bctntlvn (67).pdf

Luận văn tốt nghiệp

Đề tài: " Nghiên cứu thiết kế
mạch bảo vệ động cơ dùng bán
dẫn công suất"

B¸o ço tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46

Më ®Çu
1 §Æt vÊn ®Ò
HiÖn nay ®iÖn n¨ng ®· vµ ®ang lµ nguån n¨ng l−îng chÝnh t¹o ®µ cho sù
ph¸t triÓn cña mäi, ngµnh mäi lÜnh vùc ®êi sèng, kinh tÕ, quèc phßng... cña
mçi quèc gia. ë mçi thêi kú kh¸c nhau n¨ng l−îng ®iÖn th©m nhËp vµo qu¸
tr×nh s¶n xuÊt, phôc vô çc môc ®Ých cña con ng−êi còng kh¸c nhau. Nh−ng
mét ®iÒu râ rµng lµ x· héi cµng ph¸t triÓn, hiÖn ®¹i th× nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng
cµng lín vµ nã cµng ®−îc øng dông réng r·i. Tuy nhiªn n¨ng l−îng ®iÖn chØ
mang tÝnh −u viÖt khi çc th«ng sè cña nã nh− dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p, tÇn sè... æn
®Þnh ë møc cho phÐp. Cßn khi l−íi ®iÖn x¶y ra sù cè nh− mÊt mét pha, ng¾n
m¹ch, chÕ ®é mÊt ®èi xøng vÒ ®iÖn ¸p hoÆc ®¶o thø tù pha... nÕu kh«ng cã çc
biÖn ph¸p b¶o vÖ tin cËy th× sÏ g©y t¸c h¹i rÊt xÊu ®Õn thiÕt bÞ ®iÖn vµ rÊt nguy
hiÓm cho ng−êi sö dông.
V× vËy viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ øng dông çc thiÕt bÞ b¶o vÖ lµ vÊn ®Ò
rÊt quan träng. Çc thiÕt bÞ ®iÖn cµng tinh vi cµng hiÖn ®¹i th× cµng cÇn thiÕt
ph¶i b¶o vÖ. Yªu cÇu cña b¶o vÖ khi Êy ph¶i rÊt tin cËy, chÝnh x¸c vµ ®é ch¾c
ch¾n cao.
ChÕ ®é kh«ng ®èi xøng cña l−íi ®iÖn ba pha g©y qua t¶i, ph¸t nãng vµ
t¨ng tæn thÊt trong m¸y ph¸t, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, m¸y biÕn ¸p.... lµm cho
thiÕt bÞ ®iÖn ho¹t ®éng kh«ng tin cËy hoÆc bÞ háng.
ChÕ ®é mÊt ®èi xøng rÊt nguy hiÓm mµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé th−êng
gÆp lµ mÊt pha hoÆc thø tù pha thay ®æi. Khi ®ã ®éng c¬ bÞ qu¸ t¶i, m«men
quay gi¶m, nhiÖt ®é t¨ng cao lµm ch¸y háng çch ®iÖn. ThiÖt h¹i do ®éng c¬
bÞ háng hãc, lµm gi¸n ®o¹n quy tr×nh c«ng nghÖ cña nhµ m¸y, xÝ nghiÖp, g©y
ra çc hËu qu¶ nghiªm träng.
®Ó b¶o vÖ ®éng c¬ ®iÖn vµ çc thiÕt bÞ ®iÖn ba pha nãi chung ng−êi ta sö
dông çc thiÕt bÞ b¶o vÖ nh−: cÇu ch¶y, ¸pt«m¸t, r¬le..... nh−ng trong nhiÒu
tr−êng hîp chóng ta ch−a ®¹t ®−îc nhu cÇu cÇn thiÕt cña b¶o vÖ. Ch¼ng h¹n ®Ó
b¶o vÖ ®éng c¬ khi bÞ qua t¶i ng−êi ta th−êng dïng çc lo¹i r¬le nhiÖt, song

1


trong nhiÒu tr−êng hîp r¬le nhiÖt kh«ng t¸c ®éng, nhÊt lµ khi ®éng c¬ bÞ mÊt
pha vµ ®¶o pha. V× thÕ nhiÒu quèc gia trªn thÕ giíi ®· ®Çu t− m¹nh mÏ cho
viÖc nghiªn cøu vµ øng dông nh÷ng thµnh tùu míi cña khoa häc kü thuËt trªn
c¬ së ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt ®iÖn tö, ®iÖn tö c«ng suÊt.... vµo viÖc
nghiªn cøu vµ chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ.
Trong giai ®o¹n c«ng nghiÖp hãa hiÖn ®¹i hãa nÒn kinh tÕ cña ®Êt n−íc
chóng ta cÇn sö dông nhiÒu thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt ®−îc ®−a vµo trong çc
m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o nªn sù thay ®æi s©u s¾c vµ v−ît bËc trong lÜnh vùc s¶n
xuÊt vµ trong viÖc phôc vô ®êi sèng hµng ngµy.
Theo ®ã lµ sù bïng næ cña khoa häc kü thuËt, ®iÒu nµy kÐo theo sù ph¸t
triÓn vµ hoµn thiÖn cña çc triac, diod, thyristor... çc bé biÕn ®æi ngµy cµng
hiÖn ®¹i, gän nhÑ, ®é t¸c ®éng nhanh, dÔ ghÐp nèi víi çc vi m¹ch ®iÖn tö.
§Ó tiÕp thu çc tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt nh»m ®¸p øng yªu cÇu ®æi
míi c«ng nghÖ ®Ó ®−a tù ®éng hãa vµo s¶n xuÊt em xin giíi thiÖu ®Ò tµi.
“Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt.”
ë n−íc ta, nhiÒu n¨m gÇn ®©y mét sè ®¬n vÞ khoa häc kü thuËt ®· ®Çu t−
nghiªn cøu chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng mÊt pha vµ ®¶o pha ®èi víi ®éng c¬
®iÖn. C¬ s¬ cña viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o dùa trªn nh÷ng t− liÖu n−íc ngoµi vµ
c¶i tiÕn mét sè thiÕt bÞ s½n cã cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn n−íc ta.
HiÖn nay nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn theo xu h−íng thÞ tr−êng, ngµnh thiÕt bÞ
®iÖn còng ®−îc ®a d¹ng ho¸. Çc thiÕt bÞ b¶o vÖ còng v× thÕ mµ phong phó,
nhiÒu chñng lo¹i, chÕ t¹o theo nhiÒu tiªu chuÈn kh¸c nhau. Bªn c¹nh nh÷ng −u
viÖt vÒ tÝnh n¨ng kü thuËt, ph¹m vi sö dông. Çc thiÕt bÞ nµy cßn béc lé nhiÒu
trë ng¹i lµ gi¸ thµnh cao. §Æc biÖt lµ trong n«ng nghiÖp, ®èi víi çc c¬ së kinh
tÕ nhá, xÝ nghiÖp xay s¸t, chÕ biÕn n«ng s¶n, çc tr¹m b¬m c«ng suÊt nhá th×
viÖc sö dông çc thiÕt bÞ b¶o vÖ ®¾t tiÒn cho ®éng c¬ lµ mét bµi to¸n nan gi¶i.
Do cßn h¹n chÕ vÒ mÆt tr×nh ®é vµ thêi gian nghiªn cøu, kinh nghiÖm
con nhiÒu non kÐm nªn ®Ò tµi nµy ch¾c kh«ng thiÕu nh÷ng sai sãt, ch−a ®−îc

2


hoµn thiÖn. RÊt mong ®−îc sù gãp ý, gióp ®ì cña çc thÇy c« gi¸o, çc çn bé
khoa häc kü thuËt vµ çc b¹n ®ång nghiÖp quan t©m ®Õn ®Ò tµi nµy.
2 Môc ®Ých ®Ò tµi
- T×m hiÓu vÒ çc linh kiÖn b¸n dÉn vµ çc phÇn tö logic.
- Nghiªn cøu vÒ ®éng c¬ ba pha vµ sù mÊt c©n b»ng pha.
- øng dông çc linh kiÖn b¸n dÉn vµ phÇn tö logic vµo viÖc nghiªn cøu,
thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬.
3 néi dung ®Ò tµi
§Ò tµi øng dông ®iÖn tö c«ng suÊt trong Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o
vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt lµ mét ®Ò tµi réng. Çc ph−¬ng ph¸p
nghiªn cøu øng dông ®ßi hái mÊt nhiÒu thêi gian. V× thêi gian lµm ®å ¸n cã
h¹n nªn ®Ò tµi ®−îc giíi h¹n nh− sau.
Ch−¬ng1: Giíi thiÖu mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ mét sè m¹ch logic c¬
b¶n
Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu vµ ®éng c¬ ba pha
Ch−¬ng 3: ¶nh h−ëng cña nguån ®iÖn ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba
pha
Ch−¬ng 4: Mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬ ba pha
4 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
- ThiÕt kÕ, tÝnh to¸n m¹ch ®iÖn trªn lý thuyÕt.
- Tæ hîp çc tÝn hiÖu ph¸t hiÖn mÊt pha vµ ®¶o pha trªn chÝnh çc pha
cña nguån, tõ hai pha liªn tiÕp nhau ®Ó ®¶m b¶o ®óng thø tù çc pha. ViÖc tæ
hîp çc tÝn hiÖu nµy ®−îc thùc hiÖn trªn çc m¹ch logic cña NhËt: 4011, 4049,
4081.
- TiÕn hµnh l¾p r¸p kh¶o nghiÖm trong thùc tÕ ®Ó hiÖu chØnh l¹i m¹ch.

Ch−¬ng I

3


mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c m¹ch logic
c¬ b¶n
1.1 §i«t
1.1.1 §i«t c«ng suÊt
+ CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng
§i«t ®−îc h×nh thµnh tõ hai chÊt b¸n dÉn P vµ N ghÐp l¹i víi nhau t¹o
thµnh líp chuyÓn tiÕp P- N.
§i«t b¸n dÉn cã cÊu t¹o nh− h×nh 1.1

c)

H×nh 1.1: §i«t b¸n dÉn
a- CÊu tróc bªn trong cña ®i«t
b- Ký hiÖu cña ®i«t
c- H×nh d¹ng bªn ngoµi cña ®i«t
§Æc tÝnh V- A cña ®i«t biÓu diÔn quan hÖ U= f(I) gi÷a dßng ®iÖn qua
®i«t vµ ®iÖn thÕ ®Æt vµo 2 cùc ®i«t.
§Æc tÝnh V- A tÜnh cña ®i«t cã 2 nh¸nh.
Nh¸nh thuËn: øng víi ph©n ¸p thuËn (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc I) th× dßng
®iÖn t¨ng theo ®iÖn ¸p. Khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®i«t v−ît mét ng−ìng Un cì 0,1÷
0,5 V vµ ch−a lín l¾m th× ®Æc tÝnh cã d¹ng parabol (®o¹n 1). Khi ®iÖn ¸p lín
h¬n th× ®Æc tÝnh gÇn nh− ®−êng th¼ng (®o¹n 2).
§iÖn trë thuËn cña ®i«t ë 1 ®iÓm nµo ®ã trªn ®Æc tÝnh th−êng nhá vµ cã
thÓ tÝnh theo:
1 ΔI
= = tgα (1-1)
Rth ΔU

4


dI
§ã chÝnh lµ gi¸ trÞ nghÞch ®¶o ®¹o hµm cña ®Æc tÝnh cña t¹i ®iÓm
dU
tÝnh ®iÖn trë.
Nh¸nh ng−îc øng víi ph©n ¸p ng−îc (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc III). Lóc
®Çu , ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng th× dßng ®iÖn ng−îc (dßng ®iÖn rß) rÊt nhá còng t¨ng
nh−ng chËm (®o¹n 3). Tíi ®iÖn ¸p ng−îc U > 0,1V th× dßng ®iÖn ng−îc cã trÞ
sè nhá vµi mA vµ gÇn nh− gi÷a nguyªn. Sau ®ã ®iÖn ¸p ng−îc ®ñ lín U >
Ungmax th× dßng ®iÖn ng−îc t¨ng nhanh (®o¹n khuûnh 4) vµ cuèi cïng (®o¹n 5)
th× ®i«t bÞ ®¸nh thñng. Lóc nµy, dßng ®iÖn ng−îc t¨ng vät dï cã gi¶m ®iÖn ¸p.
§iÖn ¸p lóc nµy lµ ®iÖn ¸p chäc thñng. §i«t bÞ ph¸ háng. §Ó ®¶m b¶o an toµn
cho ®i«t, ta nªn cho ®i«t lµm viÖc víi ®iÖn ¸p ng−îc – 0,8 Ungmax th× dßng ®iÖn
rß qua ®i«t nhá kh«ng ®¸ng kÓ vµ ®i«t coi nh− ë tr¹ng th¸i khãa.
Vïng khuûnh lµ vïng ®iÖn trë ng−îc cña ®i«t ®ang tõ trÞ sè rÊt lín
chuyÓn sang trÞ sè rÊt nhá dÉn ®Õn dßng ®iÖn ng−îc tõ trÞ sè rÊt nhá trë thµnh
trÞ sè rÊt lín.

H×nh 1.2: §Æc tÝnh V-A cña ®i«t

5


Khi ph©n cùc thuËn th× dßng ®iÖn qua ®i«t theo c«ng thøc:
⎛ q.VD ⎞
I D = I s ⎜ e KT − 1⎟ (1- 2)
⎝ ⎠
Ta cã: q= 1,6.10-19 C
T: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi (0K)
K: H»ng sè boltzman, k=1,38 hoÆc K=1,38.10-23j/0K.
+ C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ®i«t.
- Dßng ®iÖn ®Þnh møc là dßng cùc ®¹i cho phÐp ®i qua ®i«t trong thêi
gian ®i«t më (ID).
-§iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i UNgmax lµ ®iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i cho phÐp ®Æt
vµo ®i«t trong mét thêi gian dµi khi ®i«t kho¸.
- §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc Δu lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn ®i«t khi ®i«t më vµ dßng
qua ®i«t b»ng dßng thuËn ®Þnh møc.
- Thêi gian phôc håi tÝnh kho¸ Tk lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®i«t chuyÓn
tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸.
+ C¸c øng dông cña ®i«t
- ChØnh l−u mét pha hai nöa chu kú
V1 = Vm Sinωt
V2 = -Vm Sinωt

H×nh1.3: M¹ch chØnh l−u mét pha hai nöa chu kú
- M¹ch chØnh l−u 3 pha mét nöa chu kú
V1 = Vm Sinωt
V2 = Vm (Sinωt - 2π/3)
V3 = Vm (Sinωt - 4π/3)

H×nh 1.4: M¹ch chØnh l−u ba pha mét nöa chu kú

6


- ChØnh l−u cÇu
V1

V2

H×nh 1.5: ChØnh l−u cÇu
- Dïng b¶o vÖ tranzito

H×nh 1.6: M¹ch b¶o vÖ tranzito

B¶ng 1.1: §i«t c«ng suÊt
Itb Uim ΔU Tèc ®é qu¹t Téc ®é n−íc
M· hiÖu
A V V m/s l/ph
Liªn X« (cò)
chÕ t¹o
B- 10 10 100÷ 1000 0,7
B-20 20 100÷ 1000 0,7
B-25 25 100÷ 1000 0,7 3
B-50 50 0,7 6
100÷ 1000
B-200 200 0,7 12
100÷ 1000
BK2b-350 350 0,8 4
300÷ 1000
BΠ-10 10 0,6
25 300÷ 1000 0,6 3
BΠ- 25
50 300÷ 1000 0,6 6
BΠ-50

7


BΠ-200 200 300÷ 1000 0,7 12
BΠ-1000 1000 1000 0,8 4

H·ng Thomson chÕ t¹o
ESM- 61 10 200÷ 800
BYX- 61 12 80÷ 300
BYT 30 30 200÷ 1000
BYT 60 60 200÷ 1000
BYW 80 80 50÷ 200

1.1.2 §i«t æn ¸p
§i«t æn ¸p lµ mét lo¹i ®i«t b¸n dÉn cã ®Æc tÝnh æn ¸p, ®−îc dïng s¶n
xuÊt chuyªn dông phôc vô çc thiÕt bÞ æn ¸p vµ m¹ch ®iÖn tö. Nã ®−îc ph©n
biÖt víi çc lo¹i ®i«t kh¸c cã øng dông chØnh l−u, t¸ch sãng.....
+ T¸c dông æn ¸p.
§Ó thÊy râ t¸c dông æn ¸p cña ®i«t ta h·y xÐt phÇn nghÞch cña ®Æc tuyÕn
V- A cña ®i«t æn ¸p. Khi ®iÖn ¸p nghÞch ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, th×
dßng ®iÖn nghÞch t¨ng lªn mét çch ®ét biÕn, sau ®ã øng víi ph¹m vi biÕn
thiªn rÊt lín cña dßng ®iÖn nghÞch lµ ph¹m vi biÕn thiªn rÊt nhá cña ®iÖn ¸p
nghÞch. §ã lµ hiÖn t−îng ®¸nh thñng ®iÖn.
§iÒu kiÖn ®Ó sö dông ®Æc tÝnh æn ¸p nãi trªn lµ trong m¹ch ®iÖn ®i«t æn
¸p ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ dßng ®iÖn sao cho sù ®¸nh thñng kh«ng dÉn ®Õn
sù ®¸nh thñng nhiÖt lµm háng bãng æn ¸p.
+ M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng

H×nh 1.7: M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng vµ ký hiÖu cña ®i«t æn ¸p

8


+ Nguyªn lý ®¸nh thñng: HiÖn t−îng ®¸nh thñng x¶y ra trong chuyÓn tiÕp P- N
cã thÓ do hai c¬ chÕ sau ®©y:
- HiÖn t−îng ®¸nh thñng zener (xuyªn hÇm): Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt
vµo ®ñ lín th× çc ®iÖn tö liªn kiÕt ®ång ho¸ trÞ cã thÓ ®ñ n¨ng l−îng ®Ó t¸ch
khái nguyªn tö trë thµnh ®iÖn tö tù do, t¹o ra cÆp ®iÖn tö- lç trèng. V× lóc nµy
sè h¹t dÉn t¨ng ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng.
- C¬ chÕ ®¸nh thñng th¸c lò: Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt vµo m¹nh, th×
n¨ng l−îng cña çc h¹t dÉn t¨ng lªn lín h¬n, cã thÓ x¶y ra va ch¹m lµm bøt
çc ®iÖn tö líp ngoµi cña nguyªn tö. Ph¶n øng d©y chuyÒn nµy x¶y ra lµm cho
sè h¹t dÉn t¨ng lªn ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng.
+ Çc tham sè cña ®i«t æn ¸p
- §iÖn ¸p æn ¸p lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p trªn hai cùc cña ®i«t æn ¸p khi
nã lµm viÖc trong m¹ch ®iÖn æn ¸p. Gi¸ trÞ nµy cã thÓ thay ®æi nhá, phô thuéc
vµo dßng ®iÖn c«ng t¸c nhiÖt ®é.
- Dßng ®iÖn c«ng t¸c lµ gi¸ trÞ dßng ®iÖn n»m gi÷a ®o¹n ®Æc tuyÕn lµm
viÖc cña ®i«t zener ®−îc dïng ®Ó tham kh¶o.
- HÖ sè nhiÖt ®é lµ hÖ sè biÓu thÞ sù ¶nh h−ëng cña biÕn ®æi nhiÖt ®é ®èi
víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p.
- §iÖn trë ®éng lµ tû sè gi÷a sè gia ®iÖn ¸p vµ sè gia dßng ®iÖn t−¬ng
øng. §iÖn trë ®éng thay ®æi theo dßng ®Þªn c«ng t¸c, dßng ®Þªn c«ng t¸c cµng
lín th× ®iÖn trë ®éng cµng nhá.
- C«ng suÊt tiªu hao cho phÐp lµ tham sè x¸c ®Þnh nhiÖt ®é t¨ng cao
cho phÐp. NÕu biÕt ®iÖn ¸p æn ¸p th× tÝnh ®−îc dßng ®iÖn c«ng t¸c cùc ®¹i cho
phÐp b»ng tû sè gi÷a c«ng suÊt tiªu hao cho phÐp víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p.
1.1.3 ®i«t ph¸t quang (§Ìn LED)
+ Linh kiÖn hiÓn thÞ b¸n dÉn
- Mét sè vËt liÖu b¸n dÉn ®Æc biÖt nh− hîp chÊt GaAsP, khi lµm thµnh
líp chuyÓn tiÕp P- N, nÕu cã ®iÖn ¸p thuËn ®Æt vµo, th× cã bøc x¹ quang, tøc lµ
biÕn ®iÖn n¨ng thµnh quang n¨ng. Sö dông çc chuyÓn tiÕp P- N bøc x¹ quang
cã thÓ chÕ t¹o çc linh kiÖn nh− ®i«t ph¸t quang (®Ìn LED).

9


- §Æc ®iÓm: Quang phæ ph¸t x¹ cña hiÓn thÞ b¸n dÉn phï hîp víi c¶m
thô thÞ gi¸c, ®iÖn ¸p c«ng t¸c thÊp (1,5 – 5)V, thÓ tÝch nhá, tuæi thä cao (h¬n
1000 giê lµm viÖc), dßng ®Þnh møc I®m=(10 ÷20) mA.
+ Nguyªn lý lµm viÖc.
T−¬ng tù nh− c¸c lo¹i ®i«t b¸n dÉn kh¸c, chØ cã ®iÒu kh¸c biÖt lµ d−íi
t¸c dông cña dßng ®iÖn th× vËt liÖu chÕ t¹o ®i«t quang sÏ ph¸t s¸ng. Do ®Æc
®iÓm nµy nªn vá cña ®i«t quang ph¶i trong suèt ®Ó cã thÓ nhËn biÕt ®−îc mÇu
s¾c cña ¸nh s¸ng chÊt ph¸t quang t¹o ra khi cã dßng ®iÖn t¸c dông vµo.
+ §Æc ®iÓm
- −u ®iÓm: hiÓn thÞ phï hîp víi thÞ gi¸c, æn ®Þnh vµ tin cËy, t©m hiÓn thÞ
kh¸ lín, tuæi thä cao.
- Nh−îc ®iÓm: cÇn nguån c«ng suÊt phï hîp ®Ó cã thÓ ph¸t ra ¸nh s¸ng
®ñ ®Ó cã thÓ nhËn biÕt b»ng m¾t th−êng.
1.2 Tranzito c«ng suÊt
1.2.1 CÊu t¹o
Tranzito lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm 3 líp b¸n dÉn PNP hoÆc NPN ghÐp
víi nhau nh− h×nh sau.

P N P

a) B b)
H×nh 1.8: Tranzito lo¹i PNP
a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu

C N P N E

a) B b)
H×nh 1.9: Tranzito lo¹i NPN
a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu
Líp gi÷a ®−îc gäi lµ cùc gèc (Baz¬) ký hiÖu lµ B, mét líp bªn gäi lµ
cùc ph¸t (Emiter) ký hiÖu lµ E, líp cßn l¹i lµ líp ghãp (Colect¬) ký hiÖu lµ C.

10


Líp ph¸t E cã c−êng ®é t¹p chÊt lín nhÊt, líp gèc B cã nång ®é t¹p chÊt
nhá nhÊt. §Ó ph©n biÖt víi çc lo¹i tranzito kh¸c, tranzito PNP vµ NPN cßn
gäi lµ tranzito l−ìng nèi viÕt BJT (Bipolar Juntion Tranzito).
1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng
Trong ®iÖn tö c«ng suÊt ng−êi ta dïng phæ biÕn nhÊt lo¹i tranzito NPN.
tranzito c«ng suÊt ®−îc dïng ®Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn mét chiÒu c−êng ®é
t−¬ng ®èi lín, v× vËy chóng chØ lµm viÖc ë hai tr¹ng th¸i ®ãng vµ tr¹ng th¸i
më.
§Ó tranzito lµm viÖc ng−êi ta ph¶i ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu tíi çc cùc B
cña tranzito gäi lµ ph©n cùc cho tranzito.

a) b)
H×nh 1.10: S¬ ®å ph©n cùc cña tranzito npn (a) vµ pnp (b) ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
§Ó ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc ta lÊy tranzito pnp lµm vÝ dô. Do JE
ph©n cùc thuËn nªn çc h¹t ®a sè (lç trèng) tõ miÒn E phun qua JE t¹o nªn
dßng emit¬ (IE). Chóng tíi vïng baz¬ t¹o thµnh h¹t thiÓu sè vµ tiÕp tôc khuÕch
t¸n s©u vµo vïng baz¬ h−íng tíi JC. Trªn ®−êng khuÕch t¸n mét phÇn nhá bÞ
t¸i hîp víi h¹t ®a sè cña baz¬ t¹o nªn dßng ®iÖn cùc baz¬ (IB). Do cÊu t¹o
miÒn baz¬ máng nªn gÇn nh− toµn bé çc h¹t khuÕch t¸n tíi ®−îc bê cña JC vµ
bÞ tr−êng gia tèc (do JC ph©n cùc ng−îc) cuèn qua tíi ®−îc miÒn colect¬ t¹o
nªn dßng ®iÖn colect¬ (IC). Qua viÖc ph©n tÝch trªn ta cã mèi qua hÖ vÒ dßng
®iÖn trong tranzito: IE= IB + IC (1-3)
§Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hao hôt dßng khuÕch t¸n trong vïng baz¬ ng−êi ta
®Þnh nghÜa hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α cña tranzito.

11


IC
α= (1- 4)
IE

HÖ sè α x¸c ®Þnh chÊt l−îng cña tranzito vµ cã gi¸ trÞ cµng gÇn mét víi
çc tranzito lo¹i tèt.
§Ó ®¸nh gi¸ t¸c dông ®iÒu khiÓn cña dßng ®iÖn IB tíi dßng colect¬ (IC),
ng−êi ta ®Þnh nghÜa vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β cña tranzito.
IC
β= (1- 5)
IB

β th−êng cã gi¸ trÞ trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m.
Tõ çc biÓu thøc trªn ta cã mèi quan hÖ gi÷a çc hÖ sè:
IE= IB(1+β) (1- 6)
β
vµ α= (1- 7)
1+ β

−u ®iÓm næi bËt cña tranzito lµ chØ cÇn ®iÒu khiÓn dßng IB lµ cã thÓ ®iÒu
khiÓn cho tranzistor ®ãng ng¾t dÔ dµng.
1.2.3 Çch thøc ®iÒu khiÓn tranzito
Gäi IC lµ dßng colect¬ chÞu ®−îc ®iÖn ¸p b·o hoµ VCEsat khi tranzito dÉn
dßng b·o hoµ IB= IBbh vµ khi kho¸ IB= 0; VCEsat=VCE.
+ M¹ch trî gióp tranzito më
Khi tranzito chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ®ãng sang tr¹ng th¸i më. M¹ch trî
gióp bao gåm çc phÇn tö tô ®iÖn (C), ®iÖn trë (R2), ®i«t(D2)

12


H×nh 1.11: M¹ch trî gióp tranzito më
tf: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó IC tõ gi¸ trÞ max gi¶m xuèng 0
Dßng ®iÖn t¶i I lµ thêi gian chuyÓn m¹ch cña tranzito rÊt ng¾n vËy cho
nªn dßng t¶i = const.
S¬ kiÖn: VCE = 0
IC = I ID = 0 (1- 8)
Khi cho xung ¸p ©m t¸c ®éng vµo cùc gèc baz¬ cña tranzito dßng IC
gi¶m xuèng kh«ng trong kho¶ng thêi gian tf. NÕu kh«ng cã m¹ch trî gióp ta
cã: I = IC + ID = const (1-9)
Khi gi¶m IC th× ID T¨ng lªn ngang D1 sÏ lµm ng¾n m¹ch t¶i n¨ng l−îng
tiªu t¸n bªn trong tranzito sÏ lµ:
U . I .t f
WT = (1-10)
2
ChÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c thªm m¹ch trî gióp më cho trazito.
I= IC ≈ ID = const
Khi IC b¾t ®Çu gi¶m th× I1 còng b¾t ®Çu t¨ng(IC vµ I1 phi tuyÕn víi nhau,
lóc nµy tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn)
dVc I − I C
= (1-11)
dt C

13


Khi t = tf ; Ic = 0 Vc (tf)= V0 = VCE << VCC
dVc I
= (1-12)
dt C
Sau thêi gian tf tô C ®−îc n¹p b»ng dßng I, cho ®Õn khi Vc = VCE lóc nµy
D1 cho dßng ch¹y qua, thêi gian tæng céng cña qu¸ tr×nh chuyÓn sang tr¹ng
th¸i më lµ tc.
§iÖn dung ®−îc tÝnh gÇn ®óng b»ng c«ng thøc:
dvCE U
I1 = I = C ≈C
dt tF
ItF
⇒ C= (1- 13)
U

Trong thùc tÕ ng−êi ta chän C trong kho¶ng. 2tf ≤ tF ≤ 5tf
+ M¹ch trî gióp ®ãng tranzito

L

H×nh 1.12: M¹ch trî gióp ®ãng tranzito
Khi tranzito tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i ®ãng m¹ch trî gióp ®ãng
cña tranzito gåm c¸c phÇn tö cuén c¶m (L), ®i«t(D3), ®iÖn trë (R3) cã chøc

14


n¨ng h¹n chÕ sù t¨ng vät cña dßng IC trong kho¶ng thêi gian ®ãng Ton cña
tranzito.
Ton: lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó VCE gi¶m tõ ®iÖn ¸p nguån VCC xuèng VCE≈ 0.
Thêi gian tæng céng cho qóa tr×nh ®ãng lµ tf.
®iÖn c¶m L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
di Δi I UR
L =U = L = L ⇒ L = (1- 14)
dt Δt R I
§Ó chän L ta chän thêi gian ®ãng tr trong kho¶ng: 2ton < tr < 5ton
§iÖn trë R4 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong
cuén c¶m (L) t¹o ra trong m¹ch L; D5; R4 trong kho¶ng thêi gian tc chuyÓn
sang tr¹ng th¸i më cña tranzito.
Nh− vËy tc ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn.
i
tc > (1-15)
R4
§iÖn trë R5 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ®iÖn phãng cña tô ®iÖn C trong
m¹ch víi kho¶ng thêi gian ®ãng tf.
Ta cã D6: T¹o m¹ch ®èi víi xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc gèc baz¬
D5: h¹n chÕ dßng ®iÒu khiÓn cho cùc gèc (baz¬)
D4: Dïng ®Ó chèng b·o hoµ
1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt
+ M¹ch khuÕch ®¹i

H×nh: 1.13: Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
- Trong thùc tÕ tranzito th−êng ®−îc lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸
- Khi dßng ë cùc gèc b»ng kh«ng dßng ®iÖn cùc ghãp b»ng kh«ng,

15


tranzito lóc nµy hë m¹ch hoµn toµn.
- Khi dßng ®iÖn ë cùc gèc cã gi¸ trÞ b·o hoµ th× tranzito trë vÒ tr¹ng th¸i
dÉn hoµn toµn.
1.2.5 C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña tranzito
- §é khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β
β cã trÞ sè thay ®æi theo dßng IC. Khi dßng IC nhá th× β thÊp, dßng IC
t¨ng th× β t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i nÕu tiÕp tôc t¨ng IC ®Õn møc b·o hoµ th× β
gi¶m.
IC
β= (1-16)
IB
- Dßng ®iÖn giíi h¹n
Dßng ®iÖn qua tranzito ph¶i ®−îc giíi h¹n ë møc cho phÐp nÕu qu¸ trÞ
sè th× tranzito sÏ bÞ h−.
ICmax : lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc colect¬
IBmax: lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc baz¬
- §iÖn thÕ giíi h¹n
§iÖn thÕ ®¸nh thñng BV (breakdown Voltage) lµ ®iÖn thÕ ng−îc tèi ®a
®Æt vµo gi÷a c¸c cÆp cùc.
- TÇn sè c¾t
TÇn sè thiÕt ®o¹n (f cut- off) lµ tÇn sè mµ tranzito hÕt kh¶ n¨ng khuÕch
®¹i lóc ®ã ®iÖn thÕ ngâ ra b»ng ®iÖn thÕ ngâ vµo.

B¶ng 1.2 Giíi thiÖu mét sè lo¹i tranzito

16


VCE VCE0 VCE,sat IC I tf ton ts Pm
M· hiÖu
V V V A A μs μs μs W
BUV, (BUX)20 160 125 1,2 50 5 0,3 1,5 1,2 250
(50)
21 250 200 1,5 40 3 0,12 1,8 1,2 50
22 300 250 1,5 40 2,5 0,5 1,3 2 50
23 400 325 1 30 3,2 1,2 1,3 2,5 50
24 450 400 1 20 2,4 1,4 1,6 3 50

BUT 90 200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1,5 250
91 300 200 1,2 50 4 0,3 1 1,5 250

BUX 47 850 400 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125
47A 1000 450 1,5 9 1 0,8 1 3 125
48 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175
48A 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175
98 850 400 1,5 30 4 0,8 1 3 250
98C 1200 700 1,5 30 3 0,8 1 3 250

ESM 3000 200 100 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400
3001 200 150 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400
3002 250 200 1,5 140 28 0,7 1,5 2 400
3004 600 400 1,5 120 13 1 1,5 3,5 400
3005 600 500 1,5 120 10 1 1,5 3,5 400
3006 1000 600 1,5 50 7 1,5 1,5 5 300
3007 1000 700 1,5 50 6 1,5 1,5 5 300

1.3 Thyristor
1.3.1 CÊu t¹o

17


Thyristor cßn ®−îc gäi lµ SCR (Silicon controlled Rectifier) bé n¾n ®iÖn
®−îc ®iÒu khiÓn b»ng chÊt silicum.
Thyristor lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm b¸n dÉn gåm 4 líp P- N- P- N ghÐp
nèi tiÕp t¹o nªn 3 cùc Anode ký hiÖu lµ A d−¬ng cùc, Catode ký hiÖu lµ K ©m
cùc vµ cùc Gate ký hiÖu lµ G lµ cùc ®iÒu khiÓn hay cùc cöa.
J1, J2, J3 lµ çc mÆt ghÐp.

a

b

c
c
H×nh 1.14: Thyristor a- S¬ ®å cÊu tróc bªn trong
b- Ký hiÖu c- Çc lo¹i thyristor
1.3.2 Nguyªn lý lµm viÖc
Tïy theo çch nèi cña A vµ K cña thyristor víi nguån ®iÖn mét chiÒu
mµ thyristor cã thÓ ®−îc ph©n ¸p ng−îc hay ph©n ¸p thuËn.
Khi ph©n ¸p ng−îc (an«t nèi víi cùc ©m nguån, cat«t nèi víi cùc d−¬ng
nguån) nh− h×nh1.15 th× líp ph©n cùc J2 ph©n cùc thuËn (®iÖn trë rÊt nhá)
nh−ng çc líp tiÕp xóc J1 vµ J3 l¹i ph©n cùc ng−îc (®iÖn trë rÊt lín) kh«ng cã
dßng ®iÖn qua tõ K sang A. Phô t¶i (bãng ®Ìn) kh«ng cã dßng ®iÖn ch¶y qua
vµ kh«ng s¸ng. Thùc sù th× vÉn cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ cì
vµi mA. §Æc tÝnh V- A khi ph©n ¸p ng−îc lµ nh¸nh thuéc gãc phÇn t− thø III.

18


Khi ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng ®Õn mét trÞ sè nµo ®ã ®ñ lín (Uct) th× thyristor
bÞ chäc thñng gièng nh− tr−êng hîp cña ®i«t vµ kÕt qu¶ lµ dßng ®iÖn ng−îc
t¨ng lªn rÊt nhanh vµ m¹nh.
Khi ph©n ¸p thuËn (an«t nèi víi cùc d−¬ng nguån, cat«t nèi víi cùc ©m
nguån) nh− h×nh 1.15 th× c¸c líp J1 vµ J3 ®−îc ph©n cùc thuËn, ®iÖn trë rÊt
nhá, nh−ng líp J2 l¹i bÞ ph©n cùc ng−îc, cã ®iÖn trá rÊt lín. Do vËy, tr−êng
hîp nµy còng chØ cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá ch¶y qua líp J2 (thuéc gãc phÇn
t− thø I).

H×nh 1.15: S¬ ®å ph©n ¸p ng−îc vµ thuËn cña mét thyristor
Thyristor kh¸c víi ®i«t ë chç: ®i«t dÉn ®iÖn ngay sau khi ph©n ¸p thuËn,
cßn thyristor cã ph©n ¸p thuËn còng ch−a dÉn ®iÖn. Muèn cho thyristor th«ng
khi cã ph©n ¸p thuËn cÇn ph¶i cã ®iÒu kiÖn. §iÒu kiÖn g×? §ã lµ ph¶i cÊp mét
xung ¸p d−¬ng vµo cùc ®iÒu khiÓn G khi thyristor ®−îc ph©n ¸p thuËn. Xung
d−¬ng ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc t¹o ra mét c¸ch ®¬n gi¶n nhê ®ãng c«ng t¾c K ë
H×nh 1.16

19


H×nh 1.16: S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn thyristor
Khi ®ã, líp tiÕp xóc J3 ®−îc ph©n ¸p thuËn thªm trùc tiÕp bëi nguån Eg
nªn dßng ®iÖn qua líp J3 t¨ng m¹nh. Çc ®iÖn tö tõ çc nguån ngoµi qua N2
chuyÓn dÞch sang P2 víi ®éng n¨ng lín. Mét phÇn vÒ cùc G h×nh thµnh dßng
®iÒu khiÓn Ig, phÇn kh¸c lín h¬n, v−ît qua líp J2 vµo N1 råi qua P1 vÒ nguån
t¹o ra dßng Ia. Khi çc ®iÖn tö líp J2 víi ®éng n¨ng lín sÏ b¾n ph¸ çc nguyªn
tö trung hßa trong líp tiÕp xóc, t¹o ra çc ®iÖn tö tù do kh¸c. Sè ®iÖn tö míi
l¹i b¾n ph¸ tiÕp çc nguyªn tö trung hßa kh¸c.... cø nh− thÕ, sè ®iÖn tö tù do
t¨ng lªn rÊt nhanh, sè çc phÇn tö dÉn ®iÖn t¨ng vät, ®iÖn trë trong cïng ®iÖn
tr−êng rµo thÕ gi¶m m¹nh vµ dßng ®iÖn qua thyristor t¨ng vät. §iÓm lµm viÖc
chuyÓn tõ T1 sang T2 råi T h×nh 1.17. Thyristor ë tr¹ng th¸i th«ng.
TrÞ sè dßng ®iÖn Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë trong m¹ch phô t¶i (ë h×nh:
1.16 dßng Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë cña bãng ®Ìn).
Khi thyristor th«ng ®iÖn trë trong R13 cña nã rÊt nhá (cì vµi phÇn trôc
hoÆc phÇn tr¨m cña mét «m) nªn sôt ¸p ΔU13 kh«ng ®¸ng kÓ (kh«ng qu¸ 1V).
Khi thyristor ®· th«ng, dßng ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× v× cã c¾t
dßng ®iÒu khiÓn th× thyristor vÉn th«ng. Nguyªn do v× dßng Ia qua líp J2 sÏ
tiÕp tôc lµm ®iÖn trë líp J2 gi¶m thÊp vµ duy tr× sù dÉn ®iÖn. Qua líp nµy tõ N1
sang P2.
NÕu khi cho xung dßng ®iÒu khiÓn vµo cùc G ®Ó kÝch th«ng thyristor
mµ ®iÖn ¸p thuËn gi¶m thÊp, ®o¹n OT1 trë thµnh OT’1, OT”1.... Th× cÇn ph¶i
t¨ng dßng ®iÒu khiÓn lín h¬n I”®k1 > I’®k1> I®k1. Khi dßng ®iÒu khiÓn t¨ng tíi

20


gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp I®kmax (th−êng cì vµi chôc ®Õn trªn 100mA, tïy lo¹i
thyristor) th× ®o¹n OT1, OT’1, OT”1...... trë thµnh OT2 nghÜa lµ ®Æc tÝnh V- A
cña thyristor sÏ nh− ®Æc tÝnh V- A cña ®i«t.

H×nh 1.17: §Æc tÝnh V- A cña thyristor
1.3.3 øng dông cña thyristor
+ øng dông cña thyristor trong ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
S¬ ®å

H×nh 1.18: øng dông cña thyristor trong ®iÒu khiÓn ®éng c¬
DC: lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
Dßng ®iÖn qua ®éng c¬ chØ lµ dßng ®iÖn ë nöa chu kú d−¬ng vµ ®−îc thay ®æi
trÞ sè b»ng c¸ch thay ®æi më kÝch cña dßng ®iÖn IG khi thyistor ch−a dÉn th×

21


kh«ng cã dßng ®iÖn qua ®éng c¬. §i«t dÉn ®iÖn n¹p vµo tô qua ®iÖn trë R1 vµ
biÕn trë VR. §iÖn thÕ cÊp cho cùc G lÊy trªn tô C vµ qua cÇu ph©n ¸p R2, R3.
Tô n¹p ®iÖn qua R1 vµ VR víi h»ng sè thêi gian lµ τ = C(R1 + VR)
Khi thay ®æi trÞ sè VR sÏ lµm thay ®æi thêi gian n¹p cho tô tøc lµ lµm
thay ®æi thêi ®iÓm cã dßng xung kÝch IG sÏ lµm thay ®æi thêi ®iÓm dÉn ®iÖn
cña Thyistor tøc lµ thay ®æi dßng ®iÖn qua ®éng c¬ vµ lµm cho tèc ®é cña
®éng c¬ bÞ thay ®æi.
Khi nguån AC cã nöa chu kú ©m th× ®i«t D vµ thyristor ®Òu bÞ ph©n cùc
ng−îc ®i«t ng−ng dÉn, thyristor còng ng−ng dÉn.
Thyristor dïng víi nguån mét chiÒu th× cã thÓ b¸o ®éng khi qu¸ nhiÖt,
qu¸ ¸p suÊt, th× nót Ên M bÞ nhÊn. Thyristor sÏ ®−îc kÝch dÉn ®iÖn vµ duy tr×
tr¹ng th¸i dÉn ®Ó cÊp ®iÖn cho ®Ìn vµ cßi b¸o.
1.3.4 C¸c th«ng sè chñ yÕu cña thyristor.
+ TrÞ sè hiÖu dông ®Þnh møc cña dßng ®iÖn an«t Iahd ®ã lµ trÞ sè hiÖu dông
cña dßng ®iÖn cùc ®¹i cho phÐp ®i qua thyristor trong mét thêi gian dµi khi
thyristor më.
Khi thyistor dÉn ®iÖn th× VAK= 0,7V nªn dßng ®iÖn thuËn qua thyistor cã
thÓ tÝnh theo c«ng thøc:
Vcc − 0,7V
Ia = (1-17)
RL
RL : t¶i thuÇn trë
VCC: ®iÖn ¸p qua thyristor
+ Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn kÝch më IGT lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG g©y më
thyristor
+ §iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i Ungmax lµ ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc A vµ K cho phÐp ®Æt
thyristor .
+ §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc Δua lµ ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc A vµ K khi thyristor më
vµ ®ång thêi dßng ®iÖn b»ng dßng ®iÖn ®Þnh møc.

22


+ Thêi gian phôc håi tÝnh kho¸ lµ thêi gian tèi thiÓu cÇn thiÕt ®Ó thyristor
phôc håi tÝnh kho¸.

B¶ng 1.3 Thyristor do h·ng Toshiba, NhËt B¶n chÕ t¹o

I Ui,m toff
M· hiÖu
A KV μs
SFOR1 0,1 0,1÷ 0,4
SFOR3 0,3 0,1÷ 0,6
SF1 1 0,1 ÷ 0,4
SF2 2 0,1÷ 0,6
SF2R5 2,5 0,1 ÷ 0,4
SF3 3 0,1÷ 0,6
SF5 5 0,1÷ 0,4
SF10 10 0,1 ÷ 1
SF16 16 0,1÷ 1,2
SF100 100 0,4÷ 1,6
SF300 300 0,4÷ 1,6
SF1000 1000 2,5 ÷ 4
SF1500 1500 2,5 ÷ 4

SH2 2 0,1÷ 0,4 15
SH16 16 0,1 ÷ 0,5 10
SH80 80 0,2 ÷ 1,6 15 ÷ 30
SH150 150 0,2 ÷ 1,6 15 ÷ 30
SH400 400 0,2 ÷ 1,3 15 ÷ 80

1.4 triac

23


1.4.1 CÊu t¹o
Triac lµ linh kiÖn b¸n dÉn t−¬ng tù nh− hai thyristor nèi song song
ng−îc gåm hai cùc vµ chØ cã mét cùc ®iÒu khiÓn.

b) c

H×nh 1.19: Triac
a, CÊu tróc bªn trong
b, H×nh vÏ cÊu t¹o
c, Ký hiÖu

1.4.2 Nguyªn lý lµm viÖc
Theo cÊu t¹o cña mét triac ®−îc xem nh− hai thyristor ghÐp song song
vµ ng−îc chiÒu nªn.
Khi kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña triac ng−êi ta kh¶o s¸t nh− hai thyristor
+ Khi cùc T2 cã ®iÖn thÕ d−¬ng vµ cùc G ®−îc kÝch xung d−¬ng th× triac dÉn
®iÖn theo chiÒu tõ T2 qua T1 nh− h×nh:1.20

+ Khi cùc T2 cã ®iÖn thÕ ©m cùc G ®−îc kÝch xung ©m th× triac dÉn
®iÖn theo chiÒu T1 ®Õn T2 nh− h×nh: 1.21

24


+ Khi triac ®−îc dïng trong m¹ch xoay chiÒu c«ng nghiÖp khi nguån ë
nöa chu k× d−¬ng cùc G cÇn ®−îc kÝch xung d−¬ng, cßn khi nguån ë nöa chu
k× ©m cùc G cÇn ®−îc kÝch xung ©m triac cho dßng ®iÖn qua ®−îc c¶ hai
chiÒu. H×nh 1.22

1.4.3. §Æc tÝnh volt-ampe cña triac
Triac cã ®Æc tÝnh volt-ampe gån hai phÇn ®èi xøng nhau qua ®iÓm O hai
phÇn nµy gièng nh− ®Æc tuyÕn cña hai SCR m¾c ng−îc chiÒu nhau.

H×nh 1.23: §Æc tÝnh V- A cña triac
Triac cã thÓ më trong 4 tr−êng hîp:

25


UGT1> 0 vµ UT1T2 > 0
UGT1< 0 vµ UT1T2 > 0
UGT1> 0 vµ UT1T2 < 0
UGT1< 0 vµ UT1T2< 0
Nh− vËy Triac thÓ më theo hai chiÒu.
ChiÒu thuËn tõ T2 ®Õn T1 khi UT1T2 > 0 vµ t¸c dông vµo cùc G mét ®iÖn
¸p d−¬ng UGT1 < 0
ChiÒu thuËn tõ T1 ®Õn T2 khi UT1T2< 0 vµ t¸c dông vµo cùc G mét ®iÖn
¸p ©m UGT1 < 0
1.4.4 M¹ch ®iÒu khiÓn
§Ó ®iÒu khiÓn ®−îc triac ta cã s¬ ®å nh− h×nh 1.24

H×nh1.24: S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn triac
M¹ch ®iÒu khiÓn gåm 1 biÕn trë (R) tô ®iÖn C, triac vµ mét ®iÖn trë phô
Rp ®Ó giíi han dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG, ®iÖn ¸p cÊp cho m¹ch lµ ®iÖn ¸p xoay
chiÒu h×nh sin: u= Umsinωt
Gi¶ thiÕt t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu (ωt=0) tô ®iÖn C ®· phãng hÕt ®iÖn, vµ
®iÖn ¸p trªn nã UC= 0 th× khi u t¨ng theo chiÒu d−¬ng (u > 0) tô ®iÖn C ®−îc
n¹p ®iÖn theo chiÒu d−¬ng qua ®iÖn trë R vµ Uc t¨ng theo quy luËt hµm sè mò
cã tèc ®é t¨ng phô thuéc vµo R, ®iÖn trë R cµng nhá th× dßng ®iÖn n¹p cµng
lín vµ tèc ®é t¨ng cña UC cµng nhanh.

§å thÞ biÕn thiªn cña u theo ωt nh− ®å thÞ h×nh 1.25

26


H×nh1.25: D¹ng sãng cña m¹ch ®iÒu khiÓn
§å thÞ h×nh 1.25 biÓu diÔn sù biÕn thiªn cña Uc theo ωt t−¬ng øng víi
gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh cña R. T¹i gãc pha ϕ0 Uc ®−îc n¹p b»ng ®iÖn ¸p chuyÓn ®æi
Uc® cña triac D. Triac D më, tô C phãng ®iÖn qua Rp, triac D vµ phÇn gi÷a G
vµ T1 ®iÒu ®ã t¹o ra mét xung dßng ®iÖn IG (®−êng cong 3 h×nh 1.25) vµ më
triac. Triac D tiÕp tôc më cho ®Õn hÕt nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p Ua t¹i gãc
pha ωt = π. §iÖn ¸p u gi¶m ®Õn 0 dßng ®iÖn qua triac Ia còng gi¶m ®Õn 0 v× t¶i
thuÇn trë vµ u, Ia cïng pha. Do ®ã triac kho¸ l¹i sang nöa chu kú ©m cña u. Tô
®iÖn C ®−îc n¹p theo chiÒu ©m vµ Uc t¨ng.
T¹i gãc pha ϕ = ϕ0 + π, ®iÖn ¸p Uc = Uc® triac D më tô ®iÖn C phãng
®iÖn qua ®iÖn trë Rp chiÒu dßng ®iÖn ®i tõ cùc G cña triac D, Rp vÒ nguån ®iÒu
®ã t¹o ra mét xung dßng ®iÖn ©m IG (®−êng cong 4 h×nh 1.25) vµ më triac theo
chiÒu tõ T1 ®Õn T2 triac tiÕp tôc më cho ®Õn hÕt chu kú ©m, trong suèt thêi
gian më cña triac ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë R1 b»ng ®iÖn ¸p Ua (v× khi triac më

27


®iÖn ¸p r¬i trªn nã rÊt nhá). Do ®ã ®iÖn ¸p UR trªn R1 biÕn thiªn theo ωt (nh−
®−êng 5 h×nh 1.25) tõ ®ã rót ra gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p uR trªn t¶i R1.
2π
1
uR = ∫u d ωt
2
(1-18)
2π
R
0

Trong ®ã gãc më chËm ϕ0 phô thuéc vµo biÕn trë R cña m¹ch ®iÒu
khiÓn do ®ã b»ng c¸ch thay ®æi biÕn trë R ta cã thÓ thay ®æi ϕ0 vµ thay ®æi trÞ
sè UR cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Rt.
2π π
2⎛ sin 2ϕ ⎞
∫ uR dωt = 2θ∫ u dωt = U ⎜ π − t0 + 2 0 ⎟
2 2

0 0
⎝ ⎠

1 ϕ0 1
⇒ uR = U − + sin 2ϕ 0 (1-19)
2 2π 4
1.4.5 øng dông cña triac.
Triac ®−îc øng dông trong mét sè m¹ch, ®iÒu chØnh ¸nh s¸ng ®Ìn ®iÖn,
nhiÖt ®é lß, ®iÒu chØnh chiÒu quay vµ tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
1.4.6 C¸c th«ng sè cña triac
+ §iÖn ¸p ®Þnh møc U®m: §ã lµ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp ®Æt vµo triac theo
chiÒu thuËn hoÆc chiÒu ng−îc trong thêi gian dµi.
+ Dßng ®iÖn hiÖu dông ®Þnh møc I®m: §ã lµ trÞ sè hiÖu dông ®inh møc cùc
®¹i cho phÐp cña dßng ®iÖn ®i qua triac trong mét thêi gian dµi.
+ Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn triac: §ã lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG ®¶m b¶o më
triac.
+ Dßng ®iÖn duy tr× IH: §ã lµ trÞ sè tèi thiÓu cña dßng ®iÖn an«t ®i qua triac
®Ó duy tr× triac ë tr¹ng th¸i më.
+ §iÖn ¸p r¬i trªn Triac Δu
§ã lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn triac khi triac dÉn vµ dßng ®iÖn qua triac b»ng
dßng ®Þnh møc.

B¶ng 1.4: Th«ng sè chÝnh cña mét vµi lo¹i Triac

28


N¬i chÕ t¹o M· hiÖu U (V) I (A) Ig (mA) Ug (V)
Liªn X« (cò) TC- 60 50÷ 1000 80 400 7
TC- 125 50÷ 1000 125 400 7
TC- 160 50÷ 1000 160 400 7
NhËt b¶n SM2B41 100 2
TOSHIBA SM12D41 200 12
SM150G13 400 150
SM300J13 600 300
SM300Q13 1200 300

2AC3T 300 2 20 50
6AC5F, S 500 6 50
NEC 10AC6F, S 600 10 50
16AC6D1 600 16 50
25AC65 600 25 50
70AC10S 1000 70 200
300AC12S 1200 300 300
Mü SC245 200÷ 500 6 50 2,5
GE SC60 200÷ 500 25 50 2,5
TIC205A 100 2 5 2
TIC215B 200 3 5 2,5
TI TIC263D 400 25 50 2,5
TIC263M 600 25 50 2,5
CHLB §øc BTA41- 200 200 40 50
BTA41- 600 400 40 50
BTA41- 700 700 50 50

1.5 c¸c phÇn tö logic c¬ b¶n

29


1.5.1 M¹ch AND dïng ®i«t b¸n dÉn
+ M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu H×nh 1.26
A vµ B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo. Møc thÊp cña tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ 0 V, møc cao
cña tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ 3V. Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra.

H×nh1.26: Cæng AND
a) ký hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý ho¹t ®éng Cã 4 tr−êng hîp kh¸c nhau ë ®Çu vµo.
- Tr−êng hîp 1:
Khi VA= VB= 3V, hai ®i«t DA vµ DB th«ng víi nguån E0= +12V qua
®iÖn trë R0, chóng ®Òu cã ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn, chóng ®Òu dÉn ®iÖn. VZ=
VA + VD= 3 + 0,7= 3,7V.
- Tr−êng hîp 2:
Khi VA= 3V, VB= 0V. DA vµ DB cã ®Çu an«t nèi chung. Cat«t cña DB cã
®iÖn thÕ thÊp h¬n nªn ch¾c ch¾n dÔ dÉn ®iÖn h¬n. Mét khi DB ®· dÉn ®iÖn th×
VZ= VZ- VA= 0,7- 3= -2,3V.
VËy DA chÞu ph©n cùc ng−îc, nã ë tr¹ng th¸i ng¾t hë m¹ch, kh«ng ph¶i
dÉn ®iÖn nh− ta t−ëng lóc tho¹t ®Çu nh×n vµo m¹ch ®iÖn. §iÖn thÕ VZ= 0,7V
gäi lµ ®iÖn thÕ ghim.
- Tr−êng hîp 3:

30


Khi VA= 0V, VB= 3V. Qu¸ tr×nh ph©n tÝch t−¬ng tù sÏ cho ta kÕt qu¶ DA
dÉn, DB ng¾t. VZ ®−îc ghim ë 0,7V do DA dÉn ®iÖn.
- Tr−êng hîp 4:
Khi VA= VB= 0V. DA vµ DB ®Òu dÉn. VZ còng ®−îc ghim ë møc 0,7V.
Tãm l¹i ta cã b¶ng 1.5 sau.
B¶ng chøc n¨ng
VA(V) VB(V) VZ(V)
0 0 0.7
0 3 0.7
3 0 0.7
3 3 3.7
B¶ng nµy biÓu thÞ quan hÖ t−¬ng øng c¸c møc ®iÖn ¸p gi÷a ®Çu ra víi
®Çu vµo ®−îc gäi lµ b¶ng chøc n¨ng.
Quy −íc: Møc ®iÖn ¸p cao øng víi møc logic lµ 1.
Møc ®iÖn ¸p thÊp øng víi møc logic lµ 0.
+ B¶ng ch©n lý
Trong m¹ch sè, ®Ó thuËn tiÖn. Th−êng dïng kÝ hiÖu 1 vµ 0 biÓu thÞ møc
cao vµ møc thÊp. Tõ b¶ng 1.5.1 ta dïng 1 thay thÕ møc cao, dïng 0 thay thÕ
møc thÊp, dïng A, B thay thÕ VA, VB, dïng Z thay thÕ VZ, kÕt qu¶ thay thÕ lµ
b¶ng ch©n lý 1.5
B¶ng 1.6: B¶ng ch©n lý cæng AND
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

1.5.2 M¹ch OR

31


+ M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu: H×nh 1.27
A, B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo. Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra.

H×nh 1.27: M¹ch OR
a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc
Ph©n tÝch t−¬ng tù nh− m¹ch ®iÖn AND , ta xÐt 4 tr−êng hîp kh¸c nhau
ë ®Çu vµo. KÕt qu¶ ta ®−îc b¶ng chøc n¨ng 1.7
B¶ng chøc n¨ng ®iÖn ¸p cña m¹ch ®iÖn h×nh: 1.27
B¶ng 1.7
VA(V) VB(V) VZ(V)
0 0 - 0,7
0 3 + 2,3
3 0 + 2,3
3 3 + 2,3
Ta thÊy chØ cÇn cã 1 tÝn hiÖu ®Çu vµo ë møc cao th× VZ ë møc cao. §ã lµ
quan hÖ Logic OR.
B¶ng ch©n lý

32


A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Ta thÊy r»ng mèi quan hÖ gi÷a tÝn hiÖu ®Çu ra Z víi c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo
A, B ®−îc biÓu thÞ b»ng phÐp céng Logic:
Z= A+ B
1.5.3 Cæng NOT
+ M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu (H×nh: 1.28)
V1(A) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo
V0(z) lµ tÝn hiÖu ®Çu ra
Eq lµ nguån ®iÖn ¸p ghim
Dq lµ ®i«t ghim

EB= -12V

H×nh: 1.28: Cæng NOT
a) KÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc
Trong cæng NOT tranzito cÇn lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng më. Khi V1 ë
møc thÊp th× T ng¾t hë m¹ch, V0 ë møc cao. Khi V1 ë møc cao th× T th«ng b·o
hoµ, V0 ë møc thÊp. Nh− vËy m¹ch cã chøc n¨ng logic NOT. T¸c dông cña
nguån ©m lµ EB lµ b¶o ®¶m T ng¾t hë tin cËy khi V1 ë møc thÊp. EQ vµ DQ cã
t¸c dông gi÷ møc cao ®Çu ra ë gi¸ trÞ quy ®Þnh. §Ó ph©n tÝch nguyªn lý c«ng
t¸c cæng NOT, ta h·y ¸p dông ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n dïng ph©n tÝch m¹ch lµ:

33


gi¶ thiÕt, tÝnh to¸n, ph©n tÝch, so s¸nh, kiÓm tra, kÕt qu¶. B©y giê ta xÐt t×nh
huèng V1= 3,2V vµ 0.3V.
- Khi V1= 3,2V
Gi¶ thiÕt r»ng tranzito T th«ng b·o hoµ, ®i«t DQ ng¾t. Víi gi¶ thiÕt nh−
thÕ, t−¬ng øng ta cã: VB= 0,7V; V0=VCSE= VC= 0,3V; IDQ= 0.
TÝnh to¸n: c¨n cø vµo c¸c th«ng sè m¹ch ®· cho ta tÝnh dßng vµ ¸p.
M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng H×nh: 1.29

A R1 1.5K B b
I1 IB
VI3.2V I2 R2 18K VBES

EB -12V e

VA − VB 3, 2 − 0,7
Ta cã: I1= = = 1,67 (mA)
R1 1,5

VB − EB 0, 7 − ( −12)
I2 = = = 0,71 (mA)
R2 18

IB = I1- I2= 1,67- 0,71 = 0,96 (mA)
VDQ= VCES- EQ= 0,3- 2,5 = -2,2 (V)
EC − VCES E
V× ICS = = C = 12/1 = 12 (mA)
RC RC

I CS 12
IBS= = = 0,4 (mA)
β 30

KiÓm tra: c¨n cø kÕt qu¶ tÝnh to¸n, ®èi chiÕu ®iÒu kiÖn ®ãng më, cã thÓ
biÕt gi¶ thiÕt hîp lý ®óng hay sai. NÕu sai th× ph¶i xÐt l¹i gi¶ thiÕt, ®−a ra gi¶
thiÕt hîp lÝ råi tÝnh to¸n kÕt qu¶. Trong tr−êng hîp cña chóng ta, v× IB > IBS,
VDQ < 0,5 nªn gi¶ thiÕt ban ®Çu lµ hîp lý.
-Khi V1= 0,3V
H×nh 1.30: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch

34


R1. 1.5K +
VBE
V1. 0.3V R2. 18K - e

EB. 12V

Khi V1= 0,3V v× t¸c dông cña nguån ©m EB, ®iÖn thÕ cña baz¬ nhá h¬n
0.3V, nªn tranzito ng¾t 1 c¸ch tin cËy, ®ång thêi ®i«t ghim DQ th«ng.
V0= EQ+ VDQ = 2,5 + 0,7 = 3,2 V. §Çu ra cã møc cao.
Tãm l¹i m¹ch ®iÖn h×nh 1.28b ®óng lµ cæng NOT. V× khi V1 lµ møc cao
th× V0 lµ møc thÊp, khi V1 lµ møc thÊp th× V0 lµ møc cao.

Ta cã b¶ng ch©n lý cña cæng NOT Z= A
A Z
0 1
1 0
1.5.4 M¹ch ®iÖn cæng NAND (M¹ch vµ ®¶o)
+ M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu. H×nh: 1.31

H×nh 1.31: Cæng NAND a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc:

35


M¹ch ®iÖn H×nh 1.31 Gåm 2 phÇn: PhÇn cæng AND bªn tr¸i vµ phÇn
cæng NOT bªn ph¶i. VËy quan hÖ ®Çu ra vµ ®Çu vµo lµ NAND (Vµ- §¶o).
BiÓu thøc hµm logic cña NAND lµ:
Z= A.B
B¶ng ch©n lÝ cæng NAND
A B Z
1 1 0
0 1 1
1 0 1
0 0 1

1.6 M¹ch TÝch ph©n
iC C

+
ir R A
Uv U0

H×nh 1.32: M¹ch tÝch ph©n
S¬ ®å bé tÝch ph©n ®−îc m« t¶ trªn h×nh: 1.32
Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng dßng ë nót A, iR= iC ta cã:
dUr Uv
-C. = (1-20)
dt R
1
RC ∫
Ur= Uvdt + Ur0 (1-21)

ë ®©y: Ur0 lµ ®iÖn ¸p trªn tô C khi t=0 (lµ h»ng sè tÝch ph©n x¸c ®Þnh tõ
®iÒu kiÖn ban ®Çu).

36


Th−êng khi t= 0, Uv= 0 vµ Ur= 0. Nªn ta cã:
t
1
Ur=
τ ∫ Uvdt
0
(1-22)

ë ®©y: τ= RC gäi lµ h»ng sè tÝch ph©n cña m¹ch. Khi tÝn hiÖu vµo thay
®æi tõng nÊc, tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p ra sÏ b»ng:
ΔUr Uv
=- nghÜa lµ ë ®Çu ra bé tÝch ph©n sÏ cã ®iÖn ¸p t¨ng (hay gi¶m)
Δt RC
tuyÕn tÝnh theo thêi gian.
§èi víi tÝn hiÖu h×nh sin, bé tÝch ph©n sÏ lµ bé läc tÇn sè thÊp, quay pha
tÝn hiÖu h×nh sin ®i 900 vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ víi tÇn sè.
1.7 M¹ch Vi ph©n
R

+

Uv C Ur

H×nh 1.33: M¹ch vi ph©n
Bé vi ph©n cho trªn h×nh: 1.33 . B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ta cã
®iÖn ¸p ra cña nã tØ lÖ víi tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p vµo:
dUv
Ur= - RC (1-23)
dt
Khi tÝn hiÖu vµo lµ h×nh sin, bé vi ph©n lµm viÖc nh− mét bé läc cao tÇn,
hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ thuËn víi tÇn sè tÝn hiÖu vµo vµ lµm quay pha
Uvµo mét gãc 900. Th−êng bé vi ph©n lµm viÖc kÐm æn ®Þnh ë tÇn cao v× khi ®ã
Zc= → 0 lµm hÖ sè håi tiÕp ©m gi¶m nªn khi sö dông cÇn chó ý ®Æc ®iÓm nµy
vµ bæ sung 1 ®iÖn trë lµm nhôt R1.

37


1.8 Bé ghÐp quang- opto- Couplers
1.8.1 §¹i c−¬ng
Trong Anh ng÷ bé ghÐp quang cßn ®−îc gäi lµ Photo coupledisolators,
Photo- coulers, Photo- coupled pairs vµ Optically Coupled Pairs. Tõ th«ng
th−êng nhÊt cho linh kiÖn nµy lµ Opto- Couplers.
Bé ghÐp quang dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a nh÷ng m¹ch ®iÖn cã sù kh¸c biÖt
vÒ ®iÖn thÕ kh¸ lín. Ngoµi ra nã cßn ®−îc dïng ®Ó tr¸nh c¸c vßng ®Êt (ground
circuit, circuit terrestre) g©y nhiÔu trong m¹ch ®iÖn.
1.8.2 C¬ chÕ ho¹t ®éng
Th«ng th−êng bé ghÐp quang gåm 1 ®i«t lo¹i GaAs ph¸t ra tia hång
ngo¹i vµ mét phototranzito víi vËt liÖu Si. Víi dßng ®iÖn thuËn, ®i«t ph¸t ra
bøc x¹ hång ngo¹i víi chiÒu dµi sãng kho¶ng 900nm. N¨ng l−îng bøc x¹ nµy
®−îc chiÕu lªn trªn mÆt cña phototranzito hay chiÕu gi¸n tiÕp qua mét m«i
tr−êng dÉn quang H×nh 1.38

H×nh 1.34: Bé ghÐp quang
§Çu tiªn tÝn hiÖu ®−îc phÇn ph¸t (LED hång ngo¹i) trong bé ghÐp
quang biÕn thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. Sau ®ã tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®−îc phÇn nhËn
(Phototriac) biÕn l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn.

38


H×nh 1.35: Phototriac
1.8.3 TÝnh chÊt çch ®iÖn
Nh− ®· nãi, bé ghÐp quang th−êng ®−îc dïng ®Ó çch ®iÖn gi÷a hai m¹ch
®iÖn gi÷a hai m¹ch ®iÖn cã ®iÖn thÕ kh¸c biÖt kh¸ lín. Bé ghÐp quang cã thÓ lµm
viÖc víi dßng ®iÖn mét chiÒu hay víi tÝn hiÖu ®iÖn cã tÇn sè kh¸ cao. §Æc biÖt víi
thÓ tÝch nhá bÐ, bé ghÐp quang tá ra −u viÖt h¬n so víi biÕn thÕ.
+ §iÖn trë çch ®iÖn
§ã lµ ®iÖn trë víi dßng ®iÖn mét chiÒu gi÷a ng¶ vµo vµ ng¶ ra cña bé
ghÐp quang cã trÞ sè bÐ nhÊt lµ 1011 Ω, nh− thÕ ®ñ ®¸p øng yªu cÇu th«ng
th−êng. Nh− thÕ chóng ta cÇn chó ý, víi dßng ®iÖn rß trong kho¶ng nA cã thÓ
¶nh h−ëng ®Õn ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÖn, vÝ dô khi dßng ®iÖn rß ch¹y vµo cùc
gèc cña phototranzito cßn ®Ó trèng. GÆp tr−êng hîp nµy ta cã thÓ t¹o nh÷ng
khe trèng gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo. Nãi chung víi bé ghÐp quang ta cÇn cã
m¹ch in lo¹i tèt.
+ §iÖn dung çch ®iÖn
CÊu tróc cña bé ghÐp quang gåm cã phototranzito, LED, phÇn c¬ cã thÓ
t¹o mét ®iÖn dung tõ 0,3 ÷ 2pF. §iÖn dung nµy ®−îc ®o khi ch©n ë ng¶ vµo
còng nh− ch©n ë ng¶ ra ®−îc nèi t¾t. Víi sù thay ®æi cao ¸p kh¸ nhanh
(500V/μs) gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo, ®iÖn dung kÝ sinh cã thÓ truyÒn ®i sù thay
®æi vµ xung ®iÖn ë ng¶ ra cã nh÷ng gai nhän. Trong tr−êng hîp nµy nªn sö
dông bé ghÐp quang kh«ng cã ch©n nèi víi cùc gèc, vµ gi÷a cùc thu víi cùc
ph¸t nªn nèi mét tô ®iÖn ®Ó lµm gi¶m gai nhiÔu ë xung ra. §Ó kh«ng t¹o thªm
®iÖn dung kÝ sinh, víi bé ghÐp quang ta kh«ng nªn dïng ch©n ®Õ ®Ó c¾m IC.
+ §iÖn thÕ çch ly
§iÖn thÕ çch ly lµ ®iÖn thÕ cao nhÊt mµ bé ghÐp quang cã thÓ chÞu
®ùng næi. §iÖn thÕ çch ly cßn tuú thuéc vµo cÊu tróc cña bé ghÐp quang,
kh«ng khÝ....
1.8.4 HiÖu øng tr−êng

39


D−íi mét ®iÖn thÕ kh¸ cao gi÷a LED vµ phototranzito cã kho¶ng çch
kh¸ gÇn, ta cã mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín. Nõu bé ghÐp quang lµm viÖc víi ®iÒu
kiÖn nh− thÕ liªn tôc vµi ngµy, çc th«ng sè cña bé ghÐp quang (®Æc biÖt víi
tranzito) bÞ thay ®æi.
HiÖu øng tr−êng cµng râ rµng h¬n víi nhiÖt ®é cao (1000C) vµ mét ®iÖn
thÕ mét chiÒu kh¸ cao (1KV). Çc th«ng sè nh− ®é khuÕch ®¹i, ®iÖn ¸p vµ
dßng ®iÖn ng−îc cã thÓ thay ®æi. Víi mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín ta cã mét hiÖu
øng gièng nh− víi tranzito MOS: cã sù ®¶o ®iÖn ë bÒ mÆt.
So víi tranzito, çc th«ng sè cña LED rÊt æn ®Þnh d−íi t¸c dông cña
®iÖn tr−êng.
Ng−êi ta cã thÓ b¶o vÖ líp chuyÓn tiÕp pn cña tranzito Silicon b»ng mét
mµng ion trong suèt ®Ó chèng l¹i ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng (Transparent Ion
Shield- Trios). VÝ dô víi bé ghÐp quang SFH6106.
1.8.5 Sù l·o ho¸
Víi thêi gian, c«ng suÊt ph¸t s¸ng cña LED bÞ gi¶m ®i, do ®ã ta cã hÖ
sè truyÒn ®¹t cña mét bé ghÐp quang bÐ ®i. Ng−êi ta tr¸nh sù l·o ho¸ cña mét
bé ghÐp quang b»ng ph−¬ng ph¸p “Burn- in”. Sau khi s¶n xuÊt çc bé ghÐp
quang ®−îc cho lµm viÖc víi dßng ®iÖn vµ víi nhiÖt ®é xung quanh kh¸ lín
trong mét thêi gian (24h). Do ®ã bé ghÐp quang bÞ l·o ho¸ tr−íc vµ nã kh«ng
bÞ l·o ho¸ nhanh nh− çc bé ghÐp quang ch−a qua “Burn- in”.
§Ó cho bé ghÐp quang lµm viÖc l©u dµi kh«ng bÞ l·o ho¸ qu¸ nhanh,
nhiÖt ®é xung quanh vµ dßng ®iÖn lµm viÖc ph¶i gi÷ cµng thÊp cµng tèt.
1.8.6 HÖ sè truyÒn ®¹t
Th«ng sè quan träng nhÊt cña bé ghÐp quang lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng
®iÖn. HÖ sè truyÒn ®¹t lµ hÖ sè tÝnh theo phÇn tr¨m cho biÕt dßng ®iÖn ra (cña
mét phototranzito) lín h¬n so víi dßng ®iÖn vµo cña LED hång ngo¹i trong
mét bé ghÐp quang.
1.8.7 Bé ghÐp quang víi phototriac

40


§−îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn çc triac c«ng suÊt
ChØ cã mét ®iÖn trë han dßng cho phototriac H×nh 1.38

H×nh 1.38: Photriac dïng ®Ó ®iÒu khiÓn triac c«ng suÊt
Víi bé läc RC ®Ó chèng nhiÔu dV/dt vµ çc xung ®iÖn cao tÇn.
H×nh 1.39

H×nh 1.39: Phototriac dïng thªm bé läc RC
Varistor b¶o vÖ phototriac kh«ng bÞ çc xung ®iÖn qu¸ cao lµm háng
khi triac lµm viÖc víi dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cao. H×nh 1.40

H×nh 1.40: Phototriac dïng varistor chèng xung ®iÖn qu¸ cao

Ta cã b¶ng so s¸nh ®Æc tÝnh çc linh kiÖn ghÐp tÝn hiÖu

41


(Signal Coupling Devices)
Linh kiÖn −u ®iÓm KhuyÕt ®iÓm
Bé - Kinh tÕ, rÎ tiÒn - Khi ng¾t ®iÖn hay dÉn ®iÖn
ghÐp - Cã thÓ chÕ t¹o víi vËt liÖu b¸n ®Òu cã mét ®iÖn trë giíi h¹n
quang dÉn (®iÖn trë kh«ng thÓ b»ng 0
- Lµm viÖc víi c¶ tÝn hiÖu 1 hay ∞)
chiÒu vµ xoay chiÒu ë tÇn sè cao - Dßng ®iÖn khi dÉn ®iÖn vµ
- Çch ®iÖn tèt ®Õn vµi KV dßng ®iÖn khi ng¾t ®iÖn ®Òu
- Tæng trë çch ®iÖn cao cã trÞ sè giíi h¹n
- KÝch th−íc nhá (Dip) - HÖ sè truyÒn ®¹t thÊp
- Kh«ng cã c«ng t¾c nªn kh«ng
bÞ n¶y
- C«ng suÊt tiªu thô Ýt
R¬ le - Lµm viÖc víi c«ng suÊt lín - §¾t tiÒn v× m¸ r¬le lµm
- Khi dÉn ®iÖn cã ®iÖn trë rÊt b»ng kim lo¹i quý
thÊp - C«ng suÊt tiªu thô cao
- Cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu mét - VËt tèc lµm viÖc rÊt chËm
chiÒu - KÝch th−íc lín
- Çch ®iÖn tèt
BiÕn - TruyÒn tÝn hiÖu víi vËn tèc cao - Kh«ng thÓ truyÒn tÝn hiÖu
thÕ - KÝch th−íc trung b×nh mét chiÒu hay xoay chiÒu ë
xung - Cã hÖ sè truyÒn ®¹t tèt tÇn sè thÊp.
- §Õ çch ®iÖn (cã tæng trë
cao ) nªn rÊt ®¾t tiÒn
IC ph¸t - Cã thÓ chÕ t¹o víi vËt liÖu b¸n - Tæng trë çch ®iÖn bÐ
vµ nhËn dÉn, KÝch th−íc bÐ - §iÖn thÕ ®¸nh thñng rÊt
tÝn hiÖu - TruyÒn tin víi vËn tèc cao thÊp d−íi 30 KV
®−êng - Cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu DC rÎ
dµi tiÒn

B¶ng 8: Mét sè bé ghÐp quang dïng opto- triac

42


Ký hiÖu Tªn bé ghÐp §iÖn ¸p Dßng ®iÖn dv/dt
quang ®Çu ra ®Çu ra (V/μs)
(V) (mA)
MOC3009 7500V PX 250 40 42
MOC3010 7500V PX 250 45 42
MOC3011 7500V PX 250 50 42
MOC3012 7500V PX 250 55 42

TIL3009 3535V PX 250 30 42
TIL3010 3535V PX 250 35 42
TIL3011 3535V PX 250 40 42
TIL3012 3535V PX 250 45 42

MOC3020 7500V PX 400 50 42
MOC3021 7500V PX 400 55 42
TIL3020 3535V PX 400 50 42
TIL3021 3535V PX 400 55 42

43


Ch−¬ng 2
Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu ba pha vµ ®éng c¬ ba pha
2.1 M¹ch ®iÖn ba pha
2.1.1 Dßng ®iÖn sin
Dßng ®iÖn sin lµ dßng ®iÖn xoay chiÒu biÕn ®æi theo quy luËt hµm sin
cña thêi gian.
BiÓu thøc dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p:
i= Imaxsin(ωt + Ψi) (2-1)
u= Umaxsin(ωt + Ψu)
Trong ®ã i, u lµ trÞ sè tøc thêi cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p.
Imax , Umax TrÞ sè cùc ®¹i biªn ®é cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p.
(ωt + Ψi), (ωt + Ψu): lµ gãc pha gäi t¾t lµ pha cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p.
Pha x¸c ®inh trÞ sè vµ chiÒu cña dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p ë thêi ®iÓm t.
Ψi, Ψu Pha ban ®Çu cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. Pha ®Çu lµ pha ë thêi
®iÓm t=0. Phô thuéc vµo chän to¹ ®é thêi gian, pha ®Çu cã thÓ b»ng kh«ng ©m
hoÆc d−¬ng.
ω TÇn sè gãc cña dßng ®iÖn sin, ®¬n vÞ lµ rad/s.
Chu k× T cña dßng ®iªn lµ kho¶ng thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó dßng ®iÖn lÆp
l¹i trÞ sè vµ chiÒu biÕn thiªn, nghÜa lµ trong kho¶ng thêi gian T gãc pha biÕn
®æi mét l−îng: ωT = 2π.
Sè chu k× cña dßng ®iÖn trong mét gi©y gäi lµ tÇn sè f.
ω = 2πf (2- 2)
2.1.2 M¹ch ®iÖn ba pha
M¹ch ®iÖn ba pha bao gåm nguån ®iÖn ba pha, ®−êng d©y truyÒn t¶i vµ
c¸c phô t¶i ba pha.
§Ó t¹o ra nguån ®iÖn ba pha ta dïng m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé ba pha. Cã
cÊu t¹o gåm hai phÇn: PhÇn tÜnh (cßn gäi lµ stato) gåm cã lâi thÐp xÎ r·nh,

44


trong çc r·nh ®Æt 3 d©y quÊn AX, BY, CZ cã cung sè vßng d©y vµ lÖch nhau
mét gãc 1200 trong kh«ng gian. Mçi d©y quÊn ®−îc gäi lµ mét pha.
PhÇn quay (cßn gäi lµ roto) lµ nam ch©m ®iÖn N- S.
Nguyªn lý lµm viÖc nh− sau: Khi quay r«to, tõ tr−êng sÏ lÇn l−ît quÐt çc d©y
quÊn stato, vµ c¶m øng vµo d©y quÊn stato çc søc ®iÖn ®éng sin cïng biªn ®é,
cïng tÇn sè vµ lÖch pha nhau mét gãc 1200.
NÕu chän pha ®Çu cña søc ®iÖn eA cña d©y quÊn AX b»ng kh«ng th×
biÓu thøc søc ®iÖn ®éng cña çc pha lÇn l−ît lµ:
Pha A: eA= 2 Esinωt
2π
Pha B: eB= 2 Esin(ωt - ) (2- 3)
3
2π
Pha C: eC= 2 Esin(ωt + )
3
Nguån ®iÖn gåm ba søc ®iÖn ®éng sin cïng biªn ®é, cïng tÇn sè, lÖch
2π
nhau vÒ pha gäi lµ nguån ba pha ®èi xøng.
3

H×nh 2.1: TrÞ sè tøc thêi søc ®iÖn ®éng ba pha
2.2 §éng c¬ ba pha
2.2.1 Kh¸i qu¸t vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
+ CÊu t¹o vµ ®Æc ®iÓm.
- CÊu t¹o
PhÇn tÜnh (Stato): gåm vá m¸y, lâi s¾t vµ d©y quÊn.

45


* Vá m¸y: th−êng lµm b»ng gang. §èi víi m¸y cã c«ng suÊt lín (trªn
1000kW), th−êng dïng thÐp tÊm hµn l¹i thµnh vá. Vá m¸y cã t¸c dông b¶o vÖ
vµ cè ®Þnh çc chi tiÕt m¸y.
* Lâi thÐp: §−îc lµm b»ng çc l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn dµy tõ 0.35mm ®Õn 0.5
mm ghÐp l¹i víi nhau. Lâi s¾t lµ phÇn dÉn tõ. V× tõ tr−êng ®i qua lâi s¾t lµ tõ
tr−êng xoay chiÒu, nh»m gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn, mçi l¸
thÐp kü thuËt ®iÖn ®Òu cã phñ líp s¬n çch ®iÖn. MÆt trong cña lâi thÐp cã xÎ
r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn.
* D©y quÊn: D©y quÊn ®−îc ®Æt vµo trong r·nh cña lâi s¾t vµ çch ®iÖn víi lâi
s¾t nhê giÊy çch ®iÖn. D©y quÊn stato gåm ba cuèn ®Æt lÖch nhau 1200 ®iÖn.
PhÇn quay (R«to)
* Trôc: Lµm b»ng thÐp, dïng ®Ó ®ì lâi s¾t roto.
* Lâi s¾t: Gåm çc l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn gièng nh− ë phÇn stato. Lâi thÕp
®−îc Ðp trùc tiÕp lªn trôc. Bªn ngoµi lâi s¾t cã xÎ r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn.
* D©y quÊn gåm hai lo¹i: lo¹i r«to d©y quÊn vµ lo¹i r«to kiÓu lång sãc.
Lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn: D©y quÊn r«to gièng d©y quÊn ë stato vµ cã sè
cùc b»ng sè cùc stato. Çc ®éng c¬ c«ng suÊt trun trë lªn th−êng dïng d©y
quÊn kiÓu sãng hai líp ®Ó gi¶m ®−îc nh÷ng ®Çu nèi d©y vµ kÕt cÊu d©y quÊn
®−îc chÆt chÏ h¬n. Çc ®éng c¬ c«ng suÊt nhá th−êng dïng d©y quÊn ®ång
t©m mét líp. D©y quÊn ba pha cña r«to th−êng ®Êu h×nh sao (Y). Ba ®Çu kia
nèi vµo ba vßng tr−ît b»ng ®ång ®Æt cè ®Þnh ë ®Çu trôc. Th«ng qua chæi than
vµ vßng tr−ît, ®−a ®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to nh»m c¶i thiÖn tÝnh n¨ng më
m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é.
Lo¹i r«to kiÓu lßng sãc: Lo¹i d©y quÊn nµy kh¸c víi d©y quÊn stato.
Mçi r·nh cña lâi s¾t ®−îc ®Æt mét thanh dÉn b»ng ®ång hoÆc b»ng nh«m vµ
®−îc nèi t¾t l¹i ë hai ®Çu b»ng hai vßng ng¾n m¹ch lµm b»ng ®ång hoÆc
nh«m, h×nh thµnh mét çi lång, ng−êi ®ã gäi lµ lång sãc.
D©y quÊn r«to kiÓu lång sãc kh«ng cÇn çch ®iÖn víi lâi s¾t.
* Khe hë: Khe hë trong ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rÊt nhá (0.2mm ÷1mm).

46


- §Æc ®iÓm cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha
* CÊu t¹o ®¬n gi¶n.
* §Êu trùc tiÕp vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha.
* Tèc ®é quay cña r«to nhá h¬n tèc ®é tõ tr−êng quay cña stato n< n1.
Trong ®ã: n Tèc ®é quay cña r«to.
n1 Tèc ®é quay tõ tr−êng quay cña stato (tèc ®é ®ång bé cña
®éng c¬)
+ Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
Khi nèi d©y quÊn stato vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha, trong ®éng c¬
sÏ sinh ra mét tõ tr−êng quay. Tõ tr−êng nµy sÏ quÐt qua c¸c thanh dÉn r«to,
lµm c¶m øng lªn d©y quÊn r«to mét søc ®iÖn ®éng E2 sÏ sinh ra dßng ®iÖn I2
ch¹y trong d©y quÊn. ChiÒu cña søc ®iÖn ®éng vµ chiÒu cña dßng ®iÖn ®−îc
x¸c ®Þnh theo quy luËt bµn tay ph¶i.

M n1

H×nh 2.2: S¬ ®å nguyªn lý ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
ChiÒu dßng ®iÖn ë nöa phÝa trªn r«to h−íng tõ trong ra ngoµi, cßn chiÒu
dßng ®iÖn cña c¸c thanh dÉn ë nöa phÝa d−íi cña r«to h−íng tõ ngoµi vµo
trong.
Dßng ®iÖn I2 t¸c ®éng t−¬ng hç víi tõ tr−êng stato t¹o ra lùc ®iÖn tõ trªn
d©y dÉn r«to vµ m«men quay lµm cho r«to quay víi tèc ®é n theo chiÒu tõ
tr−êng quay.
Tèc ®é quay cña r«to n lu«n nhá h¬n tèc ®é cña tõ tr−êng quay stato n1.
cã sù chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a r«to vµ tõ tr−êng quay stato duy tr× ®−îc
dßng ®iÖn I2 vµ m«men M. V× tèc ®é cña r«to kh¸c víi tèc ®é cña tõ tr−êng
quay stato nªn gäi lµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé.

47


§Æc tr−ng cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha lµ hÖ sè tr−ît:
n1 − n
S= (2 -4)
n1
Trong ®ã:
n lµ tèc ®é quay cña r«to
f1 lµ tÇn sè cña dßng ®iÖn l−íi.
P sè ®«i cùc.
n1 tèc ®é quay cña tõ tr−êng quay
60 f 1
n1 = (2- 5)
p
Khi tÇn sè cña m¹ng ®iÖn thay ®æi th× n1 thay ®æi lµm cho n thay ®æi
theo. Khi më m¸y th× n= 0 vµ S= 1 gäi lµ ®é tr−ît më m¸y.
Dßng ®iÖn trong d©y quÊn vµ tõ tr−êng quay t¸c dông lùc t−¬ng hç lªn
nhau khi r«to chÞu t¸c dông cña momen M th× tõ tr−êng quay còng chÞu t¸c
dông cña m«men M theo chiÒu ng−îc l¹i. Muèn cho tõ tr−êng quay víi tèc ®é
n1 th× nã ph¶i nhËn mét c«ng suÊt ®−a vµo gäi lµ c«ng suÊt ®iÖn tõ.
2π n1
Pñt = Mω1 = M (2 − 6)
60
Khi ®ã c«ng suÊt ®iÖn ®−a vµo:

P = 3UI cos ϕ
1 (2- 7)
Ngoµi thµnh phÇn c«ng suÊt ®iÖn tõ cßn cã tæn hao trªn ®iÖn trë d©y
quÊn stato.
ΔPd1= 3r12I12 (2- 8)
Tæn hao s¾t: ΔPst = ΔP (2- 9)
C«ng suÊt c¬ ë trôc lµ:
2π n
P2, = M ω = M (2- 10)
60

48


C«ng suÊt c¬ nhá h¬n c«ng suÊt ®iÖn tõ v× cßn tæn hao trªn d©y quÊn r«to:
P2= P®t - ΔPd2 (2-11)
ΔPd2 = m2I2r2 (2- 12)
Trong ®ã:
m2 sè pha cña d©y quÊn r«to.
V× P’2 < p®t do ®ã n < n1 c«ng suÊt c¬ cña P2 ®−a ra nhá h¬n P2, v× cßn tæn
hao do ma s¸t trªn trôc ®éng c¬ vµ tæn hao vµ tæn hao phô kh¸c:

P2 = P ' 2 = ΔPc − ΔPf (2- 13)
P2
HiÖu suÊt cña ®éng c¬: η= = (0,8÷ 0,9) (2- 14)
P1

+ C¸c ®¹i l−îng vµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
- C¸c ®¹i l−îng
HÖ sè tr−ît:
§Ó biÓu thÞ møc ®é ®ång bé gi÷a tèc ®é quay cña r«to n vµ tèc ®é cña
tõ tr−êng quay stato n1.
n1 − n
ta cã : s= (2- 15)
n1
Hay tÝnh theo phÇn tr¨m:
n1 − n
s= 100% (2- 16)
n1

XÐt vÒ mÆt lý thuyÕt gi¸ trÞ S sÏ biÕn thiªn tõ 0 ®Õn 1 hoÆc tõ 0 ®Õn 100 o/o
60f1
Trong ®ã: n1 = (2- 17)
p
n= n1(1- s) (2- 18)
Søc ®iÖn ®éng cña m¹ch r«to lóc ®øng yªn:
E2 = 4, 44 K 2 f 2W2φm (2- 19)

49


Trong ®ã:
φm TrÞ sè cùc ®¹i cña tõ th«ng trong m¹ch
K2 lµ hÖ sè d©y quÊn r«to cña ®éng c¬.
f2 TÇn sè x¸c ®Þnh ë tèc ®é biÕn ®æi cña tõ th«ng quay qua cuén d©y, v×
r«to ®øng yªn nªn:
pn1
f2 = (2- 20)
60
f2 b»ng víi tÇn sè dßng ®iÖn ®−a vµo f1
-Khi roto quay:
TÇn sè trong d©y quÊn r«to:
n1 − n n − n n1 p
f2s = p= 1 (2- 20)
60 n1 60

VËy f2s = s.f1 (2 -22)
Søc ®iÖn ®éng trªn d©y quÊn r«to lóc ®ã lµ:
E2s= 4,44f2sW2K2φm (2- 23)
Víi f2s = s.f1 thÕ vµo (2- 20)
Ta ®−îc:
E2s= 4,44f1W2K2φms (2- 24)
+ −u nh−îc ®iÓm cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha
- −u ®iÓm
Trong c«ng nghiÖp hiÖn nay phÇn lín ®Òu sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång
bé ba pha. V× nã tiÖn lîi h¬n, víi cÊu t¹o mÉu m· ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh h¹ so
víi ®éng c¬ mét chiÒu
Ngoµi ra ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha dïng trùc tiÕp víi l−íi ®iÖn
xoay chiÒu ba pha, kh«ng ph¶i tèn kÐm thªm c¸c bé biÕn ®æi. VËn hµnh tin
cËy, gi¶m chi phÝ vËn hµnh, b¶o tr× söa ch÷a.

- Nh−îc ®iÓm

50


Bªn c¹nh nh÷ng −u ®iÓm ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha cßn cã nh÷ng
nh−îc ®iÓm sau:
DÔ ph¸t nãng víi Stato, nhÊt lµ khi ®iÖn ¸p l−íi t¨ng vµ ®èi víi r«to khi ®iÖn
¸p l−íi gi¶m.
Lµm gi¶m bít ®é tin cËy v× khe hë kh«ng khÝ nhá.
Khi ®iÖn ¸p sôt xuèng th× m«men khëi ®éng vµ m«men cùc ®¹i gi¶m rÊt
nhiÒu v× m«men tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p.
2.2.2 Kh¸i qu¸t vÒ ®éng c¬ ®ång bé
+ §Þnh nghÜa vµ c«ng dông
Nh÷ng m¸y ®iÖn xoay chiÒu cã tèc ®é quay r«to n b»ng tèc ®é quay cña
tõ tr−êng n1 gäi lµ m¸y ®iÖn ®ång bé. M¸y ®iÖn ®ång bé cã 2 d©y quÊn: d©y
quÊn stato nèi víi l−íi ®iÖn cã tÇn sè f kh«ng ®æi, d©y quÊn r«to ®−îc kÝch
thÝch b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu. ë chÕ ®é x¸c lËp m¸y ®iÖn ®ång bé cã tèc ®é
quay r«to lu«n kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi.
§éng c¬ ®ång bé ®−îc sö dông réng r·i trong nh÷ng truyÒn ®éng c«ng
suÊt trung b×nh vµ lín, cã yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é cao. §éng c¬ ®ång bé
th−êng dïng cho m¸y b¬m, qu¹t giã, çc hÖ truyÒn ®éng cña nhµ m¸y luyÖn
kim vµ còng th−êng ®−îc sö dông lµm ®éng c¬ s¬ cÊp trong çc tæ m¸y ph¸t -
®éng c¬ c«ng suÊt lín.
−u ®iÓm cña ®éng c¬ ®ång bé lµ cã ®é æn ®Þnh tèc ®é cao, hÖ sè cosφ vµ
hiÖu suÊt lín.
M¹ch stato cña nã t−¬ng tù ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, m¹ch r«to cã cuén
kÝch tõ vµ cuén d©y khëi ®éng.
+ Çc ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ ®ång bé

Khi ®ãng stato ®éng c¬ ®ång bé vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu cã tÊn sè f1
kh«ng ®æi, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc víi tèc ®é kh«ng ®æi lµ tèc ®é ®ång bé:
ω= 2πf1p-1 (2- 25)

51


Trong ph¹m vi m«men cho phÐp M≤ Mmax , ®Æc tÝnh c¬ lµ tuyÖt ®èi
cøng, nghÜa lµ ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ β= ∞. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé
®−îc tr×nh bµy trªn h×nh: 2.5 ω

ω1

0 Mmax M
H×nh 2.5: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé
Khi m«men v−ît qu¸ trÞ sè Mmax th× tèc ®é ®éng c¬ sÏ mÊt ®ång bé .
Trong hÖ truyÒn ®éng dïng ®éng c¬ ®ång bé ng−êi ta cßng sö dông ®Æc
tÝnh gãc:
M= f(θ)
§Æc tÝnh gãc biÓu diÔn quan hÖ gi÷a m«men cña ®éng c¬ víi gãc lÖnh
cña vÐc t¬ ®iÖn ¸p pha l−íi ®iÖn vµ vect¬ søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong d©y
quÊn stato do tõ tr−êng mét chiÒu r«to sinh ra.
§Æc tÝnh M= f(θ) ®−îc x©y dùng b»ng c¸ch sö dông ®å thÞ vÐct¬ cña
m¹ch stato víi gi¶ thiÕt bá qua ®iÖn trë R cña m¹ch stato.

H×nh 2.6: §å thÞ vÐc t¬ cña m¹ch stato ®éng c¬ ®ång bé.
Trªn ®å thÞ vÐct¬ H×nh 2.6:
U1- ®iÖn ¸p pha l−íi (V)

52


E - søc ®iÖn ®éng pha stato (V)
I1- dßng ®iÖn stato (A)
XS- ®iÖn kh¸ng pha stato b»ng tæng ®iÖn kh¸ng cuén d©y mét pha cña
cuén stato: Xs = Xμ + X1,
θ gãc lÖch pha gi÷a U vµ E
φ - gãc lÖch pha gi÷a vÐct¬ ®iÖn ¸p U1 vµ dßng ®iÖn I1.
Tõ ®å thÞ vÐct¬ ta cã:
U1cosφ = Ecos(φ - θ)
U sin θ
Theo tam gi¸c ABC: cos(φ - θ)= Thay vµo ph−¬ng tr×nh trªn ta
I1 X s

U sin θ EU1
®−îc: U1cosφ = E hay U1I1 cosφ = sin θ
I1 X s Xs

U1I1 cosφ lµ c«ng suÊt mét pha cña ®éng c¬.
VËy c«ng suÊt ba pha cña ®éng c¬ lµ:
EU1
P=3 sin θ (2- 26)
Xs

Momen ®éng c¬:
P 3EU1
M= = sin θ (2- 27)
ω1 ω1 X s

§©y lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ ®ång bé.
Mét c¸ch gÇn ®óng ta thÊy ®Æc tÝnh gãc cã d¹ng h×nh sin biÓu diÔn trªn h×nh 2.7

H×nh 2.7: §Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ ®ång bé.

53


Khi θ= π/2 ta cã biÓu ®å cùc ®¹i:
3EU1
Mmax= (2- 28)
ω1 X s

Lóc nµy: M= Mmsinθ, Mm ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña ®éng c¬,
khi t¶i t¨ng gãc lÖch θ, nÕu θ > π/2 th× m«men gi¶m.
§éng c¬ ®ång bé th−êng lµm viÖc ®Þnh møc víi θ®m = 450.
HÖ sè qu¸ t¶i vÒ m«men:
Mm
λM = = 2÷ 2.5
M ñt

Nh÷ng ®iÒu ph©n tÝch ë trªn chØ ®óng víi ®éng c¬ ®ång bé cùc Èn vµ
m«men chØ xuÊt hiÖn khi cã kÝch tõ voµ r«to. Cßn víi ®éng c¬ ®ång béc cùc
låi do sù ph©n bè khe hë kh«ng khÝ gi÷a r«to vµ stato kh«ng ®Òu nªn trong
m¸y xuÊt hiÖn m«men ph¶n kh¸ng phô vµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh gãc cã
d¹ng sau:
3 ⎡ U1 E U2⎛ 1 1 ⎞ ⎤
M= ⎢ sin θ + 1 ⎜ − ⎟ sin 2θ ⎥ (2- 29)
ω1 ⎢ X d
⎣ 2 ⎜ Xq Xd ⎟
⎝ ⎠ ⎥
⎦
Xq, Xd lµ ®iÖn kh¸ng däc trôc vµ ngang trôc.
§−êng cong biÓu diÔn momen sÏ lµ tæng cña hai thµnh phÇn:
3EU1
M1 = sin θ , vµ
Xd

3U12 ⎛ 1 1 ⎞
M2 = ⎜ − ⎟ sin 2θ (2- 30)
2ω1 ⎜ X q X d ⎟
⎝ ⎠
Trªn ®å thÞ ®Æc tÝnh gãc biÓu diÔn M1, M2 b»ng c¸c ®−êng nÐt ®øt. §èi
víi m¸y cùc Èn Xq= Xd nªn M2= 0 vµ M= M1. Nh−ng th−êng M2 rÊt nhá nªn
cã thÓ bá qua. Khi ®ã ®Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ cùc Èn vµ cùc låi nh− nhau.

Ch−¬ng 3

54


¶nh h−ëng cña nguån ®iÖn ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba pha
3.1 ¶nh h−ëng cña nguån ®Õn qu¸ tr×nh khëi ®éng cña ®éng c¬ ba pha
ChÕ ®é ®éng c¬ lµ chÕ ®é ®−îc sö dông chñ yÕu cña çc m¸y ®iÖn
kh«ng ®ång bé. Çc chÕ ®é kh¸c ®−îc dïng rÊt h¹n chÕ. Tªn gäi ®éng c¬
kh«ng ®ång bé lµ ®Ó nhÊn m¹nh r»ng çc m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ®−îc t¹o ra
cã çc chØ tiªu, kÜ thuËt chØ ®¶m b¶o ë chÕ ®é ®éng c¬ tuy vÒ nguyªn t¾c nã cã
thÓ lµm viÖc ë çc chÕ ®é kh¸c.
TÊt c¶ çc ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ph¶i tù më m¸y ®−îc nghÜa lµ tù lÊy
®µ ®−îc tõ tr¹ng th¸i ®øng yªn lªn tíi tèc ®é gãc gÇn tèc ®é ®ång bé sau khi
th¾ng ®−îc m«men c¶n cña t¶i. Yªu cÇu ®ã ®èi víi ®Æc tÝnh më m¸y trong çc
kiÓu ®éng c¬ kh«ng ®ång bé kh¸c nhau ®−îc ®Æt ra lµ kh¸c nhau.
3.1.1 ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p
Ta cã ph−¬ng tr×nh m«men ®éng c¬:
3U12 R2 ' S
M= (3- 1)
ω1 ⎡( R1S + R2 ' ) + S 2 X 2 nm ⎤
2

⎢⎣ ⎦⎥

Víi Xnm: §iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch
M: M«men c¶n cña ®éng c¬, M tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p nguån U12
vµ Mnm còng tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p nguån U12
Trong ®ã: Snm lµ ®é tr−ît ng¾n m¹ch
R2 '
Snm= (3- 2)
R12 + X 2 nm

Ta thÊy Snm kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p nguån U1 nªn khi ®iÖn ¸p
nguån thay ®æi th× m«men M thay ®æi nh−ng ®é tr−ît S kh«ng thay ®æi.
Do ®ã muèn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p nguån U1 ®Ó khëi ®éng ®éng c¬ th× chØ
®−îc ®iÒu chØnh trong ph¹m vi hÑp.
3.1.2 ¶nh h−ëng cña tÇn sè
Khi më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha lång sãc th× hiÖu øng bÒ mÆt
trong çc thanh dÉn sinh ra lóc b¾t ®Çu më m¸y lµ lóc tÇn sè dßng ®iÖn trong
r«to: f2= sf1.

55


Ta thÊy khi thay ®æi tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi f1 th× tÇn sè dßng ®iÖn trong
r«to f2 còng thay ®æi theo tõ ®ã lµm thay ®æi ®Æc tÝnh më m¸y cña ®éng c¬
kh«ng ®ång bé 3 pha r«to lång sãc.
3.1.3 ¶nh h−ëng cña mÊt pha.
HiÖn t−îng mÊt pha lµ hiÖn t−îng nguån xoay chiÒu ba pha cÊp cho
®éng c¬ ba pha xoay chiÒu ba pha bÞ mÊt mét hoÆc hai pha trong ba pha.
Khi mÊt pha th× søc ®iÖn ®éng sinh ra trong d©y quÊn cña ®éng c¬ lµ hÖ
thèng søc ®iÖn ®éng kh«ng ®èi xøng, tõ tr−êng quay còng lµ tõ tr−êng kh«ng
®èi xøng. §©y lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn ®éng c¬ khëi ®éng rÊt nÆng nÒ, th−êng
g©y ra nh÷ng tiÕng ån l¹ trong qu¸ tr×nh khëi ®éng cña ®éng c¬, khi khëi ®éng
vµ khi qu¸ t¶i ®Òu g©y nãng ®éng c¬, nÕu thêi gian diÔn ra dµi cã thÓ g©y háng
çch ®iÖn vµ d©y quÊn ®éng c¬, ®éng c¬ sÏ bÞ háng nÆng nÒ. Trong tr−êng hîp
kh¸c cã thÓ kh«ng khëi ®éng ®−îc ®éng c¬ do tõ tr−êng quay qu¸ yÕu kh«ng
®ñ ®Ó th¾ng momen c¶n cña ®éng c¬.
3.1.4 ¶nh h−ëng cña mÊt thø tù pha
HiÖn t−îng mÊt thø tù pha lµ hiÖn t−îng hai trong ba pha cña nguån
cung cÊp cho ®éng c¬ bÞ thay ®æi. Khi ®ã sÏ cã hiÖn t−îng lµ tõ th«ng trong
®éng c¬ ®æi chiÒu dÉn ®Õn ®éng c¬ quay theo chiÒu ng−îc l¹i.
Ta thÊy ®éng c¬ khëi ®éng ®−îc nh−ng chiÒu quay bÞ ®æi ng−îc l¹i do
hÖ thèng søc ®iÖn ®éng sinh ra hÖ thèng tõ tr−êng quay bÞ ®æi ng−îc l¹i.
Tr−êng hîp nµy xÈy ra sÏ rÊt nguy hiÓm nÕu ®éng c¬ lµm viÖc ë çc hÖ thèng
truyÒn ®éng nh−: b¨ng t¶i, thang m¸y.... nã g©y ra nh÷ng t¸c h¹i c¶ vÒ con
ng−êi lÉn tµi s¶n. Nh− vËy víi nh÷ng d©y truyÒn quan trong nh− vËy th× b¾t buéc
khi mÊt thø tù pha th× ph¶i cã m¹ch b¶o vÖ c¾t ngay ®éng c¬ ra khái nguån.
3.1.5 ¶nh h−ëng cña nguån kh«ng ®èi xøng
Khi nguån ba pha lµ kh«ng ®èi xøng th× khi cÊp nguån ®ã cho ®éng c¬
ba pha çc søc ®iÖn ®éng sinh ra trong d©y quÊn stato sÏ lµ hÖ thèng søc ®iÖn
®éng kh«ng ®èi xøng. Khi ®ã lùc t¸c dông t−¬ng hç tõ tr−êng quay vµ thanh
dÉn mang dßng ®iÖn r«to sÏ ¶nh h−ëng ®Õn sù më m¸y cña ®éng c¬.

56


Nh− vËy khi nguån ba pha kh«ng ®èi xøng cÊp cho ®éng c¬ th× c«ng
suÊt nguån cÊp cho ®éng c¬ ®Ó më m¸y ph¶i lín h¬n nguån ®èi xøng mét
l−îng nhÊt ®Þnh. L−îng nµy tuú thuéc vµo c«ng suÊt m¸y vµ chÕ ®é më m¸y
cña ®éng c¬ (mang t¶i hoÆc kh«ng mang t¶i).
3.2 ¶nh h−ëng cña nguån ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba pha
3.2.1 ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p
M«men cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn
¸p nguån. Do ®ã khi ®iÖn ¸p nguån thay ®æi th× dÉn ®Õn m«men cña ®éng c¬
còng thay ®æi theo.

H×nh 3.1: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé khi gi¶m ®iÖn ¸p.
Khi ®iÖn ¸p l−íi suy gi¶m th× m«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m tØ lÖ víi b×nh
ph−¬ng lÇn ®é suy gi¶m cña ®iÖn ¸p. Trong khi ®ã tèc ®é ®ång bé ω1 vµ ®é
tr−ît tíi h¹n sth lµ kh«ng thay ®æi. Ta cã ®Æc tÝnh c¬ khi ®iÖn ¸p l−íi gi¶m trªn
h×nh 3.1
3.2.2 ¶nh h−ëng cña tÇn sè
2π f1
Tõ biÓu thøc: ω1= (3- 3)
p

Víi ω1: tèc ®é ®ång bé

57


f1: tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi
P: sè cÆp cùc
Ta thÊy khi f1 thay ®æi th× sÏ lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ vµ tèc ®é tõ
tr−êng quay.
XÐt tr−êng hîp khi t¨ng tÇn sè f1> f1®m th× m«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m,
tèc ®é ®éng c¬ gi¶m t−¬ng øng.
XÐt tr−êng hîp khi gi¶m tÇn sè f1< f1®m th× dßng ®iÖn trong r«to ®éng c¬
sÏ t¨ng rÊt lín cã thÓ g©y qóa t¶i nÕu f1 gi¶m qu¸ nhiÒu.
ω

ω11 f11 f1> f1®m
ω12 f12
ω1®m
f1®m
ω13
f13 f1< f1®m

Mth M
H×nh 3.2: §Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi tÇn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
3.2.3 ¶nh h−ëng cña nguån kh«ng ®èi xøng
ChÕ ®é lµm viÖc trong ®ã dßng ®iÖn trong çc pha stato hay r«to cña m¸y
®iÖn kh«ng ®ång bé kh«ng b»ng nhau gäi lµ chÕ ®é lµm viÖc kh«ng ®èi xøng.
ChÕ ®é nµy th−êng do ®iÖn ¸p l−íi s¬ cÊp cung cÊp cho m¸y lµ kh«ng
®èi xøng. Chóng ta xÐt sù lµm viÖc cña chÕ ®é nµy:
NÕu d©y quÊn stato ®−îc nèi h×nh sao trung tÝnh çch ®iÖn th× thµnh
phÇn thø tù kh«ng cña dßng ®iÖn kh«ng xuÊt hiÖn vµ hÖ thèng ®iÖn ¸p s¬ cÊp
kh«ng ®èi xøng (Ua1, Ub1, Uc1) cã thÓ biÓu diÔn nh− lµ tæng çc thµnh phÇn thø
tù thuËn(Ua11, Ub11, Uc11) vµ thø tù nghÞch (Ua12, Ub12, Uc12) nh− sau:

58

bctntlvn (67).pdf

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (17)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (8)

Ähnlich wie bctntlvn (67).pdf

Ähnlich wie bctntlvn (67).pdf (20)

Mehr von Luanvan84

Mehr von Luanvan84 (20)

bctntlvn (67).pdf