Phần 1 cuốn sách cung cấp cho người học các kiến thức: Bộ khởi động điện áp giảm sử dụng linh kiện bán dẫn, điều khiển và bảo vệ động cơ, giám sát và điều khiển tốc độ, bộ điều khiển 3 pha, hệ thống phân phối điện,… Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1C h ư ơ n g 13
IMỘIDUNG CHÌNH
٠ Sự vận h à n h CLJa th y rlstn r
♦ Gla tốc vồ cấp với linh hiện bán dẫn
khiển
khiển
٠ Cách thức lắp bộ tr i ệ t dinh trong các linh,
kiện từ tinh
٠ Bdo vệ chống sét
LINH KIỆN BIỆN c.
Linh kiện diện cơ dược dUng từ nhiều nảm qua,
tran g th iế t b؛ ٧ớì cấu trUc dơn g iả n١ linh hoạt
trong sứ dụng, và cO nhiều tổ hợp tiếp điểm,
chUng dược dUng dể thực hiện các nhiệm vụ như
lập chuồi thứ tự và khOa liên dộng ChUng cOn cO
th ể dẫn dOng diện lớn và n g ắ t mạch theo yêu
cầu
I^lnh kiện bán dẫn khOng có bộ phận chuyển
dộng cUng khOng cO các tiếp điểm dể làm sạch,
thay mơi١ hoặc diều chinh, sư dụng tran sisto r,
triac, diac, và SCR dể chuyển mạch Các linh
kiện logic này cO th ể thực h iện các chức nãng
trong hệ thống bán dẫn như các relay trong hệ
thô.ng điện cơ
130 diều khiển bán dẫn cO nhiều ﺎﻌﻟ điểm làm
cho chUng dược sử dụng tro n g nhiều lĩnh vực
khác nhau ChUng cO độ tin cậy cao hơn các linh
kiện diện cơ, dược cung cấp dưới dạng module
kin, cỏ th ể cám vào hoặc thay thê' theo bộ một
cách dễ dàng
KHỞI BỘNG BIỆN ÁP GIẲM
CO th ể thực hiện ch ế độ khơi dộng diện áp giảm
theo nl)lều cdch Tuy nhiên, trong mạch bán dẫn,
kiểu khơi dộng này dơn giản hơn so với linh
kiện diện cơ Tuy cẩc chi tiế t trong mạch diện
ban dần phdc tạp hơn -hệ thô'ng diện cơ, nhưng
không yêu cầu kiến thức chuyên sâu về bán dẫn
và diện tử dể làm việc với các mạch này
Bộ CHỈNH 1 ﻼ ﻟ ĐIỂU KHIỂN BẰNG SIIIC (SCB)
Bộ chỉnh lưu diều k h iển bằng Si (SCB) là linh
kiện thOng dụng n h ấ t trong các mạch diều
khiển dộng cơ diện SCR thực ch ất là thyristor
nhưng th u ậ t ngừ SCR được dùng nhiều trong các tài liệu và được chấp n hận rộng rãi Đày là loại linh kiện bán dẫn đặc b iệt được dùng để điều khiển các m ạch điện
SCR chỉ dẫn điện theo chiều thuận Ký hiệu của SCR được nêu trê n H ình 13-1 Dòng điện đi qua SCR từ cathode (C) đến anode (A) Minh họa này cho th ấy SCR còn có cổng (G)
Anode
Cực cổng
Calhode
H ìn h 1 3 - 1 K ý b ؛ệ u S C R ,
Chức n ấng của SCR dược m inh họa trong sơ
dồ mạch trê n H inh 13-2 Công dụng chinh cUa SCR là dUng cho mạch diều khiển, chẳng hạn
bộ làm mơ dèn, bộ diều khiển tốc độ dộng cơ K.iểu mạch này dược m inh họa trê n H lnh 1:3-2 Diện trơ R trong m ạch này là biến trơ (diện trở
cO th ể diều chinh), dược dUng dể diều khiển giá trị diện áp cung cấp cho cổng cUa SCR Diộn áp cung cấp càng cao, dOng diộn di qua càng lớn Nếu m ạch diều khiển dèn, giảm diện áp dến
cơ, tốc độ sẽ giảm Các H ình 13-3, '13-4, và 13-5
Trang 2Anode Cathode
Cổng
Hình 13-3 Hình vẽ SCR thòng dụng.
Anode
Các mặt cực đường kính tối đa
47.62 (1.875)
1C' đa 27.6b (1.090)
^Đường kỉnh lối đa
74.29 (2.925)
Hình 13-5 Cường độ dòng điện càng lớn, yêu cấu
SCR càng lớn.
minh họa hình dạng SCR với các đầu dây tương
ứng nôi k ết đến cathode, anode, và cực cổng
Một trong các lý do chính sử dụng linh kiện
bán dẫn để điều khiển động cơ là k h ả n ăn g khởi
động động cơ trong điều k iện giảm điện áp, và
cho phép động cơ đ ạt đến tốc độ toàn ph ần ở mức
moment th ấ p hơn Bằng cách giảm cường độ
dòng điện đi vào khi khơi động, va đập cơ học
đối với th iế t bị được truyền động sè giám rõ rệt
Bộ khởi động động cơ điện áp giảm sử dụng
linh kiện bán dẫn SCR để điều k h iể n công suất
SCR chỉ dẫn điện theo m ột chiều, chiều mũi tên
trên ký hiệu Để sử dụng SCR và tậ n dụng ưu
th ế của linh kiện này đối với điện ac١ cần dùng
hai SCR mắc song song và ngược nhau, Hình
13-6 Các SCR phải được chuyền m ạch ON để
cho phép dòng điện đi qua; nghĩa là cần có xung
cổng để đóng m ạch ON Khi SCR được tạo cổng
Hình 13-6 Các SCR mắc song song (ngược) cho
điện ac m ột pha.
Hình 13-7 Mắc các SCR trong mạch ba pha
trạ n g th á i ON, sẽ liên tục dẫn điện theo chiều thuận Điều khiển toàn sóng sứ dụng hai SCR trong từng pha, do đó vận h à n h ba pha phải dùng 6 SCR, Hình 13-7
Có thể điều khiển dòng điện qua SCR bằng cách tạo cổng SCT tạ i các thời điểm khác nhau trong nứa chu kỳ، Điều nàv cũng cho phép điều khiến thời gian tă n g tốc của động cơ Nếu xung cổng được cấp sớm tro n g nửa chu kỳ, sóng ra sè cao Nếu xung cổng được cấp trễ trong nứa chu
kỳ, chí một phần nhỏ d ạn g sóng đi qua, sóng ra
sẽ thấp Do đó, bằng cách điều khiển điện áp ra của SCR, có th ể điều k h iến đặc tính gia tốc cúa động cơ (H ình 13-8)
/ /
25% tín hiẻu ra
75% tín hiệu ra (Cấp sớm)
(Cấp đẩy đủ)
Hình 13-8 Tín hiệu ra của các SCR với chế độ cổng
Trang 3GIA tOc vO cap Với linh kiện bAn dẫn
Bộ điồu khiển điện áp giam 8660 sứ dpng linh
kltn l)án dần cung cấp gia tốc vO cảp èm dịu cho
cáp các t.ính n ăn g tiốu chuẩn ٧à tinh năng tùy
ch.n dé diều khiến, giám s á t, và báo vệ dộng cơ
tiín g cdc chế độ khdi dộng và vận hành Do câu
hoảt và dễ bảo tri Khííi dộng mềm dược thực
h.ièn bằng cách lần lượt chuyển mạch ON sẩu
linh kiện SCR Hai linh k iện SCR dược mắc dấu
lư٢.g nhau (song song ngược) và lắp trê n bộ tản
n hاệt đê’ tạo th à n h cọc cOng suât Cọc công suất
C(')n chứa bản mạch in và cdm biến nhiệt
Thứ tự kích hoạt các SCR dược diều khiển
bằng các module trê n giàn logic Các module này
cOn kiếm tra các diều k iện khdl dộng^và chạy
dộng cơ, cung cấp thông tin về trạ n g th á i cUa bộ
điều khiển b ằn g cách sư dụng các dèn LED Mỗi
mcdule dều cO vỊ tri và chức n ăn g chuyên biệt
GIAN LOGIC
Gian logic ơ ph ần dưới cUa bộ diều khiển và có
các ố cám cho 8 module, H ình 13-9 Mỗi module
dều cO vị tri riên g và thực th i chức năng chuyên
biệt trong vận h àn h bộ diều khiển Module ở vị
tri thư n h ất thuộc về bộ diều khiển và cung cấp
các nối kê't dây giữa cợc công su ất và các module
logic Các module tư vị tri th ư hal dến thứ tám
diều khiển th ư tự kích h o ạ t các SCR, kiểm tra
tinh chinh xác cUa các diều kiện khdi dộng và
vận h à n h١ cung cấp chỉ th ị về trạ n g th a i cUa bộ
diều khiển thOng qua các dèn LED Module B-2
ا
٧ TRÌ M D U L E
٥
CpMTROL
Ì R
SHORTED
SCR
ЭТАЯТ
INHIBIT
A
اا ا
٠١
،
;
ه
»
٠
TRIP
|T0R
START
.TOR
RUN
PHASE
“ ss
،؛
UNDER
ﺫ ﺓ
0
ﺍ
UNBAt.
OUT OF
:
٤٠
؛
أ ٠ ٠٠
л
\
١٠،١٠؛
Ú "
ﺀﻢﺛاﺀ،ا ٠ ( ١ اﺀ
ЛЛО
'.،،
٠60 ( І Д ١ وﺀ 44 ك،ع ﺀﺀﻵ
58 ﺀ؛
1
،
Ч H íiO
>
.
عاأ
٠
(
ﺍﺍ , ﺍ ٠
|»ﺀ ﺍ>ﺀ ٠ ﺍ ١۶ ﺀ ЧгР ﺍ»ﺀﺍ
tTPf
8
ه
٠ ١ ,اﻻ ا ٠ ١
، ا ا ١٠ ٨
ا ، ! ا ( ١
Л
١
ا ا ﺀ ا ا
Л
ﻵ،ﺀ:،ﻵ
ﺀ ,
1 ،١
، ه
٩
٠
ااﻵ
ا
1
)
7 ﺍ
Ѳ
ồ
1
2
0
0
ل
90 SUNDER
اﻶﻫﺀ ٠
0 3 Ồ ١.٠٠ﺮ ﺋ٠ا؛.
%ÜNBAl
Ơ V ؛ tri th ứ bai, module В-3 chiếm vị tri thư ba Sau đây sẽ trin h bày chức nãn g cUa từng module
Module B-?
Module này cung cấp các diện áp logic và kiểm tra các điều kiện khdi động Bộ diều khiển cO thể dược khdi dộng nếu dèn LED diều khiển cOng
su ất dang sán g (GN), và không dược phép khdi dộng nếu dèn này t ắ t (GFF)
M o d u leB ^ Relay ban dẫn (bảo vệ) quá n h iệt, 3-pha, bU
n h iệ t độ, dược cung cấp như một ph ần tích hợp của bộ diều kh iển Relay này cung cấp các dặc tin h kích h o ạ t thời gian ngược, cấp 10, bẩo vệ dộng cơ trước các sự cố quá tải Cắc bộ điều khiển vơi địn h mức dOng diện 200, 320, 500,
720 A sử dụng loại module B-3 khác Các xác lập dOng diện tả i to àn p h ầ n cUa dộng cơ (MELC) có
th ể diều ch in h b ằn g cách dUng chiết áp kế trên module B-3 Diều k iện quá tả i sẽ tự dộng ngắt dOng diện vào bộ diều kh iển , dOng các tiếp điểm báo dộng, dèn LED ng ãn chặn khới dộng và dèn
lE D n g ắ t m ạch sẽ sáng Tinh năn g kiểm tra
quá tả i trê n giàn logic kiểm tr a sự vận hành của
m ạch bán d ẫn (bảo vệ) quá tải Thời gian ngắt
m ạch do quá tả i là h àm cUa xác lập giới hạn dOng diện Xác lập này càng th ấp , thời gian di dến n g ắ t m ạch càng dài Thời gian n g ắt mạch cUa ba xác lập giới h ạ n dOng diện dược nêu trên
B ảng 13-1 Các kiểu bộ diều kh iển khác có thể cung câ'p thời gian n g ắt mạch dài hơn cho các tải quán tin h cao D ạng Z72 cung cấp các dặc tinh
n g ắt m ạch thơi gian ngược cấp 30 bằng cách dUng module B-3 dặc b iệ t và các cọc cOng suất với định mức dOng d iện cao Thời gian ngắt
m ạch quá ta i câ'p 30 dược nêu trê n B ảng 13-1
Bẩng 13-1 Thờí gian ngắt mạch do quá tảl
Gíới hạn dOng diện /.M FLC
Thời gian n g ắt m ạch (giây)
C ấp tỉêu c h u ẩ n 10 Dạng Z72 câ'p 30
Hlnh 13-9 V! t٢ í m odu ١ e trong giàn logic.
Moduie B-4
Module B-4 xác địn h phương pháp được dùng để khởi động Khởi động giới h ạn dòng điện là tiêu chuẩn và có th ể điều chỉnh bằng chiết áp k ế trê n giàn logic Ngoài ra còn có các phương pháp khởi động tùy chọn khác Sau đây sè trìn h bày một số phương p h áp khởi động th ô n g dụng
(iiới hạn dòng điện (Moduie B-4A) Tính năng
giới hạn dòng đ iện sè luôn luôn'giới hạn cường
độ dòng điện động cơ đến mức xác lập trước trong các điều k iện khởi động và chạy động cơ
Trang 4Khung thời gian cô
định khoảng ١ /i giày
Xác lập giới hạn dòng đỉện có thể điéu chỉnh trong khoảng 150-425% MFLC
— Dòng điện chạy (vận hành động cơ)
Hình 13-10 Module B-4A.
Giới h ạn dòng điện có th ể điều chỉnh trong
khoảng 150 - 425% dòng điện tả i toàn phần của
động cơ (MFLC) thông qua chiết áp k ế trê n giàn
logic Nếu sử dụng contactor ngắn m ạch, tính
năng này sẽ chỉ áp dụng tro n g điều kiện khởi
đọng, m n h 1 3 -1 0 ^ '
Hồi tiếp vận tô'c kế (B-4B) gia tôc thời gian
tuyến tính Tùy chọn này cho phép tốc độ động
cơ tá n g tuyến tín h theo thời gian cho đến khi
đ ạt đến tôc độ toàn phần, H ình 13-11 Có thể
điều chỉnh thời gian khởi động từ 3 đến 30 giây
và không dao động theo tả i động cơ Phương
pháp này cung cấp sự tầ n g tôc r ấ t êm, nhưng
yêu cầu tín hiệu n h ập từ vận tôc kế Dòng điện
động cơ bị giới h ạ n theo xác lập giới hạn cường
độ dòng điện
Độ dô"c điện áp (Module B-4C) Tùy chọn này
cho phép điện áp cấp cho động cơ tă n g tuyến
tính từ 0 đến 100% tro n g khoảng thời gian có
th ể điều chỉnh 3 đến 30 giây Dòng điện động cơ
bị giới h ạn theo xác lập giới h ạ n cường độ dòng
điện Phương pháp này cung cấp sự gia tôc gần
như tuyến tín h từ đứng yên đến tôc độ toàn
phần, nhưng không yêu cầu vận tôc kế Thời
gian gia tốc thực tế tùy thuộc động cơ và tải,
Hình 13-12
Độ dôc dòng điện (Module B-4D) Tùy chọn
này cung cấp giá trị cường độ dòng điện ban đầu
đến động cơ khi khởi động, sau đó tă n g tuyến
tính đến xác lập giới h ạn dòng điện Có th ể điều
chỉnh dòng điện ban đầu từ 0 đến 150% dòng
điện tả i toàn phần của động cơ (MFLC) Khoảng
<ĐỘ dốc thời gian điếu chỉnh trong khoảng 0-7 giây
Điều chỉnh dòng điện ban đầu
điện điếu chỉnh trong khoang 150-425% MFLC
.0-150% MFLC Khởi động
— Dòng điện chạy {vận hành)
I Chạy Hình 13-13 Module B-4D.
điều chỉnh độ dôc thời gian là 0 đến 7 giây Phương pháp này cung cap k h ả n ăn g điều khiển cao n h ấ t đô١ với dòng khdi động, H ình 13-13
Tăng tôc/giảm tỏc (Module B-4K)- Tùy chọn
này cung cấp chế độ khơi động m ềm và dừng mềm Các đặc tín h khđi động hoàn toàn tương
tự chế độ khởi động với độ dôc điện áp, module B-4C Tùy chọn này còn cho phép giám tuyến tín h điện áp cấp cho động cơ từ 50% đến 0% trong khoảng thời gian có th ể điều chỉnh 3 - 3 0 giây để dừng động cơ m ột cách êm dịu, đồng thời còn có cả tính năn g dừng k h ẩn cấp, Hình 13-14 Nếu xảy ra m ột tro n g các điều nêu trê n , bộ điều k h iển sẽ tắ t và các đèn LED tương ứng sẽ sáng Chức n ăn g không cân bằng pha được kích
h o ạt mỗi khi có dòng điện 3-pha ở các cực nối dây nguồn của bộ điều kh iển , nhưng sẽ bị n gắt trong kh i khởi động T rạn g th á i sự cô^ xảy ra khi giá trị không cân bằn g điện áp lớn hơn xác lập không cân bằng Theo tiêu chuằn NEMA, có th ể
Trang 5điều chinh xác lập không cân hằng điện áp từ
đến 14%
Chức năng đảo pha được kích h o ạt mỗi khi
có dòng điện 3-pha ở các cực nối dây cap nguồn
của bộ điều kh iển T rạn g th á i sự cố xảy ra nếu
ba pha này không theo đúng chuỗi th ứ tự Nếu
không có module B-7, bộ điều khiển không nhạy
với pha và sè vận h àn h với thứ tự pha bất kỳ
C.hức năn g dưới tái được kích h o ạt sau khi
động cơ ’Tăng tôc'١ dVạng th ái sự cô xáy ra khi
động cơ sụt xuống dưới xác lập dưới tải, với
khoảng điều chỉnh 0% đến 90% cường độ dòng
điện tả i toàn phần Có th ể khứ điều này bằng
cách điều chỉnh xác lập dưới tải là 0%
Module B-5
Module này xác định th ứ tự kích h o ạt các SCR
Module B-6
Module này cung cấp góc pha kích h o ạ t của các
SCR, xác định số ph ần tră m dẫn (dòng điện) đối
với từng SCR
Module gỉám sát điện áp B-7
Đây là module tùy chọn có 3 chức n ă n g riêng rè:
• K hông cân bằn g pha
٠ Đảo pha
٠ Dưới tải
Module tíết kiệm nang iưựng B-8
Module này tự dộng diều chỉnh diện áp vào dộng
cơ khi xảy ra các biến t h ؛ên tải Dộng cơ vẫn duy trĩ tô'c độ toàn phần và m om ent theo yêu cầu,
n hاл٦g giám tiêu thụ công su ất điện íkVA) khi
t ả ؛ giảm Nếu tải tầng, module này sẽ tăn g công suất (kVA) tương ứng dể khOng làm giam tốc độ dộng cơ KhOng th ể sử dụng tin h nầng này t.rên các bộ d؛ều khiển cO contactor ngắn mạch
CÔNG TẮC SCB NGẮN MẠCH
Nếu SCR bị ngắn m ạch, sự cố này sẽ dược phat hiện và công tắc SCR ngắn mạch sẽ chuyển sang
vị tri vận h à n h (ycs) Công tắc này cOn kích hoạt
bộ n gắt m ạch mắc rẽ (nếu cO) ơ phía trước bộ diều khiển Nếu cO hơ m ạch giừa bộ diều khiển
và dộng cơ, mạch SCR ngắn mạch sẽ hoạt dộng Diều này có th ể xảy ra, nếu cO công tắc n gất nối
k ết giữa bộ diều kh iến và dộng cơ N ên lắp các contactor cô lập phía trước bộ diều khiển Tẩi dộng cơ phẩi dược nối với bộ diều khiển dể ngản mạch SCR ngấn m ạch h o ạt dộng ngoài y muỗ'n
s ٥ ٠ ồ BIỆN CB BẢN bOi vởi linh kiện bán bẫn
Bộ diều khiển bán dân diện áp giảm với contac- tor cô lập dược nêu trê n H ình 13-15 Bưu ý, M, SR2, OT, alarm (báo dộng), SCR ngắn mạch, và
Phuang uẻn cắt
0 với cuộn kich n١ac rè
(tC iychọn).
Đến bộ điểu ^ ٠ ٠٠
khiển 120 V < ٠ ٩
G h i chú:
1 M, SR2, OT, ALARM , SCR ngắn mạch, và các relay tàng
tốc đều iắp trong bộ điều khiển và nối dây bên trong.
2 M là chức nâng cuộn dây của bộ điều khiển bán dản
điện áp giảm.
3 Relay SR2 điẽu khiển chuỗi thứ tự Start và Stop,
và có các tiếp điểm dược dùng làm khỏa lièn động điện.
4 OT là cống tắc quá nhiệt độ, mở khi xảy ra quá nhiệt độ.
5 OL là tiếp điểm relay quá tải; mỏ khi phát hiện quá tải:
khi không có các điện áp ở L1, L2, hoệc L3: hoậc
khi không có điện áp điếu khiển 120 V.
6 Công tắc ALARM (báo dộng) đóng khi phát hiện quá tải.
7 Tiẽp diểm SCR ngắn mạch đóng khi xáy ra ngán mạch
Tiếp điểm này được dũng với bộ ngắt mach hoặc
cỏng tắc ngẳt nối kết với cuộn kích hoat mắc rẽ.
8 Tiếp điểm tàng tốc độ dóng khl các SCR có trạng thái dẫn
toàn phẩn, đưọc dùng với contactor ngắn mạch.
STOP
1
Ị
٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ 1
ﻉ
—
—
—
—
٠ ٠ ٠
"
٠ ٠ ٠ ٠
“
“
“
٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠
ﺍ
١
@
ط
:
ئ ت
ا
AU٧٠.
0 1
< >
— — -11-■ .
.T٠.
CH
L— ■■ — : ﻭ L i : ■ - 1.111.1— — — T V —
Hình 13-15 Bộ điều khiển bán dẫn điện áp giảm với contactor cò lập.
Trang 61
“
ﻻ
1 1*1 ,
- ì í
( Ị ỹ
،
ﺎ ﺑ ﺮ ﻟ
ề
f j I l
* ﺀ H l M á i
٠ ' R e l a y q u á t à i
_ t 3 á n d ầ n _
Đẻn bộ điéu
<-khiến 'l 2٠v <
-Hình 13-16 Bộ điều khiển bán dẫn điện áp giảm vởi
contactor ngẳn mạch.
ﻝ
٠٠
ﺍ ﺍ
©
ﺎ ﻋ - ﻩ
٠٠١
ﻻ
٣ ﺏ
,
Ã
٠
ﺬ ﻟ
! « ،
- T,
٩۶ ٠٠
II I
:
ﺽ
'
lĩ
ﺍ
٢
ﻝ ٢
ﺫ / أ ﻭ M ố t
٠ ٠ R e l a y q u ả t ả i
_b ấ n M n _
o ế n b ộ đ i ẽ u < -
k h i ể n I2٠v <
-© P h ư ơ n g l l ệ n c ầ i
v ở i c u ộ n k í c h
m ầ c r ồ
( ! ũ y c h ọ n )
د
f
ﺀ س ﺀا
t ]
HhL
e cT 0ﺍ _ OT a,
■ Jf ■ if ĩk ?
T ă n g í ố c<™>
ح
ệ
٠١٠
Ị
S C R
n g ắ n m ạ c h
-0 -{ >
.٠
C u ố n k l c h
Hình 13-17 Bộ điều khiển bán dẫn diện áp giảm
các relay tá n g tốc được lắp trong bộ điều khiển
và nối dây bên trong H ình 13-16 m inh họa bộ
điều khiển bán dẫn điện áp giảm với công tắc
ngắn mạch; H ình 13-17 m inh họa bộ điều khiển
với contactor n g ắt m ạch và contactor cô lập
DIAC
Về cơ bản, diac là linh kiện có hai đầu dây Diac
có tố’ hợp các lớp bán dẫn xếp song song ngược
nhau Tổ hợp này cho phép kích h oạt linh kiện
ồ Anode 2
H ình 13-18 Ký hiệu diac.
theo hai chiều, H ình 13-18; trong khi SCR chỉ dẫn điện theo m ột chiều Do đó, diac có khả
n ăn g dẫn cả hai chiều khi cấp tín hiệu điện áp qua các đầu dây của linh kiện này Diac có nhiều ứng dụng thực tế Một số ứng dụng là điều khiển động cơ điện ac, cảm biến dò tìm lân cận
Chú ý, tro n g ký hiệu diac không có cực cổng hoặc phần tử điều khiển Linh kiện này có thể được dùng như diode chuyền m ạch hai chiều,
H ình 13-20B D òng điện có th ể đi theo một tro n g hai chiều khi có đủ điện áp cung cấp để kích hoạt Nói chung, điện th ê kích h o ạ t là khoảng 30 V theo m ột trong hai chiều Diac duy trì trạ n g th á i off (không dẫn) cho đến khi điện
áp qua các đầu dây T I và T2 vượt quá giá trị kích hoạt Trong các mạch điều khiển công suất,
có th ể sử dụng diac để tă n g hiệu quả điều khiển điểm kích h o ạt (on) cho điện cực cổng của triac hoặc SCR
TRIAC
Triac, về cơ bản là diac có thêm cực cổng Cực cổng điều k h iển các trạ n g th ái hoạt động (đóng mạch) của linh kiện hai chiều này Dòng điện cổng có th ể điều kh iển h oạt động của linh kiện theo m ột tro n g hai chiều Điều này tương tự SCR, nhưng các đặc tín h của triac hơi khác với diac H ình 13-19 m inh họa ký hiệu và vị trí của cực cổng
H inh 13-19 Ký híệu triac.
B ằng cách m ắc triac vào m ạch١ cO th ể m inh họa nguyên lý vận hành cUa linh kiện này, H lnh 13-20 Trong' m ạch này, công tẩc dược dUng dể
Trang 7chọn các trạn g thái khác nhau cho triac Tải có
thể là bóng đèn hoặc động cư ac Khi công tắc ớ
vị trí 1 ١ khồng có nôi k ế t cống, không có điện áp
kích hoạt câp cho cổng, triac không dẫn điện, do
đó động cơ không chạy VỊ trí 2, diode được lắp
vào mạch vth cực tính được sẩp xếp đô cho phép
điện áp kích hoạt cấp cho cống theo xung dương
ac cáp cho mạch Triac dẫn điện, nhưng chỉ theo
một nứa chu kỳ sóng sine ac
Điều này có nghĩa là chí kho ản g nứa cường
độ dòng điện bình thường cung cấp cho động cơ,
hoàn toàn tương tự với SCR Động cơ ac có th ể
gặp sự cố với kiểu xung điện áp dc này Khi công
tắc chuyển sang vị trí 3, điện áp ac toàn sóng
sine được câp cho cổng, nhưng vớì giá trị giảm
do điện trở R mắc nốì tiếp Cả hai nửa sóng sine
đều cung cấp cho cổng, triac d ẫn điện toàn thời
gian và động cơ ac được cấp điện áp với giá trị
toàn phần Động cơ chạy ở to٠c độ toàn phán R
có th ể là biến trớ với giá trị được dùng để điều
khiển cường độ dòng điện ac đi qua triac và đến
động cơ
Hình 13-20B m inh họa cách sắp xếp triac
thứ hai, sử dụng diac để kích h o ạt triac Điện áp
kích hoạt được điều k h iển b ằn g biến trd Điều
này cho phép điều k h iển động cơ linh h o ạt hơn
Triac
Triac được xếp trong các vó tương tự như SCR, do đó bàng m ắt r â t khó hoặc không thể phân biệt hai loại linh kiện này Các số trôn vó hộp cho b iết đó là triac hay diac Ngày nay đã có loại triac có th ể làm việc với các tái trẽn 10 kW
DiODE PHÁT QUANG
Diode p h á t quang (LED) được dùng làm đèn báo trên các bảng module của bộ điều khiển bán dẫn LED có kích cở nhỏ, cung cấp đủ ánh sáng cho mục đích này với các màu đỏ, xanh lá, và màu hổ phách, nhưng tiêu thụ dòng điện râ t nhỏ, Hình 13-21
LED được chế tạo với tiếp giáp galli- arsenide (một loại vật liệu bán dẫn) Sự tạo
th à n h các cặp điện tứ - lỗ là quá trìn h thuận nghịch N ăng lượng được giái phóng khi điện tử tái hợp với lỗ Trong galli-arsenide, điện tử đi vào lỗ m ột cách trực tiếp và p h á t xạ photon
n ăng lượng Các tiế p giáp galli-arsenide cung
khoảng tầ n sô^ th ấy được Một sô^ được chế tạo với khoảng tần sô^ hồng ngoại
LED được dùng làm đèn báo Trong hầu hết trường hợp, chúng phái mắc nôì tiếp với điện trớ Chúng cũng được dùng đế chí báo logic cho các mạch m áy tính Khi được th iên áp ngược, LED không dẫn điện N ghĩa là phái nôd k ết cực tính thích hợp đến cathode và anode để LED
p h át sáng LED dẫn điện khi có th iên áp thuận, nghĩa là p h át sán g khi dẫn dòng điện thiên áp thuận LED thường vận h àn h với điện áp 1 đến
3 V Dòng điện quá cao sẽ phá huy LED, do đó trong hầu h ế t các mạch đều mắc điện trứ nôd tiếp để báo vệ
D io d e c h ỉn h lư u
c ô n g s u ấ t
D io d e
n h ạ y s á n g
Hình 13-21 Diode phát quang, LED,
Các ký hiệu LED.
H ình 13-20 (A) Mạch m inh họa triac.
(B) Triac sử dụng diac để kích hoạt cực cổng.
Trang 8sử DỤNG ه ﺎﻏ ﻻ KHIỂN BÁN DẪN
VÀ CÀC LINH KIỆN BIỆN TỪ
cO các linh kiện diện từ١ thường xảy ra các vấn
dề về nguồn diện bị "bẩn'' S ự h ìn h th à n h và suy
gidm từ trường mỗi khi cuộn dây hoặc cuộn cảm
dưực cấp diện và n gắt diện tạo ra các dinh và
nhiều kiểu nhiễu điện khác Các dinh này có thể
gây sự cố cho các linh kiện bán dẫn, do chUng
rấ t nhạy và dễ bị tển thương với các dinh diện
áp di kèm với quá trin h nạp diện các cuộn dây
relay, và sự chuyển mạch on-off dộng cơ diện
Bộ TBIỆT B!NH
Bộ triệ t dinh dược lắp trê n các cuộn dây cUa
linh kiện điện từ, chắng h ạn relay, contactor,
và bộ khơi dộng dộng cơ Bộ tr iệ t diện áp dinh
cO thể cO các dầu dây nối với các dầu cuộn dây
Công dụng của bộ này la giới h ạ n nhiễu diện ap
và các dinh quá diện áp do cuộn dây bộ khởi
dộng tạo ra khi n g ắt mạch cuộn dây này
Bộ tr iệ t dinh dược chế tạo dể dễ dàng lắp
trực tiếp với các dầu cuộn dây cUa contactor hoặc
bộ khởi dộng với các cuộn dây 120 và 240 V ac
COng dụng của bộ triệ t này là giới h ạn các diện
áp chuyển tiếp cho những ứng dụng yêu cầu giao
diện với các linh kiộn bán dẫn Mỗi cuộn dây phdi cO một bộ triệt
BẲO VỆ chONg SÉT
Sét có th ể gảy ra các sOng diện áp cao Bộ triệ t dinh (sét) thứ cấp có th ể ngãn chặn các vấn dề liên quan dê'n sét đánh Bộ triệ t dinh có th ể bảo
vệ hệ th ố n g 1-pha, hai hoặc ba dây nối dất co
th ể lắp hai bộ này dể bảo vệ hệ th ố n g 208Y/ 120-Vac, 3-pha, bốn dây ChUng cO th ể chịu dược
1500 A vớl diện áp 040 V, 5000 A vơi diện áp
1600 V, 10 kA vớl diện áp 2200 ٧ , và 20 kA ở diện áp 3250V
ÔN TẬP
l S C R l à g ì ?
2 SCR cOn dược gọị là gì?
3 Dò tlm sự m ất cân bằng pha cO nghĩa là gì?
4 Sự dẩo pha có nghĩa là gl?
5 Hãy nêu công dụng cUa LED trê n các linh kiện bán dẫn
6 Nguồn công suất "bẩn’' có nghĩa là gj?
7 Công dụng cUa bộ triệ t dinh là gì?
8 Hãy nêu phương pháp chOng sét, bảo vệ linh kiện bán dẫn
9 Hãy nêu cOng dụng của diac
10 Triac la gl?
Trang 9C h ư ơ n g 14
GIÁM SÁT VÀ ĐIÊU KHIỂN TÔC ĐỘ
NỘI DUNG CHÍNH
♦ Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện
٠ Sự khác biột giừa động cơ đồng bộ và động
cơ cám ứng
đồng bộ
♦ Phương pháp xác định tốc độ động cơ đồng
bộ
٠ Bộ giảm chấn
bộ
٠ Điều tiế t tốc độ b ằn g điện trở
♦ Các kiểu điều kh iển tôc độ động cơ rotor dây
quấn
cơ cảm ứng rotor dâv quân
♦ ư u điểm của bộ điều khiển tốc độ sử dụng
các linh kiện điện tứ
♦ Sử dụng nguyên lý thay đổi tầ n số để thay
đối tốc độ
ĐIỂU KHIỂN TỐC Độ DỘNG C0
Trong m ột sô^ trường hợp, hoàn toàn có th ể điều
khiến tôc độ động cơ điện, nhưng luôn luôn phái
trá giá cho điều này Động cư thường được th iế t
kê để vận h àn h với tốc độ xác định, sự khác biệt
khởi động hoặc p h á t sinh n h iệ t trong quá trin h
vặn hành
Các quá trìn h công nghiệp yêu cầu động cơ
có th ế thay đổi tốc độ N ghĩa là phải có phương
pháp giãi quyết yẽu cầu th ay đổi tôc độ Điều
thứ n h á t cần xem xét là đặc tính của động cơ,
tìm kiêm các kh á n ăn g và khoáng thay đối tôc
độ có tín h khá thi
DỘNG CÚ LỔNG sóc
Tốc độ động cơ cảm ứng lồng sóc, H ình 14-1, gần
như không đổi trong các điều kiện tả i và điện
áp bình thường, nhưng phụ thuộc vào số cực từ
và tầ n số của nguồn điện ac Tuy nh iên , tôc độ
động cơ sẽ giám khi tả i tă n g đến mức vừa đủ
làm tăng dòng điện để đáp ứng yêu cầu moment
Đối với tá i cho trước b ấ t kỳ, chênh lệch giừa
tòc độ tả i và tốc độ đồng bộ được gọi là sự trượt
động cơ, biểu th ị theo phần tră m tốc độ đồng bộ
Tốc độ đồng bộ b ằn g tốc độ trường quay Do
mức độ trượt phụ thuộc vào tải, tả i càng lứn,
trượt càng lớn, nghĩa là động cơ chạy càng
٤٥٢
^ ؛^
stator
chậm, nhi/ng mức giảm tốc độ của động cơ rấ t nhó, ngay cả với tải toàn phần cùng chỉ khoảng 1-4% tôc độ đồng bộ Do đó, động cơ lồng sóc được coi là loại tôc độ không đổi
Loại động cơ này không thích hợp với các ứng dụng công nghiệp yêu cầu điều khiển tốc độ trong khoảng tương đối rộng, do tôc độ này chỉ
cổ th ể điều khiển bằng cách thay đổi tần số, sô cực từ, hoặc trượt Điều khiến tô'c độ bằng cách thay đối tầ n số dần dần trớ nên thông dụng Đỏi khi có th ể thay đổi số cực từ bằng cách dùng hai hoặc nhiều cuộn dây phân biệt hoặc bằng cách nối k ết lại cuộn dây đó với số cực từ khác
ĐỘNG Cơ eỔNG Bộ
Theo định nghĩa, động cơ đồng bộ là loại đồng pha với dòng điện ac vận h à n h động cơ Trong thực tế, điều kiện này chi là gần đúng, do luôn luôn có độ lệch pha, dù r ấ t nhổ Máy p h á t điện
ac 1-pha hoặc 3-pha sè vận h àn h như động cơ đồng bộ khi được eung cấp dòng điện với cùng điện thế, tầ n số, và dạng sóng như của máy p hát
này, điều kiện cơ bản đối với trường hợp máy
p h át ỉà phải tăn g tốc để đồng bộ hóa trước khi đưa vào rnạch
Động cơ đồng bộ có th ể có phần ứng quay hoặc từ trường quay Hầu h ế t các động cơ đồng
bộ đều là kiểu từ trường quay P hần ứng tĩnh tại lắp trê n khung stato r, còn các nam châm trường lắp vào khung quay với trục
Các cuộn trường được kích thích bằng dòng điện m ột chiều, dc, từ máy p h á t điện dc nhó (lắp
Trang 10Hình 14.2 Động cơ đổng bộ
trên cùng một trục với động cơ và được gọi là bộ
kích thích), hoặc từ nguồn khác Hình 14-2 minh
họa bộ kích thích nối kết trực tiếp
Trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp
ngày nay, mạch điện tử bán dẫn cung cấp điện
dc cần thiết để vận hành loại động cơ này Mạch
điện tử bán dẫn còn cung cấp sự thay đổi tần số
cần thiế t để điều khiển tốc độ động cơ
Ctf chê kích thích
Kích thích trường trong động cơ đồng bộ được
thực hiện thông qua bộ kích truyền động bằng
động cơ cảm ứng, bộ kích nôì trực tiếp, hoặc qua
bộ truyền động đai, hoặc từ nguồn điện áp dc
không đổi Điện áp kích thích tiêu chuẩn là 125
hoặc 250 V, nhưng cuộn trường của động cơ được
thiết kế với điện áp kích thích dưới giá tr ị này
khoảng 10% để dự phòng sự sụt điện áp trên
đường dây nguồn
TỐC ũộ
Tôc độ của động cơ đồng bộ được xác định bằng
tần sô^ dòng điện cung cấp và sô' cực từ của động
cơ Nghĩa là tốc độ vận hành không đổi đối với
tần số và số cực từ cho trước Phương trình xác
định tô'c độ động cơ như sau;
٢ r ١ / _ 1 _ ^.٠ '^ần số X điên áp
trong đó, p là sô' cực từ
Mọi động cợ đều được chê' tạo với sô' cực từ
chẩn, do đó tốc độ khả dụng từ nguồn điện 50Hz,
120 V sẽ từ 3000 v/ph với máy 2 cực từ giảm đến
75 v/ph với máy 80 cực từ Điều này cho phép
động cơ nô'i trực tiếp với tải, ngay cả ở các tô'c độ
thấp, không thế’ sử dụng động cơ cảm ứng do có
hệ sồ' công suất và hiệu suất vận hành thấp
Một sô' động cơ được yêu cầu vận hành với
nhiều tô'c độ, nhưng ỉại là các máy có tôc độ vận
hành chuyên biệt Ví dụ, khi cần tỷ sô' tốc độ 2:1,
có thể chọn động cơ đồng bộ, khung đơn, 2-tốc
độ Có thể sử dụng động cơ 4-tốc độ khi yÔLi cầu hai tô'c độ không theo tỷ số 2:1
Động cơ 2-tốc độ, khung đơn thường là loại
có kết cấu cực lồi, với số cực từ tương ứng to'c độ thấp Có thê nhận được tốc độ cao bằng cách tái lập nhóm các cực từ sao cho hai cực sát nhau có cùng cực tính, kế tiếp là hai cực ngược cực tính Điều này có tác dụng làm giảm một nứa sỏ cực
từ trên rotor để vận hành với tốc độ cao, nhưng phải thay đổi các nối kết tương ứng trên stator
Sự chuyển đổi này thường được thực hiện một cách tự động thông qua bộ khởi động từ tính, hoặc thiế t bị thay đổi cực từ vận hành bằng tay Hình 14-3 minh họa động cơ đồng bộ và bộ kích thích với biến trở trường kícih thích, công tắc trường, và các đồng hồ trường kích thích
Nguốn AC
Hình 14-3 Động cơ đồng bộ và bộ kích thích với biến
trỏ, còng tắc, và các đổng hổ.
Khởi động
Để động cơ đồng bộ có thể tự khởi động, cuộn lồng sóc thường được bố trí trên rotor Sau khi động cơ đạt đến tốc độ hơi tha'p hơn tô'c độ đồng
bộ, rotor được câ.p điện Khi động cơ đồng bộ khởi động, trường dc không được kích thích cho đến khi rotor gần đạt tốc độ đồng bộ Moment khởi động cần th iế t để đưa rotor đến tô'c độ này được tạo ra bằng sự cảm ứng
Cùng với cuộn dây trường dc, động cơ đồng
bộ còn được cung cấp cuộn giảm chấn Cuộn này
có thanh ngắn mạch bằng Cu lắp vào rãnh trong các mặt cực và nô'i kết với nhau ở một đầu bằng các vành Cu Cuộn này thường gọi là cuộn lồng sóc, tạo điều kiện cho động cơ nhận được moment khởi động đủ để động cơ khởi động với tải Moment khởi động cần th iế t để đưa động cơ đến tốc độ đồng bộ được gọi là moment kéo toàn phần Moment cực đại, động cơ có thể cung cấp
và vẫn duy trì tính đồng bộ, được gọi là moment đồng bộ toàn phần
Khi cuộn stator trong động, cơ đồng bộ đang