GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
43
CH¦¥NG 3
CH¦¥NG 3CH¦¥NG 3
CH¦¥NG 3

§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN
§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN
§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN3.1 ðặt vấn ñề
ðiều chỉnh tốc ñộ là một trong những nội dung chính của truyền ñộng ñiện tự ñộng nhằm ñáp
ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. ðiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện là dùng những
phương pháp thuần túy ñiện, tác ñộng lên bản thân hệ thống truyền ñộng ñiện (nguồn và ñộng cơ
ñiện) ñể thay ñổi tốc ñộ quay của trục ñộng cơ ñiện.
Tốc ñộ làm việc của truyền ñộng ñiện do công nghệ yêu cầu và ñược gọi là tốc ñộ ñặt, hay tốc
ñộ mong muốn. Trong quá trình làm việc, tốc ñộ của ñộng cơ thường bị thay ñổi do sự biến thiên
của tải, của nguồn và do ñó gây ra sai lệch tốc ñộ thực so với tốc ñộ ñặt. Trong các hệ truyền ñộng
ñiện tự ñộng thường dùng các phương pháp khác nhau ñể ổn ñịnh tốc ñộ ñộng cơ, ñiều chỉnh tốc ñộ
ñộng cơ ñể có ñược tốc ñộ mong muốn.
ðiều chỉnh tốc ñộ một ñộng cơ ñiện khác với việc tự thay ñổi tốc ñộ của ñộng cơ ñó.
Ví dụ: Một ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñang làm việc tại ñiểm làm việc A trên ñặc
tính cơ 1 ứng với mômen cản M
A
. ðặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp ñặt vào ñộng cơ là U
1
. Vì một lý
do nào ñó, mômen cản tăng lên (M
T
>M

M
M
TA
MM
B
1
2
U
1
U
2

Ở ví dụ trên, nếu mômen cản vẫn giữ nguyên giá trị M
A
, ñộng cơ ñang làm việc ổn ñịnh tại
ñiểm A trên ñặc tính cơ 1, ta giảm ñiện áp phần ứng từ U
1
xuống U
2
(ñặc tính cơ tương ứng là 2).
Do quán tính cơ, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm B trên ñường 2
v
ới cùng một tốc ñộ ω
A
. Mômen của ñộng cơ tại ñiểm B nhỏ hơn mômen cản A (M
B
<M

ất lượng của một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñược ñánh giá qua một số các chỉ tiêu sau
ñây.
3.2.1 D
ải ñiều chỉnh tốc ñộ
D
ải ñiều chỉnh tốc ñộ (hay phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ) là tỉ số giữa các giá trị tốc ñộ làm việc
l
ớn nhất và nhỏ nhất của hệ Tðð ứng với một mômen tải ñã cho:
D =
min
max
ω
ω

D
ải ñiều chỉnh tốc ñộ của một hệ Tðð càng lớn càng tốt.
M
ỗi một máy sản xuất yêu cầu một dải ñiều chỉnh nhất ñịnh và mỗi một phương pháp ñiều
chỉnh tốc ñộ chỉ ñạt ñược một dải ñiều chỉnh nào ñó.
3.2.2
ðộ trơn ñiều chỉnh
ðộ trơn ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñược biểu thị bởi tỷ số giữa 2 giá trị tốc ñộ của 2 cấp
k
ế tiếp nhau trong dải ñiều chỉnh:
γ =
i
i
ω
ω
1+

∆ω2
β1
β2
N
ếu |β| bé thì ñặc tính cơ là mềm (|β| < 10).
N
ếu |β| lớn thì ñặc tính cơ là cứng (|β| = 10 ÷ 100).
Khi |β| = ∝ thì
ñặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt ñối cứng.
ðặc tính cơ có ñộ cứng β càng lớn thì tốc ñộ càng ít bị thay ñổi khi mômen thay ñổi. Ở trên
hình 3.2, ñường ñặc tính cơ 1 cứng hơn ñường ñặc tính cơ 2 nên với cùng một biến ñộng ∆M thì
ñặc tính cơ 1 có ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω1 nhỏ hơn ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω2 cho bởi ñặc tính cơ 2.
Nói cách khác,
ñặc tính cơ càng cứng thì sự thay ñổi tốc ñộ càng ít khi phụ tải thay ñổi nhiều.
Do ñó sai lệch tốc ñộ càng nhỏ và hệ làm việc càng ổn ñịnh, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ sẽ rộng hơn.
3.2.4 Tính kinh t
ế
H
ệ ñiều chỉnh có tính kinh tế khi vốn ñầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành
không nhi
ều.
Các phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch phần ứng luôn có tổn hao năng lượng lớn hơn
ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch kích từ.
3.2.5 S
ự phù hợp giữa ñặc tính ñiều chỉnh và ñặc tính tải
Khi ch
ọn hệ ñiều chỉnh tốc ñộ với phương pháp ñiều chỉnh nào ñó cho một máy sản xuất cần

- ðiện trở mạch phần ứng càng tăng, ñộ dốc ñặc tính cơ càng lớn, ñặc tính cơ càng mềm và ñộ
ổn ñịnh tốc ñộ càng kém, sai số tốc ñộ càng lớn.
- Phương pháp chỉ cho phép ñiều chỉnh thay ñổi tốc ñộ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm
ñiện trở).
- Vì ñiều chỉnh tốc ñộ nhờ thêm ñiện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới
d
ạng nhiệt trên ñiện trở càng lớn.
- Dải ñiều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải. Tải càng nhỏ (M
1
) thì dải ñiều chỉnh
D
1
=
min
max
ω
ω
càng nhỏ. Nói chung, phương pháp này cho dải ñiều chỉnh: D ≈ 5:1

p
+
CKT
I
§
E
u
I
kt
R
-


- V
ề nguyên tắc, phương pháp này cho ñiều chỉnh trơn nhờ thay ñổi ñiện trở nhưng vì dòng
rotor lớn nên việc chuyển ñổi ñiện trở sẽ khó khăn. Thực tế thường sử dụng chuyển ñổi theo từng
c
ấp ñiện trở.
3.3.2
ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện áp phần ứng
S
ơ ñồ nguyên lý ñược biểu diễn như trên hình 3.3. Từ thông ñộng cơ ñược giữ không ñổi.
ðiện áp phần ứng ñược cấp từ một bộ biến ñổi.
ðể ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ñiện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát
ñiện một chiều kích từ ñộc lập, các bộ chỉnh lưu có ñiều khiển .v.v Các thiết bị nguồn này có chức
n
ăng biến năng lượng ñiện xoay chiều thành một chiều có sức ñiện ñộng E
b
ñiều chỉnh ñược nhờ tín
hiệu ñiều khiển U
ñk
. Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với ñộng cơ nên các bộ biến ñổi này có
ñiện trở trong R
b
và ñiện cảm L
b
khác không.
Ở chế ñộ xác lập có thể viết phương trình ñặc tính của hệ thống như sau:
E
b
- E
ư

o
(U
ñk
) -
β
M

Trong su
ốt quá trình ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì từ thông kích từ của ñộng cơ ñược giữ
nguyên bằng giá trị ñịnh mức, do ñó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không ñổi:
M
c.cp
= Kφ
ñm
.I
ñm
= M
ñm

Vì t
ừ thông của ñộng cơ ñược giữ không ñổi nên ñộ cứng của ñặc tính cơ cũng không ñổi, còn
tốc ñộ không tải lý tưởng thì phụ thuộc vào giá trị ñiện áp ñiều khiển U
ñk
của hệ thống. Khi thay ñổi
ñiện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ ñặc tính cơ ứng với các tốc ñộ không tải khác
nhau, song song và có cùng ñộ cứng.
ðiện áp U chỉ có thể thay ñổi về phía giảm (U<U
ñm
) nên phương pháp này chỉ cho phép ñiều
chỉnh giảm tốc ñộ.

2
U
TN
o
0.min
ω
ω
min
ω
maxðể xác ñịnh dải ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ta ñể ý rằng tốc ñộ
l
ớn nhất của hệ thống bị chặn bởi ñặc tính cơ cơ bản, là ñặc tính ứng với ñiện áp phần ứng ñịnh mức
và từ thông cũng ñược giữ ở giá trị ñịnh mức. Tốc ñộ nhỏ nhất của dải ñiều chỉnh bị giới hạn bởi
yêu c
ầu về sai số tốc ñộ và về mômen khởi ñộng.
Hình 3.3 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ
ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi ñiện áp phần ứng.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
48
Giả sử ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U
1
trên phần ứng.
Khi gi
ảm ñiện áp từ U
1
xuống U
2

4
A
B
E
D
C
F
H
I
GTrong khi giảm tốc ñộ theo cách giảm ñiện áp phần ứng, nếu giảm mạnh ñiện áp, nghĩa là
chuyển nhanh từ tốc ñộ cao xuống tốc ñộ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá
trình hãm tái sinh. Ch
ẳng hạn, cũng trên hình 3.4, ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A với tốc ñộ lớn
ω
A
trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U
1
. Ta giảm mạnh ñiện áp phần ứng từ U
1
xuống U
3
. Lúc này
ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm E trên ñường 3 (chuyển ngang
v
ới ω
A
=ω

5
trên phần ứng. Tăng ñiện áp từ U
5

lên U
4
, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ I trên ñặc tính 5 sang ñiểm G trên ñặc tính 4. Do mômen
M
G
lớn hơn mômen cản M
C
nên ñộng cơ tăng tốc theo ñường 4 (ñoạn GH). ðồng thời với quá trình
tăng tốc, mômen ñộng cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần. Tới ñiểm H thì mômen ñộng cơ
cân b
ằng với mômen tải M
H
= M
C
và ñộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm H với tốc ñộ ω
H
> ω
I
.
ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng biện pháp thay ñổi ñiện áp
phần ứng có các ñặc ñiểm sau:
-
ðiện áp phần ứng càng giảm, tốc ñộ ñộng cơ càng nhỏ.
- ðiều chỉnh trơn trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.
-
ðộ cứng ñặc tính cơ giữ không ñổi trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.

tính gi
ảm từ thông như hình 3.5.

-+
R
I
KT§
I
u
§
E
kt
kt

o
ω
o®m
ω
ω
ω
o1
o2
I
I
nm

M
o
C
M

50
- Do ñộ dốc ñặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các ñặc tính sẽ cắt nhau và do ñó, với
tải không lớn (M
1
) thì tốc ñộ tăng khi từ thông giảm. Còn ở vùng tải lớn (M
2
) tốc ñộ có thể tăng
ho
ặc giảm tùy theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với ñịnh
mức.
- Ph
ương pháp này rất kinh tế vì việc ñiều chỉnh tốc ñộ thực hiện ở mạch kích từ với dòng
kích t
ừ là (1÷10)% dòng ñịnh mức của phần ứng. Tổn hao ñiều chỉnh thấp.
Th
ường khi ñiều chỉnh từ thông thì ñiện áp phần ứng ñược giữ nguyên bằng giá trị ñịnh mức,
do ñó ñặc tính cơ thấp nhất trong vùng ñiều chỉnh từ thông chính là ñặc tính có ñiện áp phần ứng
ñịnh mức, từ thông ñịnh mức và ñược gọi là ñặc tính cơ bản (ñôi khi chính là ñặc tính tự nhiên của
ñộng cơ). Tốc ñộ lớn nhất của dải ñiều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ
góp
ñiện. Khi giảm từ thông ñể tăng tốc ñộ quay của ñộng cơ thì ñồng thời ñiều kiện chuyển mạch
của cổ góp cũng bị xấu ñi, vì vậy ñể ñảm bảo ñiều kiện chuyển mạch bình thường cần phải giảm
dòng
ñiện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục ñộng cơ giảm rất nhanh. Ngay
cả khi giữ nguyên dòng ñiện phần ứng thì ñộ cứng ñặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ
thông kích thích.
3.4 Các h
ệ thống ñiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện một chiều
3.4.1 H
ệ truyền ñộng máy phát - ñộng cơ (F - ð)

ệ truyền ñộng F-ð ñơn giản.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
51
- ðTr : ðộng cơ KðB 3 pha kéo máy phát F, có thể thay thế bằng một nguồn năng
lượng khác.
- K : Máy phát t
ự kích, ñể cấp nguồn ñiện cho các cuộn kích từ CKF và CKð.
ðiện áp ra của bộ biến ñổi cấp cho ñộng cơ ð:
u
F
= u
ð
= E
F
- I.R
ưF
= K.φ
F
.ω
ðTr
- I.R
ưF
Khi ta thay ñổi giá trị của biến trở RKF thì sẽ làm cho dòng ñiện qua cuộn kích từ CKF thay
ñổi, do ñó từ thông kích từ φ
F
của máy phát thay ñổi (giảm), dẫn ñến ñiện áp u
F
thay ñổi, do ñó tốc
ñộ ñộng cơ ð thay ñổi: ω < ω
cb

ực hiện hãm thì ñộng cơ ð sẽ qua 2 giai ñoạn hãm tái sinh:
+ T
ăng φ
ð
về ñịnh mức.
+ Gi
ảm ñiện áp phần ứng ñộng cơ về 0.
Nh
ận xét về hệ F-ð:
-
Ưu ñiểm: + ðiều chỉnh tốc ñộ ñơn giản, ít tốn năng lượng vì chỉ thực hiện trong mạch
kích từ.
+ D
ễ dàng ñảo chiều quay bằng cách ñảo chiều từ thông máy phát hoặc ñảo
chiều từ thông ñộng cơ. Tuy nhiên trong thực tế thường dùng cách ñảo chiều từ thông máy phát vì
không th
ể ñể φ
ð
= 0 (ω → ∞).
- Nh
ược ñiểm:
+ Nh
ược ñiểm quan trọng nhất của hệ F-ð là dùng nhiều máy ñiện quay,
trong ñó ít nhất là 2 máy ñiện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp ñặt máy ít nhất gấp 3 lần công
su
ất ñộng cơ chấp hành, dẫn ñến giá thành tăng, hiệu suất thấp.
+ Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, ñặc tính từ hóa có trễ nên
khó
ñiều chỉnh sâu tốc ñộ.
Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ:

CFD
CO§
CC§
BA
U
C§
F
C§
F
O§
F
D
A
F
CKF
R
α
CPF
CP§
MK§
+ CC
ð: Gọi là cuộn chủ ñạo hay cuộn ñiều khiển, ñược cấp ñiện từ nguồn một chiều ổn
ñịnh. ðiện áp ñặt vào cuộn này thay ñổi ñược nhờ biến trở R
Cð
. ðiện áp này tạo ra sức từ ñộng F
Cð


cf
.I.
Trong
ñó: R
cf
= R
CPF
+ R
CPð
là tổng trở của 2 cuộn phụ, I là dòng ñiện ñi qua ñộng cơ. Do ñó sức
t
ừ ñộng của cuộn CFD tỉ lệ với dòng ñiện qua ñộng cơ: F
CFD
~ ∆U hay F
CFD
~ I, F
CFD
cùng chiều
v
ới F
Cð
. Vì vậy cuộn CFD ñược gọi là cuộn phản hồi dương dòng.
+ COð: Là cuộn ổn ñịnh hay cuộn phản hồi mềm. Cuộn COð lấy dòng trên thứ cấp máy
bi
ến áp BA, sơ cấp của BA nối song song với máy phát. Khi hệ thống ở chế ñộ tĩnh thì trong cuộn
sơ cấp không có phản ứng. Khi hệ thống ở chế ñộ ñộng, dòng ñiện biến thiên, trong máy biến áp
BA có tín hi
ệu, cuộn COð xuất hiện dòng ñiện, sinh ra sức từ ñộng F
Oð
. Chiều của F

uu
I
§F
), vì thế F
CFD
tăng, F
CFA
giảm, dẫn ñến sức từ ñộng tổng F
Σ
tăng, do ñó U
F
tăng làm
t
ốc ñộ ñộng cơ lại tăng lên bù lại phần sụt giảm tốc ñộ.
Ph
ương trình ñặc tính cơ - ñiện:
ω = K
1
.U
Cð
- K
1
.[R
u
- f(R
cf
,
§u
R ,R
−F

a
IwS/l.
N
ếu cùng chia tử số và mẫu số cho µ
a
S thì ta có:
φ = Iw.
1−








S
l
a
µ

Trong công th
ức trên Iw gọi là sức từ ñộng F. Cũng giống như trong mạch ñiện, dòng ñiện tỉ lệ
v
ới sức ñiện ñộng còn trong mạch từ, từ thông tỉ lệ với sức từ ñộng. ðại lượng
S
l
a
µ
ñứng ở mẫu số

(giả sử hướng xuống như ở hình vẽ) ñược tạo
ra. Các dây d
ẫn rotor ñược kéo quay với tốc ñộ ω
F
trong từ trường φ
F
sẽ cảm ứng một s.ñ.ñ E
1
(s.ñ.ñ
ngang tr
ục) và trong cuộn dây phần ứng sẽ có một dòng ñiện I
1
ñược tạo ra, khép kín mạch qua cặp
chổi than ngắn mạch 1-2. Chiều dòng ñiện I
1
ñược xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
54
Vì ñiện trở ngắn mạch giữa 2 chổi than 1-2 rất nhỏ nên I
1
khá lớn và hệ số khuếch ñại lần thứ
nhất K
1
của máy lớn.
1 2
3
4
φ
F
φ

n
hướng sang
ph
ải(xác ñịnh theo quy tắc vặn nút chai hay ñinh vít thuận) và ñến lượt từ trường ngang trục φ
n
này
làm xu
ất hiện trong cuộn dây phần ứng quay trong nó một s.ñ.ñ E
2
(s.ñ.ñ dọc trục). S.ñ.ñ E
2
lớn hơn
nhi
ều so với E
1
. Nếu MKðN ñược nối tải bên ngoài R
t
qua 2 chổi than 3-4 thì trong cuộn dây phần
ứng sẽ có dòng ñiện phụ tải I
2
mà chiều xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải. ðây là tầng khuếch ñại
th
ứ 2 của MKðN với hệ số khuếch ñại K
2
.
Vậy về nguyên lý có thể xem MKðN tương ñương với hai máy phát ñiện nối tầng với nhau
thành 2 c
ấp khuếch ñại như mạch ñẳng trị ở hình vẽ:

E

2
và các dòng ñiện I
1
, I
2
thực ra ñều ñược sinh ra trong một cuộn dây phần ứng.
Dòng I
2
(dòng tải) trong cuộn dây phần ứng lại tạo ra một từ trường dọc trục φ
d
ngược chiều
với từ trường chính φ
F
và làm từ trường chính suy giảm, dẫn ñến s.ñ.ñ máy phát bị giảm. Dòng tải I
2

càng t
ăng, từ trường dọc trục φ
d
càng lớn và từ trường chính càng bị giảm nhiều dẫn ñến s.ñ.ñ của
máy phát b
ị tụt thấp. ðó là ñiều không mong muốn.
ðể hạn chế hoặc trừ khử từ trường φ
d
này người ta ñặt thêm một cuộn dây ở stato của MKðN
và g
ọi là cuộn bù CB. Cuộn bù ñược mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng và sẽ tạo ra một từ trường
φ
b
ngược chiều với từ trường dọc trục φ

C§
U
C§
M§K§
2
4
1
3
CB
C
R
CDA
CFT
F
O§
FT
FMáy phát t
ốc FT ñược nối trục với ñộng cơ ð. ðiện áp ra: U
FT
= K.ω, ñiện áp này tạo ra sức
t
ừ ñộng: F
FT
= c.ω.
S
ức từ ñộng tổng: F
Σ

®k
W
®k
T
W
=
Trên m
ạch từ không có khe hở không khí ñược quấn hai cuộn dây: cuộn ñiều khiển (w
®k
) và
cuộn tải (w
T
). Cuộn dây w
T
ñược ñấu nối tiếp với phụ tải và ñấu vào nguồn ñiện xoay chiều, còn
cu
ộn dây w
®k
ñược nối nối tiếp với biến trở R , với ñiện kháng chặn X
C
(ñể hạn chế ảnh hưởng của
dòng ñiện xoay chiều cảm ứng từ phía mạch xoay chiều) và nối với nguồn ñiện áp một chiều.
M
ạch từ bảo hòa ứng với trường hợp I
ñk
= I
ñkñm

T
.w
T
= I
ñk
.w
ñk
Do ñó:
T
dk
dkT
w
w
II =

Hình 3.10 - Khuếch ñại từ.
Hình 3.11 - ðặc tính ñiều khiển của khuếch ñại từ.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
57
Với khuếch ñại từ lý tưởng, khi I
ñk
= 0 thì I
T
= 0, còn với khuếch ñại từ thực tế: I
ñk
=0 thì
I
T
=I
0

U
1
, f
1

(a)

CK
R
kt

BA

V
0

W
lv

•
••

•
••
•

•
••
•

•
••
•

•
••
•
-

•
••
•

•
••
•
+


U
1
, f

ñk

•
••
•
+

•
••
•
-

•
••
•
-

+
•
••
•
•
••
•

•
••
•

•

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
58
Trong các sơ ñồ này, máy biến áp BA có chức năng biến ñổi giá trị ñiện áp cho phù hợp với
yêu cầu của ñộng cơ. Tạo ra số pha hoặc ñiểm trung tính cho phù hợp với sơ ñồ chỉnh lưu nếu cần
và nâng cao h
ệ số công suất của hệ.
Các van không ñiều khiển Vo dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều và tạo
ra thành ph
ần dòng ñiện tự từ hóa cho KðT.
Trong hệ thống KðT – ñộng cơ, tốc ñộ ñộng cơ ñược ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi trị số
trung bình c
ủa sức ñiện ñộng chỉnh lưu bằng cách biến ñổi dòng ñiện ñiều khiển, tức là biến ñổi
mức ñộ bão hòa của mạch từ.
ðể ñơn giản trong việc khảo sát nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống này, ta tách ra một trong ba
pha từ các sơ ñồ trên và giả thuyết rằng ñặc tính từ trễ của lõi thép có dạng lý tưởng.

a) Sơ ñồ nguyên lý một pha của bộ biến ñổi.
b) D
ạng ñặc tính từ trễ lý tưởng của lõi thép.

Ta có: u
2
= U
2msin

rất lớn, nguồn chủ yếu rơi trên
cu
ộn kháng còn giá trị iR
t
≈ 0. Ta có:
u
2
= U
2msin
ωt = iR
t
+ X
k
( di/dωt ) = N
lv
ωS ( dB / dt )
V
ới ñiều kiện ban ñầu: t = 0, B = B
0
, giải phương trình này ta ñược:
B = B
0
+ B
m
( 1 - cosωt )
Trong ñó:
- Biên
ñộ từ cảm: B
m
= U


•
••
•

•
••
••
••
•

I
ñk

U
ñk
W
ñk

V
0

(a)

B
H


Trong
ñó:
- p: S
ố lần ñập mạch trong bộ chỉnh lưu.

- α: Góc bão hòa
- B
S
: Từ cảm bão hòa.
N
ếu ta chọn B
m
= B
S
thì α = arccos ( B
0
/B
S
). Lúc này giá trị trung bình của ñiện áp chỉnh
l
ưu: U
KðT
= U
m
[ 1 + ( B
0
/B
S
)] = f ( B
0

ñk
).
3.4.3 H
ệ truyền ñộng chỉnh lưu - ñộng cơ
Các b
ộ biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều thực chất là các bộ chỉnh lưu (hay
các b
ộ nắn ñiện) dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành dòng ñiện một chiều.
Có rất nhiều sơ ñồ chỉnh lưu khác nhau ñược phân loại như sau:
- Theo s
ố pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha
- Theo sơ ñồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu,
ch
ỉnh lưu hình tia
- Theo sự ñiều khiển có: Chỉnh lưu không ñiều khiển, chỉnh lưu có ñiều khiển, chỉnh
l
ưu bán ñiều khiển.
3.4.2.1 Gi
ới thiệu Thyristor
a) Ch
ất bán dẫn:
Về phương diện dẫn ñiện, các chất ñược chia thành 2 loại: Chất dẫn ñiện (có ñiện trở suất
nh
ỏ) và chất không dẫn ñiện (có ñiện trở suất rất lớn). Chất không dẫn ñiện còn gọi là chất cách
ñiện hay ñiện môi.
Gi
ữa hai loại chất này, có một loại chất trung gian mà ñiện trở suất của nó thay ñổi trong
một giới hạn rộng và giảm mạnh khi nhiệt ñộ tăng (theo luật hàm mũ). Nói cách khác, chất này dẫn
ñiện tốt ở nhiệt ñộ cao và dẫn ñiện kém hoặc không dẫn ñiện ở nhiệt ñộ thấp. ðó là chất bán dẫn.
)1arccos(

Hai nguyên t
ố Ge và Si trong bảng tuần hoàn ở phân nhóm IV, lớp ñiện tử ngoài cùng của
Ge, Si có 4 ñiện tử (electron) và chúng liên kết ñồng hóa trị với nhau, tạo thành một mạng bền vững
(hình a).

N
ếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm III, chẳng hạn In, thì do lớp ñiện tử ngoài
cùng c
ủa In chỉ có 3 ñiện tử nên thiếu 1 ñiện tử ñể tạo ra cặp ñiện tử ñồng hóa trị. Nguyên tử In có
thể sẽ lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge lân cận và làm xuất hiện một lỗ trống dương. Ion Ge lỗ trống
này l
ại có thể lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge khác ñể trung hòa và biến nguyên tử Ge sau này thành
một lỗ trống mới. Quá trình cứ thế tiếp diễn và bán dẫn Ge ñược gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn
d
ương: Bán dẫn P (Positive). Nếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn As, thì do lớp ñiện tử ngoài
cùng c
ủa As có 5 ñiện tử nên sau khi tạo 4 cặp ñiện tử ñồng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh,
thì As thừa ra 1 ñiện tử. ðiện tử này dễ dàng rời khỏi nguyên tử As và trở thành ñiện tử tự do. Bán
d
ẫn Ge trở thành bán dẫn ñiện tử hay bán dẫn âm: Bán dẫn loại N (Negative).
Khi nhiệt ñộ chất bán dẫn tăng hay bị ánh sáng chiếu vào thì chuyển ñộng của các phần tử
mang
ñiện mạnh lên nên chất bán dẫn sẽ dẫn ñiện tốt hơn.
Bán d
ẫn loại P
Bán d
ẫn loại N

nên chúng tr
ở thành mang ñiện âm. Phía bán dẫn N, do mất ñiện tử nên trở thành mang ñiện dương.
Do vậy, một ñiện trường E
0
ở lớp tiếp xúc P-N ñược hình thành và hướng từ N sang P. ðiện trường
này nh
ư một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P tiếp tục sang N và ñiện tử từ N sang P.
Nếu nối P-N với một nguồn ñiện một chiều ñể tạo ra sự phân cực thuận, tức là cực dương
c
ủa nguồn nối với bán dẫn P, cực âm của nguồn nối với bán dẫn N thì có một ñiện trường ngoài (do
nguồn ngoài tạo ra) hướng từ P sang N, mạnh hơn E
0
và ngược hướng E
0
. ðiện trường này giúp lỗ
tr
ống dương tiếp tục từ P sang N và ñiện tử tiếp tục từ N sang P tạo ra dòng ñiện thuận I
th
ñi qua lớp
tiếp xúc P-N.

Nếu nối P-N ñể tạo ra sự phân cực ngược, tức là cực dương của nguồn nối với bán dẫn N,
cực âm của nguồn nối với bán dẫn P thì ñiện trường ngoài sẽ hướng từ N sang P cùng chiều với
ñiện trường lớp tiếp xúc E
0
. ðiện trường này cùng với ñiện trường E
0
cản trở sự chuyển dịch của
các lỗ trống từ P sang N và ñiên tử tự do từ N sang P nên dòng ñiện không tạo ra ñược.
Trên th

n
U
0
2
1
3
4
5
ðặc tính Vôn-Ampe của ñiôt biểu thị mối quan hệ I(U) giữa dòng ñiện qua ñiôt và ñiện áp ñặt
vào 2 c
ực của ñiôt. ðặc tính Vôn-Ampe tĩnh của ñiôt có 2 nhánh. Nhánh thuận ứng với ñiện áp
thuận (sơ ñồ nối mạch ở góc I), dòng ñiện ñi qua ñiôt tăng theo ñiện áp. Khi ñiện áp ñặt vào ñiôt
v
ượt một ngưỡng U
n
cỡ 0,1V ÷ 0,5V và chưa lớn lắm thì ñặc tính có dạng parabol (ñoạn 1). Khi
ñiện áp lớn hơn thì ñặc tính gần như ñường thẳng (ñoạn 2).
Nhánh ngược ứng với ñiện áp phân cực ngược (sơ ñồ nối mạch ở góc III). Lúc ñầu, ñiện áp
ng
ược tăng thì dòng ñiện ngược (dòng ñiện rò) rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (ñoạn 3). Tới ñiện
áp ngược |U| > U
ng.max
thì dòng ñiện ngược tăng nhanh (ñoạn khuỷu 4) và cuối cùng (ñoạn 5) thì
ñiôt bị ñánh thủng. Lúc này dòng ñiện ngược tăng vọt dù có giảm ñiện áp. ðiện áp này gọi là ñiện
áp chọc thủng. ðể ñảm bảo an toàn cho ñiôt, ta nên ñể ñiôt làm việc với ñiện áp ngược ~ 0,8U
ng.max
.

1
J
2
J
3
A K
G
Hình 3.12 - Cấu tạo, ký hiệu và ñặc tính Vôn-Ampe của ñiôt.
Hình 3.13 - C
ấu tạo và ký hiệu của Tiristor.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
63
Cấu tạo thường gặp và ký hiệu của Tiristor cho trên hình 3.13. Về mặt cấu tạo Tiristor gồm
một ñĩa silic từ ñơn tinh thể loại n, trên lớp ñệm loại bán dẫn p có cực ñiều khiển bằng dây nhôm,
các l
ớp chuyển tiếp ñược tạo nên bằng kỹ thuật bay hơi của gali. Lớp tiếp xúc giữa Anôt và Katôt
làm bằng ñĩa môliñen hay tungsten có hệ số nóng chảy gần với silic. Cấu tạo dạng ñĩa kim loại ñể
d
ễ ñang tản nhiệt. Hình 3.14 trình bày mặt cắt của một tiristor. Ngoài cùng là lớp vỏ bọc có tác
dụng chống các ứng suất cơ học, ñể dễ dàng tản nhiệt cũng như ñể dễ nối với mạch ngoài.
- - - - -
++ + + + + + ++ + + ++ +
+ +++++++++++++
- - - - -
+
+
+

và J
3
ñược phân cực thuận, J
2
bị phân cực ngược. Gần như
toàn bộ ñiện áp nguồn ñặt lên mặt ghép J
2
. ðiện trường nội tại E
1
của J
2
có chiều hướng từ N
1
về P
2
.
ðiện trường ngoài tác ñộng cùng chiều với E
1
, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách ñiện càng mở
rộng ra, không có dòng ñiện chảy qua Tiristor mặc dù nó ñược ñặt dưới ñiện áp thuận.
M
ở Tiristor: Nếu cho một xung ñiện áp dương U
g
tác ñộng vào cực G (dương so với K), các
ñiện tử từ N
2
chạy sang P
2
. ðến ñây một số ít trong chúng chảy vào nguồn U
g

AK
> 0, Tiristor ở trạng thái sẵn sàng
mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn ñợi lệnh - tín hiệu I
g
ở cực ñiều khiển.
Công th
ức: Tiristor khóa +
gstg
AK
II
VU
≥
>
1
→ Tiristor m
ở
Trong
ñó I
gst
là giá trị dòng ñiện ñiều khiển ghi trong sổ tay tra cứu của Tiristor.
Hình 3.14 - Mặt cắt chi tiết của Tiristor.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
64
Thời gian mở t
on
là thời gian cần thiết ñể thiết lập dòng ñiện chính chảy trong Tiristor, tính từ
th
ời ñiểm phóng dòng I
g
vào cực ñiều khiển. Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10µs.

nguồn ñiện áp ngoài.
Lúc
ñầu của quá trình, từ t
0
ñến t
1
, dòng ñiện ngược khá lớn, sau ñó J
1
rồi J
3
trở nên cách ñiện.
Còn lại một ít ñiện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J
1
và J
3
, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít
d
ần ñi cho ñến hết và J
2
khôi phục lại tính chất của mặt ghép ñiều khiển.
Thời gian khóa t
off
tính từ khi bắt ñầu xuất hiện dòng ñiện ngược t
0
cho ñến khi dòng ñiện
ng
ược bằng 0 (t
2
). ðấy là khoảng thời gian mà sau ñó nếu ñặt ñiện áp thuận lên Tiristor, Tiristor
c
ðoạn 2 ứng với giai ñoạn phân cực thuận của J
2
. Trong giai ñoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ
của dòng ñiện ứng với một lượng giảm lớn của ñiện áp ñặt lên Tiristor. ðoạn 2 còn gọi là ñoạn ñiện
tr
ở âm.
Hình 3.15 -
ðặc tính Vôn-Ampe của Tiristor.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
65
ðoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép ñã trở thành dẫn ñiện. Dòng
ñiện chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi ñiện trở mạch ngoài. ðiện áp rơi trên tiristor rất nhỏ,
kho
ảng 1V. Tiristor còn giữ ở trạng thái mở chừng nào i còn lớn hơn dòng duy trì I
H
(holding
current).
ðoạn 4 ứng với trạng thái tiristor bị ñặt dưới ñiện áp ngược. Dòng ñiện ngược rất nhỏ, khoảng
vài chục mA. Nếu tăng U ñến U
Z
thì dòng ñiện ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng,
tiristor b
ị hỏng.
Bằng cách cho những giá trị I
g
> 0 khác nhau chúng ta sẽ nhận ñược một họ các ñặc tính V-A
v
ới các U

(0,1÷0,5V).
- ðối với Tiristor thì phân áp thuận chỉ là một ñiều kiện nên tiristor chưa thông. Cùng với
phân áp thuận còn phải có xung dòng ñiều khiển ñưa vào cực ñiều khiển G. Dòng ñiều khiển càng
l
ớn, ñặc tính V-A của tiristor càng giống ñặc tính V-A của ñiôt. Tới một giá trị cực ñại của dòng
ñiều khiển thì ñặc tính V-A của tiristor giống như của ñiôt. Do vậy, tiristor còn ñược gọi là ñiôt có
ñiều khiển.
- Khi ñiôt hoặc tiristor thông thì ñiện trở trong của chúng rất nhỏ nên sụt áp trên chúng không
ñáng kể.
3.4.2.2 Các s
ơ ñồ chỉnh lưu Thyristor
R
L
T
1
T
2
3
T
T
4
~
d
I
d
U

a) S
ơ ñồ chỉnh lưu Thyristor
hình c

c

R
L
I
d
U
d
T
1
2
T
3
T
2a
U
2b
U
2c
U
A
B
C
Trong các s
ơ ñồ chỉnh lưu trên, giá trị ñiện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc
ñiều khiển kích mở của Thyistor: U
d

EU
I
−
=

3.4.2.3 H
ệ truyền ñộng T - ð
Trong h
ệ thống truyền ñộng chỉnh lưu ñiều khiển - ñộng cơ một chiều (hay hệ Thyristor -
ðộng cơ một chiều), bộ biến ñổi ñiện là các mạch chỉnh lưu ñiều khiển có ñiện áp ra tải U
d
phụ
thu
ộc vào giá trị của góc ñiều khiển. Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng
hoặc dòng ñiện kích thích ñộng cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền ñộng mà có thể dùng các sơ
ñồ chỉnh lưu thích hợp.
b) S
ơ ñồ chỉnh lưu Thyristor
hình c
ầu 3 pha
c) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor
hình tia 3 pha
Hình 3.17 - Các sơ ñồ chỉnh lưu Tiristor.
GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện
67
a) Hệ thống T-ð không ñảo chiều
Các s
ơ ñồ thường gặp:
§K1
CL1

T
§
CK
§K

CK
C
B
A
T
2c
U
3
2b
U
2a
U
T
2
T
1
§
§K

TT
T
3
4 4
~
c