Đang tải... (xem toàn văn)
Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất BÀI 2 THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU I Mục đích Trong bài này, sinh viên sẽ khảo sát hoạt động các bộ tăng áp và giảm áp với tải R Mục tiêu sau k[.]
Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất BÀI 2: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU I Mục đích Trong này, sinh viên khảo sát hoạt động tăng áp giảm áp với tải R Mục tiêu sau thí nghiệm biến đổi điện áp chiều Nắm vững chức năng, ứng dụng, phân loại, sơ đồ nguyên lý biến đổi điện áp chiều Phân tích hoạt động biến đổi điện áp chiều theo thông số điều khiển Xây dựng giản đồ áp dòng tải, linh kiện, biến đổi điện áp chiều theo thông số điều khiển Phân tích, so sánh đánh giá dạng sóng áp dịng Tính tốn trị trung bình Có khả tính tốn, định mức linh kiện khóa công suất cho biến đổi điện áp chiều II Cơ sở lý thuyết Lý thuyết [1], [2] a Chức biến đổi điện áp chiều: Bộ biến đổi điện áp chiều dung để điều khiển trị trung bình điện áp chiều ngõ từ nguồn điện áp chiều không đổi Bộ biến đổi điện áp chiều dùng làm nguồn điện áp cấp cho truyền động điện động chiều (bộ giảm áp) thu hồi lương từ động trình hãm tái sinh (bộ tăng áp), làm phận nguồn cho biến tần áp, biến tần dòng điện b Phân tích hoạt động giảm áp Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.1 sơ đồ nguyên lý giảm áp Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp cho hình 1.1 bao gồm nguồn chiều, IGBT, Diode, tu điện, cuộn dây tải R Giả thuyết: Mạch làm việc trạng thái xác lập Dòng qua cuộn kháng liên tục dương Tụ điện lớn, điện áp ngõ khơng đổi có giá trị Vo Chu kỳ đóng cắt T, thời gian đóng DT, thời gian ngắt (1-D)T Trạng thái đóng S Mạch khép kín, dịng điện chạy từ nguồn U qua khóa S đến cuộn cảm L, tụ điện C tải R trước nguồn Điện áp cuộn dây L xác định sau: (1.1) DT (1.2) Láy tích phân hai vế (1.2) ta suy độ thay đổi dòng điện qua cuộn dây thời gian (1.3) Trạng thái ngắt S Khi khóa S ngắt, nguồn U tách khỏi tải Do dịng qua cuộn L khơng thể tắt đột ngột nên dòng tiếp tục theo chiều củ khép kín diode Điện áp cuộn dây L xác định sau: (1.4) (1.5) Láy tích phân hai vế (1.5) ta suy độ thay đổi dòng điện thời gian (1-D)T (1.6) Vì dịng điện qua cuộn cảm L thay đổi theo chu kỳ mạch trạng thái xác lập nên (1.7) (1.8) Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Vậy (1.9) c Phân tích hoạt động tăng áp Hình 1.2 tăng áp Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp cho hình 1.2 bao gồm nguồn chiều, IGBT, Diode, cuộn dây L, tụ C tải R Giả thuyết Mạch làm việc trạng thái xác lập Dòng qua cuộn khang liên tục dương Tụ điện lớn, điện áp ngõ khơng đổi có giá trị Vo Chu kỳ đóng cắt T, thời gian đóng DT, thời gian ngắt (1-D)T Trạng thái đóng S Dịng điện từ nguồn qua cuộn dây, qua khóa IGBT nguồn Điện áp cuộn dây L xác định sau: (1.10) DT (1.11) Láy tích phân hai vế (1.11) ta suy độ thay đổi dòng điện qua cuộn dây thời gian Phòng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất (1.12) Trạng thái ngắt S Khi khóa S ngắt, dịng điện qua cuộn cảm L đến diode, qua tải lại nguồn Điện áp cuộn dây L xác định sau: (1.13) (1.14) Láy tích phân hai vế (1.14) ta suy độ thay đổi dòng điện qua cuộn dây thời gian (1-D)T (1.15) Vì dòng điện qua cuộn cảm L thay đổi theo chu kỳ mạch trạng thái xác lập nên (1.16) (1.17) Vậy (1.18) d Phân tích hoạt động đảo dịng Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.3 đảo dịng Trị trung bình điện áp tải (1.19) Các khoá S1 v S2 kích đóng đối nghịch điện áp tải ln dương có giá trị từ +U đến Nếu mạch có nguồn E, cách thay đổi tỉ số làm việc khoá S1 S2, ta điều khiển chiều dòng điện e Phân tích hoạt động đảo áp Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.3 đảo áp Trị trung bình điện áp tải (1.20) Các khố S1 v S2 kích đóng đối nghịch điện áp tải ln dương có giá trị từ +U đến Nếu mạch có nguồn E, cách thay đổi tỉ số làm việc khoá S1 S2 đảo chiều đấu dây qua tải ta điều khiển chiều công suất Kết mô Bộ Giảm áp Thông số mô phỏng: điện áp nguồn 30V , L=100uH, tải R = 10Ω Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.3 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=20kHz, D=0.5 Hình 1.4 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=50kHz, D=0.5 Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.5 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=50kHz, D=0.75 Bộ tăng áp Thông số mô phỏng: điện áp nguồn 30V , L=100uH, tải R = 20Ω Hình 1.6 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=20kHz, D=0.2 Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.7 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=50kHz, D=0.2 Hình 1.8 dịng điện qua cuộn L xung đóng cắt khóa f=50kHz, D=0.5 Bộ đảo dịng Thơng số mơ phỏng: điện áp nguồn 30V Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.9 xung đóng cắt khóa , dịng điện, điện áp tải f=20kHz, D=0.5 tải R=10ohm Hình 1.10 xung đóng cắt khóa, dịng điện, điện áp tải f=20kHz, D=0.5 tải R=10ohm,L=25mH Bộ đảo áp Thông số mô phỏng: điện áp nguồn 30V Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 10 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.11 xung đóng cắt khóa , dịng điện, điện áp tải f=20kHz, D=0.25 tải R=10ohm, L=25mH Hình 1.12 xung đóng cắt khóa, dịng điện, điện áp tải f=50kHz, D=0.5 tải R=10ohm,L=25mH Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 11 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất III Mơ tả thí nghiệm Cấu trúc phần cứng nội dung thí nghiệm chỉnh lưu gồm có: Nguồn chiều 15V nguồn chiều DC (Hình 1.9) Trong nguồn có nút ON- OFF đèn báo trạng thái nguồn điện biến đổi điện áp chiều (Hình 1.10 Bàn thí nghiệm 1,2,3) Bộ tải trở có tải cảm kháng (Hình 1.11) Mạch điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu xung để điều khiển IGBT Tần số đóng cắt tỉ lệ làm việc khóa điều chỉnh cách vặn biến trở Frequency Delay angle Hình 1.13 Nguồn xoay chiều ba pha Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 12 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.14 Bộ giảm áp (trên) tăng áp (dưới) Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 13 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.15 Bộ dc-dc chopper Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 14 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.16 Tải R, L RL Thiết bị đo gồm có: Dao động kí Siglent SDS 2104 hình 1.24 Hình 1.17 Dao động ký VOM Fluke 179 hình 1.25 Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 15 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất Hình 1.18 Fluke 179 IV Thực thí nghiệm Cấp nguồn cho biến đổi điện áp chiều - Để hoạt động được, biến đổi điện áp chiều cần cấp hai nguồn DC riêng biệt Ta quy ước cực dương (+) phía cực âm (-) phía - Nguồn 15V: dùng để cấp cho mạch điều khiển Ta nối nguồn 15V từ module nguồn xuống phần DC SOURCE - Nguồn DC ( khoản 30V): dùng để cấp cho mạch giảm áp tăng áp Tiến hành nối nguồn DC module nguồn với đầu vào mạch giảm áp tăng áp Mạch giảm áp Khép kín mạch giảm áp cách nối đầu hở cuộn dây với đầu hở tụ điện sau nối hai đầu tụ điện hai cực dương âm module mạch công suất Mạch tăng áp Khép kín mạch tăng áp cách nối kathode diode với đầu hở tụ điện nối hai đầu tụ điện hai cực dương âm module mạch công suất Page | 16 Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Cơng Suất mạch đảo dòng sinh viên chọn cặp IGBT diode nhánh sau nối cực Kathode diode với cực C IGBT Tiếp tục liên kết cụm diode IGBT lại với nối vào nguồn Nguồn nối vào mạch với cực dương (+) nối vào Kathode diode phía cực câm (-) nối Anode phía mạch đảo áp Trên nhánh thứ nhất, sinh viên liên kết cực E IGBT(S1) cưc Kathode diode(D2) lại Trên nhánh thứ hai, sinh viên liên kết cực Anode diode(D3) cưc C IGBT(S4) lại Nối cực C IGBT(S1) với cực Kathode diode(3) nối cực dương (+) nguồn , Nối cực Adode diode(D2) với cực E IGBT(S4) nối cực âm (-) nguồn Kết nối tải - Tải trở: hai cực dương âm module mạch công suất nối vào cực điện trở module tải Tải trở điều chỉnh mức 10Ω 20Ω Nhấn nút nguồn trạng thái ON điều chỉnh Delay Angle Frequency Kết nối thiết bị đo Sử dụng dao động ký để quan sát dạng sóng Các dạng sóng cần quan sát: điện áp tải, dòng tải (điện áp R), điện áp linh kiện - Chỉnh Time/Div (nút bên trái khu vực Horizontal Controlling Area hình xx) Chỉnh Vol/div (Trong khu vực Vertical Channel Controlling Area hình xx) mức 2V/div Chỉnh Probe dao động ký mức 10X, Sử dụng USB để lưu dạng sóng (Nút Print) Sử dụng VOM để đo điện áp trung bình Các giá trị cần đo: giá trị điện áp nguồn, trị trung bình điện áp tải, trị trung bình dịng điện tải Để quan sát điện áp tải linh kiện, gắn đầu Probe vào cực tải linh kiện V Báo cáo kết thí nghiệm Sinh viên trình bày báo cáo thí nghiệm gồm nội dung sau: Đo đạc giá trị trung bình điện áp tải dịng tải trường hợp D=50%, 70%, 100% ( R=10ohm) với giảm áp Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 17 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất D= 0%, 25%, 50% ( R=20ohm) với tăng áp D= 25%, 50%, 75% tải R=10ohm, tải R=10ohm, L=25mH đảo dòng D= 25%, 50%, 75% tải R=10ohm, tải R=10ohm, L=25mH đảo áp Các dạng sóng điện áp tải, dịng điện tải, điện áp linh kiện dòng qua cuộn dây So sánh kết thí nghiệm với kết mơ phỏng, kết lý thuyết (L đủ lớn để dòng tải phẳng) đưa nhận xét Nhận xét đánh giá khác liên quan đến kết thí nghiệm Lưu ý: giáo viên cần kiểm tra: Nguồn cấp cho mạch điều khiển (15V) mạch động lực (30V) Tải với boost 20ohm, với buck 10ohm Tài liệu tham khảo [1] PGS TS Nguyễn Văn Nhờ, “Điện Tử Công Suất 1”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia [2] Slide giảng Điện Tử Công Suất, PGS TS Lê Minh Phương, Bộ môn Cung Cấp Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đại học Bách Khoa, ĐHQG TpHCM Phịng thí nghiệm Điện Cơng Nghiệp 002H6 Page | 18