Điều khiển các linh kiện điện tử công suất dùng trong điều chỉnh tốc độ động cơ

CHÖÔNG I: VAÁN ÑEÀ ÑIEÀU KHIEÅN CAÙC LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT DUØNG TRONG VIEÄC ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ I.1 ÑIEÀU KHIEÅN TRANSISTOR: Transistor ñöôïc duøng ñeå ñoùng caét doøng ñieän coù cöôøng ñoä töông ñoái lôùn. Vaäy chuùng chæ laøm vieäc ôû hai traïng thaùi: Traïng thaùi ñoùng (daãn baõo hoøa) ñeå ñoùng maïch ñieän. Traïng thaùi môû (ngöng daãn) ñeå caét maïch ñieän. Khi transistor hoaït ñoäng vôùi thôøi gian daãn baõo hoøa hay ngaét töông ñoái daøi coøn goïi laø cheá ñoä khoùa cuûa transistor. I.1.1 Cheá ñoä khoùa cuûa Transistor. -Transistor laøm vieäc ôû cheá ñoä khoùa nhö moät khoùa ñieän töû ñoùng môû maïch nhanh vôùi toác ñoä nhanh (10-9 s ¸ 10-6 s) do ñoù coù nhieàu ñaëc ñieåm khoùa vôùi cheá ñoä khueách ñaïi. Transistor ôû cheá ñoä khoùa thì ñieän aùp ñaàu ra coù hai traïng thaùi sau: Vra=1 khi Vvaøo = 0. (I.1) Vra = 0 khi Vvaøo= 1. - Cheá ñoä khoùa cuûa transistor ñöôïc xaùc ñònh bôûi cheá ñoä ñieän aùp hay doøng ñieän moät chieàu cung caáp töø ngoaøi qua moät maïch phuï trôï (khoùa thöôøng ñoùng hay thöôøng môû) vieäc chuyeån traïng thaùi khoùa thöôøng ñuôïc thöïc hieän nhôø moät tín hieäu xung coù cöïc tính thích hôïp taùc ñoäng tôùi ñaàu vaøo. Nhöõng ñaëc ñieåm chuû yeáu cuûa cheá ñoä khoùa ñöôïc xeùt nhö hình I.1. HìnhI-1:Maïch khoùa duøng Transistor -Ban ñaàu khi Vvaøo =0, transistor ôû traïng thaùi môû, doøng ñieän ra Ic = 0 luùc khoâng coù taûi Rt, khi transistor ñöôïc coi laø hôû maïch Vra= Vnguoàn khi cho xung ñieàu khieån coù cöïc tính döông tôùi ñaàu vaøo Vvaøo = 1 transistor chuyeån sang traïng thaùi ñoùng (baõo hoøa) ñieän aùp ra thoûa maõn ñieàu kieän ôû (I.1) Vra = 0 ôû traïng thaùi baõo hoøa ñeå duy trì khaû naêng ñieàu khieån vaø ñeå traùnh ñieän tích cöïc neàn quaù lôùn, doøng ñieän cöïc neàn ban ñaàu phaûi cao ñeå chuyeån sang traïng thaùi daãn nhanh choùng, ôû cheá ñoä khoùa doøng ñieän neàn phaûi giaûm cuøng qui luaät nhö doøng ñieän thu ñeå traùnh hieän töôïng choïc thuûng tieáp giaùp BC. Traïng thaùi ñoùng maïch IB lôùn IC do taûi giôùi haïn Traïng thaùi hôû maïch IB=0 Hình I.2: Ñaëc tuyeán transistor ôû cheá ñoä khoùa. I V I.1.2 MAÏCH TRÔÏ GIUÙP MÔÛ: I t iC iD t 0 0 0 iD Hình I.3 :Maïch trôï giuùp môû. t t1 t2 Khi transistor chuyeån töø traïng thaùi ñoùng sang traïng thaùi môû. Maïch trôï giuùp môû goàm caùc phaàn töû C, D1, R1. Doøng ñieän taûi laø i, vì thôøi gian chuyeån traïng thaùi raát ngaén neân xem I=const trong moãi laàn chuyeån traïng thaùi. Ban ñaàu VCE = VCE baûo hoøa » 0, iC =I, iD = 0. Khi cho xung aùp taâm taùc ñoäng vaøo cöïc neàn cuûa Transistor doøng IC giaûm tuyeán tính töø 1 xuoáng 0 trong khoaûng thôøi gian t1. Neáu khoâng coù maïch trôï giuùp môû iC + iD = I = const (I.2). Vöøa luùc iC baét ñaàu giaûm thì iD taêng leân ngay, D2 laøm chuyeån maïch taûi VCE = V+0,6V (I.3). Neáu coù maïch trôï giuùp thì ta coù: iC + I1 = I = const (I.4). vöøa luùc iC baét ñaàu giaûm tuyeán tính thí i1 cuõng baét ñaàu taêng tuyeán tính tuï C ñöôïc naïp ñieän. Khi t=t1 , iC= 0, VC(t1) = VCE << V Sau t1, tuï ñieän C ñöôïc naïp baèng doøng I Cho ñeán khi VC = V luùc naøy diode D1 môùi cho doøng chaûy qua thôøi gian toång coäng cuûa quaù trình chuyeån traïng thaùi môû laø t2. Trong thöïc teá ngöôøi ta choïn C sao cho: 2t1 < t2 < 5t1 Trong ñoù: T1 laø thôøi gian caàn thieát ñeå iC giaûm töø I xuoáng 0, cho trong soå tay tra cöùu I.1.3 MAÏCH TRÔÏ GIUÙP ÑOÙNG: Ta coù sô ñoà maïch nhö sau * Khi Transistor töø traïng thaùi môû sang traïng thaùi ñoùng Hình I.4: Maïch trôï giuùp ñoùng Maïch trôï giuùp ñoùng goàm L1, D3, R2 coù chöùc naêng haïn cheá söï taêng tröôûng cuûa doøng iC trong khoaûng thôøi gian caàn thieát ñeå VCE giaûm töø giaù trò V xuoáng VCE baõo hoøa = 0 cho trong soå tay tra cöùu. Thôøi gian toång coäng cuûa quaù trình ñoùng laø :tS Ñieän caûm L1 ñöôïc tính gaàn ñuùng baèng bieåu thöùc Trong thöïc teá ngöôøi ta choïn L1 sao cho: 2 tñ <tS<5tñ Ñieän trôû R2 coù taùc duïng haïn cheá doøng ñieän do söùc ñieän ñoäng töï caûm trong L1 taïo ra trong maïch L1,R2,D3 trong khoaûng thôøi gian t2 chuyeån sang traïng thaùi môû T. Nhö vaäy phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: Ñieän trôû R1 coù nhieäm vuï haïn doøng ñieän phoùng cuûa tuï C Trong maïch CTR1 trong khoaûng thôøi gian ñoùng tS nhö vaäy phaûi thoûa maõn ñieàu kieän R1C>tS. I.2 ÑIEÀU KHIEÅN THYRISTOR: I.2.1: Caùc yeâu caàu cô baûn veà maïch ñieàu khieån: Maïch ñieàu khieån laø khaâu raát quan troïng trong boä bieán ñoåi Thyristor. Noù ñoùng vai troø chuû yeáu trong vieäc quyeát ñònh chaát löôïng vaø ñoä tin caäy cuûa boä bieán ñoåi. Yeâu caàu ñoái vôùi maïch ñieàu khieån ña daïng goàm caùc böôùc chính sau: Yeâu caàu veà ñoä lôùn xung ñieàu khieån. Moãi Thyristor ñeàu coù moät ñaëc tính ñaàu vaøo ñoù laø quan heä giöõa aùp treân cöïc khieån vaø doøng ñieän chaïy qua cöïc khieån Vñk=f(iñk). Do sai leäch veà thoâng soá cheá taïo vaø ñieàu kieän laøm vieäc maø ngay caû caùc Thyristor cuøng loaïi cuõng coù nhöõng ñaëc tính ñaàu vaøo khaùc nhau. Yeâu caàu ñoä lôùn ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu khieån laø: - Giaù trò lôùn nhaát khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp ôû soå tay tra cöùu. -Giaù trò nhoû nhaát phaûi ñaûm baûo môû ñöôïc taát caû caùc Thyristor cuøng ôû moïi ñieàu kieän laøm vieäc. -Toån hao coâng suaát trung bình treân cöïc ñieàu khieån phaûi nhoû hôn trò cho pheùp. Yeâu caàu veà ñoä roäng xung: Caên cöù vaøo ñaëc tuyeán V-A cuûa Thyristor ta thaáy toàn taïi xung ñieàu khieån phaûi ñaûm baûo cho doøng qua Thyristor taêng töø 0 ñeán giaù trò IC khi Thyristor môû baèng xung ñieàu khieån quaù trình môû coù theå xem laø quaù trình taêng ñieän tích ôû lôùp baùn daãn P noái vôùi cöïc ñieàu khieån, khi caùc ñieän töû töï do ôû lôùp baùn daãn naøy taêng ñeán möùc nhaát ñònh thì ñieän trôû thuaän cuûa Thyristor giaûm ñoät ngoät Thyristor môû. Ñoä lôùn ñieän tích tích luõy ôû lôùp baùn daãn P noái vôùi cöïc ñieàu khieån phuï thuoäc vaøo ñoä roäng xung ñieàu khieån. Thoâng thöôøng ñoä roäng xung ñieàu khieån khoâng nhoû hôn 5ms vaø taêng ñoä roäng xung ñieàu khieån cho pheùp giaûm nhoû bieân ñoä xung ñieàu khieån. Yeâu caàu veà ñoä doác söôøn tröôùc cuûa xung: Ñoä doác söôøn tröôùc cuûa xung caøng cao thì vieäc môû Thyristor caøng toát. Ñaëc bieät trong khi maïch coù nhieàu Thyristor maéc noái tieáp vaø song song. Thoâng thöôøng yeâu caàu veà ñoä doác xung ñieàu khieån laø: Yeâu caàu veà söï ñoái xöùng cuûa xung trong caùc keânh ñieàu khieån. ÔÛ caùc boä bieán ñoåi nhieàu pha, nhieàu Thyristor ñoä ñoái xöùng xung ñieàu khieån giöõa caùc keânh seõ quyeát ñònh chaát löôïng ñaëc tính ra cuûa heä. Neáu khoâng ñoái xöùng, caùc xung ñieàu khieån cuûa Thyristor cuûa boä bieán ñoåi nhieàu pha seõ gaây ra söï maát caân baèng giaù trò trung bình cuûa doøng qua Thyristor. Yeâu caàu veà ñoä tin caäy: Maïch ñieàu khieån phaûi ñaûm baûo laøm vieäc tin caäy trong moïi hoaøn caûnh nhö t0 thay ñoåi, nguoàn tín hieäu nhieãu taêng. Do vaäy yeâu caàu: Ñieän trôû ra cuûa keânh ñieàu khieån phaûi nhoû ñeå Thyristor khoâng töï môû khi doøng roø taêng. Xung ñieàu khieån ít phuï thuoäc vaøo dao ñoäng nhieät ñoä, dao ñoäng ñieän aùp nguoàn. Caàn khöû ñöôïc nhieãu caûm öùng (ôû khaâu so saùnh, ôû bieán aùp xung taàn ra) ñeå traùnh môû nhaàm. Yeâu caàu veà laép ñaët: Thieát bò deã thay theá, deã laép raùp ñieàu chænh. Deã laép laãn vaø moãi khoái coù khaû naêng laøm vieäc ñoäc laäp. I.2.2 Nguyeân taéc xaây döïng vaø phaân loaïi maïch ñieàu khieån Thyristor. Maïch ñieàu khieån coù nhieäm vuï gia coâng vaø bieán ñoåi caùc tín hieäu ñieàu khieån (ñieän aùp DC) thaønh caùc chuoãi xung ñeå ñöa vaøo ñieàu khieån Thyristor, ñöôïc bieåu dieãn nhö hình I.5 Hình I.5 Sô ñoà khoái maïch ñieàu khieån Thyristor. Ñoái töôïng caàn ñieàu khieån laø boä bieán ñoåi Thyristor T vaø ñöôïc ñaëc tröng bôûi ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån ôû a (coù theå laø doøng, aùp, nhieät ñoä, toác ñoä). N laø khoái bieåu thò nhieãu beân ngoaøi (do moâ men taûi, nhieät ñoä moâi tröôøng). Boä caûm bieán CB seõ ñöa tín hieäu b ñöôïc so saùnh vôùi tín hieäu chuû ñaïo CÑ. Sai leäch tín hieäu cuûa tín hieäu q0-b laø x seõ ñieàu khieån thieát bò chaáp haønh CH, thieát bò CH coù nhieäm vuï khöû sai leäch X, hoaëc cöïc tieåu noù baèng caùch taïo ra goùc ñieàu khieån q ñeå ñieàu khieån boä bieán ñoåi Thyristor T. Hoaït ñoäng cuûa thieát bò chaáp haønh CH ñöôïc ñoàng boä nhôø tín hieäu e phaùt ra töø nguoàn ñoàng boä ÑB. Maïch ñieàu khieån Thyristor coù theå phaân loaïi theo nhieàu caùch. Caùc maïch ñieàu khieån Thyristor ñeàu döïa theo nguyeân lyù thay ñoåi goùc pha vaø theo ñoù ta coù nguyeân lyù khoáng cheá ngang vaø khoáng cheá ñöùng. Khoáng cheá ngang laø phöông phaùp taïo ra goùc q thay ñoåi baèng caùch dòch chuyeån ñieän aùp ra hình sin theo phöông phaùp ngang so vôùi ñieän aùp ban ñaàu hình (I-6). Hình I-6: Sô ñoà nguyeân lyù vaø ñoä thò ñieän aùp maïch khoáng cheá ngang. Khoáng cheá ñöùng laø taïo ra goùc q thay ñoåi baèng caùch dòch chuyeån ñieän aùp cuûa chuû ñaïo theo phöông thaúng ñöùng so vôùi ñieän aùp raêng cöa, phöông phaùp naøy laïi chia ra: Phöông phaùp khoáng cheá khoâng ñoàng boä vaø phöông phaùp khoáng cheá ñoàng boä. Khoáng cheá ñoàng boä laø khoáng cheá ñeå taïo ra xung ñieàu khieån Thyristor ñoàng boä vôùi nhau nhôø nguoàn pha phaùt tín hieäu ñoàng boä, coøn khoáng cheá khoâng ñoàng boä laø vieäc taïo ra caùc xung ñieàu khieån Thyristor ñoäc laäp vôùi nhau. phöông phaùp khoáng cheá ñöùng hieän ñang ñöôïc duøng phoå bieán vì ñoä chính xaùc cao vaø khoaûng ñieåu khieån roäng (töø 00 – 1800). Phöông phaùp khoáng cheá ñöùng ñöôïc bieåu dieãn nhö hình I-7. V 0 q t t t 0 V V V3 V6 V4 0 Hình I-7: Sô ñoà khoái maïch khoáng cheá ñöùng vaø daïng ñieän aùp ra cuûa noù. I.2.3 Caùc khoái cuûa maïch ñieàu khieån Thyristor. Khoái phaùt tín hieäu ñoàng boä: ÑB Vì ñieàu khieån Thyristor theo nguyeân lyù ñieàu khieån pha neân caàn coù khoái ñoàng boä pha giöõa ñieän aùp ñieåu khieån vaø ñieän aùp Anod – Cathode cuûa Thyristor. Caùc maïch phaùt tín hieäu ñoàng boä ñieån hình nhö sau: Khoái phaùt tín hieäu ñoàng boä duøng tuï vaø diode. Hình I-8. t 0 Vñ DVC t1 t2 Hình I-8: Sô ñoà khoái phaùt tín hieäu ñoàng boä duøng tuï diode. Trong ñoù: Vd: Ñieän aùp xoay chieàu ñoàng pha vôùi ñieän aùp treã Anod – Katod cuûa transistor. Vn :nguoàn ñieän aùp moät chieàu. Vc : Ñieän aùp ñoàng boä laáy ra. Khi VD>0 thì D1, D2 phaân cöïc ngöôïc. Tuï C ñöôïc naïp veà nguoàn Vn. Khi Vc = Vd (ôû t2) thì C phoùng ñieän qua R2 vaø Ñ2. Khi Vd<0 aùp tr6n tuï C laø DVC cho ñeán khi Ñ1 khoùa. Khi id- in=0 (taïi t1) tuï C baét ñaàu ñöôïc naï chu kyø môùi q naèm khoaûng t1¸t2. Khoái phaùt tín hieäu ñoàng boä duøng tuï vaø transistor:I-10. Hình I-10: Khoái phaùt tín hieäu ñoàng boä duøng tuï vaø transistor. V Vñ Vñk DV t1 t2 T Trong ñoù: Vñ: Ñieän aùp nguoàn xoay chieàu ñoàng pha vôùi ñieän aùp treân Anot vaø Katot cuûa thyristor. Vn: Ñieän aùp ñieän moät chieàu. Vc: Ñieän aùp ñoàng boä laáy ra khi Vñ>0. Transistor T baõo hoøa. VC=Dv (Dv suït aùp treân Transistor). Khi Vd >0 Transistor T khoùa, tuï C ñöôïc naïp qua R1, R3 töø Vn. Ta coù: Neân choïn R1>>R3 ñeà tnaïp >> tphoùng. Vñk: Ñieän aùp ñieàu khieån. b. Boä phaùt xung chuû ñaïo: Boä phaùt xung chuû ñaïo coù nhieäm vuï phaùt ra caùc xung vôùi taàn soá coá ñònh hoaëc thay ñoåi ñeå laøm nguoàn tín hieäu chuû ñaïo trong caùc maïch ñieàu khieån Thyristor. Boä phaùt xung chuû ñaïo duøng Transistor moät tieáp giaùp(I-11). 0 Vr 0 VE t t Hình I-11: Sô ñoà thay theá Transistor moät tieáp giaùp laøm maùy phaùt xung vaø daïng xung ra. Khi VE<hVBB tuï C ñöôïc naïp töø nguoàn Vn theo bieåu thöùc sau: h: Tham soá rieâng cuûa moãi loaïi Transistor 1 tieáp giaùp. h=0,47¸0,8. Khi VC³hVBB Transistor 1 tieáp giaùp daãn, tuï C seõ phoùng ñieän qua R1 vaø ta coù: hVBB=Vn(1-e-t/RC) (I-16). T: Chu kyø taïo xung. VE:Ñieän aùp treân cöïc phaùt cuûa Transistor moät tieáp giaùp. VBB:Ñieän aùp treân cöïc B1,B2 cuûa Transistor moät tieáp giaùp Xem VBB=Vn thì Ñieän trôû R2 trong sô ñoà duøng ñeå oån ñònh taàn soá xung khi nhieät ñoä thay ñoåi, theo coâng thöùc kinh nghieäm. Ñieän trôû R ñeå ñieàu chænh taàn soá xung. Giaù trò lôùn nhaát cuûa ñieän trôû xaùc ñònh theo ñieàu kieän taïo dao ñoäng. Vp=hVBB+VÑ. (I-20). Trong ñoù VÑ: Ñieän aùp rôi treân cöïc E khi UJT môû (VÑ=0,4¸0,50). VP: Ñieän aùp ñænh cuûa Transistor moät tieáp giaùp (UJT) khi baét ñaàu daãn. IP:Doøng ñieän öùng vôùi VP. Giaù trò nhoû nhaát cuûa ñieän trôû ñöôïc xaùc ñònh. Trong ñoù VV, vaø IV laø aùp doøng öùng vôùi ñieåm truõng treân ñaëc tính V-A cuûa UJT. Khi khoâng coù Transistor moät tieáp giaùp ta coù theå duøng Transistor loaïi thoâng thöôøng ñeå thay theá theo sô ñoà töông ñöông hình I-12. Hình I-12: Sô ñoà thay theá Transistor moät tieáp giaùp baèng Transistor thöôøng. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa hình I-12 cuõng töông töï nhö I-11. ÔÛ traïng thaùi ban ñaàu caû hai Transistor T1 vaø T2 ñeàu khaùc, luùc ñoù tuï C ñöôïc naïp töø nguoàn Vn qua ñieän trôû R. Ñieän aùp treân cöïc neàn T1 laø: Khi VC>VB thì T1 daãn. Do caùch noái caùc cöïc Transistor T1 vaø T2 neân khi T1 baét ñaàu daãn thì giöõa 2 Transistor hình thaønh moät phaûn hoài döông vaø caû hai T1,T2 nhanh choùng chuyeån qua cheá ñoä baõo hoøa. Luùc ñoù tuï C seõ phoùng ñieän qua R3 seõ coù xung ra. Luùc ñoù tæ soá b seõ laø: Coøn caùc thoâng soá coøn laïi töông töï nhö thoâng soá maïch hình I-11. C. Khoái so saùnh: Khoái so saùnh coù nhieäm vuï so saùnh caùc tín hieäu vaø phaûn aùnh caùc sai leäch tín hieäu ôû ñaàu ra. khaâu so saùnh coù aûnh höôûng raát quan troïng ñeán sai leäch tónh cuûa heä thoáng. Ngoaøi ra ñeå ñieàu khieån caùc boä bieán ñoåi Thysistor ngaøy nay caùc sô ñoà so saùnh ñöôïc laøm baèng baùn daãn vaø vi maïch. Khoái so saùnh duøng caùc maïch baùn daãn ñöôïc trình baøy hình I-13. a/ b/ Hình I-13: Khoái so saùnh duøng caùc maïch baùn daãn. Khoái so saùnh trong caùc heä thoáng ñieàu khieån Thyristor thöôøng laø khoái truøng hôïp, nghóa laø tín hieäu ñieàu khieån baèng tín hieäu ñoàng boä thì khoái so saùnh seõ cho ra tín hieäu ra. Khi khoái so saùnh duøng caùc maïch baùn daãn thì tín hieäu ñieàu khieån Vñk vaø tín hieäu ñoàng boä Vñb ñöôïc noái vôùi nhau theo hai caùch: Noái noái tieáp hình(I-13a) Vñk vaø Vñb noái ngöôïc cöïc tính vôùi nhau. Noái song song hình(I-13b) Vñk vaø Vñb noái song song. Khi Vñk=0 ta tính ñöôïc ñieän aùp ñoàng boä. Luùc noái tieáp Vñb=VBo +IB(Rñb+Rñk+rB) (I-23) Diode D hình I-13 ñeå baûo veä Transistor khi Vñk> Vñb. Ñieän aùp VBo: Ñieän aùp rôi treân tieáp giaùp B-C luùc khoâng taûi. Khoái so saùnh duøng vi maïch ñieän töû: Khoái so saùnh duøng vi maïch ñieän töû ngaøy nay ñöôïc söû duïng raát roäng raõi vì noù coù nhieàu öu ñieåm laø goïn nheï coâng suaát tieâu thuï beù, chæ tieâu kyõ thuaät cao, deã daøng thöïc hieän maïch ñieàu khieån nhieàu pha. Sô ñoà nguyeân lyù maïch so saùnh duøng vi maïch hình (I-16). Hình I-15. Sô ñoà ngueân lyù maïch so saùnh duøng vi maïch. Khaâu so saùnh baèng vi maïch loaïi khueách ñaïi thuaät toaùn chuyeân duøng ñeå sosaùnh tín hieäu. Nhieäm vuï chính cuûa maïch naøy laø chuyeån tieáp ñieän aùp ra Vr töø möùc Logic 1 sang möùc logic 0 hoaëc ngöôïc laïi khi ñieän aùp Vv vöôït ñieän aùp ngöôõng Vo. d. Khoái khueách ñaïi vaø taïo xung ñaàu ra: Khoái khuyeách ñaïi vaø taïo xung ñaàu ra coù nhieäm vuï taïo ra xung coù ñuû ñoä roäng vöøa phaûi khuyeách ñaïi cho xung coù ñuû bieân ñoä thoûa maõn yeâu caàu ñoái töôïng ñieàu khieån. Ñaàu vaøo cuûa khoái naøy laø tín hieäu cuûa khaâu so saùnh ñaàu ra laø xung môû Thyristor. Sô ñoà khueách ñaïi vaø taïo xung ñaàu ra ñieån hình trình baøy nhö hình I-16. t t Hình I-16: Khuyeách ñaïi xung noái vôùi taûi qua maùy bieán aùp. Transistor T1, T2 noái taàng ñeå taêng heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát Ñ1,R1 ñeå baûo veä T1, T2 khoûi quaù aùp khi cuoän sô caáp cuûa maùy bieán aùp xung chuyeån maïch. - Khi coù xung aâm T1,T2 môû seõ coù doøng qua daây quaán sô caáp cuûa maùy bieán aùp xung BAX vaø ôû cuoän thöù caáp seõ coù xung ra. khi xung vaøo taét thì T1,T2 cuøng khoùa vaø xung ra cuõng taét. * Bieán aùp xung thöôøng laøm bieán aùp cuûa boä khuyeách ñaïi taïo xung, coù caùc chöùc naêng sau: Taïo xung ñuùng theo yeâu caàu. Taïo söï phuø hôïp ñieän aùp maïch taïo xung vaø ñieän aùp cöïc ñieàu khieån Thyristor. Coù theå duøng moät vaøi cuoän ñaàu ra ñeå ñieàu khieån moät vaøi Thyristor. Ñaûm baûo ngaên caùch veà ñieän giöõa maïch ñoäng löïc vaø maïch ñieàu khieån caùc thoâng soá ñaëc tröng cuûa maùy bieán aùp xung. Ñieän caûm thaåm töø Lm: noù ñaëc tröng cho ñoä roäng xung vôùi maïch töø thoâng coù khe hôû khoâng khí. Trong ñoù S1t, L1t: tieát dieän ngang vaø chieàu daøi maïch töø. mhñ: Ñoä töø thaåm hieäu duïng. W1: soá voøng daây sô caáp. Heä soá taét daàn d: Trong ñoù R1: ñieän trôû cuûa cuoän doøng W1. R21 : Ñieän trôû taûi qui ñoåi veà W1. Lt:ñieän caûm khaùng taûn. C0:ñieän dung kyù sinh. T0: chu kyø dao ñoäng. Heä soá caøng lôùn thì xung caøng doác ôû söôøn tröôùc muoán vaäy phaûi giaûm nhoû Lt vaøC0. Heä soá ñaëc tröng dao ñoäng l. Heä soá caøng nhoû thì dao ñoäng ôû söôøn tröôùc xung caøng beù. I.2.4 Söû duïng vi maïch trong caùc maïch ñieàu khieån Thyristor. Söû duïng vi maïch vaøo heä thoáng ñieàu khieån thyristor nhö ñaõ bieát coù nhieàu öu ñieåm. Beân caïnh caùc öu ñieåm nhö kích thöôùc nhoû, thieát bò vaïn naêng laép raùp ñôn giaûn... Khi duøng heä thoáng vi maïch coøn cho pheùp döï tröõ caùc khoái deã daøng. Ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ saûn xuaát nhöõng vi maïch vaø caùc vi maïch vaïn naêng luùc caàn söû duïng ñeå ñieàu khieån caùc sô ñoà Thyristor cuï theå ta coù theå löïa choïn moät trong nhöõng maïch ñaõ coù saün. Maùy phaùt xung: coù loaïi maùy phaùt 2 xung leäch nhau 1800 vaø coù khaû naêng ñieàu chænh pha, maùy phaùt 3 keânh vôùi caùc xung leäch nhau 1200, maùy phaùt 6 keânh vôùi caùc xung leäch nhau 600. - Caùc boä khuyeách ñaïi vaø taïo xung :caùc boä naøy cung caáp xung coù ñoä daøi 1800- q hoaëc 210 -q (q: laø goùc ñieàu khieån). - Caùc boä ñieàu khieån: caùc boä naøy coø theå thöïc hieän caùc luaät ñieàu khieån khaùc nhau nhö tyû leä (p), tích phaân (i), hoaëc tyû leä - tích phaân - ñaïo haøm (PID). Caùc boä loïc ñieän aùp löôùi: caùc boä naøy seõ cho ñieän aùp ra hoaøn toaøn hình sin ñeå cung caáp cho khoái ñoàng boä. Caùc maïch ñieàu khieån Thyristor duøng vi maïch ñeàu duøng nguyeân lyù khoáng cheá ñöùng, trong ñoù laïi chia ra maïch khoáng cheà ñoàng boä vaø maïch khoáng cheá khoâng ñoàng boä. Sô ñoà khoái truøng hôïp duøng vi maïch khoáng cheá chænh löu 3 pha theo nguyeân lyù ñoàng boä nhö hình (I-17). Heä thoáng khoáng cheá ñoàng boä: Heä thoáng khoáng cheá goàm 3 keânh truøng hôïp gioáng nhau. Khoái 1 ñeå loïc ñieän aùp löôùi goàm caùc khuyeách ñaïi giaûi tích. Ñieän aùp ñoàng boä khoâng phuï thuoäc vaøo söï dao ñoäng cuûa ñieän aùp nguoàn, tín hieäu ñaàu ra cuûa boä loïc ñöôïc bieán thaønh caùc aùp hình chöõ nhaät vaø ñöôïc haïn cheá bieân ñoä qua boä hai. Ñieän aùp ra cuûa khoái 2 ñöôïc tích phaân qua khoái 3 do vaäy ñieän aùp ra cuûa khoái 3 coù daïng raêng cöa vaø ñoàng boä vôùi tín hieäu ñieàu khieån Vñk ôû tín hieäu ñoàng boä baèng tín hieäu ñieàu khieån thì ôû ñaàu ra cuûa khoái 4 seõ xuaát hieän moät xung, xung ñoù ñöôïc daãn vaøo boä taïo xung ñeå ñieàu khieån Thyristor. Vieäc ñieàu khieån Thyristor theo nguyeân lyù ñoàng boä coù moät soá nhöôïc ñieåm nhö: goùc ñieàu khieån phuï thuoäc vaøo tín hieäu ñoàng boä (nghóa laø phuï thuoäc vaøo ñieän aùp löôùi) hôn nöõa heä thoáng ñieàu khieån nhieàu keânh do hieän töôïng khoâng ñoái xöùng maø sai leäch goùc ñieàu khieån giöõa caùc keânh ít nhaát laø 20. Khoáng cheá khoâng ñoàng boä coù ñaëc ñieåm cho xung ñieàu khieån Thyristor sau chæ phuï thuoäc vaøo thôøi ñieåm taùc ñoäng cuûa Thyristor tröôùc nghóa laø: Trong ñoù: wti :goùc töông öùng vôùi thôøi ñieåm cho xung ñieàu khieån Thyristor. M: soá pha ñieàu chænh. Heä thoáng khoáng cheá khoâng ñoàng boä. Heä thoáng khoáng cheá khoâng ñoàng boä goàm hai khoái chính khoái ñieàu khieån ÑK vaø khoái phaân phoái xung. Khoái ñieàu khieån coù hai maïch: maïch ñieàu khieån aùp vaø maïch ñieàu khieån doøng ñieän. Maïch ñieàu khieån ñieän aùp vaø khoái tích phaân nhôø boä khuyeách ñaïi K vaø tuï C. Tín hieäu vaøo cuûa maïch ñieàu khieån ñieän aùp goàm tín hieäu chuû ñaïo Vcñ , tín hieäu phaûn hoài aùp Vfa vaø tín hieäu dòch V0 . Tín hieäu ra cuûa maïch tích phaân aùp seõ cung caáp cho phaàn töû logic MOA, MOA seõ coù tín hieäu ra Vcñ baèng Vfa. Maïch ñieåu khieån doøng ñieän coù caùc phaàn töû töông töï nhö maïch ñieàu khieån aùp. Tín hieäu ra caû hai maïch ñieàu khieån aùp vaø doøng ñieän nhaân logic vôùi nhau qua phaàn töû logic L1. Phaàn töû chính cuûa boä phaân phoái xung FX laø caùc trigger T1, T2, T3 khi ñaàu vaøo S cuûa Trigger coù tín hieäu 1 thì ñaàu ra cuûa Trigger coù tín hieäu 0. Tín hieäu ôû ñaàu vaøo R xuaát hieän ôû goùc qmin. Tín hieäu 1 ôû ñaàu vaøo S phuï thuoäc vaøo caùc phaàn töû L5, L6, L7. Tín hieäu L5, L6, L7 laø tín hieäu haïn cheá goùc ñieàu khieån qmax töø boä HC-2 vaø tín hieäu ra cuûa phaàn töû L2, L3, L4. Phaàn töû L2, L3, L4 coù tín hieäu ra laø 1 vôùi 3 ñieàu kieän: coù tín hieäu ra cuûa L1, coù tín hieäu ngöôïc töø boä HC-1 (haïn cheá goùc amin) caø ñaõ khôûi ñoäng Trigger pha tröôùc (T1, T2, T3). Tín hieäu ra cuûa T1, T2, T3 qua caùc tuï vi phaân C1, C2, C3 seõ ñöa vaøo caùc maïch khuyeách ñaïi xung KX vaø maïch ra KR. Moãi moät khoái ñaàu ra KR ñeàu coù hai ñaàu vaøo: ñaàu vaøo (+) ñeå taïo xung ñaàu ra, ñaàu vaøo (-) ñeå khöû xung ra (ñöôïc noái vaøo KX cuûa pha tröôùc). Caùc xung ôû sau C1,C3,C5 ñöôïc daãn vaøo caùc phaàn töû logic L8 sau ñoù qua phaàn töû taïo xung F ñeå cho tín hieäu vaøo Transistor Tk. Transistor Tk seõ khöû tín hieäu ra cuûa boä khuyeách ñaïi K (ngaén maïch tuï C). Sau moãi laàn T1, T2 hoaëc T3 khôûi ñoäng. Sô ñoà maïch ñieàu khieån Thyristor theo nguyeân lyù khoâng ñoàng boä nhö hình veõ sau: CHÖÔNG II: CAÙC ÖÙNG DUÏNG CUÛA ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 3 PHA. II.1 ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ BAÈNG CAÙCH BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP CUNG CAÁP: Ñieàu aùp ñoái xöùng baèng Thyristor: Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch nhö hình veõ sau. Hình II.1: Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä duøng boä ñieàu chænh Thyristor. Sô ñoà ñieàu chænh ñieän aùp ba pha vaø ñoà thò ñieän aùp khi q > p/6. q 0 5 3 1 wt VC VA VB 4 2 6 Hình II.2 : Sô ñoà ñieàu chænh ñieän aùp 3 pha. Ñoà thò ñieän aùp. Caùc cuoän daây Stator cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä laø moät daïng trôû khaùng. Ñieän aùp pha cuûa löôùi ñieän coù bieåu thöùc nhö sau: VA=VmSinj Ñieän aùp daây cuûa löôùi ñieän. Giaù trò cuûa ñieän aùp treân taûi moãi pha phuï thuoäc vaøo goùc môû q vaø goùc leänh pha a, khi ñieàu khieån ñoái xöùng töùc laø caùc Thyristor ñeàu coù cuøng goùc môû q nhö nhau vì theá ôû ñaây chæ xeùt ñieän aùp treân taûi pha A. Nhö sô ñoà cuûa ñoà thò ñieän aùp ta thaáy raèng: Caëp Thyristor Th1, Th6 seõ cho doøng chaûy qua khi VAB >0 vaø khi ñaõ coù xung môû. Caëp Thyristor Th1 ,Th6 seõ cho doøng chaûy qua khi VAC>0 vaø khi ñaõ coù xung môû. Moãi Thyristor ñeàu coù goùc daãn q=p. Ñieän aùp treân taûi pha A. Va= VmSinj. Khi Thyristor môû thì ñieän aùp treân caùc ñoaïn O1,O2, O3,O4, O5,O6 laø Va=VmSinj Trong khoaûng O2O3 Trong khoaûng O4O5 Trong khoaûng O6O7 caùc Thyristor ôû pha A seõ bò khoùa. Nghieäm toång quaùt cuûa doøng ñieän ôû moãi ñoaïn coù daïng nhö sau Trong ñoù n: soá thöù töï ñoaïn. An:Haèng soá tích phaân. bm=0, p/6 hoaëc -p/6 laø caùc ñieåm moác. qn: goùc môû Thyristor ñoaïn thöù n. Vì giaù trò cuûa doøng ôû ñaàu thöù n baèng giaù trò cuûa doøng ôû cuoái ñoaïn thöù n-1 neân haèng soá tích phaân coù theå xaùc ñònh ñöôïc. Do tính chaát phöùc taïp cuûa quan heä giöõa soùng haøi baäc moät cuûa ñieän aùp ñoäng cô vôùi goùc q vaø j khoâng bieåu dieãn baèng giaûi tích neân thöôøng duøng phöông phaùp ñoà thò ñeå döïng caùc ñaëc tính ñieàu chænh, ñoà thò bieåu dieãn nhö hình veõ sau: Quan heä giöõa giaù trò hieäu duïng cuûa soùng haøi baäc 1 cuûa ñieän aùp Stator ñoäng cô vôùi goùc ñieàu chænh q vaø goùc pha phuï taûi cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 1,0 Vb/V 800 700 600 500 400 300 0,8 0,6 900 0,4 1000 1100 0,2 j 900 700 500 300 100 0 Caùc ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä khi ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô nhôø boä ñieàu aùp baèng Thyristor coù theå xaây döïng theo quan heä nhö sau: Trong ñoù Mgh: moment treân ñaëc tính cô coù q=0 goïi laø ñaë tính giôùi haïn. Trong ñoù: Vôùi RT:Ñieän trôû theo chieàu daãn cuûa Thyristor. R1S:Toâûng ñieän trôû moät pha cuûa cuoän Stator vaø ñieän trôû ñaúng trò moät pha cuûa boä ñieàu aùp Thyristor. R12S:Ñieän trôû moät pha cuûa Rotor keå caû ñieän trôû phuï tính ñoåi veà phía Stator. Sthgh: Ñoä tröôït tôùi ñaëc tính giôùi haïn. Mthgh: Moment tôùi haïn cuûa ñaëc tính giôùi haïn. ÑIEÀU AÙP KHOÂNG ÑOÁI XÖÙNG BAÈNG THYRISTOR: Nguyeân lyù ñieàu chænh: Ñeå haïn cheá bôùt caùc thieát bò ñieàu chænh ngöôøi ta söû duïng caùc phöông phaùp ñieàu aùp khoâng ñoái xöùng. Ta coù sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä truyeàn ñoäng ñieàu aùp khoâng ñoái xöùng baèng Thyristor nhö hình veõ II-2. Hình II-3: Sô ñoà ñieàu aùp khoâng ñoái xöùng baèng Thyristor Treân hình veõ ta thaáy raèng ñieän aùp khoâng ñoái xöùng treân Stator cuûa ñoäng cô coù theå phaân thaønh hai thaønh phaàn ñoái xöùng. Thaønh phaàn thöù töï thuaän coù caùc Vector ñieän aùp quay ñuùng theo chieàu cuûa caùc vector ñieän aùp löôùi. Thaønh phaàn thöù töï ngöôïc quay ngöôïc laïi. Caùc thaønh phaàn naøy seõ taïo treân Rotor caùc thaønh phaàn moment töông öùng laø Mt vaø Mn. Moment toång hôïp ñöôïc tính nhö sau:M=Mt+Mn. Khi thay ñoåi möùc ñoä khoâng ñoái xöùng cuûa ñieän aùp, moment toång M seõ bieán ñoåi laøm thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô. Caùc ñaëc tính ñieàu chænh: Neáu cho toác ñoä quay cuûa töø tröôøng thuaän laø +wot thì toác ñoä quay cuûa töø tröôøng ngöôïc laø won=-wot. Ñoä tröôït cuûa ñoäng cô theo töø tröôøng thuaän seõ laø: Ñoä tröôït theo töø tröôøng ngöôïc laø: Sn=2-S Trong ñoù wo laø toác ñoä cuûa töø tröôøng Stator khi ñieän aùp laø ñoái xöùng. Quan heä giöõa moment thöù töï thuaän vôùi ñoä tröôït. Trong ñoù: Sth ñoä tröôït tôùi haïn khi ñieän aùp Stator ñoái xöùng. Moment tôùi haïn cuûa thaønh phaàn thöù töï thuaän ñöôïc tính nhö sau: Mth: moment tôùi haïn khi ñieän aùp Stator ñònh möùc. Quan heä giöõa moment thöù töï nguôïc vôùi ñoä tröôït. Trong ñoù Snth=Sth. Neáu bieåu dieãn theo thoâng soá chung cuûa ñoäng cô thì ta coù: Mth vaø S ta seõ coù: Vaäy bieåu thöùc tính moment toång hôïp cuûa ñoäng cô laø: Ñaây chính laø phöông trình ñaëc tính cô khi ñieàu aùp khoâng ñoái xöùng. Phöông phaùp ñieàu chænh khoâng ñoái xöùng töông ñoái ñôn giaûn. Noù ñöôïc öùng duïng trong moät soá thieát bò naâng vaän chuyeån ñeå ñieàu chænh toác ñoä vaø taïo ra traïng thaùi haõm khi haï taûi troïng. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø toån thaát naêng löôïng nhieàu doøng ñieän laøm vieäc lôùn trong khi moment nhoû do ñoù khaû naêng chòu taûi cuûa ñoäng cô keùm. Caùc trò soá ñieän aùp thöù töï thuaän vaø ngöôïc xaùc ñònh theo phöông trình. II.2 ÑIEÀU CHÆNG TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ BA PHA BAÈNG CAÙCH ÑIEÀU CHÆNH XUNG ÑIEÄN TRÔÛ MAÏCH ROTOR: Theo ñaëc tính cô ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng caùch ñieàu chænh ñieän trôû maïch Rotor, öu theá cuûa phöông phaùp naøy laø ñeå töï ñoäng hoùa vieäc ñieàu chænh. Ñieän trôû trong maïch Rotor ñoäng cô khoâng ñoàng boä laø:Rr=Rrd+Rf’ Trong ñoù: Rrd:ñieän trôû daây quaán Rotor. Rf:ñieän trôû ngoaøi maéc theâm vaøo maïch Rotor. Ta coù sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh xung ñieän trôû Rotor. HÌNH II-4: Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh xung ñieän trôû Rotor. Khi ñieàu chænh giaù trò ñieän trôû maïch Rotor thì moment tôùi haïn cuûa ñoäng cô khoâng thay ñoåi vaø ñoä tröôït tôùi haïn thì tæ leä baäc nhaát vôùi ñieän trôû. Neáu coi ñoaïn ñaëc tính laøm vieäc cuûa ñoäng cô töùc laø ñoaïn coù ñoä tröôït töø S=0 ñeán S=Sth laø thaúng thì ñieàu chænh ñieän trôû ta coù theå vieát. Trong ñoù s:ñoä tröôït khi ñieän trôû maïch Rotor laø Rr. Si:ñoä tröôït khi ñieän trôû maïch Rotor laø Rrd. Ta ñöôïc bieåu thöùc tính moment: Neáu giöõ doøng ñieän Rotor khoâng ñoåi thì moment cuõng khoâng ñoåi vaø khoâng phuï thuoäc vaøo toác ñoä ñoäng cô. Vì vaäy ta coù theå öùng duïng phöông phaùp ñieàu chænh ñieän trôû maïch Rotor cho truyeàn ñoäng coù moment khoâng ñoåi. Theo sô ñoà nguyeân lyù cuûa vieäc ñieàu chænh treân ñieän trôû maïch Rotor baèng phöông phaùp xung. Ñieän aùp vr ñöôïc chænh löu, qua ñieän khaùng loïc L ñöôïc caáp vaøo maïch ñieàu khieån goàm ñieän trôû Ro roài song song vôùi khoùa baùn daãn T1. Khoùa T1 seõ ñöôïc ñoùng, ngaét moät caùch chu kyø ñeå ñieàu chænh giaù trò trung bình cuûa ñieän trôû toaøn maïch. Hoaït ñoäng cuûa khoùa baùn daãn töông töï nhö trong maïch ñieàu chænh xung ñieän aùp moät chieàu. Khi khoùa T1 ñoùng, ñieän trôû Ro bò loaïi ra khoûi maïch, doøng ñieän Rotor taêng leân, khi khoùa T1 ngaét ñieän trôû Ro laïi ñöôïc ñöa vaøo maïch doøng ñieän Rotor giaûm. Vôùi taàn soá ñoùng ngaét nhaát ñònh, nhôø coù ñieän caûm L maø doøng ñieän Rotor nhö khoâng ñoåi vaø ta coù moä giaù trò ñieän trôû töông ñöông Rc trong maïch. Thôøi gian ngaét tn=T – tñ. Neáu ñieàu chænh trôn tyû soá giöõa thôøi gian doøng tñ vaø thôøi gian ngaét tn ta ñieàu chænh trôn ñöôïc giaù trò ñieän trôû trong maïch Rotor Ñieän trôû töông ñöông Re trong maïch moät chieàu ñöôïc tính ñoåi veà maïch xoay chieàu ba pha ôû Rotor theo qui taéc baûo toaøn coâng suaát. Toån hao trong maïch nguyeân lyù laø: Dp =T2ñ (2Rrd+Re) Vaø toån hao khi maïch Rotor theo sô ñoà duøng bieán trôû thoâng thöôøng laø: Dp =3I2r (2Rrd+Rf) Theo cô sôû ñeå tính ñoåi laø toån hao coâng suaát nhö nhau neân. 3I2(Rrd+Rf) =I2ñ(2Rrd+Re) vôùi sô ñoà chænh löu caàu ba pha thì I2d=1,5I2r neân Khi ñaõ coù ñieän trôû tính ñoåi, deã daøng döïng ñöôïc ñaëc tính cô theo phöông phaùp thoâng thöôøng, hoï ñaëc tính cô naøy queùt kín phaàn maët phaúng giôùi haïn bôûi ñaëc tính cô töï nhieân vaø ñaëc tính cô coù ñieän trôû phuï. Phöông phaùp ñieàu chænh ñöôïc minh hoïa theo ñoà thò sau. 34 1 4 1 2 Hình II-5: Phöông phaùp ñieàu chænh Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh xung ñieän trôû Rotor chæ taïo ra nhöõng toác ñoä thaáp hôn toác ñoä cô baûn w<w0 Ñoä tinh ñieàu chænh ca._.