Chương 3: Điề chỉnh tốc độ truyền động điện

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng nhu cầu công nghệ của máy sản xuất

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Điề chỉnh tốc độ truyền động điện

§IÒU §IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN CH¦¥NG CH¦¥NG 3 3.1 ð t v n ñ ði u ch nh t c ñ là m t trong nh ng n i dung chính c a truy n ñ ng ñi n t ñ ng nh m ñáp ng yêu c u công ngh c a máy s n xu t. ði u ch nh t c ñ truy n ñ ng ñi n là dùng nh ng phương pháp thu n túy ñi n, tác ñ ng lên b n thân h th ng truy n ñ ng ñi n (ngu n và ñ ng cơ ñi n) ñ thay ñ i t c ñ quay c a tr c ñ ng cơ ñi n. T c ñ làm vi c c a truy n ñ ng ñi n do công ngh yêu c u và ñư c g i là t c ñ ñ t, hay t c ñ mong mu n. Trong quá trình làm vi c, t c ñ c a ñ ng cơ thư ng b thay ñ i do s bi n thiên c a t i, c a ngu n và do ñó gây ra sai l ch t c ñ th c so v i t c ñ ñ t. Trong các h truy n ñ ng ñi n t ñ ng thư ng dùng các phương pháp khác nhau ñ n ñ nh t c ñ ñ ng cơ, ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñ có ñư c t c ñ mong mu n. ði u ch nh t c ñ m t ñ ng cơ ñi n khác v i vi c t thay ñ i t c ñ c a ñ ng cơ ñó. Ví d : M t ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p ñang làm vi c t i ñi m làm vi c A trên ñ c tính cơ 1 ng v i mômen c n MA. ð c tính cơ 1 ng v i ñi n áp ñ t vào ñ ng cơ là U1. Vì m t lý do nào ñó, mômen c n tăng lên (MT>MA) làm ñ ng cơ b gi m t c ñ . ði m làm vi c s d ch chuy n theo ño n AT v phía t c ñ gi m. Nhưng t c ñ càng gi m thì dòng ñi n ph n ng Iư càng tăng và mômen càng tăng. T i ñi m T thì mômen ñ ng cơ sinh ra b ng mômen c n (Mð=MT). ð ng cơ s làm vi c n ñ nh t i ñi m T v i t c ñ th p hơn (ωT
ðây không ph i là hi n tư ng t thay ñ i t c ñ do mômen c n tăng lên mà là s ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ (ñi u ch nh gi m) trong khi mômen c n v n gi nguyên. ði m làm vi c chuy n t ñ c tính cơ này sang ñ c tính cơ khác do thay ñ i thông s c a m ch ñi n ñ ng cơ. Có r t nhi u phương pháp ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ. Tuỳ theo máy s n xu t, ta ch n m t phương pháp ñi u ch nh t c ñ cho phù h p, ñ m b o quá trình s n xu t ñư c thu n l i, nâng cao ch t lư ng và năng su t. 3.2 Các ch tiêu ñánh giá ñi u ch nh t c ñ Ch t lư ng c a m t phương pháp ñi u ch nh t c ñ ñư c ñánh giá qua m t s các ch tiêu sau ñây. 3.2.1 D i ñi u ch nh t c ñ D i ñi u ch nh t c ñ (hay ph m vi ñi u ch nh t c ñ ) là t s gi a các giá tr t c ñ làm vi c l n nh t và nh nh t c a h Tðð ng v i m t mômen t i ñã cho: ωmax D= ωmin D i ñi u ch nh t c ñ c a m t h Tðð càng l n càng t t. M i m t máy s n xu t yêu c u m t d i ñi u ch nh nh t ñ nh và m i m t phương pháp ñi u ch nh t c ñ ch ñ t ñư c m t d i ñi u ch nh nào ñó. 3.2.2 ð trơn ñi u ch nh ð trơn ñi u ch nh t c ñ khi ñi u ch nh ñư c bi u th b i t s gi a 2 giá tr t c ñ c a 2 c p k ti p nhau trong d i ñi u ch nh: ω i +1 γ= ωi Trong ñó: ωi - T c ñ n ñ nh c p i. ωi+1 - T c ñ n ñ nh c p i+1. Trong m t d i ñi u ch nh t c ñ , s c p t c ñ càng l n thì s chênh l ch t c ñ gi a 2 c p k ti p nhau càng ít do ñó ñ trơn càng t t. Khi s c p t c ñ r t l n (k→∞) thì ñ trơn ñi u ch nh γ → 1. Trư ng h p này h ñi u ch nh g i là h ñi u ch nh vô c p và có th có m i giá tr t c ñ trong toàn b d i ñi u ch nh. 3.2.3 ð n ñ nh t c ñ (ñ c ng c a ñ c tính cơ) ð ñánh giá và so sánh các ñ c tính cơ, ngư i ta ñưa ra khái ni m ñ c ng ñ c tính cơ β và ∆M ñư c tính: β= ∆ω 44 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
ω β1 ∆ω2 ∆ω1 β2 M ∆M Hình 3.2 - ð c ng c a ñ c tính cơ N u |β | bé thì ñ c tính cơ là m m (|β| < 10). N u |β | l n thì ñ c tính cơ là c ng (|β | = 10 ÷ 100). Khi |β| = ∝ thì ñ c tính cơ là n m ngang và tuy t ñ i c ng. ð c tính cơ có ñ c ng β càng l n thì t c ñ càng ít b thay ñ i khi mômen thay ñ i. trên hình 3.2, ñư ng ñ c tính cơ 1 c ng hơn ñư ng ñ c tính cơ 2 nên v i cùng m t bi n ñ ng ∆M thì ñ c tính cơ 1 có ñ thay ñ i t c ñ ∆ω1 nh hơn ñ thay ñ i t c ñ ∆ω2 cho b i ñ c tính cơ 2. Nói cách khác, ñ c tính cơ càng c ng thì s thay ñ i t c ñ càng ít khi ph t i thay ñ i nhi u. Do ñó sai l ch t c ñ càng nh và h làm vi c càng n ñ nh, ph m vi ñi u ch nh t c ñ s r ng hơn. 3.2.4 Tính kinh t H ñi u ch nh có tính kinh t khi v n ñ u tư nh , t n hao năng lư ng ít, phí t n v n hành không nhi u. Các phương pháp ñi u ch nh t c ñ qua m ch ph n ng luôn có t n hao năng lư ng l n hơn ñi u ch nh t c ñ qua m ch kích t . 3.2.5 S phù h p gi a ñ c tính ñi u ch nh và ñ c tính t i Khi ch n h ñi u ch nh t c ñ v i phương pháp ñi u ch nh nào ñó cho m t máy s n xu t c n lưu ý sao cho các ñ c tính ñi u ch nh bám sát yêu c u ñ c tính c a t i máy s n xu t. Như v y h làm vi c s ñ m b o ñư c các yêu c u ch t lư ng, ñ n ñ nh... Ngoài các ch tiêu trên, tuỳ trư ng h p c th mà ta có th có nh ng ñòi h i khác bu c h ñi u ch nh t c ñ c n ph i ñáp ng. 3.3 ði u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p (song song) Khi xem xét phương trình ñ c tính cơ c a ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p, ta ñã bi t quan h ω=f(M) ph thu c các thông s ñi n U, φ, RưΣ. S thay ñ i các thông s này s cho nh ng h ñ c tính cơ khác nhau. Vì v y, v i cùng m t mômen t i nào ñó, t c ñ ñ ng cơ s khác nhau các ñ c tính cơ khác nhau. Như v y, ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p (hay kích t song song) có th ñư c ñi u ch nh t c ñ b ng các phương pháp sau ñây: 45 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
3.3.1 ði u ch nh t c ñ b ng cách thay ñ i ñi n tr m ch ph n ng Sơ ñ nguyên lý n i dây như hình 3.6. Khi tăng ñi n tr ph n ng, ñ c tính cơ d c hơn nhưng v n gi nguyên t c ñ không t i lý tư ng. H ñ c tính cơ khi thay ñ i ñi n tr m ch ph n ng như hình 3.6. ð c ñi m c a phương pháp ñi u ch nh t c ñ b ng cách thay ñ i ñi n tr m ch ph n ng: - ði n tr m ch ph n ng càng tăng, ñ d c ñ c tính cơ càng l n, ñ c tính cơ càng m m và ñ n ñ nh t c ñ càng kém, sai s t c ñ càng l n. - Phương pháp ch cho phép ñi u ch nh thay ñ i t c ñ v phía gi m (do ch có th tăng thêm ñi n tr ). - Vì ñi u ch nh t c ñ nh thêm ñi n tr vào m ch ph n ng cho nên t n hao công su t dư i d ng nhi t trên ñi n tr càng l n. - D i ñi u ch nh ph thu c vào tr s mômen t i. T i càng nh (M1) thì d i ñi u ch nh ωmax D1= càng nh . Nói chung, phương pháp này cho d i ñi u ch nh: D ≈ 5:1 ωmin ω ω1max ωo + - TN R p =0 CKT Ikt nt1 ω1min R p1 nt2 § Iu R p2 nt3 E R p3 nt4 Rp o M1 Mc M Hình 3.6 - ði u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p b ng phương pháp thay ñ i ñi n tr ph n ng. - V nguyên t c, phương pháp này cho ñi u ch nh trơn nh thay ñ i ñi n tr nhưng vì dòng rotor l n nên vi c chuy n ñ i ñi n tr s khó khăn. Th c t thư ng s d ng chuy n ñ i theo t ng c p ñi n tr . 3.3.2 ði u ch nh t c ñ b ng cách thay ñ i ñi n áp ph n ng Sơ ñ nguyên lý ñư c bi u di n như trên hình 3.3. T thông ñ ng cơ ñư c gi không ñ i. ði n áp ph n ng ñư c c p t m t b bi n ñ i. ð ñi u ch nh ñi n áp ph n ng ñ ng cơ ñi n m t chi u c n có thi t b ngu n như máy phát ñi n m t chi u kích t ñ c l p, các b ch nh lưu có ñi u khi n .v.v.. Các thi t b ngu n này có ch c năng bi n năng lư ng ñi n xoay chi u thành m t chi u có s c ñi n ñ ng Eb ñi u ch nh ñư c nh tín hi u ñi u khi n Uñk. Vì là ngu n có công su t h u h n so v i ñ ng cơ nên các b bi n ñ i này có ñi n tr trong Rb và ñi n c m Lb khác không. ch ñ xác l p có th vi t phương trình ñ c tính c a h th ng như sau: Eb - Eư = Iư(Rb + Rưñ) 46 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Eb R + R−d −b I− ω= Kφ dm K.φ dm M ω = ωo(Uñk) - β Trong su t quá trình ñi u ch nh ñi n áp ph n ng thì t thông kích t c a ñ ng cơ ñư c gi nguyên b ng giá tr ñ nh m c, do ñó mômen t i cho phép c a h s là không ñ i: Mc.cp = Kφñm.Iñm = Mñm Vì t thông c a ñ ng cơ ñư c gi không ñ i nên ñ c ng c a ñ c tính cơ cũng không ñ i, còn t c ñ không t i lý tư ng thì ph thu c vào giá tr ñi n áp ñi u khi n Uñk c a h th ng. Khi thay ñ i ñi n áp c p cho cu n dây ph n ng, ta có các h ñ c tính cơ ng v i các t c ñ không t i khác nhau, song song và có cùng ñ c ng. ði n áp U ch có th thay ñ i v phía gi m (U
Gi s ñ ng cơ ñang làm vi c t i ñi m A trên ñ c tính cơ 1 ng v i ñi n áp U1 trên ph n ng. Khi gi m ñi n áp t U1 xu ng U2, ñ ng cơ thay ñ i ñi m làm vi c t ñi m A có t c ñ l n ωA trên ñư ng 1 xu ng ñi m D có t c ñ nh hơn (ωD
- ð s t t c tuy t ñ i trên toàn d i ñi u ch nh ng v i m t mômen là như nhau. ð s t t c tương ñ i s l n nh t t i ñ c tính cơ th p nh t c a d i ñi u ch nh. Do v y, sai s t c ñ tương ñ i (sai s tĩnh) c a ñ c tính cơ th p nh t không vư t quá sai s cho phép cho toàn d i ñi u ch nh. - D i ñi u ch nh c a phương pháp này có th : D ~ 10:1. - Ch có th ñi u ch nh t c ñ v phía gi m (vì ch có th thay ñ i v i Uư ≤ Uñm). - Phương pháp ñi u ch nh này c n m t b ngu n ñ có th thay ñ i trơn ñi n áp ra. 3.3.3 ði u ch nh t c ñ b ng cách thay ñ i t thông Mu n thay ñ i t thông ñ ng cơ, ta ti n hành thay ñ i dòng ñi n kích t c a ñ ng cơ qua m t ñi n tr m c n i ti p m ch kích t . Rõ ràng phương pháp này ch cho phép tăng ñi n tr vào m ch kích t , nghĩa là ch có th gi m dòng ñi n kích t (Ikt ≤ Iktñm) do ñó ch có th thay ñ i v phía gi m t thông. Khi gi m t thông, ñ c tính d c hơn và có t c ñ không t i l n hơn. H ñ c tính gi m t thông như hình 3.5. + - KT§ Ikt Rkt § Iu E ω ω ωo2 ωo2 φ2 ωo1 ωo1 ωo®m ωo®m φ1 φ®m I o MC o I nm M Hình 3.5 - ði u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p b ng phương pháp thay ñ i t thông kích t . Phương pháp ñi u ch nh t c ñ b ng thay ñ i t thông có các ñ c ñi m sau: - T thông càng gi m thì t c ñ không t i lý tư ng c a ñ c tính cơ càng tăng, t c ñ ñ ng cơ càng l n. - ð c ng ñ c tính cơ gi m khi gi m t thông. - Có th ñi u ch nh trơn trong d i ñi u ch nh: D ~ 3:1. - Ch có th ñi u ch nh thay ñ i t c ñ v phía tăng. 49 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
- Do ñ d c ñ c tính cơ tăng lên khi gi m t thông nên các ñ c tính s c t nhau và do ñó, v i t i không l n (M1) thì t c ñ tăng khi t thông gi m. Còn vùng t i l n (M2) t c ñ có th tăng ho c gi m tùy theo t i. Th c t , phương pháp này ch s d ng vùng t i không quá l n so v i ñ nh m c. - Phương pháp này r t kinh t vì vi c ñi u ch nh t c ñ th c hi n m ch kích t v i dòng kích t là (1÷10)% dòng ñ nh m c c a ph n ng. T n hao ñi u ch nh th p. Thư ng khi ñi u ch nh t thông thì ñi n áp ph n ng ñư c gi nguyên b ng giá tr ñ nh m c, do ñó ñ c tính cơ th p nh t trong vùng ñi u ch nh t thông chính là ñ c tính có ñi n áp ph n ng ñ nh m c, t thông ñ nh m c và ñư c g i là ñ c tính cơ b n (ñôi khi chính là ñ c tính t nhiên c a ñ ng cơ). T c ñ l n nh t c a d i ñi u ch nh t thông b h n ch b i kh năng chuy n m ch c a c góp ñi n. Khi gi m t thông ñ tăng t c ñ quay c a ñ ng cơ thì ñ ng th i ñi u ki n chuy n m ch c a c góp cũng b x u ñi, vì v y ñ ñ m b o ñi u ki n chuy n m ch bình thư ng c n ph i gi m dòng ñi n ph n ng cho phép, k t qu là mômen cho phép trên tr c ñ ng cơ gi m r t nhanh. Ngay c khi gi nguyên dòng ñi n ph n ng thì ñ c ng ñ c tính cơ cũng gi m r t nhanh khi gi m t thông kích thích. 3.4 Các h th ng ñi u ch nh t c ñ truy n ñ ng ñi n m t chi u 3.4.1 H truy n ñ ng máy phát - ñ ng cơ (F - ð) 3.4.1.1 H F - ð ñơn gi n H th ng máy phát - ñ ng cơ (F-ð) là h truy n ñ ng ñi n mà BBð ñi n là máy phát ñi n m t chi u kích t ñ c l p. Máy phát này thư ng do ñ ng cơ sơ c p không ñ ng b 3 pha quay và coi t c ñ quay c a máy phát là không ñ i. K §K § F §Tr CKK CKF CK§ R KF T N R K§ N T Hình 3.7 - H truy n ñ ng F-ð ñơn gi n. Trong sơ ñ : - ð : Là ñ ng cơ ñi n m t chi u kéo cơ c u s n xu t, c n ph i ñi u ch nh t c ñ . - F : Là máy phát ñi n m t chi u, ñóng vai trò là BBð, c p ñi n cho ñ ng cơ ð. 50 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
- ðTr : ð ng cơ KðB 3 pha kéo máy phát F, có th thay th b ng m t ngu n năng lư ng khác. - K : Máy phát t kích, ñ c p ngu n ñi n cho các cu n kích t CKF và CKð. ði n áp ra c a b bi n ñ i c p cho ñ ng cơ ð: uF = uð = EF - I.RưF = K.φF.ωðTr - I.RưF Khi ta thay ñ i giá tr c a bi n tr RKF thì s làm cho dòng ñi n qua cu n kích t CKF thay ñ i, do ñó t thông kích t φF c a máy phát thay ñ i (gi m), d n ñ n ñi n áp uF thay ñ i, do ñó t c ñ ñ ng cơ ð thay ñ i: ω < ωcb. Như v y, b ng cách ñi u ch nh bi n tr RKF, ta ñi u ch nh ñi n áp ph n ng ñ ng cơ ð trong khi gi t thông không ñ i: φð = φñm. Khi thay ñ i giá tr c a bi n tr RKð ta có th thay ñ i t thông kích t ñ ng cơ ð. Khi φð gi m thì t c ñ ñ ng cơ ð tăng: ω < ωcb. Trong khi ñi u ch nh t thông φð, ta gi ñi n áp ph n ng ñ ng cơ không ñ i: Uưð = Uñm. ð o chi u: C p ti p ñi m T ñóng ho c N ñóng, dòng ñi n kích t máy phát ICKF ñ o chi u, do ñó ñ o chi u t thông φF, do ñó UF ñ o d u, d n ñ n ω ñ o chi u. Khi th c hi n hãm thì ñ ng cơ ð s qua 2 giai ño n hãm tái sinh: + Tăng φð v ñ nh m c. + Gi m ñi n áp ph n ng ñ ng cơ v 0. Nh n xét v h F-ð: - Ưu ñi m: + ði u ch nh t c ñ ñơn gi n, ít t n năng lư ng vì ch th c hi n trong m ch kích t . + D dàng ñ o chi u quay b ng cách ñ o chi u t thông máy phát ho c ñ o chi u t thông ñ ng cơ. Tuy nhiên trong th c t thư ng dùng cách ñ o chi u t thông máy phát vì không th ñ φð = 0 (ω → ∞). - Như c ñi m: + Như c ñi m quan tr ng nh t c a h F-ð là dùng nhi u máy ñi n quay, trong ñó ít nh t là 2 máy ñi n m t chi u, gây n l n, công su t l p ñ t máy ít nh t g p 3 l n công su t ñ ng cơ ch p hành, d n ñ n giá thành tăng, hi u su t th p. + Ngoài ra, do các máy phát m t chi u có t dư, ñ c tính t hóa có tr nên khó ñi u ch nh sâu t c ñ . Ph m vi ñi u ch nh t c ñ : D = Du.Dφ = 10.(2÷3)/1 = (20 ÷ 30)/1 Ph m vi ñi u ch nh t c ñ b ch n dư i b i ñi n áp dư Udư. B ch n trên b i gi i h n cơ h c. Khi dòng kích t ICKF = 0 thì UF = Udư ≠ 0, do ñó t n t i giá tr t c ñ ω ≠ 0. Vì v y ñ gi m nhanh t c ñ ñ ng cơ v 0 ta ph i th c hi n hãm ñ ng năng. 3.4.1.2 H F - ð có ph n h i âm áp, dương dòng. Cu n kích t c a máy phát F ñư c c p ñi n b i m t máy ñi n khu ch ñ i t trư ng ngang MKð. Máy ñi n khu ch ñ i MKð có 4 cu n kích t : CCð, CFA, CFD, COð. 51 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
BA § CKF F Rα MK§ CP§ CPF CFA FA CFD FD CO§ FO§ CC§ FC§ U C§ Hình 3.8 - H truy n ñ ng F-ð có ph n h i âm áp, dương dòng. + CCð: G i là cu n ch ñ o hay cu n ñi u khi n, ñư c c p ñi n t ngu n m t chi u n ñ nh. ði n áp ñ t vào cu n này thay ñ i ñư c nh bi n tr RCð. ði n áp này t o ra s c t ñ ng FCð ñ nh giá tr s c ñi n ñ ng máy phát, cũng là ñi n áp ñ t lên ñ ng cơ, do ñó quy t ñ nh t c ñ ñ t ñ ng cơ. + CFA: Là cu n ph n h i âm áp. Cu n CFA n i song song v i ñi n tr Rα (là m t ph n c a ñi n tr R1). Khi h F-ð làm vi c thì trên R1 có ñi n áp t l v i UF, do ñó dòng ñi n trên cu n CFA cũng t l v i ñi n áp máy phát: ICFA ~ UF, do ñó FA ~ UF. Chi u c a FA ngư c v i chi u c a FCð, vì v y cu n CFA g i là cu n ph n h i âm áp. + CFD: Là cu n ph n h i dương dòng. Cu n CFD n i song song v i 2 cu n ph c a máy phát và ñ ng cơ: CPF & CPð. Khi h F-ð làm vi c thì t ng s t áp trên CPF & CPð là: ∆U = Rcf.I. Trong ñó: Rcf = RCPF + RCPð là t ng tr c a 2 cu n ph , I là dòng ñi n ñi qua ñ ng cơ. Do ñó s c t ñ ng c a cu n CFD t l v i dòng ñi n qua ñ ng cơ: FCFD ~ ∆U hay FCFD ~ I, FCFD cùng chi u v i FCð. Vì v y cu n CFD ñư c g i là cu n ph n h i dương dòng. + COð: Là cu n n ñ nh hay cu n ph n h i m m. Cu n COð l y dòng trên th c p máy bi n áp BA, sơ c p c a BA n i song song v i máy phát. Khi h th ng ch ñ tĩnh thì trong cu n sơ c p không có ph n ng. Khi h th ng ch ñ ñ ng, dòng ñi n bi n thiên, trong máy bi n áp BA có tín hi u, cu n COð xu t hi n dòng ñi n, sinh ra s c t ñ ng FOð. Chi u c a FOð có xu hư ng ch ng l i s bi n thiên ñó, làm cho h nhanh chóng n ñ nh. Ph n h i này g i là ph n h i m m. S c t ñ ng t ng kích t c a b khu ch ñ i Kð là: FΣ = FCð - FCFA + FCFD ± FOð ch ñ tĩnh thì FOð = 0. 52 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Gi s ñ ng cơ ñang làm vi c n ñ nh m t t c ñ nào ñó, vì m t nguyên nhân khách quan nào ñó làm cho ñ ng cơ n ng t i, t c ñ c a ñ ng cơ gi m xu ng, dòng ñi n qua ñ ng cơ tăng lên uF − u§ (I = ), vì th FCFD tăng, FCFA gi m, d n ñ n s c t ñ ng t ng FΣ tăng, do ñó UF tăng làm RΣ t c ñ ñ ng cơ l i tăng lên bù l i ph n s t gi m t c ñ . Phương trình ñ c tính cơ - ñi n: ω = K1.UCð - K1.[Ru - f(Rcf, Ru § ,R−F,α) = ω0 - ∆ω Mu n cho h n ñ nh thì ta ph i có ∆ω → 0. Do ñó c n ch nh ñ nh giá tr α sao cho f(Rcf, Ru § ,R−F,α) → R−. Trong ñó: Rα α= R1 * Khi nghiên c u m ch t ngư i ta thư ng dùng khái ni m s c t ñ ng (F) và t tr . Nh ng khái ni m ñó ñư c ñưa ra trên cơ s sau ñây: T thông ñư c miêu t b ng công th c: φ = µaHS, và cư ng ñ t trư ng b ng H = Iw/l. V y có th vi t: φ = µaIwS/l. N u cùng chia t s và m u s cho µaS thì ta có: −1 l φ = Iw.  µ S  a Trong công th c trên Iw g i là s c t ñ ng F. Cũng gi ng như trong m ch ñi n, dòng ñi n t l l v i s c ñi n ñ ng còn trong m ch t , t thông t l v i s c t ñ ng. ð i lư ng ñ ng m us µa S g i là t tr RM, và toàn b công th c trên g i là ñ nh lu t Ôm ñ i v i m ch t : F φ= RM µa : ð t th m c a m ch t . *MÁY ðI N KHU CH ð I T TRƯ NG NGANG: Máy ñi n khu ch ñ i t trư ng ngang (MKðN) v th c ch t cũng là máy phát ñi n m t chi u nhưng có các c u t o ñ c bi t: - Stato có nhi u cu n kích t trong ñó có cu n ch ñ o, các cu n ph n h i và luôn có cu n bù. - Roto có 4 ch i than trong ñó c p ch i than 1 và 2 n i ng n m ch v i nhau, g i là c p ch i than ngang tr c. C p ch i than 3 và 4 g i là c p ch i than d c tr c, c p ñi n áp ra c a máy ñi n khu ch ñ i MKðN. Nguyên lý làm vi c c a máy ñi n khu ch ñ i t trư ng ngang MKðN như sau: Khi cu n kích t chính ñư c c p ñi n m t chi u thì m t t trư ng φF (gi s hư ng xu ng như hình v ) ñư c t o ra. Các dây d n rotor ñư c kéo quay v i t c ñ ωF trong t trư ng φF s c m ng m t s.ñ.ñ E1 (s.ñ.ñ ngang tr c) và trong cu n dây ph n ng s có m t dòng ñi n I1 ñư c t o ra, khép kín m ch qua c p ch i than ng n m ch 1-2. Chi u dòng ñi n I1 ñư c xác ñ nh theo quy t c bàn tay ph i. 53 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Vì ñi n tr ng n m ch gi a 2 ch i than 1-2 r t nh nên I1 khá l n và h s khu ch ñ i l n th nh t K1 c a máy l n. CB + I2 Rc 3 φb ωF UMK§N φd Rt 1 2 φn φF I1 4 _ φF U®k KT Dòng ñi n I1 ch y trong cu n dây ph n ng s sinh ra t trư ng ngang tr c φn hư ng sang ph i(xác ñ nh theo quy t c v n nút chai hay ñinh vít thu n) và ñ n lư t t trư ng ngang tr c φn này làm xu t hi n trong cu n dây ph n ng quay trong nó m t s.ñ.ñ E2 (s.ñ.ñ d c tr c). S.ñ.ñ E2 l n hơn nhi u so v i E1. N u MKðN ñư c n i t i bên ngoài Rt qua 2 ch i than 3-4 thì trong cu n dây ph n ng s có dòng ñi n ph t i I2 mà chi u xác ñ nh theo quy t c bàn tay ph i. ðây là t ng khu ch ñ i th 2 c a MKðN v i h s khu ch ñ i K2. V y v nguyên lý có th xem MKðN tương ñương v i hai máy phát ñi n n i t ng v i nhau thành 2 c p khu ch ñ i như m ch ñ ng tr hình v : K1 I1 I2 φF φn E1 E2 Rt KT K2 54 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
H s khu ch ñ i c a MKðN là: K = K1.K2 (Có th ñ t t i hàng v n). Các s.ñ.ñ E1, E2 và các dòng ñi n I1, I2 th c ra ñ u ñư c sinh ra trong m t cu n dây ph n ng. Dòng I2 (dòng t i) trong cu n dây ph n ng l i t o ra m t t trư ng d c tr c φd ngư c chi u v i t trư ng chính φF và làm t trư ng chính suy gi m, d n ñ n s.ñ.ñ máy phát b gi m. Dòng t i I2 càng tăng, t trư ng d c tr c φd càng l n và t trư ng chính càng b gi m nhi u d n ñ n s.ñ.ñ c a máy phát b t t th p. ðó là ñi u không mong mu n. ð h n ch ho c tr kh t trư ng φd này ngư i ta ñ t thêm m t cu n dây stato c a MKðN và g i là cu n bù CB. Cu n bù ñư c m c n i ti p v i cu n dây ph n ng và s t o ra m t t trư ng φb ngư c chi u v i t trư ng d c tr c φd ñ h n ch ho c tr kh nh hư ng c a t trư ng này. Vì dòng t i I2 cũng là dòng qua cu n bù CB nên khi t i tăng thì φb cũng tăng ñ kh k p s tăng c a φd theo dòng tái. ð ñi u ch nh ñư c t trư ng bù φb theo t i, cu n bù CB ñư c n i song song v i m t bi n tr phân m ch RC. Do có h s khu ch ñ i l n, MKðN ñư c dùng nhi u trong các h truy n ñ ng ñ ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ m t chi u trong ph m vi r ng v i ñ n ñ nh t c ñ cao và quán tính ñi n t nh . 3.4.1.3 H F - ð có ph n h i âm t c ñ ð ng cơ ð ñư c c p ñi n t máy ñi n khu ch ñ i t trư ng ngang MðKð. RC CB BA 4 M§K§ § 2 1 3 FT CDA FO§ CFT FFT CC§ Hình 3.9 - H truy n ñ ng F-ð có ph n FC§ UC§ h i âm t c ñ . Máy phát t c FT ñư c n i tr c v i ñ ng cơ ð. ði n áp ra: UFT = K.ω, ñi n áp này t o ra s c t ñ ng: FFT = c.ω. S c t ñ ng t ng: FΣ = FCð - c.ω ± FOð Máy phát t c ñư c s d ng r ng rãi vì nó không liên quan v m t ñi n v i m ch ñ ng l c và có nhi u ki u tín hi u ra. 55 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
3.4.2 H truy n ñ ng khu ch ñ i t - ñ ng cơ (KðT - ð) Khu ch ñ i t là khí c ñi n mà tín hi u ñ u ra ñư c khu ch ñ i nh s thay ñ i ñi n kháng b ng cách thay ñ i dòng ñi u khi n. Sơ ñ nguyên lý c a m t khu ch ñ i t ñơn gi n ñư c trình bày hình 3.10. IT ZT ~ WT W®k I ®k R = XC Hình 3.10 - Khu ch ñ i t . Trên m ch t không có khe h không khí ñư c qu n hai cu n dây: cu n ñi u khi n (w®k) và cu n t i (wT). Cu n dây wT ñư c ñ u n i ti p v i ph t i và ñ u vào ngu n ñi n xoay chi u, còn cu n dây w®k ñư c n i n i ti p v i bi n tr R , v i ñi n kháng ch n XC (ñ h n ch nh hư ng c a dòng ñi n xoay chi u c m ng t phía m ch xoay chi u) và n i v i ngu n ñi n áp m t chi u. M ch t b o hòa ng v i trư ng h p Iñk = Iñkñm là vùng gi i h n trên và trư ng h p Iñk =0 là gi i h n dư i ho t ñ ng c a khu ch ñ i t . Gi a hai vùng gi i h n trên, khi tăng d n Iñk thì dòng t i tăng d n t I0 ñ n ITñm. IT I T®m I0 I ®k Hình 3.11 - ð c tính ñi u khi n c a khu ch ñ i t . ð c tính ñi u khi n c a khu ch ñ i t ñư c trình bày hình 3.11. Phương trình cơ b n c a khu ch ñ i t lý tư ng là: IT.wT = Iñk.wñk w dk Do ñó: I T = I dk wT 56 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
V i khu ch ñ i t lý tư ng, khi Iñk = 0 thì IT = 0, còn v i khu ch ñ i t th c t : Iñk =0 thì IT=I0. Vì công su t ñi u khi n bé hơn nhi u l n công su t xoay chi u nên ñư c g i là khu ch ñ i t . * H TRUY N ð NG KHU CH ð I T - ð NG CƠ: Khu ch ñ i t (KðT) hay còn g i là b bi n ñ i van t , là t h p c a kháng bão hòa v i ch nh lưu không ñi u khi n. KðT ñư c dùng ñ làm b ñi u ch nh dòng ñi n và ñi n áp trong các h th ng ñi u khi n, ñi u ch nh và ki m tra t ñ ng. Trong các máy nâng v n chuy n, KðT thư ng ñư c dùng làm máy kích thích cho các máy phát trong h th ng F - ð. ð i v i máy c t g t kim lo i, KðT thư ng ñư c dùng k t h p v i ch nh lưu diode bán d n ñ cung c p cho ph n ng ñ ng cơ m t chi u. U1, f1 • • • • BA • • (a) • + Wñk + • Wlv CK Uñk • - V0 Rkt - • • • U1, f1 • • • • BA • Wlv Vo • + • Wñk • • • Uñk • • • - • (b) + - • • CKð Rkt 57 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Trong các sơ ñ này, máy bi n áp BA có ch c năng bi n ñ i giá tr ñi n áp cho phù h p v i yêu c u c a ñ ng cơ. T o ra s pha ho c ñi m trung tính cho phù h p v i sơ ñ ch nh lưu n u c n và nâng cao h s công su t c a h . Các van không ñi u khi n Vo dùng ñ bi n ñ i dòng ñi n xoay chi u thành m t chi u và t o ra thành ph n dòng ñi n t t hóa cho KðT. Trong h th ng KðT – ñ ng cơ, t c ñ ñ ng cơ ñư c ñi u ch nh b ng cách thay ñ i tr s trung bình c a s c ñi n ñ ng ch nh lưu b ng cách bi n ñ i dòng ñi n ñi u khi n, t c là bi n ñ i m c ñ bão hòa c a m ch t . ð ñơn gi n trong vi c kh o sát nguyên lý ho t ñ ng c a h th ng này, ta tách ra m t trong ba pha t các sơ ñ trên và gi thuy t r ng ñ c tính t tr c a lõi thép có d ng lý tư ng. B • • u2 +BS + • Iñk Uñk Wñk H B0 - • V0 -BS (a) a) Sơ ñ nguyên lý m t pha c a b bi n ñ i. b) D ng ñ c tính t tr lý tư ng c a lõi thép. Ta có: u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di / dωt ) Trong ñó: Xk có giá tr thay ñ i theo tr ng thái t hóa c a lõi thép. Lúc ñ u, lõi thép ñư c t hóa c ñ nh nh cu n ñi u khi n Wñk ñ n m t giá tr B0 nào ñó trong ph m vi ( -BS ≤ B0 ≤ +BS ). * bán kỳ dương c a ngu n u2: Dòng ñi n thu n ñi qua V0 t hóa lõi cu n kháng, làm cho biên ñ t c m bi n thiên. Lúc này, vì lõi thép chưa bão hòa nên Xk r t l n, ngu n ch y u rơi trên cu n kháng còn giá tr iRt ≈ 0. Ta có: u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di/dωt ) = NlvωS ( dB / dt ) V i ñi u ki n ban ñ u: t = 0, B = B0, gi i phương trình này ta ñư c: B = B0 + Bm ( 1 - cosωt ) Trong ñó: - Biên ñ t c m: Bm = U2m/WNlvS - Nlv: S vòng dây c a cu n làm vi c. - S : Di n tích ti t di n lõi c a cu n kháng. - ω : T n s góc c a dòng ñi n. Khi lõi thép bão hòa, ta có Xk = 0. Do ñó, toàn b ngu n áp ch ñ t lên t i. Khi ñó: u2=U2msinωt = iRt = ub 58 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
V i ub là ñi n áp ra c a b bi n, t c là ñi n áp ñ t trên t i. bán kỳ âm c a ngu n u2: V0 ngưng d n, dòng ñi n t hóa không có nên lõi thép b kh * t b i cu n ñi u khi n Wñk và ñ t c m B s gi m d n v giá tr ban ñ u B0, ñi n áp trên t i ub ≈ u2 = 0. Giá tr trung bình c a ñi n áp ch nh lưu ñư c xác ñ nh theo công th c: π p p ∫U sin ω td ω t = U 2 m (1 + cos α ) = U KDT 2m 2π 2π α Trong ñó: - p: S l n ñ p m ch trong b ch nh lưu. BS − B0 α = arccos( − 1 ) Bm - α: Góc bão hòa - BS: T c m bão hòa. N u ta ch n Bm = BS thì α = arccos ( B0/BS ). Lúc này giá tr trung bình c a ñi n áp ch nh lưu: UKðT = Um [ 1 + ( B0/BS )] = f ( B0 ).V i: Um = pU2m/2π Ta nh n th y: Khi thay ñ i giá tr B0 t –BS ñ n +BS ta s ñi u ch nh ñư c ñi n áp ch nh lưu UKðT t 0 ñ n giá tr U2m( p/π ). Vì B0 là do dòng ñi u khi n Iñk t o ra nên th c ch t giá tr UKðT chính là hàm c a Iñk: UKðT = f ( Iñk ). 3.4.3 H truy n ñ ng ch nh lưu - ñ ng cơ Các b bi n ñ i dòng ñi n xoay chi u thành m t chi u th c ch t là các b ch nh lưu (hay các b n n ñi n) dùng ñ bi n ñ i dòng ñi n xoay chi u thành dòng ñi n m t chi u. Có r t nhi u sơ ñ ch nh lưu khác nhau ñư c phân lo i như sau: - Theo s pha có: Ch nh lưu 1 pha, ch nh lưu 3 pha... - Theo sơ ñ n i có: Ch nh lưu n a chu kỳ, ch nh lưu 2 n a chu kỳ, ch nh lưu hình c u, ch nh lưu hình tia... - Theo s ñi u khi n có: Ch nh lưu không ñi u khi n, ch nh lưu có ñi u khi n, ch nh lưu bán ñi u khi n. 3.4.2.1 Gi i thi u Thyristor a) Ch t bán d n: V phương di n d n ñi n, các ch t ñư c chia thành 2 lo i: Ch t d n ñi n (có ñi n tr su t nh ) và ch t không d n ñi n (có ñi n tr su t r t l n). Ch t không d n ñi n còn g i là ch t cách ñi n hay ñi n môi. Gi a hai lo i ch t này, có m t lo i ch t trung gian mà ñi n tr su t c a nó thay ñ i trong m t gi i h n r ng và gi m m nh khi nhi t ñ tăng (theo lu t hàm mũ). Nói cách khác, ch t này d n ñi n t t nhi t ñ cao và d n ñi n kém ho c không d n ñi n nhi t ñ th p. ðó là ch t bán d n. 59 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Trong b ng tu n hoàn Mendeleev, các nguyên t bán d n chi m v trí trung gian gi a các kim lo i và phi kim. ði n hình là Ge, Si ... Hai nguyên t Ge và Si trong b ng tu n hoàn phân nhóm IV, l p ñi n t ngoài cùng c a Ge, Si có 4 ñi n t (electron) và chúng liên k t ñ ng hóa tr v i nhau, t o thành m t m ng b n v ng (hình a). M ng liên k t b n v ng N u tr n vào Ge m t ít ñơn ch t thu c phân nhóm III, ch ng h n In, thì do l p ñi n t ngoài cùng c a In ch có 3 ñi n t nên thi u 1 ñi n t ñ t o ra c p ñi n t ñ ng hóa tr . Nguyên t In có th s l y 1 ñi n t c a nguyên t Ge lân c n và làm xu t hi n m t l tr ng dương. Ion Ge l tr ng này l i có th l y 1 ñi n t c a nguyên t Ge khác ñ trung hòa và bi n nguyên t Ge sau này thành m t l tr ng m i. Quá trình c th ti p di n và bán d n Ge ñư c g i là bán d n l tr ng hay bán d n dương: Bán d n P (Positive). Bán d n lo i P Bán d n lo i N N u tr n vào Ge m t ít ñơn ch t thu c phân nhóm V, ch ng h n As, thì do l p ñi n t ngoài cùng c a As có 5 ñi n t nên sau khi t o 4 c p ñi n t ñ ng hóa tr v i 4 nguyên t Ge xung quanh, thì As th a ra 1 ñi n t . ði n t này d dàng r i kh i nguyên t As và tr thành ñi n t t do. Bán d n Ge tr thành bán d n ñi n t hay bán d n âm: Bán d n lo i N (Negative). Khi nhi t ñ ch t bán d n tăng hay b ánh sáng chi u vào thì chuy n ñ ng c a các ph n t mang ñi n m nh lên nên ch t bán d n s d n ñi n t t hơn. 60 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
Các ch t bán d n có th là ñơn ch t như B, C, si, Ge, S, Se..., các h p ch t như ZnS, CdSb, AlSb, Mg3SO2, các oxyt như Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2 ..., các sulfua như ZnS, CdS, Ag2S .v.v. Hi n nay, các ch t bán d n ñư c ng d ng r t nhi u trong các lĩnh v c khoa h c, k thu t và ñ i s ng. b) Tính ch t d n ñi n m t chi u c a l p ti p xúc P-N Khi ghép 2 l p bán d n P và N l i v i nhau thì t i ch 2 m t ghép giáp nhau s hình thành m t l p ti p xúc P - N (Ký hi u J -Junction). Quá trình x y ra như sau: T i ch ghép, các ñi n t âm t do t bán d n N chuy n sang bán d n P, chúng tái h p v i các l tr ng và tr nên trung hòa v ñi n. Phía bán d n P, do m t l tr ng nên chúng tr thành mang ñi n âm. Phía bán d n N, do m t ñi n t nên tr thành mang ñi n dương. Do v y, m t ñi n trư ng E0 l p ti p xúc P-N ñư c hình thành và hư ng t N sang P. ði n trư ng này như m t b c rào ngăn không cho l tr ng t P ti p t c sang N và ñi n t t N sang P. N u n i P-N v i m t ngu n ñi n m t chi u ñ t o ra s phân c c thu n, t c là c c dương c a ngu n n i v i bán d n P, c c âm c a ngu n n i v i bán d n N thì có m t ñi n trư ng ngoài (do ngu n ngoài t o ra) hư ng t P sang N, m nh hơn E0 và ngư c hư ng E0. ði n trư ng này giúp l tr ng dương ti p t c t P sang N và ñi n t ti p t c t N sang P t o ra dòng ñi n thu n Ith ñi qua l p ti p xúc P-N. N u n i P-N ñ t o ra s phân c c ngư c, t c là c c dương c a ngu n n i v i bán d n N, c c âm c a ngu n n i v i bán d n P thì ñi n trư ng ngoài s hư ng t N sang P cùng chi u v i ñi n trư ng l p ti p xúc E0. ði n trư ng này cùng v i ñi n trư ng E0 c n tr s chuy n d ch c a các l tr ng t P sang N và ñiên t t do t N sang P nên dòng ñi n không t o ra ñư c. Trên th c t , v n có m t dòng ñi n r t nh qua l p ti p xúc khi phân c c ngư c g i là dòng ñi n ngư c hay dòng ñi n rò.V y l p ti p xúc P-N có m t tính ch t ñ c bi t là ch cho dòng ñi n ch y qua khi phân c c thu n và ngăn c n không cho dòng ñi n ch y qua khi phân c c ngư c. Tính ch t này có ñư c là do ñi n trư ng l p ti p xúc E0 hư ng t N sang P. ði n trư ng E0 t o ra m t b c rào th . 61 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n
c) ðiôt: ðiôt là linh ki n bán d n g m 2 mi ng bán d n P và N ghép l i v i nhau. ð u n i v i bán d n P g i là Anôt (A), ñ u n i v i bán d n N g i là Katôt (K). Ith 2 1 Uth Ungmax 0 A K N P 3 4 Un 5 A K Ing Hình 3.12 - C u t o, ký hi u và ñ c tính Vôn-Ampe c a ñiôt. ð c tính Vôn-Ampe c a ñiôt bi u th m i quan h I(U) gi a dòng ñi n qua ñiôt và ñi n áp ñ t vào 2 c c c a ñiôt. ð c tính Vôn-Ampe tĩnh c a ñiôt có 2 nhánh. Nhánh thu n ng v i ñi n áp thu n (sơ ñ n i m ch góc I), dòng ñi n ñi qua ñiôt tăng theo ñi n áp. Khi ñi n áp ñ t vào ñiôt vư t m t ngư ng Un c 0,1V ÷ 0,5V và chưa l n l m thì ñ c tính có d ng parabol (ño n 1). Khi ñi n áp l n hơn thì ñ c tính g n như ñư ng th ng (ño n 2). Nhánh ngư c ng v i ñi n áp phân c c ngư c (sơ ñ n i m ch góc III). Lúc ñ u, ñi n áp ngư c tăng thì dòng ñi n ngư c (dòng ñi n rò) r t nh cũng tăng nhưng r t ch m (ño n 3). T i ñi n áp ngư c |U| > Ung.max thì dòng ñi n ngư c tăng nhanh (ño n khu u 4) và cu i cùng (ño n 5) thì ñiôt b ñánh th ng. Lúc này dòng ñi n ngư c tăng v t dù có gi m ñi n áp. ði n áp này g i là ñi n áp ch c th ng. ð ñ m b o an toàn cho ñiôt, ta nên ñ ñiôt làm vi c v i ñi n áp ngư c ~ 0,8Ung.max. V i Ung < 0,8Ung.max thì dòng ñi n rò qua ñiôt nh không ñáng k và ñiôt coi như tr ng thái khóa. T ñ c tính V-A c a ñiôt có th th y ñiôt (do tính ch t ñ c bi t c a l p ti p xúc P-N) ch cho dòng ñi n ch y qua t Anôt sang Katôt khi phân áp thu n và không cho dòng ñi n ch y qua t Katôt sang Anôt khi phân c c ngư c. Hay nói cách khác, tuỳ theo ñi u ki n phân áp mà ñiôt có th d n dòng hay không d n dòng. ðiôt là m t van bán d n. Tính ch t này ñư c s d ng ñ ch nh lưu (n n) dòng ñi n xoay chi u thành m t chi u. d) Tiristor: Tiristor là linh ki n g m 4 l p bán d n pnpn liên ti p nhau t o nên Anôt, Katôt và c c ñi u khi n G (hình v ). J1 J2 J3 A K A K P1 N1 P2 N2 - + G G Hình 3.13 - C u t o và ký hi u c a Tiristor. 62 GV: Lê Ti n Dũng. B môn TðH_Khoa ði n