Nghiên cứu điện tử công suất và ứng dụng điện tử công suất để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

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 ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Sinh vieân thöïc hieän: Leâ Hoøa Hieäp Lôùp: 95KÑÑ Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng TP.HOÀ CHÍ MINH Thaùng 3-2000  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: LEÂ HOØA HIEÄP Lôùp:95KÑÑ Ngaønh :Ñieän –Ñieän töû 1.Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng ñieän töû coâng suaát vaø ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä 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 LÔØI NOÙI ÑAÀU Trong thôøi ñaïi khoa hoïc kyõ thuaät phaùt trieån nhanh choùng, yeâu caàu veà tính hieäu quaû, söï chính xaùc ñöôïc ñaët leân vò trí quan troïng. Caùc heä thoáng maùy coâng nghieäp vaø caû maùy gia duïng ñöôïc vaän haønh vôùi cô caáu truyeàn ñoäng mang tính töï ñoäng hoùa cao vaø coù toác ñoä ñieàu chænh ñöôïc. Ñoäng cô khoâng ñoàng boä ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc heä thoáng truyeàn ñoäng. Tuy noù khoù ñieàu chænh toác ñoä hôn ñoäng cô moät chieàu,nhöng coù öu ñieåm laø coù caáu taïo ñôn giaûn, giaù thaønh reû, deã söû duïng,tính naêng kyõ thuaät khaù toát. Beân caïnh ñoù coâng ngheä cheá taïo linh kieän ñieän töû phaùt trieån cao ñaõ taïo ra nhieàu linh kieän coù coâng suaát lôùn, goïn nheï, hoaït ñoäng toát. Caùc ñieän töû coâng suaát nhö diode coâng suaáât transistor coâng suaát, tiristor, triac ñöôïc duøng nhieàu trong vieäc ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô. Töø ñoù sinh vieân choïn thöïc hieän ñeà taøi: Nghieân cöùu ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Luaän vaên toát nghieäp goàm 3 chöông: Chöông 1: Giôùi thieäu ñieän töû coâng suaát. Chöông 2: Caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäïng cô khoâng ñoàng boä Chöông 3: Caùc heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä duøng ñieän töû coâng suaát. KEÁT LUAÄN Sau moät khoaûng thôøi gian nghieân cöùu, cuøng vôùi söï höôùng daãn taän tình cuûa thaày Nguyeãn Dö Xöùng, ñeà taøi ñaõ ñöôïc hoaøn thaønh. Ñaây laø moät ñeà taøi nghieân cöùu veà lyù thuyeát ñi saâu tìm hieåu veà ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Luaän vaên naøy ñaõ theå hieän caùc kieán thöùc cô baûn ñaùp öùng yeâu caàu öùng duïng thöïc teá. Tuy nhieân do thôøi gian vaø kieán thöùc coù haïn neân ñeà taøi khoâng traùnh khoûi thieáu soùt raát mong söï ñoùng goùp chaân thaønh cuûa thaày coâ vaø caùc baïn. 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. Ñieän töû coâng suaát . Nhaø xuaát baûn xaây döïng. Haø Noäi. BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN Hoïvaø teân cuûa sinh vieân:Leâ Hoøa Hieäp. Lôùp:95KÑÑ. Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng. Teân ñeà taøi: NGHIEÂN CÖÙU ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 1.Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: 2.Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân höôùng daãn: Ngaøy thaùng naêm 2000. Giaùo vieân höôùng daãn BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN Hoïvaø teân cuûa sinh vieân:Leâ Hoøa Hieäp. Lôùp:95KÑÑ. Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng. Teân ñeà taøi: NGHIEÂN CÖÙU ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 1.Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: 2.Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân phaûn bieän: Ngaøy thaùng naêm 2000. Giaùo vieân phaûn bieän Chöông I GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT I. DIODE COÂNG SUAÁT: I. 1. Caáu taïo: ( b ) Anoát Katoát ( a ) - + - + -a 0 a q N P d n p 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. Loå 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, loå 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 loå troáng cuûa baùn daãn loaïi P traøn sang N laø nôi coù ít loå 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 (-aa) 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: ( a ) + - U Ei P N ( b ) - + U Ei P N Hình 1. 2 a). Söï phaân cöïc thuaän diode. b). Söï phaân cöïc nghòch 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 ñöoïc 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 U UZ Ug 1 2 Hình 1. 3 Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode. Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode goàm coù hai nhaùnh: Nhaùnh thuaän 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 êU ê = êUZ êthì 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 DU ( 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. Hình 1. 4 Transistor PNP: a). Caáu taïo b). Kyù hieäu ( b ) C B E ( a ) E B C N P P Hình 1. 5 Transistor NPN: a). Caáu taïo b). Kyù hieäu ( a ) E C B P N N C B E ( b ) 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: ( b ) ( a ) E IC B UBE IE C IB UCE E · · B C Hình 1. 6 Transistor coâng suaát a). Caáu truùc b). Kyù hieäu II. 2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: ·· RE UEE UCC RC + - · · · p n · · n · · · E E C C Emiter Colector IE IC IE + p Base - Hình 1. 7 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 loå 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 nghòch 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 a. Vaäy thaønh phaàn chính cuûa doøng IC laø aIE. Thoâng thöôøng a = 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 = aIE + ICBO. * Caùc thoâng soá cuûa transistor coâng suaát: - IC: Doøng colectô maø transistor chòu ñöôïc. - UCEsat: Ñieän aùp UCE khi transistor daãn baûo 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 baûo 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 baûo 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. ( b ) ( a ) IC UCE b a UCE IC IC · 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 baûo hoøa, töùc laø iB phaûi ñuû lôùn ñeå iC cho ñieän aùp suït UCE nhoû nhaát. ÔÛ cheá ñoä baûo hoøa, ñieän aùp suït trong transistor coâng suaát baèng 0,5 ñeán 1V trong khi ñoù tiristor laø khoaûng 1,5V. Hình 1. 9 Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f ( IC ). Vuøng tuyeán tính Vuøng gaàn baûo hoøa Vuøng baûo hoøa UCE 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: · Maùng · Nguoàn Cöûa · · = 3V Transistor tröôøng FET ( Field – Effect Transistor ) ñöôïc cheá taïo theo coâng ngheä Mos ( Meâtal – 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 trôû haèng soá = 9V = 7,5V Doøng ñieän maùng = 6V = 4,5V Ñieän aùp maùng – nguoàn ( b ) ( a ) Hình 1. 10 Transistor Mos coâng suaát a). Kyù hieäu thoâng thöôøng keânh N b). Hoï ñaëc tính ra. 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. P1 N1 P2 N2 (a) HÌNH 1.11 (b) A K G A J1 J2 J3 K Hình 1. 11 . Caáu taïo cuûa tiristor. . 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. IH U I UZ 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 100KW khi coøn ôû traïng thaùi khoùa, trôû thaønh 0,01W 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 10ms. * 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 ms. * Xeùt söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa: Ii t1 t2 t0 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: ( b ) ( a ) G T2 T1 T1 G T2 N P N N P N Triac laø thieát bò baùn daãn ba cöïc, boán lôùp coù ñöôøng ñaëc tính volt-ampe ñoái xöùng, nhaän goùc môû a 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. 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. 0 ( III ) : T2 aâm ( I ) : T1 döông Traïng thaùi daãn Ig2 > Ig1 Ig = 0 : Traïng thaùi khoùa Hình 1. 14 Ñaëc tính volt-ampe cuûa triac. It Ut - Ut VB2 VB1 VB0 - It 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 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ I/ Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng phöông phaùp thay ñoåi ñieän trôû phuï maïch rotor: 1/Nguyeân lyù ñieàu chænh: Ñoái vôùi ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä ba pha coù rotor daây quaán, ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä cuûa noù nhôø moät bieán trôû trong maïch rotor. Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh: U löôùi ÑKB 3G 2G 1G Rf 3 Rf1 Rf2 Hình 2-1 Caùc bieán trôû ñieàu chænh toác ñoä coù theå baèng kim loaïi hoaëc chaát loûng, töông töï nhö bieán trôû khôûi ñoäng nhöng ñöôïc tính toaùn ñeå laøm vieäc lieân tuïc. + Nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä: baèng phöông phaùp thay ñoåi ñieän trôû phuï maïch rotor: Giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieäc xaùc laäp vôùi ñaëc tính cô töï nhieân coù taûi laø Mc vaø toác ñoä n21 (Hình 2-2), ta ñoùng moät ñieän trôû phuï rf vaøo caû 3 pha rotor, ôû thôøi ñieåm ñaàu tieân sau khi ñöa ñieän trôû phuï vaøo, toác ñoä ñoäng cô chöa kòp thay ñoåi, doøng ñieän vaø moment ñeàu giaûm ñoät bieán neân ñieåm laøm vieäc treân maët phaúng ñaëc tính cô chuyeån töø a ñeán b, taïi thôøi ñieåm ñoù ta coù moment M nhoû hôn Mc neân toác ñoä cuûa ñoäng cô baét ñaàu giaûm. Maët khaùc, vì toác ñoä giaûm, ñoä tröôït taêng neân söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong rotor E 2= E 20 taêng leân. Do ñoù, doøng rotor vaø moment ñoäng cô taêng leân cho ñeán khi M=Mc thì heä xaùc laäp nhöng vôùi toác ñoä môùi  n21f < n21. Traïng thaùi naøy öùng vôùi ñieåm aù treân ñaëc tính ñieàu chænh rf. Khi ñöa ñieän trôû phuï rf vaøo maïch rotor cuûa ñoäng cô, heä soá tröôït töông öùng vôùi (2-1) moment cöïc ñaïi laø: n 2 bb a’ M a Mt Mc n21f n 21 Ñaëc tính ñieàu chænh (r f ¹ 0) Ñaëc tính töï nhieân (r f = 0) Hình 2-2 Vaäy khi thay ñoåi ñieän trôû phuï rf trong maïch rotor thì heä soá tröôït St cuûa ñoäng cô seõ thay ñoåi, toác ñoä cuûa ñoäng cô seõ thay ñoåi. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khi thay ñoåi ñieän trôû phuï maïch rotor. n2 oo M a b c d n1 n2cb n21 n22 n23 tn rf1 rf2 rf3 Hình 2-3. Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi r f ôû maïch rotor 0< r f1 < r f2 < r f3 n2cb > n21 > n22 > n23 Khaûo saùt hoï ñaëc tính cô M= f(s) hình 2-3 Boán ñöôøng cong M= f(s) töông öùng vôùi boán trò soá ñieän trôû phuï khaùc nhau, trong ñoù ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân coù trò soá ñieän trôû phuï r f = 0 coøn 3 ñuôøng coøn laïi coù trò soá ñieän trôû phuï laø r f1 < r f2 < r f3. Neáu Mc = const thì ñoäng cô laøm vieäc xaùc laäp töông öùng vôùi caùc ñieåm a, b, c, d naèm treân giao ñieåm cuûa ñöôøng Mc=const vôùi hoï ñöôøng cong M=f(s). Nhö vaäy baèng caùch ñöa ñieän trôû phuï vaøo maïch rotor cuûa ñoäng cô ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä xuoáng thaáp hôn toác ñoä ñoàng boä trong moät phaïm vi khaù roäng. Moment cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô tính theo coâng thöùc: Mt = 3 x U12 f (2-2) 2 x n1 [ Ö r12 + x2n + r1 ] 9,55 Khi ñöa ñieän trôû phuï vaøo maïch rotor thì moment cöïc ñaïi Mt cuûa ñoäng cô khoâng ñoåi, coøn heä soá tröôït St thì taêng leân , do ñoù toác ñoä ñoäng cô giaûm xuoáng. Khi khôûi ñoäng,neáu ñöa ñieän trôû phuï vaøo maïch rotor thì doøng khôûi ñoäng seõ giaûm ñi theo nhö coâng thöùc (2-3) I 2’ = U1f (2-3) Ö[ r1 + r2’ + rf’ ]2 + (x1 + x2’ )2 S 2/Nhaän xeùt: * Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû maïch rotor coù khaû naêng: - Khi cho ñieän trôû phuï vaøo maïch ta haïn cheá ñöôïc doøng môû maùy, ñoàng thôøi caûi taïo moment môû maùy, ñaây laø phöông phaùp toái öu vì noù laøm taêng khaû naêng môû maùy maø ñoäng cô khoâng bò noùng. - Thao taùc ñôn giaûn. - Giaù thaønh ban ñaàu cuõng nhö chi phí baûo trì caùc thieát bò ñieàu khieån thaáp. * Khuyeát ñieåm: - Cho caùc toác ñoä ñieàu chænh nhoû hôn toác ñoä caên baûn: n < ncb, vaø nhaûy caáp, phaïm vi ñieàu chænh D = 2 ¸ 3 1 - Ñaëc tính cô doác khi toác ñoä thaáp neân phöông phaùp naøy seõ cho toác ñoä keùm oån ñònh. - Phöông phaùp khoâng kinh teá vì toån thaát naêng löôïng lôùn. 3/ÖÙng duïng: Phöông phaùp naøy thöôøng duøng ñoái vôùi caùc heä thoáng laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén haïn hay ngaén haïn laëp laïi vaø khoâng yeâu caàu veà toác ñoä oån ñònh cao nhö maùy naâng, caàn truïc, thang maùy, maùy xuùc. II/ Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng cuoän khaùng baûo hoøa : 1/ Caáu taïo cuoän khaùng baûo hoøa : Cuoän khaùng baûo hoøa ( CKBH ) laø thieát bò ñieän töø tính veà caáu taïo coù 3 phaàn: u 1f uñk -+ + Zft Zck Ikc Ilv wkc wlv ukc Hình 2-4: Sô ñoà nguyeân lyù cuoän khaùng baõo hoøa. - Loõi saét: ñöôïc laøm hai loõi gioáng nhau ñeå khöû aûnh höôûng cuûa töø thoâng xoay chieàu ñoái vôùi cuoän moät chieàu. -Cuoän daây laøm vieäc (Wlv) ñöôïc noái tieáp vôùi phuï taûi (Zft) vaø ñaët vaøo ñieän aùp xoay chieàu U1f, cuoän laøm vieäc Wlv coù ñieän khaùng thay ñoåi ñöôïc. - Cuoän khoáng cheá (Wkc) ñöôïc ñaët vaøo ñieän aùp moät chieàu vaø quaán leân 2 loõi saét taïo ra doøng khoáng cheá (Ikc). Khi thay ñoåi Ikc seõ laøm thay ñoåi möùc ñoä töø hoùa cuûa maïch töø vaø laøm thay ñoåi ñöôïc ñieän khaùng cuûa cuoän laøm vieäc Xck. 2/ Nguyeân lyù ñieàu chænh: U1 Thoâng thöôøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä baèng cuoän khaùng baûo hoøa, ngöôøi ta coù theå duøng cuoän khaùng baûo hoøa 3 pha hoaëc 3 cuoän khaùng moät pha coù ñieàu khieån ñoàng thôøi maéc maïch theo sô ñoà nguyeân lyù sau: W kc Ukc Ikc + (b) (a) - - + Xck wlv rñc U1 Xck wlv Ukc Uñk Ikc U1 U1 Uñk ÑCK - Hình 2-25 Hình 2-5 Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng CKBH. a/ Maéc ôû maïch Stator b/ Maéc ôû maïch Rotor Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä: M = 2 Mt (1+ Î) (2-4) S + St + 2 Î St S Vaø töø bieåu thöùc: Mt = ± 3 U12 f (2-5) 2 n1 [ Ö r12 + (x1 + x2’ )2+ r1 ] 9,55 + Khi maéc cuoän khaùng baûo hoøa vaøo maïch Stator, ta coù: Mt = ± 3 x U12 f (2-6) 2 x n1 [ Ö (r1 + rck )2+ (x1 +xck +x2’ )2 ± (r1 + r ck ) ] 9,55 St = ± r2’ (2-7) Ö (r1 + rck )2+ (x1 +xck +x2’ )2 Î = r1 + rck (2-8) Ö (r1 + rck )2+ (x1 +xck +x2’ )2 + Khi maéc cuoän khaùng baûo hoøa vaøo maïch rotor : Mt = ± 3 x U12 f (2-9) 2 n1 [ Ö r1 2+ (x1 +x’ck +x2’ )2 ± r1 9,55 St = ± ( r2’ + rck) (2-10) Ö r1 2+ (x1 +x’ck +x2’ )2 Î = r1 (2-11) Ö r1 2+ (x1 +x’ck +x2’ )2 Trong ñoù: rck, xck laø ñieän trôû, ñieän khaùng moãi pha cuûa cuoän laøm vieäc cuûa CKBH. xck = 2 p f LCK ( 2-12) Vôùi f: taàn soá cuûa Stator (hay rotor) tuøy theo CKBH maéc ôû Stator (hay rotor). Lck: trò soá ñieän caûm moãi pha cuûa CKBH, ñöôïc tính: Lck = 10 –8 W 2lv s m (2-13) L Vôùi m = d B heä soá töø thaåm loõi saét (2-14) d H S : tieát ñieän loõi theùp, L: chieàu daøi trung bình cuûa maïch töø Ta coù cöôøng ñoä töø tröôøng H tæ leä vôùi doøng khoáng cheá Ik. -Thöïc nghieäm khi maéc CKBH vaøo maïch Stator cuûa ñoäng cô seõ giaûm ñöôïc ñieän aùp löôùi ñaët vaøo ñoäng cô, giaûm ñöôïc toån hao neân ñöôïc söû duïng phoå bieán hôn caùch maéc._.