(NB) Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về điện tử công suất; Công tắc van điện từ; Chỉnh lưu công suất không điều khiển; Chỉnh lưu công suất có điều khiển; Điều chỉnh điện áp xoay chiều; Nghịch lưu;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.
Bài Chỉnh lưu cơng suất có điều khiển Mục tiêu - Trình bày nguyên lý hoạt động, đặc tính, phương pháp điều khiển mạch điều khiển chỉnh lưu - Phân tích mạch điều khiển công suất sửa chữa hư hỏng thông thường - Kiểm tra, sửa chữa mạch điều khiển công suất đạt yêu cầu kỹ thuật - Sử dụng mạch điều khiển tương đương thay thế, sửa chữa đạt yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp 4.1 Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu cơng suất 4.1.1 Ngun tắc Q trình hoạt động mạch điều khiển công suất lưới điện xoay chiều pha pha tương đối khơng có vấn đề xảy Các linh kiện triac thyristor tự động tắt dòng điện chảy qua chúng Tuy nhiên, với ứng dụng mạch điện chiều phải có biện pháp thích hợp để tắt thyristor Trong mạch điện xoay chiều pha ba pha phương pháp thay đổi góc pha cịn áp dụng phương pháp điều khiển chuỗi xung để thay đổi công suất rơi tải 4.1.2 Điều khiển chuỗi xung Phương pháp gọi phương pháp điều khiển tồn sóng, điểm đặc biệt phương pháp áp dụng kỹ thuật chuyển mạch điểm để điều khiển đóng-mở tải, thời gian đóng-mở thay đổi làm thay đổi công suất rơi tải từ 0% đến 100% Phương pháp thường áp dụng yêu cầu điều khiển lị sưởi ưu điểm sau đây: Ít gây nhiễu vô tuyến đặc điểm phương pháp kích điểm Hệ số cơng suất cos ϕ = cơng suất phản kháng thấp 121 Ít sóng hài khoảng thời gian dẫn điện dịng qua tải có dạng hình sin Về tín hiệu điều khiển có dạng hình chử nhật với bề rộng xung thay đổi chu kỳ cố định Hình 3.1 mơ tả ngun tắc phương pháp điều khiển chuỗi xung với chu kỳ TSW = 80 ms, dòng điện chảy qua tải khoảng thời gian ton = 60 ms ngừng khoảng thời gian toff= 20 ms, từ tỉ số ton/Toff cho thấy công suất P rơi tải có giá trị nhỏ cơng suất cực đại Pmax P= (ton/Toff) Pmax Hình 4.1 tương ứng với trường hợp P = 3/4.Pmax tức công suất rơi tải 75% công suất tiêu thụ cực đại tải Hình 4.1 Nguyên tắc điều khiển chuổi xung Ngược lại, công suất tải đạt cực đại thời gian tắt toff ngắn Tuy nhiên, phương pháp khơng thích hợp cho u cầu điều khiển độ sáng đèn tốc độ động ánh sáng bị nhấp nháy động quay khơng trịn vịng Trong thực tế có nhiều vi mạch chế tạo cho yêu cầu điều khiển chuỗi xung, IC kết hợp thêm khả định thời tạo xung kích cho mạch điều khiển phương pháp thay đổi góc pha Theo chuẩn DIN EN 50006/VDE 0838, phương pháp điều khiển chuỗi xung gọi đối xứng khơng có thành phần chiều qua tải số lượng bán kỳ dương với số lượng bán kỳ âm khoảng thời gian dẫn 122 Để điều khiển công suát tải từ P = 1% đến P = 99%, giả sử TSW = 4S (tương đương 200 chu kỳ) tần số lưới f = 50Hz thời gian dẫn ngắn ton = 40mS dài ton max= 3960mS xung điều khiển phải có dạng chử nhật với bề rộng thay đổi từ 40mS đến 3960mS chu kỳ phải cố định TSW = 4S 4.1.3 Điều khiển góc pha Điều chỉnh dịng xoay chiều pha pha phương pháp thay đổi góc pha áp dụng để thay phương pháp dùng tiếp điểm học V.D: Điều khiển độ sáng đèn, lĩnh vực thường áp dụng phương pháp là: - Thay đổi tốc độ động quạt gió - Thay đổi độ sáng đèn - Thay biến áp xoay - Chỉnh tốc độ động vạn Quá trình chuyển mạch kích bán kỳ điện áp lưới, phương pháp góc kích có giá trị xác định bán kỳ điện áp lưới, thay đổi góc kích làm thay đổi dịng điện hiệu dụng cơng suất trung bình tải từ 0% đến 100% Góc lệch pha xung kích tính từ điểm điện áp lưới gọi góc kích α, điện áp rơi tải ký hiệu Uα để phân biệt với điện áp lưới U Trường hợp đặc biệt α = 00 U = Uα = U0 Về nguyên tắc góc kích bán kỳ dương bán kỳ âm đối xứng với trình bày hình 4.2 Hình 4.2 Định nghĩa góc kích α 123 Ngược lại mạch chỉnh lưu, thiết bị điều khiển công suất pha pha không xảy trình chuyển tiếp V.D: Trong trường hợp hai thyristor ghép song song ngược chiều, dòng qua thyristor sau 0, sau kích thyristor nghịch đối dịng chảy trở lại sau khoảng thời gian dòng ngắn (ngắn α = 00) Nếu thiết bị điều chỉnh mở rộng để xử dụng hệ tự động điều chỉnh thiết bị phải có khả thay đổi cơng suất trung bình tải cho đại lượng cần điều chỉnh như: Nhiệt độ, độ sáng tốc độ động số luôn tương ứng với trị số đặt trước 4.2 Mạch chỉnh lưu công suất pha có điều khiển 4.2.1 Mạch chỉnh lưu công suất nửa chu kỳ Chỉnh lưu dùng SCR gọi chỉnh lưu có điều khiển SCR mở cho dòng chảy qua thỏa mãn hai điều kiện: UAK>0 IG > tự động khóa lại bán kỳ âm điện áp, cần phải có mạch kích SCR vào thời điểm thích hợp a Trường hợp tải trở: Hình 4.3 : Mạch chỉnh lưu pha dùng SCR dạng điện áp tải trở R Vào bán kỳ dương đoạn từ - SCR phân cực thuận chưa dẫn chưa có xung kích vào cực G Đoạn từ α đến π SCR dẫn có xung kích vào cực G Vào bán kỳ âm SCR phân cực nghịch nên SCR ngưng dẫn Như vậy, tùy thuộc vào vị trí góc mở α mà dạng sóng điện áp thay đổi Điện áp trung bình tải với α gọi góc mở tính từ thời điểm điện áp đổi chiều từ âm sang dương, tức lúc U = 124 Trường hợp tải R + L: Do tải mang tính cảm nên đường cong dòng điện id kéo dài khỏi π mà điện áp Ui chuyển sang nửa chu kỳ âm góc tính từ gốc toa độ đến điểm dòng điện iR giảm 0, gọi góc tắt dịng Hình 4.4 : Dạng điện áp dòng điện tải R + L chỉnh lưu bán kỳ SCR b Khảo sát dòng điện Hình 4.5 a) Điện áp vào hình sin U b) Điện áp Udα α = 450 α = 1350 125 c) Điện áp UAK thyristor Trong trường hợp tải trở, thyristor kích, điện áp dịng điện tải ln đồng pha với Vì dịng điện lớn α = 00 giống mạch chỉnh lưu nên việc tính chọn van theo cơng thức sau Đối với mạch biến đổi cơng suất có điều khiển khác, dòng điện α = 00 với dòng điện mạch biến đổi công suất cố định Đặc tính điều khiển Đồ thị biểu diển tỉ số điện áp trình bày hình 4.6 hàm theo góc kích α mạch M1 Hình 4.6 Đặc tính mạch biến đổi điều khiển bán phần tải trở c Khảo sát điện áp Hình 4.7 Mạch chỉnh lưu hình tia 126 Với mạch điện mơ tả hình 4.7 với tất mạch biến đổi công suất điều khiển , điện áp DC Udα hàm theo góc kích α biểu diển theo công thức sau Khi góc kích α = 00, Từ phạm vi góc kích cho phép, hình 4.5 trình bày hai trường hợp α = 450 α =1350 Nếu α = 1800 mạch khơng thể kích giá trị tức thời điện áp xoay chiều lúc Khi α > 1800 , mạch khơng kích điện áp anode thyristor âm cathode suất khoảng thời gian bán kỳ âm, thyristor tắt d Ví dụ Mạch biến đổi cơng suất điều khiển bán phần với U = 220 V α = 120 Khi α = 1200, giá trị cos 1200 = -0,5, điện áp chiều Udα tính sau : 4.2.2 Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển Với Uin = UAB ta có điện áp trung bình lối ra: 127 Ta kích theo thứ tự SCR một, kích đồng thời hai SCR lúc hai SCR bị phân cực ngược khơng bị ảnh hưởng xung kích Hình 4.8: Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển dạng sóng ngõ 4.2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu pha có điều khiển Hình 4.9: Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng SCR Dạng diện áp giống trường hợp chỉnh lưu hình tia biên độ gấp đơi Điện áp trung bình lối ra: Ngồi sơ đồ chỉnh lưu cầu trên, cịn có mạch chỉnh lưu gọi không đối xứng với việc thay hai SCR hai diod 128 Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu không đối xứng trường hợp đối xứng đối dụng giá thành hạ , nhiên mạch điều khiển đơn giản, dễ sử Hình 4.10: Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng 4.3 Mạch chỉnh lưu cơng suất pha có điều khiển 4.3.1 Mạch chỉnh lưu pha hình tia có điều khiển Điện áp trung bình: Trường hợp : α ≤ 300; Utb = 1,17 Up.cosα với α góc tính từ điểm giao đường điện áp pha (phần dương) đến có xung điều khiển Khi Hình 4.17 : Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển dạng sóng ngõ 129 a Khảo sát mạch chỉnh lưu pha hình tia có điều khiển Mạch M3 (hình 4.18) thích hợp để mơ tả hiệu mạch biến đổi cơng suất, phần khảo sát số tính chất đặc biệt chúng Hình 4.18 Mạch chỉnh lưu M3 có điều khiển b Phạm vi điều khiển Khối tạo xung kích cho thyristor mạch M3 phải thiết kế cho tạo xung chu kỳ lệch 1200, thêm vào chúng phải có khả dịch pha cần thiết tương ứng với phạm vi điều khiển Do điện áp UL1N (hình 4.18) từ thời điểm chuyển mạch (α = 00) đến điểm giao với UL3N (α = 1800) có giá trị dương điện áp này, van V1 kích khoảng thời gian Với Id = số khơng có gián đoạn dịng điện, V3 trì trạng thái dẫn V1 kích Với mạch biến đổi này, loại tải tích cực cho phép phạm vi điều khiển theo lý thuyết từ α = 00 đến α = 1800 Phạm vi điều khiển giảm với tải điện trở Tuy nhiên, điện áp không xuất phần âm Đối với loại tải van tương ứng bị khóa α = 1500 Do thời gian chuyển mạch thời gian tắt van, van không nhận điện áp thuận khoảng thời gian này, với tải tích cực phạm vi điều khiển áp dụng khoảng α = 1500 (hình 4.19) 130 196 197 Hướng dẫn sử dụng biến tần SIEMENS dòng Micromaster 420 Biến tần Siemens Đức Có dịng sản phẩm biến tần AC Micormaster 410, 420 440 Mỗi dòng sản phẩm giống có số tính khác Trong tài liệu trình bày 420 - Sơ đồ đấu nối phần động lực cho MM 420 Hình 3: Vị trí nối dây động lục biến tần biến tần Micormaster 420 198 Hình 4: Sơ đồ nối dây động lục biến tần biến tần Micormaster 420 loại pha pha Hình 5: Vị trí nối điều khiển biến tần Micormaster 420 199 Hình 6: Sơ đồ nối điều khiển biến tần Micormaster 420 -Thao tác cài đặt thông số Hình 7: Hình dáng hình BOP Màn hình BOP hiển thị số Những đèn Led đoạn trình bày tham số giá trị, tin nhắn cảnh báo lỗi, điểm đặt giá trị hoat động Những thông tin tham số khơng lưu hình BOP 200 201 -Bảng thông số 202 203 204 205 206 207 Ví dụ điều khiển động theo theo theo yêu cầu sau: Nhấn nút ON/OF từ điều khiển động tăng giảm tốc biến trở Trình tự thực hiện: - Nối dây theo sơ đồ - Cài đặt thông số Trước tiên reset giá trị mặt định P0010 = 30 P0970 = 1.0 Các thông số cần cài đặt: P0003 = P0004 = P0005 = 21 P0010 = (cài đặt nhanh) P0100 = P0300 = Tuỳ loại động hoặc1 P0304 = Điện áp định mức động P0305 = Dòng điện định mức đong P0307 = Công suat định mức động P0308 = Gia trị Cos động P0309 = Hiệu suất định mưc động (tuy thuộc vào P0300) P0310 = Tần so định mức đong P0311 = Tốc độ định mức động P0700 = P1000 = P1080 = 0.0 (tần số chạy nhỏ nhất) P1082 = 50.0 (tần số chạy lớn nhất) P1120 = 10.0 (thời gian tăng tốc) P1121 = 10.0 (thời gian giảm tốc) 208 P3900 = Câu hỏi ôn tập Câu 1: Biến tần dùng để làm gì? Câu 2: Vẽ sơ đồ khối chức biến tần Câu 3: Dùng biến tần Control technicques MM 420 để điều khiển máy nâng hạ theo yêu cầu sau: - Gạt tay điều khiển lên máy chạy lên - Gạt tay điều khiển xuống máy chạy xuống - Gạt tay điều khiển máy dừng Yêu cầu: Khởi động chậm 20s, hãm chậm 20s, tốc độ điều khiển biến trở Máy lúc dừng mang tải YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN Về lý thuyết: Hiểu thực nội dung sau - Cấu tạo, đặc tính linh kiện điện tử công suất thông dụng - Các biện pháp bảo vệ : Quá áp, dòng, nhiệt - Cấu tạo nguyên lý mạch điện tử công suất : Công tắc điện tử, điều khiển công suất, biến đổi công suất cố định điều khiển đươc - Ứng dụng thông dụng vi mạch ổn áp chân - Biết mạch ứng dụng thực tế Về thực hành: Có khả làm - Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ - Phân tích tượng phán đốn ngun nhân gây hư hỏng mạch - Thay linh kiện - Thay linh kiện tương đương Về thái độ - Cẩn thận, tỉ mỉ, xác - Tổ chức công việc cách khoa học, hợp lý - Ngăn nắp, kiểm tra an toàn trước chạy thử 209 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Power electronic - Heinz- Piest-Institut fur Handwekstechnik at the University of Hannover [3] Leistungelektronik - Rainer Felderhoff [ 4] Điện tử công suất - Heungryong Khoa học xuất bản, Jae Keun Lee, 2010 04 210 ... XC Id 2U 2U cos 82 55 27 163 0, 628 .22 0 22 0 0,56 Bài thực hành số 4: Cho sơ đồ chỉnh lưu cầu điốt pha với tải R+E, thông số: u2 2U sin t ; U2 = 24 0V; f = 60Hz; E= 120 V a... sóng điện áp tải 168 Do có thời gian trì hỗn kích nên phạm vi góc kích φ 0- φ 1, φ 6- φ φ 1 2- ? ? 13 điện áp tải V Trong khoảng φ 1- φ 2, φ 3- φ 4, φ 5- φ 6, φ 7- φ 8, φ 9- φ 10 φ 1 1- φ 12 toàn điện. .. điểm 1, ? ?2 nên 1, ? ?2 nghiệm phương trình: 2U sin 1 E sin 1 120 24 0 1 0,36(rad ) 0,357 2? ??1 2. 0,36 2, 42 2, 42 7,7(ms) 314 Tính R, từ công thức: Id 2U cos 1