Luận văn tốt nghiệp: Tìm hiểu thiết kế triển khai mô hình thí nghiệm nguyên lý điều khiển tự động trong ổn áp

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 dịng cơng 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 tốn ( op-amp ) ..................................... 17
3.1.1 Các tính chất cơ bản của op-amp ......................................................... 17
3.1.2 Hệ số khuếch đại vi sai AD .................................................................. 18
3.1.3 Độ lệch offset...................................................................................... 19
3.2 Ứng dụng của khuếch đại thuật tốn .......................................................... 19
3.2.1 Mạch so sánh mức khơng (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 mơ hình thí nghiệm ................................................... 42
5.1 Các thơng số của biến áp từ ngẫu ............................................................... 42
5.2 Tính tốn cầu phân thế ............................................................................... 43
5.2.1 Chọn VZ = 5V ....................................................................................... 44
5.2.1.1 Tính tốn các điện trở R1, R2, R3 ..................................................... 44
5.2.1.2 Tính độ nhạy của mạch ................................................................... 45
5.2.2 Chọn VZ = 10V ..................................................................................... 47
5.2.2.1 Tính tốn các điện trở R1, R2, R3 ..................................................... 47
5.2.2.2 Tính tốn độ nhạy của mạch ............................................................. 49
5.3 Thay đổi điện áp ổn định ngõ ra ................................................................. 51
5.4 Tính tốn cơ cấu điều khiển ...................................................................... 52

5.4.1 Ngun lý hoạt động ............................................................................. 52
5.4.2 Tính tốn các điện trở phân cực R4, R5, R6, R7 ...................................... 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


LỜI NĨI 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 phịng thí nghiệm chun mơn. Trên tinh thần từng
bước hồn thiện các phịng thí nghiệm, nhà trường, bộ mơn đã cố gắng mua những
thiết bị thí nghiệm đắt tiền phục vụ học tập. Nhưng do cịn 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 mơ hình thí nghiệm cho các phịng thí nghiệm và nội
dung của đề tài “ Tìm hiểu - thiết kế - triển khai mơ hình thí nghiệm nghun 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 mơ 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 mơ hình thí nghiệm.
Chương VI: Kết quả và thảo luận.
Chương VII: Ý kiến và đề nghị.
Tuy đã có nhiều cố gắng trong q trình thực hiện đề tài nhưng khơng tránh
khỏi những sai sót, kính mong q thầy cơ cùng các bạn sinh viên thông cảm!
Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 cơng nghiệp mà cịn ở vùng nơng thơn xa xơi.
Tuy đạt được những thành tựu trên nhưng nhìn chung hệ thống điện nước ta
vẫn cịn 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 khơng 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.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

1


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

Điện 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:
f 

f  f dm
100
f dm

Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:
f min  f  f max

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

f min  f  f max
f min  f dm  f min
f max  f dm  f max

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
 0,5HZ.
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 =

U  U dm
100
U dm

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

2


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 cơng thức:
U 

U max  U min
100 , %
U dm

Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax 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 khơng tải, bộ
chỉnh lưu, tiristor…làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó khơng cịn là hình

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

3


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

sin nữa và xuất hiện các sóng hài bậc cao Uj, Ij. 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:
U P.R  Q. X

U
U2

Trên lưới hệ thống X >> R nên có thể viết:
U Q. X
 2
U
U

Ta thấy điện áp trên lưới hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào dịng cơng 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 khơng 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 ngun tử thì phải giữ điện áp trên lưới tự dùng của các nhà máy này rất chặt
chẽ.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

4


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 Udm
. 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.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

5


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

+ 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 dịng điện kích từ. Khi công suất tác dụng của máy phát không thay đổi,
có thể thay đổi điện áp trong giới hạn  5%Udmf, nghĩa là từ 0,95Udmf đến 1,05Udmf .
Ví dụ, khi điện áp định mức của mạng bằng Udm = 10kV, điện áp định mức của máy
phát Udmf = 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 mơ 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 cơng 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 khơng 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 khơng điều chỉnh dưới tải.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

6


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 U2 nhỏ hơn yêu cầu U2yc, nghĩa là
U2 = U1 -  U < U2yc
để tăng điện áp ở cuối đường dây đến giá trị điện áp yêu cầu U2yc cần đặt nối tiếp
các tụ có dung kháng Xc vào đường dây. Như vậy
U2yc = U1 -

P2 . X  Q2 ( X L  X c )
U 2 yc

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 dịng 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.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

7


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 dịng cơng suất phản kháng
Giảm tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp trong mạng điện nói chung có thể
thực hiện bằng giải pháp thay đổi các dịng cơng 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 cơng 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:
P2 .R  Q2 . X
U2

U2 = U 1 -

Giả thiết rằng điện áp U2 nhỏ hơn điện áp yêu cầu ở cuối đường dây U2yc .
Để thay đổi điện áp U2 đến điện áp U2yc cần phải đặt máy bù đồng bộ có cơng
suấtQb . Như vậy sau khi đặt thiết bị bù, điện áp U2yc được tính theo biểu thức
U2yc = U1 -

=> Qb =

P2 .R  (Q2  Qb ) X
U 2 yc



(U 2 yc  U 2 ) U 2 yc .U 2  ( P2 .R  Q2 . X )



X .U 2

Nếu như lấy 1/U2yc # 1/U2 khi đó cơng suất của thiết bị bù được xác định
Qb =

U 2 yc  U 2
X

U 2 yc trong thực tế Qb được tính theo cơng thức này.

Điều chỉnh cơng suất bằng máy bù đồng bộ có thể áp dung chỉ trong trường
hợp các trạm khu vực khơng có máy biến áp điều chỉnh dưới tải.
1.4.5.2 Tụ điện

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

8


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

Nối song song các tụ điện vào mạng điện chỉ cho phép nâng cáo điện áp, bởi
vì các tụ chỉ có thể phát cơng 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:
U 1 

P.R  Q. X
U dm

Sau khi nối song song các tụ điện với phụ tải tổn thất điện áp được xác định:
U 2 

P.R  (Q  Qb ) X
U dm

Giá trị tăng điện áp sau khi đặt tụ bù
U 

Qb . X
2
U dm

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 Qb. 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 địi 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 khơng 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
cơng 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

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

9


Chương I: Chất lượng điện năng và các phương pháp điều chỉnh

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 q 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. Q trình
này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

10


Chương II: Lý thuyết điều khiển

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, dịng điện... )
của một mạng bốn cực tích cực về đầu vào thơng qua một mạng gọi là hồi tiếp.
Hồi tiếp đóng vai trị rất quan trọng trong các mạch tín hiệu tương tự. Hồi
tiếp cho phép cải thiện và nâng cao chất lượng các thơng số ngõ ra như điện áp,
dịng điện, tốc độ...

Hình 2.1 - Sơ đồ một mạng có hồi tiếp

C(s)
C(s)
t

t

Hình 2.2 - Tín hiệu ngõ ra của mạng khơng 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.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

11


Chương II: Lý thuyết điều khiển

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.

Ngồi ra, người ta cịn 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)

R(s) +
_

G(s)

C(s)

H(s)
Hình 2.3 - Sơ đồ mạng hồi tiếp âm
M=

C ( s)
G( s)

R( s) 1  H ( s).G ( s)

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)

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

12


Chương II: Lý thuyết điều khiển

Hình 2.4 - Hệ thống hồi tiếp dương
M=

C ( s)
G( s)

R( s) 1  H ( s).G ( s)

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 khơng thể kiểm
sốt được hoặc tăng vơ 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 thơng số của hệ thống điều khiển là hồn tồn 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 q 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

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

13


Chương II: Lý thuyết điều khiển

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, cịn
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 dịng cũng như cơng suất
phát ra, người ta thường dùng các mạch ổn áp có hồi tiếp. Ngun tắc hoạt động
được trình bày trên hình 2.5.
Trong mạch này, một phần điện áp hoặc dịng 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

UV

phần tử điều
khiển

UR

khuếch đại

So sánh

nguồn
chuẩn

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.
Thơng 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.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

14


Chương II: Lý thuyết điều khiển

R

UV

4

2

VZ
Q

1

UR

+ 3

1

3

11

- 2

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.

Q
2

3

4

1

VZ
UV

UR

+ 3

1

11

- 2

Hình 2.7 - Sơ đồ ổn áp nối tiếp
2.7.2 Các sơ đồ ổn áp một chiều có hồi tiếp đơn giản

2

3

VB1

Q2

R1
1

3

UV

2 1

R3

Q1

VZ

UR
R2

Hình 2.8 - Sơ đồ mạch ổn áp một chiều dùng 2 transistor
Nguyên tắc hoạt động:

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

15


Chương II: Lý thuyết điều khiển

Transistor Q1 là phần tử điều khiển đồng thời làm nhiệm vụ khuếch đại công suất.
Transistor Q2 vừa là phần tử khuếch đại vừa so sánh. Khi UR giảm thì qua bộ phân
áp R1, R2 điện áp bazơ Q2: UB2 = VZ + UBE2 cũng giảm và VZ không đổi nên UBE2
giảm theo làm cho UCE2 tăng, do đó UB1 tăng và Ur tăng trở lại.
Điện áp ra được tính tốn như sau:
R2
 VZ  U BE 2
R1  R2
R
Ur = ( VZ + UBE2 )( 1 + 1 )
R2

UB2 = Ur

Ta thấy là giá trị điện áp ổn định phụ thuộc vào cầu phân thế và VZ + UBE2 là điện
áp chuẩn.
2.7.3 Sơ đồ ổn áp có hồi tiếp dùng khuếch đại thuật tốn ( op-amp )

Q
2

3

R2

1

2

2

R1

+

4

2

3

UR

1

-

UV

1

11

1

R3

VZ
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 Ur tăng hay giảm.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

16


Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng

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 thơng thường về cơ bản
khơng có gì khác. Cả hai loại này đều dùng để khuếch đại điện áp, dịng điện hoặc
cơng 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 tốn 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 tốn phải có hệ số khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và
trở kháng vào rất nhỏ.

UN

IP
UD
IN

3
2

+

UR

1

-

IR

11

UP

4

+VCC

-VCC

Hình 3.1 - Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán
UD = UP – UN : điện áp vi sai.
UP, IP : điện áp và dòng điện vào khơng đảo.
UN, IN : điện áp và dịng điện vào đảo.
UR, IR : điện áp và dòng điện ra.
Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại điện áp vi sai UD = UP – UN với hệ số khuếch
đại vi sai AD > 0. Khi đó điện áp ra UR = AD.UD = AD( UP – UN )
+ Nếu UP > UN thì UR = AD( UP – UN ) > 0
Điện áp ra UR sẽ đồng pha với điện áp vào
+ Nếu UP < UN thì UR = AD( UP – UN ) < 0
Điện áp ra UR sẽ ngược pha với điện áp vào.
Ngoài ra khuếch đại thuật tốn cịn có hai cổng vào để đấu với nguồn cung cấp 
VCC - gọi là nguồn đôi. Đôi khi khuếch đại thuật toán hoạt động bằng nguồn đơn

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

17


Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng

+VCC và mass. Ngồi ra khuếch đại thuật tốn cịn mốt số chân để điều chỉnh độ
lệch không và bù tần số.
Một khuếch đại thuật tốn lý tưởng có những thơng số sau:
+Trở kháng vào ZV =  tương ứng dòng IP, IN = 0.
+Trở kháng ra ZR = 0.
+Hệ số khuếch đại vi sai AD = .
3.1.2 Hệ số khuếch đại vi sai AD
AD là hệ số khuếch đại vi sai khi không tải, được xác định:
AD =

UR
UR

UD UP U N

Thông thường các khuếch đại thuật tốn có hệ số AD khoảng 103  106.
Điện áp ra UR chỉ tỷ lệ với UD trong một dãy điện áp URmin đến URmax. Dãy điện áp
này gọi là dãy biến đổi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật tốn hay cịn gọi là chế
độ khuếch đại tuyến tính. Ngồi dãy này, thì điện áp ra không thay đổi và không
phụ thuộc vào điện áp vào. Khi đó khuếch đại thuật tốn làm việc ở chế độ bão hịa
và UR có giá trị
UR
U Rmax

0

UD
vài mV
U Rmin

Hình 3.2 - Đặc tính truyền đạt của khuếch đại thuật toán
+ Mức cao UR = +URsat = + VCC – 1V.
+ Mức thấp UR = -URsat =  VCC  1V
Thực tế +URsat có thể khác -URsat
Đối với điện áp một chiều và điện áp có tần số thấp thì AD khơng phụ thuộc
tần số. Khi tần số tăng đến một giá trị nào đó thì AD sẽ giảm.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

18


Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng

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 UP = UN khác khơng thì UD = 0. Theo biểu thức tính
UR = AD( UP – UN ) thì UR = 0. Tuy nhiên thực tế UR khác không. Giá trị UR khác
không được gọi là độ lệch offset của khuếch đại thuật toán.
3.2 Ứng dụng của khuếch đại thuật tốn
Do khuếch đại thuật tốn 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 cịn 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

4

VI
VRef

2

+

1

UR

-

11

3

RL

Hình 3.3 - Sơ đồ nguyên lý
Điện thế ngõ vào đảo ( - ) được dùng làm điện thế chuẩn và VI là điện thế
cần đem so sánh với điện thế chuẩn được đưa vào ngõ vào không đảo (+ ).
+ khi VI > VRef thì UR = AD( VI - VRef ) = +URsat
+ khi VI < VRef thì UR = AD ( VI - VRef ) = -URsat

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

19


Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng

Hình 3.4 - Đặc tính ngõ ra của mạch so sánh mức Zero khơng đảo lý tưởng
Thí dụ khi VI có dạng tam giác thì dạng sóng ngõ ra UR có dạng như hình 3.5

Hình 3.5 - Ngõ ra mạch so sánh mức khơng khơng 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.

4

3

1

UR

+

VRef

2

-

VI

11

3.2.1.2 So sánh mức Zero đảo

RL

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

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

20


Chương III: Linh kiện điện tử và ứng dụng

Điện thế chuẩn VRef đặt ở ngõ vào không đảo ( + ). Điện thế so sánh VI đưa vào
ngõ vào đảo ( - ).
+ khi VI > VRef thì UR = AD( VRef – VI ) = -URsat.
+ khi VI < VRef thì UR = AD( VRef - VI ) = +URsat.
Hình 3.7a trình bày ngõ ra của mạch so sánh loại này và hình 3.7b là dạng điện áp
ngõ ra với tín hiệu ngõ vào dạng tam giác.

(a)

(b)
Hình 3.7

3.2.2 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện thế bất kỳ
3.2.2.1 So sánh mức dương đảo và không đảo
a. So sánh mức dương không đảo

VRef

3
2

+

1

UR

-

11

VI

4

Điện thế chuẩn VRef > 0V đặt ở ngõ vào đảo ( - ). Điện thế so sánh VI đưa
vào ngõ vào không đảo ( + )

RL

Hình 3.8 - Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh hai điện thế bất kỳ mức dương không đảo
+ khi VI > VRef thì UR = AD( VI - VRef ) = + URsat.
+ khi VI < VRef thì UR = AD( VI - VRef ) = -URsat.
Hình 3.9a trình bày ngõ ra của mạch so sánh loại này và hình 3.9b trình bày dạng
điện áp ngõ ra với ngõ vào có dạng tam giác.

Svth: Nguyễn Văn Bé Sáu

21