Sách hướng dẫn thực hành điện tử công suất iuh

1 Giới thiệu về Bảng thí nghiệm Power Board

Hình 1.1: Bảng thỉ nghiệm Power Board [2]

Nguồn cung cấp trên bảng thí nghiệm Power Board

Nguồn xoay chiều 12VAC gồm các đườngdâyL1, N (hình 1.2)

Nguồn một chiều ± 15V,GND (hình 1.2)

Nguồn 3 phagiả lập gồm các đường dây L]’, L2’, 1/3’và N (hình 1.3).

2 Hướng dẫn sử dụng thiết bị hiện sóng _ Oscilloscope

Hình ỉ.4: Mô tả một mảy hiện sóng cơ bản [3],

Hình 1.5 Que đo điện áp [3], Hình 1.6 Que đo dỏng điện [3].

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIÈU KHIẺN

1 Chỉnh lưu bán kỳ một pha không điều khiển 8

2 Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 17

3 Chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển 23

4 Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 26

1 Chỉnh lưu bán kỳ một pha không điều khiển

Mạch điện trong Hình 1.1 mô tả quá trình biến đổi dòng điện AC thành dòng điện DC cơ bản Diode V1 cho phép dòng điện đi qua khi điện áp nguồn Ưs lớn hơn điện áp dẫn của diode (phân cực thuận), dẫn đến việc đo được dòng Id trên tải Rl Khi điện áp nguồn Ưs giảm, diode V1 ngừng dẫn (phân cực ngược), cho thấy diode chỉ cho phép dòng điện chạy trong một nửa chu kỳ Do đó, mạch điện này được gọi là mạch chỉnh lưu bán kỳ.

Hình ỉ 1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha không điêu khiên [ỉ]

Hĩnh 1.2 Dạng sóng dòng và áp trong mạch chỉnh ỉưu bán kỳ một pha không điều khiển đồi với tải thuần trở

Khảo sátmạch chỉnh lưu bán kỳmộtpha khôngđiều khiển_tảiR.

• Kết nối mạch hình 1.3 trên bảng thí nghiệm Power board theo hướng dẫn hình 1.4.

• Đo vàvẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình 1.5và hình 1.6tạinhữngvị trí:

- Dòngđiện ngõ ra Id (đo trênRm)

Hình ỉ.3 Mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha o

Hình 1.4 Kêt nôi mạch hình 1.3 trên bàng thỉ nghiệm Power board Điện áp ngõ vào us: 5V/div thời gian: 2ms/div

Hình 1.5 Điện áp ngõ ra ud: 5’v / div

Hãy so sánh ưs và Ud

Chuyển đổi thang đo điện áp thành thang đo dòng điện (đo dòng điện gián tiếp)

Yêucầu: Chỉ đo trênđiện trởthuần trở Khi đó điệnápvà dòngđiện quađiệntrởcùng pha và códạng sóng giống nhau.

Ví dụ: Ta cóthang đo điện áptrến điện trởRm =0,5Q là 0,1 V/div Áp dụng côngthứcI=ư/R —► I=0,2A/div

Hình 1.6 thời gian: 2 ms / div

Dòng điện ngõ ra Id: A / div

Khảo sát mạchchỉnh lưu bán kỳmột pha khôngđiều khiển _ tải R-C

• Kết nối mạch hình 1.7 trên bảngthí nghiệm Powerboard.

• Đo vàvẽ dạngsóngtínhiệu lên đồthị hình 1.8 tại nhữngvị trísau:

- Dòng điện ngõ ra Id

Hình ỉ 7 Mạch chỉnh lưu bản kỳ không điều khiển tải R-C

Hình 1.8 Điện áp ngõ ra ud: V / div Dòng điện ngõ ra ld: A / div

Cầu hỏi: Hãy so sánh điện áp ngõ ra Ư4 của thí nghiệm 1 và thỉ nghiệm 2 Tại sao có sự khác nhau đó?

Khảo sát mạch chỉnh lưu bán kỳmột phakhông điềukhiển —tảiR-L

• Ket nốimạch hình 1.9 trên bảngthí nghiệm Power board.

• Đo và vẽdạng sóngtín hiệu lên đồ thị hình 1.10 tại những vị trí:

•Đo vàvẽ dạngsóng tín hiệu lênđồ thị hình 1.11 tại những vị trí:

Hình 1.9 Mạch chỉnh lưu bán kỳ không điểu khiến Jải R-L

Hình Ị 10 thời gỉan: 2ms/div Điện áp ngõ ra Ud: V / div Dòng điện tải Id: A/div

Câu hỏi ỉ: Chỉ ra điêm lệch pha giữa điện áp và dòng điện trong hình 1.10 Giải thích nguyên nhân dân đến sự lệch pha này?

Chú ý : Vì Ud vàƯL khôngcó điểm chung Đề đo:

- Đo lần lượt các tín hiệu

-Hoặc đổi vịtrí linh kiện để tạo điểm chung (không đượcthay đổiđặc tính của tải)

Hình ỉ 11 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngố vào Ut m�ch chinh hru cAu m(>t pha (hay chinh luu toan ky m(>t pha) Nguyen ly ho�t d(>ng cua m�ch Gia su:

Tôi bức tranh của điện áp xoay chiều, U_a = 16n hàn U_b, dòng điện đi qua di chuyển theo chiều V_1 - RL - V_4 - b Tôi bức tranh của điện áp xoay chiều, U_b ion hem U_a, dòng điện đi qua di chuyển theo chiều b - V_3 - RL - V_2 - a Dòng điện của hai bản ký, dòng điện đi qua điện trở RL luôn luôn cùng chiều nhau.

Hinh 2 I Hai ki€u ve thong di;ng cua m(lch chinh luu cdu m9t pha [I] ưinh 2.2 Dạng tin hiệu trong mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Khảo sát mạch chỉnh lưu cầumột pha khôngđiều khiển_tải R.

• Kếtnốimạch hình 2.3 trênbảng thínghiệm Power boardtheo hướng dẫn hình 2.4.

• Đo vàvẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thịhình 2.5, hình2.6 tạinhững vị trísau:

-Dòng tải ngõ ra Id

Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiên tải R

Hình 2.4 Kết nối mạch điện hình 2.3 trên bảng thí nghiệm Power board Điện áp ngõ ra ud: V/div Dòng điện tải ld: A/div

Dòng điện Diode IV2: A / div

A V / div Dòng điện Diode IV4: A / div

Khảo sát mạch chỉnh lưubánkỳ một pha không điều khiển_tải R-C.

• Ketnối mạch hình 2.7 trên bảngthínghiệmPowerboard.

• Đo và vẽ dạngsóng tínhiệulên đồ thịhình2.8 tại nhữngvị trí sau:

Hình 2 7 Mạch chỉnh lưu bản kỳ một pha không điều khiển tải R-C

Hình 2.8 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngõ ra ud : Dòng điện tải Id:

Khảo sát mạch chỉnh lưucầumột phakhôngđiều khiển_tải R-L

• Kết nối mạch hình2.9trênbảng thí nghiệm Power board.

• Đovà vẽ dạng sóng tínhiệu lên đồ thịhình2.10 tại những vị trí:

Hình 2.9 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển tải R-L

Hình 2.10 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngõ ra ud: V/div Dòng điện tải Id: A/div

3 Chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển

Mạch chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển được mô tả trong Hình 3.1, sử dụng nguồn ba pha với các pha lệch nhau 120° Các diode sẽ dẫn điện lần lượt trong khoảng thời gian mà pha tương ứng có điện áp lớn hơn hai pha còn lại Hình 2.2 minh họa dạng sóng đầu vào của nguồn ba pha và dạng sóng điện áp sau khi đã chỉnh lưu.

Hình 3.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển [1]

Hình 3.2 Điện áp ngõ vào, ngõ ra của mạch chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiên

Khảosát mạch chỉnh lưubánkỳba pha khôngđiều khiển _tải R

• Kết nối mạch hình 3.3 trên bảng thí nghiệmPower board.

• Đo và vẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình 3.5và hình 3.6 tại nhữngvịtrí:

- Điện áp pha ƯLI’,ƯL2’và ƯL3’

- Điện áp ratưomg ứng ưd

Hình 3.3 Mạch chỉnh lưu bản kỳ ba pha không điều khiển-tải R

Hình 3.4 độ: 36°/div Điện áp pha ƯLb Điện áp pha ƯL2^ Điện áp pha ƯL3:

-0 Điện áp ngõ ra Udi V/div

Dòng điện ngõ ra Id-’ A / div ô V/div

4 Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Bộ chỉnh lưu cầu ba pha là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, được sử dụng để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, cung cấp dòng điện ổn định cho các tải lớn Hình 4.1 minh họa cấu trúc của bộ chỉnh lưu này, với nguồn điện áp ba pha được phân chia thành các thứ tự pha L1, L2, và L3.

Hình 4 ỉ Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điểu khỉển [1 ]

Hình 4.2 Dạng sóng điện áp ngõ vào và ra trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Khảo sát mạchchỉnh lưucầu3 pha khôngđiềukhiển

Trình tự tiến hành thí nghiệm:

• Kếtnối mạch hình 4.3 trênbảng thí nghiệm Powerboard.

• Đặt vịtrí công tắc M3/B6 tại B6

• Đo và vẽ dạng sóngtínhiệu lên đồ thị4.4 và hình 4.5, hình4.6tạinhữngvị trí:

- Điện áp diode Ưv4, Ưv6, Ưv2

- Dòngđiện diode Iv4, Iv6, Ĩv2

Hình 4.3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển-tải R

Hình 4.4 độ: 36°/div Điện áp ngõ ra ud: Điện áp diode LW Dòng điện diode IV4: •

V/div V / div A / div V /div Điện áp diode Uv6- Dòng điện diode Iv6- ■ Điện áp diode UV2:

CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN

1 Chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển 30

2 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển 36

1 Chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển

Để kiểm soát đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ, việc sử dụng Thyristor (SCR) thay thế cho Diode là rất quan trọng Hình 1.1 minh họa một bộ chỉnh lưu bán kỳ có điều khiển cơ bản với tải điện trở Để dòng điện có thể đi qua, SCR cần phải thỏa mãn hai điều kiện thiết yếu.

1 SCRphảiđược phân cực thuận (Vscr > 0).

2 Dòng điệnphải đượcđặt vào cực cổng của SCR.

Hình 1.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha cỏ điều khiển [1 ].

Hình 1.2 Dạng tín hiệu trong mạch chỉnh lưu hán kỳ một pha có điểu khiển

- Biến trở chỉnh góc kích aw đượcchỉnh hết vềbên phải).

- Kết nối biến trở điều chỉnhđiệnápđiềukhiển+u từ ovđến +1OV.

Khảosát mạchchỉnhlưu bán kỳ một pha cóđiều khiển tải R.

• Kếtnối mạchhình 1.3 trên bảng thí nghiệmPowerboard theohướng dẫn hình 1.4.

• Đo và vẽ dạngsóng tín hiệu lên đồ thịhình 1.5 tại những vị trí:

Hình 1.3 Mạch chỉnh ỉưu bán kỳ một pha có điều khiển Jảỉ R to

Hình ỉ.4 Mô tả mạch điện hình ỉ.3 trên bảng thí nghiệm Power board

Hình ỉ.5 góc: 90° / div Điện áp ngõ vào Us: .V / div Điện áp ngõ ra ud: V / div

Khảo sát mạch chỉnhlưubán kỳmột pha cóđiều khiến- tảiR_L.

• Ket nối mạch hình 1.6 trên bảng thí nghiệmPower board.

• Đo và vẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình 1.7 và hình 1.8 tại những vịtrí:

Hình ỉ 6 Mạch chỉnh lim hán kỳ một pha có điều khiên -tải R_L góc: 90° / div Điện áp ngõ vào us: .V / diV Điện áp ngõ ra ud: V / div

Hình ỉ.8 độ: 90°/div Điện áp diode UL: V/div Dòng điện diode ld: A/div

Câu hoi 1: Loại điện áp trên cuộn dây?

So sánh ỉd và ƯL trong hình Ị.8 a) Khoảng thời gian điện áp ƯL có giá trị ám? b) Xác định khoảng thời gian cuộn dây tích điện và xả điện?

2 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

Để điều khiển điện áp ra của mạch chỉnh cầu một pha, phương pháp điều khiển pha (điều khiển góc mở) là cần thiết, và mạch này yêu cầu sử dụng các khóa bán dẫn điều khiển được, cụ thể là Thyristor Hình 2.1 minh họa một mạch điện loại này.

Với bốn Thyristor, chúng ta có thể điều khiển thời gian mở trễ trong cả hai bán kỳ dương và âm của điện áp nguồn Us Thyristor VI và V4 dẫn dòng Id trong bán kỳ dương, trong khi V2 và V3 dẫn trong bán kỳ âm Để có được dòng điện qua tải, các Thyristor VI và V4 cần dẫn đồng thời trong bán kỳ dương, và V2 cùng V3 cũng phải dẫn đồng thời trong bán kỳ âm Điều này yêu cầu các cặp Thyristor này phải nhận được xung điều khiển cùng một lúc.

Hình 2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiến [ 1 ].

Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu một pha cóđiềukhiểntảiR

• Kết nối mạch hình 2.2 trên bảngthí nghiệm Power board(sử dụng mạch cầu I và bộđiềukhiển pha I).

• Đo và vẽdạng sóng tín hiệulênđồ thị 2.3 và hình 2.4 tại nhữngvị trí:

- Dòng qua ThyristorIv2và ỈV4 phase gate control

Hình 2.2 Mạch chỉnh ỉưu cầu một pha cỏ điều khiên-tải R

Hình 2.3 góc: 36°/div Điện áp tải u ƯD, điện áp ra ưout của opamp ở mứccao.

Khi ưctr < ƯD, điện áp ra ưout của opamp ở mức thấp. Điện áp ưout là một dãy xung liên tục, tín hiệu Uout xuất hiện trong khoảngthờigianƯD < ưctr

Tại ưctr - ov, dãy xung ra có thời gianton ='/2 T hayton = toff Tacó,hệ số sử dụng D = =0.5

NếuUctrđược tăng lên (theo chiều điện áp dương) thì độ rộng xung càng lớn và thời gian ngắt xung càng nhỏ, hệ số D tiến đến giá trị 1.

NếuƯctr được tăng lên (theo chiều điệnáp âm) thì độ rộng xungsẽ nhỏ lại và thời gianngắt xung sẽ tăng lên, hệ số D tiếnvề 0.

Khảo sátmạch cùa bộđiềuchế độ Hình 1.2 Dạng sóng điện áp ƯD, Uctr và xung ngõ ra u„,„ rộng xung_ PWM.

• Kết nối mạch hình 1.3 trên bảng thí nghiệm Power board.

• Đặt ƯD với tần số 400 Hz.

• Đặt điện áp điều khiển ưctr = +5V,+2V,-2V.

• Đo và vẽ dạng sóng tín hiệu lênđồ thị hình 1.4,hình 1.5, hình 1.6 tại những vị trí:

- Điện áp điều khiển ưctr

Hình 1.3 Mạch tạo xung PWM Ưctr= + 5V ưout: V /div

Hình 1.4 thời gian : 0.5ms / div

Hình ỉ.5 Thời gian : 0.5ms/div

Uctr=-2V vctr: V/div ưout: V/div

Hình ỉ 6 Thời gian : 0.5ms/div

(JD: V /div Ưctr= +2V ưD: V/div Vctr:-.-V/div ưoul: V/div

2 Bộ biến đổi điện áp một chiều trực tiếp dùng GTO

Mạch điện biến đổi điện áp DC trực tiếp sử dụng thyristor kích ngắt được (GTO - gate turn-off thyristor) được mô tả trong Hình 2.1 Thyristor này được kích đóng bằng xung dương tại cổng điều khiển, trong khi xung âm được sử dụng để kích ngắt.

Hình 2.1 Bộ biến đồi DC trực tiếp dùng GTO

Khảo sát mạch biến đồi DC trực tiếp sử dụng GTO.

• Kết nối mạch điệnhình 2.2trên bảng thí nghiệm Power board theo hướngdẫn hình 2.3.

• Đặt Ud với tần số600Hz.

• Đovàvẽ dạng sóng tín hiệu lênđồ thị hình 2.4 hình 2.5 tạinhữngvịtrísau: Điệnáp tải Ư1

Chú ý: DiodeV3 cónhiệm vụ bảo vệ nguồn cung cấp (ngăndòngđiện từ mạch về nguồncung cấp).

Hình 2.3 Kết nối mạch hình 2.2 trên bảng thỉ nghiệm Power board Điện áp điều khiển Uctr= + 8V

- 0 Điện áp tải Ub -V /div

Hình 2.4 thời gian : 0.5ms / div Điện áp điều khiển Uctr= + 3V

Diode V2 làm nhiệm vụ gì?

3 Bộ biến đỗi DC/ DC

Bộ biến đồi DC/DC có:

- Điệnápngỗ ra caohơn sovới nguồn cung cấp.

- Điện áp ngõ ra thấphơnso vớinguồn cung cấp.

- Điện ápngõ ra ngược pha so với nguồncung cấp.

Hình 3.1 trình bày ba mạch cơ bản quan trọng nhất trong bộ biến đổi DC/DC Nguồn điện cung cấp cho đầu vào là nguồn DC, trong khi điện áp ra được điều chỉnh qua tụ điện cI và điện trở tải R.L.

Hình 3.1 Mạch hạ áp (a), mạch bộ biến đoi tăng áp (b), mạch đáo chiều (c)

Thỉ nghiệm 1: Khảo sát mạchbiến đổi hạáp.

• Kết nốimạchhình3.2trên bảng thí nghiệm Power boardtheo hướng dẫn hình 3.3.

• Đo và vẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình3.4, hình 3.5, hình 3.6 tại những vị trí:

Hình 3.3 Kêt nôi mạch hình 3.2 trên bảng thỉ nghiệm Power board Điện áp Uc< V / div Điện áp Diode Uv2* • - V/ div

Hình 3.4 thời gian: 0.5 ms / div

Dòng điện Diode Iv2: A / dìv

Hình 3.6 thời gian: 0.5 ms /div Điện áp ngõ vào Điện áp ngõ ra ur: V / div U2: V/div

Khảo sát mạchbiến đổi tăng áp

• Kết nốimạchđiện hình 3.7trênbảng thí nghiệmPower board.

• Đo vàvẽ dạng sóng tín hiệu lên đồhình3.8, hình 3.9 và hình3.10 tại những vị trísau:

- Điện áp trên thyristor ưvi

- 0 Điện áp kích Ư(ÌC- V / div

Hình 3.8 thời gian: 0.5 ms / div Điện áp Thyristor ưvi: -V / div

Hình 3.9 thời gian: 0.5 ms /div

Dòng điện qua tụ điện C2 IC2: - ■ A / div

Hình 3.10 thời gian: 0.5 ms / div Điện áp ngõ vào Up .V / div Điện áp ngõ ra u2: V / div

• Kếtnối mạch hình 3.11 trênbảng thínghiệm Power board.

• Đặt ƯDvới tần số 400 Hz.

• Đo và vẽdạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình 3.12, hình 3.13 tại nhữngvịtrí sau:

Hình 3.11 Mạch đảo chiều điện áp Điện áp cuộn dây UL: -V / div

Dòng điện qua cuộn dây IL: -A / div

Hình 3.13 thời gian: 0.5 ms / div Điện áp ngõ vào u(: V/ div Điện áp ngõ ra U2: .V / div

Hình 4.1 mô tả mạchcầuH sử dụng Transistor, để đóng mở cho Transistorta có thểsử dụng mạchtạo xung PWM như hình 4.2.

Mạch cầu H điều khiển bằng phương pháp PWM giúp đơn giản hóa việc điều khiển bằng cách giảm thiểu số điểm điện áp cần thiết Điện áp điều khiển Ưctri được đưa vào bộ so sánh cho cầu A, trong khi điện áp điều khiển Ưctr2, được tạo ra từ mạch khuếch đại đảo dấu, được đưa vào bộ so sánh cho cầu B.

Hình 4.3 Bộ tạo xung PWM

Hình 4.4 Dạng sóng tín hiệu ƯA, ƯB, Uab.

Khảo sátbộ điều chế độ rộngxung PWM.

• Kết nối mạch hình 4.5 trênbảngthínghiệm Power board.

• Đặt ƯD với tầnsố 400 Hz.

• Đặt điện áp điều khiển ưctrthay đổi lần lượt:+5V, 0V,-5V.

• Đo và vẽ dạng sóng tín hiệu lênđồ thị hình 4.6, hình4.14 tạinhữngvị trísau:

- Điệnáp rangõ Ui, Ư2,Ư3,Ư4 pulse width modulation

Hình 4.5 Mạch tạo xung PWM Điện áp uctr= + 5 V

Hình 4.6 thời gian: 0.5 ms/div Điện áp UD: Nỉ div Điện áp uctr: v/ div Điên áp ưctr = + 5 V ị Ị ị ị Ị ị ị ị Ị -0 Điện áp U|I V/div ị ị ị ị ị ị ị ị -0 Điện áp U2:- V/ div

Hình 4.7 thời gian : 0.5ms / div Điện áp uctr = + 5 V

Hình 4.8 thời gian : 0.5 ms / div Điện áp Uctr = 0 V

Ị • Ị ị Ị ị : : : -0 Điện ápUD: V/div Ị Ị Ị Ị J Ị Ị ị J Điện áp uctr: v/ div

Hình 4.9 thời gian: 0.5 ms/ div Điện áp uctr = 0 V

Hình 4.10 thời gian : 0.5 ms / div Điện áp uctr = 0 V

Hình 4 ỉ ỉ thời gian : 0.5 ms / diV Điện áp ư3: V / div Điện áp u4: V / div Điện áp uctr = - 5 V

Hình 4.12 thời gian: 0.5 ms / div Điện áp UD: V/div Điệnáp uctr: v / div Điện áp uctr = - 5 V

Ị ị ị i ị ị ị Ị -0 Điện áp U|: V / div ị I ị ị ị ị -0 Điện áp u2: V /div

Hình 4.13 thời gian : 0.5 ms / div Điện áp ưctr = - 5 V

Ị Ị Ị ị Ị ị -0 Điện áp u3: V/ div ị ! ị ị \ ị -0 Điện áp u4: V/div

Hình 4.14 thời gian : 0.5 ms í div

Câu hởi 1: So sánh tín hiệu Ui, Ư2, Uỉ, U4 tương ứng với các trường hợp ưctr = +5 V, Uctr = 0 V, ưctr “5V ?

Khảo sát mạch cầuHsử dụng Mosfethoạtđộng ở chếđộ không tải.

• Kết nối mạchhình 4.15trênbảng thí nghiệm Power board.

• Đặt ƯD vớitần số 600Hz.

• Đặt hệ số D thay đổi lần lượt: D = 0.7, D - 0.5, D = 0.3.

• Đo và vẽdạng sóng tínhiệu lên các đồthị từhình 4.16 đến hình 4.21 tại nhũng vị trísau:

Hình 4 ỉ 5 Mạch cầu H hoạt động ở chế độ không tài Điện áp cầu U b : V /div Điện áp cầu UA: V / div

Hình 4.16 thời gian : 0.5 ms ì div

HệsốD = 0.7 Điện áp cầu U ab : V / div

-0 Điện áp cầu UB: V / div

Hình 4.18 thòi gian : 0.5 ms / div

Hệ sốD = 0.5 Điện áp cầu U ab : V / div

Hệ số D = 0.3 thời gian : 0.5 ms / div

Hình 4.20 Điện áp cầu UB: V /div Điện áp cầu U a ' .V / div

Hình 4.2Ỉ thời gian: 0.5 ms /div Điện áp cầu U ab ^ V / div

Khảo sátmạch cầu Hsử dụng Mosfet hoạt động ở chế độcótải.

• Kết nối mạch hình 4.22 trênbảng thí nghiệmPowerboard.

• Đặt Udvới tần số400 Hz (trường hợp 1) và lkHZ(trường hợp2).

• Đặt hệ số D thay đổi lần lượt: D = 0.4, D= 0.6.

• Đovà vẽdạng sóngtín hiệu lên đồ hình4.23, , hình 4.26 tại nhữngvịtrí:

- Dòng điện tải Ĩ| pulse width modulation

Hình 4.22 Mạch cầu H hoạt động ở chế độ có tải

- 0 Điệnáp cầu ưab: V /div Dòng điện tải ỉ|: A/ div

Hệ số D = 0.6, fD = 400 Hz Điện áp cầu UAB: V/div

Hình 4.24 thời gian: 0.5ms/div

Hình 4.25 thời gian: 0.5 ms/ div Điện áp cầu Uab- V / div Dòng điện tải h,: A/div

-0 Điện áp cầuUab: V/div Dòng điện tải II.’ A/div

1 Mạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha 79

2 Mạch nghịch lưuthay đổi tần số sóng mang 83

3 Mạch nghịch lưuthay đổi tần số sóng tham chiếu 86

1 Mạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha

1.1 Tổng quát Để tạo ramộtnguồn áp AC từ mộtnguồn áp DC phượng pháp thường được sửdụng là điều chếđộ rộng xung “sine-weighted”.

Phương pháp điều chế độ rộng xung “sine-weighted” sử dụng điện áp xoay chiều làm điện áp điều khiển Ưctr Tần số của sóng xung PWM được tạo ra phụ thuộc vào tần số của điện áp điều khiển Ưctr Hình 1.1 mô tả một mạch điều chế độ rộng xung “sine-weighted” cơ bản.

Hình 1.1 Điểu chế độ rộng xung '‘sine- weighted”

Hình 1.2 Đường cong hĩnh sin với điều chế độ rộng xung “sine-weighted” Điện áp ƯAđượctạo ra trongcách này chỉ có giá trị dương (hình 1.2) Đetạo ramột điệnáp

AC thật có hai cách: một là không nối mạch trung gian xuống đất mà nối xuống phần âm, hai là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung bù Hình 1.3 minh họa cho phương pháp điều chế độ rộng xung này.

Hình 1.3 Điều chế độ rộng xung “Sine-weighted”

Để kiểm soát đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ, việc sử dụng Thyristor (SCR) thay thế cho Diode là cần thiết Hình 1.1 minh họa một bộ chỉnh lưu bán kỳ có điều khiển cơ bản với tải điện trở Để dòng điện có thể đi qua, SCR phải thỏa mãn hai điều kiện quan trọng.

Để điều khiển điện áp ra của mạch chỉnh cầu một pha, phương pháp điều khiển pha (điều khiển góc mở) là cần thiết, sử dụng các khóa bán dẫn điều khiển được như Thyristor Hình 2.1 minh họa cấu trúc của mạch điện này.

Bằng cách sử dụng 4 Thyristor, ta có thể điều khiển thời gian mở trễ trong cả hai bán kỳ dương và âm của điện áp nguồn Us Trong đó, Thyristor VI và V4 dẫn dòng Id trong bán kỳ dương, trong khi V2 và V3 dẫn trong bán kỳ âm Để có được dòng điện qua tải, các Thyristor VI và V4 cần phải dẫn đồng thời trong bán kỳ dương, và V2 cùng V3 cũng phải dẫn đồng thời trong bán kỳ âm Điều này có nghĩa là các cặp Thyristor này cần nhận được xung điều khiển cùng lúc.

Mạch điện biến đổi điện áp DC trực tiếp sử dụng thyristor kích ngắt được (GTO - gate turn-off thyristor) được mô tả trong Hình 2.1 Thyristor được kích đóng thông qua xung dương tại cổng điều khiển, trong khi xung âm được áp dụng để kích ngắt.

Hình 3.1 trình bày ba mạch cơ bản quan trọng nhất trong bộ biến đổi DC/DC Nguồn điện cung cấp cho đầu vào là nguồn DC, trong khi điện áp ra được nắn qua tụ điện cI và điện trở tải R.L.

Mạch cầu H điều khiển bằng phương pháp PWM giúp đơn giản hóa việc điều khiển điện áp bằng cách tránh phải làm việc với hai điểm điện áp điều khiển Điện áp điều khiển Ưctri được cung cấp cho bộ so sánh của cầu A, trong khi điện áp điều khiển Ưctr2, được tạo ra từ mạch khuếch đại đảo dấu, được đưa đến bộ so sánh của cầu B.

Chỉnh lưu bán kỳ một pha không điều khiển

Mạch điện trong hình 1.1 mô tả quá trình biến đổi dòng điện AC thành dòng điện DC cơ bản Diode V1 cho phép dòng điện đi qua khi điện áp nguồn Ưs lớn hơn điện áp dẫn của diode (phân cực thuận), từ đó dòng Id được đo trên tải Rl Khi điện áp nguồn Ưs giảm xuống dưới điện áp dẫn của diode, diode V1 ngưng dẫn (phân cực ngược) Như vậy, diode chỉ cho phép dòng điện đi qua trong một nửa chu kỳ, vì vậy mạch điện này được gọi là mạch chỉnh lưu bán kỳ.

Hình ỉ 1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha không điêu khiên [ỉ]

Hĩnh 1.2 Dạng sóng dòng và áp trong mạch chỉnh ỉưu bán kỳ một pha không điều khiển đồi với tải thuần trở

Khảo sátmạch chỉnh lưu bán kỳmộtpha khôngđiều khiển_tảiR.

• Kết nối mạch hình 1.3 trên bảng thí nghiệm Power board theo hướng dẫn hình 1.4.

• Đo vàvẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thị hình 1.5và hình 1.6tạinhữngvị trí:

- Dòngđiện ngõ ra Id (đo trênRm)

Hình ỉ.3 Mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha o

Hình 1.4 Kêt nôi mạch hình 1.3 trên bàng thỉ nghiệm Power board Điện áp ngõ vào us: 5V/div thời gian: 2ms/div

Hình 1.5 Điện áp ngõ ra ud: 5’v / div

Hãy so sánh ưs và Ud

Chuyển đổi thang đo điện áp thành thang đo dòng điện (đo dòng điện gián tiếp)

Yêucầu: Chỉ đo trênđiện trởthuần trở Khi đó điệnápvà dòngđiện quađiệntrởcùng pha và códạng sóng giống nhau.

Ví dụ: Ta cóthang đo điện áptrến điện trởRm =0,5Q là 0,1 V/div Áp dụng côngthứcI=ư/R —► I=0,2A/div

Dòng điện ngõ ra Id: A / div

Khảo sát mạchchỉnh lưu bán kỳmột pha khôngđiều khiển _ tải R-C

• Kết nối mạch hình 1.7 trên bảngthí nghiệm Powerboard.

• Đo vàvẽ dạngsóngtínhiệu lên đồthị hình 1.8 tại nhữngvị trísau:

Hình ỉ 7 Mạch chỉnh lưu bản kỳ không điều khiển tải R-C

Hình 1.8 Điện áp ngõ ra ud: V / div Dòng điện ngõ ra ld: A / div

Cầu hỏi: Hãy so sánh điện áp ngõ ra Ư4 của thí nghiệm 1 và thỉ nghiệm 2 Tại sao có sự khác nhau đó?

Khảo sát mạch chỉnh lưu bán kỳmột phakhông điềukhiển —tảiR-L

• Ket nốimạch hình 1.9 trên bảngthí nghiệm Power board.

• Đo và vẽdạng sóngtín hiệu lên đồ thị hình 1.10 tại những vị trí:

•Đo vàvẽ dạngsóng tín hiệu lênđồ thị hình 1.11 tại những vị trí:

Hình 1.9 Mạch chỉnh lưu bán kỳ không điểu khiến Jải R-L

Hình Ị 10 thời gỉan: 2ms/div Điện áp ngõ ra Ud: V / div Dòng điện tải Id: A/div

Câu hỏi ỉ: Chỉ ra điêm lệch pha giữa điện áp và dòng điện trong hình 1.10 Giải thích nguyên nhân dân đến sự lệch pha này?

Chú ý : Vì Ud vàƯL khôngcó điểm chung Đề đo:

- Đo lần lượt các tín hiệu

-Hoặc đổi vịtrí linh kiện để tạo điểm chung (không đượcthay đổiđặc tính của tải)

Hình ỉ 11 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngố vào Ut m�ch chinh hru cAu m(>t pha (hay chinh luu toan ky m(>t pha) Nguyen ly ho�t d(>ng cua m�ch Gia su:

Tôi bắt đầu với điện áp xoay chiều, Ua 16n hàn Ub, động điện đi a -v 1- RL - V 4-b Tiếp theo, điện áp xoay chiều, Ub Ion hem Ua, động điện đi b-V3- RL - V2-a Dựa vào hai bản ký, động điện đi qua điện trở RL luôn luôn cùng chiều nhau.

Hinh 2 I Hai ki€u ve thong di;ng cua m(lch chinh luu cdu m9t pha [I] ưinh 2.2 Dạng tin hiệu trong mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Khảo sát mạch chỉnh lưu cầumột pha khôngđiều khiển_tải R.

• Kếtnốimạch hình 2.3 trênbảng thínghiệm Power boardtheo hướng dẫn hình 2.4.

• Đo vàvẽ dạng sóng tín hiệu lên đồ thịhình 2.5, hình2.6 tạinhững vị trísau:

-Dòng tải ngõ ra Id

Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiên tải R

Hình 2.4 Kết nối mạch điện hình 2.3 trên bảng thí nghiệm Power board Điện áp ngõ ra ud: V/div Dòng điện tải ld: A/div

Dòng điện Diode IV2: A / div

A V / div Dòng điện Diode IV4: A / div

Khảo sát mạch chỉnh lưubánkỳ một pha không điều khiển_tải R-C.

• Ketnối mạch hình 2.7 trên bảngthínghiệmPowerboard.

• Đo và vẽ dạngsóng tínhiệulên đồ thịhình2.8 tại nhữngvị trí sau:

Hình 2 7 Mạch chỉnh lưu bản kỳ một pha không điều khiển tải R-C

Hình 2.8 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngõ ra ud : Dòng điện tải Id:

Khảo sát mạch chỉnh lưucầumột phakhôngđiều khiển_tải R-L

• Kết nối mạch hình2.9trênbảng thí nghiệm Power board.

• Đovà vẽ dạng sóng tínhiệu lên đồ thịhình2.10 tại những vị trí:

Hình 2.9 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển tải R-L

Hình 2.10 thời gian: 2 ms / div Điện áp ngõ ra ud: V/div Dòng điện tải Id: A/div

3 Chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển

Mạch chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển được mô tả trong Hình 3.1, sử dụng nguồn ba pha với các pha lệch nhau 120° Các diode trong mạch sẽ lần lượt dẫn điện trong khoảng thời gian khi pha tương ứng có điện áp lớn hơn hai pha còn lại Hình 2.2 minh họa dạng sóng đầu vào của nguồn ba pha và dạng sóng điện áp sau khi đã chỉnh lưu.

4 Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Bộ chỉnh lưu cầu ba pha là thiết bị quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều cho các tải lớn Hình 4.1 minh họa cấu trúc của bộ chỉnh lưu này, với nguồn điện áp ba pha cân bằng và thứ tự pha L1, L2, L3.

1.1 Tổng quát Đểkiểmsoát đầu ra của bộchỉnhlưu bán kỳ làsửdụng Thyristor (SCR)thay thế cho Diode. Hình 1.1 cho thấy một bộ chỉnhlưu bánkỳ có điều khiển cơ bản với tải điện trở.Đề dòng điệncó thể đi qua, SCRphảithỏa mãn 2 điều khiên:

2.1 Tổng quát Đe có thể điều khiển điện áp raưd củamột mạch chỉnh cầu 1 pha ta sử dụng phương pháp điều khiển pha (điều khiển góc mở), mạch này cần có những khóa bán dẫnđiều khiển được(Thyristor). Hình 2.1 trình bàymộtmạch điện lọainày.

Với 4 Thysistor ta có thể điều khiển thời gian (mở) trễ trong cảhai bán kỳ dươngvà âm của điện áp nguồn Us Thysistor VI và V4 dẫndòng Id trong bán kỳ dương, còn V2 và V3 dẫn trong bán kỳ âm. Đếcó được dòngđiệnqua tải, cácThyristor VI và V4 phải dẫn đồng thời trongbán kỳ dương. V2 và V3 phải dẫn đồng thời trong bán kỳ âm Điều nàycó nghĩa làcác cặp Thyristor này phải đồngthời nhận được xung điều khiển.

Mạch điện biến đổi điện áp DC trực tiếp sử dụng thyristor kích ngắt được (GTO - gate turn-off thyristor) được mô tả trong Hình 2.1 Thyristor này được kích đóng bằng xung dương tại cổng điều khiển, trong khi xung âm được dùng để kích ngắt.

Hình 3.1 minh họa ba mạch cơ bản quan trọng nhất trong bộ biến đổi DC/DC Nguồn điện cung cấp cho đầu vào là nguồn DC, trong khi điện áp đầu ra được nắn bởi tụ điện cI và điện trở tải R.L.

Mạch cầu H điều khiển bằng phương pháp PWM giúp đơn giản hóa việc điều khiển điện áp bằng cách tránh sử dụng hai điểm điện áp điều khiển Điện áp điều khiển Ưctri được đưa vào bộ so sánh cho cầu A, trong khi điện áp điều khiển Ưctr2, được tạo ra từ Ưctri qua mạch khuếch đại đảo dấu, được đưa vào bộ so sánh cho cầu B.

Phương pháp điều chế độ rộng xung "sine-weighted" sử dụng điện áp xoay chiều làm điện áp điều khiển Ưctr Tần số của dạng sóng xung PWM được xác định bởi tần số của điện áp điều khiển này Hình 1.1 minh họa một mạch điều chế độ rộng xung "sine-weighted" cơ bản.

AC thực sự có hai cách: không nối mạch trung gian xuống đất mà nối xuống phần âm hoặc sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung bù Hình 1.3 mô tả phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) này.

Chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển

Hình 3.1 minh họa mạch chỉnh lưu bán kỳ ba pha không điều khiển, trong đó nguồn ba pha có các pha lệch nhau 120° Các diode sẽ dẫn điện lần lượt trong khoảng thời gian của pha có điện áp lớn hơn hai pha còn lại Hình 2.2 thể hiện dạng sóng đầu vào của nguồn ba pha và dạng sóng điện áp sau khi đã chỉnh lưu.

Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Bộ chỉnh lưu cầu ba pha là thiết bị quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều cho các tải lớn Hệ thống này hoạt động với nguồn điện ba pha cân bằng, với thứ tự pha L1, L2, và L3, đảm bảo hiệu suất cao và ổn định trong quá trình cung cấp điện.

1.1 Tổng quát Đểkiểmsoát đầu ra của bộchỉnhlưu bán kỳ làsửdụng Thyristor (SCR)thay thế cho Diode. Hình 1.1 cho thấy một bộ chỉnhlưu bánkỳ có điều khiển cơ bản với tải điện trở.Đề dòng điệncó thể đi qua, SCRphảithỏa mãn 2 điều khiên:

2.1 Tổng quát Đe có thể điều khiển điện áp raưd củamột mạch chỉnh cầu 1 pha ta sử dụng phương pháp điều khiển pha (điều khiển góc mở), mạch này cần có những khóa bán dẫnđiều khiển được(Thyristor). Hình 2.1 trình bàymộtmạch điện lọainày.

Với 4 Thysistor ta có thể điều khiển thời gian (mở) trễ trong cảhai bán kỳ dươngvà âm của điện áp nguồn Us Thysistor VI và V4 dẫndòng Id trong bán kỳ dương, còn V2 và V3 dẫn trong bán kỳ âm. Đếcó được dòngđiệnqua tải, cácThyristor VI và V4 phải dẫn đồng thời trongbán kỳ dương. V2 và V3 phải dẫn đồng thời trong bán kỳ âm Điều nàycó nghĩa làcác cặp Thyristor này phải đồngthời nhận được xung điều khiển.

Mạch điện biến đổi điện áp DC trực tiếp sử dụng thyristor kích ngắt được (GTO - gate turn-off thyristor) như được mô tả trong Hình 2.1 Thyristor được kích hoạt đóng bằng xung dương tại cổng điều khiển, trong khi xung âm được sử dụng để kích ngắt.

Hình 3.1 minh họa ba mạch cơ bản quan trọng nhất trong bộ biến đổi DC/DC Nguồn điện vào là nguồn DC, trong khi điện áp ra được điều chỉnh thông qua tụ điện cI và điện trở tải R.L.

Mạch cầu H điều khiển bằng phương pháp PWM được thiết kế để tránh việc làm việc với hai điểm điện áp điều khiển Điện áp điều khiển Ưctri được đưa đến bộ so sánh cho cầu A, trong khi điện áp điều khiển Ưctr2 được đưa đến bộ so sánh cho cầu B Ưctr2 được tạo ra thông qua một mạch khuếch đại đảo dấu.

Phương pháp điều chế độ rộng xung “sine-weighted” sử dụng điện áp xoay chiều để điều khiển Ưctr Tần số của dạng sóng xung PWM được xác định bởi tần số của điện áp điều khiển Ưctr Hình 1.1 minh họa một mạch điều chế độ rộng xung “sine-weighted” cơ bản.

AC thật có hai cách: Một là không nối mạch trung gian xuống đất mà nối xuống phần âm Hai là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung bù (bài 5 bộ biến đổi cầu H) Hình 1.3 mô tả phương pháp điều chế độ rộng xung này.

Hình 1.4 minh họa dạng sóng điện áp điều khiển Uctri và Ưctr2, được đảo chiều qua bộ khuếch đại đảo Nó cũng thể hiện điện áp cầu ƯAv và ƯB, cùng với điện áp xoay chiều cầu ƯAB, trong đó điện áp này bao gồm cả giá trị dương và âm.

Khảo sát mạch nghịch lưuvới cầuH - MOSFET.

• Đo và vẽ dạng sóngtín hiệu lên đồthị hình 1.6, hình 1.7 tạinhũngvịtrí:

Hình ỉ.5 Mạch nghịch lưu dùng cầu H-Mosfet

Hình 1.6 Điện áp cầu UA: V / div Điện áp cầu UB: V / div

-0 Điện áp cầu U ab ’ V/div

Hình 1.7 thời gian: 2 rns / div

Câu hỏỉ ỉ: Điện áp cầu U ab dương, trạng thái hoạt động của các MOSFET V1,^2, y3, V4 như thế nào? Trả lời:

2 Mạch nghịch lưu_thay đổi tần số sóng mang

Khảo sát mạchnghịch lưu khi thay đổi tần số sóngmang.

• Đặt tần sốUdthay đổi lần lượt: Ud= 100Hz, Ud `0Hz và ƯD = 1kHz.

• Đặt điệnáp điềukhiển Uctr với tần số60Hz.

• Đo và vẽdạng sóngtín hiệu lên đồ thị hình 2.2, hình 2.3 và hình 2.4 tại nhữngvịtrí sau:

Hình 2 ỉ Mạch nghịch lưu dùng cầu H-Mosfet

-0 Điện áp cầu U ab - ’ V/div

Dòng điện tải IL: A/div

A V/div Điện áp cầu UAB: V / div

Dòng điện tải lL: A/div

Tần số uo = Ik Hz

-0 Điện áp cầu U ab - V/div

Câu hỏi 1: Tần số của điện áp ƯD ảnh hưởng đến độ gợn sóng cúa dòng điện tải như thế nào? Trả lờì:

Câu hỏi 2: Xác định điện áp xung của điện ảp cầu U ab tại các trường hợp? Nhận xét?

3 Mạch nghịch lưu_thay đổi tần số sóng tham chiếu

Khảo sát mạchnghịch lưukhi thay đổi tần số sóng thamchiếu.

• Kết nối mạch hình 3.1 trên bảng thí nghiệm Powerboard.

• Đặt ƯD với tần số 1kHz.

• Đặt tần số ưctr thay đổilần lượt: Uctr = 10Hz, Uctr = 50Hz và Ưctr = 100Hz.

• Đovà vẽdạng sóng tín hiệu lên đồ thịhình 3.2, hình 3.3 và hình 3.4tạinhữngvị trí:

-0 Điện áp cầu U ab : V/div

Dòng điện tải IL: A/div

Câu hỏi: Tần số điện điều khiên Ucư tác động ra sao đến biên độ của dòng tái? Nguyên nhãn? Trả lờỉ:

Tiêu đề	Thực Hành Điện Tử Công Suất
Tác giả	Thạc Sĩ Nguyễn Mạnh Hoàn, Thạc Sĩ Nguyễn Thanh Thảo
Trường học	Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện
Thể loại	Tài Liệu Học Tập
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	4,36 MB