Một số ứng dụng của
điện tử công suất
trong điều chỉnh tốc
độ động cơ 3 pha
Chương 1:
VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÁC LINH KIỆN
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT DÙNG TRONG
VIỆC ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
I.1 ĐIỀU KHIỂN TRANSISTOR:
- Transistor được dùng để đóng cắt dòng điện có cường độ
tương đối lớn. Vậy chúng chỉ làm việc ở hai trạng thái:
- Trạng thái đóng (dẫn bão hòa) để đóng mạch điện.
- Trạng thái mở (ngưng dẫn) để cắt mạch điện.
Khi transistor hoạt động với thời gian dẫn bão hòa hay ngắt
tương đối dài còn gọi là chế độ khóa của transistor.
I.1.1 Chế độ khóa của Transistor.
-Transistor làm việc ở chế độ khóa như một khóa điện tử
đóng mở mạch nhanh với tốc độ nhanh (10
-9
s  10
-6
s) do đó có
nhiều đặc điểm khóa với chế độ khuếch đại.
Transistor ở chế độ khóa thì điện áp đầu ra có hai trạng
thái sau:
V
ra
=1 khi V

= 1 transistor chuyển sang trạng thái đóng (bão hòa)
điện áp ra thỏa mãn điều kiện ở (I.1) V
ra
= 0 ở trạng thái bão
hòa để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích cực
nền quá lớn, dòng điện cực nền ban đầu phải cao để chuyển
sang trạng thái dẫn nhanh chóng, ở chế độ khóa dòng điện nền
phải giảm cùng qui luật như dòng điện thu để tránh hiện tượng
chọc thủng tiếp giáp BC.
Trạng thái đóng mạch I
B
lớn
I
C
do tải giới hạn
Trạng thái hở mạch I
B
=0
+Vnguồn
RC
R3
Hình I.2: Đặc tuyến transistor ở chế độ khóa.
I.1.2 MẠCH TR GIÚP MỞ:
Hình I.3 :Mạch trợ giúp mở.
Khi transistor chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở.
Mạch trợ giúp mở gồm các phần tử C, D
1
, R
1
. Dòng điện tải

i
i
i1
D
D2
Rt
D1R1
C
Khi cho xung áp tâm tác động vào cực nền của Transistor
dòng I
C
giảm tuyến tính từ 1 xuống 0 trong khoảng thời gian t
1
.
Nếu không có mạch trợ giúp mở i
C
+ i
D
= I = const (I.2).
Vừa lúc i
C
bắt đầu giảm thì i
D
tăng lên ngay, D
2
làm chuyển
mạch tải
V
CE
= V+0,6V (I.3).

qua thời gian tổng cộng của quá trình chuyển trạng thái mở là t
2
.
Trong thực tế người ta chọn C sao cho:
2t
1
< t
2
< 5t
1
Trong đó:
T
1
là thời gian cần thiết để i
C
giảm từ I xuống 0, cho trong
sổ tay tra cứu
(I.5)
C
ic
I
dt
dVc


C
I
dt
dVc


CE
bão hòa = 0 cho trong sổ tay tra
cứu.
- Thời gian tổng cộng của quá trình đóng là :t
- Điện cảm L
1
được tính gần đúng bằng biểu thức
8)-(I
.
1
I
t
V
L


+Vn
Vv
T
D2
D1R1
C
L1
R2
D3
Rt
* Khi Transistor từ trạng
thái mở sang trạng thái
đóng
Trong thực tế người ta chọn L

1
C>t

.
I.2 ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR:
I.2.1: Các yêu cầu cơ bản về mạch điều khiển:
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi
Thyristor. Nó đóng vai trò chủ yếu trong việc quyết đònh chất
lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Yêu cầu đối với mạch điều
khiển đa dạng gồm các bước chính sau:
 Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển.
- Mỗi Thyristor đều có một đặc tính đầu vào đó là quan hệ
giữa áp trên cực khiển và dòng điện chạy qua cực khiển
V
đk
=f(i
đk
).
Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc mà
ngay cả các Thyristor cùng loại cũng có những đặc tính đầu vào
khác nhau. Yêu cầu độ lớn điện áp và dòng điện điều khiển là:
- Giá trò lớn nhất không vượt quá giá trò cho phép ở sổ tay
tra cứu.
-Giá trò nhỏ nhất phải đảm bảo mở được tất cả các
Thyristor cùng ở mọi điều kiện làm việc.
9)-(I
2
2
1
t

11)-(Is}{A/1,0


dt
di
đk
 Yêu cầu về độ tin cậy:
Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tin cậy trong mọi
hoàn cảnh như t
0
thay đổi, nguồn tín hiệu nhiễu tăng. Do vậy
yêu cầu:
- Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ để Thyristor không
tự mở khi dòng rò tăng.
- Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao
động điện áp nguồn.
- Cần khử được nhiễu cảm ứng (ở khâu so sánh, ở biến áp xung
tần ra) để tránh mở nhầm.
 Yêu cầu về lắp đặt:
- Thiết bò dễ thay thế, dễ lắp ráp điều chỉnh.
- Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.
I.2.2 Nguyên tắc xây dựng và phân loại mạch điều khiển
Thyristor.
Mạch điều khiển có nhiệm vụ gia công và biến đổi các tín
hiệu điều khiển (điện áp DC) thành các chuỗi xung để đưa vào
điều khiển Thyristor, được biểu diễn như hình I.5
Hình I.5 Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor.
ĐB
CH
T

ngang so với điện áp ban đầu hình (I-6).
Hình I-6: Sơ đồ nguyên lý và độ thò điện áp mạch khống
chế ngang.
Vr
Vc
a
c
a
b
c

Vc
VR
b
C
VR
BA
Khống chế đứng là tạo ra góc  thay đổi bằng cách dòch
chuyển điện áp của chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện
áp răng cưa, phương pháp này lại chia ra: Phương pháp khống
chế không đồng bộ và phương pháp khống chế đồng bộ. Khống
chế đồng bộ là khống chế để tạo ra xung điều khiển Thyristor
đồng bộ với nhau nhờ nguồn pha phát tín hiệu đồng bộ, còn
khống chế không đồng bộ là việc tạo ra các xung điều khiển
Thyristor độc lập với nhau. phương pháp khống chế đứng hiện
đang được dùng phổ biến vì độ chính xác cao và khoảng điểu
khiển rộng (từ 0
0
– 180
0

V
V1
Tạo xung
Hình I-7: Sơ đồ khối mạch khống chế đứng và dạng điện
áp ra của nó.
Chương 3:

Các khối của mạch điều khiển
Thyristor
a> Khối phát tín hiệu đồng bộ: ĐB Vì điều khiển
Thyristor theo nguyên lý điều khiển pha nên cần có khối đồng
bộ pha giữa điện áp điểu khiển và điện áp Anod – Cathode của
Thyristor.
Các mạch phát tín hiệu đồng bộ điển hình như sau:
 Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và diode. Hình I-8.
Hình I-8: Sơ đồ khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ
diode.
Trong đó:
V
d
: Điện áp xoay chiều đồng pha với điện áp trễ Anod – Katod
của transistor.
V
n
:nguồn điện áp một chiều.
V
c
: Điện áp đồng bộ lấy ra.
Khi V
D

=0 (tại t
1
) tụ C
bắt đầu được nạ chu kỳ mới
 nằm khoảng t
1
t
2
.
 Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và transistor:I-10.
V
đ

t
1
t
2
0
t

V
C
Vng
Vv
Vc
in
BA
Vđ
D2
D1

: Điện áp điện một chiều.
V
c
: Điện áp đồng bộ lấy ra khi V
đ
>0. Transistor T bão hòa.
V
C
=v (v sụt áp trên Transistor).
Khi V
d
>0 Transistor T khóa, tụ C được nạp qua R
1
, R
3
từ V
n
.
Ta có:
Nên chọn R
1
>>R
3
đề t
nạp
>> t
phóng
.
V
đk










n
đk
n
c
nạp
V
V
CR
V
V

Hình I-11: Sơ đồ thay thế Transistor một tiếp giáp làm máy phát
xung và dạng xung ra.
Khi V
E
<V
BB
tụ C được nạp từ nguồn V
n
theo biểu thức sau:
: Tham số riêng của mỗi loại Transistor 1 tiếp giáp.

B1
Tu
E
Ie
ic
R
R2
R1
C
V
BB
=V
n
(1-e
-t/RC
) (I-16).
T: Chu kỳ tạo xung.
V
E
:Điện áp trên cực phát của Transistor một tiếp giáp.
V
BB
:Điện áp trên cực B
1
,B
2
của Transistor một tiếp giáp
Xem V
BB
=V

Trong đó V
V
, và I
V
là áp dòng ứng với điểm trũng trên đặc
tính V-A của UJT.
17)-(I
1
1
ln



RCT
18)-(I
4
,
0
2
n
BB
V
R
R


19)-(I
max
p
pn

nền T
1
là:
B
+Vn
B1
+Vn
R2
R1
R3
R
C
T1
T2
R
C
T1
R3
T2
D
21
1

21
1
Với
22)-(I
.
RR
R

,T
2
nhanh chóng chuyển qua
chế độ bão hòa. Lúc đó tụ C sẽ phóng điện qua R
3
sẽ có xung
ra. Lúc đó tỉ số
 sẽ là:
Còn các thông số còn lại tương tự như thông số mạch hình I-11.
C. Khối so sánh:
Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh các tín hiệu và phản ánh
các sai lệch tín hiệu ở đầu ra. khâu so sánh có ảnh hưởng rất
quan trọng đến sai lệch tónh của hệ thống. Ngoài ra để điều
khiển các bộ biến đổi Thysistor ngày nay các sơ đồ so sánh được
làm bằng bán dẫn và vi mạch.
Khối so sánh dùng các mạch bán dẫn được trình bày hình I-
13.
a/ b/
8,05,0
21
1



RR
R

Vr
Vn+
Vđk

nối ngược cực tính với
nhau.
- Nối song song hình(I-13b) V
đk
và V
đb
nối song song.
Khi V
đk
=0 ta tính được điện áp đồng bộ.
Lúc nối tiếp V
đb
=V
Bo
+I
B
(R
đb
+R
đk
+r
B
) (I-23)
Diode D hình I-13 để bảo vệ Transistor khi V
đk
> V
đb.
Điện áp V
Bo
: Điện áp rơi trên tiếp giáp B-C lúc không tải.

đk
đb
Bb
RR
r
RRRI
RR
RR
VV
+12V
v
Vr
-
V
-6V
0
-
+
+
V
-
R2
R1
+12V
V
-
-
v
-
0

, T
2
nối tầng để tăng hệ số khuyếch đại công suất
Đ
1
,R
1
để bảo vệ T
1
, T
2
khỏi quá áp khi cuộn sơ cấp của máy
biến áp xung chuyển mạch.
t
t
v
V
R2
R1
T1
T2
BAX