luận văn điều khiển các linh kiện điện tử để điều khiển tốc độ động cơ

Luận văn tôt nghiệp
CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG
SUẤT DÙNG TRONG VIỆC ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
I.1 ĐIỀU KHIỂN TRANSISTOR:
- Transistor được dùng để đóng cắt dòng điện có cường độ tương đối lớn. Vậy
chúng chỉ làm việc ở hai trạng thái:
- Trạng thái đóng (dẫn bão hòa) để đóng mạch điện.
- Trạng thái mở (ngưng dẫn) để cắt mạch điện.
Khi transistor hoạt động với thời gian dẫn bão hòa hay ngắt tương đối dài còn
gọi là chế độ khóa của transistor.
I.1.1 Chế độ khóa của Transistor.
-Transistor làm việc ở chế độ khóa như một khóa điện tử đóng mở mạch
nhanh với tốc độ nhanh (10
-9
s ÷ 10
-6
s) do đó có nhiều đặc điểm khóa với chế độ
khuếch đại.
Transistor ở chế độ khóa thì điện áp đầu ra có hai trạng thái sau:
V
ra
=1 khi V
vào
= 0.
(I.1)
V
ra
=

0 khi V
vào

= 1.

- Chế độ khóa của transistor được xác đònh bởi chế độ điện áp hay dòng điện
một chiều cung cấp từ ngoài qua một mạch phụ trợ (khóa thường đóng hay thường
mở) việc chuyển trạng thái khóa thường đïc thực hiện nhờ một tín hiệu xung có
cực tính thích hợp tác động tới đầu vào. Những đặc điểm chủ yếu của chế độ khóa
được xét như hình I.1.
HìnhI-1:Mạch khóa dùng Transistor
-Ban đầu khi V
vào
=0, transistor ở trạng thái mở, dòng điện ra I
c
= 0 lúc
không có tải R
t
, khi transistor được coi là hở mạch V
ra
= V
nguồn
khi cho xung điều
khiển có cực tính dương tới đầu vào V
vào
= 1 transistor chuyển sang trạng thái đóng
(bão hòa) điện áp ra thỏa mãn điều kiện ở (I.1) V
ra
= 0 ở trạng thái bão hòa để duy
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
1
+ V n g u o àn
R C

R 3
Luận văn tôt nghiệp
trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích cực nền quá lớn, dòng điện cực nền
ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng, ở chế độ khóa dòng
điện nền phải giảm cùng qui luật như dòng điện thu để tránh hiện tượng chọc thủng
tiếp giáp BC.
Trạng thái đóng mạch I
B
lớn
I
C
do tải giới hạn
Trạng thái hở mạch I
B
=0
Hình I.2: Đặc tuyến transistor ở chế độ khóa.
I.1.2 MẠCH TR GIÚP MỞ:
Hình I.3 :Mạch trợ giúp mở.

Khi transistor chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở.
Mạch trợ giúp mở gồm các phần tử C, D
1
, R
1
. Dòng điện tải là i, vì thời gian
chuyển trạng thái rất ngắn nên xem I=const trong mỗi lần chuyển trạng thái.
Ban đầu V
CE
= V
CE bảo hòa

≈ 0, i
C
=I, i
D
= 0.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
2
t2
t1
i
D
t
t
t
i
D
I V
I
i
C
0
0
0


V +
i c
V v a øo
i
i

i 1
D
D 2
R t


D 1R 1
C
Luận văn tôt nghiệp
Khi cho xung áp tâm tác động vào cực nền của Transistor dòng I
C
giảm tuyến
tính từ 1 xuống 0 trong khoảng thời gian t
1
.
Nếu không có mạch trợ giúp mở i
C
+ i
D
= I = const (I.2).
Vừa lúc i
C
bắt đầu giảm thì i
D
tăng lên ngay, D
2
làm chuyển mạch tải
V
CE
= V+0,6V (I.3).

Nếu có mạch trợ giúp thì ta có: i
C
+ I
1
= I = const (I.4).
vừa lúc i
C
bắt đầu giảm tuyến tính thí i
1
cũng bắt đầu tăng tuyến tính tụ C được nạp
điện.
Khi t=t
1
, i
C
= 0, V
C
(t
1
) = V
CE
<< V
Sau t
1
, tụ điện C được nạp bằng dòng I
Cho đến khi V
C
= V lúc này diode D
1
mới cho dòng chảy qua thời gian tổng

cộng của quá trình chuyển trạng thái mở là t
2
.
Trong thực tế người ta chọn C sao cho:
2t
1
< t
2
< 5t
1
Trong đó:
T
1
là thời gian cần thiết để i
C
giảm từ I xuống 0, cho trong sổ tay tra cứu
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
3
(I.5)
C
icI
dt
dVc
−
=
C
I
dt
dVc
=

V
tI
t
V
CIi
2
2
1
.
C
(I.7) .: đúng gần tính được C dung Điện
=
≈=
Luận văn tôt nghiệp
I.1.3 MẠCH TR GIÚP ĐÓNG:
Ta có sơ đồ mạch như sau
Hình I.4: Mạch trợ giúp đóng
- Mạch trợ giúp đóng gồm L
1
, D
3
, R
2
có chức năng hạn chế sự tăng trưởng của
dòng i
C
trong khoảng thời gian cần thiết để V
CE
giảm từ giá trò V xuống V
CE

bão
hòa = 0 cho trong sổ tay tra cứu.
- Thời gian tổng cộng của quá trình đóng là :tΣ
- Điện cảm L
1
được tính gần đúng bằng biểu thức
Trong thực tế người ta chọn L
1
sao cho:
2 tđ <t
Σ
<5tđ
Điện trở R
2
có tác dụng hạn chế dòng điện do sức điện động tự cảm trong L
1
tạo ra trong mạch L
1
,R
2
,D
3
trong khoảng thời gian t
2
chuyển sang trạng thái mở T.
Như vậy phải thỏa mãn điều kiện:
Điện trở R
1
có nhiệm vụ hạn dòng điện phóng của tụ C
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang

4
8)-(I
.
1
I
tV
L
Σ
=
9)-(I
2
2
1
t
R
L
>


+ V n
V v
T
D 2


D 1R 1
C
L 1
R 2
D 3

R t
* Khi Transistor từ trạng
thái mở sang trạng thái
đóng
Luận văn tôt nghiệp
Trong mạch CTR
1
trong khoảng thời gian đóng t
Σ

như vậy phải thỏa mãn điều
kiện R
1
C>t
Σ
.
I.2 ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR:
I.2.1: Các yêu cầu cơ bản về mạch điều khiển:
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Thyristor. Nó đóng
vai trò chủ yếu trong việc quyết đònh chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Yêu
cầu đối với mạch điều khiển đa dạng gồm các bước chính sau:
• Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển.
- Mỗi Thyristor đều có một đặc tính đầu vào đó là quan hệ giữa áp trên cực
khiển và dòng điện chạy qua cực khiển V
đk
=f(i
đk
).
Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc mà ngay cả các Thyristor
cùng loại cũng có những đặc tính đầu vào khác nhau. Yêu cầu độ lớn điện áp và

dòng điện điều khiển là:
- Giá trò lớn nhất không vượt quá giá trò cho phép ở sổ tay tra cứu.
-Giá trò nhỏ nhất phải đảm bảo mở được tất cả các Thyristor cùng ở mọi điều
kiện làm việc.
-Tổn hao công suất trung bình trên cực điều khiển phải nhỏ hơn trò cho phép.
• Yêu cầu về độ rộng xung:
- Căn cứ vào đặc tuyến V-A của Thyristor ta thấy tồn tại xung điều khiển phải
đảm bảo cho dòng qua Thyristor tăng từ 0 đến giá trò I
C
khi Thyristor mở bằng xung
điều khiển quá trình mở có thể xem là quá trình tăng điện tích ở lớp bán dẫn P nối
với cực điều khiển, khi các điện tử tự do ở lớp bán dẫn này tăng đến mức nhất đònh
thì điện trở thuận của Thyristor giảm đột ngột Thyristor mở. Độ lớn điện tích tích
lũy ở lớp bán dẫn P nối với cực điều khiển phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển.
Thông thường độ rộng xung điều khiển không nhỏ hơn 5µs và tăng độ rộng xung
điều khiển cho phép giảm nhỏ biên độ xung điều khiển.
• Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung:
Độ dốc sườn trước của xung càng cao thì việc mở Thyristor càng tốt. Đặc biệt
trong khi mạch có nhiều Thyristor mắc nối tiếp và song song. Thông thường yêu
cầu về độ dốc xung điều khiển là:
• Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển.
Ở các bộ biến đổi nhiều pha, nhiều Thyristor độ đối xứng xung điều khiển
giữa các kênh sẽ quyết đònh chất lượng đặc tính ra của hệ. Nếu không đối xứng,
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
5
11)-(I s}{A/ 1,0
µ
>
dt
di

đk
Luận văn tôt nghiệp
các xung điều khiển của Thyristor của bộ biến đổi nhiều pha sẽ gây ra sự mất cân
bằng giá trò trung bình của dòng qua Thyristor.
• Yêu cầu về độ tin cậy:
Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tin cậy trong mọi hoàn cảnh như t
0
thay đổi, nguồn tín hiệu nhiễu tăng. Do vậy yêu cầu:
- Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ để Thyristor không tự mở khi dòng rò
tăng.
- Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn.
- Cần khử được nhiễu cảm ứng (ở khâu so sánh, ở biến áp xung tần ra) để tránh
mở nhầm.
• Yêu cầu về lắp đặt:
- Thiết bò dễ thay thế, dễ lắp ráp điều chỉnh.
- Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.
I.2.2 Nguyên tắc xây dựng và phân loại mạch điều khiển Thyristor.
Mạch điều khiển có nhiệm vụ gia công và biến đổi các tín hiệu điều khiển
(điện áp DC) thành các chuỗi xung để đưa vào điều khiển Thyristor, được biểu
diễn như hình I.5
Hình I.5 Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor.
Đối tượng cần điều khiển là bộ biến đổi Thyristor T và được đặc trưng bởi
đại lượng được điều khiển ở a (có thể là dòng, áp, nhiệt độ, tốc độ). N là khối biểu
thò nhiễu bên ngoài (do mô men tải, nhiệt độ môi trường). Bộ cảm biến CB sẽ đưa
tín hiệu b được so sánh với tín hiệu chủ đạo CĐ. Sai lệch tín hiệu của tín hiệu θ
0
-b
là x sẽ điều khiển thiết bò chấp hành CH, thiết bò CH có nhiệm vụ khử sai lệch X,
hoặc cực tiểu nó bằng cách tạo ra góc điều khiển θ để điều khiển bộ biến đổi
Thyristor T. Hoạt động của thiết bò chấp hành CH được đồng bộ nhờ tín hiệu e phát

ra từ nguồn đồng bộ ĐB.
Mạch điều khiển Thyristor có thể phân loại theo nhiều cách. Các mạch điều
khiển Thyristor đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có nguyên
lý khống chế ngang và khống chế đứng.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
6
Đ B
C H
T
C B
C Đ
N
e
a
b
θ
0
θ
Luận văn tôt nghiệp
Khống chế ngang là phương pháp tạo ra góc θ thay đổi bằng cách dòch
chuyển điện áp ra hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp ban đầu hình (I-
6).
Hình I-6: Sơ đồ nguyên lý và độ thò điện áp mạch khống chế ngang.
Khống chế đứng là tạo ra góc θ thay đổi bằng cách dòch chuyển điện áp của
chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp răng cưa, phương pháp này lại chia
ra: Phương pháp khống chế không đồng bộ và phương pháp khống chế đồng bộ.
Khống chế đồng bộ là khống chế để tạo ra xung điều khiển Thyristor đồng bộ với
nhau nhờ nguồn pha phát tín hiệu đồng bộ, còn khống chế không đồng bộ là việc
tạo ra các xung điều khiển Thyristor độc lập với nhau. phương pháp khống chế
đứng hiện đang được dùng phổ biến vì độ chính xác cao và khoảng điểu khiển rộng

(từ 0
0
– 180
0
).
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
7


V r
V c
a
c
a
b
c
θ
V c
V R
b
C
V R
B A
Luận văn tôt nghiệp
Phương pháp khống chế đứng được biểu diễn như hình I-7.
Hình I-7: Sơ đồ khối mạch khống chế đứng và dạng điện áp ra của nó.
I.2.3 Các khối của mạch điều khiển Thyristor.
a> Khối phát tín hiệu đồng bộ: ĐB Vì điều khiển Thyristor theo nguyên
lý điều khiển pha nên cần có khối đồng bộ pha giữa điện áp điểu khiển và điện áp
Anod – Cathode của Thyristor.

Các mạch phát tín hiệu đồng bộ điển hình như sau:
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
8
V
3
V
V
V
0
0
0
t
t
t
θ
V
6
V
4
Đ B
S o
s a ùn h
T a ïo
h ì n h
K h u e ác h
đ a ïi
B i e án a ùp r a
V 4 V 5
V 6
V 3

V 2
V
V 1
T a ïo x u n g
Luận văn tôt nghiệp
• Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và diode. Hình I-8.
Hình I-8: Sơ đồ khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ diode.
Trong đó:
V
d
: Điện áp xoay chiều đồng pha với điện áp trễ Anod – Katod của transistor.
V
n
:nguồn điện áp một chiều.
V
c
: Điện áp đồng bộ lấy ra.
Khi V
D
>0 thì D
1
, D
2
phân cực ngược. Tụ C được nạp về nguồn V
n
.
Khi V
c
= V
d

(ở t
2
) thì C phóng điện qua R
2
và Đ
2
. Khi V
d
<0 áp tr6n tụ C là ∆V
C
cho
đến khi Đ
1
khóa. Khi i
d
- i
n
=0 (tại t
1
) tụ C bắt đầu được nạ chu kỳ mới
θ nằm khoảng t
1
÷t
2
.
• Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và transistor:I-10.
Hình I-10: Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và transistor.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
9
V

đ

t
1
t
2
0
t
∆V
C


V n g
V v

V c
i n
B A
V đ
D 2
D 1
C
R 2
R 1
V n

V c

v
V

V đ
R 2
D 2
C
R 3
R 1
9)-(I
V
V
arcsin Góc
đmax
đ(t1)
=
θ
Luận văn tôt nghiệp
Trong đó:
V
đ
: Điện áp nguồn xoay chiều đồng pha với điện áp trên Anot và Katot của
thyristor.
V
n
: Điện áp điện một chiều.
V
c
: Điện áp đồng bộ lấy ra khi V
đ
>0. Transistor T bão hòa.
V
C

=∆v (∆v sụt áp trên Transistor).
Khi V
d
>0 Transistor T khóa, tụ C được nạp qua R
1
, R
3
từ V
n
.
Ta có:
Nên chọn R
1
>>R
3
đề t
nạp
>> t
phóng
.
V
đk
: Điện áp điều khiển.
b. Bộ phát xung chủ đạo:
Bộ phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra các xung với tần số cố đònh hoặc
thay đổi để làm nguồn tín hiệu chủ đạo trong các mạch điều khiển Thyristor.
Bộ phát xung chủ đạo dùng Transistor một tiếp giáp(I-11).
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
10
T

t
1
t
2
V
đk
V
đ
V
∆V
V n +
V r

B 1
B 2
V
V
B B
B 1
T u
E
I e
i c
R
R 2
R 1
C
14)-(I 1ln.)(R
13)-(I 1ln R2)C(R1t
31









−+=








−+=
n
đk
n
c
nạp
V
V
CR
V
V
ωθ
Luận văn tôt nghiệp

Hình I-11: Sơ đồ thay thế Transistor một tiếp giáp làm máy phát xung và dạng
xung ra.
Khi V
E
<ηV
BB
tụ C được nạp từ nguồn V
n
theo biểu thức sau:
η: Tham số riêng của mỗi loại Transistor 1 tiếp giáp.
η=0,47÷0,8.
Khi V
C
≥ηV
BB
Transistor 1 tiếp giáp dẫn, tụ C sẽ phóng điện qua R
1
và ta có:
ηV
BB
=V
n
(1-e
-t/RC
) (I-16).
T: Chu kỳ tạo xung.
V
E
:Điện áp trên cực phát của Transistor một tiếp giáp.
V

BB
:Điện áp trên cực B
1
,B
2
của Transistor một tiếp giáp
Xem V
BB
=V
n
thì
Điện trở R
2
trong sơ đồ dùng để ổn đònh tần số xung khi nhiệt độ thay đổi,
theo công thức kinh nghiệm.
Điện trở R để điều chỉnh tần số xung. Giá trò lớn nhất của điện trở xác đònh
theo điều kiện tạo dao động.
V
p
=ηV
BB
+V
Đ
. (I-20).
Trong đó V
Đ
: Điện áp rơi trên cực E khi UJT mở (V
Đ
=0,4÷0,50).
V

P
: Điện áp đỉnh của Transistor một tiếp giáp (UJT) khi bắt đầu dẫn.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
11
t
t
V
r
V
E
0
0
15)-(I )1(
/ RCt
nC
eVV
−
−=
17)-(I
1
1
ln
η
−
=
RCT
18)-(I
4,0
2
n

BB
V
R
R
η
=
19)-(I
max
p
pn
I
VV
R
−
≤
Luận văn tôt nghiệp
I
P
:Dòng điện ứng với V
P
.
Giá trò nhỏ nhất của điện trở được xác đònh.
Trong đó V
V
, và I
V
là áp dòng ứng với điểm trũng trên đặc tính V-A của
UJT.
Khi không có Transistor một tiếp giáp ta có thể dùng Transistor loại thông thường
để thay thế theo sơ đồ tương đương hình I-12.

Hình I-12: Sơ đồ thay thế Transistor một tiếp giáp bằng Transistor thường.
Nguyên tắc hoạt động của hình I-12 cũng tương tự như I-11. Ở trạng thái ban
đầu cả hai Transistor T
1
và T
2
đều khác, lúc đó tụ C được nạp từ nguồn V
n
qua điện
trở R. Điện áp trên cực nền T
1
là:
Khi V
C
>V
B
thì T
1
dẫn. Do cách nối các cực Transistor T
1
và T
2
nên khi T
1
bắt
đầu dẫn thì giữa 2 Transistor hình thành một phản hồi dương và cả hai T
1
,T
2
nhanh

chóng chuyển qua chế độ bão hòa. Lúc đó tụ C sẽ phóng điện qua R
3
sẽ có xung
ra. Lúc đó tỉ số β sẽ là:
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
12
21)-(I
min
ν
ν
I
VV
R
n
−
≥
B
+ V n
B 1
+ V n
R 2
R 1
R 3
R
C
T 1
T 2
R
C
T 1

R 3
T 2
D
21
1

21
1
Với
22)-(I
.
RR
R
V
RR
RV
V
n
n
B
+
=
=
+
=
β
β
Luận văn tôt nghiệp
Còn các thông số còn lại tương tự như thông số mạch hình I-11.
C. Khối so sánh:

Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh các tín hiệu và phản ánh các sai lệch tín
hiệu ở đầu ra. khâu so sánh có ảnh hưởng rất quan trọng đến sai lệch tónh của hệ
thống. Ngoài ra để điều khiển các bộ biến đổi Thysistor ngày nay các sơ đồ so sánh
được làm bằng bán dẫn và vi mạch.
Khối so sánh dùng các mạch bán dẫn được trình bày hình I-13.
a/ b/
Hình I-13: Khối so sánh dùng các mạch bán dẫn.
Khối so sánh trong các hệ thống điều khiển Thyristor thường là khối trùng
hợp, nghóa là tín hiệu điều khiển bằng tín hiệu đồng bộ thì khối so sánh sẽ cho ra
tín hiệu ra. Khi khối so sánh dùng các mạch bán dẫn thì tín hiệu điều khiển V
đk
và
tín hiệu đồng bộ V
đb
được nối với nhau theo hai cách:
- Nối nối tiếp hình(I-13a) V
đk
và V
đb
nối ngược cực tính với nhau.
- Nối song song hình(I-13b) V
đk
và V
đb
nối song song.
Khi V
đk
=0 ta tính được điện áp đồng bộ.
Lúc nối tiếp V
đb

=V
Bo
+I
B
(R
đb
+R
đk
+r
B
) (I-23)
Diode D hình I-13 để bảo vệ Transistor khi V
đk
> V
đb.
Điện áp V
Bo
: Điện áp rơi trên tiếp giáp B-C lúc không tải.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
13
24)-(I 1).({)1(
song song Lúc
2
1
2
1









+
+++
+
+
+=
đk
B
đbBBo
đk
đb
Bb
RR
r
RRRI
RR
RR
VV
8,05,0
21
1
÷=
+
=
RR
R
β

V r
V n +
V đ k
V 1
B A
V đ b
R B
T
R c
V r
V n +
V đ k
V 1
-
B A
V đ b
R 2
R c
R 2
Luận văn tôt nghiệp
• Khối so sánh dùng vi mạch điện tử:
Khối so sánh dùng vi mạch điện tử ngày nay được sử dụng rất rộng rãi vì nó
có nhiều ưu điểm là gọn nhẹ công suất tiêu thụ bé, chỉ tiêu kỹ thuật cao, dễ dàng
thực hiện mạch điều khiển nhiều pha.
Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh dùng vi mạch hình (I-16).
Hình I-15. Sơ đồ nguên lý mạch so sánh dùng vi mạch.
Khâu so sánh bằng vi mạch loại khuếch đại thuật toán chuyên dùng để sosánh
tín hiệu. Nhiệm vụ chính của mạch này là chuyển tiếp điện áp ra V
r
từ mức Logic 1

sang mức logic 0 hoặc ngược lại khi điện áp Vv vượt điện áp ngưỡng V
o
.
d. Khối khuếch đại và tạo xung đầu ra:
Khối khuyếch đại và tạo xung đầu ra có nhiệm vụ tạo ra xung có đủ độ rộng
vừa phải khuyếch đại cho xung có đủ biên độ thỏa mãn yêu cầu đối tượng điều
khiển. Đầu vào của khối này là tín hiệu của khâu so sánh đầu ra là xung mở
Thyristor.
Sơ đồ khuếch đại và tạo xung đầu ra điển hình trình bày như hình I-16.
Hình I-16: Khuyếch đại xung nối với tải qua máy biến áp.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
14
t
t
+ 1 2 V
v
V r
-
V
- 6 V
0
-
+
+
V
-
R 2
R 1
+ 1 2 V
V

-
-
v
-
0
- 1 2 V
V r
V
+
+
R 1
R 2
v
V
R 2
R 1
T 1
T 2
B A X
Luận văn tôt nghiệp
Transistor T
1
, T
2
nối tầng để tăng hệ số khuyếch đại công suất Đ
1
,R
1
để bảo vệ T
1

,
T
2
khỏi quá áp khi cuộn sơ cấp của máy biến áp xung chuyển mạch.
- Khi có xung âm T
1
,T
2
mở sẽ có dòng qua dây quấn sơ cấp của máy biến áp
xung BAX và ở cuộn thứ cấp sẽ có xung ra. khi xung vào tắt thì T
1
,T
2
cùng khóa
và xung ra cũng tắt.
* Biến áp xung thường làm biến áp của bộ khuyếch đại tạo xung, có các chức năng
sau:
- Tạo xung đúng theo yêu cầu.
- Tạo sự phù hợp điện áp mạch tạo xung và điện áp cực điều khiển Thyristor.
- Có thể dùng một vài cuộn đầu ra để điều khiển một vài Thyristor.
- Đảm bảo ngăn cách về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển các thông
số đặc trưng của máy biến áp xung.
Điện cảm thẩm từ L
µ
: nó đặc trưng cho độ rộng xung với mạch từ thông có khe
hở không khí.
Trong đó S
1t
, L
1t:

tiết diện ngang và chiều dài mạch từ.
µ
hđ
: Độ từ thẩm hiệu dụng.
W
1
: số vòng dây sơ cấp.
• Hệ số tắt dần δ:
Trong đó R
1
: điện trở của cuộn dòng W
1
.
R
2
1
: Điện trở tải qui đổi về W
1
.
L
t
:điện cảm kháng tản.
C
0
:điện dung ký sinh.
T
0
: chu kỳ dao động.
Hệ số càng lớn thì xung càng dốc ở sườn trước muốn vậy phải giảm nhỏ L
t

vàC
0
.
Hệ số đặc trưng dao động λ.
Hệ số càng nhỏ thì dao động ở sườn trước xung càng bé.
I.2.4 Sử dụng vi mạch trong các mạch điều khiển Thyristor.
Sử dụng vi mạch vào hệ thống điều khiển thyristor như đã biết có nhiều ưu
điểm. Bên cạnh các ưu điểm như kích thước nhỏ, thiết bò vạn năng lắp ráp đơn
giản Khi dùng hệ thống vi mạch còn cho phép dự trữ các khối dễ dàng. Ngày nay
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
15
25)-(I

1
2
11
t
thđ
L
WS
L
µ
µ
=
26)-(I
4
)
.
1
(

0
0
1
2
1
π
δ
T
CRL
R
t
+=
27)-(I
1
21
1
2
RR
R
+
=
λ
Luận văn tôt nghiệp
người ta đã sản xuất những vi mạch và các vi mạch vạn năng lúc cần sử dụng để
điều khiển các sơ đồ Thyristor cụ thể ta có thể lựa chọn một trong những mạch đã
có sẵn.
Máy phát xung: có loại máy phát 2 xung lệch nhau 180
0
và có khả năng
điều chỉnh pha, máy phát 3 kênh với các xung lệch nhau 120

0
, máy phát 6 kênh với
các xung lệch nhau 60
0
.
- Các bộ khuyếch đại và tạo xung :các bộ này cung cấp xung có độ dài 180
0
- θ
hoặc 210 -θ (θ: là góc điều khiển).
- Các bộ điều khiển: các bộ này cò thể thực hiện các luật điều khiển khác nhau như
tỷ lệ (p), tích phân (i), hoặc tỷ lệ - tích phân - đạo hàm (PID).
- Các bộ lọc điện áp lưới: các bộ này sẽ cho điện áp ra hoàn toàn hình sin để
cung cấp cho khối đồng bộ.
- Các mạch điều khiển Thyristor dùng vi mạch đều dùng nguyên lý khống chế
đứng, trong đó lại chia ra mạch khống chề đồng bộ và mạch khống chế không
đồng bộ.
- Sơ đồ khối trùng hợp dùng vi mạch khống chế chỉnh lưu 3 pha theo nguyên lý
đồng bộ như hình (I-17).
a. Hệ thống khống chế đồng bộ:
Hệ thống khống chế gồm 3 kênh trùng hợp giống nhau. Khối 1 để lọc điện áp
lưới gồm các khuyếch đại giải tích. Điện áp đồng bộ không phụ thuộc vào sự dao
động của điện áp nguồn, tín hiệu đầu ra của bộ lọc được biến thành các áp hình
chữ nhật và được hạn chế biên độ qua bộ hai.
Điện áp ra của khối 2 được tích phân qua khối 3 do vậy điện áp ra của khối 3 có
dạng răng cưa và đồng bộ với tín hiệu điều khiển V
đk
ở tín hiệu đồng bộ bằng tín
hiệu điều khiển thì ở đầu ra của khối 4 sẽ xuất hiện một xung, xung đó được dẫn
vào bộ tạo xung để điều khiển Thyristor. Việc điều khiển Thyristor theo nguyên lý
đồng bộ có một số nhược điểm như: góc điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu đồng

bộ (nghóa là phụ thuộc vào điện áp lưới) hơn nữa hệ thống điều khiển nhiều kênh
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
16
2 4
2 4
2 4
V đ k
σ
σ
σ
Đ e án m a ïc h t a ïo
x u n g
1
3
1
3
1
3
Luận văn tôt nghiệp
do hiện tượng không đối xứng mà sai lệch góc điều khiển giữa các kênh ít nhất là
2
0
.
Khống chế không đồng bộ có đặc điểm cho xung điều khiển Thyristor sau chỉ
phụ thuộc vào thời điểm tác động của Thyristor trước nghóa là:
Trong đó:
ω
ti
:góc tương ứng với thời điểm cho xung điều khiển Thyristor.
M: số pha điều chỉnh.

b. Hệ thống khống chế không đồng bộ.
Hệ thống khống chế không đồng bộ gồm hai khối chính khối điều khiển ĐK và
khối phân phối xung. Khối điều khiển có hai mạch: mạch điều khiển áp và mạch
điều khiển dòng điện. Mạch điều khiển điện áp và khối tích phân nhờ bộ khuyếch
đại K và tụ C. Tín hiệu vào của mạch điều khiển điện áp gồm tín hiệu chủ đạo
V
cđ
, tín hiệu phản hồi áp V
fa
và tín hiệu dòch V
0
. Tín hiệu ra của mạch tích phân áp
sẽ cung cấp cho phần tử logic MOA, MOA sẽ có tín hiệu ra V
cđ
bằng V
fa
. Mạch
điểu khiển dòng điện có các phần tử tương tự như mạch điều khiển áp. Tín hiệu ra
cả hai mạch điều khiển áp và dòng điện nhân logic với nhau qua phần tử logic L
1
.
Phần tử chính của bộ phân phối xung FX là các trigger T
1
, T
2
, T
3
khi đầu vào S
của Trigger có tín hiệu 1 thì đầu ra của Trigger có tín hiệu 0.
Tín hiệu ở đầu vào R xuất hiện ở góc θ

min
. Tín hiệu 1 ở đầu vào S phụ thuộc vào
các phần tử L
5
, L
6
, L
7
. Tín hiệu L
5
, L
6
, L
7
là tín hiệu hạn chế góc điều khiển θ
max
từ
bộ HC-2 và tín hiệu ra của phần tử L
2
, L
3
, L
4.
Phần tử L
2
, L
3
, L
4
có tín hiệu ra là 1

với 3 điều kiện: có tín hiệu ra của L
1
, có tín hiệu ngược từ bộ HC-1 (hạn chế góc
α
min
) cà đã khởi động Trigger pha trước (T
1
, T
2
, T
3
). Tín hiệu ra của T
1
, T
2
, T
3
qua
các tụ vi phân C
1
, C
2
, C
3
sẽ đưa vào các mạch khuyếch đại xung KX và mạch ra
KR. Mỗi một khối đầu ra KR đều có hai đầu vào: đầu vào (+) để tạo xung đầu ra,
đầu vào (-) để khử xung ra (được nối vào KX của pha trước).
Các xung ở sau C
1
,C

3
,C
5
được dẫn vào các phần tử logic L
8
sau đó qua phần
tử tạo xung F để cho tín hiệu vào Transistor T
k
. Transistor T
k
sẽ khử tín hiệu ra của
bộ khuyếch đại K (ngắn mạch tụ C). Sau mỗi lần T
1
, T
2
hoặc T
3
khởi động.

Sơ

đồ mạch điều khiển Thyristor theo nguyên lý không đồng bộ như hình vẽ
sau:
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
17
)(
2
.
11 đktiti
V

m
θ
π
ωω
+=
−
Luận văn tôt nghiệp
CHƯƠNG II:
CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA.
II.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH
BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CUNG CẤP:
I. Điều áp đối xứng bằng Thyristor:
- Sơ đồ nguyên lý của mạch như hình vẽ sau.
Hình II.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ dùng bộ điều chỉnh Thyristor.
• Sơ đồ điều chỉnh điện áp ba pha và đồ thò điện áp khi θ > π/6.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
18
V
A
V
B
V
C
wt
6
2
4
1
3

5
0
θ
Hình II.2 : Sơ đồ điều chỉnh điện áp 3 pha.
c
b
a
C
B
A
P H A Ù T X U N G
V
~
V đ k
Đ K Đ
T h 6
T h 2
T h 3
T h 5
T h 1
T h 4
R
R
R
Luận văn tôt nghiệp
Đồ thò điện áp.
• Các cuộn dây Stator của động cơ không đồng bộ là một dạng trở kháng. Điện
áp pha của lưới điện có biểu thức như sau:
V
A

=V
m
Sinϕ
Điện áp dây của lưới điện.
Giá trò của điện áp trên tải mỗi pha phụ thuộc vào góc mở θ và góc lệnh pha α,
khi điều khiển đối xứng tức là các Thyristor đều có cùng góc mở θ như nhau vì thế
ở đây chỉ xét điện áp trên tải pha A.
• Như sơ đồ của đồ thò điện áp ta thấy rằng:
Cặp Thyristor Th
1
, Th
6
sẽ cho dòng chảy qua khi V
AB
>0 và khi đã có xung mở.
Cặp Thyristor Th
1
,Th
6
sẽ cho dòng chảy qua khi V
AC
>0 và khi đã có xung mở. Mỗi
Thyristor đều có góc dẫn θ=π. Điện áp trên tải pha A.
V
a
= V
m
Sinϕ.
Khi Thyristor mở thì điện áp trên các đoạn O
1

,O
2
, O
3
,O
4
, O
5
,O
6
là V
a
=V
m
Sinϕ
Trong khoảng O
2
O
3
Trong khoảng O
4
O
5
Trong khoảng O
6
O
7
các Thyristor ở pha A sẽ bò khóa.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
19

)(3
)(3
)(3
2
6
6
π
π
π
ϕ
ϕ
ϕ
−=
−=
+=
SinVV
SinVV
SinVV
mBC
mAC
mAB
)( điện
αϕ
−=
Sin
Z
V
iDòng
m
a

)(
2
3
2
6
π
ϕ
+==
SinV
V
V
m
AB
a
)(
2
3
2
6
π
ϕ
−==
SinV
V
V
m
AB
a
Luận văn tôt nghiệp
Nghiệm tổng quát của dòng điện ở mỗi đoạn có dạng như sau

Trong đó n: số thứ tự đoạn.
A
n
:Hằng số tích phân.
β
m
=0, π/6 hoặc -π/6 là các điểm mốc.
θ
n
: góc mở Thyristor đoạn thứ n.
Vì giá trò của dòng ở đầu thứ n bằng giá trò của dòng ở cuối đoạn thứ n-1 nên hằng
số tích phân có thể xác đònh được.
Do tính chất phức tạp của quan hệ giữa sóng hài bậc một của điện áp động
cơ với góc θ và ϕ không biểu diễn bằng giải tích nên thường dùng phương pháp đồ
thò để dựng các đặc tính điều chỉnh, đồ thò biểu diễn như hình vẽ sau:
Các đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tốc độ động cơ
nhờ bộ điều áp bằng Thyristor có thể xây dựng theo quan hệ như sau:
Trong đó M
gh
: moment trên đặc tính cơ có θ=0 gọi là đặ tính giới hạn.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
20
)(
22
)(
)(
m
wl
R
nm

n
n
eASin
wlR
VK
i
θϕ
βαϕ
−−
++−
+
=
2
3
hoặc2
=
n
K
).(
)(
22
)1( mn
nV
cuốinn
Sin
wlR
K
iA
βαθ
+−

+
−=
−
).()( sM
V
V
sM
gh
đm
D








=








++
+
=

thgh
thgh
thgh
thghgh
Sa
S
S
S
S
SaM
sM
'2
)'1(2
)(
V
b
/V
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
30
0
40
0
50
0
60

0
70
0
80
0
90
0
100
0
110
0
10
0
30
0
50
0
70
0
90
0
ϕ
Quan hệ giữa giá trò hiệu dụng của
sóng hài bậc 1 của điện áp Stator
động cơ với góc điều chỉnh θ và góc
pha phụ tải của động cơ không đồng
bộ
Luận văn tôt nghiệp
Trong đó:
Với R

T
:Điện trở theo chiều dẫn của Thyristor.
R
1
Σ
:Tôûng điện trở một pha của cuộn Stator và điện trở đẳng trò một pha của bộ điều
áp Thyristor.
R
1
2
Σ
:Điện trở một pha của Rotor kể cả điện trở phụ tính đổi về phía Stator.
S
thgh
: Độ trượt tới đặc tính giới hạn.
M
thgh
: Moment tới hạn của đặc tính giới hạn.
II. ĐIỀU ÁP KHÔNG ĐỐI XỨNG BẰNG THYRISTOR:
1. Nguyên lý điều chỉnh:
Để hạn chế bớt các thiết bò điều chỉnh người ta sử dụng các phương pháp điều
áp không đối xứng.
Ta có sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động điều áp không đối xứng bằng Thyristor
như hình vẽ II-2.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
21
)(2
3
22
110

2
m
đm
thgh
XRRw
V
M
++
=
∑∑
1
2
1
22
1
1
2
'
R
RR
a
XR
R
S
T
nm
thgh
+
=
+

=
∑
∑
Luận văn tôt nghiệp
Hình II-3: Sơ đồ điều áp không đối xứng bằng Thyristor
Trên hình vẽ ta thấy rằng điện áp không đối xứng trên Stator của động cơ có
thể phân thành hai thành phần đối xứng.
Thành phần thứ tự thuận có các Vector điện áp quay đúng theo chiều của các
vector điện áp lưới.
Thành phần thứ tự ngược quay ngược lại.
Các thành phần này sẽ tạo trên Rotor các thành phần moment tương ứng là
M
t
và M
n.
Moment tổng hợp được tính như sau:M=M
t
+M
n
.
Khi thay đổi mức độ không đối xứng của điện áp, moment tổng M sẽ biến
đổi làm thay đổi tốc độ động cơ.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
22
c
b
a
C
B
A

P H A ÙT
X U N G
V
~
V đ k
Đ K Đ
V a b
V a b
V a b
V
V V
A C
A B
B C
T h 2
T h 4
T h 3
T h 1
RRR
Luận văn tôt nghiệp
2. Các đặc tính điều chỉnh:
Nếu cho tốc độ quay của từ trường thuận là +w
ot
thì tốc độ quay của từ
trường ngược là w
on
=-w
ot
.
Độ trượt của động cơ theo từ trường thuận sẽ là:

Độ trượt theo từ trường ngược là:
S
n
=2-S
Trong đó w
o
là tốc độ của từ trường Stator khi điện áp là đối xứng. Quan hệ
giữa moment thứ tự thuận với độ trượt.
Trong đó:
S
th
độ trượt tới hạn khi điện áp Stator đối xứng.
Moment tới hạn của thành phần thứ tự thuận được tính như sau:
M
th
: moment tới hạn khi điện áp Stator đònh mức.
Quan hệ giữa moment thứ tự ngïc với độ trượt.
Trong đó S
nth
=S
th
.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
23
o
oo
o
o
on
on

n
S
ω
ωωω
ω
ωω
ω
ωω
−
−−
=
−
−−
=
−
=
2
SS
o
o
ot
ot
t
=
−
=
−
=
ω
ωω

ω
ωω
th
t
tth
tth
t
tth
t
S
S
S
S
S
M
M
=
++
+
=
ξ
ξ
2
)1(2
22
1
2
'
nm
th

XR
R
S
+
=
Σ
22
1
1
nm
XR
R
+
=
ξ
2*
2
1
.
ttth
t
tthtth
VM
V
V
MM
=









=
ξ
ξ
2
)1(2
++
+
=
n
nth
nth
n
n
n
S
S
S
S
thM
M
2*
2
1
.
nth

n
nthnth
VM
V
V
MM
=








=
Luận văn tôt nghiệp
Nếu biểu diễn theo thông số chung của động cơ thì ta có: M
th
và S ta sẽ có:
Vậy biểu thức tính moment tổng hợp của động cơ là:
Đây chính là phương trình đặc tính cơ khi điều áp không đối xứng. Phương
pháp điều chỉnh không đối xứng tương đối đơn giản. Nó được ứng dụng trong một
số thiết bò nâng vận chuyển để điều chỉnh tốc độ và tạo ra trạng thái hãm khi hạ tải
trọng.
Nhược điểm của phương pháp này là tổn thất năng lượng nhiều dòng điện
làm việc lớn trong khi moment nhỏ do đó khả năng chòu tải của động cơ kém.
Các trò số điện áp thứ tự thuận và ngược xác đònh theo phương trình.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
24

ξ
ξ
ξ
ξ
2
2
2
)1(2
2
)1(2
2*
2*
+
−
+
−
+
=
++
+
=
S
S
S
S
VM
M
S
S
S

S
VM
M
th
th
nth
n
th
th
tth
t












+
−
+
−
+
++
+=+=

ξξ
ξ
2
2
2
2
)1(2
2*2
*
S
S
S
S
V
S
S
S
S
V
MMMM
th
th
n
th
th
t
thnt
cơ. độngStator nối đầu các trên áp điệnvector Các:,,V
hồđồng kim chiều
ngưọc /32 quay góc vớivector của quay tử Toán :

2
3
2
1
a đó Trong
3
1
3
1
ab
2
2
cabc
cabcabn
cabcabt
VV
j
VVaVV
VaVaVV



π
+−=
++=
++=
Luận văn tôt nghiệp
II.2 ĐIỀU CHỈNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG
CÁCH ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR:
Theo đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha ta có thể điều chỉnh được tốc

độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch Rotor, ưu thế của
phương pháp này là để tự động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch Rotor
động cơ không đồng bộ là:R
r
=R
rd
+R
f’
Trong đó: R
rd
:điện trở dây quấn Rotor.
R
f
:điện trở ngoài mắc thêm vào mạch Rotor.
Ta có sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor.
HÌNH II-4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor.

Khi điều chỉnh giá trò điện trở mạch Rotor thì moment tới hạn của động cơ
không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỉ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc
tính làm việc của động cơ tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S
th
là thẳng thì điều
chỉnh điện trở ta có thể viết.
SVTH: Lê Trần Vónh Phú Trang
25
Đ K Đ
i d
V 1 ~
Đ K Đ
i d

V 1 ~
C l
a . S ơ đ o à d u øn g T h y s i s t o r
b . S ơ đ o à d u øn g T r a n s i s t o r
T 2
T 1
V
R o
L 1
L
C
L
R o
T