"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện 43

CH¦¥NG 3CH¦¥NG 3CH¦¥NG 3CH¦¥NG 3 §IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN

3.1 ðặt vấn ñề

ðiều chỉnh tốc ñộ là một trong những nội dung chính của truyền ñộng ñiện tự ñộng nhằm ñáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. ðiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện là dùng những phương pháp thuần túy ñiện, tác ñộng lên bản thân hệ thống truyền ñộng ñiện (nguồn và ñộng cơ ñiện) ñể thay ñổi tốc ñộ quay của trục ñộng cơ ñiện.

Tốc ñộ làm việc của truyền ñộng ñiện do công nghệ yêu cầu và ñược gọi là tốc ñộ ñặt, hay tốc

ñộ mong muốn. Trong quá trình làm việc, tốc ñộ của ñộng cơ thường bị thay ñổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do ñó gây ra sai lệch tốc ñộ thực so với tốc ñộ ñặt. Trong các hệ truyền ñộng ñiện tự ñộng thường dùng các phương pháp khác nhau ñể ổn ñịnh tốc ñộ ñộng cơ, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñể có ñược tốc ñộ mong muốn.

ðiều chỉnh tốc ñộ một ñộng cơ ñiện khác với việc tự thay ñổi tốc ñộ của ñộng cơ ñó.

Ví dụ: Một ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñang làm việc tại ñiểm làm việc A trên ñặc tính cơ 1 ứng với mômen cản MA. ðặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp ñặt vào ñộng cơ là U1. Vì một lý do nào ñó, mômen cản tăng lên (MT>MA) làm ñộng cơ bị giảm tốc ñộ. ðiểm làm việc sẽ dịch chuyển theo ñoạn AT về phía tốc ñộ giảm. Nhưng tốc ñộ càng giảm thì dòng ñiện phần ứng Iư càng tăng và mômen càng tăng. Tới ñiểm T thì mômen ñộng cơ sinh ra bằng mômen cản (Mð=MT). ðộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm T với tốc ñộ thấp hơn (ωT<ωA) và dòng phần ứng lớn hơn, ñộng cơ nóng hơn.

ðây là hiện tượng tự thay ñổi tốc ñộ của ñộng cơ ñiện, ñiểm làm việc của ñộng cơ dịch chuyển trên cùng một ñường ñặc tính cơ.

AT

B

D

ω

ω0

ω'0

ωD

MMTA

MMB

1

2

U1

U2

Ở ví dụ trên, nếu mômen cản vẫn giữ nguyên giá trị MA, ñộng cơ ñang làm việc ổn ñịnh tại ñiểm A trên ñặc tính cơ 1, ta giảm ñiện áp phần ứng từ U1 xuống U2 (ñặc tính cơ tương ứng là 2). Do quán tính cơ, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm B trên ñường 2 với cùng một tốc ñộ ωA. Mômen của ñộng cơ tại ñiểm B nhỏ hơn mômen cản A (MB<MA) nên ñộng cơ bị giảm tốc ñộ. ðiểm làm việc trượt xuống theo ñường ñặc tính cơ 2. Tốc ñộ ñộng cơ càng giảm thì dòng ñiện phần ứng càng tăng. Tới ñiểm D thì mômen ñộng cơ cân bằng với mômen cản MA (MB=MA). ðộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm D với tốc ñộ thấp hơn (ωD<ωA).

Hình 3.1 - Sự thay ñổi tốc ñộ ñộng cơ khi tải thay ñổi và sự ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ứng với cùng một mômen tải


ðây không phải là hiện tượng tự thay ñổi tốc ñộ do mômen cản tăng lên mà là sự ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ (ñiều chỉnh giảm) trong khi mômen cản vẫn giữ nguyên. ðiểm làm việc chuyển từ ñặc tính cơ này sang ñặc tính cơ khác do thay ñổi thông số của mạch ñiện ñộng cơ.

Có rất nhiều phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ. Tuỳ theo máy sản xuất, ta chọn một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ cho phù hợp, ñảm bảo quá trình sản xuất ñược thuận lợi, nâng cao chất lượng và năng suất.

3.2 Các chỉ tiêu ñánh giá ñiều chỉnh tốc ñộ

Chất lượng của một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñược ñánh giá qua một số các chỉ tiêu sau ñây.

3.2.1 Dải ñiều chỉnh tốc ñộ

Dải ñiều chỉnh tốc ñộ (hay phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ) là tỉ số giữa các giá trị tốc ñộ làm việc

lớn nhất và nhỏ nhất của hệ Tðð ứng với một mômen tải ñã cho:

D = min

max

ω

ω

Dải ñiều chỉnh tốc ñộ của một hệ Tðð càng lớn càng tốt.

Mỗi một máy sản xuất yêu cầu một dải ñiều chỉnh nhất ñịnh và mỗi một phương pháp ñiều

chỉnh tốc ñộ chỉ ñạt ñược một dải ñiều chỉnh nào ñó.

3.2.2 ðộ trơn ñiều chỉnh

ðộ trơn ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñược biểu thị bởi tỷ số giữa 2 giá trị tốc ñộ của 2 cấp

kế tiếp nhau trong dải ñiều chỉnh:

γ = i

i

ω

ω 1+

Trong ñó: ωi - Tốc ñộ ổn ñịnh ở cấp i.

ωi+1 - Tốc ñộ ổn ñịnh ở cấp i+1.

Trong một dải ñiều chỉnh tốc ñộ, số cấp tốc ñộ càng lớn thì sự chênh lệch tốc ñộ giữa 2 cấp kế

tiếp nhau càng ít do ñó ñộ trơn càng tốt.

Khi số cấp tốc ñộ rất lớn (k→∞) thì ñộ trơn ñiều chỉnh γ → 1. Trường hợp này hệ ñiều chỉnh

gọi là hệ ñiều chỉnh vô cấp và có thể có mọi giá trị tốc ñộ trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.

3.2.3 ðộ ổn ñịnh tốc ñộ (ñộ cứng của ñặc tính cơ)

ðể ñánh giá và so sánh các ñặc tính cơ, người ta ñưa ra khái niệm ñộ cứng ñặc tính cơ β và

ñược tính: β = ω∆

∆M


M

ω

∆M

∆ω1

∆ω2 β1

β2

Nếu |β| bé thì ñặc tính cơ là mềm (|β| < 10).

Nếu |β| lớn thì ñặc tính cơ là cứng (|β| = 10 ÷ 100).

Khi |β| = ∝ thì ñặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt ñối cứng.

ðặc tính cơ có ñộ cứng β càng lớn thì tốc ñộ càng ít bị thay ñổi khi mômen thay ñổi. Ở trên

hình 3.2, ñường ñặc tính cơ 1 cứng hơn ñường ñặc tính cơ 2 nên với cùng một biến ñộng ∆M thì

ñặc tính cơ 1 có ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω1 nhỏ hơn ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω2 cho bởi ñặc tính cơ 2.

Nói cách khác, ñặc tính cơ càng cứng thì sự thay ñổi tốc ñộ càng ít khi phụ tải thay ñổi nhiều.

Do ñó sai lệch tốc ñộ càng nhỏ và hệ làm việc càng ổn ñịnh, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ sẽ rộng hơn.

3.2.4 Tính kinh tế

Hệ ñiều chỉnh có tính kinh tế khi vốn ñầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành

không nhiều.

Các phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch phần ứng luôn có tổn hao năng lượng lớn hơn

ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch kích từ.

3.2.5 Sự phù hợp giữa ñặc tính ñiều chỉnh và ñặc tính tải

Khi chọn hệ ñiều chỉnh tốc ñộ với phương pháp ñiều chỉnh nào ñó cho một máy sản xuất cần

lưu ý sao cho các ñặc tính ñiều chỉnh bám sát yêu cầu ñặc tính của tải máy sản xuất. Như vậy hệ

làm việc sẽ ñảm bảo ñược các yêu cầu chất lượng, ñộ ổn ñịnh...

Ngoài các chỉ tiêu trên, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta có thể có những ñòi hỏi khác buộc hệ ñiều

chỉnh tốc ñộ cần phải ñáp ứng.

3.3 ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập (song song)

Khi xem xét phương trình ñặc tính cơ của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, ta ñã biết

quan hệ ω=f(M) phụ thuộc các thông số ñiện U, φ, RưΣ. Sự thay ñổi các thông số này sẽ cho những

họ ñặc tính cơ khác nhau. Vì vậy, với cùng một mômen tải nào ñó, tốc ñộ ñộng cơ sẽ khác nhau ở

các ñặc tính cơ khác nhau. Như vậy, ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập (hay kích từ song song)

có thể ñược ñiều chỉnh tốc ñộ bằng các phương pháp sau ñây:

Hình 3.2 - ðộ cứng của ñặc tính cơ


3.3.1 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở ở mạch phần ứng

Sơ ñồ nguyên lý nối dây như hình 3.6. Khi tăng ñiện trở phần ứng, ñặc tính cơ dốc hơn nhưng

vẫn giữ nguyên tốc ñộ không tải lý tưởng. Họ ñặc tính cơ khi thay ñổi ñiện trở mạch phần ứng như

hình 3.6.

ðặc ñiểm của phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở ở mạch phần ứng:

- ðiện trở mạch phần ứng càng tăng, ñộ dốc ñặc tính cơ càng lớn, ñặc tính cơ càng mềm và ñộ

ổn ñịnh tốc ñộ càng kém, sai số tốc ñộ càng lớn.

- Phương pháp chỉ cho phép ñiều chỉnh thay ñổi tốc ñộ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm

ñiện trở).

- Vì ñiều chỉnh tốc ñộ nhờ thêm ñiện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới

dạng nhiệt trên ñiện trở càng lớn.

- Dải ñiều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải. Tải càng nhỏ (M1) thì dải ñiều chỉnh

D1=min

max

ω

ω càng nhỏ. Nói chung, phương pháp này cho dải ñiều chỉnh: D ≈ 5:1

p

+

CKTI

§E

u I

kt

R

-

ω

o

ωo

M

ω1max

1minω

Mc1M

TN

nt1

nt2

nt3

nt4

R =0p

Rp1

p2R

p3R

- Về nguyên tắc, phương pháp này cho ñiều chỉnh trơn nhờ thay ñổi ñiện trở nhưng vì dòng

rotor lớn nên việc chuyển ñổi ñiện trở sẽ khó khăn. Thực tế thường sử dụng chuyển ñổi theo từng

cấp ñiện trở.

3.3.2 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện áp phần ứng

Sơ ñồ nguyên lý ñược biểu diễn như trên hình 3.3. Từ thông ñộng cơ ñược giữ không ñổi.

ðiện áp phần ứng ñược cấp từ một bộ biến ñổi.

ðể ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ñiện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát

ñiện một chiều kích từ ñộc lập, các bộ chỉnh lưu có ñiều khiển .v.v.. Các thiết bị nguồn này có chức

năng biến năng lượng ñiện xoay chiều thành một chiều có sức ñiện ñộng Eb ñiều chỉnh ñược nhờ tín

hiệu ñiều khiển Uñk. Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với ñộng cơ nên các bộ biến ñổi này có

ñiện trở trong Rb và ñiện cảm Lb khác không.

Ở chế ñộ xác lập có thể viết phương trình ñặc tính của hệ thống như sau:

Eb - Eư = Iư(Rb + Rưñ)

Hình 3.6 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi ñiện trở phần ứng.


−

dm

d−b

dm

b I.K

RR

K

E

φ

+−

φ=ω

ω = ωo(Uñk) - β

M

Trong suốt quá trình ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì từ thông kích từ của ñộng cơ ñược giữ

nguyên bằng giá trị ñịnh mức, do ñó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không ñổi:

Mc.cp = Kφñm.Iñm = Mñm

Vì từ thông của ñộng cơ ñược giữ không ñổi nên ñộ cứng của ñặc tính cơ cũng không ñổi, còn

tốc ñộ không tải lý tưởng thì phụ thuộc vào giá trị ñiện áp ñiều khiển Uñk của hệ thống. Khi thay ñổi

ñiện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ ñặc tính cơ ứng với các tốc ñộ không tải khác

nhau, song song và có cùng ñộ cứng.

ðiện áp U chỉ có thể thay ñổi về phía giảm (U<Uñm) nên phương pháp này chỉ cho phép ñiều

chỉnh giảm tốc ñộ.

BB§

~

u®k

§

u EøE(u )®k

IR Rb ø®

M®m M

0ω

ω

U®m

1U

2U

TN

o

0.minωωmin

ωmax

ðể xác ñịnh dải ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ta ñể ý rằng tốc ñộ

lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi ñặc tính cơ cơ bản, là ñặc tính ứng với ñiện áp phần ứng ñịnh mức

và từ thông cũng ñược giữ ở giá trị ñịnh mức. Tốc ñộ nhỏ nhất của dải ñiều chỉnh bị giới hạn bởi

yêu cầu về sai số tốc ñộ và về mômen khởi ñộng.

Hình 3.3 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi ñiện áp phần ứng.


Giả sử ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U1 trên phần ứng.

Khi giảm ñiện áp từ U1 xuống U2, ñộng cơ thay ñổi ñiểm làm việc từ ñiểm A có tốc ñộ lớn ωA trên

ñường 1 xuống ñiểm D có tốc ñộ nhỏ hơn (ωD<ωA) trên ñường 2 (ứng với ñiện áp U2).

MoC

ω01

ω

®mU

2U

1U

TN

M

ω02

U5

U4

ABE

DC

F

H

I

G

Trong khi giảm tốc ñộ theo cách giảm ñiện áp phần ứng, nếu giảm mạnh ñiện áp, nghĩa là

chuyển nhanh từ tốc ñộ cao xuống tốc ñộ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá

trình hãm tái sinh. Chẳng hạn, cũng trên hình 3.4, ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A với tốc ñộ lớn

ωA trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U1. Ta giảm mạnh ñiện áp phần ứng từ U1 xuống U3. Lúc này

ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm E trên ñường 3 (chuyển ngang

với ωA=ωE). Vì ωE lớn hơn tốc ñộ không tải lý tưởng ω03 của ñặc tính cơ 3 nên ñộng cơ sẽ làm việc

ở trạng thái hãm tái sinh trên ñoạn EC của ñặc tính 3.

Quá trình hãm giúp ñộng cơ giảm tốc nhanh. Khi tốc ñộ xuống thấp hơn ω03 thì ñộng cơ lại

làm việc ở trạng thái ñộng cơ. Lúc này do mômen Mð = 0 nên ñộng cơ tiếp tục giảm tốc cho tới

ñiểm làm việc mới tại F, vì tại F mômen ñộng cơ sinh ra cân bằng với mômen cản MC. ðộng cơ

chạy ổn ñịnh tại F với tốc ñộ ωF<ωA.

Khi tăng tốc, diễn biến của quá trình ñược giải thích tương tự. Giả sử ñộng cơ ñang làm việc

tại ñiểm I có tốc ñộ ωI nhỏ trên ñặc tính cơ 5, ứng với ñiện áp U5 trên phần ứng. Tăng ñiện áp từ U5

lên U4, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ I trên ñặc tính 5 sang ñiểm G trên ñặc tính 4. Do mômen

MG lớn hơn mômen cản MC nên ñộng cơ tăng tốc theo ñường 4 (ñoạn GH). ðồng thời với quá trình

tăng tốc, mômen ñộng cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần. Tới ñiểm H thì mômen ñộng cơ

cân bằng với mômen tải MH = MC và ñộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm H với tốc ñộ ωH > ωI.

ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng biện pháp thay ñổi ñiện áp

phần ứng có các ñặc ñiểm sau:

- ðiện áp phần ứng càng giảm, tốc ñộ ñộng cơ càng nhỏ.

- ðiều chỉnh trơn trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.

- ðộ cứng ñặc tính cơ giữ không ñổi trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.

Hình 3.4 - Quá trình thay ñổi tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñiện áp


- ðộ sụt tốc tuyệt ñối trên toàn dải ñiều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. ðộ sụt tốc

tương ñối sẽ lớn nhất tại ñặc tính cơ thấp nhất của dải ñiều chỉnh. Do vậy, sai số tốc ñộ tương ñối

(sai số tĩnh) của ñặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải ñiều chỉnh.

- Dải ñiều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1.

- Chỉ có thể ñiều chỉnh tốc ñộ về phía giảm (vì chỉ có thể thay ñổi với Uư ≤ Uñm).

- Phương pháp ñiều chỉnh này cần một bộ nguồn ñể có thể thay ñổi trơn ñiện áp ra.

3.3.3 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi từ thông

Muốn thay ñổi từ thông ñộng cơ, ta tiến hành thay ñổi dòng ñiện kích từ của ñộng cơ qua một

ñiện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp này chỉ cho phép tăng ñiện trở vào

mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dòng ñiện kích từ (Ikt ≤ Iktñm) do ñó chỉ có thể thay ñổi về

phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, ñặc tính dốc hơn và có tốc ñộ không tải lớn hơn. Họ ñặc

tính giảm từ thông như hình 3.5.

-+

RI KT§

Iu §

E

ktkt

o

ωo®m

ω

ω

ω

o1

o2

I

I nm Mo

C M

ω

φ2

φ1

®mφ

ωo®m

ωo1

ωo2

Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng thay ñổi từ thông có các ñặc ñiểm sau:

- Từ thông càng giảm thì tốc ñộ không tải lý tưởng của ñặc tính cơ càng tăng, tốc ñộ ñộng cơ

càng lớn.

- ðộ cứng ñặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.

- Có thể ñiều chỉnh trơn trong dải ñiều chỉnh: D ~ 3:1.

- Chỉ có thể ñiều chỉnh thay ñổi tốc ñộ về phía tăng.

Hình 3.5 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi từ thông kích từ.


- Do ñộ dốc ñặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các ñặc tính sẽ cắt nhau và do ñó, với

tải không lớn (M1) thì tốc ñộ tăng khi từ thông giảm. Còn ở vùng tải lớn (M2) tốc ñộ có thể tăng

hoặc giảm tùy theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với ñịnh

mức.

- Phương pháp này rất kinh tế vì việc ñiều chỉnh tốc ñộ thực hiện ở mạch kích từ với dòng

kích từ là (1÷10)% dòng ñịnh mức của phần ứng. Tổn hao ñiều chỉnh thấp.

Thường khi ñiều chỉnh từ thông thì ñiện áp phần ứng ñược giữ nguyên bằng giá trị ñịnh mức,

do ñó ñặc tính cơ thấp nhất trong vùng ñiều chỉnh từ thông chính là ñặc tính có ñiện áp phần ứng

ñịnh mức, từ thông ñịnh mức và ñược gọi là ñặc tính cơ bản (ñôi khi chính là ñặc tính tự nhiên của

ñộng cơ). Tốc ñộ lớn nhất của dải ñiều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ

góp ñiện. Khi giảm từ thông ñể tăng tốc ñộ quay của ñộng cơ thì ñồng thời ñiều kiện chuyển mạch

của cổ góp cũng bị xấu ñi, vì vậy ñể ñảm bảo ñiều kiện chuyển mạch bình thường cần phải giảm

dòng ñiện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục ñộng cơ giảm rất nhanh. Ngay

cả khi giữ nguyên dòng ñiện phần ứng thì ñộ cứng ñặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ

thông kích thích.

3.4 Các hệ thống ñiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện một chiều

3.4.1 Hệ truyền ñộng máy phát - ñộng cơ (F - ð)

3.4.1.1 Hệ F - ð ñơn giản

Hệ thống máy phát - ñộng cơ (F-ð) là hệ truyền ñộng ñiện mà BBð ñiện là máy phát ñiện

một chiều kích từ ñộc lập. Máy phát này thường do ñộng cơ sơ cấp không ñồng bộ 3 pha quay và

coi tốc ñộ quay của máy phát là không ñổi.

§K

§Tr

F §K

CKK

CKF CK§

RT

N T

NK§

RKF

Trong sơ ñồ:

- ð : Là ñộng cơ ñiện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải ñiều chỉnh tốc ñộ.

- F : Là máy phát ñiện một chiều, ñóng vai trò là BBð, cấp ñiện cho ñộng cơ ð.

Hình 3.7 - Hệ truyền ñộng F-ð ñơn giản.


- ðTr : ðộng cơ KðB 3 pha kéo máy phát F, có thể thay thế bằng một nguồn năng

lượng khác.

- K : Máy phát tự kích, ñể cấp nguồn ñiện cho các cuộn kích từ CKF và CKð.

ðiện áp ra của bộ biến ñổi cấp cho ñộng cơ ð:

uF = uð = EF - I.RưF = K.φF.ωðTr - I.RưF

Khi ta thay ñổi giá trị của biến trở RKF thì sẽ làm cho dòng ñiện qua cuộn kích từ CKF thay

ñổi, do ñó từ thông kích từ φF của máy phát thay ñổi (giảm), dẫn ñến ñiện áp uF thay ñổi, do ñó tốc

ñộ ñộng cơ ð thay ñổi: ω < ωcb. Như vậy, bằng cách ñiều chỉnh biến trở RKF, ta ñiều chỉnh ñiện áp

phần ứng ñộng cơ ð trong khi giữ từ thông không ñổi: φð = φñm.

Khi thay ñổi giá trị của biến trở RKð ta có thể thay ñổi từ thông kích từ ñộng cơ ð. Khi φð

giảm thì tốc ñộ ñộng cơ ð tăng: ω < ωcb. Trong khi ñiều chỉnh từ thông φð, ta giữ ñiện áp phần ứng

ñộng cơ không ñổi: Uưð = Uñm.

ðảo chiều: Cặp tiếp ñiểm T ñóng hoặc N ñóng, dòng ñiện kích từ máy phát ICKF ñảo chiều, do

ñó ñảo chiều từ thông φF, do ñó UF ñảo dấu, dẫn ñến ω ñảo chiều.

Khi thực hiện hãm thì ñộng cơ ð sẽ qua 2 giai ñoạn hãm tái sinh:

+ Tăng φð về ñịnh mức.

+ Giảm ñiện áp phần ứng ñộng cơ về 0.

Nhận xét về hệ F-ð:

- Ưu ñiểm: + ðiều chỉnh tốc ñộ ñơn giản, ít tốn năng lượng vì chỉ thực hiện trong mạch

kích từ.

+ Dễ dàng ñảo chiều quay bằng cách ñảo chiều từ thông máy phát hoặc ñảo

chiều từ thông ñộng cơ. Tuy nhiên trong thực tế thường dùng cách ñảo chiều từ thông máy phát vì

không thể ñể φð = 0 (ω → ∞).

- Nhược ñiểm:

+ Nhược ñiểm quan trọng nhất của hệ F-ð là dùng nhiều máy ñiện quay,

trong ñó ít nhất là 2 máy ñiện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp ñặt máy ít nhất gấp 3 lần công

suất ñộng cơ chấp hành, dẫn ñến giá thành tăng, hiệu suất thấp.

+ Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, ñặc tính từ hóa có trễ nên

khó ñiều chỉnh sâu tốc ñộ.

Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ:

D = Du.Dφ = 10.(2÷3)/1 = (20 ÷ 30)/1

Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ bị chặn dưới bởi ñiện áp dư Udư. Bị chặn trên bởi

giới hạn cơ học.

Khi dòng kích từ ICKF = 0 thì UF = Udư ≠ 0, do ñó tồn tại giá trị tốc ñộ ω ≠ 0.

Vì vậy ñể giảm nhanh tốc ñộ ñộng cơ về 0 ta phải thực hiện hãm ñộng năng.

3.4.1.2 Hệ F - ð có phản hồi âm áp, dương dòng.

Cuộn kích từ của máy phát F ñược cấp ñiện bởi một máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang

MKð. Máy ñiện khuếch ñại MKð có 4 cuộn kích từ: CCð, CFA, CFD, COð.


F §

CFA

CFD

CO§

CC§

BA

UC§FC§

FO§

FD

AF

CKF

Rα

CPFCP§

MK§

+ CCð: Gọi là cuộn chủ ñạo hay cuộn ñiều khiển, ñược cấp ñiện từ nguồn một chiều ổn

ñịnh. ðiện áp ñặt vào cuộn này thay ñổi ñược nhờ biến trở RCð. ðiện áp này tạo ra sức từ ñộng FCð

ñịnh giá trị sức ñiện ñộng máy phát, cũng là ñiện áp ñặt lên ñộng cơ, do ñó quyết ñịnh tốc ñộ ñặt

ñộng cơ.

+ CFA: Là cuộn phản hồi âm áp. Cuộn CFA nối song song với ñiện trở Rα (là một phần của

ñiện trở R1). Khi hệ F-ð làm việc thì trên R1 có ñiện áp tỉ lệ với UF, do ñó dòng ñiện trên cuộn CFA

cũng tỉ lệ với ñiện áp máy phát: ICFA ~ UF, do ñó FA ~ UF. Chiều của FA ngược với chiều của FCð, vì

vậy cuộn CFA gọi là cuộn phản hồi âm áp.

+ CFD: Là cuộn phản hồi dương dòng. Cuộn CFD nối song song với 2 cuộn phụ của máy

phát và ñộng cơ: CPF & CPð. Khi hệ F-ð làm việc thì tổng sụt áp trên CPF & CPð là: ∆U = Rcf.I.

Trong ñó: Rcf = RCPF + RCPð là tổng trở của 2 cuộn phụ, I là dòng ñiện ñi qua ñộng cơ. Do ñó sức

từ ñộng của cuộn CFD tỉ lệ với dòng ñiện qua ñộng cơ: FCFD ~ ∆U hay FCFD ~ I, FCFD cùng chiều

với FCð. Vì vậy cuộn CFD ñược gọi là cuộn phản hồi dương dòng.

+ COð: Là cuộn ổn ñịnh hay cuộn phản hồi mềm. Cuộn COð lấy dòng trên thứ cấp máy

biến áp BA, sơ cấp của BA nối song song với máy phát. Khi hệ thống ở chế ñộ tĩnh thì trong cuộn

sơ cấp không có phản ứng. Khi hệ thống ở chế ñộ ñộng, dòng ñiện biến thiên, trong máy biến áp

BA có tín hiệu, cuộn COð xuất hiện dòng ñiện, sinh ra sức từ ñộng FOð. Chiều của FOð có xu

hướng chống lại sự biến thiên ñó, làm cho hệ nhanh chóng ổn ñịnh. Phản hồi này gọi là phản hồi

mềm.

Sức từ ñộng tổng kích từ của bộ khuếch ñại Kð là:

FΣ = FCð - FCFA + FCFD ± FOð

Ở chế ñộ tĩnh thì FOð = 0.

Hình 3.8 - Hệ truyền ñộng F-ð có phản hồi âm áp, dương dòng.


Giả sử ñộng cơ ñang làm việc ổn ñịnh ở một tốc ñộ nào ñó, vì một nguyên nhân khách quan

nào ñó làm cho ñộng cơ nặng tải, tốc ñộ của ñộng cơ giảm xuống, dòng ñiện qua ñộng cơ tăng lên

(Σ

−=

R

uuI §F ), vì thế FCFD tăng, FCFA giảm, dẫn ñến sức từ ñộng tổng FΣ tăng, do ñó UF tăng làm

tốc ñộ ñộng cơ lại tăng lên bù lại phần sụt giảm tốc ñộ.

Phương trình ñặc tính cơ - ñiện:

ω = K1.UCð - K1.[Ru - f(Rcf, §uR ,R−F,α) = ω0 - ∆ω

Muốn cho hệ ổn ñịnh thì ta phải có ∆ω → 0. Do ñó cần chỉnh ñịnh giá trị α sao cho

f(Rcf, §uR ,R−F,α) → R−. Trong ñó:

α = 1R

Rα

* Khi nghiên cứu mạch từ người ta thường dùng khái niệm sức từ ñộng (F) và từ trở. Những

khái niệm ñó ñược ñưa ra trên cơ sở sau ñây:

Từ thông ñược miêu tả bằng công thức: φ = µaHS, và cường ñộ từ trường bằng H = Iw/l.

Vậy có thể viết: φ = µaIwS/l.

Nếu cùng chia tử số và mẫu số cho µaS thì ta có:

φ = Iw.1−

S

l

aµ

Trong công thức trên Iw gọi là sức từ ñộng F. Cũng giống như trong mạch ñiện, dòng ñiện tỉ lệ

với sức ñiện ñộng còn trong mạch từ, từ thông tỉ lệ với sức từ ñộng. ðại lượng S

l

aµ ñứng ở mẫu số

gọi là từ trở RM, và toàn bộ công thức trên gọi là ñịnh luật Ôm ñối với mạch từ:

MR

F=φ

µa : ðộ từ thẩm của mạch từ.

*MÁY ðIỆN KHUẾCH ðẠI TỪ TRƯỜNG NGANG:

Máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang (MKðN) về thực chất cũng là máy phát ñiện một chiều

nhưng có các cấu tạo ñặc biệt:

- Stato có nhiều cuộn kích từ trong ñó có cuộn chủ ñạo, các cuộn phản hồi và luôn có cuộn

bù.

- Roto có 4 chổi than trong ñó cặp chổi than 1 và 2 nối ngắn mạch với nhau, gọi là cặp chổi

than ngang trục. Cặp chổi than 3 và 4 gọi là cặp chổi than dọc trục, cấp ñiện áp ra của máy ñiện

khuếch ñại MKðN.

Nguyên lý làm việc của máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MKðN như sau: Khi cuộn kích

từ chính ñược cấp ñiện một chiều thì một từ trường φF (giả sử hướng xuống như ở hình vẽ) ñược tạo

ra. Các dây dẫn rotor ñược kéo quay với tốc ñộ ωF trong từ trường φF sẽ cảm ứng một s.ñ.ñ E1 (s.ñ.ñ

ngang trục) và trong cuộn dây phần ứng sẽ có một dòng ñiện I1 ñược tạo ra, khép kín mạch qua cặp

chổi than ngắn mạch 1-2. Chiều dòng ñiện I1 ñược xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải.


Vì ñiện trở ngắn mạch giữa 2 chổi than 1-2 rất nhỏ nên I1 khá lớn và hệ số khuếch ñại lần thứ

nhất K1 của máy lớn.

1 2

3

4

φF

φd

φn

φb

I2

CB

cR

1I

Fφ

KTU®k

UMK§N

tR

+

_

ωF

Dòng ñiện I1 chạy trong cuộn dây phần ứng sẽ sinh ra từ trường ngang trục φn hướng sang

phải(xác ñịnh theo quy tắc vặn nút chai hay ñinh vít thuận) và ñến lượt từ trường ngang trục φn này

làm xuất hiện trong cuộn dây phần ứng quay trong nó một s.ñ.ñ E2 (s.ñ.ñ dọc trục). S.ñ.ñ E2 lớn hơn

nhiều so với E1. Nếu MKðN ñược nối tải bên ngoài Rt qua 2 chổi than 3-4 thì trong cuộn dây phần

ứng sẽ có dòng ñiện phụ tải I2 mà chiều xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải. ðây là tầng khuếch ñại

thứ 2 của MKðN với hệ số khuếch ñại K2.

Vậy về nguyên lý có thể xem MKðN tương ñương với hai máy phát ñiện nối tầng với nhau

thành 2 cấp khuếch ñại như mạch ñẳng trị ở hình vẽ:

E1 2E tRKT

1K

K2

φF

nφ

1I 2I


Hệ số khuếch ñại của MKðN là: K = K1.K2 (Có thể ñạt tới hàng vạn).

Các s.ñ.ñ E1, E2 và các dòng ñiện I1, I2 thực ra ñều ñược sinh ra trong một cuộn dây phần ứng.

Dòng I2 (dòng tải) trong cuộn dây phần ứng lại tạo ra một từ trường dọc trục φd ngược chiều

với từ trường chính φF và làm từ trường chính suy giảm, dẫn ñến s.ñ.ñ máy phát bị giảm. Dòng tải I2

càng tăng, từ trường dọc trục φd càng lớn và từ trường chính càng bị giảm nhiều dẫn ñến s.ñ.ñ của

máy phát bị tụt thấp. ðó là ñiều không mong muốn.

ðể hạn chế hoặc trừ khử từ trường φd này người ta ñặt thêm một cuộn dây ở stato của MKðN

và gọi là cuộn bù CB. Cuộn bù ñược mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng và sẽ tạo ra một từ trường

φb ngược chiều với từ trường dọc trục φd ñể hạn chế hoặc trừ khử ảnh hưởng của từ trường này. Vì

dòng tải I2 cũng là dòng qua cuộn bù CB nên khi tải tăng thì φb cũng tăng ñể khử kịp sự tăng của φd

theo dòng tái.

ðể ñiều chỉnh ñược từ trường bù φb theo tải, cuộn bù CB ñược nối song song với một biến trở

phân mạch RC.

Do có hệ số khuếch ñại lớn, MKðN ñược dùng nhiều trong các hệ truyền ñộng ñể ñiều chỉnh

tốc ñộ ñộng cơ một chiều trong phạm vi rộng với ñộ ổn ñịnh tốc ñộ cao và quán tính ñiện từ nhỏ.

3.4.1.3 Hệ F - ð có phản hồi âm tốc ñộ

ðộng cơ ð ñược cấp ñiện từ máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MðKð.

§

FT

BA

F

CC§

C§ UC§

M§K§

2

4

1

3

CB CR

CDA

CFT

FO§

FTF

Máy phát tốc FT ñược nối trục với ñộng cơ ð. ðiện áp ra: UFT = K.ω, ñiện áp này tạo ra sức

từ ñộng: FFT = c.ω.

Sức từ ñộng tổng: FΣ = FCð - c.ω ± FOð

Máy phát tốc ñược sử dụng rộng rãi vì nó không liên quan về mặt ñiện với mạch ñộng lực và

có nhiều kiểu tín hiệu ra.

Hình 3.9 - Hệ truyền ñộng F-ð có phản hồi âm tốc ñộ.


3.4.2 Hệ truyền ñộng khuếch ñại từ - ñộng cơ (KðT - ð)

Khuếch ñại từ là khí cụ ñiện mà tín hiệu ñầu ra ñược khuếch ñại nhờ sự thay ñổi ñiện kháng

bằng cách thay ñổi dòng ñiều khiển. Sơ ñồ nguyên lý của một khuếch ñại từ ñơn giản ñược trình

bày ở hình 3.10.

TI

ZT~

R

CX

I ®k

W®k

TW

=

Trên mạch từ không có khe hở không khí ñược quấn hai cuộn dây: cuộn ñiều khiển (w®k) và

cuộn tải (wT). Cuộn dây wT ñược ñấu nối tiếp với phụ tải và ñấu vào nguồn ñiện xoay chiều, còn

cuộn dây w®k ñược nối nối tiếp với biến trở R , với ñiện kháng chặn XC (ñể hạn chế ảnh hưởng của

dòng ñiện xoay chiều cảm ứng từ phía mạch xoay chiều) và nối với nguồn ñiện áp một chiều.

Mạch từ bảo hòa ứng với trường hợp Iñk = Iñkñm là vùng giới hạn trên và trường hợp Iñk =0 là

giới hạn dưới hoạt ñộng của khuếch ñại từ. Giữa hai vùng giới hạn trên, khi tăng dần Iñk thì dòng tải

tăng dần từ I0 ñến ITñm.

IT

I ®k

IT®m

I0

ðặc tính ñiều khiển của khuếch ñại từ ñược trình bày ở hình 3.11. Phương trình cơ bản của

khuếch ñại từ lý tưởng là:

IT.wT = Iñk.wñk

Do ñó: T

dkdkT

w

wII =

Hình 3.10 - Khuếch ñại từ.

Hình 3.11 - ðặc tính ñiều khiển của khuếch ñại từ.


Với khuếch ñại từ lý tưởng, khi Iñk = 0 thì IT = 0, còn với khuếch ñại từ thực tế: Iñk =0 thì

IT=I0.

Vì công suất ñiều khiển bé hơn nhiều lần công suất xoay chiều nên ñược gọi là khuếch ñại từ.

* HỆ TRUYỀN ðỘNG KHUẾCH ðẠI TỪ - ðỘNG CƠ:

Khuếch ñại từ (KðT) hay còn gọi là bộ biến ñổi van từ, là tổ hợp của kháng bão hòa với chỉnh lưu

không ñiều khiển.

KðT ñược dùng ñể làm bộ ñiều chỉnh dòng ñiện và ñiện áp trong các hệ thống ñiều khiển, ñiều

chỉnh và kiểm tra tự ñộng.

Trong các máy nâng vận chuyển, KðT thường ñược dùng làm máy kích thích cho các máy

phát trong hệ thống F - ð. ðối với máy cắt gọt kim loại, KðT thường ñược dùng kết hợp với chỉnh

lưu diode bán dẫn ñể cung cấp cho phần ứng ñộng cơ một chiều.

U1, f1

(a)

CK

Rkt

BA

V0

Wlv

••••

+

••••

-

Wñk

Uñk

••••

•••• •••• ••••

•••• ••••

•••• •••• -

••••

•••• +

U1, f1

BA

•••• •••• ••••

•••• ••••

Wñk

Vo

Uñk

•••• +

•••• -

•••• - + ••••

••••

••••

••••

••••

••••

••••

••••

CKð Rkt

(b)

Wlv


Trong các sơ ñồ này, máy biến áp BA có chức năng biến ñổi giá trị ñiện áp cho phù hợp với

yêu cầu của ñộng cơ. Tạo ra số pha hoặc ñiểm trung tính cho phù hợp với sơ ñồ chỉnh lưu nếu cần

và nâng cao hệ số công suất của hệ.

Các van không ñiều khiển Vo dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều và tạo

ra thành phần dòng ñiện tự từ hóa cho KðT.

Trong hệ thống KðT – ñộng cơ, tốc ñộ ñộng cơ ñược ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi trị số

trung bình của sức ñiện ñộng chỉnh lưu bằng cách biến ñổi dòng ñiện ñiều khiển, tức là biến ñổi

mức ñộ bão hòa của mạch từ.

ðể ñơn giản trong việc khảo sát nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống này, ta tách ra một trong ba

pha từ các sơ ñồ trên và giả thuyết rằng ñặc tính từ trễ của lõi thép có dạng lý tưởng.

a) Sơ ñồ nguyên lý một pha của bộ biến ñổi.

b) Dạng ñặc tính từ trễ lý tưởng của lõi thép.

Ta có: u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di / dωt )

Trong ñó: Xk có giá trị thay ñổi theo trạng thái từ hóa của lõi thép. Lúc ñầu, lõi thép ñược từ

hóa cố ñịnh nhờ cuộn ñiều khiển Wñk ñến một giá trị B0 nào ñó trong phạm vi ( -BS ≤ B0 ≤ +BS ).

* Ở bán kỳ dương của nguồn u2: Dòng ñiện thuận ñi qua V0 từ hóa lõi cuộn kháng, làm cho

biên ñộ từ cảm biến thiên. Lúc này, vì lõi thép chưa bão hòa nên Xk rất lớn, nguồn chủ yếu rơi trên

cuộn kháng còn giá trị iRt ≈ 0. Ta có:

u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di/dωt ) = NlvωS ( dB / dt )

Với ñiều kiện ban ñầu: t = 0, B = B0, giải phương trình này ta ñược:

B = B0 + Bm ( 1 - cosωt )

Trong ñó:

- Biên ñộ từ cảm: Bm = U2m/WNlvS

- Nlv: Số vòng dây của cuộn làm việc.

- S : Diện tích tiết diện lõi của cuộn kháng.

- ω : Tần số góc của dòng ñiện.

Khi lõi thép bão hòa, ta có Xk = 0. Do ñó, toàn bộ nguồn áp chỉ ñặt lên tải. Khi ñó:

u2=U2msinωt = iRt = ub

u2 + ••••

- ••••

•••• ••••

Iñk

Uñk Wñk

V0

(a)

B

H

+BS

-BS

B0


Với ub là ñiện áp ra của bộ biến, tức là ñiện áp ñặt trên tải.

* Ở bán kỳ âm của nguồn u2: V0 ngưng dẫn, dòng ñiện từ hóa không có nên lõi thép bị khử

từ bởi cuộn ñiều khiển Wñk và ñộ từ cảm B sẽ giảm dần về giá trị ban ñầu B0, ñiện áp trên tải ub ≈ u2

= 0.

Giá trị trung bình của ñiện áp chỉnh lưu ñược xác ñịnh theo công thức:

Trong ñó:

- p: Số lần ñập mạch trong bộ chỉnh lưu.

- α: Góc bão hòa

- BS: Từ cảm bão hòa.

Nếu ta chọn Bm = BS thì α = arccos ( B0/BS ). Lúc này giá trị trung bình của ñiện áp chỉnh

lưu: UKðT = Um [ 1 + ( B0/BS )] = f ( B0 ).Với:

Um = pU2m/2π

Ta nhận thấy: Khi thay ñổi giá trị B0 từ –BS ñến +BS ta sẽ ñiều chỉnh ñược ñiện áp chỉnh lưu

UKðT từ 0 ñến giá trị U2m( p/π ). Vì B0 là do dòng ñiều khiển Iñk tạo ra nên thực chất giá trị UKðT

chính là hàm của Iñk: UKðT = f ( Iñk ).

3.4.3 Hệ truyền ñộng chỉnh lưu - ñộng cơ

Các bộ biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều thực chất là các bộ chỉnh lưu (hay

các bộ nắn ñiện) dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành dòng ñiện một chiều.

Có rất nhiều sơ ñồ chỉnh lưu khác nhau ñược phân loại như sau:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha...

- Theo sơ ñồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu,

chỉnh lưu hình tia...

- Theo sự ñiều khiển có: Chỉnh lưu không ñiều khiển, chỉnh lưu có ñiều khiển, chỉnh lưu bán ñiều khiển.

3.4.2.1 Giới thiệu Thyristor

a) Chất bán dẫn:

Về phương diện dẫn ñiện, các chất ñược chia thành 2 loại: Chất dẫn ñiện (có ñiện trở suất

nhỏ) và chất không dẫn ñiện (có ñiện trở suất rất lớn). Chất không dẫn ñiện còn gọi là chất cách

ñiện hay ñiện môi.

Giữa hai loại chất này, có một loại chất trung gian mà ñiện trở suất của nó thay ñổi trong

một giới hạn rộng và giảm mạnh khi nhiệt ñộ tăng (theo luật hàm mũ). Nói cách khác, chất này dẫn

ñiện tốt ở nhiệt ñộ cao và dẫn ñiện kém hoặc không dẫn ñiện ở nhiệt ñộ thấp. ðó là chất bán dẫn.

)1arccos( 0

m

S

B

BB −−=α

)cos1(2

sin2 22 α

πωω

π

π

α

+== ∫ mmKDT Up

ttdUp

U


Trong bảng tuần hoàn Mendeleev, các nguyên tố bán dẫn chiếm vị trí trung gian giữa các

kim loại và phi kim. ðiển hình là Ge, Si ...

Hai nguyên tố Ge và Si trong bảng tuần hoàn ở phân nhóm IV, lớp ñiện tử ngoài cùng của

Ge, Si có 4 ñiện tử (electron) và chúng liên kết ñồng hóa trị với nhau, tạo thành một mạng bền vững

(hình a).

Nếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm III, chẳng hạn In, thì do lớp ñiện tử ngoài

cùng của In chỉ có 3 ñiện tử nên thiếu 1 ñiện tử ñể tạo ra cặp ñiện tử ñồng hóa trị. Nguyên tử In có

thể sẽ lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge lân cận và làm xuất hiện một lỗ trống dương. Ion Ge lỗ trống

này lại có thể lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge khác ñể trung hòa và biến nguyên tử Ge sau này thành

một lỗ trống mới. Quá trình cứ thế tiếp diễn và bán dẫn Ge ñược gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn

dương: Bán dẫn P (Positive).

Nếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn As, thì do lớp ñiện tử ngoài

cùng của As có 5 ñiện tử nên sau khi tạo 4 cặp ñiện tử ñồng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh,

thì As thừa ra 1 ñiện tử. ðiện tử này dễ dàng rời khỏi nguyên tử As và trở thành ñiện tử tự do. Bán

dẫn Ge trở thành bán dẫn ñiện tử hay bán dẫn âm: Bán dẫn loại N (Negative).

Khi nhiệt ñộ chất bán dẫn tăng hay bị ánh sáng chiếu vào thì chuyển ñộng của các phần tử

mang ñiện mạnh lên nên chất bán dẫn sẽ dẫn ñiện tốt hơn.

Bán dẫn loại P Bán dẫn loại N

Mạng liên kết bền vững


Các chất bán dẫn có thể là ñơn chất như B, C, si, Ge, S, Se..., các hợp chất như ZnS, CdSb,

AlSb, Mg3SO2, các oxyt như Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2 ..., các sulfua như ZnS, CdS, Ag2S .v.v.

Hiện nay, các chất bán dẫn ñược ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khoa học, kỹ

thuật và ñời sống.

b) Tính chất dẫn ñiện một chiều của lớp tiếp xúc P-N

Khi ghép 2 lớp bán dẫn P và N lại với nhau thì tại chỗ 2 mặt ghép giáp nhau sẽ hình thành

một lớp tiếp xúc P - N (Ký hiệu J -Junction).

Quá trình xảy ra như sau: Tại chỗ ghép, các ñiện tử âm tự do từ bán dẫn N chuyển sang bán

dẫn P, chúng tái hợp với các lỗ trống và trở nên trung hòa về ñiện. Phía bán dẫn P, do mất lỗ trống

nên chúng trở thành mang ñiện âm. Phía bán dẫn N, do mất ñiện tử nên trở thành mang ñiện dương.

Do vậy, một ñiện trường E0 ở lớp tiếp xúc P-N ñược hình thành và hướng từ N sang P. ðiện trường

này như một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P tiếp tục sang N và ñiện tử từ N sang P.

Nếu nối P-N với một nguồn ñiện một chiều ñể tạo ra sự phân cực thuận, tức là cực dương

của nguồn nối với bán dẫn P, cực âm của nguồn nối với bán dẫn N thì có một ñiện trường ngoài (do

nguồn ngoài tạo ra) hướng từ P sang N, mạnh hơn E0 và ngược hướng E0. ðiện trường này giúp lỗ

trống dương tiếp tục từ P sang N và ñiện tử tiếp tục từ N sang P tạo ra dòng ñiện thuận Ith ñi qua lớp

tiếp xúc P-N.

Nếu nối P-N ñể tạo ra sự phân cực ngược, tức là cực dương của nguồn nối với bán dẫn N,

cực âm của nguồn nối với bán dẫn P thì ñiện trường ngoài sẽ hướng từ N sang P cùng chiều với

ñiện trường lớp tiếp xúc E0. ðiện trường này cùng với ñiện trường E0 cản trở sự chuyển dịch của

các lỗ trống từ P sang N và ñiên tử tự do từ N sang P nên dòng ñiện không tạo ra ñược.

Trên thực tế, vẫn có một dòng ñiện rất nhỏ qua lớp tiếp xúc khi phân cực ngược gọi là dòng

ñiện ngược hay dòng ñiện rò.Vậy lớp tiếp xúc P-N có một tính chất ñặc biệt là chỉ cho dòng ñiện

chạy qua khi phân cực thuận và ngăn cản không cho dòng ñiện chạy qua khi phân cực ngược. Tính

chất này có ñược là do ñiện trường lớp tiếp xúc E0 hướng từ N sang P. ðiện trường E0 tạo ra một

bức rào thế.


c) ðiôt:

ðiôt là linh kiện bán dẫn gồm 2 miếng bán dẫn P và N ghép lại với nhau. ðầu nối với bán dẫn

P gọi là Anôt (A), ñầu nối với bán dẫn N gọi là Katôt (K).

P NA K

A K

thI

thUUngmax

Ing

nU

0

2

1

34

5

ðặc tính Vôn-Ampe của ñiôt biểu thị mối quan hệ I(U) giữa dòng ñiện qua ñiôt và ñiện áp ñặt

vào 2 cực của ñiôt. ðặc tính Vôn-Ampe tĩnh của ñiôt có 2 nhánh. Nhánh thuận ứng với ñiện áp

thuận (sơ ñồ nối mạch ở góc I), dòng ñiện ñi qua ñiôt tăng theo ñiện áp. Khi ñiện áp ñặt vào ñiôt

vượt một ngưỡng Un cỡ 0,1V ÷ 0,5V và chưa lớn lắm thì ñặc tính có dạng parabol (ñoạn 1). Khi

ñiện áp lớn hơn thì ñặc tính gần như ñường thẳng (ñoạn 2).

Nhánh ngược ứng với ñiện áp phân cực ngược (sơ ñồ nối mạch ở góc III). Lúc ñầu, ñiện áp

ngược tăng thì dòng ñiện ngược (dòng ñiện rò) rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (ñoạn 3). Tới ñiện

áp ngược |U| > Ung.max thì dòng ñiện ngược tăng nhanh (ñoạn khuỷu 4) và cuối cùng (ñoạn 5) thì

ñiôt bị ñánh thủng. Lúc này dòng ñiện ngược tăng vọt dù có giảm ñiện áp. ðiện áp này gọi là ñiện

áp chọc thủng. ðể ñảm bảo an toàn cho ñiôt, ta nên ñể ñiôt làm việc với ñiện áp ngược ~ 0,8Ung.max.

Với Ung < 0,8Ung.max thì dòng ñiện rò qua ñiôt nhỏ không ñáng kể và ñiôt coi như ở trạng thái khóa.

Từ ñặc tính V-A của ñiôt có thể thấy ñiôt (do tính chất ñặc biệt của lớp tiếp xúc P-N) chỉ cho

dòng ñiện chảy qua từ Anôt sang Katôt khi phân áp thuận và không cho dòng ñiện chảy qua từ

Katôt sang Anôt khi phân cực ngược. Hay nói cách khác, tuỳ theo ñiều kiện phân áp mà ñiôt có thể

dẫn dòng hay không dẫn dòng. ðiôt là một van bán dẫn. Tính chất này ñược sử dụng ñể chỉnh lưu

(nắn) dòng ñiện xoay chiều thành một chiều.

d) Tiristor:

Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt, Katôt và cực ñiều

khiển G (hình vẽ).

AP N

KP N11 2 2

G

+ -

J1 J2 J3A K

G

Hình 3.12 - Cấu tạo, ký hiệu và ñặc tính Vôn-Ampe của ñiôt.

Hình 3.13 - Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.


Cấu tạo thường gặp và ký hiệu của Tiristor cho trên hình 3.13. Về mặt cấu tạo Tiristor gồm

một ñĩa silic từ ñơn tinh thể loại n, trên lớp ñệm loại bán dẫn p có cực ñiều khiển bằng dây nhôm,

các lớp chuyển tiếp ñược tạo nên bằng kỹ thuật bay hơi của gali. Lớp tiếp xúc giữa Anôt và Katôt

làm bằng ñĩa môliñen hay tungsten có hệ số nóng chảy gần với silic. Cấu tạo dạng ñĩa kim loại ñể

dễ ñang tản nhiệt. Hình 3.14 trình bày mặt cắt của một tiristor. Ngoài cùng là lớp vỏ bọc có tác

dụng chống các ứng suất cơ học, ñể dễ dàng tản nhiệt cũng như ñể dễ nối với mạch ngoài.

- - - - - - - - -- --- -++ ++ + + + +++ +++ +

+ +++++++++++++- - - - - - - - -- --- -

++ + + + + + + + + ++

+

p Líp An«t

n

pn

Líp ch¾n

Líp ®iÒu khiÓn

Líp cat«tcat«t

cùc ®iÒu khiÓn

An«t

Nguyên lý làm việc của Tiristor: Khi ñặt Tiristor dưới ñiện áp một chiều, anôt vào cực dương,

katôt vào cực âm của nguồn ñiện áp, J1 và J3 ñược phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược. Gần như

toàn bộ ñiện áp nguồn ñặt lên mặt ghép J2. ðiện trường nội tại E1 của J2 có chiều hướng từ N1 về P2.

ðiện trường ngoài tác ñộng cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách ñiện càng mở

rộng ra, không có dòng ñiện chảy qua Tiristor mặc dù nó ñược ñặt dưới ñiện áp thuận.

Mở Tiristor: Nếu cho một xung ñiện áp dương Ug tác ñộng vào cực G (dương so với K), các

ñiện tử từ N2 chạy sang P2. ðến ñây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng

ñiều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn ñiện tử, chịu sức hút của ñiện trường tổng

hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng ñược tăng tốc ñộ, ñộng năng lớn lên, bẻ

gãy các liên kết giữa các nguyên tử silic, tạo nên những ñiện tử tự do mới. Số ñiện tử mới ñược giải

phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của phản ứng dây

chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều ñiện tử chảy vào N1, qua P1 và ñến cực dương của nguồn

ñiện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn ñiện ào ạt. J2 trở thành mặt ghép dẫn ñiện, bắt ñầu từ một ñiểm

nào ñó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc ñộ khoảng 1cm/100µs.

ðiện trở thuận của Tiristor, khoảng 100kΩ khi ở trạng thái khóa, trở thành khoảng 0,01Ω khi

Tiristor dẫn cho dòng chảy qua.

Có thể hình dung như sau: Khi ñặt Tiristor dưới ñiện áp UAK > 0, Tiristor ở trạng thái sẵn sàng

mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn ñợi lệnh - tín hiệu Ig ở cực ñiều khiển.

Công thức: Tiristor khóa + gstg

AK

II

VU

≥

> 1 → Tiristor mở

Trong ñó Igst là giá trị dòng ñiện ñiều khiển ghi trong sổ tay tra cứu của Tiristor.

Hình 3.14 - Mặt cắt chi tiết của Tiristor.


Thời gian mở ton là thời gian cần thiết ñể thiết lập dòng ñiện chính chảy trong Tiristor, tính từ

thời ñiểm phóng dòng Ig vào cực ñiều khiển. Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10µs.

Khóa Tiristor: Một khi Tiristor ñã mở thì sự hiện diện của tín hiệu ñiều khiển Ig không còn là

cần thiết nữa. ðể khóa Tiristor có hai cách:

- Giảm dòng ñiện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH (Holding current), hoặc là:

- ðặt một ñiện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng).

Khi ñặt ñiện áp ngược lên Tiristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược, J2 bây

giờ ñược phân cực thuận. Những ñiện tử, trước thời ñiểm ñảo cực tính UAK, ñang có mặt tại P1, N1,

P2 bây giờ ñảo chiều hành trình, tạo nên dòng ñiện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của

nguồn ñiện áp ngoài.

Lúc ñầu của quá trình, từ t0 ñến t1, dòng ñiện ngược khá lớn, sau ñó J1 rồi J3 trở nên cách ñiện.

Còn lại một ít ñiện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít

dần ñi cho ñến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép ñiều khiển.

Thời gian khóa toff tính từ khi bắt ñầu xuất hiện dòng ñiện ngược t0 cho ñến khi dòng ñiện

ngược bằng 0 (t2). ðấy là khoảng thời gian mà sau ñó nếu ñặt ñiện áp thuận lên Tiristor, Tiristor

cũng không mở, toff kéo dài khoảng vài chục µs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không ñược ñặt

Tiristor dưới ñiện áp thuận khi Tiristor chưa bị khóa, nếu không có thể gây ngắn mạch ñiện áp

nguồn.

Ta có công thức: Tiristor mở + UAK < 0 → Tiristor khóa.

ðặc tính Vôn-Ampe của Tiristor gồm 4 ñoạn (hình 3.15): ðoạn 1 ứng với trạng thái khoá của

Tiristor, chỉ có dòng ñiện rò chảy qua Tiristor. Khi tăng U ñến Uch (ñiện áp chuyển trạng thái), bắt

ñầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng ñiện, Tiristor chuyển qua trạng thái mở.

U

I

Uch

UZ

HI

0

3

21

4

ðoạn 2 ứng với giai ñoạn phân cực thuận của J2. Trong giai ñoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ

của dòng ñiện ứng với một lượng giảm lớn của ñiện áp ñặt lên Tiristor. ðoạn 2 còn gọi là ñoạn ñiện

trở âm.

Hình 3.15 - ðặc tính Vôn-Ampe của Tiristor.


ðoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép ñã trở thành dẫn ñiện. Dòng

ñiện chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi ñiện trở mạch ngoài. ðiện áp rơi trên tiristor rất nhỏ,

khoảng 1V. Tiristor còn giữ ở trạng thái mở chừng nào i còn lớn hơn dòng duy trì IH (holding

current).

ðoạn 4 ứng với trạng thái tiristor bị ñặt dưới ñiện áp ngược. Dòng ñiện ngược rất nhỏ, khoảng

vài chục mA. Nếu tăng U ñến UZ thì dòng ñiện ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng,

tiristor bị hỏng.

Bằng cách cho những giá trị Ig > 0 khác nhau chúng ta sẽ nhận ñược một họ các ñặc tính V-A

với các Uch nhỏ dần ñi (hình 3.16).

ZUHI

0

U

Uch

I

g3Ig2I I =0g1

Ta có thể nhận xét:

- ðối với ñiôt, nó sẽ thông ngay khi ñược phân áp thuận nếu ñiện áp UAK > Ungưỡng

(0,1÷0,5V).

- ðối với Tiristor thì phân áp thuận chỉ là một ñiều kiện nên tiristor chưa thông. Cùng với

phân áp thuận còn phải có xung dòng ñiều khiển ñưa vào cực ñiều khiển G. Dòng ñiều khiển càng

lớn, ñặc tính V-A của tiristor càng giống ñặc tính V-A của ñiôt. Tới một giá trị cực ñại của dòng

ñiều khiển thì ñặc tính V-A của tiristor giống như của ñiôt. Do vậy, tiristor còn ñược gọi là ñiôt có

ñiều khiển.

- Khi ñiôt hoặc tiristor thông thì ñiện trở trong của chúng rất nhỏ nên sụt áp trên chúng không

ñáng kể.

3.4.2.2 Các sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor

R

L

T1 T2

3T T4

~

dI

dU

a) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình cầu 1 pha

Hình 3.16 - Họ ñặc tính Vôn-Ampe của Tiristor ứng với các giá trị khác nhau của dòng ñiều khiển IG.


~

T3

T1

4T

2T

dI

L

RUd

T4

T2a

b

c

RL

I d

Ud

T1

2T

3T

2aU

2bU

2cU

A

B

C

Trong các sơ ñồ chỉnh lưu trên, giá trị ñiện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc

ñiều khiển kích mở của Thyistor: Ud = Ud0.cosα.

Do ñó, khi thay ñổi góc ñiều khiển α thì ta sẽ thay ñổi ñược giá trị ñiện áp trung bình ra tải.

Nếu tăng giá trị góc ñiều khiển α thì ñiện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại, giảm α thì ñiện áp trung

bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của ñiện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc α = 0.

Dòng ñiện trung bình qua tải:

d

d

Z

UI = với Zd = 22

RX L +

Trường hợp trong mạch tải có thêm suất ñiện ñộng phản kháng:

d

d

Z

EUI

−=

3.4.2.3 Hệ truyền ñộng T - ð

Trong hệ thống truyền ñộng chỉnh lưu ñiều khiển - ñộng cơ một chiều (hay hệ Thyristor -

ðộng cơ một chiều), bộ biến ñổi ñiện là các mạch chỉnh lưu ñiều khiển có ñiện áp ra tải Ud phụ

thuộc vào giá trị của góc ñiều khiển. Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng

hoặc dòng ñiện kích thích ñộng cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền ñộng mà có thể dùng các sơ

ñồ chỉnh lưu thích hợp.

b) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình cầu 3 pha

c) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình tia 3 pha

Hình 3.17 - Các sơ ñồ chỉnh lưu Tiristor.


a) Hệ thống T-ð không ñảo chiều

Các sơ ñồ thường gặp:

§K1

CL1

BA1BA2

CL2

CK§CK

CL1

BA1

§K2

CL2

BA2

CK§CK

§K2

CK§

BA1

CL1 CL2

BA2

§K1

CK

T3

T1

4T

2T§

CK

§K

CK

C

B

A

T2cU 3

2bU

2aU

T2

T1

§

§K

TTT3 4 4

~c

b

aTTT1 2 2

CK

§

§K

Vai trò của máy biến áp trong các sơ ñồ chỉnh lưu:

- Biến ñổi ñiện áp phù hợp.

- Cách ly với lưới ñiện xoay chiều và cải thiện dạng sóng.

- Tạo ra ñiểm trung tính cần thiết (ñối với các sơ ñồ hình tia).

Việc sử dụng máy biến áp trong mạch tùy thuộc vào sơ ñồ chỉnh lưu.

Hình 3.18 - Các sơ ñồ thường gặp hệ truyền ñộng T-ð không ñảo chiều.


Vai trò của cuộn kháng CK: ðiện áp sau khi chỉnh lưu là một hàm tuần hoàn không sin. Khai

triển Fourier ta sẽ ñược một hàm trong ñó có tồn tại các thành phần sóng hài bậc cao. Cuộn kháng

CK dùng lọc các thành phần bậc cao ñó ñể lấy thành phần một chiều A0.

f(t) = A0 + ΣAisiniωt + ΣBicosiωt

Trong thực tế không thể lọc hết hoàn toàn các thành phần sóng hài bậc cao, do ñó còn tồn tại

thành phần dòng ñiện xoay chiều chạy qua ñộng cơ làm ñộng cơ nóng hơn so với trường hợp làm

việc trong hệ F-ð.

b) Hệ thống T-ð có ñảo chiều

§K1

§K2

CKCB

CB

CB

CB

§

CB

CB

CB

CBCK

§

~

~

§

T

N

N

T

CK

CK§

+

_

§KU

U§K

~

§

CK

~

CK§

Có thể ñảo chiều ñộng cơ bằng hai cách: ðảo chiều ñiện áp phần ứng hoặc ñảo chiều từ thông

kích từ.

Trong các sơ ñồ ñảo chiều trên, cuộn kháng cân bằng CB dùng ñể chặn dòng ñiện cân bằng

chảy qua hai bộ chỉnh lưu khi ñảo chiều.

Hình 3.19 - Các sơ ñồ hệ truyền ñộng T-ð có ñảo chiều thường gặp.


3.5 ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện xoay chiều 3 pha KðB

ðộng cơ ñiện xoay chiều ñược dùng rất phổ biến trong một dải công suất rộng vì có kết cấu

ñơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn ñiện sẵn (lưới ñiện xoay chiều). Tuy nhiên, trong các hệ

cần ñiều chỉnh tốc ñộ, ñặc biệt với dải ñiều chỉnh rộng thì ñộng cơ xoay chiều ñược sử dụng ít hơn

ñộng cơ một chiều vì còn gặp nhiều khó khăn. Gần ñây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật ñiện tử, bán

dẫn, việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ xoay chiều không ñồng bộ ñã có nhiều khả năng tốt hơn.

3.5.1 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở phụ trong mạch rôto.

Phương pháp này chỉ ñược sử dụng với ñộng cơ rotor dây quấn và ñược ứng dụng rất rộng rãi

do tính ñơn giản của phương pháp. Sơ ñồ nguyên lý và các ñặc tính cơ khi thay ñổi ñiện trở phần

ứng như hình 3.20.

~

R'2

0

ω 0

ω

M

MthMth

Rp1

p2R

tn

nt1

nt2

Nhận xét:

- Phương pháp này chỉ cho phép ñiều chỉnh tốc ñộ về phía giảm.

- Tốc ñộ càng giảm, ñặc tính cơ càng mềm, tốc ñộ ñộng cơ càng kém ổn ñịnh trước sự lên

xuống của mômen tải.

- Dải ñiều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải. Mômen tải càng nhỏ, dải ñiều chỉnh càng hẹp.

- Khi ñiều chỉnh sâu (tốc ñộ nhỏ) thì ñộ trượt ñộng cơ tăng và tổn hao năng lượng khi ñiều

chỉnh càng lớn.

- Phương pháp này có thể ñiều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên

thường ñược ñiều chỉnh theo cấp.

3.5.2 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện áp ñặt vào mạch stato.

Thực hiện phương pháp này với ñiều kiện giữ không ñổi tần số. ðiện áp cấp cho ñộng cơ lấy

từ một bộ biến ñổi ñiện áp xoay chiều. BBð ñiện áp có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một

BBð ñiện áp bán dẫn như ñược trình bày ở mục trước. Hình 3.21 trình bày sơ ñồ nối dây và các ñặc

tính cơ khi thay ñổi ñiện áp phần cảm.

Hình 3.20 - Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB 3 pha bằng cách thay ñổi ñiện trở phụ trong mạch rôto.


~

B§§A

pR

M

ω

0ω

®mU1U2U

®mUU12U

p(R =0)

p(R ≠0)

U1 ®mU2U

Nhận xét:

- Thay ñổi ñiện áp chỉ thực hiện ñược về phía giảm dưới giá trị ñịnh mức nên kéo theo

mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của ñiện áp.

- ðặc tính cơ tự nhiên của ñộng cơ không ñồng bộ thường có ñộ trượt tới hạn nhỏ nên phương

pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng cách giảm ñiện áp thường ñược thực hiện cùng với việc tăng ñiện trở

phụ ở mạch rotor ñể tăng ñộ trượt tới hạn do ñó tăng ñược dải ñiều chỉnh lớn hơn.

- Khi ñiện áp ñặt vào ñộng cơ giảm, mômen tới hạn của các ñặc tính cơ giảm, trong khi tốc ñộ

không tải lý tưởng (hay tốc ñộ ñồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc ñộ thì ñộ cứng ñặc tính cơ

giảm, ñộ ổn ñịnh tốc ñộ kém ñi.

3.5.3 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi tần số của nguồn xoay chiều.

Thay ñổi tần số nguồn cấp cho ñộng cơ là thay ñổi tốc ñộ không tải lý tưởng nên thay ñổi

ñược ñặc tính cơ. Tần số càng cao, tốc ñộ ñộng cơ càng lớn.

Khi ñiều chỉnh tần số nguồn cấp cho ñộng cơ thì các thông số liên quan ñến tần số như cảm

kháng thay ñổi, do ñó, dòng ñiện, từ thông,... của ñộng cơ ñều bị thay ñổi theo và cuối cùng các ñại

lượng như ñộ trượt tới hạn, mômen tới hạn cũng bị thay ñổi. Chính vì vậy, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng

cơ KðB bằng phương pháp thay ñổi tần số thường kéo theo ñiều chỉnh ñiện áp, dòng ñiện hoặc từ

thông của mạch stator.

ðặc tính cơ khi thay ñổi tần số nguồn ñược biểu diễn trên hình 2.30 (chương 2). Khi giảm tần

số xuống dưới tần số ñịnh mức, cảm kháng của ñộng cơ cũng giảm và dòng ñiện ñộng cơ tăng lên.

Tần số giảm, dòng ñiện càng lớn, mômen tới hạn càng lớn. ðể tránh cho ñộng cơ bị quá dòng, phải

ñồng thời tiến hành giảm ñiện áp sao cho f

U ~ const. ðó là luật ñiều chỉnh tần số - ñiện áp. Các ñặc

tính cơ tuân theo luật này ñược biểu thị trên hình 2.31 (phần f < f®m). Khi f > f®m ta không thể tăng

ñiện áp U > U®m nên các ñặc tính cơ không giữ ñược giá trị mômen tới hạn.

Người ta cũng thường dùng cả luật ñiều chỉnh tần số - dòng ñiện.

Hình 3.21 - Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB 3 pha bằng cách thay ñổi ñiện áp ñặt vào mạch stator.


3.5.4 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi số ñôi cực của ñộng cơ.

ðây là cách ñiều chỉnh tốc ñộ có cấp. ðặc tính cơ thay ñổi vì tốc ñộ ñồng bộ (ω0 = p

fπ2) thay

ñổi theo số ñôi cực. ðộng cơ thay ñổi ñược số ñôi cực là ñộng cơ ñược chế tạo ñặc biệt ñể cuộn dây stator có thể

thay ñổi ñược cách nối tương ứng với các số ñôi cực khác nhau. Các ñầu dây ñể ñổi nối ñược ñưa

ra các hộp ñấu dây ở vỏ ñộng cơ. Số ñôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay ñổi như cuộn dây

stator. ðiều này khó thực hiện ñược ñối với ñộng cơ rotor dây quấn, còn ñối với rotor lồng sóc thì

nó lại có khả năng tự thay ñổi số ñôi cực ứng với stator. Do vậy, phương pháp này ñược sử dụng

chủ yếu cho ñộng cơ rotor lồng sóc. Các ñộng cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể ñổi nối ñể

thay ñổi số ñôi cực ñều có rotor lồng sóc. Tỷ lệ chuyển ñổi số ñôi cực có thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay tới

8:1.

Education

"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien