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

Chia sẻ: Le Tu Minh Duc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Diode công suất là linh kiện bán dẫn có hai cực, được cấu tạo bởi một lớp bán dẫn N và một lớp bán dẫn P ghép lại. Silic là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn. Silic có 4 điện tử thuộc lớp ngoài cùng trong cấu trúc nguyên tử. Nếu ta kết hợp thêm vào một nguyên tố thuộc nhóm V mà lớp ngoài cùng có 5 điện tử thì 4 điện tử của nguyên tố này tham gia liên kết với 4 điện tử tự do của Silic và xuất...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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

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.