñieàu chænh toác ñoä:
Heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän coù chaát löôïng cao laø moät heä thoáng coù
hieäu suaát laøm vieäc cuûa ñoäng cô η laø cao nhaát khi toån hao naêng löôïng ∆Pphuï ôû
möùc thaáp nhaát.
I. 2. f Tính kinh teá cuûa heä thoáng khi ñieàu chænh toác ñoä:
Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä truyeàn ñoäng ñieän coù tính kinh teá cao
nhaát laø moät heä thoáng ñieàu chænh phaûi thoûa maõn toái ña caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuûa
heä thoáng. Ñoàng thôøi heä thoáng phaûi coù giaù thaønh thaáp nhaát, chi phí baûo quaûn vaän
haønh thaáp nhaát, söû duïng thieát bò phoå thoâng nhaát vaø caùc thieát bò maùy moùc coù theå
laép raùp laãn cho nhau.
II. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑIEÄN AÙP ÑAËT
VAØO PHAÀN ÖÙNG ÑOÄNG CÔ:
Ñoái vôùi caùc maùy ñieän moät chieàu, khi giöõ töø thoâng khoâng ñoåi vaø ñieàu chænh
ñieän aùp treân maïch phaàn öùng thì doøng ñieän, moment seõ khoâng thay ñoåi. Ñeå traùnh
nhöõng bieán ñoäng lôùn veà gia toác vaø löïc ñoäng trong heä ñieàu chænh neân phöông
phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp treân maïch phaàn öùng thöôøng
ñöôïc aùp duïng cho ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
Ñeå ñieàu chænh ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô, ta duøng caùc boä nguoàn
ñieàu aùp nhö: maùy phaùt ñieän moät chieàu, caùc boä bieán ñoåi van hoaëc khueách ñaïi töø…
Caùc boä bieán ñoåi treân duøng ñeå bieán doøng xoay chieàu cuûa löôùi ñieän thaønh doøng
moät chieàu vaø ñieàu chænh giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa noù cho phuø hôïp theo yeâu caàu.
Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp:
U Ru + R f
n = − M
K EΦ KEKMΦ2
Ta coù toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: n0 = Uñm/KEΦñm.Vaø ñoä cöùng cuûa ñöôøng
ñaëc tính cô:
dM K K Φ2
β = = − E M
dn Ru + R f
Khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô thì toác ñoä khoâng taûi lyù
töôûng seõ thay ñoåi nhöng ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô thì khoâng thay ñoåi.
Nhö vaäy, khi ta thay ñoåi ñieän aùp thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô khoâng
thay ñoåi. Hoï ñaëc tính cô laø nhöõng ñöôøng thaúng song song vôùi ñöôøng ñaëc tính cô
töï nhieân: n
n0
ncb TN ( Uñm )
n1 Uñm > U1 > U2 > U3
n2 U1
ncb > n1 > n2 > n3
n3 U2
U3
M
MC
Hình 2. 1 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng thöïc
chaát laø giaûm aùp vaø cho ra nhöõng toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn ncb. Ñoàng thôøi
ñieàu chænh nhaûy caáp hay lieân tuïc tuøy thuoäc vaøo boä nguoàn coù ñieän aùp thay ñoåi
moät caùch lieân tuïc vaø ngöôïc laïi.
Theo lyù thuyeát thì phaïm vi ñieàu chænh D = ∞. Nhöng trong thöïc teá ñoäng cô
ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp neáu khoâng coù bieän phaùp ñaëc bieät chæ laøm vieäc ôû
phaïm vi cho pheùp: Umincp = Uñm/10, nghóa laø phaïm vi ñieàu chænh:
D = ncb/nmin = 10/1. Neáu ñieän aùp phaàn öùng U < Umincp thì do phaûn öùng phaàn öùng
seõ laøm cho toác ñoä ñoäng cô khoâng oån ñònh.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët
vaøo phaàn öùng ñoäng cô seõ giöõ nguyeân ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô neân ñöôïc
duøng nhieàu trong maùy caét kim loaïi vaø cho nhöõng toác ñoä nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm: Ñaây laø phöông phaùp ñieàu chænh trieät ñeå, voâ caáp coù nghóa laø coù
theå ñieàu chænh toác ñoä trong baát kyø vuøng taûi naøo keå caû khi ôû khoâng taûi lyù töôûng.
* Nhöôïc ñieåm: Phaûi caàn coù boä nguoàn coù ñieän aùp thay ñoåi ñöôïc neân voán ñaàu
tö cô baûn vaø chi phí vaän haønh cao.
III. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI TÖØ THOÂNG:
+ • U • -
Iö
Ñ
•
CKÑ
+ •
UKT • -
Hình 2. 2 Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng.
Ñieàu chænh töø thoâng kích thích cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu laø ñieàu chænh
moment ñieän töø cuûa ñoäng cô M = KMφIö vaø söùc ñieän ñoäng quay cuûa ñoäng cô
Eö = KEφn. Thoâng thöôøng, khi thay ñoåi töø thoâng thì ñieän aùp phaàn öùng ñöôïc giöõ
nguyeân giaù trò ñònh möùc.
Ñoái vôùi caùc maùy ñieän nhoû vaø ñoâi khi caû caùc maùy ñieän coâng suaát trung bình,
ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc bieán trôû ñaët trong maïch kích töø ñeå thay ñoåi töø thoâng
do toån hao coâng suaát nhoû. Ñoái vôùi caùc maùy ñieän coâng suaát lôùn thì duøng caùc boä
bieán ñoåi ñaëc bieät nhö: maùy phaùt, khueách ñaïi maùy ñieän, khueách ñaïi töø, boä bieán ñoåi
van…
Thöïc chaát cuûa phöông phaùp naøy laø giaûm töø thoâng. Neáu taêng töø thoâng thì
doøng ñieän kích töø IKT seõ taêng daàn ñeán khi hö cuoän daây kích töø. Do ñoù, ñeå ñieàu
chænh toác ñoä chæ coù theå giaûm doøng kích töø töùc laø giaûm nhoû töø thoâng so vôùi ñònh
möùc. Ta thaáy luùc naøy toác ñoä taêng leân khi töø thoâng giaûm: n = U/KEΦ.
Maët khaùc ta coù: Moment ngaén maïch Mn = KMφIn neân khi φ giaûm seõ laøm
cho Mn giaûm theo.
Ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô:
KEKM Φ2
β =−
R
Khi φ giaûm thì ñoä cöùng β cuõng giaûm, ñaëc tính cô seõ doác hôn. Neân ta coù hoï
ñöôøng ñaëc tính cô khi thay ñoåi töø thoâng nhö sau:
n
φñm > φ1 > φ2
Φ1
n ncb < n1 < n2
Φ2
1
Φñm
nc M
0 MC M2 M1 Mn
Hình 2. 3 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi töø thoâng.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng coù theå ñieàu
chænh ñöôïc toác ñoä voâ caáp vaø cho ra nhöõng toác ñoä lôùn hôn toác ñoä cô baûn.
Theo lyù thuyeát thì töø thoâng coù theå giaûm gaàn baèng 0, nghóa laø toác ñoä taêng
ñeán voâ cuøng. Nhöng treân thöïc teá ñoäng cô chæ laøm vieäc vôùi toác ñoä lôùn nhaát:
nmax = 3ncb töùc phaïm vi ñieàu chænh: D = nmax/ncb = 3/1.
Bôûi vì öùng vôùi moãi ñoäng cô ta coù moät toác ñoä lôùn nhaát cho pheùp. Khi ñieàu
chænh toác ñoä tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän cô khí, ñieàu kieän coå goùp ñoäng cô khoâng theå
ñoåi chieàu doøng ñieän vaø chòu ñöôïc hoà quang ñieän. Do ñoù, ñoäng cô khoâng ñöôïc laøm
vieäc quaù toác ñoä cho pheùp.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng coù
theå ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp vaø cho nhöõng toác ñoä lôùn hôn ncb. Phöông phaùp naøy
ñöôïc duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä cho caùc maùy maøi vaïn naêng hoaëc laø maùy baøo
giöôøng. Do quaù trình ñieàu chænh toác ñoä ñöôïc thöïc hieän treân maïch kích töø neân toån
thaát naêng löôïng ít, mang tính kinh teá. Thieát bò ñôn giaûn.
IV. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑIEÄN TRÔÛ PHUÏ
TREÂN MAÏCH PHAÀN ÖÙNG:
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng coù theå ñöôïc duøng cho taát caû ñoäng cô ñieän moät chieàu. Trong phöông
phaùp naøy ñieän trôû phuï ñöôïc maéc noái tieáp vôùi maïch phaàn öùng cuûa ñoäng cô theo sô
ñoà nguyeân lyù nhö sau: + • • -
U
Iö •
Rf
E
•
CKÑ
+ • UKT • -
Hình 2. 4 Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô baèng caùch thay ñoåi
ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp:
Khi thay ñoåi giaù trò ñieän trôû phuï Rf ta nhaän thaáy toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng:
U Ru + R f
n = − M
K EΦ KEKMΦ2
vaø ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô:
U dm K E K M Φ 2 dm
n0 = = const ; β = −
K E Φ dm Ru + R f
seõ thay ñoåi khi giaù trò Rf thay ñoåi. Khi Rf caøng lôùn, β caøng nhoû nghóa laø ñöôøng ñaëc
tính cô caøng doác. ÖÙng vôùi giaù trò Rf = 0 ta coù ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô töï
nhieân ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:
K E K M Φ 2 dm
β TN = −
Ru
Ta nhaän thaáy βTN coù giaù trò lôùn nhaát neân ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân coù ñoä
cöùng lôùn hôn taát caû caùc ñöôøng ñaëc tính cô coù ñoùng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn
öùng. Vaäy khi thay ñoåi giaù trò Rf ta ñöôïc hoï ñaëc tính cô nhö sau:
n
n0
ncb TN 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
n1
Rf1 ncb > n1 > n2 > n3
n2
n3 Rf2
M, I
0 MC Rf3
Hình 2. 5 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
Nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng ñöôïc giaûi thích nhö sau: Giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieäc xaùc laäp vôùi toác
ñoä n1 ta ñoùng theâm Rf vaøo maïch phaàn öùng. Khi ñoù doøng ñieän phaàn öùng Iö ñoät ngoät
giaûm xuoáng, coøn toác ñoä ñoäng cô do quaùn tính neân chöa kòp bieán ñoåi. Doøng Iö giaûm
laøm cho moment ñoäng cô giaûm theo vaø toác ñoä giaûm xuoáng, sau ñoù laøm vieäc xaùc
laäp taïi toác ñoä n2 vôùi n2 > n1.
Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä naøy chæ coù theå ñieàu chænh toác ñoä n < ncb.
Treân thöïc teá khoâng theå duøng bieán trôû ñeå ñieàu chænh neân phöông phaùp naøy seõ cho
nhöõng toác ñoä nhaûy caáp töùc ñoä baèng phaúng γ xa 1 töùc n1 caùch xa n2, n2 caùch xa n3…
Khi giaù trò nmin caøng tieán gaàn ñeán 0 thì phaïm vi ñieàu chænh:
D = ncb/nmin ≈ ∞.
Trong thöïc teá, Rf caøng lôùn thì toån thaát naêng löôïng phuï taêng. Khi ñoäng cô
laøm vieäc ôû toác ñoä n = ncb/2 thì toån thaát naøy chieám töø 40% ñeán 50%. Cho neân, ñeå
ñaûm baûo tính kinh teá cho heä thoáng ta chæ ñieàu chænh sao cho phaïm vi ñieàu chænh:
D = ( 2 → 3 )/1.
Khi giaù trò Rf caøng lôùn thì toác ñoä ñoäng cô caøng giaûm. Ñoàng thôøi doøng ñieän
ngaén maïch In vaø moment ngaén maïch Mn cuõng giaûm. Do ñoù, phöông phaùp naøy
ñöôïc duøng ñeå haïn cheá doøng ñieän vaø ñieàu chænh toác ñoä döôùi toác ñoä cô baûn. Vaø
tuyeät ñoái khoâng ñöôïc duøng cho caùc ñoäng cô cuûa maùy caét kim loaïi.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï
treân maïch phaàn öùng chæ cho nhöõng toác ñoä nhaûy caáp vaø nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm: Thieát bò thay ñoåi raát ñôn giaûn, thöôøng duøng cho caùc ñoäng cô
cho caàn truïc, thang maùy, maùy naâng, maùy xuùc, maùy caùn theùp.
* Nhöôïc ñieåm: Toác ñoä ñieàu chænh caøng thaáp khi giaù trò ñieän trôû phuï ñoùng
vaøo caøng lôùn, ñaëc tính cô caøng meàm, ñoä cöùng giaûm laøm cho söï oån ñònh toác ñoä khi
phuï taûi thay ñoåi caøng keùm. Toån hao phuï khi ñieàu chænh raát lôùn, toác ñoä caøng thaáp
thì toån hao phuï caøng taêng.
V. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH REÕ MAÏCH PHAÀN ÖÙNG:
Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp khi ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ
maïch phaàn öùng coù sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
+ • U • -
IS Rn
RS
• • •
Iö In
• E
•
CKÑ RKÑ
Hình 2. 6 Sô ñoà nguyeân lyù phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ
maïch phaàn öùng.
Moät heä thoáng khi ñieàu chænh caàn toác ñoä nhoû hôn ncb vaø ñieàu chænh nhaûy
caáp. Heä thoáng coù ñoä cöùng töông ñoái lôùn vaø thieát bò vaän haønh ñôn giaûn thì ngöôøi ta
duøng phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng hay coøn goïi laø phaân maïch.
Theo phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng thì phaàn öùng ñoäng cô noái song song
vôùi ñieän trôû vaø noái noái tieáp vôùi moät ñieän trôû khaùc. Phöông phaùp naøy gioáng vôùi
phöông phaùp thay ñoåi ñieän trôû treân maïch phaàn öùng nhöng ñieän aùp phaàn öùng laïi
khoâng thay ñoåi. Do ñoù, phöông phaùp naøy ñoøi hoûi phaûi:
- Ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô khoâng thay ñoåi.
- Vì doøng kích töø khoâng thay ñoåi neân khi ñieàu chænh toác ñoä, töø thoâng
khoâng ñoåi laøm cho moment phuï taûi cho pheùp ñöôïc giöõ khoâng ñoåi vaø baèng trò soá
ñònh möùc.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô:
RS Rn
Ru +
U RS RS + Rn
n = − M
K EΦ RS + Rn KEKMΦ2
RS Rn
Ru +
RS RS + Rn
n = n0 − M
RS + Rn KEK MΦ2
RS
⇒ n '0 = n 0 < n0
RS + Rn
Töø phöông trình treân, ta nhaän thaáy toác ñoä ñoäng cô nÑ < ncb. Maët khaùc ta coù:
RS
Ru + Rn > Ru + > Ru
RS + Rn
β R = β R < β PM < β TN
f n
Ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô reõ maïch phaàn öùng βPM nhoû hôn ñoä cöùng cuûa
ñaëc tính cô töï nhieân βTN nhöng laïi lôùn hôn ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô coù ñieän trôû phuï
βRf vôùi ñieän trôû phuï chính laø Rn.
Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô trong tröôøng hôïp naøy ta tieán haønh nhö sau:
* Giöõ nguyeân Rn, thay ñoåi giaù trò RS:
- Khi RS = 0: Ñaây laø traïng thaùi haõm ñoäng naêng vôùi toác ñoä haõm ñoäng
naêng nHÑN = 0. U
− Khi: RS = ∞ : I A = dm
Rn
Ta coù hoï ñaëc tính cô nhö
n
n0
TN
RS2 n3 RS1 < RS2
RS1 n1 < n2
n2
n1 IA
I
MC • RS = 0
RS = ∞
Hình 2. 7 Hoï ñaëc tính cô khi Rn = const, RS thay ñoåi.
Nhö vaäy, khi giöõ nguyeân Rn, thay ñoåi giaù trò RS thì vuøng ñieàu chænh toác ñoä
bò haïn cheá vaø modun ñoä lôùn ñaëc tính cô taêng daàn khi toác ñoä giaûm.
* Giöõ nguyeân RS, thay ñoåi giaù trò Rn:
- Khi Rn = 0: RS khoâng aûnh höôûng ñeán ñöôøng ñaëc tính cô. Luùc naøy ta
xem RS nhö laø taûi noái song song vôùi ñoäng cô. Ta coù ñöôïc ñöôøng ñaëc tính cô töï
nhieân.
- Khi Rn = ∞: Ñoäng cô ñieän bò hôû maïch neân khoâng coù ñieän aùp rôi
treân phaàn öùng ñoäng cô. Ñaây laø traïng thaùi haõm ñoäng naêng vôùi RHÑN = RS. Ta coù :
IB = Uñm/RS. Ta coù hoï ñaëc tính cô nhö sau:
n
n0
nc TN ( RN = 0 )
n1 Rn1 0 < Rn1 < Rn2 < Rn =
∞
n2 Rn2
I
IB MC
Rn = 0
Hình 2.8 Hoï ñaëc tính cô khi RS = const, Rn thay
å
Vaäy, khi giöõ nguyeân RS vaø thay ñoåi Rn thì phaïm vi ñieàu chænh khoâng bò haïn
cheá nhö tröôøng hôïp treân. Nhöng khi toác ñoä giaûm xuoáng thì ñoä cöùng ñöôøng ñaëc
tính cô laïi bò giaûm xuoáng.
* Ngoaøi ra coøn coù phöông phaùp thay ñoåi ñoàng thôøi giaù trò cuûa RS vaø Rn:
Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong thöïc teá.
So vôùi phöông phaùp ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch
phaàn öùng ta nhaän thaáy: Khi toác ñoä vaø moment ñoäng cô nhö nhau nghóa laø khi
coâng suaát cô nhö nhau doøng ñieän nhaän töø löôùi trong sô ñoà reõ maïch phaàn öùng luoân
luoân lôùn hôn trong sô ñoà ñieàu chænh baèng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng moät
löôïng baèng doøng ñieän chaïy qua RS.
Phöông phaùp naøy chæ duøng cho caàn truïc, caàu truïc, thang maùy, maùy caùn
theùp. Ñoàng thôøi tuyeät ñoái khoâng duøng cho maùy caét kim loaïi.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng thì
ñieàu chænh toác ñoä nhaûy caáp vaø cho nhöõng toác ñoä nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm:
- Vôùi cuøng moät toác ñoä yeâu caàu thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô
phaân maïch coù ñoä cöùng lôùn hôn ñaëc tính cô duøng ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng.
- Thieát bò vaän haønh ñôn giaûn.
* Nhöôïc ñieåm:
- Phöông phaùp naøy duøng tieáp ñieåm ñeå ñoùng caét ñieän trôû neân ñoä tinh
chænh khoâng cao, ñieàu chænh toác ñoä coù caáp, phaïm vi ñieàu chænh: D = ( 2 → 3 )/1.
- Do toån thaát coâng suaát trong sô ñoà naøy khaù lôùn neân phaïm vi öùng
duïng bò haïn cheá. Phöông phaùp naøy chæ aùp duïng cho ñoäng cô coù coâng suaát nhoû,
thôøi gian laøm vieäc ngaén vôùi toác ñoä thaáp.
VI. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG HEÄ THOÁNG MAÙY PHAÙT - ÑOÄNG CÔ
( F - Ñ ):
VI. 1 Sô ñoà nguyeân lyù:
Vôùi nhöõng heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp, phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä
töông ñoái roäng. Caàn nhöõng toác ñoä lôùn hôn hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô baûn vaø
caàn ñieàu chænh lieân tuïc nhö truyeàn ñoäng chính cuûa moät soá maùy baøo giöôøng coù
naêng suaát thaáp, truyeàn ñoäng quay truïc caùn theùp coù coâng suaát trung bình vaø nhoû,
truyeàn ñoäng ñuùc oáng trong phöông phaùp ñuùc lieân tuïc… thì ngöôøi ta duøng heä thoáng
F - Ñ coù sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
U1; f1
• • •
Iö
Pñ∼ PñmC
CD
• + n
CKK K F UÑ Ñ
RKK Pcô1 Pcô2
- ÑSC CCSX
CKÑ
• • IKF CKF
IKÑ
RKF
UK RKÑ
• • 2 •
CD 1
•
•
Hình 2. 9 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng maùy phaùt – ñoäng cô.
Trong ñoù:
- ÑSC: Ñoäng cô sô caáp, cung caáp ñoäng löïc cho toaøn heä thoáng. Nhaän
coâng suaát ñieän xoay chieàu, bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng keùo maùy phaùt F vaø
maùy phaùt kích thích K. ÑSC coù theå laø ñoäng cô noå, ñoäng cô ñieän tuøy thuoäc vaøo chæ
tieâu kyõ thuaät cuûa heä thoáng.
- F: Maùy phaùt moät chieàu kích thích ñoäc laäp, cung caáp tröïc tieáp
nguoàn moät chieàu cho phaàn öùng ñoäng cô.
- Ñ: Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp keùo cô caáu saûn xuaát (
CCSX ), laø ñoái töôïng caàn ñieàu chænh toác ñoä trong phaïm vi töông ñoái nhoû.
- K: Maùy phaùt kích thích, thöïc chaát laø maùy phaùt ñieän moät chieàu ñaëc
bieät coù töø dö lôùn neân coù khaû naêng töï kích. Phaùt ra ñieän moät chieàu UK cung caáp
cho maïch kích thích maùy phaùt CKF vaø kích thích cuûa ñoäng cô CKÑ.
VI. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ñeå khôûi ñoäng heä thoáng F - Ñ ta tieán haønh caùc böôùc nhö sau:
- Môû taát caû caùc caàu dao CD1, CD2.
- Ñieàu chænh bieán trôû ôû maïch kích thích cuûa ñoäng cô RKÑ ôû trò soá cöïc
tieåu sao cho ΦÑmax vaø ñieàu chænh bieán trôû ôû maïch kích thích cuûa maùy phaùt RKF ôû
trò soá cöïc ñaïi sao cho ΦFmin.
- Ñoùng caàu dao CD1 ( luùc naøy CD2 vaãn hôû ) khôûi ñoäng ñoäng cô ÑSC.
Ñoäng cô ÑSC seõ quay vaø ñôïi cho toác ñoä oån ñònh. ÑSC quay laøm cho maùy phaùt F
vaø maùy phaùt kích thích K quay.
- Ñoùng caàu dao CD2 ñeå choïn chieàu quay cho ñoäng cô laø thuaän hay
ngöôïc. Luùc naøy coù ΦF nhöng raát beù seõ laøm cho EF beù neân UÑ = EF – IöRöF beù.
Ñoäng cô seõ khôûi ñoäng vaø quay vôùi toác ñoä thaáp.
- Ñeå taêng daàn ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô, ta ñieàu chænh bieán trôû RKF
giaûm daàn veà trò soá cöïc tieåu ( taêng doøng kích töø cuûa maùy phaùt ), do ñoù, doøng Iö taêng
daàn, ñoäng cô taêng toác ñoä cho ñeán khi ñaït ñeán ncb. Quaù trình khôûi ñoäng ñeán ñaây laø
chaám döùt.
- Ñeå ngöøng truyeàn ñoäng ta ñieàu chænh RKF taêng daàn ñeå giaûm doøng
kích thích cuûa maùy phaùt laøm cho ñieän aùp phaùt ra cuûa maùy phaùt UF giaûm. Do ñoù,
toác ñoä cuûa ñoäng cô giaûm xuoáng vaø ngöøng haún vaøo luùc UF = 0. Sau ñoù môû caàu dao
CD2 döøng ñoäng cô ÑSC.
Muoán thay ñoåi chieàu quay cuûa ñoäng cô ta gaït caàu dao CD2 sang vò trí 2.
Vôùi heä thoáng F - Ñ ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng nhö sau:
* Ñeå cho nÑ < ncb: Ñieàu chænh bieán trôû RKF cuûa maùy phaùt ñaït giaù trò
cöïc ñaïi ñeå giaûm doøng kích töø cuûa maùy phaùt laøm cho UF giaûm, toác ñoä ñoäng cô
giaûm xuoáng ñaït nÑ < ncb.
Goïi DUÑ: Phaïm vi ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng
ñoäng cô. Ta coù: DUÑ = ncb/nmin = 10/1.
* Ñeå cho nÑ > ncb : Ta giöõ UF ôû trò soá ñònh möùc vaø ñieàu chænh bieán
trôû RKÑ ñaït giaù trò cöïc ñaïi ñeå giaûm töø thoâng kích thích cuûa ñoäng cô. Luùc naøy toác
ñoä cuûa ñoäng cô taêng leân ñaït nÑ > ncb.
Goïi DΦÑ: Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng cuûa ñoäng
cô. Ta coù: DΦÑ = nmax/ncb = 3/1.
Keát hôïp hai phöông phaùp ñieàu chænh laø giaûm ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng
ñoäng cô UÑ vaø giaûm töø thoâng ΦÑ ta ñöôïc phaïm vi ñieàu chænh chung:
D = DUÑDΦÑ = nmax/nmin = 30/1.
VI. 3 Thaønh laäp phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng F - Ñ:
Phöông trình ñaëc tính cô toång quaùt:
U R
n= − Iu
KEΦ KEΦ
U R uD
⇒ n = − Iu
K EΦ D K EΦ D
EF R uD + R uF
n = − M
K EΦ D K EK M Φ 2D
Phöông trình caân baèng söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt: UÑ = EF – IöRöF
Thay vaøo phöông trình ñaëc tính cô ta ñöôïc:
E R uD + R uF
n = F
− Iu
K E Φ D K EΦ D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính toác ñoä cuûa heä thoáng.
Thay Iö = M / KMΦÑ vaøo phöông trình ñaëc tính toác ñoä ta ñöôïc phöông trình
ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng F - Ñ nhö sau:
EF R + RuF
nD = − uD M
KEΦD KE KM Φ2D
Töø phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng ta nhaän thaáy: ÖÙng vôùi moãi
höôùng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khaùc nhau ( lôùn hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô
baûn ) ta seõ coù nhöõng hoï ñaëc tính ñieàu chænh khaùc nhau nhö ñaõ trình baøy ôû treân.
n
n’3 Φ3
RKÑ ↑ n’2
Φ2 ΦÑ ↓
n’1
Φ1
nc
Uñm, Φñm
n1
RKF ↑ n2 U1 UÑ ↓
U2 M
0 MC
Hình 2. 10 Hoï ñaëc tính cô ñieàu chænh trong heä thoáng F - Ñ.
VI. 4 Ñaùnh giaù heä thoáng F - Ñ:
VI. 4. a Öu ñieåm:
- Heä thoáng naøy coù theå ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp, phaïm vi ñieàu chænh
roäng: D = ( 10 → 30 )/1 bôûi vì quaù trình ñieàu chænh ñöôïc thöïc hieän baèng maïch
kích thích cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô. Coù theå duøng phöông phaùp bieán trôû.
- Heä thoáng coù söï chuyeån ñoåi traïng thaùi laøm vieäc raát linh hoaït, khaû
naêng quaù taûi lôùn neân thöôøng ñöôïc söû duïng ôû caùc maùy khai thaùc trong coâng nghieäp
nhoû.
VI. 4. b Nhöôïc ñieåm:
- Duøng 4 maùy ñeå quay neân khi laøm vieäc seõ gaây tieáng oàn lôùn, chieám
nhieàu dieän tích ñeå ñaët maùy. Ñoàng thôøi toång coâng suaát ñaët vaøo heä thoáng F - Ñ quaù
lôùn: Gaáp 3 laàn so vôùi yeâu caàu neân voán ñaàu tö lôùn.
- Hieäu suaát hoaït ñoäng cuûa heä thoáng töông ñoái thaáp:
η = Pcô2/Pñ∼ < 0,75
- Ñaëc tính cô doác neân khi coù dao ñoäng ôû phuï taûi thì theå hieän roõ hôn
nöõa.
- Ngoaøi ra, do caùc maùy phaùt moät chieàu coù töø dö, ñaëc tính töø hoùa coù
treå neân khoù ñieàu chænh saâu toác ñoä.
VI. 4. c Nhaän xeùt:
Vôùi heä thoáng F - Ñ voøng hôû nhö treân, ta khoâng theå thöïc hieän vieäc oån
ñònh toác ñoä ñoäng cô laø nhieäm vuï caàn thieát ñoái vôùi caùc heä thoáng truyeàn ñoäng nhaèm
naâng cao chaát löôïng saûn phaåm ñöôïc gia coâng treân maùy, naâng cao chaát löôïng kyõ
thuaät cuûa moät qui trình coâng ngheä maø maùy saûn xuaát tham gia hoaëc naâng cao naêng
suaát cuûa maùy.
Ñeå thöïc hieän nhieäm vuï ñoù, ta thöôøng duøng caùc heä thoáng F-Ñ coù
khueách ñaïi maùy ñieän duøng phaûn hoài voøng kín. Trong caùc heä thoáng naøy, caùc boä
khueách ñaïi maùy ñieän seõ sö ûduïng caùc lieân heä phaûn hoài, nghóa laø ñöa moät tín hieäu
ñaàu ra cuûa heä thoáng quay trôû laïi ñaàu vaøo cuûa noù. Tín hieäu ñaàu ra coù theå laø ñieän
aùp, doøng ñieän trong maïch chính hoaëc toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. Tín hieäu ñaàu vaøo
laø söùc töø ñoäng cuûa khueách ñaïi maùy ñieän. Caùc khueách ñaïi maùy ñieän thöôøng duøng
hieän nay laø maùy kích töø nhieàu cuoän daây ñieàu chænh ñöôïc, khueách ñaïi maùy ñieän töï
kích vaø khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc.
VII. HEÄ THOÁNG KHUEÁCH ÑAÏI MAÙY ÑIEÄN – ÑOÄNG CÔ:
VII. 1 Khueách ñaïi maùy ñieän ( KÑMÑ ):
KÑMÑ laø maùy phaùt moät chieàu ñaëc bieät. Coù 2 loaïi KÑMÑ:
- KÑMÑ töï kích.
- KÑMÑ töø tröôøng giao truïc.
VII. 1. a Khueách ñaïi maùy ñieän töï kích:
Laø loaïi maùy phaùt ñieän moät chieàu ñaëc bieät. Maïch töø ñöôïc laøm baèng
theùp kyõ thuaät caùn nguoäi neân coù töø trôû nhoû vaø ñaëc tính töø treã heïp.
Heä thoáng kích töø coù töø 3 ñeán 4 cuoän daây:
- Moät cuoän laøm kích töø ñoäc laäp ( kích töø chính ) ñaët ñieän aùp moät chieàu vaøo
vaø duøng ñeå ñieàu khieån söùc ñieän ñoäng phaùt ra cuûa phaàn öùng maùy ñieän.
- Moät cuoän laøm nhieäm vuï töï kích, laáy ñieän aùp phaùt ra hai ñaàu phaàn öùng
hoaëc doøng ñieän treân maïch phaàn öùng quay trôû laïi töï kích.
- Caùc cuoän coøn laïi duøng ñeå thöïc hieän caùc phaûn hoài trong heä thoáng.
Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích:
* KÑMÑ töï kích theo ñieän aùp ( töï kích song song ):
R1 CK
+ • • • • •
R2
Ung KÑM
UKÑMÑ
ÑTK
F1 F2
- • • • • •
CK CK
Hình 2. 11 Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích song song.
* KÑMÑ töï kích theo doøng ñieän ( töï kích noái tieáp ):
R1 CK IKÑMÑ
+ • • • •
F1
Ung KÑM F2 UKÑMÑ
ÑTK CK
- • • • • •
CK R2
Hình 2. 12 Sô ñoà nguyeân lyù KÑMÑ töï kích noái tieáp.
Nhôø cuoän töï kích maø ñieän aùp phaùt ra cuûa KÑMÑ ñöôïc naâng cao so
vôùi maùy phaùt thoâng thöôøng. Döïa vaøo ñaëc tính volt-ampe cuûa KÑMÑ ta thaáy:
UñmKÑMÑ = Uñm1 + Uñm2
UKÑMÑ
CK
Uñm2
UñmKÑMÑ CK
Uñm1
IK
Iñm1
Hình 2. 13 Ñaëc tính volt-ampe cuûa heä thoáng KÑMÑ.
Khi coù theâm CK2 thì U taêng leân moät löôïng Uñm2.
Heä soá coâng suaát: KP = Pfö/PKT = UKÑMÑIKÑMÑ/UKIK = haøng traêm/1.
VII. 1 Khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc:
Laø maùy phaùt moät chieàu ñaëc bieät:
- Maïch töø laøm baèng theùp kyõ thuaät ñieän caùn nguoäi, cöïc töø daïng aån.
- Phaàn kích coù töø 3 ñeán 4 cuoän daây:
. Moät cuoän laøm kích thích chính ( kích töø ñoäc laäp ) taïo ra töø tröôøng
chính.
. Moät cuoän laøm nhieäm vuï buø.
. Caùc cuoän coøn laïi duøng ñeå thöïc hieän phaûn hoài trong truyeàn ñoäng.
- Treân coå goùp ñaët hai caëp choåi than coù truïc vuoâng goùc nhau. Trong ñoù, moät
caëp ñöôïc noái taét vôùi nhau coøn moät caëp ñeå laáy ñieän aùp ra.
R1
+ • •
I1
I2
Ung E1 E2 UKÑMÑ
F1 F2
- • •
MFI ; KPI MFII ; KPII
Hình 2. 14 Sô ñoà töông ñöông KÑMÑ töø tröôøng giao truïc.
Ñöùng veà maët khueách ñaïi ta coù theå xem KÑMÑ töø tröôøng giao truïc töông
ñöông vôùi hai maùy phaùt ñieän laøm vieäc keá tieáp nhau vaø coù sô ñoà nguyeân lyù nhö
treân.
Heä soá khueách ñaïi: KP = KPIKPII = UKÑMÑI2/UKIK.
Ñaây laø loaïi maùy ñieän coù heä soá khueách ñaïi cao nhaát, KP coù giaù trò haøng ngaøn
laàn.
VII. 2 Khueách ñaïi maùy ñieän töï kích – ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm toác
ñoä:
VII. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù:
•
ÑSC • U1∼, f1
•
R1 CK1 CK3 CK2 R2
+ • •
n
F3
Ung KÑM
UÑ Ñ FT
ÑTK
F2
- •
F1 • CCSX
+ • • -
CKÑ
R3
•
Hình 2. 15 Sô ñoà nguyeân lyù khueách ñaïi maùy ñieän töï kích – ñoäng cô
duøng phaûn hoài aâm toác ñoä.
Trong ñoù:
- Pñm cuûa ñoäng cô ≤ 5KW.
- CK1: Cuoän kích thích chuû ñaïo ( kích töø ñoäc laäp ), sinh ra söùc töø
ñoäng F1.
- CK2: Cuoän töï kích thích, sinh ra söùc töø ñoäng F2 cuøng chieàu vôùi F1.
- R2: Ñieàu chænh heä soá töï kích. Giaù trò R2 caøng nhoû thì heä soá töø kích
caøng lôùn vaø ngöôïc laïi.
- CK3: Cuoän phaûn hoài aâm toác ñoä ( tín hieäu ñöa veà ñeå khöû F1 ), sinh
ra söùc töø ñoäng F3 ngöôïc chieàu F1.
VII. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ta coù: F3 = I3WCK3
E FT
I3 =
R uFT + R 3 + R CK 3
EFT: Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ño toác ñoä FT. Laø maùy phaùt moät
chieàu ñaëc bieät ñöôïc cheá taïo vôùi maïch töø baûo hoøa raát saâu ñeå töø thoâng naøy phaùt ra
hoaøn toaøn baèng haèng soá neân söùc ñieän ñoäng phaùt ra cuûa maùy phaùt tyû leä baäc nhaát
vôùi toác ñoä. Do ñoù, khi ñoïc söùc ñieän ñoäng ngöôøi ta bieát ñöôïc toác ñoä theo moái quan
heä: EFT = KEφFTnFT = KEφFTn.
Vì maïch töø baõo hoøa saâu neân φFT xem nhö laø haèng soá neân EFT tyû leä
thuaän vôùi nFT.
Töø caùc bieåu thöùc treân, ta nhaän thaáy khi R3 = const thì: F3 ∼ I3 ∼ EFT ∼
n. Vì vaäy F3 ∼ n. Söùc töø ñoäng cuûa KÑMÑ: FT = F1 + F2 + F3.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng:
* Ñeå cho n > ncb: Ta giaûm töø thoâng baèng caùch taêng giaù trò RKÑ.
* Ñeå cho n < ncb: Ta giaûm ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô
UÑ thoâng qua ñieàu chænh giaûm giaù trò R1.
Ngoaøi ra, khi ñieàu chænh R2 ñeå thay ñoåi heä soá töï kích nghóa laø thay
ñoåi ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô. Thöïc chaát quaù trình naøy laø naâng cao ñoä cöùng
cuûa ñöôøng ñaëc tính cô ñeå ñaït ñöôïc toác ñoä cao nhaát khi ñoäng cô ñöôïc môû roäng leân.
Ñoàng thôøi nhôø phaûn hoài aâm toác ñoä maø ñoäng cô coù khaû naêng laøm vieäc vôùi toác ñoä
thaáp hôn ncb/10, nghóa laø coù theå môû roäng theâm toác ñoä thaáp vaø cao neân ta ñöôïc
phaïm vi ñieàu chænh lôùn: D = ( 40 → haøng traêm )/1.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng oån ñònh toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi nhôø
khaâu phaûn hoài aâm toác ñoä: Khi ñoäng cô ñang laøm vieäc vôùi phuï taûi Mc vaø toác ñoä ñaït
yeâu caàu nyc. Vì lyù do naøo ñoù, moment phuï taûi ñaët leân truïc ñoäng cô thay ñoåi, khaùc
nyc thì nhôø quaù trình phaûn hoài aâm toác ñoä heä thoáng seõ töï ñoäng oån ñònh toác ñoä ñaït
nyc. Quaù trình töï ñoäng naøy ñöôïc giaûi thích nhö sau: Giaû söû khi Mc taêng seõ laøm cho
nÑ giaûm < nyc. Maø khi n giaûm → EFT giaûm → I3 giaûm → F3 giaûm → FT = F1 + F2 +
F3 taêng → EKÑMÑ taêng → UÑ taêng → n taêng ñaït ñeán nyc. Vaø khi Mc giaûm thì quaù
trình seõ töï ñoäng xaûy ra theo chieàu ngöôïc laïi ñeå toác ñoä ñoäng cô ñaït nyc.
n
n0
ny
c
TN
M
MC MC1
Hình 2. 16 Ñaëc tính cô cuûa heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töï kích –
ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm toác ñoä.
VII. 2. c Nhaän xeùt:
* Öu ñieåm: Duøng sai soá toác ñoä quay trôû laïi ñieàu khieån heä thoáng ñeå töï
ñoäng oån ñònh toác ñoä ( khaâu phaûn hoài tröïc tieáp ). Vieäc tính toaùn khaâu phaûn hoài aâm
toác ñoä tieán haønh raát ñôn giaûn, tieän lôïi.
* Nhöôïc ñieåm: Duøng maùy phaùt toác ñoä neân giaù thaønh cuûa heä thoáng
cao.
VII. 3 Heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng giao truïc – ñoäng cô
duøng phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm ñieän aùp:
VII. 3. a Sô ñoà nguyeân lyù:
•
ÑSC • U1∼, f1
•
R1 CK1 CK3 CK2 Iö
+ • •
n
R4
Ung KÑMÑ
TTGT R2 UÑ Ñ
R3
- • F1 F3 F2 • • • CCSX
UfhI + • • -
CKÑ
UfhU
Hình 2. 17 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän töø tröôøng
giao truïc – ñoäng cô duøng phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm ñieän aùp.
Trong ñoù:
- CK1: Cuoän kích thích chuû ñaïo, sinh ra söùc töø ñoäng F1.
- CK2: Cuoän phaûn hoài döông doøng ñieän, sinh ra söùc töø ñoäng
F2 cuøng chieàu vôùi F1.
- CK3: Cuoän phaûn hoài aâm ñieän aùp, sinh ra söùc töø ñoäng F3
ngöôïc chieàu vôùi F1.
VII. 3. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ta coù: . F2 = I2WCK2 Vôùi:
U fhI R 2 R CK 2
I2 = ;U fhI = Iu
R CK 2 R 2 + R CK 2
Neáu cho R2 = const thì ta ñöôïc: F2 ∼ I2 ∼ UfhI ∼ Iö ⇒ F2 ∼ Iö.
. F3 = I3WCK3 Vôùi:
U fhU R3
I3 = ;U fhU = UD
RCK3 R3 + R4
Khi giöõ cho R3 = const thì ta ñöôïc: F3 ∼ I3 ∼ UfhU ∼ UÑ ⇒ F3 ∼ UÑ.
Töông töï nhö heä thoáng KÑMÑ töï kích – ñoäng cô duøng phaûn hoài aâm
toác ñoä, heä thoáng naøy cuõng coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng lôùn hay
nhoû hôn so vôùi ncb.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng môû roäng phaïm vi ñieàu chænh, töï ñoäng oån
ñònh toác ñoä nhôø phaûn hoài döông doøng ñieän vaø phaûn hoài aâm toác ñoä. Giaû söû: Khi heä
thoáng laøm vieäc vôùi phuï taûi Mc vaø toác ñoä ñaït nyc. Khi Mc taêng → n giaûm nhoû so vôùi
nyc, luùc ñoù heä thoáng seõ: Mc taêng → M taêng ( moment ñoäng cô taêng ñeå caân baèng
vôùi phuï taûi ) → Iö taêng → F2 taêng. Khi Iö taêng → ∆UKÑMÑ = IöRöKÑKÑ taêng → UÑ =
EKÑMÑ – ∆UKÑMÑ giaûm → FT = F1 + F2 + F3 taêng → EKÑMÑ taêng → UÑ taêng → n
seõ taêng ñaït nyc. Khi Mc giaûm thì quaù trình xaûy ra theo chieàu ngöôïc laïi.
VII. 3. c Nhaän xeùt:
* Öu ñieåm: Söû duïng thieát bò ñôn giaûn (chæ duøng caùc ñieän trôû R2, R3,
R4) neân giaù thaønh thaáp.
* Nhöôïc ñieåm: Vieäc tính toaùn thieát keá phoái hôïp giöõa hai khaâu phaûn
hoài naøy ñeå oån ñònh toác ñoä laø khaù phöùc taïp (khaâu phaûn hoài giaùn tieáp).
VII. 3 Nhaän xeùt heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän – ñoäng cô:
VII. 3. a Öu ñieåm:
Ngoaøi nhöõng öu ñieåm cuûa caùc heä thoáng F - Ñ voøng hôû nhö:
- Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä roäng vôùi ñoä chính xaùc vaø tin caäy cao.
- Khôûi ñoäng maùy eâm.
- Coù khaû naêng haõm taùi sinh, traû naêng löôïng laïi cho löôùi ñieän.
- Toån hao naêng löôïng khi ñieàu chænh toác ñoä vaø môû maùy thaáp.
Caùc heä thoáng KÑMÑ – ñoäng cô voøng kín coøn coù nhöõng öu ñieåm:
- Coù khaû naêng töï ñoäng oån ñònh toác ñoä ñoäng cô khi phuï taûi thay ñoåi.
- Coù khaû naêng taêng tính oån ñònh toác ñoä cuûa heä thoáng nhôø khaâu oån
ñònh.
- Coù heä soá khueách ñaïi coâng suaát lôùn.
VII. 4. b Nhöôïc ñieåm:
Heä thoáng KÑMÑ – ñoäng cô coù nhöõng nhöôïc ñieåm töông töï nhö heä
thoáng F - Ñ:
- Duøng nhieàu maùy ñieän vôùi toång coâng suaát laép ñaët lôùn do ñoù ñoøi hoûi
giaù thaønh cao.
- Hieäu suaát hoaït ñoäng thaáp.
- Dieän tích laép ñaët maùy roäng vaø ñoøi hoûi neàn moùng chaéc chaén neân phí
toån vaän haønh lôùn.
- Gaây tieáng oàn lôùn.
VIII. HEÄ THOÁNG KHUEÁCH ÑAÏI TÖØ - ÑOÄNG CÔ:
VIII. 1 Sô ñoà nguyeân lyù:
Khueách ñaïi töø ( KÑT ) hay coøn goïi laø boä bieán ñoåi van töø, laø toå hôïp cuûa
khaùng baõo hoøa vôùi chænh löu khoâng ñieàu khieån.
KÑT ñöôïc duøng ñeå laøm boä ñieàu chænh doøng ñieän vaø ñieän aùp trong caùc heä
thoáng ñieàu khieån, ñieàu chænh vaø kieåm tra töï ñoäng.
Trong caùc maùy naâng vaän chuyeån, KÑT thöôøng ñöôïc duøng laøm maùy kích
thích cho caùc maùy phaùt trong heä thoáng F - Ñ. Ñoái vôùi maùy caét goït kim loaïi, KÑT
thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi chænh löu diode baùn daãn ñeå cung caáp cho phaàn öùng
ñoäng cô moät chieàu vôùi sô ñoà nguyeân lyù nhö sau:
U1∼, f1
• • •
•
BA • •
• + • +
Wñk
Wlv Ñ CKÑ
Uñk
• -
RKÑ
V0
• • • -
(a)
U1∼, f1
• • •
•
BA •
V0 Wlv
•
• +
Wñk
• • •
Uñk
• • •
• -
Ñ
(b)
+ • • -
CKÑ
Hình 2. 18 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng KÑT – ñoäng cô.
a). Tia ba pha.
b). Caàu ba pha.
Trong caùc sô ñoà naøy, maùy bieán aùp BA coù chöùc naêng bieán ñoåi giaù trò ñieän aùp
cho phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa ñoäng cô. Taïo ra soá pha hoaëc ñieåm trung tính cho
phuø hôïp vôùi sô ñoà chænh löu neáu caàn vaø naâng cao heä soá coâng suaát cuûa heä.
Caùc van khoâng ñieàu khieån Vo duøng ñeå bieán ñoåi doøng ñieän xoay chieàu
thaønh moät chieàu vaø taïo ra thaønh phaàn doøng ñieän töï töø hoùa cho KÑT.
Cuoän khaùng baõo hoøa KBH duøng ñeå ñieàu chænh giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa boä
bieán ñoåi.
VIII. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Trong heä thoáng KÑT – ñoäng cô, toác ñoä ñoäng cô ñöôïc ñieàu chænh baèng caùch
thay ñoåi trò soá trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng chænh löu baèng caùch bieán ñoåi doøng
ñieän ñieàu khieån, töùc laø bieán ñoåi möùc ñoä baõo hoøa cuûa maïch töø.
Ñeå ñôn giaûn trong vieäc khaûo saùt nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng naøy, ta
taùch ra moät trong ba pha töø caùc sô ñoà treân vaø giaû thuyeát raèng ñaëc tính töø treã cuûa
loõi theùp coù daïng lyù töôûng.
• • B
u2
+ • +BS
Iñk
Uñk Wñk Rt H
- • B0
V0
-BS
(a) (b)
Hình 2. 19
a). Sô ñoà nguyeân lyù moät pha cuûa boä bieán ñoåi.
b). Daïng ñaëc tính töø treã lyù töôûng cuûa loõi theùp.
Ta coù: u2 = U2msinωt = iRt + XK ( di / dωt )
Trong ñoù: XK coù giaù trò thay ñoåi theo traïng thaùi töø hoùa cuûa loõi theùp. Luùc
ñaàu, loõi theùp ñöôïc töø hoùa coá ñònh nhôø cuoän ñieàu khieån Wñk ñeán moät giaù trò B0 naøo
ñoù trong phaïm vi ( -BS ≤ B0 ≤ +BS ).
* ÔÛ baùn kyø döông cuûa nguoàn u2: doøng ñieän thuaän ñi qua V0 töø hoùa loõi cuoän
khaùng, laøm cho bieân ñoä töø caûm bieán thieân. Luùc naøy, vì loõi theùp chöa baõo hoøa neân
XK raát lôùn, nguoàn chuû yeáu rôi treân cuoän khaùng coøn giaù trò iRt ≈ 0. Ta coù:
u2 = U2msinωt = iRt + XK ( di/dωt ) = NlvωS ( dB / dt )
Vôùi ñieàu kieän ban ñaàu: t = 0, B = B0, giaûi phöông trình naøy ta ñöôïc:
B = B0 + Bm ( 1 - cosωt )
Trong ñoù:
- Bieân ñoä töø caûm: Bm = U2m/WNlvS
- Nlv: Soá voøng daây cuûa cuoän laøm vieäc.
- S : Dieän tích tieát dieän loõi cuûa cuoän khaùng.
- ω : Taàn soá goác cuûa doøng ñieän.
Khi loõi theùp baõo hoøa, ta coù XK = 0. Do ñoù, toaøn boä nguoàn aùp chæ ñaët leân taûi.
Khi ñoù: u2 = U2msinωt = iRt = ub
Vôùi ub laø ñieän aùp ra cuûa boä bieán, töùc laø ñieän aùp ñaët treân taûi.
* ÔÛ baùn kyø aâm cuûa nguoàn u2: V0 ngöng daãn, doøng ñieän töø hoùa khoâng coù neân
loõi theùp bò khöû töø bôûi cuoän ñieàu khieån Wñk vaø ñoä töø caûm B seõ giaûm daàn veà giaù trò
ban ñaàu B0, ñieän aùp treân taûi ub ≈ u2 = 0.
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
π
p p
U KDT =
2π ∫U
α
2m sin ω td ω t =
2π
U 2 m (1 + cos α )
Trong ñoù:
- p: Soá laàn ñaäp maïch trong boä chænh löu.
- α: Goùc baõo hoøa
BS − B0
α = arccos( −
1 )
Bm
- BS: Töø caûm baõo hoøa.
Neáu ta choïn Bm = BS thì α = arccos ( B0/BS ). Luùc naøy giaù trò trung bình cuûa
ñieän aùp chænh löu: UKÑT = Um [ 1 + ( B0/BS )] = f ( B0 ).Vôùi:
Um = pU2m/2π
Ta nhaän thaáy: Khi thay ñoåi giaù trò B0 töø –BS ñeán +BS ta seõ ñieàu chænh ñöôïc
ñieän aùp chænh löu UKÑT töø 0 ñeán giaù trò U2m( p/π ). Vì B0 laø do doøng ñieàu khieån Iñk
taïo ra neân thöïc chaát giaù trò UKÑT chính laø haøm cuûa Iñk: UKÑT = f ( Iñk ).
VIII. 3 Phöông trình ñaëc tính cô cuûa heä thoáng KÑT – ñoäng cô:
Töø coâng thöùc: n = n0 - M/β, ta ñöôïc phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô
trong heä thoáng: U R + Ru
n = KDT − b Iu
K EΦ K EΦ
B0
U m (1 + )
BS R + Ru
n= − b Iu
K EΦ K EΦ
B
U m (1 + 0 )
BS Rb + Ru
n= − M
K EΦ KEKMΦ2
Ñaây chính laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng KÑT –
ñoäng cô vôùi Rb laø ñieän trôû trong cuûa heä thoáng.
Neáu xem cuoän khaùng laø phaàn töû tuyeán tính thì ta seõ ñöôïc hoï nhöõng ñöôøng
ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô laø nhöõng ñöôøng thaúng song song nhau vaø ñöôïc goïi laø hoï
ñaëc tính cô lyù töôûng.
n
n0
Iñk1
nyc
n1 Iñk2
Iñk3
M
0 MC
Hình 2. 20 Hoï ñaëc tính cô lyù töôûng cuûa ñoäng cô trong heä thoáng KÑT –
ñoäng cô.
VIII. 4 Nhaän xeùt:
VIII. 4. a Öu ñieåm:
- Deã cheá taïo.
- Beàn vaø giaù thaønh haï.
- Do KÑT laø boä bieán ñoåi tónh neân khaéc phuïc ñöôïc nhöõng nhöôïc
ñieåm cuûa heä thoáng F - Ñ nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn treân.
VIII. 4. b Nhöôïc ñieåm:
- Do ñieän trôû trong cuûa boä bieán ñoåi van töø khaù lôùn neân ñoä cöùng cuûa
ñöôøng ñaëc tính cô thaáp, sai soá toác ñoä lôùn vaø daõy ñieàu chænh heïp.
- Veà hình thöùc ñieàu khieån, heä thoáng KÑT – ñoäng cô keùm linh hoaït
hôn heä F - Ñ. Ñaûo chieàu quay ñoäng cô khoù khaên vaø gaây toån thaát naêng löôïng lôùn.
Quaùn tính cuûa heä KÑT - ñoäng cô lôùn do aûnh höôûng cuûa ñieän khaùng KÑT, heä soá
coâng suaát thaáp.
Chöông III
CAÙC HEÄ THOÁNG ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ
MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP COÙ DUØNG
ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
I. HEÄ THOÁNG CHÆNH LÖU ÑOÄNG CÔ:
Ñeå taïo ra boä nguoàn moät chieàu coù ñieän aùp thay ñoåi ñöôïc, ngoaøi caùc maùy
phaùt ñieän moät chieàu, KÑMÑ, ngöôøi ta coøn duøng caùc boä chænh löu coù ñieàu khieån.
Vaøo nhöõng naêm cuoái cuûa thaäp nieân baûy möôi, khi coâng ngheä cheá taïo chaát baùn daãn
phaùt trieån, ñaëc bieät laø caùc tiristor chòu ñöôïc doøng ñieän lôùn vaø ñieän aùp cao thì caùc
boä chænh löu tiristor ra ñôøi. Caùc boä chænh löu naøy ngaøy caøng phaùt trieån maïnh meõ
vì coù nhöõng öu ñieåm noåi baät so vôùi duøng nguoàn maùy phaùt moät chieàu hoaëc chænh
löu duøng ñeøn khí:
- Coù theå taïo ra nhöõng boä nguoàn coâng suaát lôùn haøng ngaøn Kw maø caùc
maùy phaùt ñieän hoaëc ñeøn thuûy ngaân cô khí khoâng theå taïo ra ñöôïc.
- Toån thaát ñieän aùp treân ñeøn raát beù, chæ khoaûng töø 0,5V ñeán 1,5V.
- Ñoä nhaïy cuûa heä thoáng cao vì coù tính quaùn tính ñieän töø beù.
- Laøm vieäc ñöôïc ôû nhöõng nôi di chuyeån, chaán ñoäng maø maùy phaùt
ñieän, ñeøn khí, thuûy ngaân khoù thöïc hieän ñöôïc.
- Hieäu suaát cao.
Heä thoáng chænh löu ñöôïc phaân chia thaønh nhieàu loaïi: chænh löu moät pha
hay ba pha, ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng, coù ñieàu khieån hay khoâng ñieàu khieån…
Nhöng trong chöông naøy ngöôøi vieát chæ xin trình baøy heä thoáng chænh löu – ñoäng
cô ñieän ba pha duøng linh kieän baùn daãn tiristor ñeå ñieàu khieån. Heä thoáng naøy duøng
ñeå thay ñoåi ñieän aùp vaø doøng ñieän ngoõ ra baèng caùch thay ñoåi thôøi ñieåm ñaët xung
kích leân cöïc ñieàu khieån cuûa tiristor, töø ñoù coù theå ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô
ñieän. Vieäc ñieàu chænh naøy thöïc hieän voâ caáp vaø khoâng caàn tieáp ñieåm.
I. 1 Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô:
I. 1. a Sô ñoà nguyeân lyù:
Chænh löu ba pha hình tia coøn ñöôïc goïi laø chænh löu ba pha nöûa chu
kyø hay chænh löu ba pha coù “ ñaàu khoâng “. Ñieän aùp chænh löu laø moät nöûa soùng cuûa
ñieän aùp xoay chieàu.
U1∼, f1
• • •
I1
•
BA • • •
U2 I2 n
C0 UÑ Ñ
T1 T2 T3
ÑK CCSX
GT1 GT2 GT3
• • • Iö
GT1 + • • -
Uñk • BKC GT2 CKÑ RKÑ
GT3
Hình 3. 1 Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
Trong ñoù:
- BA: Maùy bieán aùp chænh löu coù nhieäm vuï:
. Bieán ñoåi ñieän aùp nguoàn Ung thaønh ñieän aùp phuø hôïp Un ñaët
leân boä chænh löu.
. Bieán ñoåi soá pha nguoàn thaønh soá pha phuø hôïp vôùi boä chænh
löu.
. Ñaûm baûo cho nguoàn vaø boä chænh löu chæ quan heä vôùi nhau
veà töø maø khoâng quan heä tröïc tieáp veà ñieän neân baûo veä vaø ñieàu chænh boä chænh löu
ñöôïc deã daøng hôn.
- T1, T2, T3: Caùc tiristor, bieán ñieän aùp xoay chieàu U2 thaønh ñieän aùp
moät chieàu.
- ÑK: Cuoän ñieän khaùng caân baèng.
- Ñ: Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Ñaây laø thaønh phaàn chuû
yeáu, ñoái töôïng caàn ñieàu chænh toác ñoä.
- Boä loïc ( Ñ vaø C0 ): Cho nhöõng thaønh phaàn xoay chieàu coøn soùt laïi ñi
qua tuï. Laøm cho doøng ñi qua ñoäng cô ít nhaáp nhoâ neân moment ít thay ñoåi, do ñoù
toác ñoä ñoäng cô ñöôïc oån ñònh.
- BKC: Boä khoáng cheá. Coù nhieäm vuï laøm boä taïo xung, ñeám xung vaø
phaân phoái xung ñaët leân caùc cöïc ñieàu khieån cuûa caùc tiristor.
I. 1. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng:
Vôùi sô ñoà nguyeân lyù nhö treân, caùc tiristor ñöôïc noái theo nhoùm katoát
chung neân caùc phaàn töû chænh löu coù ñaëc ñieåm nhö sau:
- Tirisror daãn ñieän laø tiristor coù anoát ñöôïc noái vôùi ñieän aùp cao
nhaát vaø phaûi ñöôïc kích xung ñoàng pha vôùi ñieän aùp cuûa pha ñoù.
- Tiristor naøo daãn ñieän thì noù seõ gaùnh troïn doøng ñieän taûi.
- Khi coù moät tiristor daãn ñieän thì hai tiristor coøn laïi seõ khoâng
daãn ( neáu ta xeùt boû qua söï chuyeån maïch ).
Cheá ñoä laøm vieäc cuûa chænh löu phuï thuoäc vaøo phöông thöùc ñieàu
khieån vaø caùc tính chaát cuûa phuï taûi. Trong truyeàn ñoäng ñieän, taûi cuûa chænh löu
thöôøng laø cuoän kích töø ( L, R ) vaø maïch phaàn öùng ñoäng cô ( R, L vaø E ). Ñeå ñôn
giaûn trong vieäc tìm hieåu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình
tia – ñoäng cô treân ta coù sô ñoà thay theá nhö sau:
• •
u2a u2b u2c ↓ EÑ
Ud Ld
T1 T2 T3
• • •
Rd
Id
• •
Hình 3. 2 Sô ñoà thay theá heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng
cô.
Trong ñoù:
- EÑ: Söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô ñieän.
- u2a, u2b, u2c: Ñieän aùp thöù caáp cuûa maùy bieán aùp BA.
- Rd: Ñieän trôû maïch moät chieàu ( keå caû ñieän trôû daây quaán thöù
caáp cuûa maùy bieán aùp ).
- Ld: Ñieän caûm maïch moät chieàu.
Ñeå tieán haønh ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô, ngöôøi ta thay ñoåi goùc kích
α cuûa tiristor seõ thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp chænh löu, laøm cho ñieän aùp ñaët leân phaàn
öùng ñoäng cô thay ñoåi. Xeùt hai tröôøng hôïp:
* Khi α = 0: Ta kích tiristor taïi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân laøm
cho ñieän aùp ra trung bình laø cöïc ñaïi: Ud0 = Udmax
m π
U d 0 = U d max cos α = 2U 2 f Sin ( 3. 1 )
π m
Trong ñoù:
- Ud0: Ñieän aùp chænh löu taïi thôøi ñieåm α = 0.
- m: Soá pha cuûa chænh löu ( m = 3 ).
- U2f: Ñieän aùp pha thöù caáp maùy bieán aùp.
* Khi α ≠ 0: Ud = Udmaxcosα
m π
Ud = 2U 2 f sin cos α ( 3. 2 )
π m
- Khi 0 < α < 300: Doøng chænh löu seõ lieân tuïc vaø coù sô ñoà daïng
soùng nhö sau:
Hình 3. 3 Ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä chænh löu vaø ñieän aùp ngöôïc
ñaët leân tiristor T1.
Trong khoaûng thôøi gian O1O2 ñieän aùp ra Ua coù giaù trò lôùn nhaát, ñoàng
thôøi taïi thôøi ñieåm O1 kích xung cho T1. T1 nhaän xung kích neân daãn ñieän, môû cho
doøng ñieän chaïy qua coøn hai van T2 vaø T3 bò khoùa. Sau thôøi ñieåm O2 trôû ñi Ub coù
giaù trò lôùn nhaát. Taïi O2, kích xung cho T2 neân T2 daãn. Luùc naøy ta coù Ua < Ub neân
anoát cuûa T1 coù ñieän theá thaáp hôn so vôùi katoát cuûa noù, do ñoù T1 bò khoùa. Töông töï,
taïi thôøi ñieåm O3, T3 daãn coøn T1 vaø T2 bò khoùa.
Nhö vaäy moãi tiristor seõ cho doøng chaïy qua noù trong khoaûng thôøi
0
gian 120 ñieän vaø giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu tiristor:
π 2π
+α +
6 3
3 3 6
Ud =
2π π
∫ 2U 2 sin θdθ =
2π
U 2 cos α ( 3. 3 )
+α
6
Ñieän aùp ngöôïc ñaët leân moãi tiristor laø hieäu soá ñieän theá giöõa anoát vaø katoát
cuûa tiristor ñoù:
. Khi T2 daãn:
π ( 3. 4 )
U ngT 1 = U b − U a = 6U 2 cos(θ − )
3
. Khi T3 daãn:
2π
U ngT 1 = U c − U a = 6U 2 cos(θ − ) ( 3. 5 )
3
Ñieåm cöïc trò cuûa ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 laø:
4π
U ngT 1 = 6U 2 khiθ =
3
11π
U ngT 1 = 6U 2 khiθ =
3
Doøng ñieän chænh löu ñöôïc san baèng coù giaù trò:
Ud
Id = ( 3. 6 )
Rd + X d
Giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän chaïy qua moãi tiristor laø:
2π
3
1 Id ( 3. 7 )
I dtb =
2π ∫I
0
d dθ =
3
- Khi 30 < α < 900: Ñieän aùp ra töùc thôøi seõ aâm trong moät soá khoaûng:
0
Hình 3. 4 Ñoà thò ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu khi 300 < α < 900.
- Khi α = 900: Ñieän aùp ra trung bình Udtb = 0.
- Khi α > 900: Daïng soùng ra cuûa ñieän aùp chænh löu coù daïng nhö sau:
Hình 3. 5 Daïng soùng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu khi α > 900.
Ta nhaän thaáy: Trong khoaûng 0 < α < 900, boä bieán ñoåi laøm vieäc ôû cheá
ñoä chænh löu vôùi ñieän aùp Ud > 0. Vaø trong khoaûng 900 < α < 1800, boä bieán ñoåi laøm
vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu vôùi Ud < 0. Moái quan heä giöõa Ud = f ( α ) cuûa boä chænh
löu tiristor ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
Ud
Ud0
CL π/2 π
α
0 NL
- Ud0
Hình 3. 6 Ñaëc tính ñieàu chænh Ud = f (α ).
I. 1. c Hieän töôïng chuyeån maïch:
Trong sô ñoà chænh löu ba pha hình tia - ñoäng cô, khi phaùt xung nhaèm
ñeå môû moät van tiristor thì ñieän aùp cuûa pha ñoù phaûi döông hôn ñieän aùp cuûa pha coù
van ñang daãn doøng. Do ñoù, doøng ñieän cuûa pha ñang daãn seõ giaûm veà 0, coøn doøng
ñieän cuûa van keá tieáp seõ taêng daàn leân. Do coù ñieän caûm trong maïch maø quaù trình
naøy xaûy ra töø töø, cuøng moät thôøi ñieåm caû hai van ñeàu daãn doøng vaø chuyeån doøng
cho nhau. Quaù trình naøy ñöôïc goïi laø quaù trình chuyeån maïch giöõa caùc van.
Trong quaù trình chuyeån maïch vì caû hai van ñeàu daãn ñieän neân ñieän
aùp chænh löu baèng trung bình coäng cuûa hai ñieän aùp pha: Ud = ( Ua + Ub )/2.
Phöông trình caân baèng ñieän aùp cho caùc pha trong luùc chuyeån maïch
laø: d i1
U a − X td = Ud
dt ( 3. 8 )
di2
U b − X td = Ud
dt
Vì i1 + i2 = Id vaø neáu ta coi nhö:
d i1 d
= − i2
dt dt
Thì ta coù:
π
U 2 m sin
di 2 U b − U a p
= = sin θ
dt 2 X td X td
Trong ñoù: p laø soá xung aùp ñaäp maïch trong moät chu kyø ñieän aùp xoay
chieàu.
Thôøi ñieåm baét ñaàu xaûy ra hieän töôïng chuyeån maïch laø taïi thôøi ñieåm θ
= α. Ta ñöôïc bieåu thöùc tính doøng ñieän chaïy qua caùc van:
6
i1 = I d − ik = I d − U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 9 )
2 X td
6
i2 = ik = U 2 [cosα − cos(θ − α )] ( 3. 10 )
2 X td
Quaù trình chuyeån maïch keát thuùc khi i1 = 0, i2 = Id. Do ñoù, ta coù theå
ruùt ra quan heä giöõa goùc chuyeån maïch γ vôùi caùc thoâng soá trong heä thoáng:
Id
γ = arccos(cosα − ) −α ( 3. 11 )
I mk
Trong ñoù:
π
U 2 m sin
p
I mk =
ωX td
Trong thöïc teá vaän haønh ít khi doøng ñieän chænh löu vöôït quaù giaù trò
Id/Imk = 0,1. Do ñoù, coù theå noùi raèng trong chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô goùc
chuyeån maïch γ cöïc ñaïi laø 300. Do coù söï chuyeån maïch neân söùc ñieän ñoäng chænh löu
bò suy giaûm vaø giaù trò trung bình cuûa suït aùp do chuyeån maïch ñöôïc tính theo bieåu
thöùc sau: 2 X td I d
∆U γ = ( 3. 12 )
2π
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô:
3 6 3 X td
Ud = U 2 cosα − Id ( 3. 13 )
2π 2π
I. 1. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa soùng haøi:
Do tính chaát cuûa chænh löu ñieän töû coâng suaát laø bieán ñoåi ñieän aùp
xoay chieàu thaønh moät chieàu neân daïng soùng ra cuûa boä bieán ñoåi khoâng phaûi laø hình
sin maø coù chöùa caùc thaønh phaàn soùng ñieàu hoøa baäc cao. Daïng soùng ñieän aùp ra cuûa
chænh löu coù tính chaát xung, coù daïng nhaáp nhoâ. Do ñoù, ñieän aùp ra cuûa chænh löu
goàm hai thaønh phaàn: xoay chieàu vaø moät chieàu: Ud = ud + ud∼.
Trong ñoù: ud∼ laø toång caùc soùng haøi cuûa ñieän aùp chænh löu. Bieân ñoä
cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo ñieän caûm, ñieän trôû cuûa maùy bieán aùp, tính chaát cuûa phuï
taûi, caùc van, baäc cuûa soùng haøi vaø sô ñoà keát noái maïch cuûa chænh löu.
Trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, maëc duø taûi
mang tính chaát caûm khaùng ( L, R, E ) seõ laøm cho daïng soùng ñieän aùp ra töông ñoái
baèng phaúng nhöng do coù goùc kích α vaø söï chuyeån maïch ñieän töû neân coù nhieàu
soùng haøi hôn so vôùi heä thoáng chænh löu khoâng coù ñieàu khieån. Khi goùc kích α caøng
lôùn thì bieân ñoä cuûa soùng haøi caøng lôùn. Ñeå khöû soùng haøi cho daïng soùng ñieän aùp ra
ñöôïc baèng phaúng, oån ñònh ngöôøi ta thöôøng duøng ñeán boä loïc.
Boä loïc laø khaâu trung gian, noù noái nguoàn chænh löu vôùi phuï taûi. Boä
loïc coù chöùc naêng chæ cho doøng ñieän coù taàn soá coá ñònh naøo ñoù ñi qua maø khoâng bò
suy giaûm nhöng laïi laøm suy giaûm maïnh doøng ñieän ôû caùc taàn soá khaùc.
Ñeå san baèng daïng soùng ñieän aùp chænh löu ta duøng boä loïc LC. Boä loïc
naøy ñöôïc duøng cho caùc thieát bò chænh löu coâng suaát lôùn nhö sau:
L
+ • •
U ( 1 )m.r +
C Taûi U ( 1 )m.r
- • •
Hình 3. 7 Sô ñoà maïch loïc LC.
Maïch loïc LC laø söï keát hôïp giöõa cuoän daây vaø tuï ñieän. Cuoän daây L
duøng ñeå san baèng doøng ñieän, loïc nhieãu taàn soá cao. Tuï ñieän C duøng ñeå duy trì ñieän
aùp treân taûi coá ñònh, khoâng ñoåi.
Chæ tieâu cuûa boä loïc Kab laø heä soá san baèng ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu
thöùc nhö sau: K
K ab = v ( 3. 14 )
Kr
U 2 U
K v = (1) m.v = 2 ; K r = (1) m.r
U d .v m x −1 Ud
Trong ñoù:
- Kv, Kr: Heä soá xung ôû ñaàu vaøo vaø ra cuûa boä loïc. Giaù trò cuûa
Kv phuï thuoäc vaøo töøng sô ñoà chænh löu coøn giaù trò cuûa Kr lôùn hay nhoû laø do yeâu
caàu cuûa phuï taûi.
- U(1)m.v: Bieân ñoä soùng cô baûn ( soùng haøi baäc 1 ) cuûa ñieän aùp
chænh löu.
- Ud.v: Ñieän aùp ra moät chieàu cuûa ñieän aùp chænh löu.
- Ud: Ñieän aùp ra moät chieàu treân taûi.
- U(1)m.r: Bieân ñoä lôùn nhaát cuûa xung aùp soùng cô baûn ôû ñaàu ra
cuûa boä loïc.
- mx: Soá xung aùp cuûa ñieän aùp chænh löu trong moät chu kyø cuûa
ñieän aùp nguoàn xoay chieàu.
Trong boä loïc LC, khi thieát keá, caùc giaù trò L vaø C ñöôïc tính toaùn theo
coâng thöùc nhö sau:
2U d
Lmin = ( 3. 15 )
[(m x ) − 1]m xωI d
2
10 K ab
C= ( 3. 16 )
L(m x ) 2
Trong ñoù:
- mx: Soá pha ( mx = 3 ).
- Kv = 0,25.
Ñieän aùp ra cöïc ñaïi ñaët leân tuï ñieän cuûa boä loïc seõ laø:
U c max = 2U 2 ( 3. 17 )
I. 1. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô:
ÔÛ nhöõng phaàn treân, ñeå ñôn giaûn cho vieäc tìm hieåu nguyeân lyù hoaït
ñoäng vaø daïng soùng cuûa heä thoáng chænh löu neân ta boû qua caùc aûnh höôûng cuûa maïch
ñoäng löïc ñoái vôùi ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu. Khi tieán haønh thaønh laäp phöông
trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ta phaûi xeùt ñeán söï aûnh höôûng cuûa ñieän khaùng, ñieän
trôû cuûa maùy bieán aùp, söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô vaø caùc toån thaát khaùc treân
maïch ñieän.
• •
u2a u2b u2c ↓ EÑ
Rtñ Rtñ Rtñ R
xtñ xtñ xtñ
XÑK
T1 T2 T3
• • •
• •
Hình 3. 8 Sô ñoà ñaúng trò cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình tia –
ñoäng cô.
Muoán xeùt toaøn boä aûnh höôûng cuûa maïch ñoäng löïc leân ñieän aùp ra cuûa
chænh löu coù taûi laø ñoäng cô, ta söû duïng söùc ñieän ñoäng cuûa cuoän daây thöù caáp maùy
bieán aùp ñöôïc trình baøy nhö hình 3. 8.
Töông töï nhö ñieän aùp chænh löu, giaù trò trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng
chænh löu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc nhö sau:
3 6
Ed = E2 cosα = Ed 0 cosα ( 3. 18 )
2π
Khi chænh löu coù taûi, ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô: UÑ = Ed - ∆UCL.
Söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô: EÑ = Ed - ∆U vôùi ∆U: Ñieän aùp rôi
treân toaøn maïch phaàn öùng, ∆U = ∆UT + ∆UR + ∆UX + ∆Uö ( 3. 19 )
Vaø coù daïng soùng cuûa ñieän aùp ra chænh löu khi coù taûi:
Hình 3. 9 Daïng soùng ñieän aùp ra vaø doøng ñieän khi boä chænh löu coù taûi
laø ñoäng cô.
Töø ∆U = ∆UT + ∆UR + ∆UX + ∆Uö : Trong ñoù:
- ∆UT: Ñieän aùp rôi treân tiristor, khoaûng töø 0,5V ñeán 1,5V.
- ∆UR: Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû maùy bieán aùp ∆UR = IöRtñ.
- Rtñ: Ñieän trôû töông ñöông cuûa maùy bieán aùp:
W2 2
Rtd = R2 + R1 ( ) ( 3. 20 )
W1
- R1, W1: Ñieän trôû vaø soá voøng daây treân moät pha cuoän sô caáp cuûa maùy
bieán aùp.
- R2, W2: Ñieän trôû vaø soá voøng daây treân moät pha cuoän thöù caáp cuûa
maùy bieán aùp.
- ∆UX: Ñieän aùp rôi treân ñieän khaùng cuûa maùy bieán aùp:
∆UX = 0,47IöXtñ. ( 3. 21 )
- Xtñ: Ñieän khaùng töông ñöông cuûa maùy bieán aùp:
W2 2
X td = X 2 + X 1 ( ) ( 3. 22 )
W1
- X1, X2: Ñieän khaùng treân cuoän sô caáp vaø thöù caáp cuûa maùy bieán aùp.
- ∆Uö: Ñieän aùp rôi treân hai ñaàu phaàn öùng cuûa ñoäng cô:
∆Uö = IöRö.
Thay caùc giaù trò cuûa ∆U vaøo: UÑ = Ed - ∆UCL vaø EÑ = Ed - ∆U ta
ñöôïc: EÑ = Ud0cosα - ∆UT - ( Rtñ + 0,47Xtñ + Rö )Iö ( 3. 23 )
Chia hai veá cuûa bieåu thöùc cho KEφÑ ta ñöôïc:
U d 0 cosα − ∆U T Rtd + 0,47 X td + Ru
n= − Iu
KEΦD KEΦ D
U d 0 cos α − ∆U T Rtd + 0,47 X td + Ru
n= − M ( 3. 24 )
KEΦD KE KM Φ2D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc
laäp trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
Töø ( 3. 24 ), khi thay ñoåi goùc kích α nghóa laø thay ñoåi thôøi ñieåm kích
cuûa caùc tiristor thì ta thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp ra cuûa chænh löu. Ñieän aùp ngoõ ra cuûa
chænh löu thay ñoåi töùc laø ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô seõ thay ñoåi laøm
cho toác ñoä cuûa ñoäng cô thay ñoåi.
Neáu goùc kích α caøng lôùn, nghóa laø ta kích vaøo caùc tiristor caøng chaäm
so vôùi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân thì cosα caøng nhoû seõ laøm cho ñieän aùp
chænh löu ra caøng beù neân ñöôøng ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô caøng doác, toác ñoä cuûa
ñoäng cô giaûm. Thoâng thöôøng α ñöôïc choïn: 0 < α < π/2. Ta coù hoï ñaëc tính cô cuûa
ñoäng cô khi goùc kích α thay ñoåi:
n
n0
TN
n01 α=0 n0 > n01 > n02
n02 α1 0 < α1 < α2
α2
M
0 MC
Hình 3. 10 Hoï ñöôøng ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô trong heä thoáng chænh
löu ba pha hình tia – ñoäng cô khi thay ñoåi goùc kích α.
Trong heä thoáng naøy, coù hai höôùng ñeå ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô:
- Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñaït n < ncb thì ta taêng goùc kích α laøm cho
ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô seõ giaûm neân toác ñoä seõ giaûm.
- Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñaït n > ncb thì ta giaûm töø thoâng kích thích
φÑ baèng caùch giaûm RKÑ.
I. 1. f Nhaän xeùt:
Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, khi kích laàn löôït töøng
tiristor leäch nhau 1200 ñieän thì tiristor ñöôïc kích seõ daãn trong 1200 ñieän. ÔÛ caùc
thôøi ñieåm bình thöôøng chænh löu chæ coù moät tiristor daãn, rieâng trong thôøi gian
chuyeån maïch coù hai tiristor daãn.
Khi maéc ñoäng cô vaøo heä thoáng thì ñoäng cô khoâng theå laøm vieäc vôùi
ñöôøng ñaëc tính töï nhieân vaø toác ñoä cuûa ñoäng cô khoâng ñaït tôùi toác ñoä cô baûn.
Khi cho goùc kích α = 0 thì ñoäng cô ñaït toác ñoä laø nmax vì ñieän aùp UCL
laø cöïc ñaïi. Nhöng nmax luoân luoân nhoû hôn ncb.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä theo hai höôùng. Muoán
giaûm toác ñoä thì ta ñieàu chænh goùc α. Muoán taêng toác ñoä lôùn hôn ncb thì ta giaûm töø
thoâng φÑ baèng caùch giaûm RKÑ.
Heä thoáng naøy coù khaû naêng thöïc hieän caùc phaûn hoài aâm toác ñoä, phaûn
hoài döông doøng ñieän keát hôïp aâm ñieän aùp ñeå töï ñoäng ñieàu chænh toác ñoä khi phuï taûi
thay ñoåi. Caùc ñaïi löôïng phaûn hoài seõ ñöôïc ñöa trôû veà so saùnh vôùi Uñk laøm cho boä
taïo xung sôùm hôn hay muoän hôn so vôùi thôøi ñieåm xuaát hieän xung ñaõ chænh ñònh.
I. 2 Heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô:
I. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù:
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô
coù ñieàu khieån, sô ñoà ñaúng trò maïch thöù caáp maùy bieán aùp vaø phaàn öùng ñoäng cô
ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
U1∼, f1
• • •
•
BA •
u2a u2b u2c
• T1 •
T4
•
• T3 •
T6
• • •
• T5 •
T2
• • •
• •
C0
ÑK
Ñ
Uñk BKC n
+ • • -
CKÑ RKÑ
CCSX
Hình 3. 11 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng
cô.
•
u2a u2b u2c
Rtñ Rtñ Rtñ
xtñ xtñ xtñ
I1 I3 I5
• • • • • •
T1 T4 T3 T6 T5 T2
• I4 • I6 • I2
• •
• +
XÑK
RKÑ
↑ EÑ CKÑ
• •
• -
Hình 3. 12 Sô ñoà ñaúng trò maïch thöù caáp maùy bieán aùp vaø phaàn öùng
ñoäng cô.
Caàu chænh löu coù ñieàu ba pha goàm 6 tiristor ñöôïc chia laøm hai nhoùm:
- Nhoùm anoát chung ( nhoùm chaún ): T2, T4 vaø T6.
- Nhoùm katoát chung ( nhoùm leû): T1, T3 vaø T5.
Goùc kích α ñöôïc tính töø giao ñieåm cuûa caùc nöûa hình sin soùng ñieän aùp.
I. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng:
Chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô muoán khôûi ñoäng heä thoáng ta
phaûi kích ñoàng thôøi 2 tiristor: 1 tiristor ôû nhoùm leû T1, T3, T5 vaø 1 tiristor ôû nhoùm
chaún T2, T4, T6. Ñaàu tieân ta kích T1 cho T1 daãn, sau 600 ñieän ta kích tieáp T3 nghóa
laø caùc tiristor ñöôïc kích caùch nhau 1/6 chu kyø. Ngoaïi tröø 1 trong 2 tiristor laàn ñaàu
tieân chæ daãn trong 600 ñieän coøn taát caû caùc tiristor khaùc khi ñaõ ñöôïc kích noù phaûi
daãn trong 1200 ñieän. ÔÛ caùc thôøi ñieåm bình thöôøng coù 2 tiristor daãn: 1 ôû nhoùm chaún
vaø 1 ôû nhoùm leû, rieâng trong thôøi gian chuyeån maïch ñieän töû öùng vôùi goùc chuyeån
maïch γ coù 3 tiristor cuøng daãn:
- 1 tiristor ñöôïc kích ñang daãn daàn leân.
- 1 tiristor daàn ñang daãn vaø taét daàn.
- 1 tiristor seõ daãn tieáp.
Giaû söû T5 vaø T6 ñang daãn ñieän.
Khi ta cho θ = θ1 = π/6 + α, kích xung ñieàu khieån cho T1. T1 môû vì
Ua > 0. T1 môû seõ laøm cho T1 bò khoùa moät caùch töï nhieân vì Ua > Uc. Luùc naøy T1 vaø
T6 cho doøng chaïy qua. Ñieän aùp treân taûi Ud = Uab = Ua – Ub.
Khi cho θ = θ2 = 3π/6 + α, kích xung ñieàu khieån cho T2, T2 môû vì khi
T6 daãn doøng, noù ñaët leân anoát cuûa T2 ñieän aùp Ub, khi θ = θ2 thì Ub > Uc, T2 môû laøm
cho T6 bò khoùa laïi.
Caùc xung ñieàu khieån leäch nhau π/3 ñöôïc laàn löôït ñöa ñeán cöïc ñieàu
khieån cuûa caùc tiristor theo thöù töï 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1… Trong moãi nhoùm coù moät
tiristor môû noù seõ khoùa ngay tiristor daãn doøng tröôùc noù theo baûng toùm taét sau:
Thôøi ñieåm Môû Khoùa
θ1 = π/6 + α T1 T5
θ2 = 3π/6 + α T2 T6
θ3 = 5π/6 + α T3 T1
θ4 = 7π/6 + α T4 T2
θ5 = 9π/6 + α T5 T3
θ6 =11π/6 + α T6 T4
Ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra, doøng ñieän cöïc ñieàu khieån vaø doøng ñieän chaïy
qua caùc tiristor ñöôïc trình baøy nhö sau:
Hình 3. 13 Ñoà thò daïng soùng ñieän aùp ngoõ ra, doøng ñieän cöïc ñieàu
khieån vaø doøng ñieän chaïy qua caùc tiristor.
Töông töï nhö trong heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, ñeå
tìm hieåu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô
ta xeùt goùc kích α trong caùc tröôøng hôïp sau:
* Khi α = 0: Ta kích taïi thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân.
m π
U d 0 c = U d 0 c max = 3E2 d sin ( 3. 25 )
π m
m: Soá pha cuûa heä thoáng chænh löu, trong tröôøng hôïp naøy thì m = 6.
* Khi α ≠ 0:
m π
U d 0 c = U d 0 c max cosα = 3E2 d sin cosα ( 3. 26 )
π m
Ta xeùt trong caùc khoaûng thôøi gian:
Trong khoaûng thôøi gian O1O2, caëp T1, T6 daãn cho doøng ñieän chaïy
qua. Khi ñoù giaù trò cuûa ñieän aùp chænh löu:
π
U d (O1O2 ) = U a − U b = U ab = 6U 2 sin(θ + )
6
Trong khoaûng thôøi gian O2O3, caëp T1, T2 daãn cho doøng ñieän chaïy
qua neân:
π
U d (O2O3 ) = U ac = 6U 2 sin(θ − )
6
Töông töï, ta ñöôïc:
π
U d (O3O4 ) = U bc = 6U 2 sin(θ − )
2
5π
U d (O4O5 ) = U ba = 6U 2 sin(θ − )
6
7π
U d (O5O6 ) = U ca = 6U 2 sin(θ − )
6
3π
U d (O6O7 ) = U cb = 6U 2 sin(θ − )
2
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu:
π π
+α +
6
6 3
π 3 6
Ud =
2π π
∫ 6U 2 sin(θ +
6
)dθ =
π
U 2 cosα ( 3. 27 )
+α
6
Do ñoù, ta thaáy khi thay ñoåi goùc kích α thì ta coù theå thay ñoåi ñöôïc giaù
trò trung bình cuûa ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô. Khi α bieán ñoåi töø 0 ñeán π thì
giaù trò ñieän aùp trung bình Ud bieán thieân töø +Udmax ñeán –Udmax.
Ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 khi T1 ngöng daãn ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
Hình 3. 14 Ñieän aùp ngoõ ra cuûa chænh löu vaø ñieän aùp ngöôïc ñaët leân
tiristor T1.
Trong khoaûng thôøi gian OO1, T5 daãn ñieän neân UngT1 = Uc – Ua.
Trong khoaûng thôøi gian O3O5, T3 daãn ñieän neân: UngT1 = Ub –Ua.
Giaù trò cuûa ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi ñaët leân moãi tiristor laø:
U ng max = 6U 2
Ñeå sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu coù theå laøm vieäc ñöôïc, caùc xung
ñieàu khieån caàn coù ñoä roäng lôùn hôn 600 ñieän môùi coù theå ñaûm baûo cho vieäc môû
ñoàng thôøi 2 tiristor ôû hai nhoùm.
I. 2. c Hieän töôïng chuyeån maïch:
Ñoái vôùi sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô coù ñieàu khieån,
ñoái xöùng, quaù trình chuyeån maïch chæ xaûy ra giöõa caùc tiristor trong cuøng moät
nhoùm. Ñoà thò bieåu dieãn daïng soùng ñieän aùp ra cuûa chænh löu, doøng ñieän chaïy qua
tiristor vaø ñieän aùp ngöôïc ñaët leân moãi tiristor nhö sau:
Hình 3. 15 Ñoà thò ñieän aùp chænh löu, doøng ñieän qua caùc tiristor vaø
ñieän aùp ngöôïc ñaët leân T1 khi xaûy ra hieän töôïng chuyeån maïch.
Khi heä thoáng hoaït ñoäng, giaû söû van T1, T2 ñang môû. Taïi thôøi ñieåm
O1, ta kích xung ñeå T3 môû. Luùc naøy seõ baét ñaàu xaûy ra söï chuyeån maïch cuûa doøng
ñieän töø T1 sang T3. T1 vaø T3 môû ñoàng thôøi seõ laøm ngaén maïch hai ñaàu cuoän thöù caáp
cuûa maùy bieán aùp. Trong thôøi gian naøy doøng ñieän chaïy qua T3 taêng daàn töø 0 ñeán Id,
ñoàng thôøi doøng qua T1 giaûm daàn töø Id xuoáng 0, T1 baét ñaàu ngöng daãn. Sau moät
khoaûng thôøi gian chuyeån maïch naøo ñoù thì doøng iT1 môùi thöïc söï giaûm veà 0 vaø doøng
iT3 ñaït ñeán giaù trò Id.
6
iT 1 = I d − U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 28 )
2 X td
6
iT 3 = U 2 [cosα − cos(θ + α )] ( 3. 29 )
2 X td
Moái töông quan giöõa goùc chuyeån maïch γ vôùi caùc ñaïi löôïng cuûa heä
thoáng: cos α − cos(α + γ ) =
2 X td
Id ( 3. 30 )
6U 2
Neáu choïn O1 laøm goác thôøi gian, ta ñöôïc:
π
Ua = 2U 2 sin( θ + α +)
6
π
U a = 2U 2 sin( θ + α + )
6
Giaù trò trung bình cuûa suït aùp do hieän töôïng truøng daãn gaây neân:
3 6
∆U γ = U 2 [cos α − cos(α + γ )] ( 3. 31 )
2π
Thay giaù trò bieåu thöùc ( 3. 30 ) vaøo ( 3. 31 ) ta ñöôïc:
3 X td I d
∆U γ = ( 3. 32 )
π
Xeùt trong khoaûng thôøi gian O2O3: UT1 = ub – ua
Trong khoaûng thôøi gian O3O4: T2 vaø T4 truøng daãn neân ta coù:
UT1 = ub – ua vaø UT1 = ub – uc neân UT1 = ub – ( ua + uc )/2.
Xeùt trong khoaûng thôøi gian O4O5: UT1 = ub – uc
Trong khoaûng thôøi gian O5O6: T3 vaø T5 truøng daãn neân ta coù:
UT1 = ub – ua vaø UT1 = uc – ua neân UT1 = ( ub + uc )/2 – ua.
Töông töï cho caùc khoaûng coøn laïi.
Khi keå ñeán söï chuyeån maïch ñieän töû, giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp
chænh löu ba pha hình caàu:
3 6 3 X td I d
Ud = U 2 cosα − ( 3. 33 )
π π
I. 2. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu:
Do tính chaát töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng
cô, trong heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô ta vaãn söû duïng boä loïc
LC ñeå loïc soùng haøi, san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu.
L
+ • •
U ( 1 )m.v +
C Taûi U ( 1 )m.r
- • •
Hình 3. 16 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä loïc LC.
Heä soá san baèng cuûa boä loïc:
U (1) m.v 1 1
K sb = = 1 + Z1 ( + ) ( 3. 34 )
U (1) m.r r Z2
Trong ñoù:
- U(1)m.v: Bieân ñoä soùng cô baûn ( soùng baäc 1 ) cuûa ñieän aùp chænh
löu.
- U(1)m.r: Bieân ñoä lôùn nhaát cuûa xung aùp soùng cô baûn ôû ñaàu ra
cuûa boä loïc.
U (1) m.v Z 1 ( Z 2 + r )
U (1) m.r = U (1) m.v − ( 3. 35 )
Z1 (Z 2 + r ) + Z 2 r
- Z1 = jmxωL.
- Z2 = 1/( jmxωC).
- mx: Xung aùp cuûa ñieän aùp chænh löu trong moät chu kyø ñieän aùp
nguoàn xoay chieàu. Ñoái vôùi sô ñoà chænh löu ba pha hình caàu thì mx = 6.
- ω: Taàn soá goác cuûa nguoàn xoay chieàu.
Thay caùc giaù trò cuûa Z1, Z2 vaøo ( 3. 35 ) vaø xem nhö 1/r ≈ 0 ta ñöôïc
bieåu thöùc tính heä soá san baèng nhö sau: Ksb = 1 – m2xω2LC
10 K sb
⇒ LC =
m2 x
vôùi giaù trò cuûa L ñöôïc tính baèng Henry ( H ) vaø C tính baèng µF.
Ñeå xaùc ñònh L ta döïa vaøo caùc ñieàu kieän sau: Id0 > I(1)m.v ( 3. 36 )
Ta coù bieåu thöùc tính bieân ñoä soùng cô baûn cuûa doøng ñieän chaïy qua
ñieän khaùng khi coi Z1 >> Z2:
U (1) m.v
I (1) m.v ≈
mxωL
Thaønh phaàn doøng moät chieàu chaïy qua ñieän khaùng khi khoâng tính
ñeán toån thaát naêng löôïng laø: Id0 = Udv/r.
Thay caùc giaù trò cuûa Id0 vaø I(1)m.v vaøo bieåu thöùc ( 3. 36 ), ta ñöôïc:
U (1) m.v U d U r
< ⇒ L > (1) m.v
m ωL r U dv mxω
U (1) m.vx 2 2r
Vì =K v = 2 ⇒L> ( 3. 37 )
U dv m x −1 (m 2 x − 1)m xω
Bieåu thöùc ( 3. 37 ) chính laø ñieàu kieän ñeå xaùc ñònh giaù trò L cuûa boä
loïc.
I. 2. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô:
Töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô, trong heä
thoáng chænh löu ba pha hình caàu – ñoäng cô thì söùc ñieän ñoäng ñaët leân ñoäng cô seõ
laø: EÑ = Ud0ccosα - ∆U ( 3. 38 )
∆U: Toån hao treân toaøn maïch phaàn öùng.
EÑ = Ud0ccosα - ∆UUC - ∆UR - ∆UXC - ∆Uö ( 3. 39 )
Trong ñoù:
- ∆UUC: Toån hao treân caùc van chænh löu:
∆Uucaàu = 2∆Uutia = ( 2 → 3 )V
- ∆URC: Toån hao treân ñieän trôû taùc duïng moät pha cuûa maùy bieán
aùp: ∆UXC = 0,955XtñIö
- ∆Uö: Toån hao treân hai ñaàu phaàn öùng cuûa ñoäng cô:
∆Uö = RöIö.
Bieåu thöùc ( 3. 38 ) ñöôïc vieát laïi nhö sau:
EÑ = Ud0ccosα - ∆UUC - ( 2Rtñ + 0,955Xtñ + Rö )Iö ( 3. 40 )
Chia hai veá cuûa ( 3. 40 ) cho KEφÑ ta ñöôïc:
U d 0 c cosα − ∆UUC 2 Rtd + 0,955 X td + Ru
n= − Iu ( 3. 41 )
KEΦ D KEΦ D
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô.
U d 0 c cos α − ∆U UC 2 Rtd + 0,955 X td + Ru
n= − M ( 3. 42 )
KEΦD KE KM Φ2D
( 3. 42 ) laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø
ñoäc laäp trong heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu - ñoäng cô.
Heä thoáng naøy cuõng coù hai höôùng ñieàu chænh toác ñoä vaø phaûn hoài ñeå
oån ñònh toác ñoä ñoäng cô töông töï nhö heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô.
I. 2. f Nhaän xeùt:
So vôùi heä thoáng chænh löu ba pha hình tia – ñoäng cô thì heä thoáng
chænh löu ba pha hình caàu coù nhieàu öu ñieåm hôn:
Giaù trò ñieän aùp ngoõ ra cuûa chænh löu hình caàu lôùn hôn ñieän aùp chænh
löu hình tia. Ñoä nhaáp nhoâ cuûa soùng ñieän aùp chænh löu hình caàu thaáp hôn hình tia
neân chaát löôïng cuûa chænh löu ba pha hình caàu laø toát nhaát. Ñaây laø heä thoáng ñöôïc söû
duïng phoå bieán nhaát trong thöïc teá.
Ngaøy nay, ôû caùc heä thoáng hieän ñaïi ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä lôùn
hay nhoû hôn so vôùi toác ñoä cô baûn vôùi phaïm vi ñieàu chænh lôùn:
D = ( Haøng traêm → haøng ngaøn )/1.
Nhö vaäy, heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu laø moät heä thoáng coù:
- Ñaëc tính cô cöùng.
- Töï ñoäng oån ñònh ñöôïc toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi.
- Coù ñoä nhaïy cao, hieäu suaát lôùn.
I. 3 Cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô:
Khi ñoäng cô ñieän do taùc ñoäng cuûa ngoaïi löïc laøm cho toác ñoä ñoåi daáu ( quay
ngöôïc ) hoaëc ñaûo chieàu doøng ñieän kích thích thì söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô ñieän
ñaûo daáu, ñoàng thôøi ñieàu chænh goùc kích α bieán thieân trong phaïm vi: π/2 < α < π
thì heä thoáng chænh löu – ñoäng cô seõ laøm vieäc theo cheá ñoä nghòch löu. ÔÛ cheá ñoä
nghòch löu, doøng ñieän chænh löu vaãn theo chieàu cuõ nhöng söùc ñieän ñoäng chænh löu
ñaõ ñaûo daáu do caùc van daãn doøng trong thôøi gian ñieän aùp anoát aâm. Coâng suaát ñieän
töø cuûa ñoäng cô vaø cuûa chænh löu laø:
Pñt = UId > 0
Pd = UdId < 0
Luùc naøy, heä thoáng chænh löu trôû thaønh thieát bò nhaän ñieän naêng do ñoäng cô
laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh phaùt ra vaø bieán ñieän naêng moät chieàu naøy thaønh
ñieän naêng xoay chieàu traû veà löôùi ñieän.
Ta coù phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ôû cheá ñoä nghòch löu trong heä
thoáng chænh löu - ñoäng cô nhö sau:
Ed 0 cosα max − ∆U v m
n= −( X td + Rtd + RuD + RDK ) I u ( 3. 43 )
K EΦ D 2π
Vaø hoï ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän ôû cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng
chænh löu – ñoäng cô nhö sau:
n
n0
n1 α=0
n2 α1
Ñoäng cô
n3 α2
0 α3
M, I
n4 Haõm ñoäng naêng ( α = π/2 )
n5 α4
nmax α5 Haõm taùi sinh
αmax = 1600
MC = Mñm
Hình 3. 17 Hoï ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khi laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu
trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.
Töông töï nhö ôû cheá ñoä chænh löu, trong cheá ñoä nghòch löu cuõng coù theå xaûy
ra caùc hieän töôïng chuyeån maïch vaø giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän. Sau khi keát thuùc quaù
trình chuyeån doøng cho van T2, van T1 chuyeån töø traïng thaùi daãn sang traïng thaùi
khoùa. Quaù trình naøy phaûi keát thuùc tröôùc quaù trình chuyeån maïch töï nhieân töùc laø
thôøi ñieåm u2a baét ñaàu döông hôn u2b. Thôøi gian cuûa quaù trình naøy goïi laø thôøi gian
khoùa hay thôøi gian ñeå cho tiristor phuïc hoài chaéc chaén γ thì goùc kích α ñöôïc choïn
nhö sau: π/2 < α ≤ π - ( δ + γ ).
Trong ñoù:
- δ: Ñöôïc choïn khoaûng 50.
- γ: Ñöôïc choïn khoaûng töø 150 ñeán 180.
Trong thöïc teá, ñeå boä bieán ñoåi van laøm vieäc an toaøn ôû cheá ñoä nghòch löu thì
goùc kích α ñöôïc choïn: αmax = 1600.
Neáu ñieàu kieän naøy khoâng ñöôïc ñaûm baûo thì nghòch löu seõ rôi vaøo troïng thaùi
söï coá, van caàn khoùa seõ vaãn daãn doøng tieáp, khoâng thöïc hieän ñöôïc söï chuyeån maïch
giöõa caùc van vôùi nhau, khoâng theå kieåm soaùt ñöôïc ñieän aùp, doøng ñieän cuûa nghòch
löu.
I. 4 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô:
Trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô ñaõ trình baøy nhö treân, maùy ñieän trong heä
thoáng chæ laøm vieäc ôû traïng thaùi ñoäng cô vôùi moät chieàu quay ( n > 0 ), coøn caùc traïng thaùi
haõm chæ coù theå xaûy ra khi coù ngoaïi löïc laøm cho ñoäng cô quay ngöôïc ( n < 0 ). Do ñoù,
ta thaáy heä thoáng chænh löu – ñoäng cô keùm linh hoaït hôn heä thoáng maùy phaùt – ñoäng cô.
Nguyeân nhaân laø do chænh löu tiristor daãn doøng theo moät chieàu vaø chæ ñieàu khieån ñöôïc khi
môû, coøn khoùa theo ñieän aùp löôùi. Vì vaäy, ñeå cho maùy ñieän laøm vieäc ôû traïng thaùi ñoäng cô
cuõng nhö ôû traïng thaùi haõm töông öùng vôùi caû hai chieàu quay cuûa truïc ñoäng cô ta phaûi
duøng ñeán ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô.
Coù hai nguyeân taéc cô baûn ñeå xaây döïng heä truyeàn ñoäng ñaûo chieàu ñoù laø:
- Giöõ nguyeân chieàu doøng ñieän phaàn öùng vaø ñaûo chieàu doøng kích töø ñoäng
cô.
- Giöõ nguyeân chieàu doøng kích töø vaø ñaûo chieàu doøng ñieän phaàn öùng ñoäng
cô.
Ñeå tieán haønh ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô ta duøng 3
phöông phaùp ñoù laø: Ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô ñieän, ñaûo chieàu doøng phaàn öùng
baèng tieáp ñieåm vaø ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä bieán ñoåi keùp.
I. 4. a Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô chæ duøng moät boä bieán
ñoåi ñôn (khoâng ñaûo chieàu) trong maïch phaàn öùng vaø moät boä tieáp ñieåm ñaûo chieàu trong
maïch kích töø ñoäng cô.
Sô ñoà nguyeân lyù vaø caùc sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng thaønh laäp theo
phöông phaùp naøy ñöôïc trình baøy nhö sau:
• UÑK
V
←
Ñ Rb Iö Ed
IKTT
Rö EÑ
IKTN M nT
•
N T ←
• • •
- • • +
T N
+ • UKT • - IKTT
(a) (b)
V V
→ ←
Rb Iö Ed Rb Iö Ed
Rö Rö
M nT E Ñ M nT EÑ
→ ←
+ • • - + • • -
IKTN IKTN
(c) (d)
Hình 3. 18 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô baèng
phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø:
a). Sô ñoà nguyeân lyù.
b). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay thuaän.
c). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
haõm vaø quay thuaän.
d). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay ngöôïc.
* Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Giaû söû khi ñoäng cô ñang quay thuaän ( n > 0 ) vôùi doøng kích töø IKTT coù
chieàu nhö hình 3. 18b vaø goùc kích tiristor α < 900. Ñeå haõm ñoäng cô, ta ñoåi chieàu doøng
kích töø IKTN ( hình 3. 18c ), ñoàng thôøi taêng goùc kích tiristor α > 900. Luùc naøy,
duø toác ñoä ñoäng cô vaãn theo chieàu cuõ nhöng söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô EÑ ñoåi
chieàu ( EÑ < 0 ). Ñoàng thôøi söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed cuõng ñoåi chieàu. Goùc kích
α phaûi choïn sao cho: | Ed | < | EÑ |. Nhö vaäy, doøng Iö seõ chaïy döôùi taùc duïng cuûa EÑ. Tuy
doøng Iö khoâng ñoåi chieàu nhöng do töø thoâng kích thích ñoåi chieàu neân moment cuûa ñoäng cô
seõ ñoåi chieàu vaø gaây taùc duïng haõm.
Ñeå tieán haønh ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô, ta cho IKT chaïy theo chieàu
ngöôïc laïi ( IKTN ) vaø boä chænh löu laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900.
Khi ñoù sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng seõ nhö hình 3. 18d.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp naøy söû duïng nhöõng thieát bò ñôn giaûn. Giaù thaønh haï,
thuaän tieän trong vieäc vaän haønh vaø baûo quaûn.
Khuyeát ñieåm: Do quaùn tính ñieän töø cuûa maïch kích töø lôùn neân khoaûng thôøi
gian quaù ñoä khi ñaûo chieàu quay ñoäng cô trong heä thoáng coù theå leân tôùi vaøi giaây.
I. 4. b Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng baèng tieáp ñieåm:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp naøy söû duïng moät boä chænh löu ñôn vaø moät boä tieáp ñieåm ñaûo
chieàu trong maïch phaàn öùng cuûa ñoäng cô. Ñoàng thôøi cuõng ñaûm baûo ñöôïc caùc traïng thaùi
laøm vieäc töông töï nhö phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø nhö ñaõ trình baøy ôû treân. Moái
töông quan giöõa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô cuûa heä thoáng chænh löu – ñoäng cô ñöôïc minh
hoïa bôûi sô ñoà nguyeân lyù vaø caùc sô ñoà thay theá nhö sau:
• UÑK
V
←
T N
• • • Rb Iö Ed
N T
•
Rö EÑ
M n
Ñ
←
+ • • -
CKÑ
(a) (b)
V
→ V
→
Rb Ed
Rb Ed
Rö M EÑ
Iö
Rö M EÑ
← Iö
n ←
(c) n
Hình 3. 19 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu – ñoäng cô baèng
(d)
phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng.
a). Sô ñoà nguyeân lyù.
b). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay thuaän.
c). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
haõm vaø quay thuaän.
d). Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi
ñoäng cô quay ngöôïc.
* Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Giaû söû khi ñoäng cô ñang quay theo chieàu thuaän ( n > 0 ), doøng ñieän phaàn
öùng Iö coù chieàu nhö hình 3. 19b vaø heä thoáng chænh löu ñang laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh
löu vôùi goùc kích α < 900. Ñeå haõm ñoäng cô, ta ñoåi chieàu doøng Iö, ñoàng thôøi taêng goùc kích
α > 900. Khi ñoù, söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed seõ ñoåi chieàu coøn söùc phaûn ñieän ñoäng
cuûa ñoäng cô EÑ vaãn giöõ nguyeân theo chieàu cuõ ( hình 3. 19c ). Nhö vaäy, doøng Iö chaïy döôùi
taùc duïng cuûa EÑ vôùi ñieàu kieän ta phaûi choïn goùc kích α sao cho | EÑ | < | Ed |, ñoäng cô laøm
vieäc ôû traïng thaùi maùy phaùt traû naêng löôïng laïi cho löôùi ñieän, coøn heä thoáng chænh löu laøm
vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu. Do doøng Iö ñoåi chieàu neân moment cuûa ñoäng cô trôû thaønh
ngöôïc chieàu vôùi chieàu cuûa toác ñoä ñoäng cô vaø gaây taùc duïng haõm.
Ñeå ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô, ta cho doøng Iö chaïy theo chieàu ngöôïc so
vôùi chieàu Iö ôû traïng thaùi ñoäng cô quay thuaän ( hình 3. 19b ), coøn boä bieán ñoåi laøm vieäc ôû
traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900. Moái töông quan giöõa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô
cuûa heä thoáng trong traïng thaùi ñaûo chieàu ñoäng cô naøy ñöôïc bieåu dieãn ôû sô ñoà hình 3. 19d.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp naøy ñôn giaûn, deã vaän haønh vaø baûo trì. Coù thôøi gian
ñaûo chieàu nhanh hôn phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø.
Khuyeát ñieåm: Phaûi duøng caùc tieáp ñieåm trong maïch löïc ñeå ñieàu chænh
ñaûo chieàu.
I. 4. c Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp:
* Sô ñoà nguyeân lyù:
Phöông phaùp naøy söû duïng boä chænh löu ñaûo chieàu ñeå thay ñoåi cöïc tính cuûa
ñieän aùp ñaët treân phaàn öùng cuûa ñoäng cô. Phöông phaùp naøy tuy phöùc taïp nhöng seõ traùnh
ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa hai phöông phaùp vöøa trình baøy treân. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä
thoáng ñaûo chieàu chænh löu – ñoäng cô duøng boä bieán ñoåi keùp nhö sau:
• V1
• Ñ •
• •
• V2
Hình 3. 20 Sô ñoà khoái ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp.
Trong heä thoáng naøy, moãi nhoùm van chænh löu tiristor trong boä chænh löu
ñaûo chieàu coù theå coi nhö moät boä chænh löu rieâng bieät, cung caáp cho phuï taûi laø ñoäng cô
ñieän moät doøng ñieän theo chieàu coá ñònh. Do ñoù, ñeå cho hai nhoùm van chænh löu coù theå
laøm vieäc keát hôïp vôùi nhau treân cuøng moät phuï taûi ta caàn ñaëc bieät chuù yù ñeán phöông phaùp
ñieàu khieån chuùng. Muïc ñích cuûa vieäc ñieàu khieån phoái hôïp naøy laø ñeå ñaûm baûo cheá ñoä laøm
vieäc an toaøn cuûa heä thoáng, traùnh söï trao ñoåi naêng löôïng tröïc tieáp töø nhoùm chænh löu naøy
sang nhoùm kia, töùc laø phaûi haïn cheá doøng kyù sinh trong chuùng hay coøn goïi laø doøng caân
baèng.
Coù hai phöông phaùp ñieàu khieån keát hôïp giöõa hai nhoùm van laø ñieàu khieån
rieâng vaø ñieàu khieån chung.
Phöông phaùp ñieàu khieån rieâng:
Khi ñieàu khieån rieâng hai boä bieán ñoåi laøm vieäc rieâng leû nhau. Taïi moät thôøi
ñieåm chæ phaùt xung ñieàu khieån môû caùc tiristor, chæ ñaët leân nhoùm van laøm vieäc maø thoâi
coøn nhoùm thöù hai khoâng coù xung môû van neân hoaøn toaøn ñöôïc ngaét ra khoûi maïch phuï taûi.
Nhôø ñoù ta coù theå loaïi tröø doøng caân baèng. Giaû söû khi ta ñieàu khieån cho ñoäng cô quay
thuaän, ta cho nhoùm van V1 laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900 vaø loaïi
tröø taùc duïng cuûa nhoùm van V2. Luùc naøy chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng cuûa boä chænh löu Ed1,
söùc phaûn ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô EÑ, moment vaø toác ñoä cuûa ñoäng cô ñöôïc bieåu dieãn nhö
sau:
V1
←
Rb Iö Ed1
Rö EÑ
←
M n
Hình 3. 21 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñieàu khieån rieâng cho ñoäng cô
quay thuaän.
Ñeå cho ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay thuaän ta loaïi tröø
taùc duïng cuûa nhoùm van V1 vaø cho nhoùm van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu vôùi goùc
kích α > 900. Luùc naøy, chieàu cuûa caùc ñaïi löôïng ñieän vaø cô cuûa heä thoáng ñöôïc bieåu dieãn
nhö sau:
←
Iö M n
Rb EÑ
Rö Ed2
V2
←
Hình 3. 22 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng khi ñieàu khieån rieâng cho ñoäng cô
laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay thuaän.
Vôùi caùch ñieàu khieån töông töï, ñeå cho ñoäng cô quay ngöôïc ta cho nhoùm
van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α < 900 vaø loaïi tröø taùc duïng cuûa
nhoùm van V1. Khi caàn cho ñoäng cô laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, quay ngöôïc ta
cho nhoùm van V2 laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu vôùi goùc kích α > 900 ñoàng thôøi loaïi
tröø taùc duïng cuûa nhoùm van V1.
Nhaän xeùt:
Öu ñieåm: Phöông phaùp ñieàu khieån rieâng laøm vieäc an toaøn, khoâng coù doøng
ñieän caân baèng chaïy trong caùc boä bieán ñoåi.
Nhöôïc ñieåm: Heä thoáng phaûi caàn coù moät khoaûng thôøi gian treã trong ñoù doøng
ñieän chaïy qua ñoäng cô baèng khoâng. Do ñoù, phöông phaùp naøy ñoøi hoûi moät heä thoáng ñieàu
khieån coù logic phöùc taïp vaø phaûi ñuû ñoä nhaïy. Ñoàng thôøi phöông phaùp naøy coù ñaëc tính
ñoäng cuûa ñoäng cô khoâng toát.
Phöông phaùp ñieàu khieån chung:
Phöông phaùp naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch: Taïi moät thôøi ñieåm caû hai boä
bieán ñoåi ñeàu nhaän ñöôïc xung môû, nhöng chæ coù moät boä bieán ñoåi caáp doøng cho nghòch löu
coøn boä bieán ñoåi kia laøm vieäc ôû cheá ñoä ñôïi.
Khi caàn ñieàu khieån cho ñoäng cô quay thuaän, ta cho nhoùm van V1 laøm vieäc
ôû traïng thaùi chænh löu vôùi goùc kích α1 < 900, ñieän naêng seõ truyeàn vaøo ñoäng cô. Luùc naøy,
nhoùm van V2 cuõng coù xung kích vôùi goùc kích α2 > 900 sao cho | Ed2 | > | Ed1 |. Do ñoù,
thaønh phaàn moät chieàu cuûa doøng ñieän khoâng theå chaïy töø nôi coù ñieän theá thaáp ( nhoùm van
V1 ) sang nôi coù ñieän theá cao ( nhoùm van V2 ) hoaëc töø ñoäng cô chaïy sang nhoùm van V2.
Nhoùm van V2 seõ laøm vieäc ôû traïng thaùi nghòch löu ñôïi. Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng trong
tröôøng hôïp naøy ñöôïc trình baøy nhö sau:
Hình 3. 23 Sô ñoà thay theá cuûa heä thoáng ñaûo chieàu chænh löu – ñoäng cô
baèng phöông phaùp ñieàu khieån chung.
Neáu choïn | Ed1 | = | Ed2 | thì ta coù phöông phaùp ñieàu khieån chung tuyeán
tính. Vì Ed1 = Ed0cosα1, Ed2 = Ed0cosα2. Ta ñöôïc moái quan heä giöõa hai goùc kích: α1 + α2
= 1800.
Phöông phaùp ñieàu khieån chung tuyeán tính ñöôïc thöïc hieän baèng caùch giöõ
cho toång hai goùc kích cuûa hai nhoùm van baèng 1800. Neáu taêng goùc kích cuûa nhoùm van
naøy thì ñoàng thôøi phaûi giaûm goùc kích cuûa nhoùm van kia. Nhôø ñoù ta seõ giöõ ñöôïc toång söùc
ñieän ñoäng trong maïch töø nhoùm van V1 ñeán V2 laø: ∑Ed = Ed1 + Ed2 = 0. Do ñoù, doøng caân
baèng trong boä chænh löu seõ baèng khoâng Icb = Ed/Rb = 0. Khoâng coù hieän töôïng trao ñoåi
naêng löôïng giöõa caùc nhoùm van.
Neáu ñieàu khieån sao cho Ed1 < Ed2 thì ta coù phöông phaùp ñieàu khieån chung
phi tuyeán. Khi ñoù moái quan heä giöõa hai goùc kích cuûa hai nhoùm van: α1 + α2 = 1800 + ξ
Trong ñoù: ξ Goïi laø goùc khoâng phuø hôïp.
Vì | Ed2 | > | Ed1 | neân caùc tiristor cuûa nhoùm nghòch löu V2 bò khoùa, vì vaäy
Icb = 0.
Trong caû hai phöông phaùp ñieàu khieån chung noùi treân, Maëc duø ta giöõ cho
giaù trò trung bình cuûa söùc ñieän ñoäng | Ed2 | > | Ed1 | nhöng vì giaù trò töùc thôøi cuûa söùc ñieän
ñoäng hai nhoùm van bieán ñoåi rieâng bieät theo söùc ñieän ñoäng thöù caáp cuûa maùy bieán aùp neân
vaãn xuaát hieän nhöõng thôøi ñieåm coù giaù trò töùc thôøi | ed1 | > | ed2 |. Luùc ñoù ∑ed > 0
vaø taùc duïng thuaän chieàu van, xuaát hieän thaønh phaàn xoay chieàu cuûa doøng Icb. Doøng Icb coù
daïng laø doøng chænh löu baùn kyø ñoái vôùi nguoàn laø ∑ed. Hieän töôïng naøy ñöôïc minh hoïa bôûi
sô ñoà thay theá nhö sau:
V1
∼
Xcb Σed Icb
ΣRcb V2 Icb t
Hình 3. 24 Sô ñoà thay theá cuûa maïch caân baèng döôùi taùc duïng töùc thôøi cuûa
giaù trò söùc ñieän ñoäng ∑ed vaø daïng soùng chænh löu baùn kyø cuûa doøng Icb.
Ñeå haïn cheá bieân ñoä doøng Icb ta thöôøng duøng caùc cuoän khaùng caân baèng
KCB.
II. HEÄ THOÁNG BAÊM – ÑOÄNG CÔ:
Trong coâng nghieäp, ñieän aùp moät chieàu ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng ñieän. Ñieän aùp moät chieàu naøy ñöôïc chuyeån ñoåi ôû caùc möùc ñoä khaùc nhau tuøy
theo yeâu caàu cuûa heä thoáng. Ñieän aùp moät chieàu ñöôïc thay ñoåi qua caùc phöông phaùp bieán
ñoåi nhö sau:
- Phöông phaùp ñieàu chænh baèng bieán trôû.
- Phöông phaùp ñieàu chænh baèng maùy phaùt moät chieàu.
- Phöông phaùp duøng boä bieán ñoåi coù khaâu trung gian xoay chieàu.
- Phöông phaùp duøng boä baêm ( Chopper ).
So vôùi caùc phöông phaùp treân thì boä baêm laø moät phöông phaùp môùi. ÖÙng duïng cuûa
caùc thieát bò tiristor coâng suaát lôùn ra ñôøi trong ngaønh ñieän töû coâng suaát. Ñaõ goùp phaàn taïo
ra caùc boä chuyeån maïch nhaèm thöïc hieän vieäc chuyeån ñoåi ñieän aùp moät chieàu vôùi hieäu quaû
cao, ñoä nhaïy ñaït yeâu caàu kyõ thuaät, ñieàu khieån trôn, chi phí baûo trì thaáp, kích thöôùc nhoû
neân dieän tích laép ñaët maùy nhoû.
Boä baêm duøng ñeå bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi U thaønh caùc xung moät
chieàu coù trò soá trung bình bieán ñoåi Utb. Utb coù theå ñieàu chænh ñöôïc töø baèng 0 ñeán lôùn nhaát,
baèng chính ñieän aùp nguoàn cung caáp cho boä baêm.
ÖÙng duïng quan troïng nhaát cuûa boä baêm laø ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô moät
chieàu trong coâng nghieäp vaø giao thoâng vaän taûi. Bôûi vì vieäc söû duïng boä baêm hoaøn toaøn
thích hôïp, tieát kieäm ñöôïc naêng löôïng, kinh teá vaø hieäu quaû cao, ñoàng thôøi ñaûm baûo ñöôïc
traïng thaùi haõm taùi sinh cuûa ñoäng cô.
Coù ba daïng boä baêm: boä baêm noái tieáp, boä baêm song song, boä baêm ñaûo doøng.
II. 1 Boä baêm noái tieáp:
II. 1. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
VS1 Id
+ • • • •
•
(-) + Rd
C
(+) - VS2
• •
D0 Ld
U DC
•
LC
Ud
↑ E
ID0
- • •
Hình 3. 25 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä baêm noái tieáp.
Trong ñoù:
- VS1: Laø tiristor chính.
- VS2: Laø tiristor phuï, duøng ñeå ngaét boä baêm.
- Lc, Dc, C: Laø caùc phaàn töû chuyeån maïch, taïo maïch naïp cho tuï C.
- D0: Diode hoaøn naêng löôïng, duy trì doøng qua taûi khi boä baêm ngaét.
Boä baêm noái tieáp laø moät khoùa ñieän S baèng tiristor ñöôïc ñieàu khieån ñoùng
môû trong heä thoáng moät caùch chu kyø. Khi S ñoùng thì ñieän aùp ngoû ra treân taûi Ud = U coøn
khi S môû thì Ud = 0.
Giaû söû ôû traïng thaùi ban ñaàu VS1 vaø VS2 ñeàu bò khoùa, tuï C ñöôïc naïp ñaày vôùi
baûn cöïc döông ôû phía treân nhö ghi chuù trong hình ( 3. 25 ).
Cho xung ñieàu khieån kích tiristor chính VS1, VS1 môû, doøng ñieän töø cöïc
döông cuûa nguoàn U chaïy qua VS1 vaøo maïch phuï taûi ( R, L, E ) roài trôû veà cöïc aâm cuûa
nguoàn U. Ñoàng thôøi tuï C seõ phoùng ñieän theo voøng: VS1-Lc-Dc-C vaø tuï C ñöôïc naïp ñieän
theo chieàu ngöôïc laïi. Ñieän aùp ra treân taûi Ud = U.
Khi cho xung ñieàu khieån kích tiristor phuï VS2, VS2 môû, ñaët ñieän aùp giöõa
hai baûn cöïc cuûa tuï C leân VS1 laøm cho VS1 bò khoùa laïi. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi Ud = 0.
Thay ñoåi tyû soá thôøi gian ñoùng vaø thôøi gian ngaét cuûa VS1 seõ ñieàu chænh
ñöôïc giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi.
Goïi T laø chu kyø cuûa boä baêm, T = Tñg + Tng. Trong ñoù:
- Tñg = αT laø thôøi gian ñoùng maïch cuûa VS1.
- Tng = T - Tñg laø thôøi gian ngaét maïch.
- α = Tñg/T laø tyû soá ñoùng cuûa chu kyø.
Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi:
1
T
Tdg
U tb = ∫ Udt = U = αU ( 3. 44 )
T0 T
Khi ta thay ñoåi tyû soá ñoùng α thì coù theå ñieàu chænh ñöôïc Utb. Coù hai caùch
ñeå thay ñoåi α:
- Giöõ coá ñònh chu kyø xung T ( taàn soá coá ñònh ), thay ñoåi thôøi gian ñoùng
maïch Tñg cuûa boä baêm. Phöông phaùp naøy ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñieàu khieån ñoä roäng
xung.
- Giöõ coá ñònh thôøi gian ñoùng maïch Tñg, thay ñoåi chu kyø cuûa boä baêm T (
taàn soá bieán thieân ). Phöông phaùp naøy ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñieàu taàn.
Khi α = 0 töùc laø Tñg = 0 ta coù Utb = 0, boä baêm thöôøng xuyeân ngaét maïch, n
= 0.
Khi α = 1 töùc laø Tñg = T ta coù Utb = U, boä baêm thöôøng xuyeân ñoùng maïch,
n = nmax.
Trong heä thoáng, thôøi gian ñoùng maïch Tñg coù theå ñieàu chænh tuøy theo yù
muoán nhöng Tñg khoâng theå nhoû hôn moät nöõa chu kyø cuûa maïch dao ñoäng LC, töùc laø phaûi
ñaûm baûo:
L
Tdg > π
C
Ta coù sô ñoà bieåu dieãn ñieän aùp ra treân taûi Ud nhö sau:
Ud
U
Utb
t
0 Tñg Tng
T
Hình 3. 26 Sô ñoà bieåu dieãn ñoà thò ñieän aùp ngoõ ra treân taûi Ud.
Xeùt quaù trình dao ñoäng cuûa doøng taûi: Trong khoaûng thôøi gian 0
0 do ñoù söùc ñieän ñoäng E > Ud.
Nhö vaäy, khi S môû thì Ud = 0 vaø khi S ngaét thì Ud = U doøng ñieän höôùng veà
chieàu aâm maëc duø Ud döông. Do ñoù, phaïm vi ñieàu chænh seõ ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
U
I
Hình 3. 34 Ñoà thò bieåu dieãn phaïm vi ñieàu chænh cuûa heä thoáng söû duïng boä
baêm song song.
II. 3 Boä baêm ñaûo doøng:
II. 3. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Boä baêm ñaûo doøng laø söï keát hôïp giöõa boä baêm noái tieáp vaø boä baêm song
song. Boä baêm ñaûo doøng seõ cho pheùp truyeàn naêng löôïng theo hai chieàu. Ta coù sô ñoà
nguyeân lyù cuûa boä baêm ñaûo doøng ñöôïc trình baøy nhö sau:
D2 Id
+ • • • •
•
I2 T1 R
T2 D1 L
U Ud
•
↑ E
- • • •
Hình 3. 35 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä baêm ñaûo doøng.
II. 3. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä:
Khi taûi laø maùy ñieän moät chieàu, U laø nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi
thì maùy ñieän coù theå laøm vieäc ôû hai traïng thaùi: Ñoäng cô vaø maùy phaùt.
ÔÛ traïng thaùi ñoäng cô: T2 khoùa, T1 môû trong khoaûng thôøi gian laø α1T
cuûa chu kyø. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi seõ laø: Ud = α1U vaø söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô E
= Ud - RId = α1U - RId vôùi Id > 0.
ÔÛ traïng thaùi maùy phaùt: T1 khoùa, T2 môû trong khoaûng thôøi gian α2T
cuûa chu kyø. Luùc naøy ñieän aùp ra treân taûi seõ laø: Ud = ( 1 - α2 )U vaø söùc ñieän ñoäng treân ñoäng
cô: E = Ud - RId = ( 1 - α2 )U - RId vôùi Id < 0. Moái quan heä giöõa caùc tyû soá chu kyø α1 vaø
α2: α1 + α2 = 1.
Nhö vaäy, vôùi boä baêm ñaûo doøng, baèng caùch taùc ñoäng vaøo α1 vaø α2 ta seõ coù
ñöôïc moät hoï ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu ôû hai traïng thaùi laø ñoäng cô vaø
haõm taùi sinh.
n
α2 = 0
0,25 α1 = 1
0,5 0,75
0,75 0,5
1 0,25
0 M, I
0
Hình 3. 36 Hoï ñaëc tính cô cuûa heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä söû duïng boä baêm
ñaûo doøng.
Nhö vaäy, ñoái vôùi boä baêm ñaûo doøng seõ ñaûm baûo cho heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän laøm vieäc treân hai goùc phaàn tö thöù nhaát vaø thöù tö cuûa maët phaúng toïa ñoä U, I.
Khi caû hai T1 vaø T2 ñeàu môû Ud = +U vaø U = -U neáu chuùng ñeàn ngaét, luùc
ñoù hai diode D1 vaø D2 seõ ñoàng thôøi daãn.
Do ñoù, giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi luoân luoân döông neáu thôøi
gian môû cuûa caùc boä chopper T1, T2 lôùn hôn thôøi gian ngaét cuûa chuùng. Neáu ngöôïc laïi thì
giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp ra treân taûi seõ coù giaù trò aâm. Khi Id döông vaø Ud aâm thì naêng
löôïng seõ ñöôïc traû laïi nguoàn. Ta coù sô ñoà maïch ñoäng löïc vaø phaïm vi ñieàu chænh cuûa boä
baêm ñaûo doøng ñöôïc minh hoïa nhö sau:
+ • •
U
T1 D2
• ÑK
U • Ñ •
I
0
D1 T2
(a) •
- • •
(b)
Hình 3. 37 Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô söû duïng boä baêm ñaûo doøng:
a). Maïch ñoäng löïc.
b). Phaïm vi ñieàu chænh.
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1. Buøi Quoác Khaùnh, Nguyeãn Vaên Lieãn, Nguyeãn Thò Hieàn. Truyeàn ñoäng
ñieän. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät. Haø Noäi -1996.
2. Taùc giaû CYRIL W. LANDER ( Ngöôøi dòch Leâ Vaên Doanh ). Ñieän töû
coâng suaát vaø ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ
thuaät - 1997.
3. Nguyeãn Bính. Ñieän töû coâng suaát. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
Haø Noäi -1996.
4. Traàn Khaùnh Haø. Maùy ñieän1. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
Haø Noäi - 1997.
5. Ñoã Xuaân Tuøng, Tröông Tri Ngoä. Nhaø xuaát baûn xaây döïng. Haø Noäi.
MUÏC LUÏC
Trang
Chöông I: Giôùi thieäu veà ñieän töû coâng suaát ...................................................................... 1
I. Diode coâng suaát .............................................................................................. 1
II. Transistor coâng suaát ........................................................................................ 3
III. Tiristor............................................................................................................. 7
IV. Triac.............................................................................................................. 10
Chöông II: Nghieân cöùu vaø trình baøy caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä
ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp .............................................................12
I. Khaùi nieäm chung....................................................................................12
II. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô13
III. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi töø thoâng ...................................15
IV. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch phaàn öùng16
V. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng ................................17
VI. Ñieàu chænh toác ñoä baèng heä thoáng maùy phaùt - ñoäng cô ( F - Ñ )..........20
VII. Heä thoáng khueách ñaïi maùy ñieän - ñoäng cô..........................................24
VIII. Heä thoáng khueách ñaïi töø - ñoäng cô .....................................................29
Chöông III: Caùc heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø
ñoäc laäp coù duøng ñieän töû coâng suaát.............................................................34
I. Heä thoáng chænh löu ñoäng cô ...................................................................34
I. 1 Heä thoáng chænh löu ba pha hình tia - ñoäng cô ..........................34
I. 1. a Sô ñoà nguyeân lyù ...........................................................34
I. 1. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng .............................35
I. 1. c Hieän töôïng chuyeån maïch .............................................39
I. 1. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa soùng haøi .....40
I. 1. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ..........................41
I. 1. f Nhaän xeùt .......................................................................44
I. 2 Heä thoáng chænh löu ba pha hình caàu - ñoäng cô .........................45
I. 2. a Sô ñoà nguyeân lyù ...........................................................45
I. 2. b Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø daïng soùng .............................46
I. 2. c Hieän töôïng chuyeån maïch .............................................50
I. 2. d Soùng haøi vaø vieäc san baèng ñieän aùp ra cuûa boä chænh löu52
I. 2. e Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ..........................53
I. 2. f Nhaän xeùt .......................................................................54
I. 3 Cheá ñoä nghòch löu trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.............54
I. 4 Ñaûo chieàu quay trong heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.................55
I. 4. a Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng kích töø cuûa ñoäng cô....................56
I. 4. b Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng baèng tieáp ñieåm ...........57
I. 4. c Phöông phaùp ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhôø boä chænh löu keùp .59
II. Heä thoáng baêm - ñoäng cô .......................................................................62
II. 1 Boä baêm noái tieáp.......................................................................63
II. 1. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................63
II. 1. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................66
II. 2 Boä baêm song song ...................................................................67
II. 2. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................67
II. 2. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................69
II. 3 Boä baêm ñaûo doøng ....................................................................69
II. 3. a Nguyeân lyù hoaït ñoäng ..................................................69
II. 3. b Caùch ñieàu chænh toác ñoä ...............................................70
KEÁT LUAÄN
Qua quaù trình thöïc hieän taäp luaän vaên toát nghieäp ñaõ giuùp em hieåu roõ
hôn veà thöïc teá ñoàng thôøi cuûng coá laïi kieán thöùc ñaõ hoïc trong suoát thôøi gian
qua.
Ñeà taøi naøy mang naëng veà lyù thuyeát lieân quan ñeán ngaønh
truyeàn ñoäng ñieän. Döôùi söï höôùng daãn cuûa Thaày Nguyeãn Dö Xöùng, sinh
vieân thöïc hieän ñaõ coá gaéng ñeå trình baøy khaù ñaày ñuû yeâu caàu cuûa taäp luaän
vaên:
- Giôùi thieäu caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn nhö: diode,
transistor, triac vaø ñaëc bieät laø tiristor.
- Giôùi thieäu caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu
kích töø ñoäc laäp vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát trong vieäc ñieàu chænh toác
ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp qua caùc heä thoáng:
. Heä thoáng chænh löu - ñoäng cô.
. Heä thoáng baêm - ñoäng cô.
Vôùi söï quan taâm vaø noã löïc khoâng ngöøng, taäp luaän vaên ñaõ ñöôïc hoaøn
thaønh vaø coù noäi dung baùm saùt yeâu caàu ñeà ra.
Maëc duø coøn nhieàu haïn cheá, thieáu soùt nhöng qua taäp luaän vaên naøy ñaõ
giuùp sinh vieân thöïc hieän ñaùnh giaù ñöôïc chính mình. Ñaây seõ laø moät thaønh
quaû lôùn sau nhieàu naêm hoïc taäp vôùi söï giuùp ñôõ cuûa quyù thaày coâ, baïn beø.
Moät laàn nöõa em xin chaân thaønh caûm ôn Thaày Nguyeãn Dö Xöùng ñaõ
taän tình chæ baûo ñeå giuùp em hoaøn thaønh taäp luaän vaên naøy.
Sinh vieân thöïc hieän
![](images/graphics/blank.gif)
![](images/graphics/blank.gif)
![](images/graphics/blank.gif)
## Top Download Điện - Điện Tử - Viễn Thông
-
-
[Đồ án: Thiết kế hệ thống cung cấp điện](http://tailieu.vn/doc/do-an-thiet-ke-he-thong-cung-cap-dien-289822.html)
83p
868
579
-
-
-
-
[Báo cáo tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện](http://tailieu.vn/doc/bao-cao-tot-nghiep-thiet-ke-he-thong-cung-cap-dien-174680.html)
99p
1186
701
-
-
-
-
Tài Liệu Điện - Điện tử - Viễn Thông Mới
[Xem thêm »](http://tailieu.vn/luan-van-bao-cao/dien-dien-tu-vien-thong/)
Tài Liệu mới cập nhật
[Xem thêm »](http://tailieu.vn/tai-lieu/)