Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước.ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát động cơ ... Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu 1 pha có điều khiển

MỤC LỤC

Phần I : Cơ sở lý thuyết chung về động cơ điện một chiều

1.1.Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

1.4.Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.5.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.6.Đảo chiều quay động cơ điện một chiều

Phần II: Giới thiệu các linh kiện điện tử trong mạch

2.1.Các linh kiện điện tử thụ động

2.1.1.Điện trở

2.1.2.Biến trở

2.1.3.Tụ điện

2.1.4.Diode

2.2.Linh kiện điện tử tích cực

2.2.1.Tranzitor

2.2.2 Mosfet………

2.2.3.Thyristor

2.2.4.Biến áp xung

Phần III: Lựa chọn và phân tích mạch lực

3.1.Khái quát chung

3.2.Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ

3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

Phần IV: Lựa chọn và phân tích mạch điều khiển

4.1.Giới thiệu về vi mạch TCA 785

4.1.1.Giới thiệu chung

4.1.2.Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo TCA 785

4.1.3 Dạng sóng dòng điện

4.1.4.Các thông số của TCA 785

4.1.5.Tính chọn các phần tử bên ngoài

Phần V: Tính chọn thiết bị

5.1.Mục đích và ý nghĩa

5.2.Tính chọn mạch động lực

5.2.1.Tính chọn van động lực

5.2.2.Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu

5.2.3.Thiết kế cuộn kháng san bằng L D

5.2.4.Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van

5.3.Tính chọn mạch điều khiển

5.4.Tính chọn biến áp xung

Phần VI: Sơ đồ, bản vẽ thiết kế mạch và nguyên lý làm việc

6.1.Sơ đồ khối

6.2.Thiết kế mạch

6.3.Nguyên lý làm việc của mạch

Hướng mở rộng của đề tài

Lời kết

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước.ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng

em đã được giao thực hiện đề tài:

Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu 1 pha có điều khiển

Với sự hướng dẫn của Thầy: Nguyễn Trung Thành, chúng em đã tiến hành

nghiên cứu và thiết kế đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tuần 1 - Nhận đồ án môn học

- Tìm hiểu khái quát về ĐCĐ 1 chiều

- Tham khảo ý kiến các sinh viên khóa trên

Tuần 2 - Tìm hiểu chung về nguyên lý biến đổi tốc độ ĐCĐ 1

chiều

Tuần 3 - Tham khảo một số mạch, ứng dụng ĐCĐ 1 chiều

- Nghiên cứu các thiết bị, linh kiện có liên quan

Tuần 4 - Thiết kế, lựa chọn mạch điều khiển

- Tìm hiểu, tính chọn các linh kiện sử dụng trong mạch Tuần 5 - Khảo sát mạch điều khiển trên palen bằng máy hiện sóng

- Đánh giá lựa chọn linh kiện

Tuần 6 - Thiết kế, lựa chọn mạch lực

PHẦN I:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều:

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày

0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để

sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làm bằng

dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,

trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được

cách điện với rãnh của lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện

xoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách

điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi

vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào

các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện

từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay

trái Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có

phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ

có chiều quay không đổi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng

sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải

Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn gọi là sức phản điện động

Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư

mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ

Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ

Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm)

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính

cơ được tính như sau

 lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

 nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng

đặc tính cơ tuyệt đối cứng

1.4.1.Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều

Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập

: hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

R K

U



  (3)

Hoặc: n= u

e u e

u

I K

R K

U



  (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ

K K

R K

U

e u e

u

.

U u u

2 ) (    = 0 

trong đó:  0 : tốc độ không tải lý tưởng

2

) (

dm

R R

K



(  )2 giảm Nếu R

f càng lớn thì tôcf độ động cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động

cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản

 Trường hợp thay đổi U< U đm

 Ảnh hưởng của từ thông:

Muốn thay đổi  ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải

1.5.1.1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc

độ theo phương pháp thứ hai

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện

Ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

a Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên

b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất nmin

mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học

- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh

c Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:

Độ cứng:  = M/n Khi  càng lớn tức M càng lớn và n nhỏ nghĩa là độ ổn định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ Hay nói cách khác  càng lớn thì càng tốt

d Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 )

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp

 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp

e Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc của động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp nhất

f Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết

bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau

1.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng sẽ thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi

Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:

Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản ncb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và ngược lại

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

M E

R R

K K dn

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng trong thực tế động cơ điện một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho phép: Umincp =

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào

phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều

chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ

bản và chi phí vận hành cao

1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông:

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ Eư = KEn Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá trị định mức Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người

ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc này tốc

độ tăng lên khi từ thông giảm: n =



.

E

K U

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên khi giảm sẽ làm cho Mngiảm theo

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi  giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn Nên ta có họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

Hình 6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô cùng Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnh tốc

độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều

chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb Phương pháp này được dùng để

điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang

tính kinh tế

1.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

trên mạch phần ứng

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ cứng của đường đặc tính cơ:

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính

cơ càng dốc Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được tính theo công thức sau:

M K

K

R R

K

U n

M E

f u

U n

dm E

dm M E

R R

K K

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng Vậy khi thay đổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 >

n1

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb.Trên thực

tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…

Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng Khi động cơ làm việc

ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:

u

dm M E TN

D =

1

) 3 2

Khi giỏ trị Rf càng lớn thỡ tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dũng điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm Do đú, phương phỏp này được dựng để hạn chế dũng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản Và tuyệt đối khụng được dựng cho cỏc động cơ của mỏy cắt kim loại

Nhận xột: Phương phỏp điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện trở phụ trờn

mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb

Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dựng cho cỏc động cơ cho cần

trục, thang mỏy, mỏy nõng, mỏy xỳc, mỏy cỏn thộp

Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giỏ trị điện trở phụ đúng vào càng

lớn, đặc tớnh cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kộm Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thỡ tổn hao phụ càng tăng

1.6 Truyền động thyristor - động cơ một chiều (T-Đ) có đảo chiều quay :

Do chỉnh l-u Thyristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đ-ợc khi mở , còn khó theo điện áp l-ới cho nên truyền động vẫn thực hiện đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát - động cơ Còn cấu trúc mạch lực cũng nh- cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic

điều khiển chặt chẽ Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều :

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng Trong thực tế , các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theo một trong hai nguyên tắc

- Hình d : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ng-ợc điều khiển chung

- Hinh e : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung

Mỗi loại sơ đồ đều có -u nh-ợc điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu

công nghệ :

- Hình a : Dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều

- Hình b : Dùng cho công suất nhỏ , tần số đảo chiều thầp

- Hình c : Dùng cho mọi giải công suất có tần số đảo chiều lớn

- Hình d và hình e : Dùng cho giải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao , so với

ba loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn nh-ng lại có kích th-ớc cồng kềnh

Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển , có thể chia làm hai loại chính : Điều khiển riêng và điều khiển chung

Nhận xét chung :

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao , không gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao , điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nângcaochấtl-ợng các đặc tính tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

Nh-ợc điểm của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến , dạng điện áp chỉnh l-u ra có biên độ đập mạch cao , gây tổn thất trong máy điện , và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và l-ới xoay chiều Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp

+ -

~

§

+

~

E

+ -

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

19

PHẦN II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MẠCH 2.1 Các linh kiện điện tử thụ động

2.1.1.Điện trở

2.1.1.1.Khái niệm

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng điện theo mong muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp điện áp ở mỗi vị trí bên trong mạch điện Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động nên nó

Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn

10 5W 6,8 10W

Điện trở thường Điện trở Công

2.1.1.2.Phân loại

- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này

có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

- Kiểm tra thông số của điện trở thông qua cách đọc các vạch màu trên thân điện trở

- Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

2.1.1.4.Tác dụng

Điện trở là linh kiện được sử dụng khá phổ biến trong các mạch điện tử Nó có những tác dụng cụ thể như sau:

- Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

+ Ví dụ như: ta có một nguồn 12 V nhưng ta cần mắc một bóng đèn 8V thì ta cần phải đấu bóng đèn với một điện trở để gây sụt áp trên điện trở là 4V Ta có sơ đồ mạch như sau:

D:9V,2W R

U = 12V

- Mắc điện thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước Sơ đồ mạch:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

- Tham gia quá trình tạo dao động

- Ngoài ra điện trở cón có nhiều ứng dụng khác trong mạch điện hằng ngày

2.1.1.5.Các kiểu ghép điện trở

- Ghép nối tiếp: Ghép nối tiếp các điện trở ta được một đện trở tương đương có giá trị bằng tổng các điện trở trong mạch: R = R1+ R2+…+Rn

Dòng điện trong mạch ở trên từng điện trở là như nhau tức: I = I1+ I2+…+In

- Ghép song song: Ghép song song các điện trở thì ta có dòng điện trong mạch bằng tổng dòng điện qua từng điện trở: I = I1+ I2+…In

Tổng trở trong mạch được tính theo công thức: 1/R= 1/R1+ 1/R2+…+1/Rn

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

22

2.1.3.Tụ điện

2.1.3.1 Khái niệm

- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các

mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Hình ảnh tụ điện:

Tụ hóa

Tụ gốm

2.1.3.2 Phân loại

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

23

- Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành hai loại chính là

tụ không phân cực và tụ phân cực

- Tụ không phân cực: Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng, giá trị của nó thường từ 1,8pF - 1μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn không tiện chế tạo

- Tụ phân cực: Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân mỏng làm điệjn môi Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại tụ này có sự phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp đijện môi sẽ bị phá hủy làm hư hỏng tụ

- Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:

+ Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc tương đối cao + Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF và thường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền

+ Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ, có trị số từ 1nF - 1μF

+ Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai số lớn, trị số điện dung khoảng 0,1 μF – 4700 μF

+ Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và dạng hình tan tan

Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung cũng lớn khoảng 0,1 μF - 100 μF + Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh

2.1.3.3 Cấu tạo

- Cấu tạo của tụ điện: Tụ điện được cấu tạo bởi hai bản điện cực băng kim loại Khi ta cung cấp cho hai bản cực một điện thế thỡ khụng gian hai bản kim loại xuất hiện một điện trường một bản cực được tích điện dương, còn bản cực kia tích điện âm Tụ diện

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

24

tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường Khi tăng điện áp tác dụng vào tụ điện Lúc này năng lượng điện trường giữa hai bản cực sẽ tăng lên Lúc này tụ điện hoạt động với vai trò là một linh kiện của mạch điện, nhưng nó tích lũy năng lượng ngược lại, khi điện áp tác dụng nên tụ điện giảm tụ điện lại cung cấp một mạch điện áp cho mạch ngoài Lúc này tụ điện hoạt động như một nguồn điện quá trình xảy ra là quá trình phóng điện của tụ điện.Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất làm điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này: tụ giấy,

tụ gốm, tụ hóa…

Điện dung: Là đại lượng nói nên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ phụ thuộc vào điện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực

Đơn vị của tụ điện: Fara (F), MicroFra (μF), NanoFara (nF), Picofara (pF)

2.1.4.Diode

2.1.4.1 Khái niệm

Diode là linh kiện điện tử thụ động, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều , sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

2.1.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P – N của hai chất bán dẫn khác loại Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán dẫn N gọi là Katot Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

25

 Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều không giống nhau Nếu phân cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa Nếu phân cực nghịch thì diode dẫn điện rất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò Nói một cách gần đúng thì xem như diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn

+ Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn

+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần, siêu cao tần

+ Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí sinh, Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu

+ Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC

50 Hz Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

26

- Diode Zenner có cấu tạo tương tự như diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P-N ghép với nhau Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode Zenner sẽ ghim lại một mức điện áp cố đingj bằng giá trị ghi trên Diode

2.2 Linh kiện điện tử tích cực

2.2.1.2.Thông số kĩ thuật của transistor

-Dòng điện cực đại cho phép: Đó là dòng điện lớn nhất có thể đi qua mà không làm hư transistor

-Điện áp đánh thủng: Là điện áp tối đa đặt vào các cặp cực BE, BC, CE, nếu quá transistor bị hỏng

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

27

-Hệ số khuyếch đại dòng điện

-Công suất cực đại cho phép và tần số cắt

2.2.1.3 Phân cực cho transistor

Đó là cung cấp điện áp DC thích hợp giữa các chân B, C, E để đảm bảo cho tiếp giáp

-Dùng để làm các phần tử khuếch đại trong các mạch khuyếch đại công suất

-Dùng để làm phần tử điều chỉnh trong các mạch ổn định điện áp

-Đóng vai trò phần tử chuyển mạch làm việc như một khóa điện tử

-Tạo sóng trong các mạch dao động

2.2.2 Transistor trường có cực cửa cách ly (MOSFET)

a Giới thiệu Mosfet

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

28

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính

Hình dạng thực tế:

Ký hiệu trong các sơ đồ nguyên lý:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

29

Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor :

+ Chân G tương đương với B

+ Chân D tương đương với chân C

+ Chân S tương đương với E

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ

30

toàn bộ điện áp đặt lên mặt ghép J2 Điện trường nội tai Ei của J2 có chiều từ N1 đến P2 Điện trường ngoài tác dụng cùng chiều với Ei vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng chảy qua Thyristor mặc dù nó được đặt điện áp

Để mở Thyristor ta đạt một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương

so với K) các điện tử chảy từ N2P2 và một số ít chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển ig chảy theo mạch G-J3-K-G Còn các phần tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc bắn phá J2, vùng chuyển tiếp J2 bị chọc thủng làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tủ chảy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoaid gây nên hiện tượng dãn điện ào

ạt J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát ra toàn bộ mặt ghép nên Thyristor được mở

Hình 14: Mở Thyristor

-Mở Thyristor bằng cách ấn công tắc K là đơn giản nhất Một Thyristor đã mở thì

sự hiện diện của tín hiệu điều khiển ig không còn là cần thiết nữa

-Khóa Thyristor:

Có 2 các để khóa Thyristor:

Cách 1: Giảm dòng điện ở anot xuống đến giá trị của dòng điện duy trì Khi Thyristor

được phân cực thuận thì mặt ghép J2 có điện trở rất lớn làm cho dòng qua thyristor rất nhỏ nên thyristor bi khóa lại

Cách 2: Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng)