BÀI 1: KHÁI NI M ĐI N T NG SU T
1. Quá trình phát tri n
Đi n t công su t th đ cượ x pế vào ph m vi các môn thu c v k thu t
năng lưng c a ngành k thu t đi n i chung. Tuy nhiên vi c nghiên cu
không ch dng l i ph n ng su t mà còn đ cượ ng d ng trong các l nh vc
đi u khi n khác
K t khi hi u ng n n đi n c a mi n ti pế xúc PN đ cượ công b b i
Shockley o năm 1949 thì ng d ng c a ch t n d n càng ngày ng đi u
o các lĩnh vc chuyên môn c a ngành k thu t đi n t đó phát trin thành
ngành đi n t công su t chuyên nghiên cu v kh năng ng d ng c a ch t bán
d n trong lnh vc năng lưng
V i s thành ng trong vi c truy n t i dòng đi n 3 pha vào năm 1891, ng
đin m t chi u đưc thay thế bi dòng đi n xoay chi u trong vi c s n xu t
đi n năng, do đó đ cung c p cho các t i m t chi u c n thi tế phi bi nế đi t
ng đi n xoay chi u tnh m t chi u, yêu c u này th đ cượ thc hi n
b ng h th ng máy phát - đ ng cơ như v nh 1.1. Hi n nay phưngơ pháp
y ch còn áp d ng trong k thu t hàn đi n
Thay thế cho h th ng máy đi n quay nói trên vi c ng d ng đèn h iơ th y
ngân
đ n n đi n kéo dài trong vòng 50 năm và sau đó ch m dt b i s ra đi c a
thyristor.
Đi n t công su t nghiên cu v các phưngơ pháp bi nế đ i dòng đin c
các yêu c u đóng/ng t đi u khi n, trong đó ch y uế k thu t đóng/ng t
trong mch đi n m t chi u xoay chi u, đi u khin ng m t chi u, xoay
chi u, các h th ng ch nh lưu, ngh ch l ưu nh m bi nế đi đi n áp và t n s c a
ngu n năng lưng ban đ u sang các giá tr kc theo yêu c u.
2. Nguyên t c h bi n đ i tĩnh ế
2.1. S đ kh iơ
Trong l nh vc đi n t công su t, đ bi u din c kh i chc năng ngưi ta
dùng các ký hi u sơ đ kh i, đi n năng truy n t ngu n (có ch s 1) đ nế t i
(có ch s 2)
2.1.1. Ch nh l u ư
Nhi m v c a mch chnh lưu nh m bi nế đ i năng lưng ngu n xoay chi u
m t pha ho c ba pha sang d ng năng lưng m t chi u
2.1.2. Ngh ch l u ư
Nhi m v m ch ngh ch lưu nh m bi nế đ i năng lưng ng m t chi u thành
năng lưng xoay chi u m t pha ho c ba pha.
2.1.3. c h bi n đ i ế
c m ch bi nế đ i nh m thay đ i:
ng xoay chi u đi n áp, t n s s pha c đ nh sang các giá tr
khác
ng m t chi u đi n áp, t n s s pha xác đ nh sang c giá tr
khác
M ch bi nế đ i thưng s k tế hp t m ch ch nh lưu m ch ngh ch lưu.
Do
đó, l i đ cượ chia làm hai lo i: Bi nế đ i trc ti pế bi nế đ i có
khâu trung gian
2.2. Các lo i t i
nh ch t c a t i nh hưng r t quan tr ng đ nế chế đ làm vi c c a c
mch
đ i đi n, ngưi ta chia t i thành các lo i
sau:
2.2.1. T i th đng
T i thu n tr ch bao g m các đi n tr thu n, đây lo i t i đ nơ gi n nh t,
dòng
đi n qua t i đi n áp r iơ trên t i ng pha v i nhau. Lo i y đ cượ ng d ng
ch y u trongế l nh v c chi uế sáng và trong các lò nung.
T i c m kháng đ c tính lưu tr năng lưng, tính ch t này đ cượ th hi n
hi n t ư ng san b ng thành ph n g n sóng trong đi n áp m t chi u ng ra
c a m ch n n đi n xung đi n áp cao xu t hi n t i th i đi m c t t i
c ng dng quan trng c a loi ti y là: Các cu nch t trong máy đi n
(t o
ra t trưng), trong c thi tế b nung m ng các i cao t n. Trong các
trưng hp này đi n cãm thưng đưc m c song song v i đi n dung đ t o
thành m t khung c ng h ư ng song song
2.2.2.T i tích cc
c lo i t i y thưng kèm theo m t ngu n đi n áp như c van
ch nh lưu chế đ phân cc ngh ch. d : Quá trình n p đi n nh c quy
sc ph n đi n c a đng cơ đi n
2.3. Các van bi nế đ i
c van đin nhng ph n t ch cho dòng đi n ch y qua theo m t
chi u nh t đ nh. Trong l nh vc đin t công su t đó chính các diode bán d n
thyristor k c nh ng transistor công su t
2.3.1. Van không đi u khi n đ cượ (diode)
M t diode lý tưng ch cho dòng đi n ch y qua nó khi đin áp anode dưngơ
h n cathode,ơ đin áp ng ra c a diode ch ph thu c theo đi n áp ng vào c a
diode đó
2.3.2. Van đi u khi n đ cượ (thyristor)
Môt ch nh lưu có đi u khi n tưởng v n không d n đi n m c gia
anode cathode đ cượ phân c c thu n (anode dưngơ h nơ cathode). Đi u kin
đ c van y d n đi n đ ng th i v i chế đ phân cc thu n ph i thêm
xung kích t i cc c ng
(UAK dưngơUGK dương). Đi n áp ng ra không nhng ph thu c theo đi n
áp vào mà
n ph thu c theo th i đi m xu t hi n xung kích c trưng b ic kích
α
)
3. Đi u khi n m ch h
Vào thế k trưc đây, nh ng dng c a cơ khí hóa o k thu t s phát
trin lúc b y gi ch y uế là hưng v kh năng t đ ng hóa.
T đ ng a m t quá trình nghĩa quá trình đó s t thc hi n theo m t
chưngơ trình đ t s n o đó n u h i đ m t s đi u ki n cho trưc không
c n s tham gia c a con ngưi. u Ư đi m c a k thu t t đ ng hóa đ an
toàn, đ chính c tính kinh tế r t cao. K thu t t đ ng hóa đ cượ phân
thành hai chuyên ngành: K thu t đi u khi n k thu t đi u ch nh. Tuy
nhiên, trong thc tế cũng thưng g p trưng h p k t h pế hai. d :
Phương pháp đi u ch nh t c đ đ ng cơ m t chi u b ng c u ch nh l ưu có đi u
khin.
3.1 Khái ni m cơ b n
T s t các van ch nh lưu ph n trên x d ng khái ni m `van
đi u khi n''. c thyristor đ cượ đi u khi n b ng ch d ch chuy n pha c a
xung kích và d n đ n ế đi n áp ra cũng như công sut r iơ trên t i cũng thay đ i
theo.
Thu t ng `đi u khi n'' cũng đ nói lên m t quá trình trong đó m t ho c
nhiêu
đ i lưng vào c a h th ng có nh hưng đ nế các đ i lưng ra c a h
th ng đó.
Khi các đ i lưng ra không đ cượ h i ti pế tr li ng vào, ngưi ta g i
quá trình h , hưng tác đ ng c a quá trình là c đ nh đ cượ bi u di n b ng
các mũi tên nh trongưnh 1.7Trong thc t ,ế các khái ni m tên g i trong k
thu t đi u khi n được đ nh nghĩa và x d ng theo tiêu chu n DIN 19226 như sau:
Đ
i lư ng ra Xout là m t đ i l ư ng v t c a h th ng, đ i lưng này b nh
hưng theo m t quy lu t đi u khi n nh t đnh
Đ i
tư ng
đ i u
kh i n
là m t khâu trong quá trình đi u khin, n iơ xu t phát
đ i l ư ng ra, trong h th ng truy n đ ng đi u chnh b ng thyristor: Đ ng c ơ
thyristor là đ i t ư ng đi u khi n, t c đmomen quay là các đ i lưng ra.
Ph n
t
c h p
nh m t b ph n c a đ i tưng đi u khi n c đ ng trc
tiếp đ n năngế lưng ho c kh i l ư ng c n đi u kh i n, lo i ph n tc đ ng
gián đo n như: r le, công t c tơ cũng lo i tác đ ng liên t c như: Con
trưt, van ti tế lưu, transistor và m ch nn đi n có đi n áp ra thay đ i đ cượ
Tín
hi u
đ i u
khi n y tín hi u tác đ ng vào ph n t chp hành, đây chính
n hi u ra c a ph n t điu khi n.
Ph n
t
đi u
kh i n
nhi m v to ra tín hi u đi u khi n, c u trúc ca
ph n t đi u khi n ph thu c theo đ i lưng vào.
Đ i
lư ng
o
w đ cượ đưa t ngi o h th ng, đc l p v i quá trình
điu khi n, gia đ i lưngo v i đ i lưng ra t n t i m t quan h xác đ nh
Nhi u z ngu n g c t nhi u nguyên nhân khác nhau, th t o ra nhng
tác
đ ng ngoài ý mu n đ nế k tế qu đi u khi n
3.2c ph ngươ pháp đi u khi n
Da trên nguyên lý làm vi c ngưi ta chia thành hai phưngơ pháp đi u khi n.
1. Đi u khin vô c p
2. Đi u khin gn đo n
Da trên trình t thc hi n ngưi ta chia thành: Đi u khi n theo chưngơ
trình, điu khi n theo th i gian, đi u khi n theo tuy n ,ế đi u khi n theo quá trình
đi u khi n l p trình.
3.2.1 Đi u khi n vô c p
Trong phương pháp này gia các đi lưng vào và đ i lưng ra luôn t n t i
m t quan h đ nơ tr tr ng thái n đ nh đ nế n i nhiu cũng không làm xáo tr n
ho t đng c a
h th ng. Đ i lưng vào w th đ cượ ch nh đ nh ho c thay đ i t 0 đ nế
Wmax b i công nhân v n hành y. Mch đi u chnh c p đ sáng c a đèn
m t ví d
3.2.2 Đi u khi n gián đo n
H th ng đi u khi n trong trưng h p này làm vi c ch ếđ đóng-ngt. Trưc
tiên, đ i lưng vào giá tr tưngơ ng v i mc đóng (ON) đ tác đ ng ph n
t ch p hành. H th ng s chuy n sang tr ng thái ng t d khi nh n nút STOP
ho c m t ti pế đi m hành trình nào đó.
Phưngơ pháp này được ng r t ph bi nế trong các h th ng ph n t
ch p hành lo i đi n cơ như: Rơ le, công t c tơ
M t trưng h p đ c bit c a phương pháp điu khi n gián đo n ''chế
đ ti p xúc'',ế chế đ này tr ng thái ON ch hi u lc khi m t nút nh n
ho c m t ti pế đi m nhi u v trí đưc duy trì tr ng thái đóng, lo i này thưng
g p các cơ c u nâng, m i mt chuy n đ ng như: T i, lui, lên, xu ng c n m t
t nh n riêng, trong ng d ng này v trí c a c n tr cđ i lưng ra Xout
3.2.3 Đi u khi n theo chưngơ trình
Đi u khi n theo chưngơ trình s m r ng ca hai phưngơ pháp đi u
khi n c p đi u khi n gián đo n, trong phưngơ pháp này x d ng các
''cãm bi nế chưng trình''ơ l i đ cượ chia làm hai lo i: Đi u khi n tu n t theo
th i gian đi u khi n theo
tuyế
n.
M t d đi u khi n tu n t theo th i gian đ nơ gi n nh t quá trình đi u
khi n đ sáng b ng thi tế b đ nh th i. Các cãm bi nế chưngơ trình thưng là các
đĩa l chm, cam chuy n m ch, băng đ c lc loi băng t.
Mc phát tri n cao h nơ c a phưng phápơ đi u khi n theo chưngơ trình
phương pháp đi u khi n tu n t theo quá trình (hình 1.13). Trong đó c thao tác
ho c các ti n trìnhế v t đưc thc hi n theo m t th t đ đưc l p trình tùy
thu c vào các trng thái đ t đ cượ ca quá trình đi u khin. Chưng trìnhơ th
đ cượ cài đ t c đ nh hoc đ c đ cượ ra t các bìa đ c l , băng đ c l, băng t
ho c m t thi tế b lưu tr khác
3.2.4 Đi u khi n l p trình
Vi c nâng cao hi u sut t đ ng a m t yêu c u c n thi t ế c a k thu t
đi u khi n. Trong phưngơ pháp đi u khi n dùng r le các linh ki n đi n t,
quan h gia
c ng vào v i c ng ra đ cượ t b i sơ đ m ch đi u khi n, c ph n
t trong
m ch đ c nượ n i v i nhau theo sơ đ này. Ngưi ta gi c h thng k trên
làm vi c theo m t ''chưng trìnhơ cng'', sơ đ m ch đi u khi n th đ cượ
t đy đ b ng cách li t ra các quan h trong đó. d t m ch đi n
v hình 1.14.
Trong phưng phápơ này yêu c u đi u khi n không ph thu c hoàn toàn vào
m t m ch đi n đ đ cượ l p ráp s n ch y uế vào m t chưngơ trình
(ph n mm) g m các ch th đi u khi n vi x đ cượ s p x pế phù h p v i
thu t gi i đ gi i quy tế yêu c u
4.Đi u khi n m ch kín
M t đi m c n l uư ý trong h thng đi u khi n nh h ngưỡ c a
nhi u đ nế đi t ngượ đi u khi n ho c ph n t điu khi n làm cho tín hiu
ra thay đ i m t ch không ki m soát đ c.ượ Đ cho tín hi u ra đáp ng
đúng như giá tr mong mu n, c n thi tế ph i m t khâu đi u chnh
nhi m v kim tra s a sai (so sánh giá tr đ t v i giá tr th c). N uế h
th ng không c n x v i t c đ cao thì ng vi c y th đ cượ th c
hi n b i công nhân v n hànhy.
4.1 Khái
ni
m
Như mô hình trình bày trên. Trong đó con ng iườ đóng vai trò khâu đi u
ch nh – đã cho th y t t c đ c tính c a h th ng đi u ch nh b ng tay
i chung, quá trình đi u ch nh m t quá trình t đ ng, qua đó m t đ i
l ngượ vt d Nhi t đ c a nung đi l ngượ m u x luôn đ cượ
ghi nh n x liên t c b ng cách so sánh gi a đ i l ng ượ m u v i đ i
l ngượ chun w (giá tr đ t) s sai bi t n u có s làm tế hay đ i tín hi u đi u
khin sao cho s sai bi t y giãm đ nế m c t i thi u.
Đ i l ng ượ m u y u tế c n thi t cho ế khâu so sánh c a quá trình điu
ch nh khépn hay còn g i là "vòng đi u ch nh" (hình 1.18).
Trong vòng đi u ch nh đ cượ đ cượ phân thành: Đ i tượng đi u ch nh
khâu đi u ch nh, khâu đi u ch nh bao g m c khâu so sánh tín hi u ra
ph thu c vào s sai bi t gi a đ i lượng m u và đ i l ngượ chu n, tín hi u
y s đi u ch nh l i đ i l ngượ ra theo đúng yêu c u.
M c đích cu i ng ca vi c đi u ch nh đ t đ cượ giá tr đ t chính
đ i l ng vào ượ w trong k thu t đi u khin, d a vào đ i l ngượ y ng iườ ta
chia ra các loi: Đi u ch nh theo giá tr c đ nh, đi u ch nh tùy đ ng đi u
ch nh theo trình t th i gian.
4.2 Đ c tínhc khâu đi u ch nh cơ b n
Như đ đ c p trong ph n 4.2. M t khâu đi u ch nh ph i đi u ch nh m t
đ i t nượ g. Do đ c tính các đ i tưng không gi ng nhau nên cũng ph i c n có các
ki u điu ch nh khác nhau. Đ c tính ca các khâu c a các đ i t ngượ đi u
ch nh đưc đ c trưng b i đáp ng c a chúng ng v i tín hiu đ n ơv (là n hi u
giá tr t 0 lên 1)s thay đ i đi n áp ra khi c đ ng c a đi n áp đ nơ v
g i m truyn. Trong hình 1.26a hình1.26b trình bày c ki u quan tr ng
nh t c a các khâu đi u ch nh cơ b n kèm theo m truy n, c thông s đ c
tr ng ưvà các ví d đi n hình.
Đ c đ nh m truy n, tr cướ tiên ph i đ t h th ng tr ng thái tĩnh
nghĩa là năng l ngượ còn tr trong đó ph i đ cượ phóng h tế
4.3 Khâu đi u ch nh ng OP- AMP
4.3.1 Ku t lng op-amp
Đ i t ngượ đi u ch nh bao g m m t đ ng c , kơh i bi nế đ i công su t v i
m ch kích, đi n áp đi u khi n đ cượ t o ra t khâu đi u ch nh chính tín hi u
o c a đ i t ng đi uượ ch nh. Cãm bi nế đo l ngườ t o ra m t đi n áp t l v i
t c đ quay th c c a đng c . ơM ch đi n trong hình 1.29 là s đ c aơ khâu đi u
ch nh m ch c ng trong hình 1.28. Trong c hai tr ngườ h p, m ch so sánh -
m ch tr - b o đãm sao cho tín hi u sai bi t gi a giá tr th c x giá tr đ t w
luôn đ cượ t o ra. Tín hi u y ho c đ l ch đi u ch nh sau đó được đ a oư
m ch khu ch ế đ i đ o.
H s t l AP c a m ch có th ch nh đ cượ t AP = 1 đ nế AP = 100 v i
bi nế tr đ t
nhánh h i ti p c a ế m ch khu ch đ ế i đ o.
y gi n uế thay đ i biến tr đi u ch nh sao cho đ i l ngượ đ t tăng lên thì
đi n áp ra y c a khâu đi u chnh cũng s tăng theo tác đ ng đ n ph nế t chp
nh trong đ i t ng ượ đi u ch nh đ to ra m t đi n áp l n h n cungơ c p cho
đ ng c .ơ Do đó, t c đ h th ng cũng s tăng lên
Quá trình di n ti nế ngưc l i khi giãm t i đ ng cơ khâu đi u ch nh s
làm cho t c đ đã t ăng gĩãm xung tr l i.
Khâu t l P có th b sai l ch b i nhi u, đ lch càng nh h s khu chế đ i