Báo cáo thực hành điện tử công suất bài 1 van bán dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã: 13350 Học kỳ: – Năm học: 2020 – 2021 Họ tên: Trịnh Hoàng Tùng Dương Mã SV: 90216 Lớp: ĐTD62CL Nhóm: N04-TH2(2 buổi) Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chuyên ngành Tự Động Hóa Hệ Thống Điện Giảng viên hướng dẫn: Bộ mơn: Khoa: Nhóm TH: TS Đặng Hồng Hải Điện tự động công nghiệp Điện – Điện tử N04.TH1 HẢI PHÒNG - 5/2023 MỤC LỤC BÀI 1: VAN BÁN DẪN 4.1 Nội dung lý thuyết .3 4.2 Kết thực hành, kết luận 4.3 Nhìn vào datasheet ta thấy: 13 BÀI 2: CHỈNH LƯU 14 4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia pha 14 4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia pha 15 4.3.Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tia pha có tải tải trở: 16 4.4 Chỉnh lưu cầu pha 18 4.5 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu pha có tải tải trở: 19 BÀI 3: BĂM XUNG MỘT CHIỀU .21 BÀI 4: NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 29 4.2 Biến tần 31 I Tìm hiểu biến tần Micromater Eco 32 Các đặc tín Micromaster 33 Các đầu nối nguồn cho động 33 Sử dụng hình điều khiển 37 Cảnh báo mã lỗi 38 II Hình ảnh thực tế 39 39 39 _ Thông số động 39 BÀI 1: VAN BÁN DẪN Mục tiêu: 1.1 Tìm hiểu datasheet van bán dẫn (thyristor, GTO, Triac, Mosfet, BJT, IGBT) thỏa mãn (Iv > 50A, Uv > 300V) 1.2 Phân tích datasheet van bán dẫn tìm Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực hành, đối chiếu với thiết bị phịng thí nghiệm 2.2.Tìm hiểu van bán dẫn có liên quan Trang thiét bị cần thiết 3.1.Van bán dẫn (thyristor, GTO, Triac, Mosfet, BJT, IGBT) 3.2 Datasheet van bán dẫn tìm Các nội dung, quy trình 4.1 Nội dung lý thuyết a) Điôt Điôt công suất mặt ghép p-n ghép thành, diện tích mặt ghép tỉ lệ với dịng điện cho phép qua điơt.Trung bình mật độ dịng cỡ 10A/mm2 hình 1.1 cấu trúc điơt Đặc tính vơn-ampe: hình 1.2 đường đặc tính vơn ampe Nhánh thuận: điện áp UAK >0 ĐIOT phân cực thuận, đường đặc tính có dạng mũ Nhánh ngược: điện áp UAKU2 dong điện tăng đột ngột phá hủy điôt b) Tiristor Tiristor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo thành Cấu trúc kí hiệu trình bày hình.Tiristor có lớp tiếp giáp J1, J2, J3 hình thành cực anot A, katot K, cực điều khiển G Hình 1.3 cấu tạo chung c)Transistor Trasitor phần tử bán dẫn có cấu trúc gồm lớp bán dẫn p-n-p lên từ tiếp giáp p-n transistor có cực hình vẽ: n-p-n tạo Hình 1.4 Cấu tạo Transistor d)Mosfet Hình 1.5 Cấu tạo MOSFET Kí hiệu Mosfet e) IGBT Hình 1.6 Cấu tạo IGBT Ký hiệu IGBT f) TRIAC Triac phần tử bán dẫn gồm cực tạo lên từ lớp bán dẫn tạo lên cấu trúc p-n-p-n tiristor theo chiều cực T1 T2 nguyên tắc coi triac tiristo song song đấu ngược Hình 1.7 Cấu tạo cấu trúc tương đương TRIAC TRIAC điều khiển dẫn dịng xung dương (dòng vào cực điều khiển ) xung âm (dòng khỏi cực điều khiển) nhiên dịng điều khiển âm có độ nhạy hơn, nghĩa dòng điều khiển phải lớn 4.2 Kết thực hành, kết luận a) Đo van điôt Diot RAK RKA Nhận xét Bán dẫn 100A Bán dẫn 10A 40 50 ∞ ∞ Tốt Tốt b) Đo van Transistor Tên Transistor H1061 R12 R13 R23 R21 R31 R32 ∞ ∞ ∞ ∞ Nhận xét Tốt 3,1*10−3 5,1 GT40T101 4*10−3 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ Hỏng R13 R23 R21 R32 Nhận xét −3 ¿ 10 c) Đo van tiristor Tên Tiristor R12 R31 K9202H 120 Dẫn dòng 20 200A ∞ ∞ ∞ ∞ 260 20 ∞ ∞ ∞ ∞ Tốt R13 R23 R21 R31 R32 ∞ ∞ ∞ ∞ 260 20 ∞ ∞ ∞ ∞ Nhận xét Hỏng d) Đo van Mosfet Tên Mosfet R12 SPW20m6055 120 Dẫn dòng 20 200A e) Đo van IGBT Tên IGBT R12 R13 R23 R21 R31 R32 SKM300GB ∞ 30 ∞ ∞ 30 ∞ Nhận xét Hỏng Số liệu datasheet : 10 d Bình luận kết thu +Với D = 0.2, ta thu dòng điện điện áp có dạng cưa có giá trị Ut = 20V ; It = 2A + Với D = 0.5, ta thu dịng điện điện áp có dạng cưa có giá trị Ut = 50V ; It = 5A + Qua kết mô phỏng, ta thấy mức điện áp nhỏ điện áp vào  mạch BXMC kiểu nối tiếp mạch giảm áp (Buck converter) 4.2 Sơ đồ mạch lực băm xung chiều kiểu song song: 26 a Phân tích cấu trúc mạch van - Mạch BXMC kiểu song song gồm có nguồn chiều DC, van bán dẫn(IGBT), cuộn cảm L, tụ C, tải R, điện trở Rng, diode D1 - Cực Katot van nối tiếp với cuộn cảm L, điện trở Rng nối với dương nguồn - Van mắc nối tiếp với diode D1, song song với tải R, tụ điện C b Nguyên lý hoạt động mạch - Khi van Tr dẫn, toàn điện áp nguồn đặt vào cuộn cảm L dòng điện từ nguồn (dòng i1) chảy qua điện trở cuộn cảm nạp lượng Trong giai đoạn diode D khóa tải bị cắt hẳn khỏi nguồn, lượng cấp tải nhờ điện dung C, tụ điện C thiết phải có BXMC kiểu song song - Khi van Tr bị khóa, lượng cuộn kháng nguồn cấp tải (dòng I2) Nhờ nhận thêm lượng tích lũy giai đoạn trước điện cảm nên điện 27 áp tải lớn hơnđiện áp nguồn E Tụ C dùng để tích lượng cấp cho Rt giai đoạn van Tr dẫn Mục tiêu: BÀI 4: NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 1.1 Vẽ sơ đồ mạch phân tích mạch nghịch lưu áp pha cầu H 1.2 Thực mơ máy tính phần mềm matlab – simulink 28 1.3 Bình luận kết mơ thu 1.4 Vẽ phân tích cấu trúc biến tần gián tiếp Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực hành mạch nghịch lưu áp pha cầu H, cấu trúc biến tần gián tiếp, đối chiếu với thiết bị phịng thí nghiệm 2.2 Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm Matlab - Simulink Trang thiết bị cần thiết 3.1 Máy tính, PC phần mềm có liên quan Các nội dung, quy trình 4.1 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu áp pha cầu H a Phân tích cấu trúc mạch -Mạch nghịch lưu áp pha bao gồm: nguồn chiều DC, van động lực (IGBT), diode D1 – D4 để trả công suất phản kháng tải lưới, Tải trở - cảm RL b Phân tích nguyên lý hoạt động 29 Ở nửa chu kỳ đầu tiên(0 – θ2) cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải đấu vào nguồn Do nguồn nguồn áp nên điện áp tải U1 = E Tại thời điểm =θ2, T1 T2 bị khóa, đồng thời T3 T4 mở Tải đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức dấu điện áp tải đảo chiều Ut = -E thời điểm θ2 Do tải mang tính trở cảm nên dòng giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm), T1, T2 bị khóa, nên dịng phải khép mạch qua D3, D4 tụ C Tương tự khóa cặp T3, T4 dịng tải khép mạch qua D1 D2.Đồ thị điện áp tải Ut, dòng tải it, dòng qua diode iD dòng qua thyristor biểu diễn hình 4.12b c Tính tốn tham số mạch + Chọn tham số nguồn DC: UV = 220V + Chọn tham số IGBT: - Uđm = 300V - Iđm = 20A - Tần số đóng cắt: 50Hz + Chọn tham số diode: - Uđm = 300V - Dòng nhỏ để diode phân cực thuận: Imin = 0,05A + Chọn giá trị tải trở - cảm: R = 50 Ohm ; L = 200mH **) Tiến hành mô - Đồ thị điện áp Ut, dòng điện It, dòng qua diode, dòng qua T1,2 30 d Giải thích đồ thị nhận từ mơ - Đồ thị điện áp Ut có dạng hình vng có biên độ 220√2(V) - Đồ thị dịng điện It có dạng gần giống hình sin ảnh hưởng từ cuộn cảm L làm cho dòng điện biến thiên tăng dần, giảm dần - Nhận thấy dòng phản kháng diode trả lưới dòng It biến thiên cực đại 4.2 Biến tần - Biến tần thiết bị điện tử dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều có tần số biên độ xác định sang nguồn điện xoay chiều khác có tần số biên độ thay đổi Phanh Nguồn Bộ Điều Khiển Mạch Cơng Suất TB Chấp Hành Khối vào Hình trúc tần 4.1 Cáu biến 31  Phân loại theo phương pháp biến đổi - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp  Phân loại theo nguồn - Biến tần nguồn dòng - Biến tần nguồn áp  Phân loại theo phương pháp điều khiển - Phương pháp điều khiển cổ điển - Phương pháp điều khiển PWM - Phương pháp điều khiển véc – tơ - Phương pháp điều khiển ma trận  Phân loại theo nguồn cấp vào - Biến tần pha - Biến tần ba pha 3.Ứng dụng biến tần - Lĩnh vực sử dụng biến tần để tiết kiệm điện hệ có mơ men tải thay đổi theo tốc độ mà bơm quạt li tâm ứng dụng điển hình I Tìm hiểu biến tần Micromater Eco - Biến tần Mircomaster thiết bị biến đổi tần số dùng để điều khiển tốc độ động không đồng xoay chiều pha Có dãy cơng suất ngõ vào từ 120W- 7,5KW Các đặc tín Micromaster - Dễ cài đặt, lập trình sử dụng Chịu tải 200% 3s 150% 60s 32 - Mô men khởi động lớn điều chỉnh tốc độ motor xác - Có thể kết hợp với lọc - Điều chỉnh dịng nhanh - Khống nhiệt độ hoạt động từ 0- 50° C - Có sẵn nguồn 15V-50mA cấp cho biến đổi phản hồi - Điều khiển từ xa thông qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao thức USS với đặc tính điều khiển tới 31 điều khiển biến tần qua giao thức USS - Tự động phát động 2,4,6 đầu vào điều khiển - Tích hợp sẵn phần mềm điều khiển quạt gió làm mát - Khả lắp đặt liền - Các thông số đặt từ sản xuất đặt lại cho thiết bijcura châu Âu, Asian, Bắc Mỹ - Tích hợp số thành phần bảo vệ dòng, cao áp, thấp áp , nhiệt Các đầu nối nguồn cho động - Đảm bảo nguồn cấp cho điện áp thiết kế đảm bảo cho dòng cần thiết Đảm bảo aptomat cầu chì thích hợp với giá trị dịng định mức nối nguồn cấp biến tần - Nối nguồn cấp tới đầu nối L1, L2, L3 cực tiếp điểm cho biến tần - Nếu cần thiết sử dụng thêm khối hãm cực đấu DC+ DCtrên biến tần - Xiết chặt đầu nối nguồn động 33 Hình 4.3 Biến tần điều khiển - Với ngõ vào biến tần sử dụng nguồn điện pha Hình 4.4 Ngõ vào biến tần nguồn pha - Với ngõ vào biến tần sử dụng nguồn điện pha Hình 4.5 Ngõ vào biến tần nguồn pha 34 Cách đấu nối điều khiển: Hình 4.6 Sơ đồ nối dây điều khiển Hình4.7 Sơ đồ nguyên lý bên LOGO 35  Các biến tần Mircromater trang bị phịng thí nghiệm có cấu hình: - đầu vào tương tự đầu tương tự đầu vào số cổng truyền thông nối tiếp cổng ghép nối PTC (nhiệt trở đọ nhiệt độ động cơ) Cổng ghép nối với điện trở hãm bên ngồi role lập trình Đầu phản hồi kín Nguồn cấp 15V-50mA cho biến bên Nguồn 10V cấp cho đầu vào tương 36 Sử dụng hình điều khiển Hình 4.8 Màn hình LOGO Trong đó: Bảng điều khiển / Nút ấn Hàm Chức Jog Xoay nhẹ động Nhấn nút biến tần khơng có tín hiệu ra, làm cho động khởi động chạy lại tần số xác định Động dừng thả nút Khi động chạy, nút không tác dụng Nút không sử dụng set tham số P123=0 Khởi động biến Nhấn nút để khởi động biến tần Nút tần khơng có sử dụng sét tham số P121 = Tắt biến tần Nhấn nút để tắt biến tần OFF1: Nhấn nút lần làm cho động dừng theo thời gian giảm tốc OFF2 : Nhấn nút hai lần ( hay lần giữ lâu ) làm cho động dừng nhanh LED hiển thị Trình bày hình giá trị cài đặt biến tần Thay đổi chiều Nhấn nút để thay đổi chiều quay động quay Khi động đảo chiều hình hình dấu “-“ Nút không sử dụng set tham số P122=0 Tăng giá trị Nhấn nút để tăng giá trị tần số dùng thay đổi số tham số với giá trị cài đặt lớn 37 Nút không sử dụng set tham số P124=0 Giảm giá trị Nhấn nút để giảm giá trị tần số dùng thay đổi số tham số với giá trị cài đặt nhỏ Nút không sử dụng set tham số P124=0 Truy cập tham số Nhấn nút để truy cập tham số Nút không sử dụng set tham số P051=14 ; P052=15; P053=14 Tham số thông dụng (P001: Lựa chọn cách hiển thị biến tần hoạt động < Trong phòng thí nghiệm sử dụng tham số P001 > 0: Hiển thị tần số đầu (Hz) 2: Hiển thị dòng điện động (A) 3: Hiển thị điên áp DC bus (V) 5: Hiển thị tốc độ động (vòng /phút) 8: Hiển thị điện áp đầu Cảnh báo mã lỗi Mã lỗi Nguyên nhân F001 – Quá áp + Quá áp nguồn cung cấp có điện áp cao + Thời gian giảm tốc ngắn hay động điều khiển với tải động F002 – Q dịng + Cơng suất động không phù hợp với công suất biến tần + Dây dẫn động tải + Động ngắn mạch + Chạm đất F003-Quá tải Quá tải động F005-Quá nhiệt Quá nhiệt biến tần F011- Lỗi giao tiếp Lỗi giao tiếp bên biến tần Chẩn đoán biện pháp khắc phục + Kiểm tra điện áp ngõ vào có nằm giới hạn cho phép hay khơng + Tăng thời gian giảm tốc + Yêu cầu lượng hãm phải nằm giới hạn cho phép + Kiểm tra cơng suất động có phù hợp với công suất biến tần hay không + Chiều dài cáp không vượt giới hạn + Cáp động động không chạm mát, ngắn mạch + Kiểm tra động có bị kẹt hay bị tải + Kiểm tra xem động có bị tải không + Kiểm tra môi trường xung quanh biến tần +Kiểm tra khơng khí vào biến tần bị che chắn khơng +Kiểm tra quạt giải nhiệt có làm việc không Tắt nguồn mở nguồn lại lần 38 II Hình ảnh thực tế Hình 4.9 Biến tần Hình 4.10 Động khơng đồng pha roto ngắn mạch _ Thông số động Kiểu m(kg) P(kW) η(%) cosφ F(HZ) n(vòng/phút) U(∆/Y) I(∆/Y) 4K80B4 21,5 1,5 81 0,85 50 1430 220/380 5,9/3,4 3H80-4 10 0,37 71 0,72 50 1390 220/380 1,9/1,1 39 40