BÁO cáo THÍ NGHIỆM môn học cơ sở điện tử CÔNG SUẤT bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HỌC: CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HK 211 NGÀY NỘP: 31/12/2021 Giảng viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Bảo Anh Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC 1 Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 3 1.1 Nguyên lý hoạt động 3 1.2 Tính toán lý thuyết 4 1.3 Mô phỏng mạch trên Psim 5 2 Bộ điều khiển điện áp xoay chiều một pha 9 2.1 Nguyên lý hoạt động 9 2.1.1 Trường hợp góc điều khiển α > φ 9 2.1.2 Trường hợp góc điều khiển α < φ 10 2.2 Tính toán lý thuyết 11 2.3 Mô phỏng mạch trên Psim 12 3 Bộ biến đổi điện áp một chiều dạng giảm áp .15 3.1 Nguyên lý hoạt động 15 3.2 Tính toán lý thuyết 17 3.2.1 Chế độ dòng liên tục .17 3.2.2 Chế độ dòng gián đoạn 18 3.3 Mô phỏng mạch trên Psim 18 4 Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần 21 4.1 Nguyên lý hoạt động 21 4.2 Tính toán lý thuyết 23 4.3 Mô phỏng mạch trên Psim 27 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng đánh giá đóng góp Bài: Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 1 Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 1.1 Nguyên lý hoạt động Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển được sử dụng rộng rãi là máy đổi điện công suất cao trong năng lượng điện tử Nó được cấu trúc với hai mạch 3 pha, các chỉnh lưu 3 xung nối tiếp với cùng loại SCR 1/3/5 được gọi là nhóm dương khi chúng kích trong thời gian nửa chu kỳ dương của điện áp pha và SCR 2/4/6 kích trong thời gian nửa chu kỳ âm Sơ đồ nguyên lý của mạch: Việc tạo xung kích điều khiển cầu 3 pha khá phức tạp, mạch kích cần tuân thủ theo các nguyên tắc sau: - 2 Thyristor ở cùng một cột sẽ không dẫn cùng lúc vì sẽ dẫn đến ngắn mạch - Thyristor ở hàng trên dẫn được kích dẫn khi điện áp pha nguồn gắn trên nó là lớn nhất, trong khi đó 3 thyristor hàng dưới sẽ dẫn khi điện áp của pha nguồn gắn tương ứng là nhỏ nhất 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Dòng qua tải phải đảm bảo là liên tục nên tại bất kỳ thời điểm nào cũng có 2 thyristor cùng dẫn Do đó khi chuyển mạch sẽ có 1 thyristor được kích lặp lại 1.2 Tính toán lý thuyết Các thông số đầu vào: Nguồn 3 pha: 400 V (áp dây) – 50 Hz - Nguồn 1 pha: 230 V – 50 Hz - Nguồn 1 chiều: 300 V - Xét mạch ở xác lập R = 5 Ω, E = 120 V, L = (10+M/10) mH = (10+86/10) = 18.6 mH Giả sử mạch có tải với L đủ lớn để dòng tải id có thể xem là phẳng - Trị trung bình áp chỉnh lưu 3√6 Vcos (V) ()= Với V là trị trung bình áp pha = - Dòng trung bình qua tải = − - Điện áp khóa và áp ngược cực đại trên SCR - Dòng điện qua nguồn điện áp pha a: 1= = 1 − 4 Khi T1 kích: ia = id Khi T4 kích: ia = -id Vậy IaMax = Id và IaMin = -Id 4 √6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Trị hiệu dụng dòn điện qua nguồn khi dòng tải không đổi: 1.3 Mô phỏng mạch trên Psim Mạch mô phỏng trên Psim: Bảng số liệu đo đạc: 15° Ud (V) 521.11 Id (A) 80.23 Us1 (V) 565.67 Ia (A) 65.54 IaMax (A) 81.79 IaMin (A) -81.79 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng lý thuyết tính toán : Ud (V) Id (A) Us1 (V) Ia (A) IaMax (A) IaMin (A) Ảnh các dạng sóng tại góc kích 60: Giản đồ Ud – Upha 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giản đồ Us1 – Upha Giản đồ Id – Ia 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giản đồ Ud – Id 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Dòng điện tăng trong khoảng thời gian ∆ 1 tương ứng biến thiên từ , đến , , suy ra: = 1 Do => => =D= f => ∆ + ∆ - = = , , ∆ = 2 2 3.2.2 Chế độ dòng gián đoạn - Tính thời gian mạch dẫn qua công thức: 2= ln[ ( 1 / − 1) + 1] ; = - Điện áp trung bình ngõ ra: = 1 U + E − 2 = D.U + E.(1 - 2 ) - Dòng trung bình ngõ vào Is, dòng trung bình ngõ ra tính tương tự như chế độ dòng liên tục; , = 0( Vì dòng gián đoạn), , =∆ 3.3 Mô phỏng mạch trên Psim Mạch mô phỏng dùng phần mềm PSIM 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thông số mạch: U=300V, R = 5 Ω, E = 120 V, L = (1+M/20) mH, f = 10 kHz ; (chọn M=86) → L= 5.3 mH Bảng số liệu đo đạc: ̅̅ (V) ̅(A) ̅(A) (A) , (A) , Bảng tính toán lý thuyết: ̅̅ (V) ̅(A) ̅(A) , , 19 (A) (A) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com * Dạng sóng tại = 0.45: U – nguồn DC, Ud – Điện áp ngõ ra, Vk – Điện áp kích cho T Is – dòng từ nguồn, Id – dòng ngõ ra, Vk – Điện áp kích cho T 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng đánh giá đóng góp Bài: Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần 4 Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần 4.1 Nguyên lý hoạt động Bộ nghịch lưu có chức năng chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều, đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp có dạng một pha hoặc ba pha Các ứng dụng cơ bản của bộ nghịch lưu là truyền động điện cho động cơ điện xoay chiều, các bộ nguồn UPS, lò cảm ứng trung tần, hàm trung tần, ballast điện tử, các hệ thống FACT trong hệ thống điện Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha gồm một nguồn một chiều và sáu IGBT (mỗi IGBT có gắn thêm một con diode để dẫn điện theo chiều ngược lại) nối với tải RL ba pha đấu sao như hình: Phương pháp điều khiển: phương pháp điều biên (six step) 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Các khóa bán dẫn dẫn trong nửa chu kỳ, các khóa nằm trên cùng một nhánh (T1-T4, T3-T6, T5-T2) được kích ngược pha nhau Các khóa T1, T3, T5 được kích lệch pha nhau một góc 2π/3 22 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.2 Tính toán lý thuyết 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trị hiệu dụng áp pha: = ℎ = ℎ Phần tích Fourier của điện áp pha, biên độ sóng hài bậc n của áp pha: 4 3 ( )= √3 Và áp tải chỉ chứa các thành phần hài bậc lẻ (n = 1, 3, 5, …) Ngoài ra với n là bội của 3 thì áp pha sẽ bằng 0 nên các hài lân cận sẽ có bậc n = 1, 5, 7, 11, … Trị hiệu dụng dòng tải hài bậc n: ( ), =1,5,7,11,… Trị hiệu dụng dòng nguồn: 3 =√ ∗ 2 , Bỏ qua tổn hao trên khóa bán dẫn, ta có: ̅ = ∗ =3 , , 2 ➔ Trị trung bình dòng nguồn: ̅̅ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Xét hoạt động của mạch trong 6 khoảng như trên ta có: Khoảng id Xét id trong khoảng II, có dòng nguồn chính bằng dòng pha A Mà mạch trong pha A chính là mạch quá độ cấp 1 RL nên ta có thời hằng của mạch là: = Và thời gian quá độ: =3 =3 đ Với f đủ nhỏ thì mạch trong khoảng này sẽ đạt trạng thái xác lập: = Lúc này: 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 3 = , √ 2 + (2 , )2 1 3 = √ 2 + (2 )2 Trường hợp f lớn, mạch không có đủ thời gian để đạt trạng thái xác lập, xét pha A (theo 6 khoảng): Trong khoảng T/6, mạch là mạch quá độ RL cấp 1 nên dòng có dạng: ( )= , + − Sơ kiện: giá trị đầu của khoảng n (n = I-VI) sẽ bằng giá trị cuối của khoảng n-1 ,( ) (0+) = ,( −1) ( ) 6 Đặt: = 1 Ta được hệ phương trình: 2 26 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1 − 1− − − 2 1 − − = 1− 1− =− =− =1− 1 2 − − Giải phương trình ta suy ra được các hệ số A, B, C, D, E, F Và: , , = = ,( ,( ) ( ) 6 (0+) ) 4.3 Mô phỏng mạch trên Psim Các thông số đầu vào: - Nguồn một chiều: 300VDC - R=20Ω - L = 28.6 mH Mạch mô phỏng trên Psim: 27 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng số liệu: Số liệu đo đạc: ̅̃ (rms)(V) ̅̃ ̅̅ (A) , , (A) Bảng tính toán lý thuyết: f ̅̃ (rms)(A) ̅̃ (AV)(A) ̅̅ (A) , , (A) (rms)(V) 28 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh các dạng sóng tại f = 50Hz 29 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 30 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... Bài: Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 1.1 Nguyên lý hoạt động Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển sử dụng rộng rãi máy đổi điện công suất cao lượng điện. .. nghịch lưu ba pha điều khiển tồn phần Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần 4.1 Nguyên lý hoạt động Bộ nghịch lưu có chức chuyển đổi lượng từ nguồn điện chiều không đổi sang dạng lượng điện xoay...MỤC LỤC Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 1.1 Nguyên lý hoạt động 1.2 Tính tốn lý thuyết 1.3 Mô mạch Psim Bộ điều khiển điện áp xoay chiều pha