- Trang Chủ
- Điện-Điện tử-Viễn thông
- ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Xem mẫu
- BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
LÔØI CAÛM TAÏ
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
Em xin chaân thaønh toû loøng bieát ôn ñeán
Thaày Nguyeãn Dö Xöùng, giaùo vieân tröïc tieáp
höôùng daãn em trong suoát quaù trình thöïc hieän
luaän vaên toát nghieäp. Söï taän tình höôùng daãn,
giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân cuûa Thaày ñaõ giuùp em
ÑEÀ TAØI:
raát nhieàu trong vieäc hoaøn thaønh taäp luaän
vaên naøy.
Em xin chaân thaønh caûm ôn quyù thaày coâ
NGHIEÂN CÖÙU VEÀ ÑIEÄN trongCOÂNG SUAÁT VAØ ÖÙNG
ñaõ daïy doã chuùng em TÖÛ suoát thôøi gian qua.
DUÏNG CUÛA ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ÑEÅ ÑIEÀU CHÆNH
Cuoái cuøng laø lôøi caûm ôn chaân thaønh
ñeán gia ñình,TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ
ngöôøi thaân cuøng toaøn theå baïn
beø, nhöõng ngöôøi KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
MOÄT CHIEÀUluoân ñoäng vieân tinh thaàn
giuùp em hoaøn thaønh nhieäm vuï ñöôïc giao.
Sinh vieân thöïc hieän
Voõ Ngoïc Toaûn
Sinh vieân thöïc hieän: Voõ Ngoïc
Toaûn
Lôùp: 95KÑÑ.
Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn
Dö Xöùng
TP. HOÀ CHÍ MINH Thaùng 3 - 2000.
- LÔØI NOÙI ÑAÀU
Trong giai ñoaïn coâng nghieäp hoùa, hieän ñaïi
hoùa ñaát nöôùc, ngaøy caøng coù nhieàu thieát bò
baùn daãn coâng suaát hieän ñaïi ñöôïc söû duïng
khoâng chæ trong lónh vöïc saûn xuaát maø caû trong
vieäc phuïc vuï ñôøi soáng sinh hoaït cuûa con ngöôøi.
Söï ra ñôøi vaø phaùt trieån cuûa caùc linh kieän baùn
daãn coâng suaát nhö: diode, transistor, tiristor, triac…
Cuøng vôùi vieäc hoaøn thieän maïch ñieàu khieån
chuùng ñaõ taïo neân söï thay ñoåi saâu saéc, vöôït
baäc cuûa kyõ thuaät bieán ñoåi ñieän naêng vaø cuûa
caû ngaønh kyõ thuaät ñieän noùi chung.
Hieän nay, maïng ñieän ôû nöôùc ta chuû yeáu laø
ñieän xoay chieàu vôùi taàn soá ñieän coâng nghieäp.
Ñeå cung caáp nguoàn ñieän moät chieàu coù giaù trò
ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu chænh ñöôïc cho
nhöõng thieát bò ñieän duøng trong caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng ñieän moät chieàu, ngöôøi ta ñaõ hoaøn
thieän boä chænh löu coù ñieàu khieån duøng tiristor.
Vì nhöõng lyù do treân, ñeà taøi “ Nghieân cöùu veà
ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng cuûa ñieän töû coâng suaát
ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp
“ seõ ñi saâu vaøo nghieân cöùu caùc heä thoáng
truyeàn ñoäng coù duøng ñieän töû coâng suaát ñeå
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø
ñoäc laäp.
Luaän vaên ñöôïc trình baøy goàm ba chöông:
Chöông I: Giôùi thieäu veà ñieän töû coâng
suaát.
Chöông II: Nghieân cöùu vaø trình baøy
caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu kích töø ñoäc laäp
Chöông III: Caùc heä thoáng ñieàu chænh
toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù
duøng ñieän töû coâng suaát.
Do ñieàu kieän thôøi gian, kieán thöùc coøn haïn
heïp, neân taäp luaän vaên seõ khoâng traùnh khoûi
nhöõng thieáu soùt veà maët noäi dung laãn hình
thöùc. Sinh vieân thöïc hieän raát mong nhaän ñöôïc söï
quan taâm, chæ baûo cuûa quyù thaày coâ, baïn beø
ñeå taäp luaän vaên ñöôïc hoaøn thieän hôn.
Sinh vieân thöïc hieän
- BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM ÑOÄC LAÄP - TÖÏ DO - HAÏNH PHUÙC.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM. -----------0O0----------
KHOA ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
Hoï vaø teân sinh vieân : VOÕ NGOÏC TOAÛN
Lôùp : 95KÑÑ
Ngaønh : Ñieän - Ñieän töû
1. Teân ñeà taøi: Nghieân cöùu veà ñieän töû coâng suaát vaø öùng duïng cuûa
ñieän töû coâng suaát ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc
laäp.
2. Caùc soá lieäu ban ñaàu:
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
3. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh, tính toaùn:
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
4. Caùc baûn veõ:
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
- ...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
5. Giaùo vieân höôùng daãn: Nguyeãn Dö Xöùng.
6. Ngaøy giao nhieäm vuï:
7. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï:
Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân
Ngaøy thaùng naêm 2000
Chuû nhieäm boä moân
- Chöông I
GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
I. DIODE COÂNG SUAÁT:
I. 1 Caáu taïo:
- +
P - + N
Anoát
q
P N
d
-α 0 α Kato
Hình 1. 1 ( a ) át )
(b
a). Caáu taïo cuûa diode.
b). Kyù hieäu cuûa diode.
Diode coâng suaát laø linh kieän baùn daãn coù hai cöïc,
ñöôïc caáu taïo bôûi moät lôùp baùn daãn N vaø moät lôùp baùn
daãn P gheùp laïi.
Silic laø moät nguyeân toá hoùa hoïc thuoäc nhoùm IV trong
baûng heä thoáng tuaàn hoaøn. Silic coù 4 ñieän töû thuoäc lôùp
ngoaøi cuøng trong caáu truùc nguyeân töû. Neáu ta keát hôïp
theâm vaøo moät nguyeân toá thuoäc nhoùm V maø lôùp ngoaøi
cuøng coù 5 ñieän töû thì 4 ñieän töû cuûa nguyeân toá naøy
tham gia lieân keát vôùi 4 ñieän töû töï do cuûa Silic vaø xuaát
hieän moät ñieän töû töï do. Trong caáu truùc tinh theå, caùc
ñieän töû töï do laøm taêng tính daãn ñieän. Do ñieän töû coù
ñieän tích aâm neân chaát naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn
loaïi N (negative), coù nghóa laø aâm.
Neáu theâm vaøo Silic moät nguyeân toá thuoäc nhoùm III
maø coù 3 nguyeân töû thuoäc nhoùm ngoaøi cuøng thì xuaát
hieän moät loå troáng trong caáu truùc tinh theå. Loã troáng naøy
coù theå nhaän 1 ñieän töû, taïo neân ñieän tích döông vaø laøm
taêng tính daãn ñieän. Chaát naøy ñöôïc goïi laø chaát baùn daãn
loaïi P (positive), coù nghóa laø döông.
Trong chaát baùn daãn loaïi N ñieän töû laø haït mang ñieän
ña soá, loã troáng laø thieåu soá. Vôùi chaát baùn daãn loaïi P thì
ngöôïc laïi.
ÔÛ giöõa hai lôùp baùn daãn laø maët gheùp PN. Taïi ñaây
xaûy ra hieän töôïng khueách taùn. Caùc loã troáng cuûa baùn
daãn loaïi P traøn sang N laø nôi coù ít loã troáng. Caùc ñieän töû
cuûa baùn daãn loaïi N chaïy sang P laø nôi coù ít ñieän töû. Keát
quaû taïi maët tieáp giaùp phía P ngheøo ñi veà dieän tích döông
vaø giaøu leân veà ñieän tích aâm. Coøn phía baùn daãn loaïi N thì
ngöôïc laïi neân goïi laø vuøng ñieän tích khoâng gian döông.
Trong vuøng chuyeån tieáp (-αα) hình thaønh moät ñieän
tröôøng noäi taïi. Kyù hieäu laø Ei vaø coù chieàu töø N sang P hay
- coøn goïi laø barie ñieän theá (khoaûng töø 0,6V ñeán 0,7V ñoái
vôùi vaät lieäu laø Silic). Ñieän tröôøng naøy ngaên caûn söï di
chuyeån cuûa caùc ñieän tích ña soá vaø laøm deã daøng cho söï
di chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá
(ñieän töû cuûa vuøng P vaø loå troáng cuûa vuøng N). Söï di
chuyeån cuûa caùc ñieän tích thieåu soá hình thaønh neân doøng
ñieän ngöôïc hay doøng ñieän roø.
I. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ei Ei
P N P N
U U
+ - - +
(a) (b)
Hình 1. 2
a). Söï phaân cöïc thuaän diode.
b). Söï phaân cöïc ngöôïc diode.
Khi ñaët diode coâng suaát döôùi ñieän aùp nguoàn U coù
cöïc tính nhö hình veõ, chieàu cuûa ñieän tröôøng ngoaøi ngöôïc
chieàu vôùi ñieän tröôøng noäi E i. Thoâng thöôøng U > E i thì
coù doøng ñieän chaïy trong maïch, taïo neân ñieän aùp rôi treân
diode khoaûng 0,7V khi doøng ñieän laø ñònh möùc. Vaäy söï
phaân cöïc thuaän haï thaáp barie ñieän theá. Ta noùi maët gheùp
PN ñöôïc phaân cöïc thuaän.
Khi ñoåi chieàu cöïc tính ñieän aùp ñaët vaøo diode, ñieän
tröôøng ngoaøi seõ taùc ñoäng cuøng chieàu vôùi ñieän tröôøng
noäi taïi Ei. Ñieän tröôøng toång hôïp caûn trôû söï di chuyeån
cuûa caùc ñieän tích ña soá. Caùc ñieän töû cuûa vuøng N di
chuyeån thaúng veà cöïc döông nguoàn U laøm cho ñieän theá
vuøng N voán ñaõ cao laïi caøng cao hôn so vôùi vuøng P. Vì theá
vuøng chuyeån tieáp laïi caøng roäng ra, khoâng coù doøng ñieän
chaïy qua maët gheùp PN. Ta noùi maët gheùp PN bò phaân cöïc
ngöôïc. Neáu tieáp tuïc taêng U, caùc ñieän tích ñöôïc gia toác,
gaây neân söï va chaïm daây chuyeàn laøm barie ñieän theá bò
ñaùnh thuûng.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode coâng suaát ñöôïc bieåu
dieãn gaàn ñuùng baèng bieåu thöùc sau: I = I S [ exp (eU/kT) –
1] ( 1. 1 )
Trong ñoù:
- IS : Doøng ñieän roø, khoaûng vaøi chuïc mA
- e = 1,59.10- 19 Coulomb
- k = 1,38.10- 23 : Haèng soá Bolzmann
- T = 273 + t0 : Nhieät ñoä tuyeät ñoái (0 K)
I
- t0 : Nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng (0 C)
1
- U : Ñieän aùp ñaët treân diode (V)
UZ U
U
2 γ
- Hình 1. 3 Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode.
Ñaëc tính volt-ampe cuûa diode goàm coù hai nhaùnh:
1. Nhaùnh thuaän
2. Nhaùnh ngöôïc
Khi diode ñöôïc phaân cöïc thuaän döôùi ñieän aùp U thì
barie ñieän theá Ei giaûm xuoáng gaàn baèng 0. Taêng U, luùc
ñaàu doøng I taêng töø töø cho ñeán khi U lôùn hôn khoaûng 0,1V
thì I taêng moät caùch nhanh choùng, ñöôøng ñaëc tính coù daïng
haøm muõ.
Töông töï, khi phaân cöïc ngöôïc cho diode, taêng U, doøng
ñieän ngöôïc cuõng taêng töø töø. Khi U lôùn hôn khoaûng 0,1V
doøng ñieän ngöôïc döøng laïi ôû giaù trò vaøi chuïc mA vaø ñöôïc
kyù hieäu laø IS. Doøng IS laø do söï di chuyeån cuûa caùc ñieän
tích thieåu soá taïo neân. Neáu tieáp tuïc taêng U thì caùc ñieän
tích thieåu soá di chuyeån caøng deã daøng hôn, toác ñoä di
chuyeån tæ leä thuaän vôùi ñieän tröôøng toång hôïp, ñoäng
naêng cuûa chuùng taêng leân. Khi U = UZ thì söï va chaïm
giöõa caùc ñieän tích thieåu soá di chuyeån vôùi toác ñoä cao seõ
beû gaûy ñöôïc caùc lieân keát nguyeân töû Silic trong vuøng
chuyeån tieáp vaø xuaát hieän nhöõng ñieän töû töï do môùi. Roài
nhöõng ñieän tích töï do môùi naøy chòu söï taêng toác cuûa ñieän
tröôøng toång hôïp laïi tieáp tuïc baén phaù caùc nguyeân töû
Silic. Keát quaû taïo moät phaûn öùng daây chuyeàn laøm cho
doøng ñieän ngöôïc taêng leân aøo aït vaø seõ phaù hoûng diode.
Do ñoù, ñeå baûo veä diode ngöôøi ta chæ cho chuùng hoaït
ñoäng vôùi giaù trò ñieän aùp: U = (0,7 → 0,8)UZ.
Khi diode hoaït ñoäng, doøng ñieän chaïy qua diode laøm cho
diode phaùt noùng, chuû yeáu ôû taïi vuøng chuyeån tieáp. Ñoái
vôùi diode loaïi Silic, nhieät ñoä maët gheùp cho pheùp laø
2000C. Vöôït quaù nhieät ñoä naøy diode coù theå bò phaù
hoûng. Do ñoù, ñeå laøm maùt diode, ta duøng quaït gioù ñeå
laøm maùt, caùnh taûn nhieät hay cho nöôùc hoaëc daàu bieán
theá chaûy qua caùnh taûn nhieät vôùi toác ñoä lôùn hay nhoû
tuøy theo doøng ñieän.
Caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn ñeå choïn diode laøø:
- Doøng ñieän ñònh möùc Iñm (A)
- Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi Ungmax ( V )
- Ñieän aùp rôi treân diode ∆U ( V )
I. 3 ÖÙng duïng:
- ÖÙng duïng chuû yeáu cuûa diode coâng suaát laø chænh
löu doøng ñieän xoay chieàu thaønh doøng ñieän moät chieàu
cung caáp cho taûi.
Caùc boä chænh löu cuûa diode ñöôïc chia thaønh hai nhoùm
chính:
- Chænh löu baùn kyø hay coøn goïi laø chænh löu nöûa
soùng.
- Chænh löu toaøn kyø hay coøn goïi laø chænh löu
toaøn soùng.
II. TRANSISTOR COÂNG SUAÁT:
II. 1 Caáu taïo:
Transistor laø linh kieän baùn daãn goàm 3 lôùp: PNP hay
NPN.
C
P
B
N
P C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 4 Transistor PNP:
a). Caáu taïo
b). Kyù hieäu
C
B N
P
N C
B
E E
(a) (b)
Hình 1. 5 Transistor NPN:
Veà maët vaät lyù, transistor goàm 3 phaàn: phaàn phaùt,
a). Caáu taïo
phaàn neàn vaø phaàn thu. Vuøng neàn (B) raát moûng.
b). Kyù hieäu
- Transistor coâng suaát coù caáu truùc vaø kyù hieäu nhö
sau:
IC
C
B C
UCE
IB
UBE E E• •B
IE
Hình a ) 6 Transistor coâng suaát
( 1. (b)
a). Caáu truùc b). Kyù hieäu
II. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
E C
N pP •
Emiter p • • N Colecto
• •
•
• r
•
• •
•
E C
•
IE
Base IC
IE
- + - +
•
R U cöïc transistor. CC
Hình 1. 7 SôEñoà phaânEE U RC
Ñieän theá UEE phaân cöïc thuaän moái noái B - E (PN) laø
nguyeân nhaân laøm cho vuøng phaùt (E) phoùng ñieän töû vaøo
vuøng P (cöïc B). Haàu heát caùc ñieän töû (electron) sau khi qua
vuøng B roài qua tieáp moái noái thöù hai phía beân phaûi höôùng
tôùi vuøng N (cöïc thu), khoaûng 1% electron ñöôïc giöõ laïi ôû
vuøng B. Caùc loã troáng vuøng neàn di chuyeån vaøo vuøng
phaùt.
Moái noái B - E ôû cheá ñoä phaân cöïc thuaän nhö moät
diode, coù ñieän khaùng nhoû vaø ñieän aùp rôi treân noù nhoû
thì moái noái B - C ñöôïc phaân cöïc ngöôïc bôûi ñieän aùp U CC.
Baûn chaát moái noái B - C naøy gioáng nhö moät diode phaân
cöïc ngöôïc vaø ñieän khaùng moái noái B - C raát lôùn.
Doøng ñieän ño ñöôïc trong vuøng phaùt goïi laø doøng
phaùt IE. Doøng ñieän ño ñöôïc trong maïch cöïc C (soá löôïng
ñieän tích qua ñöôøng bieân CC trong moät ñôn vò thôøi gian laø
doøng cöïc thu IC).
Doøng IC goàm hai thaønh phaàn:
- Thaønh phaàn thöù nhaát (thaønh phaàn chính) laø tæ leä
cuûa haït electron ôû cöïc phaùt tôùi cöïc thu. Tæ leä naøy phuï
thuoäc duy nhaát vaøo caáu truùc cuûa transistor vaø laø haèng
- soá ñöôïc tính tröôùc ñoái vôùi töøng transistor rieâng bieät.
Haèng soá ñaõ ñöôïc ñònh nghóa laø α. Vaäy thaønh phaàn chính
cuûa doøng IC laø αIE. Thoâng thöôøng α = 0,9 → 0,999.
- Thaønh phaàn thöù hai laø doøng qua moái noái B - C ôû
cheá ñoä phaân cöïc ngöôïc laïi khi IE = 0. Doøng naøy goïi laø
doøng ICBO – noù raát nhoû.
- Vaäy doøng qua cöïc thu: IC = αIE + ICBO.
* Caùc thoâng soá cuûa transistor coâng suaát:
- IC: Doøng colectô maø transistor chòu ñöôïc.
- UCEsat: Ñieän aùp UCE khi transistor daãn baõo hoøa.
- UCEO: Ñieän aùp UCE khi maïch badô ñeå hôû, IB = 0 .
- UCEX: Ñieän aùp UCE khi badô bò khoùa bôûi ñieän aùp aâm,
IB < 0.
- ton: Thôøi gian caàn thieát ñeå UCE töø giaù trò ñieän aùp
nguoàn U giaûm xuoáng
UCESat ≈ 0.
- tf: Thôøi gian caàn thieát ñeå i C töø giaù trò IC giaûm xuoáng
0.
- tS: Thôøi gian caàn thieát ñeå U CE töø giaù trò UCESat taêng
ñeán giaù trò ñieän aùp nguoàn U.
- P: Coâng suaát tieâu taùn beân trong transistor. Coâng
suaát tieâu taùn beân trong transistor ñöôïc tính theo coâng
thöùc: P = UBE.IB + UCE.IC.
- Khi transistor ôû traïng thaùi môû: IB = 0, IC = 0 neân P = 0.
- Khi transistor ôû traïng thaùi ñoùng: UCE = UCESat.
Trong thöïc teá transistor coâng suaát thöôøng ñöôïc cho
laøm vieäc ôû cheá ñoä khoùa: IB = 0, IC = 0, transistor ñöôïc coi
nhö hôû maïch. Nhöng vôùi doøng ñieän goác ôû traïng thaùi coù
giaù trò baõo hoøa, thì transistor trôû veà traïng thaùi ñoùng
hoaøn toaøn. Transistor laø moät linh kieän phuï thuoäc neân caàn
phoái hôïp doøng ñieän goác vaø doøng ñieän goùp. ÔÛ traïng
thaùi baõo hoøa ñeå duy trì khaû naêng ñieàu khieån vaø ñeå
traùnh ñieän tích ôû cöïc goác quaù lôùn, doøng ñieän goác ban
ñaàu phaûi cao ñeå chuyeån sang traïng thaùi daãn nhanh
choùng. ÔÛ cheá ñoä khoùa doøng ñieän goác phaûi giaûm cuøng
qui luaät nhö doøng ñieän goùp ñeå traùnh hieän töôïng choïc
thuûng thöù caáp.
IC
a IC
b IC
UCE •
UCE
(a) (b)
Hình 1. 8 Traïng thaùi daãn vaø traïng thaùi bò khoùa
- a). Traïng thaùi ñoùng maïch hay ngaén maïch I B lôùn, IC do taûi
giôùi haïn.
b). Traïng thaùi hôû maïch IB = 0.
Caùc toån hao chuyeån maïch cuûa transistor coù theå lôùn.
Trong luùc chuyeån maïch, ñieän aùp treân caùc cöïc vaø doøng
ñieän cuûa transistor cuõng lôùn. Tích cuûa doøng ñieän vaø ñieän
aùp cuøng vôùi thôøi gian chuyeån maïch taïo neân toån hao
naêng löôïng trong moät laàn chuyeån maïch. Coâng suaát toån
hao chính xaùc do chuyeån maïch laø haøm soá cuûa caùc thoâng
soá cuûa maïch phuï taûi vaø daïng bieán thieân cuûa doøng ñieän
goác.
* Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f (IC).
Ñeå cho khi transistor ñoùng, ñieän aùp suït beân trong
coù giaù trò nhoû, ngöôøi ta phaûi cho noù laøm vieäc ôû cheá
ñoä baõo hoøa, töùc laø IB phaûi ñuû lôùn ñeå IC cho ñieän aùp suït
UCE nhoû nhaát. ÔÛ cheá ñoä baõo hoøa, ñieän aùp suït trong
transistor coâng suaát baèng 0,5 ñeán 1V trong khi ñoù tiristor laø
khoaûng 1,5V.
UCE
Vuøn
g
tuyeá
n Vuøng gaàn baõo
tính hoøa
Vuøng baõo I
hoøa C
Hình 1. 9 Ñaëc tính tónh cuûa transistor: UCE = f ( IC ).
II. 3 ÖÙng duïng cuûa transistor coâng suaát:
Transistor coâng suaát duøng ñeå ñoùng caét doøng ñieän
moät chieàu coù cöôøng ñoä lôùn. Tuy nhieân trong thöïc teá
transistor coâng suaát thöôøng cho laøm vieäc ôû cheá ñoä khoùa.
IB = 0, IC = 0: transistor coi nhö hôû maïch.
II. 4 Transistor Mos coâng suaát:
Transistor tröôøng FET (Field – Effect Transistor) ñöôïc cheá
taïo theo coâng ngheä Mos (Metal – Oxid – Semiconductor),
thöôøng söû duïng nhö nhöõng chuyeån maïch ñieän töû coù
coâng suaát lôùn. Khaùc vôùi transistor löôõng cöïc ñöôïc ñieàu
khieån baèng doøng ñieän, transistor Mos ñöôïc ñieàu khieån
baèng ñieän aùp. Transistor Mos goàm caùc cöïc chính: cöïc
maùng (drain), nguoàn (source) vaø cöûa (gate). Doøng ñieän
Ñieän •
maùng - nguoàn ñöôïc ñieàu 9V
trôû =
khieån baèng ñieän aùp cöûa –
= 7,5V Maùng
nguoàn. haèng
Doøng
ñieän soá = 6V
maùng Cöûa
= 4,5V • •
= 3V
• Nguoàn
Ñieän aùp maùng –
nguoàn
(a) (b)
- Hình 1. 10 Transistor Mos coâng suaát:
a). Hoï ñaëc tính ra.
b). Kyù hieäu thoâng thöôøng keânh N.
Transistor Mos laø loaïi duïng cuï chuyeån maïch nhanh. Vôùi
ñieän aùp 100V toån hao daãn ôû chuùng lôùn hôn ôû transistor
löôõng cöïc vaø tiristor, nhöng toån hao chuyeån maïch nhoû hôn
nhieàu. Heä soá nhieät ñieän trôû cuûa transistor Mos laø döông.
Doøng ñieän vaø ñieän aùp cho pheùp cuûa transistor Mos nhoû
hôn cuûa transistor löôõng cöïc vaø tiristor.
III. TIRISTOR:
III. 1 Caáu taïo:
Tiristor laø linh kieän goàm 4 lôùp baùn daãn PNPN lieân
tieáp taïo neân anoát, katoát vaø cöïc ñieàu khieån.
A
A
P1
J1
N1
J2
G P2
G
N2 J3
K
K
(a) (b)
Hình 1. 11
a). Caáu taïo cuûa tiristor.
b). Kyù hieäu cuûa tiristor.
Trong ñoù:
- A: anoát.
- K: katoát.
- G: cöïc ñieàu khieån.
- J1, J2, J3: caùc maët gheùp.
Tiristor goàm 1 ñóa Silic töø ñôn theå loaïi N, treân lôùp ñeäm
loaïi baùn daãn P coù cöïc ñieàu khieån baèng daây nhoâm, caùc
lôùp chuyeån tieáp ñöôïc taïo neân baèng kyõ thuaät bay hôi cuûa
- Gali. Lôùp tieáp xuùc giöõa anoát vaø katoát laø baèng ñóa
moâlipñen hay tungsen coù heä soá noùng chaûy gaàn baèng vôùi
Gali. Caáu taïo daïng ñóa kim loaïi ñeå deã daøng taûn nhieät.
III. 2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Ñaët tiristor döôùi ñieän aùp moät chieàu, anoát noái vaøo
cöïc döông, katoát noái vaøo cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän aùp, J 1,
J3 phaân cöïc thuaän, J2 phaân cöïc ngöôïc. Gaàn nhö toaøn boä
ñieän aùp nguoàn ñaët treân maët gheùp J 2. Ñieän tröôøng noäi
taïi Ei cuûa J2 coù chieàu töø N1 höôùng veà P2. Ñieän tröôøng
ngoaøi taùc ñoäng cuøng chieàu vôùi E i vuøng chuyeån tieáp
cuõng laø vuøng caùch ñieän caøng môû roäng ra khoâng coù
doøng ñieän chaïy qua tiristor maëc duø noù bò ñaët döôùi ñieän
aùp.
- I
IH
UZ
U
0 Uch
Hình 1. 12 Ñaëc tính volt-ampe cuûa tiristor.
* Môû tiristor:
Cho moät xung ñieän aùp döông U g taùc ñoäng vaøo cöïc G
( döông so vôùi K ), caùc ñieän töû töø N 2 sang P2. Ñeán ñaây,
moät soá ít ñieän töû chaûy vaøo cöïc G vaø hình thaønh doøng
ñieàu khieån Ig chaïy theo maïch G - J 3 - K - G coøn phaàn lôùn
ñieän töû chòu söùc huùt cuûa ñieän tröôøng toång hôïp cuûa
maët gheùp J2 lao vaøo vuøng chuyeån tieáp naøy, taêng toác,
ñoäng naêng lôùn beû gaûy caùc lieân keát nguyeân töû Silic, taïo
neân ñieän töû töï do môùi. Soá ñieän töû môùi ñöôïc giaûi phoùng
tham gia baén phaù caùc nguyeân töû Silic trong vuøng keá tieáp.
Keát quaû cuûa phaûn öùng daây chuyeàn laøm xuaát hieän
nhieàu ñieän töû chaïy vaøo N1 qua P1 vaø ñeán cöïc döông cuûa
nguoàn ñieän ngoaøi, gaây neân hieän töôïng daãn ñieän aøo aït,
J2 trôû thaønh maët gheùp daãn ñieän, baét ñaàu töø moät ñieåm
ôû xung quanh cöïc G roài phaùt trieån ra toaøn boä maët gheùp.
Ñieän trôû thuaän cuûa tiristor khoaûng 100KΩ khi coøn ôû
traïng thaùi khoùa, trôû thaønh 0,01Ω khi tiristor môû cho doøng
chaïy qua.
Tiristor khoùa + UAK > 1V hoaëc Ig > Igst thì tiristor seõ môû.
Trong ñoù Igst laø doøng ñieàu khieån ñöôïc tra ôû soå tay tra cöùu
tiristor.
ton: Thôøi gian môû laø thôøi gian caàn thieát ñeå thieát laäp
doøng ñieän chaïy trong tiristor, tính töø thôøi ñieåm phoùng
doøng Ig vaøo cöïc ñieàu khieån. Thôøi gian môû tiristor keùo daøi
khoaûng 10µs.
* Khoùa tiristor: Coù 2 caùch:
- Laøm giaûm doøng ñieän laøm vieäc I xuoáng döôùi
giaù trò doøng duy trì IH ( Holding Current ).
- Ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân tiristor. Khi ñaët
ñieän aùp ngöôïc leân tiristor: U AK < 0, J1 vaø J3 bò phaân cöïc
ngöôïc, J2 phaân cöïc thuaän, ñieän töû ñaûo chieàu haønh trình
taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaûy töø katoát veà anoát, veà cöïc
aâm cuûa nguoàn ñieän ngoaøi.
Tiristor môû + UAK < 0 → tiristor khoùa.
Thôøi gian khoùa toff: Thôøi gian töø khi baét ñaàu xuaát
hieän doøng ñieän ngöôïc
( t0 ) ñeán doøng ñieän ngöôïc baèng 0 ( t 2 ), toff keùo daøi khoaûng
vaøi chuïc µs.
- * Xeùt söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình tiristor khoùa:
I
i
t0 t1 t2
t
Hình 1. 13 Söï bieán thieân cuûa doøng ñieän i( t ) trong quaù trình
tiristor t0 ñeán t1 doøng ñieän ngöôïc lôùn, sau ñoù J1, J3 trôû
Töø khoùa.
neân caùch ñieän. Do hieän töôïng khueách taùn moät ít ñieän töû
giöõa hai maët J1 vaø J3 ít daàn ñi ñeán heát. J2 khoâi phuïc tính
chaát cuûa maët gheùp ñieàu khieån.
III. 3 ÖÙng duïng:
Tiristor ñöôïc söû duïng trong caùc boä nguoàn ñaëc bieät:
trong maïch chænh löu, boä baêm vaø trong boä bieán taàn tröïc
tieáp hoaëc caùc boä bieán taàn coù khaâu trung gian moät
chieàu.
- ÖÙng duïng tiristor trong maïch ñieàu khieån toác ñoä
ñoäng cô.
- Chuyeån maïch tónh.
- Khoáng cheá pha.
- Naïp aécqui.
- Khoáng cheá nhieät ñoä.
IV. TRIAC:
IV. 1 Caáu taïo:
Triac laø thieát bò baùn daãn ba cöïc, boán lôùp coù ñöôøng
ñaëc tính volt-ampe ñoái xöùng, nhaän goùc môû α cho caû hai
chieàu. Triac ñöôïc cheá taïo ñeå laøm vieäc trong maïch ñieän
xoay chieàu, coù taùc duïng nhö 2 SCR ñaáu song song ngöôïc.
T 2
N
P
N
P T2
N N
G
T1
G T1
(a) (b)
- Hình 1. 14
a a). Caáu taïo cuûa triac.
b b). Kyù hieäu cuûa triac.
Triac ñöôïc cheá taïo treân cuøng moät ñôn tinh theå goàm
hai cöïc vaø chæ coù moät cöïc ñieàu khieån.
IV. 2 Nguyeân lyù laøm vieäc:
T1 laø cöïc gaàn vôùi cöïc ñieàu khieån G.
I ( I ) : T1 döông
Traïng thaùi daãn
Ig2 > Ig1
Ig = 0 : Traïng thaùi
0 khoùa
- Ut Ut
UB2 UB1 UB0
( III ) : T2
aâm
- It
Hình 1. 15 Ñaëc tính volt-ampe cuûa triac.
ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ): U T2 > UT1 coøn ( III ) thì
ngöôïc laïi.
Ñieän aùp UB0 laø giaù trò ñieän aùp môû ñöa triac töø traïng
thaùi bò khoùa sang daãn khi khoâng coù doøng ñieàu khieån, I g =
0. Khi coù doøng ñieàu khieån Ig triac seõ môû vôùi ñieän aùp ñaët
vaøo nhoû hôn.
Triac chæ bò khoùa khi Ig = 0 vaø ñieän aùp ñaët vaøo nhoû
hôn ngöôõng UB vaø môû theo chieàu naøy hoaëc chieàu khaùc
tuøy theo cöïc tính cuûa doøng ñieän ñieàu khieån.
* Coù 4 caùch ñeå môû triac:
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù nhaát ( I ):
Caùch I+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch I-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- ÔÛ goùc phaàn tö thöù ba ( III ):
Caùch III+: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån döông.
Caùch III-: Doøng, aùp, cöïc ñieàu khieån aâm.
- Triac coù öu ñieåm laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn
nhöng coâng suaát giôùi haïn nhoû hôn tiristor.
IV. 3 ÖÙng duïng:
Triac duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät
chieàu, trong maïch chænh löu. Ngoaøi ra, triac coøn duøng ñeå
ñieàu chænh aùnh saùng ñieän, nhieät ñoä loø.
- Chöông II
NGHIEÂN CÖÙU VAØ TRÌNH BAØY
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ MOÄT
CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP
I. KHAÙI NIEÄM CHUNG:
I. 1 Ñònh nghóa:
Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô laø duøng caùc bieän phaùp
nhaân taïo ñeå thay ñoåi caùc thoâng soá nguoàn nhö ñieän aùp
hay caùc thoâng soá maïch nhö ñieän trôû phuï, thay ñoåi töø
thoâng… Töø ñoù taïo ra caùc ñaëc tính cô môùi ñeå coù nhöõng
toác ñoä laøm vieäc môùi phuø hôïp vôùi yeâu caàu. Coù hai
phöông phaùp ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô:
- Bieán ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä phaän cô khí töùc laø
bieán ñoåi tyû soá truyeàn chuyeån tieáp töø truïc ñoäng cô ñeán
cô caáu maùy saûn suaát.
- Bieán ñoåi toác ñoä goùc cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông
phaùp naøy laøm giaûm tính phöùc taïp cuûa cô caáu vaø caûi
thieän ñöôïc ñaëc tính ñieàu chænh. Vì vaäy, ta khaûo saùt söï
ñieàu chænh toác ñoä theo phöông phaùp thöù hai.
Ngoaøi ra caàn phaân bieät ñieàu chænh toác ñoä vôùi söï
töï ñoäng thay ñoåi toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi cuûa ñoäng
cô ñieän.
Veà phöông dieän ñieàu chænh toác ñoä, ñoäng cô ñieän
moät chieàu coù nhieàu öu vieät hôn so vôùi caùc loaïi ñoäng cô
khaùc. Khoâng nhöõng noù coù khaû naêng ñieàu chænh toác
ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñoäng löïc, maïch ñieàu
khieån ñôn giaûn hôn, ñoàng thôøi laïi ñaït chaát löôïng ñieàu
chænh cao trong daõy ñieàu chænh toác ñoä roäng.
I. 2 Caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeå ñaùnh giaù heä thoáng ñieàu chænh
toác ñoä:
Khi ñieàu chænh toác ñoä cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän ta caàn chuù yù vaø caên cöù vaøo caùc chæ tieâu sau ñaây
ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng
ñieän:
I. 2. a Höôùng ñieàu chænh toác ñoä:
Höôùng ñieàu chænh toác ñoä laø ta coù theå ñieàu chænh
ñeå coù ñöôïc toác ñoä lôùn hôn hay beù hôn so vôùi toác ñoä cô
baûn laø toác ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän treân ñöôøng
ñaëc tính cô töï nhieân.
I. 2. b Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä (Daõy ñieàu chænh):
Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä D laø tæ soá giöõa toác ñoä
lôùn nhaát nmax vaø toác ñoä beù nhaát n min maø ngöôøi ta coù
- theå ñieàu chænh ñöôïc taïi giaù trò phuï taûi laø ñònh möùc: D =
nmax/nmin.
Trong ñoù:
- nmax: Ñöôïc giôùi haïn bôûi ñoä beàn cô hoïc.
- nmin: Ñöôïc giôùi haïn bôûi phaïm vi cho pheùp
cuûa ñoäng cô, thoâng thöôøng ngöôøi ta choïn nmin laøm ñôn vò.
Phaïm vi ñieàu chænh caøng lôùn thì caøng toát vaø
phuï thuoäc vaøo yeâu caàu cuûa töøng heä thoáng, khaû naêng
töøng phöông phaùp ñieàu chænh.
I. 2. c Ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô khi ñieàu chænh toác ñoä:
Ñoä cöùng: β = ∆M/∆n. Khi β caøng lôùn töùc ∆M caøng
lôùn vaø ∆n nhoû nghóa laø ñoä oån ñònh toác ñoä caøng lôùn khi
phuï taûi thay ñoåi nhieàu. Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä
toát nhaát laø phöông phaùp maø giöõ nguyeân hoaëc naâng cao
ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô. Hay noùi caùch khaùc β
caøng lôùn thì caøng toát.
I. 2. d Ñoä baèng phaúng hay ñoä lieân tuïc trong ñieàu chænh
toác ñoä:
Trong phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä, coù nhieàu caáp
toác ñoä. Ñoä lieân tuïc khi ñieàu chænh toác ñoä γ ñöôïc ñaùnh
giaù baèng tæ soá giöõa hai caáp toác ñoä keà nhau:
γ = ni/ni+1
Trong ñoù:
- ni: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù i.
- ni + 1: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù ( i +
1 ).
Vôùi ni vaø ni + 1 ñeàu laáy taïi moät giaù trò moment
naøo ñoù.
γ tieán caøng gaàn 1 caøng toát, phöông phaùp ñieàu
chænh toác ñoä caøng lieân tuïc. Luùc naøy hai caáp toác ñoä
baèng nhau, khoâng coù nhaûy caáp hay coøn goïi laø ñieàu
chænh toác ñoä voâ caáp.
γ ≠ 1 : Heä thoáng ñieàu chænh coù caáp.
I. 2. e Toån thaát naêng löôïng khi ñieàu chænh toác
ñoä:
Heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän coù chaát löôïng cao
laø moät heä thoáng coù hieäu suaát laøm vieäc cuûa ñoäng cô η
laø cao nhaát khi toån hao naêng löôïng ∆Pphuï ôû möùc thaáp
nhaát.
I. 2. f Tính kinh teá cuûa heä thoáng khi ñieàu chænh toác ñoä:
Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä truyeàn ñoäng ñieän
coù tính kinh teá cao nhaát laø moät heä thoáng ñieàu chænh
phaûi thoûa maõn toái ña caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuûa heä
thoáng. Ñoàng thôøi heä thoáng phaûi coù giaù thaønh thaáp
nhaát, chi phí baûo quaûn vaän haønh thaáp nhaát, söû duïng
- thieát bò phoå thoâng nhaát vaø caùc thieát bò maùy moùc coù
theå laép raùp laãn cho nhau.
II. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑIEÄN
AÙP ÑAËT VAØO PHAÀN ÖÙNG ÑOÄNG CÔ:
Ñoái vôùi caùc maùy ñieän moät chieàu, khi giöõ töø thoâng
khoâng ñoåi vaø ñieàu chænh ñieän aùp treân maïch phaàn
öùng thì doøng ñieän, moment seõ khoâng thay ñoåi. Ñeå traùnh
nhöõng bieán ñoäng lôùn veà gia toác vaø löïc ñoäng trong heä
ñieàu chænh neân phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng
caùch thay ñoåi ñieän aùp treân maïch phaàn öùng thöôøng
ñöôïc aùp duïng cho ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp.
Ñeå ñieàu chænh ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô,
ta duøng caùc boä nguoàn ñieàu aùp nhö: maùy phaùt ñieän
moät chieàu, caùc boä bieán ñoåi van hoaëc khueách ñaïi töø…
Caùc boä bieán ñoåi treân duøng ñeå bieán doøng xoay chieàu
cuûa löôùi ñieän thaønh doøng moät chieàu vaø ñieàu chænh
giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa noù cho phuø hôïp theo yeâu
caàu.
Phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu
U R +Rf
n= − u M
K E Φ K E K M Φ2
kích töø ñoäc laäp:
Ta coù toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: n 0 = Uñm/KEΦñm.Vaø
ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô:
Khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô
thì toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng seõ thay ñoåi nhöng ñoä
cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô thì khoâng thay ñoåi.
dM K K Φ2
β= =− E M
dn Ru + R f
Nhö vaäy,n khi ta thay ñoåi ñieän aùp thì ñoä cöùng cuûa
ñöôøng ñaëc tính cô khoâng thay ñoåi. Hoï ñaëc tính cô laø
n0
nhöõng ñöôøng thaúng song )song vôùi ñöôøng ñaëc tính cô töï
TN ( Uñm
ncb
nhieân: U >U >U >U
n1 ñm 1 2 3
U1
n2 ncb > n1 > n2 > n3
U2
n3
U3 M
MC
Hình 2. 1 Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng
ñoäng cô.
- Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi
ñieän aùp phaàn öùng thöïc chaát laø giaûm aùp vaø cho ra
nhöõng toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn n cb. Ñoàng thôøi
ñieàu chænh nhaûy caáp hay lieân tuïc tuøy thuoäc vaøo boä
nguoàn coù ñieän aùp thay ñoåi moät caùch lieân tuïc vaø ngöôïc
laïi.
Theo lyù thuyeát thì phaïm vi ñieàu chænh D = ∞. Nhöng
trong thöïc teá ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp
neáu khoâng coù bieän phaùp ñaëc bieät chæ laøm vieäc ôû
phaïm vi cho pheùp: Umincp = Uñm/10, nghóa laø phaïm vi ñieàu
chænh:
D = ncb/nmin = 10/1. Neáu ñieän aùp phaàn öùng U < U mincp thì do
phaûn öùng phaàn öùng seõ laøm cho toác ñoä ñoäng cô khoâng
oån ñònh.
Nhaän xeùt: Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng
caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô seõ
giöõ nguyeân ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô neân ñöôïc
duøng nhieàu trong maùy caét kim loaïi vaø cho nhöõng toác ñoä
nhoû hôn ncb.
* Öu ñieåm: Ñaây laø phöông phaùp ñieàu chænh trieät ñeå,
voâ caáp coù nghóa laø coù theå ñieàu chænh toác ñoä trong
baát kyø vuøng taûi naøo keå caû khi ôû khoâng taûi lyù töôûng.
* Nhöôïc ñieåm: Phaûi caàn coù boä nguoàn coù ñieän aùp thay
ñoåi ñöôïc neân voán ñaàu tö cô baûn vaø chi phí vaän haønh cao.
nguon tai.lieu . vn