ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN TÌM HIỂU THIẾT KẾ TRIỂN KHAI MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NGHUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG ỔN ÁP

LỜI CÁM ƠN


Đề tài luận văn được hoàn thành, Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của quí
thầy cô trong Bộ Môn Kỹ Thuật Điện đã tận tình chỉ bảo. Cám ơn các bạn cùng lớp và
gia đình đã tạo mọi điều kiện về vật chất và tinh thần giúp đỡ Em trong quá trình thực
hiện luận văn.

Một lần nữa Em xin thành thật cám ơn

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

LỜI NÓI ĐẦU


Hiện nay phương pháp dạy học đã có nhiều thay đổi. Xu hướng giảm bớt lý
thuyết và tăng cường thực hành được áp dụng. Tại Bộ Môn Điện, do mới thành lập nên
cơ sở vật chất còn thiếu, nhất là các phòng thí nghiệm chuyên môn. Trên tinh thần từng
bước hoàn thiện các phòng thí nghiệm, nhà trường, bộ môn đã cố gắng mua những
thiết bị thí nghiệm đắt tiền phục vụ học tập. Nhưng do còn khó khăn nên bộ môn không
thể mua đầy đủ các thiết bị thí nghiệm. Chính vì vậy mà nội dung đề tài luận văn của
sinh viên sẽ tiến hành làm một số mô hình thí nghiệm cho các phòng thí nghiệm và nội
dung của đề tài “ Tìm hiểu - thiết kế - triển khai mô hình thí nghiệm nghuyên lý điều
khiển tự động trong ổn áp” cũng nhằm mục đích trên.

Nội dung của đề tài sẽ tìm hiểu về nguyên lý ổn áp trong các ổn áp xoay chiều,
từ đó sẽ thiết kế, triển khai thành mô hình thí nghiệm. Bên cạnh đó cũng trình bày một
số lý thuyết có liên quan .

Nội dung của đề tài sẽ được bố cục trong 7 chương:
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh.
Chương II:Lý thuyết điều khiển.
Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng.
Chương IV: Mô tả dụng cụ và phương pháp nghiên cứu.
Chương V: Triển khai mô hình thí nghiệm.
Chương VI: Kết quả và thảo luận.
Chương VII: Ý kiến và đề nghị.

Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài nhưng không tránh
khỏi những sai sót, kính mong quí thầy cô cùng các bạn sinh viên thông cảm!

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu





MỤC LỤC
Phiếu đề nghị đề tài tốt nghiệp
Phiếu nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn
Phiếu nhận xét và đánh giá của cán bộ chấm phản biện
Lời nói đầu
Lời cảm ơn
Mục lục
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh 1
1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng ở nước ta 1
1.2 Chất lượng điện năng 1
1.2.1 Khái niệm chung 1
1.2.2 Chất lượng tần số . 2

1.2.3 Chất lượng điện áp 2
1.2.3.1 Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện 2
1.2.3.2 Độ dao động điện áp 3
1.2.3.3 Độ không đối xứng 3
1.2.3.4 Độ không sin 3
1.3 Mục tiêu điều chỉnh điện áp 4
1.3.1 Sự biến đổi điện áp trên lưới hệ thống 4
1.3.2 Điều kiện để có thể điều chỉnh được điện áp 5
1.4 Phương pháp điều chỉnh điện áp tập trung 5
1.4.1 Điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh kích từ máy phát 6
1.4.2 Điều chỉnh dưới tải hệ số biến áp 6
1.4.3 Điều chỉnh điện áp bằng các biến áp hỗ trợ 6
1.4.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số của đường dây 7
1.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng 8
1.4.5.1Máy bù đồng bộ 8
1.4.5.2 Tụ điện 8
1.5 Điều chỉnh điện áp cục bộ 9
1.6 Phương thức điều chỉnh điện áp 9
1.6.1 Điều chỉnh sơ cấp 10
1.6.2 Điều chỉnh thứ cấp 10
1.6.3 Điều chỉnh cấp 3 10
Chương II: Lý thuyết điều khiển 11
2.1 Nguyên lý hồi tiếp 11
2.2 Hồi tiếp âm 12
2.3 Hồi tiếp dương 12
2.4 Ảnh hưởng của hồi tiếp đến độ ổn định 13
2.5 Ảnh hưởng của hồi tiếp lên độ nhạy 13
2.6 Ảnh hưởng của hồi tiếp đối với nhiễu 13
2.7 Ứng dụng của mạch hồi tiếp 13
2.7.1 Nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp một chiều có hồi tiếp. 14

2.7.2 Các sơ đồ ổn áp một chiều có hồi tiếp đơn giản 15
2.7.3 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dùng khuếch đại thuật toán ( op-amp ) 16
Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng 17
3.1 Các tính chất về khuếch đại thuật toán ( op-amp ) 17
3.1.1 Các tính chất cơ bản của op-amp 17
3.1.2 Hệ số khuếch đại vi sai A
D
18
3.1.3 Độ lệch offset 19
3.2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán 19
3.2.1 Mạch so sánh mức không (Zero ) 19
3.2.1.1 So sánh mức Zero không đảo 19
3.2.1.2 So sánh mức Zero đảo 20
3.2.2 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện thế bất kỳ 21
3.2.2.1 So sánh mức dương đảo và không đảo 21
3.2.2.2 So sánh mức âm đảo và không đảo 23
3.2.3 Mạch so sánh có hồi tiếp dương 24
3.2.3.1 Mạch so sámh đảo 24
3.2.3.2 Mạch so sánh không đảo 25
3.2.4 Mạch so sánh hai điện thế bất kỳ với hồi tiếp dương 27
3.2.4.1 Mạch so sánh không đảo 27
3.2.4.2 Mạch so sánh đảo 28
Chương IV: Mô tả dụng cụ và phương pháp nghiên cứu 30
4.1 Nguyên lý hoạt động chung của các loại ổn áp 30
4.2 Cấu trúc ổn áp Sutudo 31
4.3 Mạch điều khiển 32
4.3.1 Khối chỉnh lưu 32
4.3.2 Khối ổn áp 34
4.3.3 Cầu phân áp 35
4.3.4 Khối so sánh 35

4.3.5 Khối điều khiển 36
4.3.6 Khối chấp hành 37
4.4 Các loại ổn áp khác 37
4.4.1 Ổn áp Shita 37
4.4.2 Ổn áp Vinaftab 38
4.4.3 Ổn áp thay đổi từng nấc 39
4.5 Phương pháp nghiên cứu 40
Chương V: Triển khai mô hình thí nghiệm 42
5.1 Các thông số của biến áp từ ngẫu 42
5.2 Tính toán cầu phân thế 43
5.2.1 Chọn V
Z
= 5V 44
5.2.1.1 Tính toán các điện trở R
1
, R
2
, R
3
44
5.2.1.2 Tính độ nhạy của mạch 45
5.2.2 Chọn V
Z
= 10V 47
5.2.2.1 Tính toán các điện trở R
1
, R
2
, R
3

47
5.2.2.2 Tính toán độ nhạy của mạch 49
5.3 Thay đổi điện áp ổn định ngõ ra 51
5.4 Tính toán cơ cấu điều khiển 52
5.4.1 Nguyên lý hoạt động 52
5.4.2 Tính toán các điện trở phân cực R
4
, R
5
, R
6
, R
7
53
5.5 Hướng dẫn thực hành thí nghiệm 54
5.5.1 Khảo sát điện thế so sánh và điện thế chuẩn 54
5.5.2 Khảo sát ngõ ra của mạch so sánh 55
5.5.3 Khảo sát cơ cấu điều khiển 56
5.5.4 Khảo sát điện áp ngõ ra 56
5.5.5 Thay đổi điện áp ổn áp 57
Chương VI: Kết quả và thảo luận 60
Chương VII: Ý kiến và đề nghị 61


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 1


CHƯƠNG I

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH


1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng ở nước ta

Hiện nay với chủ trương công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, tất cả các
ngành, các lĩnh vực không ngừng mở rộng qui mô sản xuất. Nhu cầu về năng lượng
là một vấn đề cấp thiết. Hiện nay nước ta đang tiến hành xây dựng nhiều nhà máy
điện lớn khắp cả ba miền. Song song đó là các hệ thống đường dây truyền tải điện
năng từ Nam ra Bắc, từ thành thị về nông thôn. Điện năng không chỉ được sử dụng
ở thành thị, các khu công nghiệp mà còn ở vùng nông thôn xa xôi.

Tuy đạt được những thành tựu trên nhưng nhìn chung hệ thống điện nước ta
vẫn còn nhiều khó khăn. Hệ thống đường dây cũ kỹ không được thay thế mới gây ra
tổn thất điện năng lớn làm cho chất lượng điện năng không cao. Độ lệch điện áp
trên đường dây và nơi tiêu thụ không nằm trong giới hạn cho phép. Điều đó làm cho
cả nhà quản lý và hộ tiêu thụ điện tốn kém trong việc đầu tư thiết bị để nâng cao
chất lượng điện năng.

1.2 Chất lượng điện năng

1.2.1 Khái niệm chung

Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị qui định của điện áp và
tần số trong mạng điện. Các yêu cầu chất lượng điện năng được định lượng cụ thể
và có tính chất pháp định mà hệ thống điện phải thỏa mãn.

Chất lượng điện năng ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của
các hộ dùng điện. Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong

trường hợp điện năng có chất lượng cao.

Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện năng là độ lệch tần số, độ lệch điện
áp, dao động điện áp, sự không đối xứng và không hình sin của đường cong điện áp.

Độ lệch tần số như nhau đối với toàn bộ hệ thống điện, bởi vì giá trị tần số ở
thời điểm nào đó được xác định bằng tốc độ quay của các máy phát điện. Trong các
chế độ xác lập bình thường tất cả các máy phát có tốc độ đồng bộ. Vì vậy độ lệch
tần số là chỉ tiêu hệ thống của chất lượng điện năng.

Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 2
Đ iệ n áp có các giá trị khác nhau tại những điểm khác nhau trong mạng điện.
Và vậy các chỉ tiêu chất lượng điện áp là cục bộ.

Trong các chế độ thực của mạng điện, điện áp luôn luôn khác với điện áp
danh định. Sự khác nhau đó được đặc trưng bằng các chỉ tiêu chất lượng điện áp: độ
lệch điện áp, dao động điện áp… dao động điện áp là sự thay đổi tức thời của điện
áp do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong mạng điện.

Sự thay đổi của phụ tải trong các mạng cung cấp và phân phối dẫn đến sự
thay đổi điện áp ở các hộ tiêu thụ. Điện áp giảm khi phụ tải tăng, điện áp tăng khi
phụ tải giảm. Độ lệch điện áp càng lớn, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị
tiêu thụ điện càng giảm. Ví dụ, giảm điện áp ở bóng đèn sợi đốt 10% so với điện áp
danh định dẫn đến giảm độ chiếu sáng khoảng 40%, tăng điện áp lên 10% tuổi thọ
bóng đèn giảm 3 lần.

Vì vậy các chế độ điện áp của mạng cần phải như thế nào để đảm bảo các chỉ
tiêu kinh tế kỹ thuật.

1.2.2 Chất lượng tần số

Chất lượng tần số được đánh giá bằng độ lệch tần số so với tần số định mức:
100
dm
dm
f
ff
f
−
=∆
Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:

maxmin
fff
∆
≤
∆
≤
∆

Cũng có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép:

maxmin
fff ≤≤
Trong đó:
minmin
fff
dm
∆

−
=


maxmax
fff
dm
∆
+
=

Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần
số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%. Độ dao động tần số không
được lớn hơn giá trị cho phép.

Theo tiêu chuẩn của Việt Nam hiện nay thì độ lệch tần số cho phép là 1% tức
±
0,5H
Z
.

1.2.3 Chất lượng điện áp
Chất lượng điện áp gồm các chỉ tiêu sau:

1.2.3.1 Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện

δU = 100
dm
dm
U

UU
−

Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 3
U là điện áp thực tế trên cực các thiết bị dùng điện, δU phải thỏa mãn điều kiện:
δU
-

≤
δU
≤
δU
+

δU
-
, δU
+
là giới hạn trên và dưới của độ lệch điện áp.

Khi điện áp quá cao làm tuổi thọ thiết bị dùng điện giảm, nhất là thiết bị
chiếu sáng, còn khi điện áp thấp quá làm cho các thiết bị dùng điện giảm công suất,
nhất là đèn điện. Điện áp cao quá hoặc thấp quá đều gây ra phát nóng phụ cho thiết
bị dùng điện, làm giảm tuổi thọ và năng suất, làm hỏng sản phẩm.

Độ lệch điện áp cho phép ở các hộ tiêu thụ được qui định theo tiêu chuẩn Việt Nam
như sau:
+ Trên các cực của các thiết bị chiếu sáng làm việc trong nhà
±

5%.
+ Trên các cực của các động cơ, các thiết bị mở máy và điều khiển từ -5%
đến +10%.
+ Trên các cực của các thiết bị còn lại
±
5%.
Theo các điều kiện cách điện, điện áp trong các mạng 35 – 220kV không được lớn
hơn 15%, trong các mạng 330kV không lớn hơn 10%, trong các mạng 500kV và
cao hơn không lớn hơn 5% so với điện áp danh định.

Độ lệch điện áp thay đổi theo thời gian do sự thay đổi của phụ tải, của chế độ
điện áp trong các trung tâm cung cấp…

1.2.3.2 Độ dao động điện áp

Sự biến thiên nhanh của điện áp được tính theo công thức:

100
minmax
dm
U
UU
U
−
=∆
, %
Tốc độ biến thiên từ U
min
đến U
max

không nhỏ hơn 1%/s.

Dao động điện áp gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người, gây nhiễu
máy thu thanh, máy thu hình và các thiết bị điện tử.

1.2.3.3 Độ không đối xứng

Phụ tải các pha không đối xứng dẫn đến các pha không đối xứng, sự không
đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch của điện áp.

Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác và tuổi thọ của thiết bị
dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng.

1.2.3.4 Độ không sin

Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như máy biến áp không tải, bộ
chỉnh lưu, tiristor…làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không còn là hình
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 4
sin nữa và xuất hiện các sóng hài bậc cao U
j
, I
j
. Các sóng hài bậc cao này góp phần
làm giảm điện áp trên đèn và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt từ trong
động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới điện và thiết bị
dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện.

Chất lượng điện áp được đảm bảo nhờ các biện pháp điều chỉnh điện áp.
Điều chỉnh điện áp có thể được tiến hành tập trung hay cục bộ. Điều chỉnh tập trung

được thực hiện ở các trung tâm cung cấp, còn điều chỉnh cục bộ được thực hiện ở
hộ tiêu thụ điện.

1.3 Mục tiêu điều chỉnh điện áp

1.3.1 Sự biến đổi điện áp trên lưới hệ thống

Tổn thất điện áp trên lưới hệ thống được tính như sau:

2

U
XQRP
U
U
+
=
∆

Trên lưới hệ thống X >> R nên có thể viết:

2
.
U
XQ
U
U
=
∆

Ta thấy điện áp trên lưới hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào dòng công suất phản
kháng Q và sơ đồ lưới điện X. Bù công suất phản kháng, một mặt làm giảm tổn thất
điện áp ( do giảm Q.X ) tức là làm tăng mức điện áp.

Có hai loại biến thiên điện áp trên lưới hệ thống:
+ Biến đổi chậm gây ra bởi sự biến đổi tự nhiên của phụ tải theo thời gian.
+ Biến đổi nhanh do nhiều nguyên nhân klhác nhau: sự dao động điều hòa
hoặc ngẫu nhiên của phụ tải, sự biến đổi sơ đồ lưới điện, hoạt động của bảo vệ rơle
và các thiết bị tự động hóa, khởi động hay dừng tổ máy phát.

Mục tiêu điều chỉnh điện áp trên lưới như sau:

a) Giữ vững điện áp trong mọi tình huống vận hành bình thường cũng như sự cố,
trong phạm vi cho phép xác định bởi giới hạn trên và dưới. Các giới hạn này được
xác định như sau:
+ Giới hạn trên được xác định bởi khả năng chịu áp của cách điện và hoạt
động bình thường của các thiết bị phân phối cao và siêu cao áp. Nếu điện áp tăng
cao sẽ làm già hóa nhanh cách điện và làm cho thiết bị hoạt động không chính xác.

+ Giới hạn dưới được xác định bởi điều kiện an toàn hệ thống, tránh quá tải
đường dây và máy biến áp ( trong lưới điện có điều áp dưới tải khi P là hằng số thì
nếu U giảm I sẽ tăng gây quá tải ), tránh gây mất ổn định điện áp. Nếu có nhà máy
điện nguyên tử thì phải giữ điện áp trên lưới tự dùng của các nhà máy này rất chặt
chẽ.
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 5

Giới hạn trên gọi là giới hạn kỹ thuật hay điều kiện kỹ thuật. Nói chung trong lưới
điện 220kV trở lên, điện áp chỉ được phép dao động trong giới hạn
±

5% so với U
dm

. Với mức giới hạn này thì việc điều chỉnh dưới tải ở các máy biến áp khu vực và
trung gian sẽ thuận lợi.
b) Trong giới hạn kỹ thuật cho phép, giữ mức điện áp sao cho tổn thất công suất tác
dụng nhỏ nhất, đây là điều kiện kinh tế. Nói chung trong điều kiện tổn thất vầng
quang nhỏ mức điện áp nên giữ ở mức cao nhất có thể thì
∆
P sẽ nhỏ.

Nói tóm lại, điện áp trên lưới hệ thống được điều chỉnh theo điều kiện an toàn và
kinh tế.

1.3.2 Điều kiện để có thể điều chỉnh được điện áp

Điều kiện cần để có thể điều chỉnh được điện áp là đủ công suất phản kháng
và công suất phản kháng này phải được phân bố hợp lý ở từng khu vực của hệ
thống.

Điều kiện đủ để có thể điều chỉnh điện áp là nguồn công suất phản kháng
phải điều khiển được trong phạm vi cần thiết.

1.4 Phương pháp điều chỉnh điện áp tập trung

Các giá trị của độ lệch điện áp phụ thuộc vào điện áp trong các trung tâm
cung cấp, sơ đồ cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đồ thị công suất phản kháng và
công suất tác dụng.

Trong các hệ thống điện hiện đại thường có nhiều cấp điện áp và các đường

dây dài với các cấp điện áp khác nhau, vì vậy tổng tổn thất điện áp trên đường dây
truyền tải điện năng từ các nguồn đến các hộ dùng điện có giá trị lớn. Mặt khác sự
thay đổi phụ tải từ giá trị lớn nhất đến giá trị nhỏ nhất dẫn đến thay đổi giá trị tổn
thất điện áp. Kết quả là điện áp trên các cực của các thiết bị dùng điện thay đổi
trong các giới hạn vượt quá các giới hạn cho phép.

Trong các điều kiện đó cần phải tiến hành các điều chỉnh điện áp để đảm bảo
các yêu cầu của điện áp.

Điều chỉnh điện áp là quá trình thay đổi điện áp tại các điểm đặt trưng của hệ
thống điện nhờ các phương tiện kỹ thuật đặc biệt. Các phương pháp điều chỉnh điện
áp bao gồm:
+ Điều chỉnh kích từ máy phát điện
+ Điều chỉnh dưới tải hệ số biến áp (đầu phân áp ) ở máy biến áp tăng và
giảm áp.
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 6
+ Điều chỉnh điện áp ở các máy biến áp hỗ trợ chuyên dùng để điều chỉnh
điện áp.
+ Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi thông số của đường dây.
+ Điều chỉnh công suất phản kháng của các nguồn công suất phản kháng đặt
trên lưới gồm máy bù đồng bộ và tụ điện.

Để đảm bảo các chế độ cần thiết của điện áp trong các mạng phân phối cần
phải đặt các thiết bị tập trung để điều chỉnh điện áp trong các trung tâm cung cấp.
Các thiết bị này là các máy biến áp điều chỉnh dưới tải, các máy bù đồng bộ và các
tụ tĩnh.

Nếu như điều chỉnh điện áp trong các trung tâm cung cấp không đảm bảo các
mức cần thiết của điện áp, cần điều chỉnh cục bộ bằng phương pháp thay đổi tỷ số

biến áp của máy biến áp không điều chỉnh dưới tải và mắc nối tiếp các tụ điện với
phụ tải.

1.4.1 Điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh kích từ máy phát

Thay đổi điện áp của các máy phát điện có thể thực hiện được bằng cách
điều chỉnh dòng điện kích từ. Khi công suất tác dụng của máy phát không thay đổi,
có thể thay đổi điện áp trong giới hạn
±
5%U
dmf
, nghĩa là từ 0,95U
dmf
đến 1,05U
dmf
.
Ví dụ, khi điện áp định mức của mạng bằng U
dm
= 10kV, điện áp định mức của máy
phát U
dmf
= 10,05kV và phạm vi điều chỉnh 10 – 11kV. Bởi vì phạm vi thay đổi
điện áp của máy phát chỉ bằng
±
5% cho nên không thể thỏa mãn các yêu cầu điều
chỉnh điện áp trong các mạng điện có qui mô lớn. Do đó các máy phát của các nhà
máy điện chỉ là phương tiện hỗ trợ của điều chỉnh điện áp bởi vì phạm vi điều chỉnh
điện áp của các máy phát bị hạn chế, đồng thời rất khó thỏa mãn yêu cầu về điện áp
của các hộ tiêu thụ ở gần và ở xa. Các máy phát được sử dụng như là phương tiện
điều chỉnh duy nhất chỉ trong trường hợp nhà máy điện có phụ tải tập trung. Ví dụ,

nhà máy điện trong các khu công nghiệp.

1.4.2 Điều chỉnh dưới tải hệ số biến áp

Tỷ số k của máy biến áp có thể thay đổi khi thay đổi số vòng dây w của các
cuộn dây. Để thực hiện điều đó cần phải chế tạo các đầu điều chỉnh điện áp trong
các máy biến áp. Các đầu điều chỉnh được đặt ở hai phía đầu ra chính của máy biến
áp. Thay đổi các đầu điều chỉnh được thực hiện bằng các thiết bị chuyển mạch.
Theo cấu trúc của các thiết bị này có thể phân ra thiết bị chuyển đầu điều chỉnh khi
cắt máy biến áp ( gọi là thiết bị không điều chỉnh điện áp dưới tải ) và thiết bị
chuyển đầu điều chỉnh khi máy biến áp đang vận hành ( gọi là thiết bị điều chỉnh
dưới tải ). Thiết bị điều chỉnh dưới tải đắt hơn nhiều thiết bị không điều chỉnh dưới
tải. Vì vậy thiết bị điều chỉnh dưới tải được sử dụng chủ yếu cho các máy biến áp
công suất lớn, điện áp cao hơn 20kV. Các máy biến áp công suất S
≤
630kVA, điện
áp 6 – 10kV có thiết bị không điều chỉnh dưới tải.
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 7

1.4.3 Điều chỉnh điện áp bằng các biến áp hỗ trợ

Các máy biến áp hỗ trợ bao gồm các máy biến áp điều chỉnh đường dây và
các máy biến áp điều chỉnh nối tiếp được sử dụng để điều chỉnh điện áp trên các
đường dây riêng biệt hay là trên một nhóm các đường dây.

1.4.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số của đường dây

Trong các mạng phân phối điện trở tác dụng R lớn hơn điện kháng X. Vì vậy
tổn thất điện áp phụ thuộc nhiều vào điện trở tác dụng của đường dây. Khi thay đổi

tiết diện dây dẫn trong các mạng phân phối điện trở R thay đổi, do đó thay đổi tổn
thất điện áp và điện áp ở hộ tiêu thụ. Cho nên tiết diện dây dẫn trong các mạng phân
phối đôi khi được chọn theo tổn thất cho phép của điện áp.

Trong các mạng cung cấp, điện kháng X lớn hơn điện trở tác dụng, cho nên
tổn thất điện áp phụ thuộc nhiều vào cảm kháng của đường dây, nhưng điện kháng
của đường dây phụ thuộc ít vào tiết diện dây dẫn. Vì vậy chọn tiết diện dây dẫn
trong các mạng cung cấp theo tổn thất cho phép của điện áp là không phù hợp về
kinh tế.

Đặt nối tiếp các tụ điện vào đường dây dẫn đến giảm điện kháng của mạng
điện và tổn thất điện áp trên dường dây, đồng thời là giải pháp hiệu quả để giảm các
dao động đột biến của điện áp do các động cơ điện, các thiết bị hàn và các lò hồ
quang gây ra. Nối tiếp các tụ bảo đảm tăng khá rõ điện áp trên đường dây, đặc biệt
khi hệ số công suất của phụ tải có giá trị thấp.

Giả sử rằng, điện áp ở cuối đường dây U
2
nhỏ hơn yêu cầu U
2yc
, nghĩa là
U
2
= U
1
-
∆
U < U
2yc

để tăng điện áp ở cuối đường dây đến giá trị điện áp yêu cầu U
2yc
cần đặt nối tiếp
các tụ có dung kháng X
c vào đường
dây. Như vậy
U
2yc
= U
1 -
yc
cL
U
XXQXP
2
22
)(.
−
+

Trong thực tế chỉ tiến hành bù một phần cảm kháng của đường dây. Bù toàn bộ hay
bù thừa trong các mạng điện phân phối, cung cấp trực tiếp cho các phụ tải, thường
không được áp dụng, bởi vì điều đó liên quan đến khả năng xuất hiện quá điện áp
trong mạng.

Sử dụng thiết bị bù nối tiếp cho phép cải thiện chế độ điện áp trong các
mạng. nhưng cần chú ý rằng, điện áp bổ sung của các tụ phụ thuộc vào giá trị và
pha của dòng điện chạy qua thiết bị bù. Vì vậy khả năng điều chỉnh điện áp của các
tụ bị hạn chế. Do đó các tụ nối tiếp được áp dụng chủ yếu để giảm độ lệch điện áp
trong các đường dây hình tia quá tải.

Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 8
Trong các mạng cung cấp, bù nối tiếp các tụ điện gây ra phức tạp trong vận
hành và không kinh tế. Ngoài ra cần phải sử dụng các thiết bị đặc biệt để bảo vệ các
tụ điện khỏi quá điện áp trong thời gian ngắn mạch. Có thể thấy rằng, đặt nối tiếp
các tụ vào đường dây không chỉ để điều chỉnh điện áp, mà còn nâng cao khả năng
tải của đường dây.

1.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng

Giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trong mạng điện nói chung có thể
thực hiện bằng giải pháp thay đổi các dòng công suất phản kháng. Để thực hiện điều
đó người ta đặt các nguồn công suất phản kháng gần các hộ tiêu thụ điện và nối
song song với các phụ tải. Các nguồn công suất phản kháng có thể là các máy bù
đồng bộ, các tụ điện…

Các thiết bị bù phát công suất phản kháng, đồng thời giảm tổn thất điện áp
trong mạng, vì vậy chất lượng điện năng được nâng cao. Trong các mạng cung cấp
điện kháng X lớn hơn điện trở tác dụng R của đường dây, cho nên thành phần Q.X
ảnh hưởng đáng kể đến giảm tổn thất điện áp trong mạng.

1.4.5.1 Máy bù đồng bộ

Điện áp ở cuối đường dây trước khi đặt máy bù được xác định theo công
thức:
U
2
= U
1

-
2
22

U
XQRP +

Giả thiết rằng điện áp U
2
nhỏ hơn điện áp yêu cầu ở cuối đường dây U
2yc
.
Để thay đổi điện áp U
2
đến điện áp U
2yc
cần phải đặt máy bù đồng bộ có công
suấtQ
b
. Như vậy sau khi đặt thiết bị bù, điện áp U
2yc
được tính theo biểu thức
U
2yc
= U
1
-
yc
b
U

XQQRP
2
22
)(. −+


=> Q
b
=
[
]
2
222222
.
) (.)(
UX
XQRPUUUU
ycyc
+
−
−

Nếu như lấy 1/U
2yc
# 1/U
2
khi đó công suất của thiết bị bù được xác định
Q
b
=

yc
yc
U
UU
2
22
X
−
trong thực tế Q
b
được tính theo công thức này.

Điều chỉnh công suất bằng máy bù đồng bộ có thể áp dung chỉ trong trường
hợp các trạm khu vực không có máy biến áp điều chỉnh dưới tải.

1.4.5.2 Tụ điện

Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 9
Nối song song các tụ điện vào mạng điện chỉ cho phép nâng cáo điện áp, bởi
vì các tụ chỉ có thể phát công suất phản kháng. Các tụ nối song song với mạng điện
sẽ phát công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất của mạng và đồng thời điều
chỉnh điện áp, vì giảm tổn thất điện áp trong mạng.
Công suất của các tụ thường được chọn theo phụ tải phản kháng lớn nhất.
Trong chế độ phụ tải nhỏ, điện áp trong mạng tănng lên. Vì vậy cần phải dự kiến
giảm công suất của các tụ.

Công suất của tụ được chọn xuất phát từ điều kiện nâng cao nâng cao điện áp
trên đường dây khi phụ tải tác dụng không thay đổi.
Nếu như tổn thất điện áp trong mạng trước khi đặt tụ bù có giá trị:

dm
U
XQRP
U

1
+
=∆

Sau khi nối song song các tụ điện với phụ tải tổn thất điện áp được xác định:

dm
b
U
XQQRP
U
)(.
2
−+
=∆
Giá trị tăng điện áp sau khi đặt tụ bù

2
.
dm
b
U
XQ
U =δ

Khi đặt các tụ song song với phụ tải sự tăng điện áp thực tế không phụ thuộc vào
dòng điện phụ tải I, và được xác định chủ yếu bằng các thông số của mạng và giá trị
công suất phát của các tụ Q
b
. Đối với các giá trị công suất không đổi của các tụ. Sự
tăng điện áp trên một đoạn của mạng hay là trên đường dây sẽ có giá trị lớn nhất tại
chỗ đặt tụ bù, còn ở đầu đường dây sự tăng điện áp là nhỏ nhất. Có thể cho rằng, sự
giảm tổn thất điện áp trên đường dây được phân phối đều dọc theo chiều dài đường
dây, và đạt được giá trị lớn nhất tại chỗ đặt các tụ.

Điều chỉnh điện áp bằng giải pháp thay đổi công suất của các tụ nối song
song với phụ tải được áp dụng phổ biến trong các mạng điện công nghiệp.

1.5 Điều chỉnh điện áp cục bộ

Mặc dù hệ thống điện đã được điều chỉnh điện áp, tuy nhiên ở nơi tiêu thụ độ
lệch điện áp vẫn còn lớn. Một số thiết bị tiêu thụ điện năng đòi hỏi điện áp ít dao
động và độ lệch điện áp thấp. Ở nơi tiêu thụ, việc điều chỉnh điện áp phải đảm bảo
độ lệch điện áp thấp. Mặc dù đòi hỏi chất lượng điện áp cao như vậy nhưng việc
điều chỉnh điện áp ở nơi tiêu thụ lại không khó khăn và phức tạp như điều chỉnh
điện áp tập trung. Điều này là do điều chỉnh điện áp chỉ áp dụng trong phạm vi hộ
tiêu thụ mà không bao gồm cả khu vực hay hệ thống và được thực hiện chỉ bằng
phương pháp chủ yếu là dùng thiết bị ổn áp. Ổn áp là một thiết bị điện kết hợp với
công nghệ điện tử để có thể tự động điều chỉnh điện áp. Ở nơi tiêu thụ thường thì
phụ tải tập trung và đường dây truyền tải không dài. Ổn áp được đặt ở đầu đường
dây, ngay sau biến áp hạ áp cũng vẫn đảm bảo độ lệch điện áp ở cuối đường dây
Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 10

thấp. Ổn áp được điều khiển hoàn toàn tự động đáp ứng tức thời với các dao động

điện áp tránh được hiện tượng giảm áp hoặc tăng áp quá mức.

1.6 Phương thức điều chỉnh điện áp
Hệ thống điều chỉnh điện áp tập trung được chia làm ba cấp

1.6.1 Điều chỉnh sơ cấp

Điều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi điện áp
nhanh và ngẫu nhiên bằng tác động của các thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát và
các máy bù tĩnh. Trong trường hợp điện áp biến đổi lớn thì các bộ tự động điều áp
dưới tải ở các máy biến áp cũng tham gia vào quá trình điều chỉnh. Điều chỉnh sơ
cấp thực hiện tự động trong thời gian rất nhanh. Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đích
giữ điện áp lưới điện ở mức an toàn, tránh nguy cơ suy áp trong chế độ bình thường
và nhất là khi sự cố.

1.6.2 Điều chỉnh thứ cấp

Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm và có biên độ lớn của
điện áp lớn. Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉ định của các
thiết bị điều chỉnh điện áp sơ cấp của các máy phát và các bộ tụ bù có điều khiển tự
động trong miền nó đảm nhận quá trình này kết thúc trong vòng 3 phút.

1.6.3 Điều chỉnh cấp 3

Điều chỉnh cấp 3 điều hòa mức điện áp giữa các miền điều chỉnh cấp 2, tối
ưu hoá mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế và an toàn. Quá trình
này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động.

Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 11

CHƯƠNG II


LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN


2.1 Nguyên lý hồi tiếp

Định nghĩa: hồi tiếp là ghép một phần tín hiệu ngõ ra ( điện áp, dòng điện )
của một mạng bốn cực tích cực về đầu vào thông qua một mạng gọi là hồi tiếp.

Hồi tiếp đóng vai trò rất quan trọng trong các mạch tín hiệu tương tự. Hồi
tiếp cho phép cải thiện và nâng cao chất lượng các thông số ngõ ra như điện áp,
dòng điện, tốc độ

Hình 2.1 - Sơ đồ một mạng có hồi tiếp

Hình 2.2 - Tín hiệu ngõ ra của mạng không hồi tiếp và có hồi tiếp

Ta thấy là tín hiệu ra của mạng không hồi tiếp sẽ thay đổi suốt thời gian sau
đó khi có sự biến đổi trong khi mạng có hồi tiếp chỉ thay đổi một khoảng nhỏ.

t
t
C(s)
C(s)
Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 12
Người ta phân biệt ra hai loại hồi tiếp cơ bản, đó là hồi tiếp âm và hồi tiếp dương.
Tín hiệu hồi tiếp âm ngược pha với tín hiệu đầu vào nên làm suy giảm tín hiệu đầu

ra. Ngược lại, hồi tiếp dương cùng pha với tín hiệu đầu vào nên làm mạnh tín hiệu
đầu ra.

Ngoài ra, người ta còn phân biệt hồi tiếp một chiều và hồi tiếp xoay chiều.

2.2 Hồi tiếp âm

Hồi tiếp âm là một hệ thống hồi tiếp mà tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín
hiệu vào nên làm suy giảm tín hiệu ra. Xét một mạng hồi tiếp âm như hình 2.3. Ngõ
ra Q(s) của bộ so sánh
Q(s) = R(s) - H(s).C(s)
Tín hiệu ngõ ra
C(s) = Q(s).G(s) = [R(s) - H(s).C(s)]G(s) = R(s).G(s) - H(s).G(s).C(s)
[1+ H(s).G(s)]C(s) = R(s).G(s)


Hình 2.3 - Sơ đồ mạng hồi tiếp âm

M =
)().(1
)(
)(
)(
sGsH
sG
sR
sC
+
=

Ta thấy là tín hiệu ra giảm đi một lượng H(s).C(s)

2.3 Hồi tiếp dương

Hồi tiếp dương làm cho tín hiệu ra mạnh lên do tín hiệu hồi tiếp cùng pha với
tín hiệu đầu vào.

Xét một hệ thống hồi tiếp dương của hình 2.4

Ngõ ra của bộ so sánh
Q(s) =R(S) + H(s).C(s)
C(s) = Q(s).G(s) = [ R(s) + H(s).C(s) ]G(s)
[ 1 – H(s).G(s) ]C(s) = R(s).G(s)

_

+
G(s)
C(s)
H(s)
R(s)
Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 13
Hình 2.4 - Hệ thống hồi tiếp dương

M =
)().(1
)(
)(
)(

sGsH
sG
sR
sC
−
=

Ta thấy là tín hiệu ra tăng thêm một lượng H(s).C(s).

2.4 Ảnh hưởng của hồi tiếp đến độ ổn định

Độ ổn định là đại lượng cho biết khả năng của hệ thống bám sát tín hiệu đặt.
Một hệ thống được gọi là không ổn định, nếu như tín hiệu ra của nó không thể kiểm
soát được hoặc tăng vô hạn. Hồi tiếp làm cho tín hiệu ra luôn được điều chỉnh để
đạt được giá trị đặt trước.

2.5 Ảnh hưởng của hồi tiếp lên độ nhạy

Độ nhạy thường được quan tâm trong thiết kế hệ thống điều khiển. Mọi phần
tử vật lý đều có đặc tính thay đổi theo môi trường và tuổi thọ, nên không thể xem
các thông số của hệ thống điều khiển là hoàn toàn cố định trong suốt thời gian hoạt
động của nó. Ví dụ, điện trở dây quấn của động cơ điện thay đổi khi động cơ điện
tăng lên trong quá trình làm việc.

Một hệ thống điều khiển được thiết kế tốt ít nhạy với các biến đổi của các
thông số, nhưng nhạy với tín hiệu vào.

2.6 Ảnh hưởng của hồi tiếp đối với nhiễu

Tất cả hệ thống vật lý đều phải đương đầu với các tín hiệu xa lạ hay các tín

hiệu nhiễu trong suốt quá trình hoạt động. Ví dụ về các tín hiệu nhiễu như điện áp
nhiễu do nhiệt trong các mạch điện tử và nhiễu khi chuyển mạch trong các động cơ
điện. Do đó trong thiết kế hệ thống điều khiển cần phải làm sao để hệ thống không
nhạy với tín hiệu nhiễu nhưng nhạy với tín hiệu vào.

Ảnh hưởng của hồi tiếp lên nhiễu phụ thuộc nhiều vào vị trí có tín hiệu nhiễu
xâm nhập vào hệ thống. Trong nhiều trường hợp hồi tiếp làm giảm ảnh hưởng của
nhiễu.

2.7 Ứng dụng của mạch hồi tiếp
Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 14
Trong mạch có hồi tiếp sẽ cải thiện được chất lượng các thông số đầu ra. Hồi
tiếp được sử dụng trong các mạch điều khiển điện áp, tốc độ,… các thông số này sẽ
được điều khiển theo một giá trị định trước nhằm đáp ứng mục đích đặt ra. Mạch
hồi tiếp được sử dụng để điều khiển điện áp thường nhằm mục đích ổn định điện áp
ra khi có thay đổi điện áp đầu vào. Mạch này dùng cho cả điện áp xoay chiều lẫn
một chiều. Sau đây nêu ra một vài ví dụ về mạch ổn áp một chiều có hồi tiếp, còn
mạch ổn áp xoay chiều sẽ được trình bày trong chương sau.

2.7.1 Nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp một chiều có hồi tiếp.

Để thỏa mãn các yêu cầu cao hơn về mặt ổn áp, ổn dòng cũng như công suất
phát ra, người ta thường dùng các mạch ổn áp có hồi tiếp. Nguyên tắc hoạt động
được trình bày trên hình 2.5.

Trong mạch này, một phần điện áp hoặc dòng điện ra được đưa về so sánh
với một giá trị chuẩn. Kết quả so sánh được khuếch đại lên và đưa đến phần tử điều

Hình 2.5 - Sơ đồ khối mạch ổn áp một chiều có hồi tiếp

khiển. Phần tử điều khiển tác động làm thay đổi các tham số để điện áp ra hoặc
dòng điện ra thay đổi theo hướng tiến dần đến giá trị mong muốn.

Thông thường phương pháp lấy mẫu để làm tín hiệu hồi tiếp khi ổn áp là dùng một
cầu chia điện thế đơn giản.

Các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được chia làm hai loại: ổn định song song và
ổn định nối tiếp. Nguyên tắc ổn địng song song được biểu diễn trên hình 2.6, trong
đó transistor điều khiển được mắc song song với điện áp vào U
V
.
U

V

U
R
phần tử đi
ều
khi
ển

khuếch đại

ngu
ồn
chu
ẩn

So sánh
Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 15
+
-
3
2
1
411
1
23
V
UU
Z
RV
Q
R


Hình 2.6 - Sơ đồ ổn áp song song

Nguyên tắc ổn định nối tiếp là transistor điều khiển sẽ mắc nối tiếp với nguồn điện
áp vào.
1
2 3
+
-
3
2

1
411
Q
V
UU
Z
RV


Hình 2.7 - Sơ đồ ổn áp nối tiếp

2.7.2 Các sơ đồ ổn áp một chiều có hồi tiếp đơn giản

1
2 3
1
23
V
U
U
B1
R
V
R
R
R
Q
Q
V
1

2
1
2
Z
3

Hình 2.8 - Sơ đồ mạch ổn áp một chiều dùng 2 transistor

Nguyên tắc hoạt động:
Chương II: Lý thuyết điều khiển
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 16
Transistor Q
1
là phần tử điều khiển đồng thời làm nhiệm vụ khuếch đại công suất.
Transistor Q
2
vừa là phần tử khuếch đại vừa so sánh. Khi U
R
giảm thì qua bộ phân
áp R
1
, R
2
điện áp bazơ Q
2
: U
B2
= V
Z
+ U

BE2
cũng giảm và V
Z
không đổi nên U
BE2

giảm theo làm cho U
CE2
tăng, do đó U
B1
tăng và U
r
tăng trở lại.
Điện áp ra được tính toán như sau:
U
B2
= U
r
2
21
2
BEZ
UV
RR
R
+=
+

U
r

= ( V
Z
+ U
BE2
)( 1 +
2
1
R
R
)
Ta thấy là giá trị điện áp ổn định phụ thuộc vào cầu phân thế và V
Z
+ U
BE2
là điện
áp chuẩn.

2.7.3 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dùng khuếch đại thuật toán ( op-amp )
1
2 3
1 2
12
+
-
3
2
1
4 11
U
U

R
V
R
RR
Q
V
1
2
Z
3


Hình 2.9 - Sơ đồ mạch ổn áp một chiều dùng op-amp

Nguyên lý hoạt động của mạch là khi có sự biến thiên điện áp ra thì qua cầu phân
thế sẽ làm thay đổi điện áp ngõ vào đảo. Khi đó điện áp vi sai sẽ được khuếch đại
và kích transistor Q dẫn ít hay nhiều tuỳ thuộc điện áp ra U
r
tăng hay giảm.

Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 17
CHƯƠNG III


LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ ỨNG DỤNG


3.1 Các tính chất về khuếch đại thuật toán ( op-amp )

Op-amp là một linh kiện điện tử quan trọng được dùng trong nhiều ứng dụng
thực tế. Một số tính chất của op-amp hơn hẳn các loại linh kiện khác.

3.1.1 Các tính chất cơ bản của op-amp

Giữa bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản
không có gì khác. Cả hai loại này đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc
công suất. Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết
cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi
được và chỉ phụ thuộc các linh kiện mắc ở mạch ngoài. Để thực hiện được điều đó
bộ khuếch đại thuật toán phải có hệ số khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và
trở kháng vào rất nhỏ.
+
-
3
2
1
411
U
I
R
R
I
I
U
U
U
P
N
P

N
D
+V
-V
CC
CC

Hình 3.1 - Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán

U
D
= U
P
– U
N
: điện áp vi sai.
U
P
, I
P
: điện áp và dòng điện vào không đảo.
U
N
, I
N
: điện áp và dòng điện vào đảo.
U
R
, I
R

: điện áp và dòng điện ra.

Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại điện áp vi sai U
D
= U
P
– U
N
với hệ số khuếch
đại vi sai A
D
> 0. Khi đó điện áp ra U
R
= A
D
.U
D
= A
D
( U
P
– U
N
)
+ Nếu U
P
> U
N
thì U
R

= A
D
( U
P
– U
N
) > 0
Điện áp ra U
R
sẽ đồng pha với điện áp vào
+ Nếu U
P
< U
N
thì U
R
= A
D
( U
P
– U
N
) < 0
Điện áp ra U
R
sẽ ngược pha với điện áp vào.

Ngoài ra khuếch đại thuật toán còn có hai cổng vào để đấu với nguồn cung cấp
±

V
CC
- gọi là nguồn đôi. Đôi khi khuếch đại thuật toán hoạt động bằng nguồn đơn
Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 18
+V
CC
và mass. Ngoài ra khuếch đại thuật toán còn mốt số chân để điều chỉnh độ
lệch không và bù tần số.

Một khuếch đại thuật toán lý tưởng có những thông số sau:
+Trở kháng vào Z
V
= ∞ tương ứng dòng I
P
, I
N
= 0.
+Trở kháng ra Z
R
= 0.
+Hệ số khuếch đại vi sai A
D
= ∞.

3.1.2 Hệ số khuếch đại vi sai A
D

A
D

là hệ số khuếch đại vi sai khi không tải, được xác định:
A
D
=
N
U
UU
−
=
P
R
D
R
UU


Thông thường các khuếch đại thuật toán có hệ số A
D
khoảng 10
3

÷
10
6
.
Điện áp ra U
R
chỉ tỷ lệ với U
D
trong một dãy điện áp U

Rmin
đến U
Rmax
. Dãy điện áp
này gọi là dãy biến đổi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán hay còn gọi là chế
độ khuếch đại tuyến tính. Ngoài dãy này, thì điện áp ra không thay đổi và không
phụ thuộc vào điện áp vào. Khi đó khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ bão hòa
và U
R
có giá trị


Hình 3.2 - Đặc tính truyền đạt của khuếch đại thuật toán

+ Mức cao U
R
= +U
Rsat
= + V
CC
– 1V.
+ Mức thấp U
R
= -U
Rsat
= VV
CC
1−+
Thực tế +U
Rsat

có thể khác -U
Rsat

Đối với điện áp một chiều và điện áp có tần số thấp thì A
D
không phụ thuộc
tần số. Khi tần số tăng đến một giá trị nào đó thì A
D
sẽ giảm.

0

vài mV
U

Rmin
U
Rmax

U

D
U


R
Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 19
3.1.3 Độ lệch offset

Nếu đặt vào cửa đảo và không đảo của khuếch đại thuật toán các điện áp
bằng nhau nghĩa là U
P
= U
N
khác không thì U
D
= 0. Theo biểu thức tính
U
R
= A
D
( U
P
– U
N
) thì U
R
= 0. Tuy nhiên thực tế U
R
khác không. Giá trị U
R
khác
không được gọi là độ lệch offset của khuếch đại thuật toán.

3.2 Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Do khuếch đại thuật toán có nhiều ưu điểm hơn các linh kiện khác về độ
khuếch đại, tổng trở vào và tổng trở ra… nên khuếch đại thuật toán được sử dụng
rất nhiều trong các ứng dụng thực tế như mạch khuếch đại điện áp xoay chiều và

một chiều, mạch so sánh và mạch làm toán… Trong phạm vi đề tài này chỉ trình
bày mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán.

Mạch so sánh cho một bước nhảy ở đầu ra để chỉ kết quả so sánh giữa hai đại
lượng ở cửa vào. Có hai loại mạch so sánh:
+ Mạch so sánh hai số nhị phân, gọi là mạch so sánh số.
+ Mạch so sánh tương tự so sánh một điện áp bất kỳ với một điện áp chuẩn
có độ lớn xác định trước.
Ngõ ra của mạch so sánh sẽ chuyển từ mức cao xuống mức thấp hoặc ngược lại.
Như vậy tín hiệu ra là tín hiệu logic còn tín hiệu vào là tín hiệu tương tự.

3.2.1 Mạch so sánh mức không (Zero )

3.2.1.1 So sánh mức Zero không đảo

+
-
3
2
1
411
V
R
I
L
V
U
Ref
R

Hình 3.3 - Sơ đồ nguyên lý

Điện thế ngõ vào đảo ( - ) được dùng làm điện thế chuẩn và V
I
là điện thế
cần đem so sánh với điện thế chuẩn được đưa vào ngõ vào không đảo (+ ).
+ khi V
I
> V
Ref
thì U
R
= A
D
( V
I
- V
Ref
) = +U
Rsat

+ khi V
I
< V
Ref
thì U
R
= A
D

( V
I
- V
Ref
) = -U
Rsat
Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu 20

Hình 3.4 - Đặc tính ngõ ra của mạch so sánh mức Zero không đảo lý tưởng

Thí dụ khi V
I
có dạng tam giác thì dạng sóng ngõ ra U
R
có dạng như hình 3.5

Hình 3.5 - Ngõ ra mạch so sánh mức không không đảo với tín hiệu vào tam
giác.
Ứng dụng của mạch này là thường dùng trong các mạch so sánh phát hiện
bán kỳ dương của tín hiệu xoay chiều để tạo góc kích trong các mạch chỉnh lưu có
điều khiển dùng tiristor.

3.2.1.2 So sánh mức Zero đảo

Hình 3.6 - Sơ đồ nguyên lý so sánh mức Zero đảo
+
-
3
2

1
4 11
V
R
I
L
V
U
Ref
R