(TIỂU LUẬN) 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 MƠN 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 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 2.1 Nguyên lý hoạt động 2.1.1 Trường hợp góc điều khiển α > φ 2.1.2 Trường hợp góc điều khiển α < φ 10 2.2 Tính tốn lý thuyết 11 2.3 Mô mạch Psim 12 Bộ biến đổi điện áp chiều dạng giảm áp .15 3.1 Nguyên lý hoạt động 15 3.2 Tính tốn lý thuyết 17 3.2.1 Chế độ dòng liên tục .17 3.2.2 Chế độ dòng gián đoạn 18 3.3 Mô mạch Psim 18 Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần 21 4.1 Nguyên lý hoạt động 21 4.2 Tính tốn lý thuyết 23 4.3 Mô mạch Psim 27 Bảng đánh giá đóng góp 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 tử Nó cấu trúc với hai mạch pha, chỉnh lưu xung nối tiếp với loại SCR 1/3/5 gọi nhóm dương chúng kích thời gian nửa chu kỳ dương điện áp pha SCR 2/4/6 kích thời gian nửa chu kỳ âm Sơ đồ nguyên lý mạch: Việc tạo xung kích điều khiển cầu pha phức tạp, mạch kích cần tuân thủ theo nguyên tắc sau: - Thyristor cột khơng dẫn lúc dẫn đến ngắn mạch - Thyristor hàng dẫn kích dẫn điện áp pha nguồn gắn lớn nhất, thyristor hàng dẫn điện áp pha nguồn gắn tương ứng nhỏ - Dòng qua tải phải đảm bảo liên tục nên thời điểm có thyristor dẫn Do chuyển mạch có thyristor kích lặp lại 1.2 Tính tốn lý thuyết Các thơng số đầu vào: Nguồn pha: 400 V (áp dây) – 50 Hz - Nguồn pha: 230 V – 50 Hz - Nguồn chiều: 300 V - Xét mạch xác lập R = 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 dịng tải id xem phẳng - Trị trung bình áp chỉnh lưu 3√6 Vcos (V) ()= Với V trị trung bình áp pha = - Dịng trung bình qua tải = - − Điện áp khóa áp ngược cực đại SCR 1= - Dòng điện qua nguồn điện áp pha a: = − Khi T1 kích: ia = id Khi T4 kích: ia = -id Vậy IaMax = Id IaMin = -Id √6 - Trị hiệu dụng dòn điện qua nguồn dòng tải không đổi: 1.3 Mô mạch Psim Mạch mô 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 Bảng lý thuyết tính tốn : Ud (V) Id (A) Us1 (V) Ia (A) IaMax (A) IaMin (A) Ảnh dạng sóng góc kích 60: Giản đồ Ud – Upha Giản đồ Us1 – Upha Giản đồ Id – Ia Giản đồ Ud – Id Bảng đánh giá đóng góp Bài: Bộ điều khiển điện áp xoay chiều pha Bộ điều khiển điện áp xoay chiều pha 2.1 Nguyên lý hoạt động Ta xét hai trường hợp với góc φ = arctg(ωL/R) Sơ đồ nguyên lý mạch: 2.1.1 Trường hợp góc điều khiển α > φ Hình bên dạng sóng mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải RL, góc kích mơ mạch 120 độ – Ở bán kỳ dương: + Ở đầu bán kỳ chưa xuất góc kích dịng tải áp tải khơng + Khi xuất xung kích vào chân G1 thyristor D1 đóng, điện áp tải với điện áp nguồn Vo = Vs Do tải có tính cảm nên dịng điện tăng từ khơng đến vị trí cực đại sau giảm, cuối bán kỳ dương dịng điện lớn – Ở bán kỳ âm: + Đầu chu kỳ âm thyristor D1 bị áp ngược nên ngưng dẫn, tải có tính cảm nên phát lượng trì D1 tiếp tục dẫn, Vo = Vs < Dòng điện giảm cuộn cảm xả hết lượng, lúc dòng áp tải + Đến D2 có xung kích chân kích G2 D2 đóng, Vo = Vs Io = Is Dòng điện tải tăng từ đến giá trị cực đại giảm 0, dòng điện liên tục qua điểm 2.1.2 Trường hợp góc điều khiển α < φ Khi có xung kích G1 thyristor D1 đóng ta có điện áp tải điện áp nguồn Dòng điện tải tăng từ đến cực đại giảm 0, dòng liên tục qua điểm Trường hợp góc kích α < φ nên xuất xung kích G2 lúc D1 cịn dẫn, thyristor D2 khơng thỏa mãn điều kiện đóng điện Kết có thyristor D1 dẫn dịng tải dịng chiều Do tải RL thiết bị động cơ, động hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ Dòng ngõ mạch dịng chiều khơng biến thiên làm cho động gia tăng nhiệt độ cuộn dây Và dẫn đến cháy động Do với tải RL ta cần quan tâm đến góc kích α, để khắc phục điều người ta sử dụng biện pháp sau Ưu điểm biện pháp xuất tình trạng dịng điện chiều thyristor thay phiên dẫn áp tải với áp nguồn điều khiển + Mở rộng góc kích, nhược điểm điều khiển SCR hoạt động liên tục, SCR cần kích xung ngắn tự trì trạng thái dẫn nên không khả thi 10 19 * Dạng sóng = 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 Bảng đánh giá đóng góp Bài: Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn 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 chiều để cung cấp cho tải xoay chiều, đại lượng điều khiển ngõ điện áp có dạng pha ba pha Các ứng dụng nghịch lưu truyền động điện cho động điện xoay chiều, nguồn UPS, lò cảm ứng trung tần, hàm trung tần, ballast điện tử, hệ thống FACT hệ thống điện Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha gồm nguồn chiều sáu IGBT (mỗi IGBT có gắn thêm diode để dẫn điện theo chiều ngược lại) nối với tải RL ba pha đấu hình: Phương pháp điều khiển: phương pháp điều biên (six step) 21 Các khóa bán dẫn dẫn nửa chu kỳ, khóa nằm nhánh (T1-T4, T3-T6, T5-T2) kích ngược pha Các khóa T1, T3, T5 kích lệch pha góc 2π/3 22 4.2 Tính tốn lý thuyết 23 Trị hiệu dụng áp pha: = ℎ = ℎ Phần tích Fourier điện áp pha, biên độ sóng hài bậc n áp pha: ( )= √3 Và áp tải chứa thành phần hài bậc lẻ (n = 1, 3, 5, …) Ngoài với n bội áp pha nên hài lân cận có bậc n = 1, 5, 7, 11, … Trị hiệu dụng dòng tải hài bậc n: ( ), =1,5,7,11,… Trị hiệu dụng dòng nguồn: =√ ∗ , Bỏ qua tổn hao khóa bán dẫn, ta có: ̅ ➔ Trị trung bình dịng nguồn: , = ∗ =3 ̅ , Xét hoạt động mạch khoảng ta có: Khoảng id Xét id khoảng II, có dịng nguồn dịng pha A Mà mạch pha A mạch độ cấp RL nên ta có thời mạch là: = Và thời gian độ: =3 =3 đ Với f đủ nhỏ mạch khoảng đạt trạng thái xác lập: = Lúc này: 25 = , √ + (2 , )2 = √ + (2 )2 Trường hợp f lớn, mạch khơng có đủ thời gian để đạt trạng thái xác lập, xét pha A (theo khoảng): Trong khoảng T/6, mạch mạch q độ RL cấp nên dịng có dạng: ( )= , − + Sơ kiện: giá trị đầu khoảng n (n = I-VI) giá trị cuối khoảng n-1 ,( ) (0+) = ,( −1) ( ) Đặt: = Ta hệ phương trình: 26 − 1− − − = 1− − − 1− =− =− =1− − − Giải phương trình ta suy hệ số A, B, C, D, E, F Và: , , = = ,( ,( ) ( ) (0+) ) 4.3 Mô mạch Psim Các thông số đầu vào: - Nguồn chiều: 300VDC - R=20Ω - L = 28.6 mH Mạch mô Psim: 27 Bảng số liệu: Số liệu đo đạc: ̃ (rms)(V) ̃ ̅ (A) , , (A) Bảng tính tốn lý thuyết: f ̃ (rms)(A) ̃ (AV)(A) ̅ (A) , , (A) (rms)(V) 28 Ảnh dạng sóng f = 50Hz 29 30 31 Nhận xét: Áp pha không phụ thuộc vào tải mà phụ thuộc vào giá trị nguồn cấp DC nên áp dễ dàng điều chỉnh Tuy nhiên với yêu cầu áp lớn khơng có nguồn DC đủ lớn để cấp cho mạch Mạch sử dụng khóa bán dẫn có tổn hao nên xem cơng suất bảo tồn Giá trị tính tốn giống với đo đạc 32 ... 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 tử Nó...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 ... – Điện áp ngõ ra, Vk – Điện áp kích cho T Is – dịng từ nguồn, Id – dịng ngõ ra, Vk – Điện áp kích cho T 20 Bảng đánh giá đóng góp Bài: Bộ nghịch lưu ba pha điều khiển toàn phần Bộ nghịch lưu ba