Một số ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha Chương 1: 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 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 +Vnguồn RC R3 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. t2 t1 i D t t t i D I V I i C 0 0 0 V+ ic Vvào i i i1 D D2 Rt D1R1 C 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 (I.5) C ic I dt dVc   C I dt dVc  V tI t V CIi 2 2 1 . C (I.7).:đúnggầntínhđượcCdungĐiện   Chương 2: 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 :t - Điện cảm L 1 được tính gần đúng bằng biểu thức 8)-(I . 1 I t V L   +Vn Vv T D2 D1R1 C L1 R2 D3 Rt * Khi Transistor từ trạng thái mở sang trạng thái đóng Trong thực tế người ta chọn L 1 sao cho: 2 tđ <t  <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 Trong mạch CTR 1 trong khoảng thời gian đóng t  như vậy phải thỏa mãn điều kiện R 1 C>t  . 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. 9)-(I 2 2 1 t R L  -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 5s 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, 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. 11)-(Is}{A/1,0   dt di đk  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. ĐB CH T CB CĐ N e a b    [...]... II.2 : Sơ đồ điều chỉnh điện áp 3 pha 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: VA=VmSin Điện áp dây của lưới điện V AB  3V m Sin (   V AC  3V m Sin (   V BC  3V m Sin (   6 ) 6 ) 2 ) Giá trò của điện áp trên tải mỗi pha phụ thuộc vào góc mở  và góc lệnh pha , khi điều khiển đối xứng tức là các... 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 Th2 C Th6 c R Th5 V ~ B b Th3 R R Th4 ĐKĐ A a Th1 PHÁ T XUNG Vđk 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  > /6 VA VB 1 0 VC 3 5... KX của pha trước) Các xung ở sau C1,C3,C5 được dẫn vào các phần tử logic L8 sau đó qua phần tử tạo xung F để cho tín hiệu vào Transistor Tk Transistor Tk sẽ khử tín hiệu ra của bộ khuyếch đại K (ngắn mạch tụ C) Sau mỗi lần T1, T2 hoặc T3 khởi động Sơ đồ mạch điều khiển Thyristor theo nguyên lý không đồng bộ như hình vẽ sau: CHƯƠNG 6: CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ... Vn (I - 18) nhiệt độ thay đổi, theo công thức kinh nghiệm Điện trở R để điều chỉnh tần số xung Giá trò lớn nhất của R max  Vn  V I p (I - 19) p điện trở xác đònh theo điều kiện tạo dao động Vp=VBB+VĐ (I-20) Trong đó VĐ: Điện áp rơi trên cực E khi UJT mở (VĐ=0,40,50) VP: Điện áp đỉnh của Transistor một tiếp giáp (UJT) khi bắt đầu dẫn IP:Dòng điện ứng với VP Giá trò nhỏ nhất của điện trở được xác... mạch từ hđ: Độ từ thẩm hiệu dụng W1: số vòng dây sơ cấp  Hệ số tắt dần :   ( R L 1 t  1 1 R 2 C ) 0 T 0 4 (I - 26) Trong đó R1: điện trở của cuộn dòng W1 : Điện trở tải qui đổi về W1 R21 Lt :điện cảm kháng tản C0 :điện dung ký sinh T0: chu kỳ dao động Hệ số càng lớn thì xung càng dốc ở sườn trước muốn vậy phải giảm nhỏ Lt vàC0 Hệ số đặc trưng dao động    R 1 1 R 2  R 1 2 (I - 27) Hệ số càng nhỏ... 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 Vđk ở... điều khiển max từ bộ HC-2 và tín hiệu ra của phần tử L2, L3, L4 Phần tử L2, L3, L4 có tín hiệu ra là 1 với 3 điều kiện: có tín hiệu ra của L1, có tín hiệu ngược từ bộ HC-1 (hạn chế góc min) cà đã khởi động Trigger pha trước (T1, T2, T3) Tín hiệu ra của T1, T2, T3 qua các tụ vi phân C1, C2, C3 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 (+)... 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: nó đặc trưng cho độ rộng xung với mạch từ thông có khe hở không khí L    hđ S 1 t W L 1t 1 2 (I - 25) Trong đó S1t, L1t: tiết... Tạo hình V4 Khuếch V5 đại V6 Biến áp ra V 0 t V  V3 t 0 V V6 V4 0 t Hình I-7: Sơ đồ khối mạch khống chế ứng và dạng điện áp ra của nó Chương 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... xung điều khiển  ti  ti  1 2   1 ( V đk ) m Thyristor sau chỉ phụ thuộc vào thời điểm tác động của Thyristor trước nghóa là: Trong đó: ti :góc tương ứng với thời điểm cho xung điều khiển Thyristor M: số pha điều chỉnh Chương 5: 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 . Một số ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha Chương 1: VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT DÙNG TRONG VIỆC ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ I.1 ĐIỀU. 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 =V BB +V Đ . (I-20). Trong đó V Đ : Điện áp rơi. chọn L 1 sao cho: 2 tđ <t  <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