Đề tài Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất

B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 1 Më ®Çu 1 §Æt vÊn ®Ò HiÖn nay ®iÖn n¨ng ®· vµ ®ang lµ nguån n¨ng l−îng chÝnh t¹o ®µ cho sù ph¸t triÓn cña mäi, ngµnh mäi lÜnh vùc ®êi sèng, kinh tÕ, quèc phßng... cña mçi quèc gia. ë mçi thêi kú kh¸c nhau n¨ng l−îng ®iÖn th©m nhËp vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, phôc vô c¸c môc ®Ých cña con ng−êi còng kh¸c nhau. Nh−ng mét ®iÒu râ rµng lµ x· héi cµng ph¸t triÓn, hiÖn ®¹i th× nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng cµng lín vµ nã cµng ®−îc øng dông réng r·i. Tuy nhiªn n¨ng l−îng ®iÖn chØ mang tÝnh −u viÖt khi c¸c th«ng sè cña nã nh− dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p, tÇn sè... æn ®Þnh ë møc cho phÐp. Cßn khi l−íi ®iÖn x¶y ra sù cè nh− mÊt mét pha, ng¾n m¹ch, chÕ ®é mÊt ®èi xøng vÒ ®iÖn ¸p hoÆc ®¶o thø tù pha... nÕu kh«ng cã c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ tin cËy th× sÏ g©y t¸c h¹i rÊt xÊu ®Õn thiÕt bÞ ®iÖn vµ rÊt nguy hiÓm cho ng−êi sö dông. V× vËy viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ øng dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng. C¸c thiÕt bÞ ®iÖn cµng tinh vi cµng hiÖn ®¹i th× cµng cÇn thiÕt ph¶i b¶o vÖ. Yªu cÇu cña b¶o vÖ khi Êy ph¶i rÊt tin cËy, chÝnh x¸c vµ ®é ch¾c ch¾n cao. ChÕ ®é kh«ng ®èi xøng cña l−íi ®iÖn ba pha g©y qua t¶i, ph¸t nãng vµ t¨ng tæn thÊt trong m¸y ph¸t, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, m¸y biÕn ¸p.... lµm cho thiÕt bÞ ®iÖn ho¹t ®éng kh«ng tin cËy hoÆc bÞ háng. ChÕ ®é mÊt ®èi xøng rÊt nguy hiÓm mµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé th−êng gÆp lµ mÊt pha hoÆc thø tù pha thay ®æi. Khi ®ã ®éng c¬ bÞ qu¸ t¶i, m«men quay gi¶m, nhiÖt ®é t¨ng cao lµm ch¸y háng c¸ch ®iÖn. ThiÖt h¹i do ®éng c¬ bÞ háng hãc, lµm gi¸n ®o¹n quy tr×nh c«ng nghÖ cña nhµ m¸y, xÝ nghiÖp, g©y ra c¸c hËu qu¶ nghiªm träng. ®Ó b¶o vÖ ®éng c¬ ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ba pha nãi chung ng−êi ta sö dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ nh−: cÇu ch¶y, ¸pt«m¸t, r¬le..... nh−ng trong nhiÒu tr−êng hîp chóng ta ch−a ®¹t ®−îc nhu cÇu cÇn thiÕt cña b¶o vÖ. Ch¼ng h¹n ®Ó b¶o vÖ ®éng c¬ khi bÞ qua t¶i ng−êi ta th−êng dïng c¸c lo¹i r¬le nhiÖt, song B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 2 trong nhiÒu tr−êng hîp r¬le nhiÖt kh«ng t¸c ®éng, nhÊt lµ khi ®éng c¬ bÞ mÊt pha vµ ®¶o pha. V× thÕ nhiÒu quèc gia trªn thÕ giíi ®· ®Çu t− m¹nh mÏ cho viÖc nghiªn cøu vµ øng dông nh÷ng thµnh tùu míi cña khoa häc kü thuËt trªn c¬ së ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt ®iÖn tö, ®iÖn tö c«ng suÊt.... vµo viÖc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ. Trong giai ®o¹n c«ng nghiÖp hãa hiÖn ®¹i hãa nÒn kinh tÕ cña ®Êt n−íc chóng ta cÇn sö dông nhiÒu thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt ®−îc ®−a vµo trong c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o nªn sù thay ®æi s©u s¾c vµ v−ît bËc trong lÜnh vùc s¶n xuÊt vµ trong viÖc phôc vô ®êi sèng hµng ngµy. Theo ®ã lµ sù bïng næ cña khoa häc kü thuËt, ®iÒu nµy kÐo theo sù ph¸t triÓn vµ hoµn thiÖn cña c¸c triac, diod, thyristor... c¸c bé biÕn ®æi ngµy cµng hiÖn ®¹i, gän nhÑ, ®é t¸c ®éng nhanh, dÔ ghÐp nèi víi c¸c vi m¹ch ®iÖn tö. §Ó tiÕp thu c¸c tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt nh»m ®¸p øng yªu cÇu ®æi míi c«ng nghÖ ®Ó ®−a tù ®éng hãa vµo s¶n xuÊt em xin giíi thiÖu ®Ò tµi. “Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt.” ë n−íc ta, nhiÒu n¨m gÇn ®©y mét sè ®¬n vÞ khoa häc kü thuËt ®· ®Çu t− nghiªn cøu chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng mÊt pha vµ ®¶o pha ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn. C¬ s¬ cña viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o dùa trªn nh÷ng t− liÖu n−íc ngoµi vµ c¶i tiÕn mét sè thiÕt bÞ s½n cã cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn n−íc ta. HiÖn nay nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn theo xu h−íng thÞ tr−êng, ngµnh thiÕt bÞ ®iÖn còng ®−îc ®a d¹ng ho¸. C¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ còng v× thÕ mµ phong phó, nhiÒu chñng lo¹i, chÕ t¹o theo nhiÒu tiªu chuÈn kh¸c nhau. Bªn c¹nh nh÷ng −u viÖt vÒ tÝnh n¨ng kü thuËt, ph¹m vi sö dông. C¸c thiÕt bÞ nµy cßn béc lé nhiÒu trë ng¹i lµ gi¸ thµnh cao. §Æc biÖt lµ trong n«ng nghiÖp, ®èi víi c¸c c¬ së kinh tÕ nhá, xÝ nghiÖp xay s¸t, chÕ biÕn n«ng s¶n, c¸c tr¹m b¬m c«ng suÊt nhá th× viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ®¾t tiÒn cho ®éng c¬ lµ mét bµi to¸n nan gi¶i. Do cßn h¹n chÕ vÒ mÆt tr×nh ®é vµ thêi gian nghiªn cøu, kinh nghiÖm con nhiÒu non kÐm nªn ®Ò tµi nµy ch¾c kh«ng thiÕu nh÷ng sai sãt, ch−a ®−îc B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 3 hoµn thiÖn. RÊt mong ®−îc sù gãp ý, gióp ®ì cña c¸c thÇy c« gi¸o, c¸c c¸n bé khoa häc kü thuËt vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp quan t©m ®Õn ®Ò tµi nµy. 2 Môc ®Ých ®Ò tµi - T×m hiÓu vÒ c¸c linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c phÇn tö logic. - Nghiªn cøu vÒ ®éng c¬ ba pha vµ sù mÊt c©n b»ng pha. - øng dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn vµ phÇn tö logic vµo viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬. 3 néi dung ®Ò tµi §Ò tµi øng dông ®iÖn tö c«ng suÊt trong Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt lµ mét ®Ò tµi réng. C¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu øng dông ®ßi hái mÊt nhiÒu thêi gian. V× thêi gian lµm ®å ¸n cã h¹n nªn ®Ò tµi ®−îc giíi h¹n nh− sau. Ch−¬ng1: Giíi thiÖu mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ mét sè m¹ch logic c¬ b¶n Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu vµ ®éng c¬ ba pha Ch−¬ng 3: ¶nh h−ëng cña nguån ®iÖn ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba pha Ch−¬ng 4: Mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬ ba pha 4 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu - ThiÕt kÕ, tÝnh to¸n m¹ch ®iÖn trªn lý thuyÕt. - Tæ hîp c¸c tÝn hiÖu ph¸t hiÖn mÊt pha vµ ®¶o pha trªn chÝnh c¸c pha cña nguån, tõ hai pha liªn tiÕp nhau ®Ó ®¶m b¶o ®óng thø tù c¸c pha. ViÖc tæ hîp c¸c tÝn hiÖu nµy ®−îc thùc hiÖn trªn c¸c m¹ch logic cña NhËt: 4011, 4049, 4081. - TiÕn hµnh l¾p r¸p kh¶o nghiÖm trong thùc tÕ ®Ó hiÖu chØnh l¹i m¹ch. Ch−¬ng I B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 4 mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c m¹ch logic c¬ b¶n 1.1 §i«t 1.1.1 §i«t c«ng suÊt + CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng §i«t ®−îc h×nh thµnh tõ hai chÊt b¸n dÉn P vµ N ghÐp l¹i víi nhau t¹o thµnh líp chuyÓn tiÕp P- N. §i«t b¸n dÉn cã cÊu t¹o nh− h×nh 1.1 H×nh 1.1: §i«t b¸n dÉn a- CÊu tróc bªn trong cña ®i«t b- Ký hiÖu cña ®i«t c- H×nh d¹ng bªn ngoµi cña ®i«t §Æc tÝnh V- A cña ®i«t biÓu diÔn quan hÖ U= f(I) gi÷a dßng ®iÖn qua ®i«t vµ ®iÖn thÕ ®Æt vµo 2 cùc ®i«t. §Æc tÝnh V- A tÜnh cña ®i«t cã 2 nh¸nh. Nh¸nh thuËn: øng víi ph©n ¸p thuËn (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc I) th× dßng ®iÖn t¨ng theo ®iÖn ¸p. Khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®i«t v−ît mét ng−ìng Un cì 0,1÷ 0,5 V vµ ch−a lín l¾m th× ®Æc tÝnh cã d¹ng parabol (®o¹n 1). Khi ®iÖn ¸p lín h¬n th× ®Æc tÝnh gÇn nh− ®−êng th¼ng (®o¹n 2). §iÖn trë thuËn cña ®i«t ë 1 ®iÓm nµo ®ã trªn ®Æc tÝnh th−êng nhá vµ cã thÓ tÝnh theo: 1 th I tg R U αΔ= =Δ (1-1) c) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 5 §ã chÝnh lµ gi¸ trÞ nghÞch ®¶o ®¹o hµm dI dU cña ®Æc tÝnh cña t¹i ®iÓm tÝnh ®iÖn trë. Nh¸nh ng−îc øng víi ph©n ¸p ng−îc (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc III). Lóc ®Çu , ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng th× dßng ®iÖn ng−îc (dßng ®iÖn rß) rÊt nhá còng t¨ng nh−ng chËm (®o¹n 3). Tíi ®iÖn ¸p ng−îc U > 0,1V th× dßng ®iÖn ng−îc cã trÞ sè nhá vµi mA vµ gÇn nh− gi÷a nguyªn. Sau ®ã ®iÖn ¸p ng−îc ®ñ lín U > Ungmax th× dßng ®iÖn ng−îc t¨ng nhanh (®o¹n khuûnh 4) vµ cuèi cïng (®o¹n 5) th× ®i«t bÞ ®¸nh thñng. Lóc nµy, dßng ®iÖn ng−îc t¨ng vät dï cã gi¶m ®iÖn ¸p. §iÖn ¸p lóc nµy lµ ®iÖn ¸p chäc thñng. §i«t bÞ ph¸ háng. §Ó ®¶m b¶o an toµn cho ®i«t, ta nªn cho ®i«t lµm viÖc víi ®iÖn ¸p ng−îc – 0,8 Ungmax th× dßng ®iÖn rß qua ®i«t nhá kh«ng ®¸ng kÓ vµ ®i«t coi nh− ë tr¹ng th¸i khãa. Vïng khuûnh lµ vïng ®iÖn trë ng−îc cña ®i«t ®ang tõ trÞ sè rÊt lín chuyÓn sang trÞ sè rÊt nhá dÉn ®Õn dßng ®iÖn ng−îc tõ trÞ sè rÊt nhá trë thµnh trÞ sè rÊt lín. H×nh 1.2: §Æc tÝnh V-A cña ®i«t B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 6 Khi ph©n cùc thuËn th× dßng ®iÖn qua ®i«t theo c«ng thøc: . 1 DV KT D s q I I e ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠ (1- 2) Ta cã: q= 1,6.10-19 C T: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi (0K) K: H»ng sè boltzman, k=1,38 hoÆc K=1,38.10-23j/0K. + C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ®i«t. - Dßng ®iÖn ®Þnh møc là dßng cùc ®¹i cho phÐp ®i qua ®i«t trong thêi gian ®i«t më (ID). -§iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i UNgmax lµ ®iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i cho phÐp ®Æt vµo ®i«t trong mét thêi gian dµi khi ®i«t kho¸. - §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc Δu lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn ®i«t khi ®i«t më vµ dßng qua ®i«t b»ng dßng thuËn ®Þnh møc. - Thêi gian phôc håi tÝnh kho¸ Tk lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®i«t chuyÓn tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸. + C¸c øng dông cña ®i«t - ChØnh l−u mét pha hai nöa chu kú V1 = Vm Sinωt V2 = -Vm Sinωt H×nh1.3: M¹ch chØnh l−u mét pha hai nöa chu kú - M¹ch chØnh l−u 3 pha mét nöa chu kú V1 = Vm Sinωt V2 = Vm (Sinωt - 2π/3) V3 = Vm (Sinωt - 4π/3) H×nh 1.4: M¹ch chØnh l−u ba pha mét nöa chu kú B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 7 - ChØnh l−u cÇu V2 V1 H×nh 1.5: ChØnh l−u cÇu - Dïng b¶o vÖ tranzito H×nh 1.6: M¹ch b¶o vÖ tranzito B¶ng 1.1: §i«t c«ng suÊt Itb Uim ΔU Tèc ®é qu¹t Téc ®é n−íc M· hiÖu A V V m/s l/ph Liªn X« (cò) chÕ t¹o B- 10 B-20 B-25 B-50 B-200 BK2b-350 BΠ-10 BΠ- 25 BΠ-50 10 20 25 50 200 350 10 25 50 100÷ 1000 100÷ 1000 100÷ 1000 100÷ 1000 100÷ 1000 300÷ 1000 300÷ 1000 300÷ 1000 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,6 0,6 0,6 3 6 12 3 6 4 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 8 BΠ-200 BΠ-1000 200 1000 300÷ 1000 1000 0,7 0,8 12 4 H·ng Thomson chÕ t¹o ESM- 61 BYX- 61 BYT 30 BYT 60 BYW 80 10 12 30 60 80 200÷ 800 80÷ 300 200÷ 1000 200÷ 1000 50÷ 200 1.1.2 §i«t æn ¸p §i«t æn ¸p lµ mét lo¹i ®i«t b¸n dÉn cã ®Æc tÝnh æn ¸p, ®−îc dïng s¶n xuÊt chuyªn dông phôc vô c¸c thiÕt bÞ æn ¸p vµ m¹ch ®iÖn tö. Nã ®−îc ph©n biÖt víi c¸c lo¹i ®i«t kh¸c cã øng dông chØnh l−u, t¸ch sãng..... + T¸c dông æn ¸p. §Ó thÊy râ t¸c dông æn ¸p cña ®i«t ta h·y xÐt phÇn nghÞch cña ®Æc tuyÕn V- A cña ®i«t æn ¸p. Khi ®iÖn ¸p nghÞch ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, th× dßng ®iÖn nghÞch t¨ng lªn mét c¸ch ®ét biÕn, sau ®ã øng víi ph¹m vi biÕn thiªn rÊt lín cña dßng ®iÖn nghÞch lµ ph¹m vi biÕn thiªn rÊt nhá cña ®iÖn ¸p nghÞch. §ã lµ hiÖn t−îng ®¸nh thñng ®iÖn. §iÒu kiÖn ®Ó sö dông ®Æc tÝnh æn ¸p nãi trªn lµ trong m¹ch ®iÖn ®i«t æn ¸p ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ dßng ®iÖn sao cho sù ®¸nh thñng kh«ng dÉn ®Õn sù ®¸nh thñng nhiÖt lµm háng bãng æn ¸p. + M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng H×nh 1.7: M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng vµ ký hiÖu cña ®i«t æn ¸p B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 9 + Nguyªn lý ®¸nh thñng: HiÖn t−îng ®¸nh thñng x¶y ra trong chuyÓn tiÕp P- N cã thÓ do hai c¬ chÕ sau ®©y: - HiÖn t−îng ®¸nh thñng zener (xuyªn hÇm): Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt vµo ®ñ lín th× c¸c ®iÖn tö liªn kiÕt ®ång ho¸ trÞ cã thÓ ®ñ n¨ng l−îng ®Ó t¸ch khái nguyªn tö trë thµnh ®iÖn tö tù do, t¹o ra cÆp ®iÖn tö- lç trèng. V× lóc nµy sè h¹t dÉn t¨ng ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng. - C¬ chÕ ®¸nh thñng th¸c lò: Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt vµo m¹nh, th× n¨ng l−îng cña c¸c h¹t dÉn t¨ng lªn lín h¬n, cã thÓ x¶y ra va ch¹m lµm bøt c¸c ®iÖn tö líp ngoµi cña nguyªn tö. Ph¶n øng d©y chuyÒn nµy x¶y ra lµm cho sè h¹t dÉn t¨ng lªn ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng. + C¸c tham sè cña ®i«t æn ¸p - §iÖn ¸p æn ¸p lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p trªn hai cùc cña ®i«t æn ¸p khi nã lµm viÖc trong m¹ch ®iÖn æn ¸p. Gi¸ trÞ nµy cã thÓ thay ®æi nhá, phô thuéc vµo dßng ®iÖn c«ng t¸c nhiÖt ®é. - Dßng ®iÖn c«ng t¸c lµ gi¸ trÞ dßng ®iÖn n»m gi÷a ®o¹n ®Æc tuyÕn lµm viÖc cña ®i«t zener ®−îc dïng ®Ó tham kh¶o. - HÖ sè nhiÖt ®é lµ hÖ sè biÓu thÞ sù ¶nh h−ëng cña biÕn ®æi nhiÖt ®é ®èi víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p. - §iÖn trë ®éng lµ tû sè gi÷a sè gia ®iÖn ¸p vµ sè gia dßng ®iÖn t−¬ng øng. §iÖn trë ®éng thay ®æi theo dßng ®Þªn c«ng t¸c, dßng ®Þªn c«ng t¸c cµng lín th× ®iÖn trë ®éng cµng nhá. - C«ng suÊt tiªu hao cho phÐp lµ tham sè x¸c ®Þnh nhiÖt ®é t¨ng cao cho phÐp. NÕu biÕt ®iÖn ¸p æn ¸p th× tÝnh ®−îc dßng ®iÖn c«ng t¸c cùc ®¹i cho phÐp b»ng tû sè gi÷a c«ng suÊt tiªu hao cho phÐp víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p. 1.1.3 ®i«t ph¸t quang (§Ìn LED) + Linh kiÖn hiÓn thÞ b¸n dÉn - Mét sè vËt liÖu b¸n dÉn ®Æc biÖt nh− hîp chÊt GaAsP, khi lµm thµnh líp chuyÓn tiÕp P- N, nÕu cã ®iÖn ¸p thuËn ®Æt vµo, th× cã bøc x¹ quang, tøc lµ biÕn ®iÖn n¨ng thµnh quang n¨ng. Sö dông c¸c chuyÓn tiÕp P- N bøc x¹ quang cã thÓ chÕ t¹o c¸c linh kiÖn nh− ®i«t ph¸t quang (®Ìn LED). B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 10 - §Æc ®iÓm: Quang phæ ph¸t x¹ cña hiÓn thÞ b¸n dÉn phï hîp víi c¶m thô thÞ gi¸c, ®iÖn ¸p c«ng t¸c thÊp (1,5 – 5)V, thÓ tÝch nhá, tuæi thä cao (h¬n 1000 giê lµm viÖc), dßng ®Þnh møc I®m=(10 ÷20) mA. + Nguyªn lý lµm viÖc. T−¬ng tù nh− c¸c lo¹i ®i«t b¸n dÉn kh¸c, chØ cã ®iÒu kh¸c biÖt lµ d−íi t¸c dông cña dßng ®iÖn th× vËt liÖu chÕ t¹o ®i«t quang sÏ ph¸t s¸ng. Do ®Æc ®iÓm nµy nªn vá cña ®i«t quang ph¶i trong suèt ®Ó cã thÓ nhËn biÕt ®−îc mÇu s¾c cña ¸nh s¸ng chÊt ph¸t quang t¹o ra khi cã dßng ®iÖn t¸c dông vµo. + §Æc ®iÓm - −u ®iÓm: hiÓn thÞ phï hîp víi thÞ gi¸c, æn ®Þnh vµ tin cËy, t©m hiÓn thÞ kh¸ lín, tuæi thä cao. - Nh−îc ®iÓm: cÇn nguån c«ng suÊt phï hîp ®Ó cã thÓ ph¸t ra ¸nh s¸ng ®ñ ®Ó cã thÓ nhËn biÕt b»ng m¾t th−êng. 1.2 Tranzito c«ng suÊt 1.2.1 CÊu t¹o Tranzito lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm 3 líp b¸n dÉn PNP hoÆc NPN ghÐp víi nhau nh− h×nh sau. a) b) H×nh 1.8: Tranzito lo¹i PNP a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu a) b) H×nh 1.9: Tranzito lo¹i NPN a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu Líp gi÷a ®−îc gäi lµ cùc gèc (Baz¬) ký hiÖu lµ B, mét líp bªn gäi lµ cùc ph¸t (Emiter) ký hiÖu lµ E, líp cßn l¹i lµ líp ghãp (Colect¬) ký hiÖu lµ C. P N B P EC N P B N B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 11 Líp ph¸t E cã c−êng ®é t¹p chÊt lín nhÊt, líp gèc B cã nång ®é t¹p chÊt nhá nhÊt. §Ó ph©n biÖt víi c¸c lo¹i tranzito kh¸c, tranzito PNP vµ NPN cßn gäi lµ tranzito l−ìng nèi viÕt BJT (Bipolar Juntion Tranzito). 1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng Trong ®iÖn tö c«ng suÊt ng−êi ta dïng phæ biÕn nhÊt lo¹i tranzito NPN. tranzito c«ng suÊt ®−îc dïng ®Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn mét chiÒu c−êng ®é t−¬ng ®èi lín, v× vËy chóng chØ lµm viÖc ë hai tr¹ng th¸i ®ãng vµ tr¹ng th¸i më. §Ó tranzito lµm viÖc ng−êi ta ph¶i ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu tíi c¸c cùc B cña tranzito gäi lµ ph©n cùc cho tranzito. a) b) H×nh 1.10: S¬ ®å ph©n cùc cña tranzito npn (a) vµ pnp (b) ë chÕ ®é khuÕch ®¹i §Ó ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc ta lÊy tranzito pnp lµm vÝ dô. Do JE ph©n cùc thuËn nªn c¸c h¹t ®a sè (lç trèng) tõ miÒn E phun qua JE t¹o nªn dßng emit¬ (IE). Chóng tíi vïng baz¬ t¹o thµnh h¹t thiÓu sè vµ tiÕp tôc khuÕch t¸n s©u vµo vïng baz¬ h−íng tíi JC. Trªn ®−êng khuÕch t¸n mét phÇn nhá bÞ t¸i hîp víi h¹t ®a sè cña baz¬ t¹o nªn dßng ®iÖn cùc baz¬ (IB). Do cÊu t¹o miÒn baz¬ máng nªn gÇn nh− toµn bé c¸c h¹t khuÕch t¸n tíi ®−îc bê cña JC vµ bÞ tr−êng gia tèc (do JC ph©n cùc ng−îc) cuèn qua tíi ®−îc miÒn colect¬ t¹o nªn dßng ®iÖn colect¬ (IC). Qua viÖc ph©n tÝch trªn ta cã mèi qua hÖ vÒ dßng ®iÖn trong tranzito: IE= IB + IC (1-3) §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hao hôt dßng khuÕch t¸n trong vïng baz¬ ng−êi ta ®Þnh nghÜa hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α cña tranzito. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 12 α= C E I I (1- 4) HÖ sè α x¸c ®Þnh chÊt l−îng cña tranzito vµ cã gi¸ trÞ cµng gÇn mét víi c¸c tranzito lo¹i tèt. §Ó ®¸nh gi¸ t¸c dông ®iÒu khiÓn cña dßng ®iÖn IB tíi dßng colect¬ (IC), ng−êi ta ®Þnh nghÜa vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β cña tranzito. β= C B I I (1- 5) β th−êng cã gi¸ trÞ trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m. Tõ c¸c biÓu thøc trªn ta cã mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè: IE= IB(1+β) (1- 6) vµ α = 1 β β+ (1- 7) −u ®iÓm næi bËt cña tranzito lµ chØ cÇn ®iÒu khiÓn dßng IB lµ cã thÓ ®iÒu khiÓn cho tranzistor ®ãng ng¾t dÔ dµng. 1.2.3 C¸ch thøc ®iÒu khiÓn tranzito Gäi IC lµ dßng colect¬ chÞu ®−îc ®iÖn ¸p b·o hoµ VCEsat khi tranzito dÉn dßng b·o hoµ IB= IBbh vµ khi kho¸ IB= 0; VCEsat=VCE. + M¹ch trî gióp tranzito më Khi tranzito chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ®ãng sang tr¹ng th¸i më. M¹ch trî gióp bao gåm c¸c phÇn tö tô ®iÖn (C), ®iÖn trë (R2), ®i«t(D2) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 13 H×nh 1.11: M¹ch trî gióp tranzito më tf: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó IC tõ gi¸ trÞ max gi¶m xuèng 0 Dßng ®iÖn t¶i I lµ thêi gian chuyÓn m¹ch cña tranzito rÊt ng¾n vËy cho nªn dßng t¶i = const. S¬ kiÖn: VCE = 0 IC = I ID = 0 (1- 8) Khi cho xung ¸p ©m t¸c ®éng vµo cùc gèc baz¬ cña tranzito dßng IC gi¶m xuèng kh«ng trong kho¶ng thêi gian tf. NÕu kh«ng cã m¹ch trî gióp ta cã: I = IC + ID = const (1-9) Khi gi¶m IC th× ID T¨ng lªn ngang D1 sÏ lµm ng¾n m¹ch t¶i n¨ng l−îng tiªu t¸n bªn trong tranzito sÏ lµ: . . 2 f T U I t W = (1-10) ChÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c thªm m¹ch trî gióp më cho trazito. I= IC ≈ ID = const Khi IC b¾t ®Çu gi¶m th× I1 còng b¾t ®Çu t¨ng(IC vµ I1 phi tuyÕn víi nhau, lóc nµy tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn) Vc C t d I I d C −= (1-11) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 14 Khi t = tf ; Ic = 0 Vc (tf)= V0 = VCE << VCC Vc t d I d C = (1-12) Sau thêi gian tf tô C ®−îc n¹p b»ng dßng I, cho ®Õn khi Vc = VCE lóc nµy D1 cho dßng ch¹y qua, thêi gian tæng céng cña qu¸ tr×nh chuyÓn sang tr¹ng th¸i më lµ tc. §iÖn dung ®−îc tÝnh gÇn ®óng b»ng c«ng thøc: 1 CE F dv UI I C C dt t = = ≈ ⇒ FItC U = (1- 13) Trong thùc tÕ ng−êi ta chän C trong kho¶ng. 2tf ≤ tF ≤ 5tf + M¹ch trî gióp ®ãng tranzito H×nh 1.12: M¹ch trî gióp ®ãng tranzito Khi tranzito tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i ®ãng m¹ch trî gióp ®ãng cña tranzito gåm c¸c phÇn tö cuén c¶m (L), ®i«t(D3), ®iÖn trë (R3) cã chøc L B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 15 n¨ng h¹n chÕ sù t¨ng vät cña dßng IC trong kho¶ng thêi gian ®ãng Ton cña tranzito. Ton: lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó VCE gi¶m tõ ®iÖn ¸p nguån VCC xuèng VCE≈ 0. Thêi gian tæng céng cho qóa tr×nh ®ãng lµ tf. ®iÖn c¶m L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: di i I URL U L L L dt t R I Δ= = = ⇒ =Δ (1- 14) §Ó chän L ta chän thêi gian ®ãng tr trong kho¶ng: 2ton < tr < 5ton §iÖn trë R4 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong cuén c¶m (L) t¹o ra trong m¹ch L; D5; R4 trong kho¶ng thêi gian tc chuyÓn sang tr¹ng th¸i më cña tranzito. Nh− vËy tc ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn. 4 c it R > (1-15) §iÖn trë R5 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ®iÖn phãng cña tô ®iÖn C trong m¹ch víi kho¶ng thêi gian ®ãng tf. Ta cã D6: T¹o m¹ch ®èi víi xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc gèc baz¬ D5: h¹n chÕ dßng ®iÒu khiÓn cho cùc gèc (baz¬) D4: Dïng ®Ó chèng b·o hoµ 1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt + M¹ch khuÕch ®¹i H×nh: 1.13: Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i - Trong thùc tÕ tranzito th−êng ®−îc lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸ - Khi dßng ë cùc gèc b»ng kh«ng dßng ®iÖn cùc ghãp b»ng kh«ng, B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 16 tranzito lóc nµy hë m¹ch hoµn toµn. - Khi dßng ®iÖn ë cùc gèc cã gi¸ trÞ b·o hoµ th× tranzito trë vÒ tr¹ng th¸i dÉn hoµn toµn. 1.2.5 C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña tranzito - §é khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β β cã trÞ sè thay ®æi theo dßng IC. Khi dßng IC nhá th× β thÊp, dßng IC t¨ng th× β t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i nÕu tiÕp tôc t¨ng IC ®Õn møc b·o hoµ th× β gi¶m. β= C B I I (1-16) - Dßng ®iÖn giíi h¹n Dßng ®iÖn qua tranzito ph¶i ®−îc giíi h¹n ë møc cho phÐp nÕu qu¸ trÞ sè th× tranzito sÏ bÞ h−. ICmax : lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc colect¬ IBmax: lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc baz¬ - §iÖn thÕ giíi h¹n §iÖn thÕ ®¸nh thñng BV (breakdown Voltage) lµ ®iÖn thÕ ng−îc tèi ®a ®Æt vµo gi÷a c¸c cÆp cùc. - TÇn sè c¾t TÇn sè thiÕt ®o¹n (f cut- off) lµ tÇn sè mµ tranzito hÕt kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i lóc ®ã ®iÖn thÕ ngâ ra b»ng ®iÖn thÕ ngâ vµo. B¶ng 1.2 Giíi thiÖu mét sè lo¹i tranzito B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 17 VCE VCE0 VCE,sat IC I tf ton ts Pm M· hiÖu V V V A A μs μs μs W BUV, (BUX)20 21 22 23 24 BUT 90 91 BUX 47 47A 48 48A 98 98C ESM 3000 3001 3002 3004 3005 3006 3007 160 250 300 400 450 200 300 850 1000 850 850 850 1200 200 200 250 600 600 1000 1000 125 200 250 325 400 125 200 400 450 400 400 400 700 100 150 200 400 500 600 700 1,2 1,5 1,5 1 1 1,2 1,2 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 50 40 40 30 20 50 50 9 9 15 15 30 30 150 150 140 120 120 50 50 5 3 2,5 3,2 2,4 7 4 1,2 1 2 2 4 3 15 15 28 13 10 7 6 0,3 0,12 0,5 1,2 1,4 0,4 0,3 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,5 0,5 0,7 1 1 1,5 1,5 1,5 1,8 1,3 1,3 1,6 1,2 1 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 2 2,5 3 1,5 1,5 3 3 3 3 3 3 1,8 1,8 2 3,5 3,5 5 5 250 (50) 50 50 50 50 250 250 125 125 175 175 250 250 400 400 400 400 400 300 300 1.3 Thyristor 1.3.1 CÊu t¹o B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 18 Thyristor cßn ®−îc gäi lµ SCR (Silicon controlled Rectifier) bé n¾n ®iÖn ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng chÊt silicum. Thyristor lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm b¸n dÉn gåm 4 líp P- N- P- N ghÐp nèi tiÕp t¹o nªn 3 cùc Anode ký hiÖu lµ A d−¬ng cùc, Catode ký hiÖu lµ K ©m cùc vµ cùc Gate ký hiÖu lµ G lµ cùc ®iÒu khiÓn hay cùc cöa. J1, J2, J3 lµ c¸c mÆt ghÐp. H×nh 1.14: Thyristor a- S¬ ®å cÊu tróc bªn trong b- Ký hiÖu c- C¸c lo¹i thyristor 1.3.2 Nguyªn lý lµm viÖc Tïy theo c¸ch nèi cña A vµ K cña thyristor víi nguån ®iÖn mét chiÒu mµ thyristor cã thÓ ®−îc ph©n ¸p ng−îc hay ph©n ¸p thuËn. Khi ph©n ¸p ng−îc (an«t nèi víi cùc ©m nguån, cat«t nèi víi cùc d−¬ng nguån) nh− h×nh1.15 th× líp ph©n cùc J2 ph©n cùc thuËn (®iÖn trë rÊt nhá) nh−ng c¸c líp tiÕp xóc J1 vµ J3 l¹i ph©n cùc ng−îc (®iÖn trë rÊt lín) kh«ng cã dßng ®iÖn qua tõ K sang A. Phô t¶i (bãng ®Ìn) kh«ng cã dßng ®iÖn ch¶y qua vµ kh«ng s¸ng. Thùc sù th× vÉn cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ cì vµi mA. §Æc tÝnh V- A khi ph©n ¸p ng−îc lµ nh¸nh thuéc gãc phÇn t− thø III. c b a c B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 19 Khi ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng ®Õn mét trÞ sè nµo ®ã ®ñ lín (Uct) th× thyristor bÞ chäc thñng gièng nh− tr−êng hîp cña ®i«t vµ kÕt qu¶ lµ dßng ®iÖn ng−îc t¨ng lªn rÊt nhanh vµ m¹nh. Khi ph©n ¸p thuËn (an«t nèi víi cùc d−¬ng nguån, cat«t nèi víi cùc ©m nguån) nh− h×nh 1.15 th× c¸c líp J1 vµ J3 ®−îc ph©n cùc thuËn, ®iÖn trë rÊt nhá, nh−ng líp J2 l¹i bÞ ph©n cùc ng−îc, cã ®iÖn trá rÊt lín. Do vËy, tr−êng hîp nµy còng chØ cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá ch¶y qua líp J2 (thuéc gãc phÇn t− thø I). H×nh 1.15: S¬ ®å ph©n ¸p ng−îc vµ thuËn cña mét thyristor Thyristor kh¸c víi ®i«t ë chç: ®i«t dÉn ®iÖn ngay sau khi ph©n ¸p thuËn, cßn thyristor cã ph©n ¸p thuËn còng ch−a dÉn ®iÖn. Muèn cho thyristor th«ng khi cã ph©n ¸p thuËn cÇn ph¶i cã ®iÒu kiÖn. §iÒu kiÖn g×? §ã lµ ph¶i cÊp mét xung ¸p d−¬ng vµo cùc ®iÒu khiÓn G khi thyristor ®−îc ph©n ¸p thuËn. Xung d−¬ng ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc t¹o ra mét c¸ch ®¬n gi¶n nhê ®ãng c«ng t¾c K ë H×nh 1.16 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 20 H×nh 1.16: S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn thyristor Khi ®ã, líp tiÕp xóc J3 ®−îc ph©n ¸p thuËn thªm trùc tiÕp bëi nguån Eg nªn dßng ®iÖn qua líp J3 t¨ng m¹nh. C¸c ®iÖn tö tõ c¸c nguån ngoµi qua N2 chuyÓn dÞch sang P2 víi ®éng n¨ng lín. Mét phÇn vÒ cùc G h×nh thµnh dßng ®iÒu khiÓn Ig, phÇn kh¸c lín h¬n, v−ît qua líp J2 vµo N1 råi qua P1 vÒ nguån t¹o ra dßng Ia. Khi c¸c ®iÖn tö líp J2 víi ®éng n¨ng lín sÏ b¾n ph¸ c¸c nguyªn tö trung hßa trong líp tiÕp xóc, t¹o ra c¸c ®iÖn tö tù do kh¸c. Sè ®iÖn tö míi l¹i b¾n ph¸ tiÕp c¸c nguyªn tö trung hßa kh¸c.... cø nh− thÕ, sè ®iÖn tö tù do t¨ng lªn rÊt nhanh, sè c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn t¨ng vät, ®iÖn trë trong cïng ®iÖn tr−êng rµo thÕ gi¶m m¹nh vµ dßng ®iÖn qua thyristor t¨ng vät. §iÓm lµm viÖc chuyÓn tõ T1 sang T2 råi T h×nh 1.17. Thyristor ë tr¹ng th¸i th«ng. TrÞ sè dßng ®iÖn Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë trong m¹ch phô t¶i (ë h×nh: 1.16 dßng Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë cña bãng ®Ìn). Khi thyristor th«ng ®iÖn trë trong R13 cña nã rÊt nhá (cì vµi phÇn trôc hoÆc phÇn tr¨m cña mét «m) nªn sôt ¸p ΔU13 kh«ng ®¸ng kÓ (kh«ng qu¸ 1V). Khi thyristor ®· th«ng, dßng ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× v× cã c¾t dßng ®iÒu khiÓn th× thyristor vÉn th«ng. Nguyªn do v× dßng Ia qua líp J2 sÏ tiÕp tôc lµm ®iÖn trë líp J2 gi¶m thÊp vµ duy tr× sù dÉn ®iÖn. Qua líp nµy tõ N1 sang P2. NÕu khi cho xung dßng ®iÒu khiÓn vµo cùc G ®Ó kÝch th«ng thyristor mµ ®iÖn ¸p thuËn gi¶m thÊp, ®o¹n OT1 trë thµnh OT’1, OT”1.... Th× cÇn ph¶i t¨ng dßng ®iÒu khiÓn lín h¬n I”®k1 > I’®k1> I®k1. Khi dßng ®iÒu khiÓn t¨ng tíi B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 21 gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp I®kmax (th−êng cì vµi chôc ®Õn trªn 100mA, tïy lo¹i thyristor) th× ®o¹n OT1, OT’1, OT”1...... trë thµnh OT2 nghÜa lµ ®Æc tÝnh V- A cña thyristor sÏ nh− ®Æc tÝnh V- A cña ®i«t. H×nh 1.17: §Æc tÝnh V- A cña thyristor 1.3.3 øng dông cña thyristor + øng dông cña thyristor trong ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. S¬ ®å H×nh 1.18: øng dông cña thyristor trong ®iÒu khiÓn ®éng c¬ DC: lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Dßng ®iÖn qua ®éng c¬ chØ lµ dßng ®iÖn ë nöa chu kú d−¬ng vµ ®−îc thay ®æi trÞ sè b»ng c¸ch thay ®æi më kÝch cña dßng ®iÖn IG khi thyistor ch−a dÉn th× B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 22 kh«ng cã dßng ®iÖn qua ®éng c¬. §i«t dÉn ®iÖn n¹p vµo tô qua ®iÖn trë R1 vµ biÕn trë VR. §iÖn thÕ cÊp cho cùc G lÊy trªn tô C vµ qua cÇu ph©n ¸p R2, R3. Tô n¹p ®iÖn qua R1 vµ VR víi h»ng sè thêi gian lµ τ = C(R1 + VR) Khi thay ®æi trÞ sè VR sÏ lµm thay ®æi thêi gian n¹p cho tô tøc lµ lµm thay ®æi thêi ®iÓm cã dßng xung kÝch IG sÏ lµm thay ®æi thêi ®iÓm dÉn ®iÖn cña Thyistor tøc lµ thay ®æi dßng ®iÖn qua ®éng c¬ vµ lµm cho tèc ®é cña ®éng c¬ bÞ thay ®æi. Khi nguån AC cã nöa chu kú ©m th× ®i«t D vµ thyristor ®Òu bÞ ph©n cùc ng−îc ®i«t ng−ng dÉn, thyristor còng ng−ng dÉn. Thyristor dïng víi nguån mét chiÒu th× cã thÓ b¸o ®éng khi qu¸ nhiÖt, qu¸ ¸p suÊt, th× nót Ên M bÞ nhÊn. Thyristor sÏ ®−îc kÝch dÉn ®iÖn vµ duy tr× tr¹ng th¸i dÉn ®Ó cÊp ®iÖn cho ®Ìn vµ cßi b¸o. 1.3.4 C¸c th«ng sè chñ yÕu cña thyristor. + TrÞ sè hiÖu dông ®Þnh møc cña dßng ®iÖn an«t Iahd ®ã lµ trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn cùc ®¹i cho phÐp ®i qua thyristor trong mét thêi gian dµi khi thyristor më. Khi thyistor dÉn ®iÖn th× VAK= 0,7V nªn dßng ®iÖn thuËn qua thyistor cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: 0,7cc a L V VI R −= (1-17) RL : t¶i thuÇn trë VCC: ®iÖn ¸p qua thyristor + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn kÝch më IGT lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG g©y më thyristor + §iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i Ungmax lµ ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc A vµ K cho phÐp ®Æt thyristor . + §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc Δua lµ ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc A vµ K khi thyristor më vµ ®ång thêi dßng ®iÖn b»ng dßng ®iÖn ®Þnh møc. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 23 + Thêi gian phôc håi tÝnh kho¸ lµ thêi gian tèi thiÓu cÇn thiÕt ®Ó thyristor phôc håi tÝnh kho¸. B¶ng 1.3 Thyristor do h·ng Toshiba, NhËt B¶n chÕ t¹o I Ui,m toff M· hiÖu A KV μs SFOR1 SFOR3 SF1 SF2 SF2R5 SF3 SF5 SF10 SF16 SF100 SF300 SF1000 SF1500 SH2 SH16 SH80 SH150 SH400 0,1 0,3 1 2 2,5 3 5 10 16 100 300 1000 1500 2 16 80 150 400 0,1÷ 0,4 0,1÷ 0,6 0,1 ÷ 0,4 0,1÷ 0,6 0,1 ÷ 0,4 0,1÷ 0,6 0,1÷ 0,4 0,1 ÷ 1 0,1÷ 1,2 0,4÷ 1,6 0,4÷ 1,6 2,5 ÷ 4 2,5 ÷ 4 0,1÷ 0,4 0,1 ÷ 0,5 0,2 ÷ 1,6 0,2 ÷ 1,6 0,2 ÷ 1,3 15 10 15 ÷ 30 15 ÷ 30 15 ÷ 80 1.4 triac B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 24 1.4.1 CÊu t¹o Triac lµ linh kiÖn b¸n dÉn t−¬ng tù nh− hai thyristor nèi song song ng−îc gåm hai cùc vµ chØ cã mét cùc ®iÒu khiÓn. H×nh 1.19: Triac a, CÊu tróc bªn trong b, H×nh vÏ cÊu t¹o c, Ký hiÖu 1.4.2 Nguyªn lý lµm viÖc Theo cÊu t¹o cña mét triac ®−îc xem nh− hai thyristor ghÐp song song vµ ng−îc chiÒu nªn. Khi kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña triac ng−êi ta kh¶o s¸t nh− hai thyristor + Khi cùc T2 cã ®iÖn thÕ d−¬ng vµ cùc G ®−îc kÝch xung d−¬ng th× triac dÉn ®iÖn theo chiÒu tõ T2 qua T1 nh− h×nh:1.20 + Khi cùc T2 cã ®iÖn thÕ ©m cùc G ®−îc kÝch xung ©m th× triac dÉn ®iÖn theo chiÒu T1 ®Õn T2 nh− h×nh: 1.21 cb) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 25 + Khi triac ®−îc dïng trong m¹ch xoay chiÒu c«ng nghiÖp khi nguån ë nöa chu k× d−¬ng cùc G cÇn ®−îc kÝch xung d−¬ng, cßn khi nguån ë nöa chu k× ©m cùc G cÇn ®−îc kÝch xung ©m triac cho dßng ®iÖn qua ®−îc c¶ hai chiÒu. H×nh 1.22 1.4.3. §Æc tÝnh volt-ampe cña triac Triac cã ®Æc tÝnh volt-ampe gån hai phÇn ®èi xøng nhau qua ®iÓm O hai phÇn nµy gièng nh− ®Æc tuyÕn cña hai SCR m¾c ng−îc chiÒu nhau. H×nh 1.23: §Æc tÝnh V- A cña triac Triac cã thÓ më trong 4 tr−êng hîp: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 26 UGT1> 0 vµ UT1T2 > 0 UGT1 0 UGT1> 0 vµ UT1T2 < 0 UGT1< 0 vµ UT1T2< 0 Nh− vËy Triac thÓ më theo hai chiÒu. ChiÒu thuËn tõ T2 ®Õn T1 khi UT1T2 > 0 vµ t¸c dông vµo cùc G mét ®iÖn ¸p d−¬ng UGT1 < 0 ChiÒu thuËn tõ T1 ®Õn T2 khi UT1T2< 0 vµ t¸c dông vµo cùc G mét ®iÖn ¸p ©m UGT1 < 0 1.4.4 M¹ch ®iÒu khiÓn §Ó ®iÒu khiÓn ®−îc triac ta cã s¬ ®å nh− h×nh 1.24 H×nh1.24: S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn triac M¹ch ®iÒu khiÓn gåm 1 biÕn trë (R) tô ®iÖn C, triac vµ mét ®iÖn trë phô Rp ®Ó giíi han dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG, ®iÖn ¸p cÊp cho m¹ch lµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin: u= Umsinωt Gi¶ thiÕt t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu (ωt=0) tô ®iÖn C ®· phãng hÕt ®iÖn, vµ ®iÖn ¸p trªn nã UC= 0 th× khi u t¨ng theo chiÒu d−¬ng (u > 0) tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn theo chiÒu d−¬ng qua ®iÖn trë R vµ Uc t¨ng theo quy luËt hµm sè mò cã tèc ®é t¨ng phô thuéc vµo R, ®iÖn trë R cµng nhá th× dßng ®iÖn n¹p cµng lín vµ tèc ®é t¨ng cña UC cµng nhanh. §å thÞ biÕn thiªn cña u theo ωt nh− ®å thÞ h×nh 1.25 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 27 H×nh1.25: D¹ng sãng cña m¹ch ®iÒu khiÓn §å thÞ h×nh 1.25 biÓu diÔn sù biÕn thiªn cña Uc theo ωt t−¬ng øng víi gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh cña R. T¹i gãc pha ϕ0 Uc ®−îc n¹p b»ng ®iÖn ¸p chuyÓn ®æi Uc® cña triac D. Triac D më, tô C phãng ®iÖn qua Rp, triac D vµ phÇn gi÷a G vµ T1 ®iÒu ®ã t¹o ra mét xung dßng ®iÖn IG (®−êng cong 3 h×nh 1.25) vµ më triac. Triac D tiÕp tôc më cho ®Õn hÕt nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p Ua t¹i gãc pha ωt = π. §iÖn ¸p u gi¶m ®Õn 0 dßng ®iÖn qua triac Ia còng gi¶m ®Õn 0 v× t¶i thuÇn trë vµ u, Ia cïng pha. Do ®ã triac kho¸ l¹i sang nöa chu kú ©m cña u. Tô ®iÖn C ®−îc n¹p theo chiÒu ©m vµ Uc t¨ng. T¹i gãc pha ϕ = ϕ0 + π, ®iÖn ¸p Uc = Uc® triac D më tô ®iÖn C phãng ®iÖn qua ®iÖn trë Rp chiÒu dßng ®iÖn ®i tõ cùc G cña triac D, Rp vÒ nguån ®iÒu ®ã t¹o ra mét xung dßng ®iÖn ©m IG (®−êng cong 4 h×nh 1.25) vµ më triac theo chiÒu tõ T1 ®Õn T2 triac tiÕp tôc më cho ®Õn hÕt chu kú ©m, trong suèt thêi gian më cña triac ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë R1 b»ng ®iÖn ¸p Ua (v× khi triac më B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 28 ®iÖn ¸p r¬i trªn nã rÊt nhá). Do ®ã ®iÖn ¸p UR trªn R1 biÕn thiªn theo ωt (nh− ®−êng 5 h×nh 1.25) tõ ®ã rót ra gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p uR trªn t¶i R1. 2 2 0 1 2R R u u d t π ωπ= ∫ (1-18) Trong ®ã gãc më chËm ϕ0 phô thuéc vµo biÕn trë R cña m¹ch ®iÒu khiÓn do ®ã b»ng c¸ch thay ®æi biÕn trë R ta cã thÓ thay ®æi ϕ0 vµ thay ®æi trÞ sè UR cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Rt. 0 2 2 2 2 0 0 0 sin 22 2R u d t u d t U t π π θ ϕω ω π⎛ ⎞= = − +⎜ ⎟⎝ ⎠∫ ∫ ⇒ 0 01 1 sin 22 2 4Ru U ϕ ϕπ= − + (1-19) 1.4.5 øng dông cña triac. Triac ®−îc øng dông trong mét sè m¹ch, ®iÒu chØnh ¸nh s¸ng ®Ìn ®iÖn, nhiÖt ®é lß, ®iÒu chØnh chiÒu quay vµ tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. 1.4.6 C¸c th«ng sè cña triac + §iÖn ¸p ®Þnh møc U®m: §ã lµ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp ®Æt vµo triac theo chiÒu thuËn hoÆc chiÒu ng−îc trong thêi gian dµi. + Dßng ®iÖn hiÖu dông ®Þnh møc I®m: §ã lµ trÞ sè hiÖu dông ®inh møc cùc ®¹i cho phÐp cña dßng ®iÖn ®i qua triac trong mét thêi gian dµi. + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn triac: §ã lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG ®¶m b¶o më triac. + Dßng ®iÖn duy tr× IH: §ã lµ trÞ sè tèi thiÓu cña dßng ®iÖn an«t ®i qua triac ®Ó duy tr× triac ë tr¹ng th¸i më. + §iÖn ¸p r¬i trªn Triac Δu §ã lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn triac khi triac dÉn vµ dßng ®iÖn qua triac b»ng dßng ®Þnh møc. B¶ng 1.4: Th«ng sè chÝnh cña mét vµi lo¹i Triac B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 29 N¬i chÕ t¹o M· hiÖu U (V) I (A) Ig (mA) Ug (V) Liªn X« (cò) TC- 60 TC- 125 TC- 160 50÷ 1000 50÷ 1000 50÷ 1000 80 125 160 400 400 400 7 7 7 NhËt b¶n TOSHIBA NEC SM2B41 SM12D41 SM150G13 SM300J13 SM300Q13 2AC3T 6AC5F, S 10AC6F, S 16AC6D1 25AC65 70AC10S 300AC12S 100 200 400 600 1200 300 500 600 600 600 1000 1200 2 12 150 300 300 2 6 10 16 25 70 300 20 50 50 50 50 50 200 300 Mü GE TI SC245 SC60 TIC205A TIC215B TIC263D TIC263M 200÷ 500 200÷ 500 100 200 400 600 6 25 2 3 25 25 50 50 5 5 50 50 2,5 2,5 2 2,5 2,5 2,5 CHLB §øc BTA41- 200 BTA41- 600 BTA41- 700 200 400 700 40 40 50 50 50 50 1.5 c¸c phÇn tö logic c¬ b¶n B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 30 1.5.1 M¹ch AND dïng ®i«t b¸n dÉn + M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu H×nh 1.26 A vµ B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo. Møc thÊp cña tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ 0 V, møc cao cña tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ 3V. Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra. H×nh1.26: Cæng AND a) ký hiÖu b) M¹ch ®iÖn + Nguyªn lý ho¹t ®éng Cã 4 tr−êng hîp kh¸c nhau ë ®Çu vµo. - Tr−êng hîp 1: Khi VA= VB= 3V, hai ®i«t DA vµ DB th«ng víi nguån E0= +12V qua ®iÖn trë R0, chóng ®Òu cã ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn, chóng ®Òu dÉn ®iÖn. VZ= VA + VD= 3 + 0,7= 3,7V. - Tr−êng hîp 2: Khi VA= 3V, VB= 0V. DA vµ DB cã ®Çu an«t nèi chung. Cat«t cña DB cã ®iÖn thÕ thÊp h¬n nªn ch¾c ch¾n dÔ dÉn ®iÖn h¬n. Mét khi DB ®· dÉn ®iÖn th× VZ= VZ- VA= 0,7- 3= -2,3V. VËy DA chÞu ph©n cùc ng−îc, nã ë tr¹ng th¸i ng¾t hë m¹ch, kh«ng ph¶i dÉn ®iÖn nh− ta t−ëng lóc tho¹t ®Çu nh×n vµo m¹ch ®iÖn. §iÖn thÕ VZ= 0,7V gäi lµ ®iÖn thÕ ghim. - Tr−êng hîp 3: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 31 Khi VA= 0V, VB= 3V. Qu¸ tr×nh ph©n tÝch t−¬ng tù sÏ cho ta kÕt qu¶ DA dÉn, DB ng¾t. VZ ®−îc ghim ë 0,7V do DA dÉn ®iÖn. - Tr−êng hîp 4: Khi VA= VB= 0V. DA vµ DB ®Òu dÉn. VZ còng ®−îc ghim ë møc 0,7V. Tãm l¹i ta cã b¶ng 1.5 sau. B¶ng chøc n¨ng VA(V) VB(V) VZ(V) 0 0 0.7 0 3 0.7 3 0 0.7 3 3 3.7 B¶ng nµy biÓu thÞ quan hÖ t−¬ng øng c¸c møc ®iÖn ¸p gi÷a ®Çu ra víi ®Çu vµo ®−îc gäi lµ b¶ng chøc n¨ng. Quy −íc: Møc ®iÖn ¸p cao øng víi møc logic lµ 1. Møc ®iÖn ¸p thÊp øng víi møc logic lµ 0. + B¶ng ch©n lý Trong m¹ch sè, ®Ó thuËn tiÖn. Th−êng dïng kÝ hiÖu 1 vµ 0 biÓu thÞ møc cao vµ møc thÊp. Tõ b¶ng 1.5.1 ta dïng 1 thay thÕ møc cao, dïng 0 thay thÕ møc thÊp, dïng A, B thay thÕ VA, VB, dïng Z thay thÕ VZ, kÕt qu¶ thay thÕ lµ b¶ng ch©n lý 1.5 B¶ng 1.6: B¶ng ch©n lý cæng AND A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1.5.2 M¹ch OR B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 32 + M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu: H×nh 1.27 A, B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo. Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra. H×nh 1.27: M¹ch OR a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn + Nguyªn lý lµm viÖc Ph©n tÝch t−¬ng tù nh− m¹ch ®iÖn AND , ta xÐt 4 tr−êng hîp kh¸c nhau ë ®Çu vµo. KÕt qu¶ ta ®−îc b¶ng chøc n¨ng 1.7 B¶ng chøc n¨ng ®iÖn ¸p cña m¹ch ®iÖn h×nh: 1.27 B¶ng 1.7 VA(V) VB(V) VZ(V) 0 0 - 0,7 0 3 + 2,3 3 0 + 2,3 3 3 + 2,3 Ta thÊy chØ cÇn cã 1 tÝn hiÖu ®Çu vµo ë møc cao th× VZ ë møc cao. §ã lµ quan hÖ Logic OR. B¶ng ch©n lý B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 33 A B Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Ta thÊy r»ng mèi quan hÖ gi÷a tÝn hiÖu ®Çu ra Z víi c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo A, B ®−îc biÓu thÞ b»ng phÐp céng Logic: Z= A+ B 1.5.3 Cæng NOT + M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu (H×nh: 1.28) V1(A) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo V0(z) lµ tÝn hiÖu ®Çu ra Eq lµ nguån ®iÖn ¸p ghim Dq lµ ®i«t ghim H×nh: 1.28: Cæng NOT a) KÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn + Nguyªn lý lµm viÖc Trong cæng NOT tranzito cÇn lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng më. Khi V1 ë møc thÊp th× T ng¾t hë m¹ch, V0 ë møc cao. Khi V1 ë møc cao th× T th«ng b·o hoµ, V0 ë møc thÊp. Nh− vËy m¹ch cã chøc n¨ng logic NOT. T¸c dông cña nguån ©m lµ EB lµ b¶o ®¶m T ng¾t hë tin cËy khi V1 ë møc thÊp. EQ vµ DQ cã t¸c dông gi÷ møc cao ®Çu ra ë gi¸ trÞ quy ®Þnh. §Ó ph©n tÝch nguyªn lý c«ng t¸c cæng NOT, ta h·y ¸p dông ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n dïng ph©n tÝch m¹ch lµ: EB= -12V B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 34 gi¶ thiÕt, tÝnh to¸n, ph©n tÝch, so s¸nh, kiÓm tra, kÕt qu¶. B©y giê ta xÐt t×nh huèng V1= 3,2V vµ 0.3V. - Khi V1= 3,2V Gi¶ thiÕt r»ng tranzito T th«ng b·o hoµ, ®i«t DQ ng¾t. Víi gi¶ thiÕt nh− thÕ, t−¬ng øng ta cã: VB= 0,7V; V0=VCSE= VC= 0,3V; IDQ= 0. TÝnh to¸n: c¨n cø vµo c¸c th«ng sè m¹ch ®· cho ta tÝnh dßng vµ ¸p. M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng H×nh: 1.29 A R1 1.5K B b I1 IB VI3.2V I2 R2 18K VBES EB -12V e Ta cã: I1= 1 A BV V R − = 3,2 0,7 1,5 − = 1,67 (mA) I2= 2 B BV E R − = 0,7 ( 12) 18 − − = 0,71 (mA) IB = I1- I2= 1,67- 0,71 = 0,96 (mA) VDQ= VCES- EQ= 0,3- 2,5 = -2,2 (V) V× ICS = C CES C E V R − = C C E R = 12/1 = 12 (mA) IBS= CS I β = 12 30 = 0,4 (mA) KiÓm tra: c¨n cø kÕt qu¶ tÝnh to¸n, ®èi chiÕu ®iÒu kiÖn ®ãng më, cã thÓ biÕt gi¶ thiÕt hîp lý ®óng hay sai. NÕu sai th× ph¶i xÐt l¹i gi¶ thiÕt, ®−a ra gi¶ thiÕt hîp lÝ råi tÝnh to¸n kÕt qu¶. Trong tr−êng hîp cña chóng ta, v× IB > IBS, VDQ < 0,5 nªn gi¶ thiÕt ban ®Çu lµ hîp lý. -Khi V1= 0,3V H×nh 1.30: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 35 R1. 1.5K + VBE V1. 0.3V R2. 18K - e EB. 12V Khi V1= 0,3V v× t¸c dông cña nguån ©m EB, ®iÖn thÕ cña baz¬ nhá h¬n 0.3V, nªn tranzito ng¾t 1 c¸ch tin cËy, ®ång thêi ®i«t ghim DQ th«ng. V0= EQ+ VDQ = 2,5 + 0,7 = 3,2 V. §Çu ra cã møc cao. Tãm l¹i m¹ch ®iÖn h×nh 1.28b ®óng lµ cæng NOT. V× khi V1 lµ møc cao th× V0 lµ møc thÊp, khi V1 lµ møc thÊp th× V0 lµ møc cao. Ta cã b¶ng ch©n lý cña cæng NOT Z= A A Z 0 1 1 0 1.5.4 M¹ch ®iÖn cæng NAND (M¹ch vµ ®¶o) + M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu. H×nh: 1.31 H×nh 1.31: Cæng NAND a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn + Nguyªn lý lµm viÖc: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 36 M¹ch ®iÖn H×nh 1.31 Gåm 2 phÇn: PhÇn cæng AND bªn tr¸i vµ phÇn cæng NOT bªn ph¶i. VËy quan hÖ ®Çu ra vµ ®Çu vµo lµ NAND (Vµ- §¶o). BiÓu thøc hµm logic cña NAND lµ: Z= A.B B¶ng ch©n lÝ cæng NAND A B Z 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1.6 M¹ch TÝch ph©n iC C ir R A Uv U0 H×nh 1.32: M¹ch tÝch ph©n S¬ ®å bé tÝch ph©n ®−îc m« t¶ trªn h×nh: 1.32 Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng dßng ë nót A, iR= iC ta cã: -C. dUr dt = Uv R (1-20) Ur= 1 RC Uvdt∫ + Ur0 (1-21) ë ®©y: Ur0 lµ ®iÖn ¸p trªn tô C khi t=0 (lµ h»ng sè tÝch ph©n x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn ban ®Çu). + B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 37 Th−êng khi t= 0, Uv= 0 vµ Ur= 0. Nªn ta cã: Ur= 1τ 0 t Uvdt∫ (1-22) ë ®©y: τ= RC gäi lµ h»ng sè tÝch ph©n cña m¹ch. Khi tÝn hiÖu vµo thay ®æi tõng nÊc, tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p ra sÏ b»ng: Ur t Δ Δ = - Uv RC nghÜa lµ ë ®Çu ra bé tÝch ph©n sÏ cã ®iÖn ¸p t¨ng (hay gi¶m) tuyÕn tÝnh theo thêi gian. §èi víi tÝn hiÖu h×nh sin, bé tÝch ph©n sÏ lµ bé läc tÇn sè thÊp, quay pha tÝn hiÖu h×nh sin ®i 900 vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ víi tÇn sè. 1.7 M¹ch Vi ph©n R Uv C Ur H×nh 1.33: M¹ch vi ph©n Bé vi ph©n cho trªn h×nh: 1.33 . B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ta cã ®iÖn ¸p ra cña nã tØ lÖ víi tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p vµo: Ur= - RC dUv dt (1-23) Khi tÝn hiÖu vµo lµ h×nh sin, bé vi ph©n lµm viÖc nh− mét bé läc cao tÇn, hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ thuËn víi tÇn sè tÝn hiÖu vµo vµ lµm quay pha Uvµo mét gãc 90 0. Th−êng bé vi ph©n lµm viÖc kÐm æn ®Þnh ë tÇn cao v× khi ®ã Zc= → 0 lµm hÖ sè håi tiÕp ©m gi¶m nªn khi sö dông cÇn chó ý ®Æc ®iÓm nµy vµ bæ sung 1 ®iÖn trë lµm nhôt R1. + B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 38 1.8 Bé ghÐp quang- opto- Couplers 1.8.1 §¹i c−¬ng Trong Anh ng÷ bé ghÐp quang cßn ®−îc gäi lµ Photo coupledisolators, Photo- coulers, Photo- coupled pairs vµ Optically Coupled Pairs. Tõ th«ng th−êng nhÊt cho linh kiÖn nµy lµ Opto- Couplers. Bé ghÐp quang dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a nh÷ng m¹ch ®iÖn cã sù kh¸c biÖt vÒ ®iÖn thÕ kh¸ lín. Ngoµi ra nã cßn ®−îc dïng ®Ó tr¸nh c¸c vßng ®Êt (ground circuit, circuit terrestre) g©y nhiÔu trong m¹ch ®iÖn. 1.8.2 C¬ chÕ ho¹t ®éng Th«ng th−êng bé ghÐp quang gåm 1 ®i«t lo¹i GaAs ph¸t ra tia hång ngo¹i vµ mét phototranzito víi vËt liÖu Si. Víi dßng ®iÖn thuËn, ®i«t ph¸t ra bøc x¹ hång ngo¹i víi chiÒu dµi sãng kho¶ng 900nm. N¨ng l−îng bøc x¹ nµy ®−îc chiÕu lªn trªn mÆt cña phototranzito hay chiÕu gi¸n tiÕp qua mét m«i tr−êng dÉn quang H×nh 1.38 H×nh 1.34: Bé ghÐp quang §Çu tiªn tÝn hiÖu ®−îc phÇn ph¸t (LED hång ngo¹i) trong bé ghÐp quang biÕn thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. Sau ®ã tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®−îc phÇn nhËn (Phototriac) biÕn l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 39 H×nh 1.35: Phototriac 1.8.3 TÝnh chÊt c¸ch ®iÖn Nh− ®· nãi, bé ghÐp quang th−êng ®−îc dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a hai m¹ch ®iÖn gi÷a hai m¹ch ®iÖn cã ®iÖn thÕ kh¸c biÖt kh¸ lín. Bé ghÐp quang cã thÓ lµm viÖc víi dßng ®iÖn mét chiÒu hay víi tÝn hiÖu ®iÖn cã tÇn sè kh¸ cao. §Æc biÖt víi thÓ tÝch nhá bÐ, bé ghÐp quang tá ra −u viÖt h¬n so víi biÕn thÕ. + §iÖn trë c¸ch ®iÖn §ã lµ ®iÖn trë víi dßng ®iÖn mét chiÒu gi÷a ng¶ vµo vµ ng¶ ra cña bé ghÐp quang cã trÞ sè bÐ nhÊt lµ 1011 Ω, nh− thÕ ®ñ ®¸p øng yªu cÇu th«ng th−êng. Nh− thÕ chóng ta cÇn chó ý, víi dßng ®iÖn rß trong kho¶ng nA cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÖn, vÝ dô khi dßng ®iÖn rß ch¹y vµo cùc gèc cña phototranzito cßn ®Ó trèng. GÆp tr−êng hîp nµy ta cã thÓ t¹o nh÷ng khe trèng gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo. Nãi chung víi bé ghÐp quang ta cÇn cã m¹ch in lo¹i tèt. + §iÖn dung c¸ch ®iÖn CÊu tróc cña bé ghÐp quang gåm cã phototranzito, LED, phÇn c¬ cã thÓ t¹o mét ®iÖn dung tõ 0,3 ÷ 2pF. §iÖn dung nµy ®−îc ®o khi ch©n ë ng¶ vµo còng nh− ch©n ë ng¶ ra ®−îc nèi t¾t. Víi sù thay ®æi cao ¸p kh¸ nhanh (500V/μs) gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo, ®iÖn dung kÝ sinh cã thÓ truyÒn ®i sù thay ®æi vµ xung ®iÖn ë ng¶ ra cã nh÷ng gai nhän. Trong tr−êng hîp nµy nªn sö dông bé ghÐp quang kh«ng cã ch©n nèi víi cùc gèc, vµ gi÷a cùc thu víi cùc ph¸t nªn nèi mét tô ®iÖn ®Ó lµm gi¶m gai nhiÔu ë xung ra. §Ó kh«ng t¹o thªm ®iÖn dung kÝ sinh, víi bé ghÐp quang ta kh«ng nªn dïng ch©n ®Õ ®Ó c¾m IC. + §iÖn thÕ c¸ch ly §iÖn thÕ c¸ch ly lµ ®iÖn thÕ cao nhÊt mµ bé ghÐp quang cã thÓ chÞu ®ùng næi. §iÖn thÕ c¸ch ly cßn tuú thuéc vµo cÊu tróc cña bé ghÐp quang, kh«ng khÝ.... 1.8.4 HiÖu øng tr−êng B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 40 D−íi mét ®iÖn thÕ kh¸ cao gi÷a LED vµ phototranzito cã kho¶ng c¸ch kh¸ gÇn, ta cã mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín. Nõu bé ghÐp quang lµm viÖc víi ®iÒu kiÖn nh− thÕ liªn tôc vµi ngµy, c¸c th«ng sè cña bé ghÐp quang (®Æc biÖt víi tranzito) bÞ thay ®æi. HiÖu øng tr−êng cµng râ rµng h¬n víi nhiÖt ®é cao (1000C) vµ mét ®iÖn thÕ mét chiÒu kh¸ cao (1KV). C¸c th«ng sè nh− ®é khuÕch ®¹i, ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ng−îc cã thÓ thay ®æi. Víi mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín ta cã mét hiÖu øng gièng nh− víi tranzito MOS: cã sù ®¶o ®iÖn ë bÒ mÆt. So víi tranzito, c¸c th«ng sè cña LED rÊt æn ®Þnh d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng. Ng−êi ta cã thÓ b¶o vÖ líp chuyÓn tiÕp pn cña tranzito Silicon b»ng mét mµng ion trong suèt ®Ó chèng l¹i ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng (Transparent Ion Shield- Trios). VÝ dô víi bé ghÐp quang SFH6106. 1.8.5 Sù l·o ho¸ Víi thêi gian, c«ng suÊt ph¸t s¸ng cña LED bÞ gi¶m ®i, do ®ã ta cã hÖ sè truyÒn ®¹t cña mét bé ghÐp quang bÐ ®i. Ng−êi ta tr¸nh sù l·o ho¸ cña mét bé ghÐp quang b»ng ph−¬ng ph¸p “Burn- in”. Sau khi s¶n xuÊt c¸c bé ghÐp quang ®−îc cho lµm viÖc víi dßng ®iÖn vµ víi nhiÖt ®é xung quanh kh¸ lín trong mét thêi gian (24h). Do ®ã bé ghÐp quang bÞ l·o ho¸ tr−íc vµ nã kh«ng bÞ l·o ho¸ nhanh nh− c¸c bé ghÐp quang ch−a qua “Burn- in”. §Ó cho bé ghÐp quang lµm viÖc l©u dµi kh«ng bÞ l·o ho¸ qu¸ nhanh, nhiÖt ®é xung quanh vµ dßng ®iÖn lµm viÖc ph¶i gi÷ cµng thÊp cµng tèt. 1.8.6 HÖ sè truyÒn ®¹t Th«ng sè quan träng nhÊt cña bé ghÐp quang lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn. HÖ sè truyÒn ®¹t lµ hÖ sè tÝnh theo phÇn tr¨m cho biÕt dßng ®iÖn ra (cña mét phototranzito) lín h¬n so víi dßng ®iÖn vµo cña LED hång ngo¹i trong mét bé ghÐp quang. 1.8.7 Bé ghÐp quang víi phototriac B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 41 §−îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c triac c«ng suÊt ChØ cã mét ®iÖn trë han dßng cho phototriac H×nh 1.38 H×nh 1.38: Photriac dïng ®Ó ®iÒu khiÓn triac c«ng suÊt Víi bé läc RC ®Ó chèng nhiÔu dV/dt vµ c¸c xung ®iÖn cao tÇn. H×nh 1.39 H×nh 1.39: Phototriac dïng thªm bé läc RC Varistor b¶o vÖ phototriac kh«ng bÞ c¸c xung ®iÖn qu¸ cao lµm háng khi triac lµm viÖc víi dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cao. H×nh 1.40 H×nh 1.40: Phototriac dïng varistor chèng xung ®iÖn qu¸ cao Ta cã b¶ng so s¸nh ®Æc tÝnh c¸c linh kiÖn ghÐp tÝn hiÖu B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 42 (Signal Coupling Devices) Linh kiÖn −u ®iÓm KhuyÕt ®iÓm Bé ghÐp quang - Kinh tÕ, rÎ tiÒn - Cã thÓ chÕ t¹o víi vËt liÖu b¸n dÉn - Lµm viÖc víi c¶ tÝn hiÖu 1 chiÒu vµ xoay chiÒu ë tÇn sè cao - C¸ch ®iÖn tèt ®Õn vµi KV - Tæng trë c¸ch ®iÖn cao - KÝch th−íc nhá (Dip) - Kh«ng cã c«ng t¾c nªn kh«ng bÞ n¶y - C«ng suÊt tiªu thô Ýt - Khi ng¾t ®iÖn hay dÉn ®iÖn ®Òu cã mét ®iÖn trë giíi h¹n (®iÖn trë kh«ng thÓ b»ng 0 hay ∞) - Dßng ®iÖn khi dÉn ®iÖn vµ dßng ®iÖn khi ng¾t ®iÖn ®Òu cã trÞ sè giíi h¹n - HÖ sè truyÒn ®¹t thÊp R¬ le - Lµm viÖc víi c«ng suÊt lín - Khi dÉn ®iÖn cã ®iÖn trë rÊt thÊp - Cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu mét chiÒu - C¸ch ®iÖn tèt - §¾t tiÒn v× m¸ r¬le lµm b»ng kim lo¹i quý - C«ng suÊt tiªu thô cao - VËt tèc lµm viÖc rÊt chËm - KÝch th−íc lín BiÕn thÕ xung - TruyÒn tÝn hiÖu víi vËn tèc cao - KÝch th−íc trung b×nh - Cã hÖ sè truyÒn ®¹t tèt - Kh«ng thÓ truyÒn tÝn hiÖu mét chiÒu hay xoay chiÒu ë tÇn sè thÊp. - §Õ c¸ch ®iÖn (cã tæng trë cao ) nªn rÊt ®¾t tiÒn IC ph¸t vµ nhËn tÝn hiÖu ®−êng dµi - Cã thÓ chÕ t¹o víi vËt liÖu b¸n dÉn, KÝch th−íc bÐ - TruyÒn tin víi vËn tèc cao - Cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu DC rÎ tiÒn - Tæng trë c¸ch ®iÖn bÐ - §iÖn thÕ ®¸nh thñng rÊt thÊp d−íi 30 KV B¶ng 8: Mét sè bé ghÐp quang dïng opto- triac B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 43 Ký hiÖu Tªn bé ghÐp quang §iÖn ¸p ®Çu ra (V) Dßng ®iÖn ®Çu ra (mA) dv/dt (V/μs) MOC3009 MOC3010 MOC3011 MOC3012 TIL3009 TIL3010 TIL3011 TIL3012 MOC3020 MOC3021 TIL3020 TIL3021 7500V PX 7500V PX 7500V PX 7500V PX 3535V PX 3535V PX 3535V PX 3535V PX 7500V PX 7500V PX 3535V PX 3535V PX 250 250 250 250 250 250 250 250 400 400 400 400 40 45 50 55 30 35 40 45 50 55 50 55 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 44 Ch−¬ng 2 Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu ba pha vµ ®éng c¬ ba pha 2.1 M¹ch ®iÖn ba pha 2.1.1 Dßng ®iÖn sin Dßng ®iÖn sin lµ dßng ®iÖn xoay chiÒu biÕn ®æi theo quy luËt hµm sin cña thêi gian. BiÓu thøc dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p: i= Imaxsin(ωt + Ψi) (2-1) u= Umaxsin(ωt + Ψu) Trong ®ã i, u lµ trÞ sè tøc thêi cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. Imax , Umax TrÞ sè cùc ®¹i biªn ®é cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p. (ωt + Ψi), (ωt + Ψu): lµ gãc pha gäi t¾t lµ pha cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p. Pha x¸c ®inh trÞ sè vµ chiÒu cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p ë thêi ®iÓm t. Ψi, Ψu Pha ban ®Çu cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. Pha ®Çu lµ pha ë thêi ®iÓm t=0. Phô thuéc vµo chän to¹ ®é thêi gian, pha ®Çu cã thÓ b»ng kh«ng ©m hoÆc d−¬ng. ω TÇn sè gãc cña dßng ®iÖn sin, ®¬n vÞ lµ rad/s. Chu k× T cña dßng ®iªn lµ kho¶ng thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó dßng ®iÖn lÆp l¹i trÞ sè vµ chiÒu biÕn thiªn, nghÜa lµ trong kho¶ng thêi gian T gãc pha biÕn ®æi mét l−îng: ωT = 2π. Sè chu k× cña dßng ®iÖn trong mét gi©y gäi lµ tÇn sè f. ω = 2πf (2- 2) 2.1.2 M¹ch ®iÖn ba pha M¹ch ®iÖn ba pha bao gåm nguån ®iÖn ba pha, ®−êng d©y truyÒn t¶i vµ c¸c phô t¶i ba pha. §Ó t¹o ra nguån ®iÖn ba pha ta dïng m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé ba pha. Cã cÊu t¹o gåm hai phÇn: PhÇn tÜnh (cßn gäi lµ stato) gåm cã lâi thÐp xÎ r·nh, B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 45 trong c¸c r·nh ®Æt 3 d©y quÊn AX, BY, CZ cã cung sè vßng d©y vµ lÖch nhau mét gãc 1200 trong kh«ng gian. Mçi d©y quÊn ®−îc gäi lµ mét pha. PhÇn quay (cßn gäi lµ roto) lµ nam ch©m ®iÖn N- S. Nguyªn lý lµm viÖc nh− sau: Khi quay r«to, tõ tr−êng sÏ lÇn l−ît quÐt c¸c d©y quÊn stato, vµ c¶m øng vµo d©y quÊn stato c¸c søc ®iÖn ®éng sin cïng biªn ®é, cïng tÇn sè vµ lÖch pha nhau mét gãc 1200. NÕu chän pha ®Çu cña søc ®iÖn eA cña d©y quÊn AX b»ng kh«ng th× biÓu thøc søc ®iÖn ®éng cña c¸c pha lÇn l−ît lµ: Pha A: eA= 2 Esinωt Pha B: eB= 2 Esin(ωt - 2 3 π ) (2- 3) Pha C: eC= 2 Esin(ωt + 2 3 π ) Nguån ®iÖn gåm ba søc ®iÖn ®éng sin cïng biªn ®é, cïng tÇn sè, lÖch nhau vÒ pha 2 3 π gäi lµ nguån ba pha ®èi xøng. H×nh 2.1: TrÞ sè tøc thêi søc ®iÖn ®éng ba pha 2.2 §éng c¬ ba pha 2.2.1 Kh¸i qu¸t vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé + CÊu t¹o vµ ®Æc ®iÓm. - CÊu t¹o PhÇn tÜnh (Stato): gåm vá m¸y, lâi s¾t vµ d©y quÊn. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 46 * Vá m¸y: th−êng lµm b»ng gang. §èi víi m¸y cã c«ng suÊt lín (trªn 1000kW), th−êng dïng thÐp tÊm hµn l¹i thµnh vá. Vá m¸y cã t¸c dông b¶o vÖ vµ cè ®Þnh c¸c chi tiÕt m¸y. * Lâi thÐp: §−îc lµm b»ng c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn dµy tõ 0.35mm ®Õn 0.5 mm ghÐp l¹i víi nhau. Lâi s¾t lµ phÇn dÉn tõ. V× tõ tr−êng ®i qua lâi s¾t lµ tõ tr−êng xoay chiÒu, nh»m gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn, mçi l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn ®Òu cã phñ líp s¬n c¸ch ®iÖn. MÆt trong cña lâi thÐp cã xÎ r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn. * D©y quÊn: D©y quÊn ®−îc ®Æt vµo trong r·nh cña lâi s¾t vµ c¸ch ®iÖn víi lâi s¾t nhê giÊy c¸ch ®iÖn. D©y quÊn stato gåm ba cuèn ®Æt lÖch nhau 1200 ®iÖn. PhÇn quay (R«to) * Trôc: Lµm b»ng thÐp, dïng ®Ó ®ì lâi s¾t roto. * Lâi s¾t: Gåm c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn gièng nh− ë phÇn stato. Lâi thÕp ®−îc Ðp trùc tiÕp lªn trôc. Bªn ngoµi lâi s¾t cã xÎ r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn. * D©y quÊn gåm hai lo¹i: lo¹i r«to d©y quÊn vµ lo¹i r«to kiÓu lång sãc. Lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn: D©y quÊn r«to gièng d©y quÊn ë stato vµ cã sè cùc b»ng sè cùc stato. C¸c ®éng c¬ c«ng suÊt trun trë lªn th−êng dïng d©y quÊn kiÓu sãng hai líp ®Ó gi¶m ®−îc nh÷ng ®Çu nèi d©y vµ kÕt cÊu d©y quÊn ®−îc chÆt chÏ h¬n. C¸c ®éng c¬ c«ng suÊt nhá th−êng dïng d©y quÊn ®ång t©m mét líp. D©y quÊn ba pha cña r«to th−êng ®Êu h×nh sao (Y). Ba ®Çu kia nèi vµo ba vßng tr−ît b»ng ®ång ®Æt cè ®Þnh ë ®Çu trôc. Th«ng qua chæi than vµ vßng tr−ît, ®−a ®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to nh»m c¶i thiÖn tÝnh n¨ng më m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é. Lo¹i r«to kiÓu lßng sãc: Lo¹i d©y quÊn nµy kh¸c víi d©y quÊn stato. Mçi r·nh cña lâi s¾t ®−îc ®Æt mét thanh dÉn b»ng ®ång hoÆc b»ng nh«m vµ ®−îc nèi t¾t l¹i ë hai ®Çu b»ng hai vßng ng¾n m¹ch lµm b»ng ®ång hoÆc nh«m, h×nh thµnh mét c¸i lång, ng−êi ®ã gäi lµ lång sãc. D©y quÊn r«to kiÓu lång sãc kh«ng cÇn c¸ch ®iÖn víi lâi s¾t. * Khe hë: Khe hë trong ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rÊt nhá (0.2mm ÷1mm). B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 47 - §Æc ®iÓm cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha * CÊu t¹o ®¬n gi¶n. * §Êu trùc tiÕp vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha. * Tèc ®é quay cña r«to nhá h¬n tèc ®é tõ tr−êng quay cña stato n< n1. Trong ®ã: n Tèc ®é quay cña r«to. n1 Tèc ®é quay tõ tr−êng quay cña stato (tèc ®é ®ång bé cña ®éng c¬) + Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé Khi nèi d©y quÊn stato vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha, trong ®éng c¬ sÏ sinh ra mét tõ tr−êng quay. Tõ tr−êng nµy sÏ quÐt qua c¸c thanh dÉn r«to, lµm c¶m øng lªn d©y quÊn r«to mét søc ®iÖn ®éng E2 sÏ sinh ra dßng ®iÖn I2 ch¹y trong d©y quÊn. ChiÒu cña søc ®iÖn ®éng vµ chiÒu cña dßng ®iÖn ®−îc x¸c ®Þnh theo quy luËt bµn tay ph¶i. H×nh 2.2: S¬ ®å nguyªn lý ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ChiÒu dßng ®iÖn ë nöa phÝa trªn r«to h−íng tõ trong ra ngoµi, cßn chiÒu dßng ®iÖn cña c¸c thanh dÉn ë nöa phÝa d−íi cña r«to h−íng tõ ngoµi vµo trong. Dßng ®iÖn I2 t¸c ®éng t−¬ng hç víi tõ tr−êng stato t¹o ra lùc ®iÖn tõ trªn d©y dÉn r«to vµ m«men quay lµm cho r«to quay víi tèc ®é n theo chiÒu tõ tr−êng quay. Tèc ®é quay cña r«to n lu«n nhá h¬n tèc ®é cña tõ tr−êng quay stato n1. cã sù chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a r«to vµ tõ tr−êng quay stato duy tr× ®−îc dßng ®iÖn I2 vµ m«men M. V× tèc ®é cña r«to kh¸c víi tèc ®é cña tõ tr−êng quay stato nªn gäi lµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. M n1 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 48 §Æc tr−ng cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha lµ hÖ sè tr−ît: 1 1 n nS n −= (2 -4) Trong ®ã: n lµ tèc ®é quay cña r«to f1 lµ tÇn sè cña dßng ®iÖn l−íi. P sè ®«i cùc. n1 tèc ®é quay cña tõ tr−êng quay 1 1 60 fn p = (2- 5) Khi tÇn sè cña m¹ng ®iÖn thay ®æi th× n1 thay ®æi lµm cho n thay ®æi theo. Khi më m¸y th× n= 0 vµ S= 1 gäi lµ ®é tr−ît më m¸y. Dßng ®iÖn trong d©y quÊn vµ tõ tr−êng quay t¸c dông lùc t−¬ng hç lªn nhau khi r«to chÞu t¸c dông cña momen M th× tõ tr−êng quay còng chÞu t¸c dông cña m«men M theo chiÒu ng−îc l¹i. Muèn cho tõ tr−êng quay víi tèc ®é n1 th× nã ph¶i nhËn mét c«ng suÊt ®−a vµo gäi lµ c«ng suÊt ®iÖn tõ. 12 ω 60 nπ= =ñt 1P M M (2 6)− Khi ®ã c«ng suÊt ®iÖn ®−a vµo: 1 3 cosP UI ϕ= (2- 7) Ngoµi thµnh phÇn c«ng suÊt ®iÖn tõ cßn cã tæn hao trªn ®iÖn trë d©y quÊn stato. ΔPd1= 3r1 2I1 2 (2- 8) Tæn hao s¾t: stP PΔ = Δ (2- 9) C«ng suÊt c¬ ë trôc lµ: , 2 2 60 nP M M πω= = (2- 10) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 49 C«ng suÊt c¬ nhá h¬n c«ng suÊt ®iÖn tõ v× cßn tæn hao trªn d©y quÊn r«to: P2= P®t - ΔPd2 (2-11) ΔPd2 = m2I2r2 (2- 12) Trong ®ã: m2 sè pha cña d©y quÊn r«to. V× P’2 < p®t do ®ã n < n1 c«ng suÊt c¬ cña P2 ®−a ra nhá h¬n P2 , v× cßn tæn hao do ma s¸t trªn trôc ®éng c¬ vµ tæn hao vµ tæn hao phô kh¸c: ' 2 2 c fP P P P= = Δ − Δ (2- 13) HiÖu suÊt cña ®éng c¬: 2 1 P P η = = (0,8÷ 0,9) (2- 14) + C¸c ®¹i l−îng vµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé - C¸c ®¹i l−îng HÖ sè tr−ît: §Ó biÓu thÞ møc ®é ®ång bé gi÷a tèc ®é quay cña r«to n vµ tèc ®é cña tõ tr−êng quay stato n1. ta cã : 1 1 n ns n −= (2- 15) Hay tÝnh theo phÇn tr¨m: 1 1 100%n ns n −= (2- 16) XÐt vÒ mÆt lý thuyÕt gi¸ trÞ S sÏ biÕn thiªn tõ 0 ®Õn 1 hoÆc tõ 0 ®Õn 100 o/o Trong ®ã: = 11 60fn p (2- 17) n= n1(1- s) (2- 18) Søc ®iÖn ®éng cña m¹ch r«to lóc ®øng yªn: 2 2 2 24,44 mE K f W φ= (2- 19) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 50 Trong ®ã: φm TrÞ sè cùc ®¹i cña tõ th«ng trong m¹ch K2 lµ hÖ sè d©y quÊn r«to cña ®éng c¬. f2 TÇn sè x¸c ®Þnh ë tèc ®é biÕn ®æi cña tõ th«ng quay qua cuén d©y, v× r«to ®øng yªn nªn: 1 2 60 pnf = (2- 20) f2 b»ng víi tÇn sè dßng ®iÖn ®−a vµo f1 -Khi roto quay: TÇn sè trong d©y quÊn r«to: 1 1 1 2 160 60 s n n n n n pf p n − −= = (2- 20) VËy f2s = s.f1 (2 -22) Søc ®iÖn ®éng trªn d©y quÊn r«to lóc ®ã lµ: E2s= 4,44f2sW2K2φm (2- 23) Víi f2s = s.f1 thÕ vµo (2- 20) Ta ®−îc: E2s= 4,44f1W2K2φms (2- 24) + −u nh−îc ®iÓm cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha - −u ®iÓm Trong c«ng nghiÖp hiÖn nay phÇn lín ®Òu sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha. V× nã tiÖn lîi h¬n, víi cÊu t¹o mÉu m· ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh h¹ so víi ®éng c¬ mét chiÒu Ngoµi ra ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha dïng trùc tiÕp víi l−íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha, kh«ng ph¶i tèn kÐm thªm c¸c bé biÕn ®æi. VËn hµnh tin cËy, gi¶m chi phÝ vËn hµnh, b¶o tr× söa ch÷a. - Nh−îc ®iÓm B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 51 Bªn c¹nh nh÷ng −u ®iÓm ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha cßn cã nh÷ng nh−îc ®iÓm sau: DÔ ph¸t nãng víi Stato, nhÊt lµ khi ®iÖn ¸p l−íi t¨ng vµ ®èi víi r«to khi ®iÖn ¸p l−íi gi¶m. Lµm gi¶m bít ®é tin cËy v× khe hë kh«ng khÝ nhá. Khi ®iÖn ¸p sôt xuèng th× m«men khëi ®éng vµ m«men cùc ®¹i gi¶m rÊt nhiÒu v× m«men tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p. 2.2.2 Kh¸i qu¸t vÒ ®éng c¬ ®ång bé + §Þnh nghÜa vµ c«ng dông Nh÷ng m¸y ®iÖn xoay chiÒu cã tèc ®é quay r«to n b»ng tèc ®é quay cña tõ tr−êng n1 gäi lµ m¸y ®iÖn ®ång bé. M¸y ®iÖn ®ång bé cã 2 d©y quÊn: d©y quÊn stato nèi víi l−íi ®iÖn cã tÇn sè f kh«ng ®æi, d©y quÊn r«to ®−îc kÝch thÝch b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu. ë chÕ ®é x¸c lËp m¸y ®iÖn ®ång bé cã tèc ®é quay r«to lu«n kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi. §éng c¬ ®ång bé ®−îc sö dông réng r·i trong nh÷ng truyÒn ®éng c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, cã yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é cao. §éng c¬ ®ång bé th−êng dïng cho m¸y b¬m, qu¹t giã, c¸c hÖ truyÒn ®éng cña nhµ m¸y luyÖn kim vµ còng th−êng ®−îc sö dông lµm ®éng c¬ s¬ cÊp trong c¸c tæ m¸y ph¸t - ®éng c¬ c«ng suÊt lín. −u ®iÓm cña ®éng c¬ ®ång bé lµ cã ®é æn ®Þnh tèc ®é cao, hÖ sè cosφ vµ hiÖu suÊt lín. M¹ch stato cña nã t−¬ng tù ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, m¹ch r«to cã cuén kÝch tõ vµ cuén d©y khëi ®éng. + C¸c ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ ®ång bé Khi ®ãng stato ®éng c¬ ®ång bé vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu cã tÊn sè f1 kh«ng ®æi, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc víi tèc ®é kh«ng ®æi lµ tèc ®é ®ång bé: ω= 2πf1p -1 (2- 25) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 52 Trong ph¹m vi m«men cho phÐp M≤ Mmax , ®Æc tÝnh c¬ lµ tuyÖt ®èi cøng, nghÜa lµ ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ β= ∞. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh: 2.5 ω ω1 0 Mmax M H×nh 2.5: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé Khi m«men v−ît qu¸ trÞ sè Mmax th× tèc ®é ®éng c¬ sÏ mÊt ®ång bé . Trong hÖ truyÒn ®éng dïng ®éng c¬ ®ång bé ng−êi ta cßng sö dông ®Æc tÝnh gãc: M= f(θ) §Æc tÝnh gãc biÓu diÔn quan hÖ gi÷a m«men cña ®éng c¬ víi gãc lÖnh cña vÐc t¬ ®iÖn ¸p pha l−íi ®iÖn vµ vect¬ søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong d©y quÊn stato do tõ tr−êng mét chiÒu r«to sinh ra. §Æc tÝnh M= f(θ) ®−îc x©y dùng b»ng c¸ch sö dông ®å thÞ vÐct¬ cña m¹ch stato víi gi¶ thiÕt bá qua ®iÖn trë R cña m¹ch stato. H×nh 2.6: §å thÞ vÐc t¬ cña m¹ch stato ®éng c¬ ®ång bé. Trªn ®å thÞ vÐct¬ H×nh 2.6: U1- ®iÖn ¸p pha l−íi (V) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 53 E - søc ®iÖn ®éng pha stato (V) I1- dßng ®iÖn stato (A) XS- ®iÖn kh¸ng pha stato b»ng tæng ®iÖn kh¸ng cuén d©y mét pha cña cuén stato: Xs = Xμ + X1, θ gãc lÖch pha gi÷a U vµ E φ - gãc lÖch pha gi÷a vÐct¬ ®iÖn ¸p U1 vµ dßng ®iÖn I1. Tõ ®å thÞ vÐct¬ ta cã: U1cosφ = Ecos(φ - θ) Theo tam gi¸c ABC: cos(φ - θ)= 1 sin s U I X θ Thay vµo ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc: U1cosφ = E 1 sin s U I X θ hay U1I1 cosφ = 1 sin s EU X θ U1I1 cosφ lµ c«ng suÊt mét pha cña ®éng c¬. VËy c«ng suÊt ba pha cña ®éng c¬ lµ: P = 3 1 sin s EU X θ (2- 26) Momen ®éng c¬: M= 1 P ω = 1 1 3 sin s EU X θω (2- 27) §©y lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ ®ång bé. Mét c¸ch gÇn ®óng ta thÊy ®Æc tÝnh gãc cã d¹ng h×nh sin biÓu diÔn trªn h×nh 2.7 H×nh 2.7: §Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ ®ång bé. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 54 Khi θ= π/2 ta cã biÓu ®å cùc ®¹i: Mmax= 1 1 3 s EU Xω (2- 28) Lóc nµy: M= Mmsinθ, Mm ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña ®éng c¬, khi t¶i t¨ng gãc lÖch θ, nÕu θ > π/2 th× m«men gi¶m. §éng c¬ ®ång bé th−êng lµm viÖc ®Þnh møc víi θ®m = 45 0. HÖ sè qu¸ t¶i vÒ m«men: λM = m M M ñt = 2÷ 2.5 Nh÷ng ®iÒu ph©n tÝch ë trªn chØ ®óng víi ®éng c¬ ®ång bé cùc Èn vµ m«men chØ xuÊt hiÖn khi cã kÝch tõ voµ r«to. Cßn víi ®éng c¬ ®ång béc cùc låi do sù ph©n bè khe hë kh«ng khÝ gi÷a r«to vµ stato kh«ng ®Òu nªn trong m¸y xuÊt hiÖn m«men ph¶n kh¸ng phô vµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh gãc cã d¹ng sau: M= 2 1 1 1 3 1 1sin sin 2 2d q d U E U X X X θ θω ⎡ ⎤⎛ ⎞+ −⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ (2- 29) Xq, Xd lµ ®iÖn kh¸ng däc trôc vµ ngang trôc. §−êng cong biÓu diÔn momen sÏ lµ tæng cña hai thµnh phÇn: M1= 1 3 sin d EU X θ , vµ M2= 2 1 1 3 1 1 sin 2 2 q d U X X θω ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ (2- 30) Trªn ®å thÞ ®Æc tÝnh gãc biÓu diÔn M1, M2 b»ng c¸c ®−êng nÐt ®øt. §èi víi m¸y cùc Èn Xq= Xd nªn M2= 0 vµ M= M1. Nh−ng th−êng M2 rÊt nhá nªn cã thÓ bá qua. Khi ®ã ®Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ cùc Èn vµ cùc låi nh− nhau. Ch−¬ng 3 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 55 ¶nh h−ëng cña nguån ®iÖn ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba pha 3.1 ¶nh h−ëng cña nguån ®Õn qu¸ tr×nh khëi ®éng cña ®éng c¬ ba pha ChÕ ®é ®éng c¬ lµ chÕ ®é ®−îc sö dông chñ yÕu cña c¸c m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. C¸c chÕ ®é kh¸c ®−îc dïng rÊt h¹n chÕ. Tªn gäi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ ®Ó nhÊn m¹nh r»ng c¸c m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ®−îc t¹o ra cã c¸c chØ tiªu, kÜ thuËt chØ ®¶m b¶o ë chÕ ®é ®éng c¬ tuy vÒ nguyªn t¾c nã cã thÓ lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é kh¸c. TÊt c¶ c¸c ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ph¶i tù më m¸y ®−îc nghÜa lµ tù lÊy ®µ ®−îc tõ tr¹ng th¸i ®øng yªn lªn tíi tèc ®é gãc gÇn tèc ®é ®ång bé sau khi th¾ng ®−îc m«men c¶n cña t¶i. Yªu cÇu ®ã ®èi víi ®Æc tÝnh më m¸y trong c¸c kiÓu ®éng c¬ kh«ng ®ång bé kh¸c nhau ®−îc ®Æt ra lµ kh¸c nhau. 3.1.1 ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p Ta cã ph−¬ng tr×nh m«men ®éng c¬: M= ( ) 2 ' 1 2 2' 2 2 1 1 2 3 nm U R S R S R S Xω ⎡ ⎤+ +⎢ ⎥⎣ ⎦ (3- 1) Víi Xnm: §iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch M: M«men c¶n cña ®éng c¬, M tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p nguån U1 2 vµ Mnm còng tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p nguån U1 2 Trong ®ã: Snm lµ ®é tr−ît ng¾n m¹ch Snm= ' 2 2 2 1 nm R R X+ (3- 2) Ta thÊy Snm kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p nguån U1 nªn khi ®iÖn ¸p nguån thay ®æi th× m«men M thay ®æi nh−ng ®é tr−ît S kh«ng thay ®æi. Do ®ã muèn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p nguån U1 ®Ó khëi ®éng ®éng c¬ th× chØ ®−îc ®iÒu chØnh trong ph¹m vi hÑp. 3.1.2 ¶nh h−ëng cña tÇn sè Khi më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha lång sãc th× hiÖu øng bÒ mÆt trong c¸c thanh dÉn sinh ra lóc b¾t ®Çu më m¸y lµ lóc tÇn sè dßng ®iÖn trong r«to: f2= sf1. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 56 Ta thÊy khi thay ®æi tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi f1 th× tÇn sè dßng ®iÖn trong r«to f2 còng thay ®æi theo tõ ®ã lµm thay ®æi ®Æc tÝnh më m¸y cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha r«to lång sãc. 3.1.3 ¶nh h−ëng cña mÊt pha. HiÖn t−îng mÊt pha lµ hiÖn t−îng nguån xoay chiÒu ba pha cÊp cho ®éng c¬ ba pha xoay chiÒu ba pha bÞ mÊt mét hoÆc hai pha trong ba pha. Khi mÊt pha th× søc ®iÖn ®éng sinh ra trong d©y quÊn cña ®éng c¬ lµ hÖ thèng søc ®iÖn ®éng kh«ng ®èi xøng, tõ tr−êng quay còng lµ tõ tr−êng kh«ng ®èi xøng. §©y lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn ®éng c¬ khëi ®éng rÊt nÆng nÒ, th−êng g©y ra nh÷ng tiÕng ån l¹ trong qu¸ tr×nh khëi ®éng cña ®éng c¬, khi khëi ®éng vµ khi qu¸ t¶i ®Òu g©y nãng ®éng c¬, nÕu thêi gian diÔn ra dµi cã thÓ g©y háng c¸ch ®iÖn vµ d©y quÊn ®éng c¬, ®éng c¬ sÏ bÞ háng nÆng nÒ. Trong tr−êng hîp kh¸c cã thÓ kh«ng khëi ®éng ®−îc ®éng c¬ do tõ tr−êng quay qu¸ yÕu kh«ng ®ñ ®Ó th¾ng momen c¶n cña ®éng c¬. 3.1.4 ¶nh h−ëng cña mÊt thø tù pha HiÖn t−îng mÊt thø tù pha lµ hiÖn t−îng hai trong ba pha cña nguån cung cÊp cho ®éng c¬ bÞ thay ®æi. Khi ®ã sÏ cã hiÖn t−îng lµ tõ th«ng trong ®éng c¬ ®æi chiÒu dÉn ®Õn ®éng c¬ quay theo chiÒu ng−îc l¹i. Ta thÊy ®éng c¬ khëi ®éng ®−îc nh−ng chiÒu quay bÞ ®æi ng−îc l¹i do hÖ thèng søc ®iÖn ®éng sinh ra hÖ thèng tõ tr−êng quay bÞ ®æi ng−îc l¹i. Tr−êng hîp nµy xÈy ra sÏ rÊt nguy hiÓm nÕu ®éng c¬ lµm viÖc ë c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng nh−: b¨ng t¶i, thang m¸y.... nã g©y ra nh÷ng t¸c h¹i c¶ vÒ con ng−êi lÉn tµi s¶n. Nh− vËy víi nh÷ng d©y truyÒn quan trong nh− vËy th× b¾t buéc khi mÊt thø tù pha th× ph¶i cã m¹ch b¶o vÖ c¾t ngay ®éng c¬ ra khái nguån. 3.1.5 ¶nh h−ëng cña nguån kh«ng ®èi xøng Khi nguån ba pha lµ kh«ng ®èi xøng th× khi cÊp nguån ®ã cho ®éng c¬ ba pha c¸c søc ®iÖn ®éng sinh ra trong d©y quÊn stato sÏ lµ hÖ thèng søc ®iÖn ®éng kh«ng ®èi xøng. Khi ®ã lùc t¸c dông t−¬ng hç tõ tr−êng quay vµ thanh dÉn mang dßng ®iÖn r«to sÏ ¶nh h−ëng ®Õn sù më m¸y cña ®éng c¬. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 57 Nh− vËy khi nguån ba pha kh«ng ®èi xøng cÊp cho ®éng c¬ th× c«ng suÊt nguån cÊp cho ®éng c¬ ®Ó më m¸y ph¶i lín h¬n nguån ®èi xøng mét l−îng nhÊt ®Þnh. L−îng nµy tuú thuéc vµo c«ng suÊt m¸y vµ chÕ ®é më m¸y cña ®éng c¬ (mang t¶i hoÆc kh«ng mang t¶i). 3.2 ¶nh h−ëng cña nguån ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba pha 3.2.1 ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p M«men cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p nguån. Do ®ã khi ®iÖn ¸p nguån thay ®æi th× dÉn ®Õn m«men cña ®éng c¬ còng thay ®æi theo. H×nh 3.1: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé khi gi¶m ®iÖn ¸p. Khi ®iÖn ¸p l−íi suy gi¶m th× m«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng lÇn ®é suy gi¶m cña ®iÖn ¸p. Trong khi ®ã tèc ®é ®ång bé ω1 vµ ®é tr−ît tíi h¹n sth lµ kh«ng thay ®æi. Ta cã ®Æc tÝnh c¬ khi ®iÖn ¸p l−íi gi¶m trªn h×nh 3.1 3.2.2 ¶nh h−ëng cña tÇn sè Tõ biÓu thøc: ω1= 1 2 f p π (3- 3) Víi ω1: tèc ®é ®ång bé B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 58 f1: tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi P: sè cÆp cùc Ta thÊy khi f1 thay ®æi th× sÏ lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ vµ tèc ®é tõ tr−êng quay. XÐt tr−êng hîp khi t¨ng tÇn sè f1> f1®m th× m«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m, tèc ®é ®éng c¬ gi¶m t−¬ng øng. XÐt tr−êng hîp khi gi¶m tÇn sè f1< f1®m th× dßng ®iÖn trong r«to ®éng c¬ sÏ t¨ng rÊt lín cã thÓ g©y qóa t¶i nÕu f1 gi¶m qu¸ nhiÒu. ω ω11 f11 f1> f1®m ω12 f12 ω1®m f1®m ω13 f13 f1< f1®m Mth M H×nh 3.2: §Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi tÇn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3.2.3 ¶nh h−ëng cña nguån kh«ng ®èi xøng ChÕ ®é lµm viÖc trong ®ã dßng ®iÖn trong c¸c pha stato hay r«to cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé kh«ng b»ng nhau gäi lµ chÕ ®é lµm viÖc kh«ng ®èi xøng. ChÕ ®é nµy th−êng do ®iÖn ¸p l−íi s¬ cÊp cung cÊp cho m¸y lµ kh«ng ®èi xøng. Chóng ta xÐt sù lµm viÖc cña chÕ ®é nµy: NÕu d©y quÊn stato ®−îc nèi h×nh sao trung tÝnh c¸ch ®iÖn th× thµnh phÇn thø tù kh«ng cña dßng ®iÖn kh«ng xuÊt hiÖn vµ hÖ thèng ®iÖn ¸p s¬ cÊp kh«ng ®èi xøng (Ua1, Ub1, Uc1) cã thÓ biÓu diÔn nh− lµ tæng c¸c thµnh phÇn thø tù thuËn(Ua11, Ub11, Uc11) vµ thø tù nghÞch (Ua12, Ub12, Uc12) nh− sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 59 Ua11= U11 = (Ua1+aUb1+a 2Uc1)/3 (3- 4) Ua12= U12 = (Ua1+a 2Ub1+aUc1)/3 (3- 5) Trong ®ã: Ua1, Ub1, Uc1: lµ c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng ®iÖn ¸p s¬ cÊp kh«ng ®èi xøng. Ua11: thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù thuËn cña pha A Ua12: thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù nghÞch cña pha A a: to¸n tö quay. a= ej2π/3 Lóc nµy ta cã thÓ biÓu diÔn dßng ®iÖn trong d©y quÊn stato nh− tæng c¸c dßng ®iÖn thø tù thuËn (ia11, ib11, ic11) vµ thø tù nghÞch (ia12, ib12, ic12) do hÖ thèng ®iÖn ¸p thø tù thuËn vµ thø tù nghÞch t¹o ra. Dßng ®iÖn thø tù thuËn ia11= i11 ë trong mét pha chÝnh cña stato cã thÓ t×m ®−îc nhê gi¶n ®å thay thÕ th«ng th−êng cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. R1+jX1 . I 11 . I 12 jX2 . 11U Z0 I01 ' 2R S H×nh 3.3: S¬ ®å thay thÕ cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé víi ®iÖn ¸p TTT R1+jX1 . I 11 . I 12 jX2 . 11U Z0 I01 ' 2R S H×nh2.4: S¬ ®å thay thÕ cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé víi ®iÖn ¸p TTN HÖ sè tr−ît cña r«to ®èi víi tõ tr−êng thø tù thuËn lµ: S1= 1 1 ω ω ω − (3- 7) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 60 Trong ®ã: ω1: tèc ®é gãc cña tõ tr−êng thø tù thuËn ω: tèc ®é gãc cña r«to Ta cã thÓ tÝnh ®−îc dßng ®iÖn thø tù thuËn i11 vµ dßng ®iÖn thø tù nghÞch i12 trong mét pha trong mét pha vµ t×m ®−îc dßng ®iÖn toµn phÇn trong mçi mét pha stato: ia1= i11+ i21 ib1= a 2i11+ ai21 (3- 8) ic1= ai11+ a 2i21 Trong ®ã: ia1, ib1, ic1 lµ c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng dßng ®iÖn s¬ cÊp kh«ng ®èi xøng. ia11 : thµnh phÇn dßng ®iÖn thø tù thuËn cña pha A ia12 : thµnh phÇn dßng ®iÖn thø tù nghÞch cña pha A ViÖc mÊt ®èi xøng cña c¸c dßng ®iÖn lµ do cã thªm thµnh phÇn dßng ®iÖn thø tù nghÞch. Khi ®ã m«men quay M, khi ®iÖn ¸p nguån mÊt ®èi xøng céng tõ m«men quay M1 do thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù thuËn vµ m«men quay M2 do thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù nghÞch g©y ra: M= M1 + M2 (3- 9) Trong ®ã: M: M«men quay ®iÖn ¸p nguån mÊt ®èi xøng M1: M«men quay thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù thuËn M2: M«men quay thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù nghÞch Tõ (3- 9) ë chÕ ®é lµm viÖc nguån kh«ng ®èi xøng th× m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµm viÖc nÆng nÒ h¬n. V× vËy nh÷ng yªu cÇu vÒ møc ®é ®èi xøng cña ®iÖn ¸p trong l−íi cung cÊp cho m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµ rÊt cao. 3.2.4 ¶nh h−ëng cña nguån khi mÊt thø tù pha vµ mÊt pha B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 61 Nguån ®iÖn xoay chiÒu ba pha cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng mÊt thø tù pha vµ mÊt pha. + HiÖn t−îng mÊt thø tù pha Khi ®éng c¬ ®ang lµm viÖc b×nh th−êng mµ x¶y ra mÊt thø tù pha th× ®éng c¬ sÏ ®¶o chiÒu quay, quay theo chiÒu ng−îc l¹i. Trong thùc tÕ th× hiÖn t−îng mÊt thø tù pha cã thÓ x¶y ra v« t×nh hay h÷u ý. V« t×nh lµ do c«ng nh©n kÜ thuËt thao t¸c nhÇm khi nèi nguån cÊp cho ®éng c¬, hoÆc thø tù hai trong ba pha cña nguån bÞ nèi sai. H÷u ý lµ do chñ ý cña ng−êi vËn hµnh muèn thay ®æi hai trong ba pha ®Ó ®éng c¬ quay theo chiÒu ng−îc l¹i. HiÖn t−îng mÊt thø tù pha cã thÓ khèng chÕ b»ng tay hay tù ®éng nhê hÖ thèng khëi ®éng tõ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ quay theo chiÒu phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ. + HiÖn t−îng mÊt pha Khi x¶y ra hiÖn t−îng nµy th× ®éng c¬ vÉn quay theo chiÒu cò. Khi mÊt mét hoÆc hai pha trong ba pha th× ®éng c¬ vÉn quay nh−ng lóc nµy chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ t−¬ng tù nh− chÕ ®é lµm viÖc kh«ng cã nguån ®èi xøng. Nh−ng trong tr−êng hîp mÊt pha ®éng c¬ lµm viÖc nÆng nÒ h¬n nhiÒu, cã hiÖn t−îng nãng ph¸t nhiÖt, tiÕng kªu kh¸c th−êng do tõ tr−êng quay cña mét hoÆc hai pha trong ba pha d©y quÊn stato cña ®éng c¬. Ch−¬ng 4 mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬ ba pha 4.1 b¶o vÖ ng¾n m¹ch Ng¾n m¹ch lµ hiÖn t−îng c¸c pha chËp nhau (®èi víi m¹ng trung tÝnh c¸ch ®iÖn víi ®Êt) hoÆc lµ hiÖn t−îng c¸c pha chËp nhau vµ ch¹m ®Êt (®èi víi m¹ng trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®©t). Nãi c¸ch kh¸c ®ã lµ hiÖn t−îng bÞ nèi t¾t qua mét tæng trë rÊt nhá cã thÓ xem nh− b»ng kh«ng. Khi ng¾n m¹ch tæng trë cña hÖ thèng bÞ gi¶m xuèng vµ tuú theo vÞ trÝ ®iÓm ng¾n m¹ch xa hay gÇn nguån cung cÊp mµ tæng trë hÖ thèng gi¶m xuèng Ýt hay nhiÒu. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 62 Khi ng¾n m¹ch, trong m¹ng ®iÖn xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh qu¸ ®é nghÜa lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Òu thay ®æi, dßng ®iÖn t¨ng lªn rÊt nhiÒu so víi lóc lµm viÖc b×nh th−êng. Song song víi sù biÕn thiªn vÒ dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p trong m¹ng còng gi¶m xuèng. Møc ®é gi¶m ®iÖn ¸p nhiÒu hay Ýt lµ tuú thuéc vµo vÞ trÝ ®iÓm ng¾n m¹ch so víi nguån cung cÊp. Thêi gian ®iÖn ¸p gi¶m xuèng x¸c ®Þnh b»ng thêi gian t¸c ®éng cña r¬le b¶o vÖ vµ cña m¸y c¾t ®iÖn ®Æt gÇn ®iÓm ng¾n m¹ch nhÊt. Trong thùc tÕ ta th−êng gÆp c¸c d¹ng ng¾n m¹ch sau: ng¾n m¹ch ba pha, hai pha, mét pha vµ hai pha ch¹m ®Êt. ThiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch ta cã thÓ sö dông lµ c¸c cÇu ch¶y, r¬le, ¸pt«mat.... ë ®©y chóng t«i xin giíi thiÖu thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch dïng cÇu ch¶y. CÇu ch¶y lµ mét lo¹i khÝ cô dïng ®Ó b¶o vÖ thiÕt bÞ ®iÖn vµ l−íi ®iÖn tr¸nh khái dßng ®iÖn ng¾n m¹ch (hay cßn gäi lµ ®o¶n m¹ch, chËp m¹ch). Bé phËn c¬ b¶n cña cÇu ch¶y lµ d©y ch¶y. D©y ch¶y th−êng lµm b»ng c¸c chÊt cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp. Víi nh÷ng d©y ch¶y trong m¹ch cã dßng ®iÖn lµm viÖc lín, cã thÓ lµm b»ng c¸c chÊt cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao, nh−ng thiÕt diÖn nhá thÝch hîp. Do vËy d©y ch¶y th−êng lµ d©y ch× thiÕt diÖn trßn hoÆc b»ng c¸c l¸ ch×, kÏm, hîp kim ch× thiÕc, nh«m hay ®ång ®−îc dËp. D©y ch¶y ®−îc kÑp chÆt b»ng vÝt vµo ®Õ cÇu ch¶y. CÇu ch¶y th−êng cã n¾p c¸ch ®iÖn ®Ó tr¸nh hå quang b¾n ra xung quanh khi d©y ch¶y ®øt. §Æc tÝnh c¬ b¶n cña d©y ch¶y lµ sù phô thuéc cña thêi gian ch¶y ®øt d©y ch¶y theo dßng ®iÖn ch¹y qua nã. H×nh: 4.1 t(s) 3 2 L K 1 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 63 0 I®m Igh I(A) H×nh 4.1: §Æc tÝnh A- s cña d©y ch¶y §Æc tÝnh nµy cßn gäi lµ ®Æc tÝnh thêi gian- dßng ®iÖn A- s (®−êng 1 h×nh 1). Dßng ®iÖn qua d©y ch¶y cµng lín, thêi gian ch¶y ®øt cµng nhá. §Ó cÇu ch¶y b¶o vÖ ®−îc ®èi t−îng cÇn b¶o vÖ víi mét dßng ®iÖn nµo ®ã trong m¹ch, d©y ch¶y ph¶i ®øt tr−íc khi ®èi t−îng bÞ ph¸ huû. Nãi c¸ch kh¸c , ®−êng ®Æc tÝnh A- s cña d©y ch¶y ph¶i n»m d−íi ®Æc tÝnh cña ®èi t−îng cÇn b¶o vÖ (®−êng 2 h×nh 1). Thùc tÕ th× d©y ch¶y th−êng cã ®Æc tÝnh nh− ®−êng 3. Nh− vËy trong miÒn qua t¶i lín (K∞ ), ®−êng 3 thÊp h¬n ®−êng 2: cÇu ch¶y b¶o vÖ ®−îc ®èi t−îng. Trong miÒn qu¸ t¶i nhá (®o¹n LK), cÇu ch¶y kh«ng b¶o vÖ ®−îc ®èi t−îng. Tr−êng hîp nµy, dßng qu¸ t¶i nhá, sù ph¸t nãng cña d©y ch¶y to¶ ra m«i tr−êng xung quanh lµ chñ yÕu nªn kh«ng ®ñ lµm ch¶y d©y. TrÞ sè dßng ®iÖn mµ d©y ch¶y bÞ ch¶y ®øt ®−îc gäi lµ dßng ®iÖn giíi h¹n. Râ rµng cÇn cã Igh> I®m ®Ó d©y ch¶y kh«ng bÞ ®øt khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ®Þnh møc. Th«ng th−êng ®èi víi d©y ch¶y ch× th×: Igh/I®m = 1.25 ÷ 1.45 C¸c cÇu ch¶y sö dông trong kü thuËt cã nhiÒu d¹ng, kiÓu kh¸c nhau nh−ng nguyªn lý lµm viÖc hoµn toµn gièng nhau, h×nh: 4.2 lµ ký hiÖu cÇu ch¶y trªn s¬ ®å ®iÖn. H×nh 4.2: Ký hiÖu cÇu ch¶y 4.2 b¶o vÖ b»ng ¸p t« m¸t ¸p t« m¸t lµ khÝ cô ®iÖn ®ãng m¹ch b»ng tay vµ c¾t m¹ch tù ®éng khi cã sù cè nh−: qu¸ t¶i, ng¾n m¹ch, sôt ¸p.... Nã ®−îc sö dông réng r·i trong viÖc b¶o vÖ ®éng c¬ ®iÖn ¸p d−íi 1000 V. Trong thùc tÕ th−êng thÊy nh÷ng lo¹i sau ®©y: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 64 - Lo¹i 2 cùc, lo¹i 3 cùc. - Lo¹i b¶o vÖ ng¾n m¹ch, lo¹i b¶o vÖ qu¸ t¶i, lo¹i b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cã kÕt hîp b¶o vÖ thÊp ¸p vµ lo¹i liªn hîp b¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i. - Lo¹i ®ãng b»ng tay, lo¹i ®ãng b»ng nam ch©m ®iÖn, lo¹i ®ãng b»ng m«t¬ ®iÖn. §Ó b¶o vÖ ®éng c¬ ba pha ng−êi ta sö dông lo¹i ¸p t« m¸t 3 cùc. S¬ ®å nguyªn lý H×nh 4.3 cña ¸p t« m¸t 3 cùc cã bé phËn c¾t qóa t¶i, ng¾n m¹ch vµ ®iÖn ¸p thÊp. H×nh 4.3: S¬ ®å nguyªn lý cña ap t« m¸t ba pha Khi nguån ho¹t ®éng b×nh th−êng ¸p t« m¸t ®ang ë vÞ trÝ ®ãng, cÇn 5 cã mãc cµi chÆt víi mãc cña cÇn 15 nhê lùc kÐo xuèng phÝa d−íi cña lß xo 14. Khi qu¸ t¶i, ng¾n m¹ch th× dßng ®iÖn trong m¹ch ¸p t« m¸t t¨ng lªn lµm lùc hót cña cuén d©y ®iÖn tõ 10 hoÆc 12. Khi lùc hót nµy th¾ng lùc kÐo cña lß xo 11 hoÆc 13 th× c¸n 4 bÞ hót vµo lâi thÐp cña cuén d©y, lóc nµy vÊu 3 sÏ ®Ëp vµo cÇn 5, lµm cÇn 5 n©ng lªn phÝa trªn, th¶ tù do cho cÇn 15, d−íi t¸c dông cña c¸c lß xo c¸c tiÕp ®iÓm cña ¸p t« m¸t lµm c¾t m¹ch. NÕu ®iÖn ¸p trong m¹ch cuén d©y 9 bÞ gi¶m thÊp qu¸ møc quy ®Þnh hoÆc mÊt ®iÖn th× ¸p t« m¸t còng c¾t m¹ch vµ cuén d©y 9 mÊt lùc hót lµm th¶ cÇn 7 vµ d−íi t¸c dông cña lß xo 8 vµ vÊu 6 ®Ëp vµo cÇn 5 lµm nh¶ chèt cÇn 15. Trong m¹ch cuén d©y ®iÖn ¸p thÊp 9 cã m¾c nèi tiÕp mét tiÕp ®iÓm phô B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 65 th−êng më 17 vµ ®iÖn trë phô 16 ®Ó c¾t tõ xa nh÷ng ¸p t« m¸t kh«ng cã bé phËn b¶o vÖ qu¸ t¶i. ¸p t« m¸t cã thÓ ®ãng b¨ng tay nhê c¬ cÊu tay ®ßn hoÆc tõ xa nhê c¬ cÊu ®iÖn tõ. Dï lµ c¬ cÊu truyÒn ®éng nµo còng cã kh¶ n¨ng c¾t ¸p t« m¸t c¶ ë thêi ®iÓm ®ang ®ãng, nhê ®ã mµ ¸p t« m¸t b¶o vÖ ®éng c¬ mét c¸ch ch¾c ch¾n vµ an toµn cho ng−êi vËn hµnh khi ®ang thao t¸c. Tuy nhiªn ta thÊy c¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬ b»ng cÇu ch× vµ ¸p t« m¸t chØ b¶o vÖ ®−îc cho ®éng c¬ trong mét sè tr−êng hîp nhÊt ®Þnh. Ta thö t−ëng t−îng xem gi¶ sö nh− b©y giê mét d©y truyÒn trén xi m¨ng ®ang ho¹t ®éng b×nh th−êng bçng x¶y ra sù cè ®¶o pha, lóc ®ã c¸c ®éng c¬ sÏ quay ng−îc l¹i lµm cho qu¸ tr×nh trén nguyªn vËt liÖu sÏ ®¶o ng−îc l¹i g©y hËu qu¶ rÊt nghiªm träng vÒ mÆt kinh tÕ cã khi cßn lµm h¹i tÝnh m¹ng cña con ng−êi. HoÆc trong c¸c cÇu thang m¸y, c¸c d©y truyÒn s¶n xuÊt kh¸c còng g©y ra c¸c hËu qu¶ t−¬ng tù. Râ rµng trong nh÷ng tr−êng hîp nguån bÞ mÊt pha hoÆc thø tù pha bÞ thay ®æi th× c¸c phÇn tö trªn rÊt khã b¶o vÖ, h¬n n÷a nÕu cã thiÕt kÕ ®−îc m¹ch b¶o vÖ th× rÊt tèn kÐm vÒ mÆt kinh tÕ so víi dïng c¸c kinh kiÖn b¸n dÉn c«ng suÊt. VÒ møc ®é an toµn còng nh− tin cËy lµ rÊt cao v× m¹ch b¶o vÖ sö dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn. H¬n n÷a trong mét sè m«i tr−êng lµm viÖc nh− cã ®é Èm hoÆc nhiÕt ®é cao th× c¸c cÇu ch× vµ ¸p t« m¸t cã nhiÒu h¹n chÕ. Nh− vËy ta thÊy m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt cã mét ý nghÜa thùc tÕ rÊt s©u s¾c vµ thiÕt thùc. 4.3 b¶o vÖ thÊp ¸p, qu¸ ¸p vµ mÊt ®èi xøng 4.3.1 S¬ ®å nguyªn lý (H×nh 4.4) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 66 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 67 4.3.2 Nguyªn lý ho¹t ®éng + M¹ch b¶o vÖ gåm: C¸c tô C0 t¹o thµnh bé läc thø tù kh«ng. BiÕn ¸p BA1 vµ cÇu chØnh l−u CL1 t¹o thµnh nguån nu«i. C¸c tô C0 t¹o thµnh bé läc ¸p thø tù kh«ng. BiÕn ¸p BA1 vµ cÇu chØnh l−u CL1 t¹o thµnh nguån nu«i. C¸c biÕn ¸p BA2 ÷ BA5 vµ cÇu chØnh l−u CL2 ÷ CL5 t¹o ra ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn mét chiÒu. C1 ÷ C8 lµ c¸c tô läc R5, R6, R11, R17 vµ R18 lµ c¸c biÕn trë dïng ®Ó ®Æt lªn mét cùc cña bé so s¸nh. § ®i«t æn ¸p lo¹i zener, t¹o ra ®iÖn ¸p chuÈn Uc= 1÷ 35 V; Ur= 12V R1, R2: C¸c ®iÖn trë ph©n ¸p. T1÷ T8 lµ c¸c tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng më b·o hoµ. D1 ÷ D7 kh«ng cho ®iÖn ¸p ©m ®Æt lªn c¸c tranzito t−¬ng øng. D8 b¶o vÖ m¹ch r¬le trong qu¸ tr×nh ®ãng më. Bé läc ¸p thø tù kh«ng: Dïng ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn thø tù kh«ng xuÊt hiÖn khi ng¾n m¹ch mét pha hoÆc hai pha víi ®Êt, ®øt mét pha, hai pha hoÆc c¸c chÕ ®é kh«ng ®èi xøng cña m¹ng ®iÖn. Thµnh phÇn ®iÖn ¸p thø tù kh«ng trong hÖ thèng ba pha ®èi xøng: . . . . . 0 1 ( ) 3 A B CU U U U= + + (4- 1) HÖ sè biÕn ®æi cña bé läc b»ng 1: K= Ura/U0= 1 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 68 BiÓu diÔn c¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p d−íi d¹ng vÐc t¬. UA UA UCA UAB UAB O’ O O UC UB UB H×nh 4.5 a) Khi ®èi xøng b) Khi mÊt ®èi xøng Khi ®èi xøng th× : . . . . 0A B CU U U+ + = tõ ®©y U0= 0 Khi mÊt ®èi xøng (pha C) U0= 1 3 ( . . A BU U+ ) (4-2) Tõ h×nh 4.5b ta thÊy ®iÓm trung tÝnh cña bé läc lÖch ®i ë vÞ trÝ O’ lµ ®iÓm gi÷a cña UAB. Khi ®ã ®iÖn ¸p cña bé läc so víi ®iÓm trung tÝnh lµm viÖc lµ: ' . . ra ooU U= + Nguyªn t¾c ho¹t ®éng §iÖn ¸p chuÈn Uc=3V Nhê IC 7812 vµ ®i«t zener nªn ®iÖn ¸p chuÈn UC kh«ng thay ®æi khi ®iÖn ¸p ë biÕn ¸p nguån BA1 biÕn thiªn. C¸c pha A, B, C ®Òu cã m¹ch b¶o vÖ nh− nhau nªn ta chØ cÇn xÐt víi mét pha bÊt kú. Ch¼ng h¹n pha A. - ë chÕ ®é b×nh th−êng §iÖn ¸p c¸c pha UA, UB, UC lµ ®èi xøng nhau vµ b»ng 220V. Khi ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé läc cung cÊp cho biÕn ¸p BA2 b»ng 0 lµm cho ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trªn cùc kh«ng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n KTT1 còng b»ng 0 vµ nhá h¬n ®iÖn ¸p chuÈn ®Æt vµo cùc ®¶o. Do ®ã ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 69 to¸n KTT1 ë møc thÊp. §ièt D1 ng¨n kh«ng cho ®iÖn ¸p ©m xuÊt hiÖn trªn cùc B cña ®Ìn T2 , UBE = 0 ®Ìn T2 bÞ kho¸. §iÖn ¸p qua BA3 b»ng 5,5V, qua chiÕt ¸p R5 vµo cùc kh«ng ®¶o cña KTT2 lµ Ua2= 2,7V < 3V = UC vµ lµm cho ®iÖn ¸p ra b·o hoµ ©m. ChiÕt ¸p R6 ®· ®−îc ®iÒu chØnh ph©n ¸p cho cùc ®¶o cña KTT3 lµ Ua3 =3,5V>3V=Uc do ®ã Ur3 còng b·o hßa ©m. C¸c ®ièt D2, D3 ng¨n ®iÖn ¸p ©m ®Æt lªn cùc B cña ®Ìn T3, T4. ë tr¹ng th¸i nµy UBE = 0 ®Ìn T3, T4 bÞ khãa. R¬ le trung gian ë tr¹ng th¸i ®ãng v× vËy ë tr¹ng th¸i b×nh th−êng ®Ìn T1 th«ng, m¹ch kÝn. Cho phÐp t¶i ho¹t ®éng b×nh th−êng. - ë chÕ ®é mÊt 1 pha Khi mÊt bÊt kú 1 pha trong 3 pha th× ®Çu ra cña bé läc thø tù kh«ng xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p 110V. Qua BA2, CL2 vµ biÕn trë R23 vµo cùc kh«ng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ Ua1 = 3,6V > 3V = Uc lªn ®iÖn ¸p ®Çu ra cña KTT1 ë møc cao, ®Ìn T2 ®−îc ®Æt mét thiªn ¸p thuËn nªn T2 th«ng b·o hßa nªn T2 th«ng b·o hßa ®Ìn T1 khãa, v× T1 khãa nªn r¬le kh«ng cã dßng ch¹y qua lµm cho tiÕp ®iÓm th−êng ®ãng nh¶ ra, t¶i ®−îc ng¾t ra khái l−íi. Khi mÊt 2 pha lóc nµy ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé läc thø tù kh«ng lµ 220V. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Æt lªn cùc kh«ng ®¶o Ua1 =7V > 3V =Uc. Nguyªn lý chÊp hµnh tiÕp theo cña m¹ch t−¬ng tù nh− trong tr−êng hîp mÊt mét pha. - ChÕ ®é qu¸ ¸p vµ thÊp ¸p Ta biÕt r»ng trong m¹ng ®iÖn n«ng nghiÖp ®iÖn ¸p cung cÊp cho c¸c hé tiªu thô ®iÖn cho phÐp thay ®æi trong kho¶ng ±10% ®iÖn ¸p ®Þnh møc. Víi U®m= 220 V th× Umaxcp≈ 240 V vµ Umincp≈ 198 V V× thÕ trong phÇn nµy, ng−êi ta chän ®iÖn ¸p cao vµ thÊp ®Ó lµm c¬ së cho viÖc tÝnh to¸n m¹ch b¶o vÖ: Umax≈ 240 V vµ Umincp≈ 198V Kho¶ng ®iÖn ¸p cho phÐp nµy cßn ®−îc më réng tuú thuéc vµo yªu cÇu vµ c¸c tÝnh chÊt cña thiÕt bÞ cÇn ®−îc b¶o vÖ nhê c¸c biÕn trë. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 70 Gi¶ sö ®iÖn ¸p pha A v−ît qu¸ gi¸ trÞ 240V. Qua biÕn ¸p BA3, cÇu chØnh l−u CL3 vµ biÕn trë R5 cùc kh«ng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n KTT2 ®−îc cung cÊp ®iÖn ¸p lµ Ua2> 3V (®iÖn ¸p chuÈn UC). Do ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña KTT b·o hoµ d−¬ng. R¬le còng chÊp hµnh t−¬ng tù nh− trong tr−êng hîp mÊt pha. Khi ®iÖn ¸p pha A nhá h¬n 198V= Umincp . Khi ®ã ®iÖn ¸p mét chiÒu qua biÕn trë ®· ®−îc chØnh ®Þnh R6 ®Æt lªn cùc cùc ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n KTT3 nhá h¬n ®iÖn ¸p chuÈn: Ua3< UC, do ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña KTT3 lµ Ur3 b·o hoµ d−¬ng ®Ìn T4 th«ng b·o hoµ vµ r¬le chÊp hµnh nh− trong tr−êng hîp mÊt pha. ë s¬ ®å nèi thiÕt bÞ víi ®éng c¬. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: ë thêi ®iÓm ban ®Çu c¸c c«ng t¾c ®Òu ë vÞ trÝ më. Ta ®ãng cÇu dao CD, sau ®ã ®ãng tiÕp c¸c c«ng t¾c CT1, CT2, CT3, c¸c ®Ìn ë trong m¹ch sÏ s¸ng. R¬le RL cã ®iÖn ®ãng tiÕp ®iÓm th−êng më cña nã lµ RL. Lóc nµy c«ng t¾c CT4 vÉn më, khëi ®éng tõ hë m¹ch lµm cho tiÕp ®iÓm K trªn m¹ch ®éng c¬ ë tr¹ng th¸i më. §éng c¬ ch−a cã ®iÖn. Khi ®ãng c«ng t¾c CT4 khëi ®éng tõ cã ®iÖn, ®ãng c¸c tiÕp ®iÓm K, nèi kÝn m¹ch cho ®éng c¬. §éng c¬ ho¹t ®éng ë tr¹ng th¸i b×nh th−êng. Khi x¶y ra sù cè nh− mÊt pha, thÊp ¸p hoÆc qu¸ ¸p th× r¬le RL sÏ t¸c ®éng lµm më tiÕp ®iÓm RL, Khëi ®éng tõ mÊt ®iÖn sÏ lµm nh¶ c¸c tiÕp ®iÓm K. §ång thêi ®éng c¬ ®−îc ng¾t khái l−íi ®iÖn, ®¶m b¶o an toµn cho toµn bé d©y truyÒn s¶n xuÊt còng nh− ®éng c¬. Ta thÊy r»ng m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ nµy cã h¹n chÕ ®ã lµ khã ®iÒu khiÓn c¸c biÕn trë mét c¸ch chÝnh x¸c sau mét thêi gian m¹ch ho¹t ®éng. Trong m¹ch vÉn cßn sö dông mét sè tiÕp ®iÓm b»ng r¬ le, ®iÒu nµy cã h¹n chÕ khi m¹ch b¶o vÖ ph¶i ®Æt trong m«i tr−êng cã ®é ch¸y næ cao. H¬n n÷a trong mét sè tr−êng hîp m¹ch ho¹t ®éng kh«ng chÝnh x¸c. V× vËy chóng t«i xin giíi thiÖu m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 71 4.3 nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt 4.3.1 Yªu cÇu cña m¹ch b¶o vÖ Ng¾n m¹ch nhiÒu pha trong cuén d©y phÇn tÜnh lµ d¹ng h− háng c¬ b¶n cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé, nã cã thÓ lµm háng ®éng c¬, lµm tôt ¸p trong m¹ch ®iÖn vµ ¶nh h−ëng ®Õn c«ng t¸c cña ®éng c¬ kh¸c. Ta cã thÓ sö dông cÇu ch¶y hoÆc ¸p t« m¸t ®Ó b¶o vÖ cho ®éng c¬. Ta thÊy r»ng cÇu ch¶y, ¸p t« m¸t chØ b¶o vÖ ®−îc ng¾n m¹ch, thÊp ¸p hoÆc qu¸ ¸p cßn khi x¶y ra hiÖn t−îng ®¶o pha hoÆc mÊt thø tù pha th× chóng kh«ng b¶o vÖ ®−îc. Do ®ã nhÊt thiÕt trong c¸c d©y truyÒn s¶n xuÊt ta ph¶i cã thiÕt bÞ b¶o vÖ mÊt pha vµ ®¶o pha. V× khi x¶y ra 2 hiÖn t−îng trªn th× hËu qu¶ rÊt nghiªm träng. H¬n n÷a trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®Æc biÖt nh−: thang m¸y, b¨ng t¶i, cÇn trôc khi x¶y ra sù cè mµ kh«ng cã m¹ch b¶o vÖ th× hËu qu¶ thËt kh«ng thÓ l−êng tr−íc ®−îc. Tõ ®ã viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ chèng mÊt pha vµ mÊt thø tù pha vµ c¸c d¹ng b¶o vÖ kh¸c lµ ®Æc biÖt quan träng. VËy ®Ò tµi “ Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt” mµ ë ®©y lµ nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ chèng mÊt pha vµ mÊt thø tù pha cho ®éng c¬ ba pha mang tÝnh thùc tÕ s©u s¾c vµ thùc sù cÇn thiÕt. 4.3.2 NhiÖm vô cña m¹ch b¶o vÖ Trong thùc tÕ vËn hµnh ®éng c¬ phôc vô cho s¶n xuÊt th× m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. M¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ cã nhiÖm vô ph¸t hiÖn kÞp thêi, b¸o tÝn hiÖu cã sù cè (b»ng cßi, ®Ìn b¸o...) , c¾t ®éng c¬ ra khái nguån nÕu cã sù cè. Yªu cÇu: T¸c ®éng tin cËy §é chÝnh x¸c cao T¸c ®éng nhanh, cã chän läc §¬n gi¶n gän nhÑ, dÔ vËn hµnh, dÔ söa ch÷a, ®é bÒn cao. 4.3.3 M¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 72 §èi t-îng BiÕn ®æi Tæng hîp KhuÕch ®¹i Kh©u chÊp hµnh +S¬ ®å khèi + S¬ ®å nguyªn lý H×nh: 4.6 + Nguyªn t¾c ho¹t ®éng B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 73 - Khi nguån ho¹t ®éng b×nh th−êng (cã c¶ ba pha theo ®óng thø tù A, B, C) TÝn hiÖu ®−îc lÊy trùc tiÕp tõ c¸c pha cña nguån xoay chiÒu ba pha cã Ud= 380V; Up= 220V. §éng c¬ ®−îc cÊp ®iÖn tõ nguån ba pha qua mét cÇu dao ba pha ®−îc ®iÒu khiÓn bëi m¹ch b¶o vÖ ®iÖn tö. Trong s¬ ®å nµy, c¸c ®i«t D1, ®iÖn trë R1 vµ ®iÖn trë æn ¸p Dz1 cña pha A t¹o thµnh m¹ch chØnh l−u vµ ghim ®iÖn ¸p. Trªn ®Çu vµo 2 cña phÇn tö NAND N1A (øng víi nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p pha A) sÏ cã xung víi biªn ®é 12V vµ ®é réng xung b»ng nöa ®iÖn ¸p nguån. C¸c phÇn tö t−¬ng øng cña pha B vµ pha C còng t¹o nªn c¸c xung t−¬ng tù pha A nh−ng lÖch pha nhau 1/3 chu kú (t−¬ng øng víi gãc pha lµ 1200). Tæ hîp cña c¸c phÇn tö N1A, m¹ch t¹o xung C1R4, phÇn tö NOT K1A vµ K4A t¹o nªn mét tÝn hiÖu øng víi s−ên ©m cña xung bëi m¹ch chØnh l−u, ghim pha A cã biªn ®é b»ng 12V vµ ®é réng xung chØ phô thuéc vµo tham sè cña m¹ch tÝch ph©n ®−a vµo ®Çu vµo mét cña m¹ch AND V1A. TÝn hiÖu nµy ®−îc tæ hîp víi tÝn hiÖu xung 12V ®é réng xung T/2 øng víi nöa chu kú d−¬ng cña pha B. Trªn ®Çu ra cña V1A sÏ cã mét tÝn hiÖu gièng nh− trªn ®Çu vµo 1cña nã nÕu nguån ®ñ pha vµ c¸c pha cña nguån ®óng thø tù ®Þnh tr−íc. Qu¸ tr×nh diÔn ra t−¬ng tù ë pha B vµ pha C nh−ng kho¶ng thêi gian lÇn l−ît chËm sau 1/3 chu kú tÝnh tõ pha A. LÇn l−ît c¸c ®Çu ra cña m¹ch AND N2A, N3A sÏ cã xung ra ë møc cao, c¸c xung lÖch pha nhau vÒ thêi gian lµ 1/3T (vÒ gãc pha lµ 1200). §i«t D4 ®ãng vai trß m¹ch céng ®−a tÝn hiÖu cña ba xung qua tô läc C4. Tô läc C4 cã t¸c dông san b»ng ®iÖn ¸p trung b×nh cña ba xung nµy ®Ó ®−a vµo cùc baz¬ cña tranrito T. Tranrito T ®−îc tÝnh to¸n sau cho dßng ®iÖn vµo IB tho¶ m·n ®iÒu kiÖn UBE ≥ UBEbh th× T lµm viÖc ë chÕ ®é më b·o hoµ. Lóc nµy ®Çu ra X sÏ cã xung, xung nµy ®−îc ®Æt vµo cùc B cña tranzito T1 lµm cho T1 ph©n cùc thuËn. §ång thêi ®Çu ra X1 còng cã tÝn hiÖu ë møc thÊp, lµm cho T2 ph©n cùc ng−îc. TÝn hiÖu tiÕp tôc qua N5A vµ ®Æt mét ®iÖn ¸p thuËn lªn cùc baz¬ cña c¸c tranzito T8, T9, T10, tranzito th«ng lµm cho c¸c ®i«t cña optotriac ph¸t s¸ng sÏ t¸c ®éng lµm triac dÉn. CÊp xung ®iÒu khiÓn më c¸c triac TA4, B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 74 TA5, TA6. CÊp ®iÖn nguån cho ®éng c¬. Lóc nµy m¹ch ho¹t ®éng b×nh th−êng. - Khi nguån mÊt mét pha Ta vÉn xÐt trong mét chu kú T, gi¶ sö mÊt pha C. ë pha A, qu¸ tr×nh diÔn ra nh− khi nguån cÊp ®iÖn b×nh th−êng (cã c¶ ba pha), tøc lµ sau 1/3T th× ®Çu ra cña m¹ch AND V1A cã mét xung ra ë møc cao. ë pha B, do mÊt tÝn hiÖu ë pha C nªn kh«ng cã tÝn hiÖu ®−a vµo ch©n cña m¹ch AND V2A do ®ã ë ®Çu ra cña V2A kh«ng cã xung ra. ë pha C, kh«ng cã tÝn hiÖu ®−a vµo ch©n 1 cña m¹ch AND V3A nªn t¹i ®Çu ra cña V3A kh«ng cã xung ra. Nh− vËy, m¹ch céng D4 chØ cã mét xung duy nhÊt ë pha A qua tô läc C4 ®−a vµo cùc baz¬ cña tranzito T, tÝn hiÖu nµy kh«ng ®ñ ®Ó T më, T bÞ kho¸ nªn tÝn hiÖu kh«ng ®−îc ®Æt lªn cùc baz¬ cña tranzito T1 nªn tranzito T1 ph©n cùc ng−îc kh«ng cho dßng ®i qua. §ång thêi lóc nµy ®Çu ra cña X1 cã tÝn hiÖu ®Æt lªn cùc B cña T2, lµm T2 ph©n cùc thuËn nh−ng do mÊt pha C nªn tranzito T3 ph©n cùc ng−îc kh«ng cho dßng qua toµn bé hÖ thèng phÝa sau kh«ng ho¹t ®éng. §éng c¬ ®−îc ng¾t ra khái nguån ngõng ho¹t ®éng. Víi ph©n tÝch t−¬ng tù nh− trªn, nÕu x¶y ra mÊt c¸c pha kh¸c, ®éng c¬ sÏ kh«ng ®−îc cÊp ®iÖn nªn ngõng ho¹t ®éng ®¶m b¶o an toµn cho toµn bé hÖ thèng vËn hµnh. - Khi thø tù pha bÞ thay ®æi Gi¶ sö thø tù pha lóc nµy lµ ACB. Pha A khi cã tÝn hiÖu ®−a vµo ®Çu vµo 1 cña V1A, th× ®Çu vµo 2 cña V1A kh«ng cã tÝn hiÖu v× pha C ®ang ë nöa chu k× ©m do ®ã ®Çu ra cña V1A kh«ng cã tÝn hiÖu ra. T¹i pha B khi cã tÝn hiÖu ®−a vµo ®Çu vµo 1 cña V2A th× do pha C ®ang ë nöa chu k× ©m nªn kh«ng cã tÝn hiÖu vµo ch©n 2 cña V2A, ®Çu ra cña V2A kh«ng cã tÝn hiÖu ra. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 75 T¹i pha C khi cã tÝn hiÖu ®−a vµo ®Çu 1 cña V3A th× do pha A ®ang ë nöa chu k× ©m nªn nªn kh«ng cã tÝn hiÖu vµo ch©n 2 cña V3A, ®Çu ra cña V3A kh«ng cã tÝn hiÖu. Nh− vËy khi thø tù pha cña nguån bÞ thay ®æi th× kh«ng cã tÝn hiÖu ra cña c¸c cæng AND V1A, V2A, V3A do ®ã tô C4 kh«ng ®−îc n¹p ®iÖn nªn T bÞ kho¸, ë ®Çu X kh«ng cã tÝn hiÖu nªn tranzito T1 ph©n cùc ng−îc vµ kh«ng cho dßng ®i qua, lóc nµy c¸c tranzito T2, T3, T4 ph©n cùc thuËn. tÝn hiÖu qua cæng AND N4A ®−îc ®−a tíi cùc baz¬ cña c¸c tranzistor T5, T6, T7. Tranzito th«ng lµm cho c¸c ®i«t cña optotriac ph¸t s¸ng sÏ t¸c ®éng lµm triac dÉn. CÊp xung ®iÒu khiÓn më c¸c triac TA1, TA2, TA3. §¶o l¹i thø tù pha cña nguån ®iÖn (®ang bÞ ®¶o thø tù pha) ®éng c¬ vÉn quay theo chiÒu cò. Trong s¬ ®å ®i«t D5 cã t¸c dông lo¹i trõ ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn tranzito T. Ta cã d¹ng xung ra ë c¸c m¹ch l«gic trong c¸c tr−êng hîp sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 76 Tr−êng hîp xung ra khi nguån ®óng, ®ñ pha B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 77 Tr−êng hîp xung ra khi nguån mÊt mét pha (Pha C) B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 78 Tr−êng hîp xung ra khi nguån ®¶o pha BAC B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 79 + TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch b¶o vÖ Chóng ta tÝnh to¸n m¹ch b¶o vÖ cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cña Nga cã: P®m= 1,5 KW cosϕ= 0,82 Δ/Υ= 220/380 V I= 3,8 A n= 1400 vßng/phót Yªu cÇu khi tÝnh to¸n cho c¸c linh kiÖn ®iÖn tö lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn linh kiÖn ®iÖn tö ph¶i nhá h¬n c¸c gi¸ trÞ ®Þnh møc cña chóng. Ngoµi ra chóng cßn ph¶i chÞu ®ùng ®−îc c¸c yÕu tè tù nhiªn nh− nhiÖt ®é, ®é Èm.... Víi ®i«t zerne th× tÝnh to¸n sao cho ®i«t zerne kh«ng bÞ háng do nhiÖt vµ ®iÖn ¸p ph¶i nhá h¬n ®iÖn ¸p lµm viÖc cña m¹ch NAND. Chän ®i«t chØnh l−u D1 ÷ D6 lµ lo¹i 1N4007 Chän ®i«t zerne DZ1 ÷ DZ3 cã th«ng sè Uz= 12V vµ Iz= 13mA TÝnh chän ®iÖn trë h¹n chÕ Rhc (R1, R2, R3) Rhc= R1= R2= R3= z z U U I − = 220 12 13 − = 16,8 K Chän m¹ch NAND (N1A ÷ N4A) Lµ lo¹i 4011 cã ®iÖn ¸p lµm viÖc Ulv= 12V M¹ch tÝch ph©n gåm tô ®iÖn C vµ ®iÖn trë R, ta chän: §iÖn trë R= R4= R5 =R6= 6,8 K Lóc nµy ta sÏ tÝnh ®−îc gi¸ trÞ cña tô C. Do xung ®−îc t¹o ra trong 1 2 T nªn vÒ nguyªn t¾c t¹o ra xung æn ®Þnh th× ®é réng xung ph¶i lµ tx≤ 12 T. Mµ T= 1 f = 1 50 = 0,02 s Do hµm xung lµ hµm mò nªn U(t)= E.e-αt B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 80 U(t)= 0 khi t→ ∞ hay ®é réng xung tx → ∞ LÊy gi¸ trÞ gÇn ®óng ta cã: U(tx)= 0,05.E vµ coi U(tx= 0)= 0 Mµ tx= 3τ (Theo tµi liÖu kü thuËt xung - V−¬ng Céng) Nªn 3τ ≤ 1 2 T hay τ ≤ 1 6 T = 0,02/6= 0,003333s Mµ τ = RC nªn C= τ.R-1= 0,0033.6,8-1= 485 nF VËy chän C1= C2= C3= 470 nF Chän NOT K1A÷ K8A lo¹i 4049 cã th«ng sè: Ulv= 12 V Chän AND V1A ÷ V6A lo¹i 4081 cã th«ng sè: Ulv= 12V Tô läc C4 chän lo¹i tô cã ®iÖn dung 10μF (C4= 10μF) Ta tÝnh to¸n dßng IB ®−a vµo cùc baz¬ cña T + Tr−êng hîp nguån ®óng thø tù vµ ®ñ pha: §iÖn ¸p trung b×nh: Utb=3 0 1 T tUe dt T α−∫ Víi U= 12V ®iÖn ¸p nguån α= 1 RC = 3 9 5 1 1 6,8.10 .470.10 319,6.10− − = Thay sè: Utb = ( )3 . 1 TU eT αα −− = 5 1 0,02 319,6.10 5 3.12 . 110,02. 319,6.10 e − − − ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ = 5,74 V §iÖn ¸p ®Æt vµo cùc baz¬ cña T: UB= (Utb- UD4). 8 7 8 R R R+ = (5,74- 0,7) 10 51 10+ ≈ 0,83 V Tõ kÕt qu¶ trªn ta thÊy T th«ng b·o hoµ s©u. + Tr−êng hîp nguån mÊt pha: §iÖn ¸p cña mét xung: U1tb= 3 tbU ≈ 1,91 V §iÖn ¸p ®Æt vµo cùc baz¬ cña T: UB= (Utb- UD4). 8 7 8 R R R+ = (1,91- 0,7) 10 51 10+ ≈ 0,2 V B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 81 Tõ kÕt qu¶ trªn ta thÊy T ng¾t tin cËy Dùa vµo cattano cña ®éng c¬ ta cã: C«ng suÊt trªn mét pha: Pf= P®m/3 = 1,5/3= 0,5 KW Dßng më m¸y: Imm= (5÷7)In = (5÷7).3,8= (19÷26,6) A Víi c¸c th«ng sè võa tÝnh ®−îc ta chän c¸c triac TA1 ÷ TA6 lµ lo¹i 25AC65 cña h·ng NEC do NhËt B¶n chÕ t¹o cã: Ulv= 600 V; Ug = 7 V Ilv =25 A ; Ig= 50 mA Chän Optotriac OT1 ÷ OT6 cã th«ng sè sau Input ®i«t: §iÖn ¸p: Uv = 3V Dßng ®iÖn: Iv = 10mA Otput §iÖn ¸p ra: Ur= 400V Dßng ®iÖn ®Çu ra Ir= 100 mA Chän c¸c ®iÖn trë h¹n dßng R26= R27= R28= R29= R30= R31= 220/100= 2,2 K Chän c¸c tranzito: T ÷ T10 lµ lo¹i AC110 cã VCB= 12V; VCE= 10V VEB= 10V; IC= 50mA β= 100 ⇒ IE= IC(1+ 1β ) = 50,5 mA ⇒ IB= 50/100= 0,5 mA Chän ®iÖn trë h¹n dßng cho c¸c tranzito: R14= R16= R18= R20= R22= R24= 12 CE C V I − = 12 10 50 − = 0,4 K Chän ®iÖn trë: R15= R17= R19= R21= R23= R25= 12 EB B V I − = 12 10 0,5 − = 40K C¸c m¸y biÕn ¸p chän lo¹i cã ®iÖn ¸p vµo 220V, ®iÖn ¸p ra lµ 12 V. Víi ®iÒu kiÖn nµy m¹ch ho¹t ®éng tèt. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 82 + S¬ ®å m¹ch in H×nh 4.7: S¬ ®å m¹ch in B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 83 KÕt luËn vµ ®Ò nghÞ 1. KÕt luËn Sau mét thêi gian nghiªn cøu ®Ò tµi, mÆc dï gÆp nhiÒu khã kh¨n nh−ng víi nç lùc cña b¶n th©n cïng víi sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o ThS. Ph¹m ViÖt S¬n ®Õn nay ®Ò tµi tèt nghiÖp cña t«i ®· c¬ b¶n hoµn thµnh. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu ®−îc trong ®Ò tµi "Nhiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt". Chóng t«i ®−a ra mét sè kÕt luËn vµ ®Ò nghÞ sau: MÆt tÝch cùc - §Ò tµi ®· giíi thiÖu ®−îc mét c¸ch tæng quan vÒ kinh kiÖn b¸n dÉn. - §Ò tµi ®· giíi thiÖu ®−îc vÒ ®éng c¬ ba pha vµ dßng ®iÖn ba pha. - T×m hiÓu mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬. - Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ khi gÆp sù cè mÊt pha hoÆc ®¶o pha dïng b¸n dÉn c«ng suÊt. - X©y dùng m« h×nh thùc, cho ho¹t ®éng thö ®Ó kiÓm nghiÖm l¹i lý thuyÕt. MÆt h¹n chÕ - Do cßn rÊt nhiÒu h¹n chÕ thêi gian còng nh− n¨ng lùc b¶n th©n nªn ®Ò tµi kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. T«i rÊt mong sù ®ãng ghãp ý kiÖn cña thÇy c« gi¸o vµ b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®Ó ®Ò tµi nµy hoµn thiÖn h¬n. MÆt nhËn thøc - Qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu, t×m hiÓu c¸c tµi liÖu ®Ó thùc hiÖn ®Ò tµi ngoµi nh÷ng hiÓu biÕt v« cïng quan träng vÒ sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ tù ®éng ho¸, viÖc øng dông cña tù ®éng ho¸ vµo s¶n xuÊt... §Ò tµi cßn gióp t«i tiÕp cËn víi nh÷ng kiÕn thøc vÒ truyÒn ®éng ®iÖn, m¸y ®iÖn, ®iÖn tö... - H¬n thÕ n÷a ®Ò tµi cßn gióp t«i cã thªm kiÕn thøc thùc tÕ vÒ ¸p dông tù ®éng ho¸ trong n«ng nghiÖp mét lÜnh vùc v« cïng quan träng vµ còng lµ nhiÖm vô cña mét kü s− tù ®éng ho¸ n«ng nghiÖp. 2. §Ò nghÞ NÕu tiÕp tôc ®−îc nghiªn cøu ®Ò tµi nµy th× cã thÓ ph¸t triÓn thªm mét sè chøc n¨ng b¶o vÖ n÷a nh− thÊp ¸p hoÆc qu¸ ¸p hay ng¾n m¹ch. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 84 Tµi liÖu tham kh¶o 1. M¸y §iÖn - Phan V¨n Th¾ng- Tr−êng §HNNI- Hµ Néi 2. C¬ së kü thuËt ®iÖn tö sè- §H Thanh Hoa B¾c Kinh Ng−êi dÞch: Vò §øc Thä 3. TruyÒn §éng §iÖn- Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ Hiªn NXB Khoa häc vµ kü thuËt 4. C¬ së kü thuËt ®iÖn- §Æng V¨n §µo, Lª V¨n Doanh Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt 5. KÜ thuËt ®iÖn tö- §ç Xu©n Thô Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc 5. §iÖn tö c«ng suÊt- NguyÔn BÝnh Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt 6. Kü thuËt xung- V−¬ng Céng NXB §¹i Häc vµ Trung Häc chuyªn nghiÖp- 1979 7. Linh kiÖn quang- ®iÖn tö- D−¬ng Minh TrÝ NXB Khoa häc kü thuËt 8.Trang bÞ ®iÖn- ®iÖn tö c«ng nghiÖp- Vò Ngäc Håi Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 85 Môc lôc Më ®Çu............................................................................................................... 1 Ch−¬ng I: mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c m¹ch logic c¬ b¶n......................... 3 1.1§i«t........................................................................................................... 4 1.1.1 §i«t c«ng suÊt .................................................................................. 4 1.1.2 §i«t æn ¸p ......................................................................................... 8 1.1.3 ®i«t ph¸t quang (§Ìn LED).............................................................. 9 1.2 Tranzito c«ng suÊt ................................................................................. 10 1.2.1 CÊu t¹o............................................................................................ 10 1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng..................................................................... 11 1.2.3 C¸ch thøc ®iÒu khiÓn tranzito........................................................ 12 1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt..................................................... 15 1.2.5 C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña tranzito...................................... 16 1.3 Thyristor ................................................................................................ 17 1.3.1 CÊu t¹o............................................................................................ 17 1.3.2 Nguyªn lý lµm viÖc ........................................................................ 18 1.3.3 øng dông cña thyristor.................................................................... 21 1.3.4 C¸c th«ng sè chñ yÕu cña thyristor. .............................................. 22 1.4 Triac...................................................................................................... 23 1.4.1 CÊu t¹o............................................................................................ 24 1.4.2 Nguyªn lý lµm viÖc ........................................................................ 24 1.4.3. §Æc tÝnh volt-ampe cña triac ......................................................... 25 1.4.4 M¹ch ®iÒu khiÓn............................................................................. 26 1.4.5 øng dông cña triac. ......................................................................... 28 1.4.6 C¸c th«ng sè cña triac .................................................................... 28 1.5 C¸c phÇn tö logic c¬ b¶n ...................................................................... 29 1.5.1 M¹ch AND dïng ®i«t b¸n dÉn ....................................................... 30 1.5.2 M¹ch OR ........................................................................................ 31 1.5.3 Cæng NOT ...................................................................................... 33 B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 86 1.5.4 M¹ch ®iÖn cæng NAND (M¹ch vµ ®¶o) ......................................... 35 1.6 M¹ch TÝch ph©n.................................................................................... 36 1.7 M¹ch Vi ph©n ........................................................................................ 37 1.8 Bé ghÐp quang- opto- Couplers ............................................................. 38 1.8.1 §¹i c−¬ng ....................................................................................... 38 1.8.2 C¬ chÕ ho¹t ®éng............................................................................ 38 1.8.3 TÝnh chÊt c¸ch ®iÖn ........................................................................ 39 1.8.4 HiÖu øng tr−êng.............................................................................. 39 1.8.5 Sù l·o ho¸ ....................................................................................... 40 1.8.6 HÖ sè truyÒn ®¹t ............................................................................. 40 1.8.7 Bé ghÐp quang víi phototriac......................................................... 40 Ch−¬ng 2: giíi thiÖu vÒ m¹ch xoay chiÒu ba pha vµ ®éng c¬ ba p