Nội dung

C h ư ơ n g 13 B ộ KHỞI ĐỘNG ĐIỆN GỊÁM SỬ DỤNG UNH KIỆN BÁN d A n IMỘIDUNG CHÌNH ٠Sự vận hành CLJa thyrlstnr. ٠Cong dụng cUa ưực cổng. ♦ Gla tốc vồ cấp với linh hiện bán dẫn. ٠Sự vận hành cUa diac trong mạch diều khiển. ٠Sự vận hành cUa triac trong mạch diều khiển. ٠Cách thức lắp bộ triệ t dinh trong các linh, kiện từ tinh. ٠Bdo vệ chống sét. nhưng th u ật ngừ SCR được dùng nhiều trong các tài liệu và được chấp nhận rộng rãi. Đày là loại linh kiện bán dẫn đặc b iệt được dùng để điều khiển các mạch điện. SCR chỉ dẫn điện theo chiều thuận. Ký hiệu của SCR được nêu trê n H ình 13-1. Dòng điện đi qua SCR từ cathode (C) đến anode (A). Minh họa này cho thấy SCR còn có cổng (G). Anode LINH KIỆN BIỆN c. Linh kiện diện cơ dược dUng từ nhiều nảm qua, nh ‫ا‬mg vẫn hoạt dộng dáng tin cậy trong nhiều trang th iế t b ‫؛‬. ٧ớì cấu trUc dơn giản ١linh hoạt trong sứ dụng, và cO nhiều tổ hợp tiếp điểm, chUng dược dUng dể thực hiện các nhiệm vụ như lập chuồi thứ tự và khOa liên dộng. ChUng cOn cO thể dẫn dOng diện lớn và n g ắt mạch theo yêu cầu. I^lnh kiện bán dẫn khOng có bộ phận chuyển dộng cUng khOng cO các tiếp điểm dể làm sạch, thay mơi١hoặc diều chinh, sư dụng transistor, triac, diac, và SCR dể chuyển mạch. Các linh kiện logic này cO th ể thực hiện các chức nãng trong hệ thống bán dẫn như các relay trong hệ thô.ng điện cơ. 130 diều khiển bán dẫn cO nhiều ‫ ﻟﻌﺎ‬điểm làm cho chUng dược sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. ChUng cO độ tin cậy cao hơn các linh kiện diện cơ, dược cung cấp dưới dạng module kin, cỏ thể cám vào hoặc thay thê' theo bộ một cách dễ dàng. Cực cổng Calhode H ìn h 1 3 -1 .K ý b ‫؛‬ệuS C R , Chức nấng của SCR dược minh họa trong sơ dồ mạch trê n Hinh 13-2. Công dụng chinh cUa SCR là dUng cho mạch diều khiển, chẳng hạn bộ làm mơ dèn, bộ diều khiển tốc độ dộng cơ. K.iểu mạch này dược minh họa trên Hlnh 1:3-2. Diện trơ R trong mạch này là biến trơ (diện trở cO thể diều chinh), dược dUng dể diều khiển giá trị diện áp cung cấp cho cổng cUa SCR. Diộn áp cung cấp càng cao, dOng diộn di qua càng lớn. Nếu mạch diều khiển dèn, giảm diện áp dến biến trơ sẽ làm mờ bOng dèn. Nếu tai là dộng cơ, tốc độ sẽ giảm. Các Hình 13-3,. '13-4, và 13-5 KHỞI BỘNG BIỆN ÁP GIẲM CO thể thực hiện chế độ khơi dộng diện áp giảm theo nl)lều cdch. Tuy nhiên, trong mạch bán dẫn, kiểu khơi dộng này dơn giản hơn so với linh kiện diện cơ. Tuy cẩc chi tiế t trong mạch diện ban dần phdc tạp hơn -hệ thô'ng diện cơ, nhưng không yêu cầu kiến thức chuyên sâu về bán dẫn và diện tử dể làm việc với các mạch này. Bộ CHỈNH 1‫ ﻟ ﻼ‬ĐIỂU KHIỂN BẰNG SIIIC (SCB) Bộ chỉnh lưu diều khiển bằng Si (SCB) là linh kiện thOng dụng n h ấ t trong các mạch diều khiển dộng cơ diện. SCR thực chất là thyristor. 159 https://tieulun.hopto.org Cathode Anode Cổng Hình 13-3. Hình vẽ SCR thòng dụng. Anode Hình 13-7. Mắc các SCR trong mạch ba pha. Các mặt cực đường kính tối đa 47.62 (1.875) 1C' đa 27.6b (1.090) __ ^Đường kỉnh lối đa 74.29 (2.925) Hình 13-5. Cường độ dòng điện càng lớn, yêu cấu SCR càng lớn. minh họa hình dạng SCR với các đầu dây tương ứng nôi kết đến cathode, anode, và cực cổng. Một trong các lý do chính sử dụng linh kiện bán dẫn để điều khiển động cơ là khả năng khởi động động cơ trong điều kiện giảm điện áp, và cho phép động cơ đạt đến tốc độ toàn phần ở mức moment th ấp hơn. Bằng cách giảm cường độ dòng điện đi vào khi khơi động, va đập cơ học đối với th iế t bị được truyền động sè giám rõ rệt. Bộ khởi động động cơ điện áp giảm sử dụng linh kiện bán dẫn SCR để điều khiển công suất. SCR chỉ dẫn điện theo một chiều, chiều mũi tên trên ký hiệu. Để sử dụng SCR và tận dụng ưu th ế của linh kiện này đối với điện ac ١cần dùng hai SCR mắc song song và ngược nhau, Hình 13-6. Các SCR phải được chuyền mạch ON để cho phép dòng điện đi qua; nghĩa là cần có xung cổng để đóng mạch ON. Khi SCR được tạo cổng. trạn g th ái ON, sẽ liên tục dẫn điện theo chiều thuận. Điều khiển toàn sóng sứ dụng hai SCR trong từng pha, do đó vận h àn h ba pha phải dùng 6 SCR, Hình 13-7. Có thể điều khiển dòng điện qua SCR bằng cách tạo cổng SCT tại các thời điểm khác nhau trong nứa chu kỳ، Điều nàv cũng cho phép điều khiến thời gian tăn g tốc của động cơ. Nếu xung cổng được cấp sớm tro n g nửa chu kỳ, sóng ra sè cao. Nếu xung cổng được cấp trễ trong nứa chu kỳ, chí một phần nhỏ d ạng sóng đi qua, sóng ra sẽ thấp. Do đó, bằng cách điều khiển điện áp ra của SCR, có thể điều khiến đặc tính gia tốc cúa động cơ (Hình 13-8). / / / N / (Cấp trẻ) 25% tín hiẻu ra ٠\ w \ 75% tín hiệu ra (Cấp sớm) (Cấp đẩy đủ) Hình 13-6. Các SCR mắc song song (ngược) cho điện ac m ột pha. 60 Hình 13-8. Tín hiệu ra của các SCR với chế độ cổng ، khác nhau. https://tieulun.hopto.org GIA tOc vO cap Với linh kiện b An dẫn Bộ điồu khiển điện áp giam 8660 sứ dpng linh kltn l)án dần cung cấp gia tốc vO cảp èm dịu cho độig c(í cảm ứng 8-pha. ٠ Bộ diều khiển này cung cáp các t.ính năng tiốu chuẩn ٧à tinh năng tùy ch.n dé diều khiến, giám sá t, và báo vệ dộng cơ tiín g cdc chế độ khdi dộng và vận hành. Do câu t٢ Lc theo module, bộ diều khiển này càng linh hoảt và dễ bảo tri. Khííi dộng mềm dược thực h.ièn bằng cách lần lượt chuyển mạch ON sẩu linh kiện SCR. Hai linh kiện SCR dược mắc dấu lư ٢ .g nhau (song song ngược) và lắp trên bộ tản nh ‫ا‬ệt đê’ tạo th à n h cọc cOng suât. Cọc công suất C(')n chứa bản mạch in và cdm biến nhiệt. Thứ tự kích hoạt các SCR. dược diều khiển bằng các module trên giàn logic. Các module này cOn kiếm tra các diều kiện khdl dộng^và chạy dộng cơ, cung cấp thông tin về trạ n g thái cUa bộ điều khiển bằng cách sư dụng các dèn LED. Mỗi mcdule dều cO vỊ tri và chức năng chuyên biệt. GIAN LOGIC Gian logic ơ phần dưới cUa bộ diều khiển và có các ố cám cho 8 module, H ình 13-9. Mỗi module dều cO vị tri riêng và thực thi chức năng chuyên biệt trong vận hành bộ diều khiển. Module ở vị tri thư nhất thuộc về bộ diều khiển và cung cấp các nối kê't dây giữa cợc công suất và các module logic. Các module tư vị tri thư hal dến thứ tám diều khiển thư tự kích h o ạt các SCR, kiểm tra tinh chinh xác cUa các diều kiện khdi dộng và vận h à n h ١cung cấp chỉ th ị về trạ n g thai cUa bộ diều khiển thOng qua các dèn LED. Module B-2 ٧ ‫ ا‬TRÌ M .D U L E #2 #3 #4 #5 ٥ ٥ CpMTROL A ÌR ،٠١ ‫ااا‬ ٠ #6 |T0R #8 #7 ٠ ٠‫أ‬ ١٠،\١ л ٠‫ ؛‬٠٠ UNDER ‫ ﺍ‬0‫ﺓ ﺫ‬ START »‫; ه‬ SHORTED SCR ٠ ЭТАЯТ INHIBIT TRIP (٠‫ أاع‬. ٠60 С ،А ٠ > Ч H. íiO tTPf В -2 ‫ﺍﺀ»ﺍ‬ Ú" .TOR RUN PHASE ، 1‫ ؛ﺀ‬58‫ﻵﺀﺀ‬ ЧгР. ٩، ‫ ه‬1،١ ‫ ﺀ‬. , ‫ﻵ‬،‫ﺀ‬:،‫ﻵ‬ Л ‫؟‬٠‫ﺀ>ﺍ‬ В .5 ‫اا ﺀاا‬١ ‫ ؛‬٤٠: ‫ك‬،‫ع‬44‫ﺀو‬٠60 ( І Д ١'.،،ЛЛО ‫ﺀ‬١۶‫ﺍ‬ |»‫ﺀ‬٠‫ﺍ‬ В -6 Л 1 ١٠، ‫ ا ا‬١ ٠ . ‫ﺍ‬ Ѳ ồ 1 2 0 0 Ồ ٠ 0 І0 0 3 . ‫ ﺀا‬١( ٠ ‫ﺀاﺛﻢﺀ‬،‫ا‬ В .7 ١‫ ا‬، ! ‫ ( ا‬٨ Module B-? Module này cung cấp các diện áp logic và kiểm tra các điều kiện khdi động. Bộ diều khiển cO thể dược khdi dộng nếu dèn LED diều khiển cOng su ất dang sán g (GN), và không dược phép khdi dộng nếu dèn này tắ t (GFF). M oduleB ^ Relay ban dẫn (bảo vệ) quá nhiệt, 3-pha, bU n h iệt độ, dược cung cấp như một phần tích hợp của bộ diều khiển. Relay này cung cấp các dặc tinh kích h o ạt thời gian ngược, cấp 10, bẩo vệ dộng cơ trước các sự cố quá tải. Cắc bộ điều khiển vơi định mức dOng diện 200, 320, 500, 720 A sử dụng loại module B-3 khác. Các xác lập dOng diện tả i toàn p h ần cUa dộng cơ (MELC) có th ể diều chinh b ằng cách dUng chiết áp kế trên module B-3. Diều kiện quá tải sẽ tự dộng ngắt dOng diện vào bộ diều khiển, dOng các tiếp điểm báo dộng, dèn LED ngãn chặn khới dộng và dèn lE D n g ắt m ạch sẽ sáng. Tinh năng kiểm tra quá tải trê n giàn logic kiểm tra sự vận hành của mạch bán d ẫn (bảo vệ) quá tải. Thời gian ngắt mạch do quá tả i là hàm cUa xác lập giới hạn dOng diện. Xác lập này càng thấp, thời gian di dến n g ắt mạch càng dài. Thời gian ngắt mạch cUa ba xác lập giới h ạn dOng diện dược nêu trên B ảng 13-1. Các kiểu bộ diều khiển khác có thể cung câ'p thời gian ngắt mạch dài hơn cho các tải quán tin h cao. D ạng Z72 cung cấp các dặc tinh ngắt mạch thơi gian ngược cấp 30 bằng cách dUng module B-3 dặc b iệt và các cọc cOng suất với định mức dOng diện cao. Thời gian ngắt mạch quá ta i câ'p 30 dược nêu trê n Bảng 13-1. Bẩng 13-1. Thờí gian ngắt mạch do quá tảl Gíới hạn dOng diện ./.MFLC 150 300 425 Thời gian ngắt m ạch (giây) C ấp tỉêu ch u ẩ n 10 Dạng Z72 câ'p 30 90 30 5 250 90 40 Moduie B-4 OUT OF ،‫ ؛‬ss“ B-3B В -4 А ‫ ا‬٤٠‫ ﻵاا‬٠ UNBAt. Ơ V‫ ؛‬tri th ứ bai, module В-3 chiếm vị tri thư ba... Sau đây sẽ trin h bày chức nãng cUa từng module. 7) ‫ل‬ ‫ﻫﻶا‬ ١.٠ ‫؛اوا ا‬. 90 SUNDER ‫ ﺀ‬٠ ٠ ‫ﺋ ﺮ‬٠ %ÜNBAl Hlnh 13-9. V! t ٢í m odu ١e trong giàn logic. , ١‫ﺍﺍ‬ В -8 .,‫ ا ﻻا‬٠ ١ ‫ه‬ Module B-4 xác định phương pháp được dùng để khởi động. Khởi động giới h ạn dòng điện là tiêu chuẩn và có th ể điều chỉnh bằng chiết áp k ế trên giàn logic. Ngoài ra còn có các phương pháp khởi động tùy chọn khác. Sau đây sè trình bày một số phương pháp khởi động thông dụng. (iiới hạn dòng điện (Moduie B-4A). Tính năng giới hạn dòng điện sè luôn luôn'giới hạn cường độ dòng điện động cơ đến mức xác lập trước trong các điều kiện khởi động và chạy động cơ. 161 https://tieulun.hopto.org Xác lập giới hạn dòng đỉện có thể điéu chỉnh trong khoảng 150-425% MFLC Khung thời gian cô. định khoảng ١/i giày Khởi động — Dòng điện chạy (vận hành động cơ) Chạy Hình 13-10. Module B-4A. Giới hạn dòng điện có th ể điều chỉnh trong khoảng 150 - 425% dòng điện tả i toàn phần của động cơ (MFLC) thông qua chiết áp kế trê n giàn logic. Nếu sử dụng contactor ngắn mạch, tính năng này sẽ chỉ áp dụng trong điều kiện khởi đọng, m n h 1 3 -1 0 ^ ' Hồi tiếp vận tô'c kế (B-4B) gia tôc thời gian tuyến tính. Tùy chọn này cho phép tốc độ động cơ táng tuyến tín h theo thời gian cho đến khi đạt đến tôc độ toàn phần, H ình 13-11. Có thể điều chỉnh thời gian khởi động từ 3 đến 30 giây và không dao động theo tả i động cơ. Phương pháp này cung cấp sự tần g tôc rấ t êm, nhưng yêu cầu tín hiệu nhập từ vận tôc kế. Dòng điện động cơ bị giới h ạn theo xác lập giới hạn cường độ dòng điện. Độ dô"c điện áp (Module B-4C). Tùy chọn này cho phép điện áp cấp cho động cơ tăn g tuyến tính từ 0 đến 100% trong khoảng thời gian có thể điều chỉnh 3 đến 30 giây. Dòng điện động cơ bị giới hạn theo xác lập giới h ạn cường độ dòng điện. Phương pháp này cung cấp sự gia tôc gần như tuyến tín h từ đứng yên đến tôc độ toàn phần, nhưng không yêu cầu vận tôc kế. Thời gian gia tốc thực tế tùy thuộc động cơ và tải, Hình 13-12. Độ dôc dòng điện (Module B-4D). Tùy chọn này cung cấp giá trị cường độ dòng điện ban đầu đến động cơ khi khởi động, sau đó tăn g tuyến tính đến xác lập giới hạn dòng điện. Có thể điều chỉnh dòng điện ban đầu từ 0 đến 150% dòng điện tả i toàn phần của động cơ (MFLC). Khoảng 162 ٠ Xác lập giới hạn dỏng <ĐỘ dốc thời gian .điếu chỉnh trong khoảng 0-7 giây Điều chỉnh dòng điện ban đầu .0-150% MFLC Khởi động điện điếu chỉnh trong khoang 150-425% MFLC — Dòng điện chạy {vận hành) I Chạy Hình 13-13. Module B-4D. điều chỉnh độ dôc thời gian là 0 đến 7 giây. Phương pháp này cung cap k h ả năng điều khiển cao n h ấ t đô١với dòng khdi động, H ình 13-13. Tăng tôc/giảm tỏc (Module B-4K)- Tùy chọn này cung cấp chế độ khơi động mềm và dừng mềm. Các đặc tín h khđi động hoàn toàn tương tự chế độ khởi động với độ dôc điện áp, module B-4C. Tùy chọn này còn cho phép giám tuyến tín h điện áp cấp cho động cơ từ 50% đến 0% trong khoảng thời gian có th ể điều chỉnh 3 - 3 0 giây để dừng động cơ một cách êm dịu, đồng thời còn có cả tính năng dừng k hẩn cấp, Hình 13-14. Nếu xảy ra m ột trong các điều nêu trên , bộ điều khiển sẽ tắ t và các đèn LED tương ứng sẽ sáng. Chức năng không cân bằng pha được kích hoạt mỗi khi có dòng điện 3-pha ở các cực nối dây nguồn của bộ điều khiển, nhưng sẽ bị ngắt trong khi khởi động. T rạng th á i sự cô^ xảy ra khi giá trị không cân bằng điện áp lớn hơn xác lập không cân bằng. Theo tiêu chuằn NEMA, có thể https://tieulun.hopto.org Module tíết kiệm nang iưựng B-8 điều chinh xác lập không cân hằng điện áp từ đến 14%. Chức năng đảo pha được kích hoạt mỗi khi có dòng điện 3-pha ở các cực nối dây cap nguồn của bộ điều khiển. T rạng thái sự cố xảy ra nếu ba pha này không theo đúng chuỗi th ứ tự. Nếu không có module B-7, bộ điều khiển không nhạy với pha và sè vận hành với thứ tự pha bất kỳ. C.hức năng dưới tái được kích hoạt sau khi động cơ ’Tăng tôc' ١ . dVạng thái sự cô xáy ra khi động cơ sụt xuống dưới xác lập dưới tải, với khoảng điều chỉnh 0% đến 90% cường độ dòng điện tải toàn phần. Có thể khứ điều này bằng cách điều chỉnh xác lập dưới tải là 0%. Module này tự dộng diều chỉnh diện áp vào dộng cơ khi xảy ra các biến th ‫؛‬ên tải. Dộng cơ vẫn duy trĩ tô'c độ toàn phần và m oment theo yêu cầu, n h ‫ا‬л٦ g giám tiêu thụ công suất điện íkVA) khi tả ‫ ؛‬giảm. Nếu tải tầng, module này sẽ tăng công suất (kVA) tương ứng dể khOng làm giam tốc độ dộng cơ. KhOng th ể sử dụng tin h nầng này t.rên các bộ d‫؛‬ều khiển cO contactor ngắn mạch. CÔNG TẮC SCB NGẮN MẠCH Nếu SCR bị ngắn mạch, sự cố này sẽ dược phat hiện và công tắc SCR ngắn mạch sẽ chuyển sang vị tri vận h àn h (ycs). Công tắc này cOn kích hoạt bộ ngắt mạch mắc rẽ (nếu cO) ơ phía trước bộ diều khiển. Nếu cO hơ mạch giừa bộ diều khiển và dộng cơ, mạch SCR ngắn mạch sẽ hoạt dộng. Diều này có thể xảy ra, nếu cO công tắc ngất nối kết giữa bộ diều khiến và dộng cơ. N ên lắp các contactor cô lập phía trước bộ diều khiển. Tẩi dộng cơ phẩi dược nối với bộ diều khiển dể ngản mạch SCR ngấn mạch hoạt dộng ngoài y muỗ'n. Module B-5 Module này xác định thứ tự kích hoạt các SCR. Module B-6 Module này cung cấp góc pha kích ho ạt của các SCR, xác định số phần trăm dẫn (dòng điện) đối với từng SCR. Module gỉám sát điện áp B-7 s٥ ٠ ồ BIỆN CB BẢN b Oi vởi linh kiện bán bẫn Đây là module tùy chọn có 3 chức năn g riêng rè: • K hông cân bằng pha. ٠Đảo pha. ٠Dưới tải. 0 Bộ diều khiển bán dân diện áp giảm với contactor cô lập dược nêu trê n H ình 13-15. Bưu ý, M, SR2, OT, alarm (báo dộng), SCR ngắn mạch, và Phuang uẻn cắt với cuộn kich n١ac rè (tC iychọn). Đến bộ điểu ^ ٠ ٠٠ khiển 120 V < ٠ ٩ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ “ ٠٠٠٠ " ٠٠٠ — — . — —‫ﻉ‬ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ 1 ‫ﺍ‬ ١ .1 . ‫ ئ‬.‫ت‬ ‫ا‬K 2. M là chức nâng cuộn dây của bộ điều khiển bán dản điện áp giảm. 3. Relay SR2 điẽu khiển chuỗi thứ tự Start và Stop, và có các tiếp điểm dược dùng làm khỏa lièn động điện. 4. OT là cống tắc quá nhiệt độ, mở khi xảy ra quá nhiệt độ. : ‫ط‬ @ ■ ‫ﺐ‬ ( ị ‫ﺒ‬ —— II AU ٧٠. . ..... — —i ■■..— -4 y ٠. ‫ﻟ‬ - 1 ‫؟‬،CH ngắn msch . . : . ‫ ﻭ‬Li.:..■..-. — \‫ﻵ ﺉ‬ t L— ‫ﺒ‬ < > -11-■ .T 7 Tiẽp diểm SCR ngắn mạch đóng khi xáy ra ngán mạch Tiếp điểm này được dũng với bộ ngắt mach hoặc cỏng tắc ngẳt nối kết với cuộn kích hoat mắc rẽ. ‫ﺒ‬ 0 1 - — Ị 6. Công tắc ALARM (báo dộng) đóng khi phát hiện quá tải. 8. Tiếp điểm tàng tốc độ dóng khl các SCR có trạng thái dẫn toàn phẩn, đưọc dùng với contactor ngắn mạch. “ STOP G h i chú: 1. M, SR2, OT, ALARM , SCR ngắn mạch, và các relay tàng tốc đều iắp trong bộ điều khiển và nối dây bên trong. 5. OL là tiếp điểm relay quá tải; mỏ khi phát hiện quá tải: khi không có các điện áp ở L1, L2, hoệc L3: hoậc khi không có điện áp điếu khiển 120 V. “ Cuộn kich mác rẽ .1.111.1— — — T V — Hình 13-15. Bộ điều khiển bán dẫn điện áp giảm với contactor cò lập. 163 https://tieulun.hopto.org ۴ ٠ Anode 1 ٣ 1 Q 1*1 , 2CT ٠ í ìí f j ( Ị ỹ I l ، ‫ﻟ ﺮ ﺑ ﺎ‬ 3CT T.l ề .. ‫ “ﻻ‬1 H l.M á i ‫ﺀ‬ * ٠ R e la y q u á tà i _____ t 3 á n d ầ n ___ ' Đẻn bộ điéu<- ồ Anode 2 khiến 'l 2 ٠v < - Hình 13-18. Ký hiệu diac. Hình 13-16. Bộ điều khiển bán dẫn điện áp giảm vởi contactor ngẳn mạch. ‫ ﺍ ﺍ‬٠٠‫ﻝ‬ ٠‫ﺏ‬ , ١ ‫ ﻋﺎ‬-‫ﻩ‬ © ; : ‫ﻻ‬٠٠١ Ã !« ، ٠٠ lĩ ' ٣ = ‫ﺡ‬ acT ‫ﻟ ﺬ‬٠ T, - ٢ ‫ﻝ‬٢ ‫ﺍ‬ ٩۶ II I ‫ﺽ‬ x t / ‫ﺫ‬ 13 ‫أ‬ ‫ﻭ‬ M ốt R e la y q u ả tả i ٠٠ _____b ấ n . M n _____ o ế n b ộ đ iẽ u k h iể n <- I2 ٠ v < - ‫اﺀ‬٠ ‫ﺀ س‬ !f ‫د‬ cT 0‫ _ﺍ‬OT a, ĩk ? e ■Jf ■if <™ > T ă n g íố c t] HhL © theo hai chiều, H ình 13-18; trong khi SCR chỉ dẫn điện theo m ột chiều. Do đó, diac có khả năng dẫn cả hai chiều khi cấp tín hiệu điện áp qua các đầu dây của linh kiện này. Diac có nhiều ứng dụng thực tế. Một số ứng dụng là điều khiển động cơ điện ac, cảm biến dò tìm lân cận... Chú ý, trong ký hiệu diac không có cực cổng hoặc phần tử điều khiển. Linh kiện này có thể được dùng như diode chuyền mạch hai chiều, H ình 13-20B. Dòng điện có th ể đi theo một trong hai chiều khi có đủ điện áp cung cấp để kích hoạt. Nói chung, điện thê kích h o ạt là khoảng 30 V theo m ột trong hai chiều. Diac duy trì trạ n g th ái off (không dẫn) cho đến khi điện áp qua các đầu dây T I và T2 vượt quá giá trị kích hoạt. Trong các mạch điều khiển công suất, có th ể sử dụng diac để tăn g hiệu quả điều khiển điểm kích hoạt (on) cho điện cực cổng của triac hoặc SCR. P h ư ơ n g llệ n c ầ i ‫ح‬ ệ v ở i c u ộ n k íc h m ầ c rồ (!ũ y c h ọ n ) - ٠١٠ Ị SCR 0 - {> TRIAC Triac, về cơ bản là diac có thêm cực cổng. Cực cổng điều khiển các trạ n g thái hoạt động (đóng mạch) của linh kiện hai chiều này. Dòng điện cổng có th ể điều khiển hoạt động của linh kiện theo một trong hai chiều. Điều này tương tự SCR, nhưng các đặc tín h của triac hơi khác với diac. H ình 13-19 m inh họa ký hiệu và vị trí của cực cổng. .٠ C u ố n k lc h ngắn m ạch Hình 13-17. Bộ điều khiển bán dẫn diện áp giảm với contactor ngắn mạch và contactor cô lập. relay tán g tốc được lắp trong bộ điều khiển và nối dây bên trong. H ình 13-16 m inh họa bộ điều khiển bán dẫn điện áp giảm với công tắc ngắn mạch; H ình 13-17 m inh họa bộ điều khiển với contactor ngắt m ạch và contactor cô lập. các DIAC Về cơ bản, diac là linh kiện có hai đầu dây. Diac có tố’ hợp các lớp bán dẫn xếp song song ngược nhau. Tổ hợp này cho phép kích hoạt linh kiện 164 H inh 13-19. Ký híệu triac. B ằng cách mắc triac vào m ạch ١cO th ể m inh họa nguyên lý vận hành cUa linh kiện này, H lnh 13-20. Trong' m ạch này, công tẩc dược dUng dể https://tieulun.hopto.org chọn các trạng thái khác nhau cho triac. Tải có thể là bóng đèn hoặc động cư ac. Khi công tắc ớ vị trí 1١ khồng có nôi k ết cống, không có điện áp kích hoạt câp cho cổng, triac không dẫn điện, do đó động cơ không chạy. VỊ trí 2, diode được lắp vào mạch vth cực tính được sẩp xếp đô cho phép điện áp kích hoạt cấp cho cống theo xung dương ac cáp cho mạch. Triac dẫn điện, nhưng chỉ theo một nứa chu kỳ sóng sine ac. Điều này có nghĩa là chí khoảng nứa cường độ dòng điện bình thường cung cấp cho động cơ, hoàn toàn tương tự với SCR. Động cơ ac có th ể gặp sự cố với kiểu xung điện áp dc này. Khi công tắc chuyển sang vị trí 3, điện áp ac toàn sóng sine được câp cho cổng, nhưng vớì giá trị giảm do điện trở R mắc nốì tiếp. Cả hai nửa sóng sine đều cung cấp cho cổng, triac dẫn điện toàn thời gian và động cơ ac được cấp điện áp với giá trị toàn phần. Động cơ chạy ở to٠c độ toàn phán. R có thể là biến trớ với giá trị được dùng để điều khiển cường độ dòng điện ac đi qua triac và đến động cơ. Hình 13-20B m inh họa cách sắp xếp triac thứ hai, sử dụng diac để kích hoạt triac. Điện áp kích hoạt được điều khiển bằng biến trd. Điều này cho phép điều khiển động cơ linh hoạt hơn. Triac Triac được xếp trong các vó tương tự như SCR, do đó bàng m ắt râ t khó hoặc không thể phân biệt hai loại linh kiện này. Các số trôn vó hộp cho biết đó là triac hay diac. Ngày nay đã có loại triac có th ể làm việc với các tái trẽn 10 kW. DiODE PHÁT QUANG Diode p h át quang (LED) được dùng làm đèn báo trên các bảng module của bộ điều khiển bán dẫn. LED có kích cở nhỏ, cung cấp đủ ánh sáng cho mục đích này với các màu đỏ, xanh lá, và màu hổ phách, nhưng tiêu thụ dòng điện râ t nhỏ, Hình 13-21. LED được chế tạo với tiếp giáp galliarsenide (một loại vật liệu bán dẫn). Sự tạo th àn h các cặp điện tứ - lỗ là quá trìn h thuận nghịch. N ăng lượng được giái phóng khi điện tử tái hợp với lỗ. Trong galli-arsenide, điện tử đi vào lỗ m ột cách trực tiếp và p h át xạ photon năng lượng. Các tiếp giáp galli-arsenide cung cấp điều kiện tô١ nha't để p h át sinh bức xạ trong khoảng tầ n sô^ thấy được. Một sô^ được chế tạo với khoảng tần sô^ hồng ngoại. LED được dùng làm đèn báo. Trong hầu hết trường hợp, chúng phái mắc nôì tiếp với điện trớ. Chúng cũng được dùng đế chí báo logic cho các mạch máy tính. Khi được thiên áp ngược, LED không dẫn điện. N ghĩa là phái nôd kết cực tính thích hợp đến cathode và anode để LED phát sáng. LED dẫn điện khi có th iên áp thuận, nghĩa là phát sáng khi dẫn dòng điện thiên áp thuận. LED thường vận hành với điện áp 1 đến 3 V. Dòng điện quá cao sẽ phá huy LED, do đó trong hầu h ết các mạch đều mắc điện trứ nôd tiếp để báo vệ. \N D io d e c h ỉn h lư u D io d e công suất nhạy sáng Hình 13-21. Diode phát quang, LED, Các ký hiệu LED. H ình 13-20. (A) Mạch minh họa triac. (B) Triac sử dụng diac để kích hoạt cực cổng. 165 https://tieulun.hopto.org sử DỤNG ‫ ﻻ ﻏﺎ ه‬KHIỂN BÁN DẪN VÀ CÀC LINH KIỆN BIỆN TỪ diện với các linh kiộn bán dẫn. Mỗi cuộn dây phdi cO một bộ triệt. K^I‫ ؛‬sứ dụng bộ d‫؛‬ề ٧khiển bán dẫn tnong mạch cO các linh kiện diện từ ١thường xảy ra các vấn dề về nguồn diện bị "bẩn''. S ự hình th àn h và suy gidm từ trường mỗi khi cuộn dây hoặc cuộn cảm dưực cấp diện và ngắt diện tạo ra các dinh và nhiều kiểu nhiễu điện khác. Các dinh này có thể gây sự cố cho các linh kiện bán dẫn, do chUng rấ t nhạy và dễ bị tển thương với các dinh diện áp di kèm với quá trin h nạp diện các cuộn dây relay, và sự chuyển mạch on-off dộng cơ diện. BẲO VỆ chONg SÉT Bộ TBIỆT B!NH Bộ triệ t dinh dược lắp trê n các cuộn dây cUa linh kiện điện từ, chắng hạn relay, contactor, và bộ khơi dộng dộng cơ. Bộ triệ t diện áp dinh cO thể cO các dầu dây nối với các dầu cuộn dây. Công dụng của bộ này la giới hạn nhiễu diện ap và các dinh quá diện áp do cuộn dây bộ khởi dộng tạo ra khi ngắt mạch cuộn dây này. Bộ triệ t dinh dược chế tạo dể dễ dàng lắp trực tiếp với các dầu cuộn dây cUa contactor hoặc bộ khởi dộng với các cuộn dây 120 và 240 V ac. COng dụng của bộ triệ t này là giới hạn các diện áp chuyển tiếp cho những ứng dụng yêu cầu giao 166 Sét có thể gảy ra các sOng diện áp cao. Bộ triệt dinh (sét) thứ cấp có thể ngãn chặn các vấn dề liên quan dê'n sét đánh. Bộ triệ t dinh có th ể bảo vệ hệ thống 1-pha, hai hoặc ba dây nối dất. co thể lắp hai bộ này dể bảo vệ hệ thống 208Y/ 120-Vac, 3-pha, bốn dây. ChUng cO th ể chịu dược 1500 A vớl diện áp 040 V, 5000 A vơi diện áp 1600 V, 10 kA vớl diện áp 2200 ٧ , và 20 kA ở diện áp 3250V. ÔN TẬP l.S C R là g ì? 2. SCR cOn dược gọị là gì? 3. Dò tlm sự m ất cân bằng pha cO nghĩa là gì? 4. Sự dẩo pha có nghĩa là gl? 5. Hãy nêu công dụng cUa LED trê n các linh kiện bán dẫn. 6. Nguồn công suất "bẩn’' có nghĩa là gj? 7. Công dụng cUa bộ triệ t dinh là gì? 8. Hãy nêu phương pháp chOng sét, bảo vệ linh kiện bán dẫn. 9. Hãy nêu cOng dụng của diac. 10. Triac la gl? https://tieulun.hopto.org C h ư ơ n g 14 GIÁM SÁT VÀ ĐIÊU KHIỂN TÔC ĐỘ NỘI DUNG CHÍNH ♦ Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện. ٠ Sự khác biột giừa động cơ đồng bộ và động cơ cám ứng. Nguyên lý kích thích trường trong động cư đồng bộ. ♦ Phương pháp xác định tốc độ động cơ đồng bộ. Bộ giảm chấn. Các phương pháp khơi động động cơ đồng bộ. Phương pháp khời động Korndorfer. Điều tiế t tốc độ bằng điện trở. ♦ Các kiểu điều khiển tôc độ động cơ rotor dây quấn. Sử dụng điện trở thứ cấp để điều khiển động cơ cảm ứng rotor dâv quân. ♦ ưu điểm của bộ điều khiển tốc độ sử dụng các linh kiện điện tứ. ♦ Sử dụng nguyên lý thay đổi tần số để thay đối tốc độ. stator ^ ‫ ^؛‬٤٥٢ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ٠ ĐIỂU KHIỂN TỐC Độ DỘNG C0 Trong một sô^ trường hợp, hoàn toàn có th ể điều khiến tôc độ động cơ điện, nhưng luôn luôn phái trá giá cho điều này. Động cư thường được th iết kê để vận hành với tốc độ xác định, sự khác biệt so VỚI tôc độ này luỏn luôn ìàm giám moment khởi động hoặc ph át sinh n h iệt trong quá trinh vặn hành. Các quá trìn h công nghiệp yêu cầu động cơ có th ế thay đổi tốc độ. N ghĩa là phải có phương pháp giãi quyết yẽu cầu thay đổi tôc độ. Điều thứ n h á t cần xem xét là đặc tính của động cơ, tìm kiêm các khá năng và khoáng thay đối tôc độ có tính khá thi. DỘNG CÚ LỔNG sóc Tốc độ động cơ cảm ứng lồng sóc, H ình 14-1, gần như không đổi trong các điều kiện tải và điện áp bình thường, nhưng phụ thuộc vào số cực từ và tần số của nguồn điện ac. Tuy nhiên, tôc độ động cơ sẽ giám khi tả i tăn g đến mức vừa đủ làm tăng dòng điện để đáp ứng yêu cầu moment. Đối với tái cho trước b ất kỳ, chênh lệch giừa tòc độ tải và tốc độ đồng bộ được gọi là sự trượt động cơ, biểu thị theo phần tră m tốc độ đồng bộ. Tốc độ đồng bộ bằng tốc độ trường quay. Do mức độ trượt phụ thuộc vào tải, tải càng lứn, trượt càng lớn, nghĩa là động cơ chạy càng chậm, nhi/ng mức giảm tốc độ của động cơ rất nhó, ngay cả với tải toàn phần cùng chỉ khoảng 1-4% tôc độ đồng bộ. Do đó, động cơ lồng sóc được coi là loại tôc độ không đổi. Loại động cơ này không thích hợp với các ứng dụng công nghiệp yêu cầu điều khiển tốc độ trong khoảng tương đối rộng, do tôc độ này chỉ cổ thể điều khiển bằng cách thay đổi tần số, sô cực từ, hoặc trượt. Điều khiến tô'c độ bằng cách thay đối tần số dần dần trớ nên thông dụng. Đỏi khi có thể thay đổi số cực từ bằng cách dùng hai hoặc nhiều cuộn dây phân biệt hoặc bằng cách nối kết lại cuộn dây đó với số cực từ khác. ĐỘNG Cơ eỔNG Bộ Theo định nghĩa, động cơ đồng bộ là loại đồng pha với dòng điện ac vận h àn h động cơ. Trong thực tế, điều kiện này chi là gần đúng, do luôn luôn có độ lệch pha, dù rấ t nhổ. Máy p h át điện ac 1-pha hoặc 3-pha sè vận hành như động cơ đồng bộ khi được eung cấp dòng điện với cùng điện thế, tần số, và dạng sóng như của máy phát này, điều kiện cơ bản đối với trường hợp máy phát ỉà phải tăng tốc để đồng bộ hóa trước khi đưa vào rnạch. Động cơ đồng bộ có th ể có phần ứng quay hoặc từ trường quay. Hầu h ết các động cơ đồng bộ đều là kiểu từ trường quay. Phần ứng tĩnh tại lắp trê n khung stator, còn các nam châm trường lắp vào khung quay với trục. Các cuộn trường được kích thích bằng dòng điện một chiều, dc, từ máy p h át điện dc nhó (lắp 167 https://tieulun.hopto.org Hình 14.2. Động cơ đổng bộ với bộ kích thích nối trực tiếp, trên cùng một trục với động cơ và được gọi là bộ kích thích), hoặc từ nguồn khác. Hình 14-2 minh họa bộ kích thích nối kết trực tiếp. Trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp ngày nay, mạch điện tử bán dẫn cung cấp điện dc cần thiết để vận hành loại động cơ này. Mạch điện tử bán dẫn còn cung cấp sự thay đổi tần số cần thiết để điều khiển tốc độ động cơ. có thể chọn động cơ đồng bộ, khung đơn, 2-tốc độ. Có thể sử dụng động cơ 4-tốc độ khi yÔLi cầu hai tô'c độ không theo tỷ số 2:1. Động cơ 2-tốc độ, khung đơn thường là loại có kết cấu cực lồi, với số cực từ tương ứng to'c độ thấp. Có thê nhận được tốc độ cao bằng cách tái lập nhóm các cực từ sao cho hai cực sát nhau có cùng cực tính, kế tiếp là hai cực ngược cực tính. Điều này có tác dụng làm giảm một nứa sỏ cực từ trên rotor để vận hành với tốc độ cao, nhưng phải thay đổi các nối kết tương ứng trên stator. Sự chuyển đổi này thường được thực hiện một cách tự động thông qua bộ khởi động từ tính, hoặc thiết bị thay đổi cực từ vận hành bằng tay. Hình 14-3 minh họa động cơ đồng bộ và bộ kích thích với biến trở trường kícih thích, công tắc trường, và các đồng hồ trường kích thích. Nguốn AC Ctf chê kích thích Kích thích trường trong động cơ đồng bộ được thực hiện thông qua bộ kích truyền động bằng động cơ cảm ứng, bộ kích nôì trực tiếp, hoặc qua bộ truyền động đai, hoặc từ nguồn điện áp dc không đổi. Điện áp kích thích tiêu chuẩn là 125 hoặc 250 V, nhưng cuộn trường của động cơ được thiết kế với điện áp kích thích dưới giá trị này khoảng 10% để dự phòng sự sụt điện áp trên đường dây nguồn. TỐC ũộ Tôc độ của động cơ đồng bộ được xác định bằng tần sô^ dòng điện cung cấp và sô' cực từ của động cơ. Nghĩa là tốc độ vận hành không đổi đối với tần số và số cực từ cho trước. Phương trình xác định tô'c độ động cơ như sau; r / _ _ ^.٠ . '^ần số X điên áp Vòng / phút = — ----- — .—— ~ ٢١ 1 trong đó, p là sô' cực từ. Mọi động cợ đều được chê' tạo với sô' cực từ chẩn, do đó tốc độ khả dụng từ nguồn điện 50Hz, 120 V sẽ từ 3000 v/ph với máy 2 cực từ giảm đến 75 v/ph với máy 80 cực từ. Điều này cho phép động cơ nô'i trực tiếp với tải, ngay cả ở các tô'c độ thấp, không thế’ sử dụng động cơ cảm ứng do có hệ sồ' công suất và hiệu suất vận hành thấp. Một sô' động cơ được yêu cầu vận hành với nhiều tô'c độ, nhưng ỉại là các máy có tôc độ vận hành chuyên biệt. Ví dụ, khi cần tỷ sô' tốc độ 2:1, 68 Hình 14-3. Động cơ đồng bộ và bộ kích thích với biến trỏ, còng tắc, và các đổng hổ. Khởi động Để động cơ đồng bộ có thể tự khởi động, cuộn lồng sóc thường được bố trí trên rotor. Sau khi động cơ đạt đến tốc độ hơi tha'p hơn tô'c độ đồng bộ, rotor được câ.p điện. Khi động cơ đồng bộ khởi động, trường dc không được kích thích cho đến khi rotor gần đạt tốc độ đồng bộ. Moment khởi động cần th iế t để đưa rotor đến tô'c độ này được tạo ra bằng sự cảm ứng. Cùng với cuộn dây trường dc, động cơ đồng bộ còn được cung cấp cuộn giảm chấn. Cuộn này có thanh ngắn mạch bằng Cu lắp vào rãnh trong các mặt cực và nô'i kết với nhau ở một đầu bằng các vành Cu. Cuộn này thường gọi là cuộn lồng sóc, tạo điều kiện cho động cơ nhận được moment khởi động đủ để động cơ khởi động với tải. Moment khởi động cần thiế t để đưa động cơ đến tốc độ đồng bộ được gọi là moment kéo toàn phần. Moment cực đại, động cơ có thể cung cấp và vẫn duy trì tính đồng bộ, được gọi là moment đồng bộ toàn phần. Khi cuộn stator trong động, cơ đồng bộ đang https://tieulun.hopto.org