báo cáo thí nghiệm chuyển mạch lưới

TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Bài 1: Các Bộ Biến Đổi Chuyển Mạch Lưới Mục Lục: I Chỉnh lưu nửa chu kì 1.Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển II.Chỉnh lưu cầu 1.Mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển 2.Mạch cầu chỉnh lưu điều khiển toàn phần 11 3.Mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển ,đối xứng 14 4.Mạch chỉnh lưu bán điều khiển, bất đối xứng 17 III.Chỉnh lưu cầu ba pha 20 1.Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 20 2.Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần 23 3.Mạch chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển 27 IV.Bộ điều khiển công suất nguồn xoay chiều 31 1.Điều khiển công suất nguồn xoay chiều pha, tải trở 31 2.Điều khiển công suất nguồn xoay chiều ba pha, tải trở 35 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử LỜI MỞ ĐẦU Các biến đổi sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp Phải kể đến khối cấp nguồn chiều hay xoay chiều, ứng dụng điều khiển nhiệt độ, ánh sáng, nhà máy xí nghiệp…v.v Ngồi biến đổi cịn xuất hầu hết thiết bị điện qua dụng Các biến đổi nói chung làm nhiệm vụ chuyển đổi nguồn: AC→DC, AC↔ AC,DC→AC, DC↔DC Các linh kiện sử dụng biến đổi bao gồm: Diode công suất, Thyristor số van bán dẫn khác Transistors công suất, Triacs, IGBT, GTO Các cơng thức sử dụng để tính tốn: Điện áp trung bình đầu ra: Um2 = k U1 ( k hệ số tùy thuộc vào mạch chỉnh lưu) Công suất tồn phần: S = U.I Cơng suất tác dụng: P = U.I Cos φ Công suất phản kháng: Q = U.I Sin φ Xét đến thành phần sóng hài: + Cơng suất tác dụng (cơng suất thực): Chỉ có thành phần hài định giá trị công suất thực P = U.I1.Cos φ1 + Công suất phản kháng: Bao gồm công suất phản kháng thành phần hài Q1 = S1.Sinφ1 thành phần hài bậc cao TN Chuyển Mạch Lưới = Phòng TN Điện-Điện Tử = − + Cơng suất tồn phần: = = = = − + = + + Chú thích: + MODULE 1: Module kênh đo gồm kênh A, B, C, D + MODULE 2: Module chỉnh lưu cấp nguồn DC cho Module + MODULE 3: Module thực lấy tín hiệu đo từ kênh A, B, C, D Module cho phép lựa chọn chế độ đo điều khiển, qua đường truyền RS 232 máy tính + MODULE 4: Module cho phép đấu nối mạch chỉnh lưu + MODULE 5: Module biến áp cách ly, đầu vào nguồn pha đầu ghép nối thành mạch pha ( ba pha) 47 VAC, 94 VAC + MODULE 6: Module phụ tải, bao gồm tải R (280Ω), L (0,3 H) Chức kênh đo Module 1: Kênh A: Đo điện áp U2 Kênh B: Đo điện áp vào U1 Kênh C: Đo dòng điện vào I1 Kênh D: Đo dịng điện I2 Trình tự thí nghiệm: +Đấu nối theo sơ đồ lắp ráp, kiểm tra kỹ lưỡng đảm bảo khơng có tượng ngắn mạch +Mở biến áp cách ly, đặt khối điều khiển đa chế độ RS232 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử +Sử dụng cáp truyền cổng com RS 232 từ khối điều khiển máy tính PC +Sử dụng phần mềm PHACON máy tính PC I Chỉnh lưu nửa chu kì Các thực hành: Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển Mục đích:  Tiếp cận với chỉnh lưu nửa chu kì, phân tích hiểu rõ nguyên lý làm việc  Nhận thấy thành phần cảm kháng làm mở rộng chu kì dẫn dòng điện Thu hẹp chu kỳ dẫn cách nào?  Công suất tiêu thụ mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ % công suất đầu vào? 1.Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển Lắp ráp mạch hình sau: a.Ghi lại dạng sóng điện áp AC đầu vào, điện áp dịng điện DC đầu ra,giá trị trung bình điện áp đầu với tải R,tải R-L Tải R = 270 Ω TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.1:Dạng sóng dịng điện,điện áp mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển tải R Tải R = 270 Ω,L = 1.2 H Hình 1.2:Dạng sóng dịng điện,điện áp mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển tải R-L Thành phần cảm kháng làm giảm giá trị trung bình điện áp DC đầu ra,và làm trễ pha dịng điện tải Trong q trình này, lượng điện từ bị lưu giữ lại cuộn cảm Năng lượng phục hồi chu kỳ âm gây điện áp âm tải làm TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử giảm giá trị trung bình điện áp DC + Giá trị trung bình điện áp DC đầu ra: Giá trị trung bình điện áp DC theo lý thuyết: Um2 = ……… (V) Giá trị trung bình thực tế đo là: Tải R: Um2 = …… (V) Tải R-L: Um2 = …… (V) (Khoảng dẫn mở rộng tới δ ≈ …… o) b Tính tốn cơng suất tiêu thụ? Tải R: P= = = = ……… ( ) Tải R-L: (Yêu cầu sv tự tính) ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………… So sánh với kết đo thực tế đo được? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển Lắp ráp mạch hình sau: a.Ghi lại dạng sóng điện áp AC đầu vào, điện áp dòng điện DC đầu ra, điện áp trung bình đầu với R, R-L Tải R = 270 Ω, α = 90o TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.3:Dạng sóng dịng điện,điện áp mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển tải R, góc điều khiển α= 90o Trong chu kỳ 2π, góc dẫn điều khiển tới: δ = 180o – α b.Ghi lại dạng sóng điện áp AC đầu vào,điện áp dòng điện DC đầu ra, giá trị trung bình điện áp đầu với tải R-L Tải R = 270Ω, L = 1.2H, góc điều khiển α = 90o Hình 1.4:Dạng sóng dịng điện,điện áp mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển tải R-L, góc điều khiển α = 90o TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Phân tích đặc tính điện áp dịng điện đầu ra: ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… c.Ghi lại đặc tính điều khiển Ghi lại đặc tính điện áp DC công suất thực với biến số góc điều khiển α (  π) Hình 1.5: Đặc tính điều khiển cơng suất tiêu thụ chỉnh lưu điều khiển tải R II.Chỉnh lưu cầu Các thực hành Mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển toàn phần Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển đối xứng Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển không đối xứng Mục đích:  Quen với mạch chỉnh lưu cầu pha,nguyên lý làm việc mạch chỉnh lưu cầu pha  Ảnh hưởng thành phần cảm kháng đến mạch nào?  Tính tốn đo đạc thành phần công suất 1.Mạch chỉnh lưu cầu khơng điều khiển Lắp ráp mạch hình sau: TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử a.Dạng sóng điện áp, dòng điện AC đầu vào, điện áp dịng điện DC đầu giá trị trung bình điện áp DC Hình 1.6: Dạng sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu không điều khiển tải R TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.7: Dạng sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu không điều khiển với tải R-L So sánh dạng sóng dịng điện DC đầu tải R R-L? ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Tính tốn giá trị trung bình điện áp DC Tính giá trị trung bình điện áp DC theo lý thuyết: Um2 = ………(V) Giá trị đo được: Tải R: Um2 = …… (V) Tải R-L: Um2 = …… (V) b.Tính thành phần cơng suất Tải R: P= = = = ……… ( ) Tải R-L: (Yêu cầu sv tự tính) ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………… So sánh với kết đo thực tế đo được? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… 10 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.24: Dạng điệu sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải R=270Ω, L=1.2H Xác định khoảng dẫn thyristor trường hợp tải R R-L? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Giá trị trung bình điện áp DC (Tải R, R-L) Theo lý thuyết:Um2 =………………….(V) Thực tế đo được:Um2 = ………………(V) b.Tính thành phần công suất Biểu đồ vector biểu diễn thành phần công suất: 22 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.25: Các thành phần cơng suất với tải R = 270Ω Hình 1.26: Các thành phần công suất với tải R=270Ω, L =1.2H 2.Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần Lắp ráp mạch sau: 23 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử a.Ghi dạng sóng điện áp AC đầu vào, điện áp dòng điện DC đầu ra,giá trị trung bình điện áp đầu Tải R=270Ω Hình1.27: Dạng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển với góc điều khiển 30o, tải R 24 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.28: Dạng sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu ba pha góc điều khiển 60o, tải R Tải R=270Ω, L = 1.2H Hình 1.29: Dạng sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển 30o tải R-L:270Ω/1.2H 25 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.30: Dạng sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển 60o tải R-L:270Ω/1.2H b.Ghi lại đặc tính điều khiển Đặc tính điều khiển: Hình 1.31: Các đặc tính điều khiển, tải điện trở R =270Ω 26 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử c.Tính thành phần cơng suất Biểu đồ vector biểu diễn thành phần công suất: Hình 1.32: Các thành phần cơng suất, góc điều khiển 30o, tải điện trở 270Ω Hình 1.33: Các thành phần cơng suất, góc điều khiển 30o, tải R-L 270Ω/1.2H 3.Mạch chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển Lắp ráp mạch hình sau: 27 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử a.Ghi dạng sóng điện áp AC đầu vào, điện áp dòng điện DC đầu ra,giá trị trung bình điện áp đầu Hình 1.34: Dáng điệu sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu bán điều khiển cầu ba pha tải R-L 270Ω/1.2H, góc điều khiển 30o 28 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.35: Dạng điệu sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu bán điều khiển cầu ba pha tải R-L 270Ω/1.2H, góc điều khiển 60o Hình 1.36: Dáng điệu sóng dịng điện điện áp chỉnh lưu bán điều khiển tải R-L 270Ω/1.2H, với góc điều khiển 90o Xác khoảng dẫn δ trường hợp ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 29 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử b.Ghi đặc tính điều khiển Đặc tính điều khiển: Hình 1.37: Các đặc tính điều khiển với tải điện trở 270Ω c.Tính thành phần cơng suất Biểu đồ vector biểu diễn thành phần công suất Hình 1.38: Các thành phần cơng suất, góc điều khiển 30o, tải điện trở 270Ω 30 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.39: Các thành phần cơng suất, góc điều khiển 30o, tải R-L 270Ω/1.2H IV.Bộ điều khiển công suất nguồn xoay chiều Giới thiệu Các điều khiển nguồn AC thường mạch điều khiển toàn phần để biến đổi điện áp xoay chiều Mạch biến đổi nguồn AC thường sử dụng thyristor mắc song song triac Các thực hành: + Điều khiển công suất nguồn xoay chiều pha, tải trở + Điều khiển công suất nguồn xoay chiều ba pha, tải trở 1.Điều khiển công suất nguồn xoay chiều pha, tải trở Lắp ráp mạch hình sau: 31 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử a.Hiển thị dáng điệu sóng điện áp AC đầu vào và dòng điện AC Hình 1.40: Bộ điều khiển nguồn AC pha, tải R góc điều khiển α = 90o 32 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.41: Bộ điều khiển nguồn AC pha tải R-L, góc điều khiển 90o b.Ghi đặc tính điều khiển Hình 1.42: Các đặc tính điều khiển, tải R=270Ω 33 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử Hình 1.43: Các đặc tính điều khiển, tải R=270Ω, L=1.2H c.Tính thành phần cơng suất Biểu đồ vector biểu diễn thành phần công suất? Hình 1.44: Các thành phần cơng suất, R=270Ω, góc điều khiển 90o 34 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.45: Các thành phần cơng suất, R=270Ω, L=0.3H, góc điều khiển 90o 2.Điều khiển cơng suất nguồn xoay chiều ba pha, tải trở Lắp ráp mạch hình sau: Điều khiển tải mẫu chuyển mạch Lựa chọn mẫu chuyển mạch sau cấp tới để điều khiển biến đổi 35 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Mẫu chuyển mạch So sánh kết thu mẫu chuyển mạch I ( giai đoạn chuyển mạch 18 ) mẫu chuyển mạch II ( giai đoạn chuyển mạch 18 ) Mẫu chuyển mạch I Mẫu chuyển mạch II Tính điện áp công suất cho ba mẫu so sánh ảnh hưởng dao động Mẫu chuyển mạch Mới I II điện áp U [V] …… … … Công suất P [W] …… …… …… Dựa vào công thức sau: = = 36 Dao động …… …… …… ... mẫu chuyển mạch Lựa chọn mẫu chuyển mạch sau cấp tới để điều khiển biến đổi 35 TN Chuyển Mạch Lưới Phòng TN Điện-Điện Tử Mẫu chuyển mạch So sánh kết thu mẫu chuyển mạch I ( giai đoạn chuyển mạch. .. chuyển mạch 18 ) mẫu chuyển mạch II ( giai đoạn chuyển mạch 18 ) Mẫu chuyển mạch I Mẫu chuyển mạch II Tính điện áp cơng suất cho ba mẫu so sánh ảnh hưởng dao động Mẫu chuyển mạch Mới I II điện... hưởng thành phần cảm kháng đến mạch nào?  Tính tốn đo đạc thành phần cơng suất 1 .Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Lắp ráp mạch hình sau: 20 TN Chuyển Mạch Lưới Phịng TN Điện-Điện Tử a.Ghi