BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TPHCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HK211 Chỉnh lưu tia 3 pha Chỉnh lưu cầu 1 pha Buck - Boost Nghịch lưu 3 pha Báo cáo sử dụng phần mềm PSIM để mô phỏng các kết quả.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-*** -

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Lớp: L01 – Nhóm: 04 GVHD: Lê An Nhuận

Phân công công việc trong nhóm:

MSSV Tên thành viên Công việc

1911482 Lê Thị Mỹ Liên Báo cáo bài 1, 2: Chỉnh lưu tia 3 pha và Chỉnh lưu cầu

1 pha

1712078 Trần Duy Luân Báo cáo bài 3: Buck - Boost

1914023 Nguyễn Tấn Lộc Báo cáo bài 4: Nghịch lưu 3 pha

BÀI 1: MẠCH TIA 3 PHA

1.Lấy dạng song của U nguồn, I nguồn, U linh kiên, I linh kiện, U tải, I tải tại góc kích ban

đầu của các phương án

2 Lấy giá trị trị sau ứng với góc kích ban đầu của các phướng an:

U tải hiệu dụng

U tải trung bình

I tải hiệu dụng

I tải trung bình

3 Thay đổi góc kích từ 0 đến 180 mỗi lần thay đổi 5 độ đo giá trị hiệu dụng của U tải và I tải

Từ giá trị đã đo được dựng đồ thị đặc tuyến của U tải và I tải theo góc kích alpha

4.Tính toán hệ số méo dạng toàn phần của U tải tại góc kích ban đầu của các Phương Án THD ( Total Harmonic Distortion)

5.Nhận xét các giá trị trong 1 phướng án và giữa các phương án với nhau và kết luận

Mô phỏng Psim

1.Lấy dạng song của U nguồn, I nguồn, U linh kiên, I linh kiện, U tải, I tải tại góc kích ban

đầu của các phương án

* Phương án 1:

Dạng sóng của I linh kiện , U linh kiện

Dạng sóng của I nguồn , U nguồn

Dạng sóng của I tải , U tải

Phương án 2:

Dạng sóng của I linh kiện , U linh kiện

Dạng sóng của I nguồn , U nguồn

Dạng sóng của I tải , U tải

Phương án 3:

Dạng sóng của I linh kiện , U linh kiện

Dạng sóng của I nguồn , U nguồn

Dạng sóng của I tải , U tải

Phương án 4:

Dạng sóng của I linh kiện , U linh kiện

Dạng sóng của I nguồn , U nguồn

Dạng sóng của I tải , U tải

2 Lấy giá trị trị sau ứng với góc kích ban đầu của các phướng an:

* Phương án 1:

U tải hiệu dụng = 416.7 V

U tải trung bình = 383.7 V

I tải hiệu dụng = 313.9 A

U tải trung bình = 203.6 V

I tải hiệu dụng = 45.8 A

I tải trung bình = 20.4 A

3 Thay đổi góc kích từ 0 đến 180 mỗi lần thay đổi 5 độ đo giá trị hiệu dụng của U tải và I tải

Từ giá trị đã đo được dựng đồ thị đặc tuyến của U tải và I tải theo góc kích alpha

Phương án 1

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Phương án 2:

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Phương án 3:

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Phương án 4

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

4.Tính toán hệ số méo dạng toàn phần của U tải tại góc kích ban đầu của các Phương Án THD ( Total Harmonic Distortion)

Phương án 1

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: 𝑈𝑑(1) = 383.7 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: 𝑈𝑑 = 416.7 V

Áp dụng công thức:

√𝑈𝑑2−𝑈𝑑(1)2

𝑈𝑑(1) = 0.423

Phương án 2

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: 𝑈𝑑(1) = 327.8 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: 𝑈𝑑 = 378 V

Áp dụng công thức:

√𝑈𝑑2−𝑈𝑑(1)2

𝑈𝑑(1) = 0.574

Phương án 3:

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: 𝑈𝑑(1) = 295.5 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: 𝑈𝑑 = 336.6 V

Áp dụng công thức:

√𝑈𝑑2−𝑈𝑑(1)2

𝑈𝑑(1) = 0.55

Phương án 4

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: 𝑈𝑑(1) = 210.3 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: 𝑈𝑑 = 265.3 V

Áp dụng công thức:

√𝑈𝑑2−𝑈𝑑(1)2

𝑈𝑑(1) = 0.769

5.Nhận xét các giá trị trong 1 phướng án và giữa các phương án với nhau và kết luận

Khi góc kích có giá trị tăng dần từ 0 đến 180 độ thì giá trị U và I hiệu dụng của tải giảm dần

Cụ thể hơn, đối với phương án 2 và 4 không có cuộn cảm L thì mạch hoạt động ở chế đọ dòng liên tục nên ta nhìn vào đồ thị thấy các giá trị U và I hiệu dụng của tải giảm dần đều liên tục theo chiều tăng của góc kích

Còn phương án 1 và 3 thì cuộn cảm có giá trị thì mạch sẽ hoạt động ở chế độ dòng gián đoạn, giá trị U và I sẽ đột ngột giảm mạnh ở giá trị góc kích tương ứng

BÀI 2: CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA

1.Lấy dạng song của U nguồn, I nguồn, U linh kiên, I linh kiện, U tải, I tải tại góc kích

ban đầu của các phương án

2 Lấy giá trị trị sau ứng với góc kích ban đầu của các phướng an:

U tải hiệu dụng

U tải trung bình

I tải hiệu dụng

I tải trung bình

3 Thay đổi góc kích từ 0 đến 180 mỗi lần thay đổi 5 độ đo giá trị hiệu dụng của U tải

và I tải Từ giá trị đã đo được dựng đồ thị đặc tuyến của U tải và I tải theo góc kích alpha

4.Tính toán hệ số méo dạng toàn phần của U tải tại góc kích ban đầu của các Phương

Án THD (Total Harmonic Distortion)

5.Nhận xét các giá trị trong 1 phướng án và giữa các phương án với nhau và kết luận

Cơ sở lí thuyết

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần:

Công thức tính toán lí thuyết:

Giá trị trung bình áp tải: U d( )  2 2Ucos( ) 

R

 = −

Mô phỏng Psim

1.Lấy dạng sóng của U nguồn, I nguồn, U linh kiên, I linh kiện, U tải, I tải tại góc kích

ban đầu của các phương án

- Phương án 1:

Dạng sóng của U nguồn, I nguồn

Dạng sóng của U linh kiện, I linh kiện

Dạng sóng của U tải, I tải

- Phương án 2:

Dạng sóng của U nguồn, I nguồn

Dạng sóng của U linh kiện, I linh kiện

Dạng sóng của U tải, I tải

- Phương án 3:

Dạng sóng của U nguồn, I nguồn

Dạng sóng của U linh kiện, I linh kiện

Dạng sóng của U tải, I tải

- Phương án 4:

Dạng sóng của U nguồn, I nguồn

Dạng sóng của U linh kiện, I linh kiện

Dạng sóng của U tải, I tải

2 Lấy giá trị trị sau ứng với góc kích ban đầu của các phướng an:

3 Thay đổi góc kích từ 0 đến 180 mỗi lần thay đổi 5 độ đo giá trị hiệu dụng của U tải

và I tải Từ giá trị đã đo được dựng đồ thị đặc tuyến của U tải và I tải theo góc kích alpha

- Phương án 1:

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

- Phương án 2:

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

- Phương án 3:

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

- Phương án 4:

Đồ thị đặc tuyến của U tải theo góc kích alpha

Đồ thị đặc tuyến của I tải theo góc kích alpha

4.Tính toán hệ số méo dạng toàn phần của U tải tại góc kích ban đầu của các Phương

Án THD (Total Harmonic Distortion)

- Phương án 1:

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: Ud(1) = 302.3 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: Ud = 380 V

Áp dụng công thức:

THD = √3802−302.32

302.3 = 0.76

- Phương án 2:

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: Ud(1) = 300.8 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: Ud = 359.2 V

Áp dụng công thức:

THD = √359.22−300.82

300.8 = 0.65

- Phương án 3:

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: Ud(1) = 412.1 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: Ud = 380 V

Áp dụng công thức:

THD = √412.12−3802

412.1 = 0.38

- Phương án 4:

Đo được giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 của U tải là: Ud(1) = 255 V

Giá trị hiệu dụng của U tải là: Ud = 306.2 V

Áp dụng công thức:

THD = √306.22−2552

255 = 0.66 Câu 5 Nhận xét:

Khi góc kích có giá trị tăng dần từ 0 đến 180 độ thì giá trị U và I hiệu dụng của tải giảm dần

Cụ thể hơn, đối với phương án 2 và 4 không có cuộn cảm L thì mạch hoạt động ở chế

đọ dòng liên tục nên ta nhìn vào đồ thị thấy các giá trị U và I hiệu dụng của tải giảm dần đều liên tục theo chiều tăng của góc kích

Còn phương án 1 và 3 thì cuộn cảm có giá trị thì mạch sẽ hoạt động ở chế độ dòng gián đoạn, giá trị U và I sẽ đột ngột giảm mạnh ở giá trị góc kích tương ứng

BÀI 3: BUCK - BOOST

I qua L hiệu dụng và trung bình

I qua C hiệu dụng và trung bình

I qua Diode hiệu dụng và trung bình

3 Thay đổi tỉ số điều chế từ 5% đến 90% mỗi lần thay đổi 5% độ đo giá trị hiệu dụng

của U tải và I tải Từ giá trị đã đo được dựng đồ thị đặc tuyến của U tải và I tải theo tỉ

D=30%

D=50%

Phương án 2:

D=30%

D=80%

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Ud(avg) -12,75 -29,33 -12,83 -29,86 -48,90 -164,24 -49,77 -170,88 Ud(rms) 12,80 29,61 12,89 29,88 49.40 168,60 49,80 171,20

id(avg) -1,27 -2,93 -1,28 -2,98 -4,90 -16,42 -4,97 -17,08 id(rms) 1,28 2,96 1,25 2,98 4,94 16,90 4,98 17,12

iL(avg) 1,82 5,87 1,83 5,97 9,77 82,41 9,95 85,44 iL(rms) 1,82 5,87 1,76 5,97 9,78 82,41 9,95 85,44

iC(avg) 0,001 0,0003 -0,06 0,0004 0,0006 -0,06 0,0006 -0,002 iC(rms) 0,82 2,83 0,75 3,00 4,72 32,00 5,01 34,59

iD(avg) -1,28 -2,93 -1,34 -2,98 -4,90 -16,50 -4,97 -17,08 iD(rms) 1,53 4,16 1,50 4,22 6,91 36,90 7,04 38,21

3 Vẽ đặc tuyến của U tải và I tải theo D

+ Phương án 1:

Ud(rms) 5,26 11,1 17,63 24,96 33,24 42,69 53,57 66,23 81,14

Id(rms) 0,52 1,11 1,76 2,49 3,24 4,26 5,36 6,62 8,11

-Ta thấy dòng điện id, iL, iC, iD hiệu dụng ở trường hợp D = 30% của phương án 1 đều lớn hơn của phương án 2 và ngược lại ở trường hợp D = 50% thì các i hiệu dụng của phương án 1 lại bé hơn phương án 2

- U tải giá trị hiệu dụng thì phương án 1 lại bé hơn phương án 2 tại cùng D

+ Phương án 3 và 4:

-Ta thấy các giá trị i hiệu dung tại phương án 3 đều bé hơn phương án 4 tại cùng 1 D

và U tải hiệu dụng cũng vậy

BÀI 4: BỘ NGHỊCH LƯU 3 PHA

Trường hợp 1:

Ta có tần số sóng tam giác 10kHz, Vpp = 2, Duty Cycle =0.5, Dc Offset= -1 Còn Vsine(Peak Amplitude) = 0.8, fsine thay đổi từ 10 đến 100Hz mỗi lần thay đổi 5Hz

- Đo: Dòng tải,Áp dây hiệu dụng, Áp hiệu dụng trên tải, Áp hiệu dụng trên điện trở,

Áp hiệu dụng trên cuộn cảm (Id, UAB,UAN,UR,UL)

- Lấy dạng sóng của Id,UAB, UAN,UR,UL tại các tần số sau: 20Hz,30Hz,50Hz,60Hz

và 100Hz

- Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và fsine; UR và fsine ; UL và fsine Nhận xét kết luận

Trường hợp 2 :

Ta có tần số sóng tam giác 10kHz, Vpp = 2, Duty Cycle =0.5, Dc Offset= -1 fsine

=50Hz còn Vsine(Peak Amplitude) thay đổi từ 0.2 đến 0.9 mỗi lần thay đổi 0.05 (kí

hiệu ma = Vsine : hệ số điều chế)

- Đo: Dòng tải,Áp dây hiệu dụng, Áp hiệu dụng trên tải, Áp hiệu dụng trên điện trở,

Áp hiệu dụng trên cuộn cảm (Id, UAB,UAN,UR,UL)

- Lấy dạng sóng của Id,UAB, UAN,UR,UL tại ma bằng: 0.4; 0.6; 0.8; và 0.9

- Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và ma; UR và ma ; UL và ma

60Hz

100Hz

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và fsine:

Nhận xét:-Các sóng ngõ ra id, uab, uan, uR, uL đều cùng tần số với sóng sine ngõ vào -Khi tăng tần số và giữ nguyên các thông số khác, UAB và UAN gần như không đổi,

UR giảm dần, UL tăng dần Nếu tần số tăng tới vô cùng thì UR sẽ giảm về 0, UL sẽ tăng đến bằng UAN

Dạng sóng tại ma = 0.6:

Dạng sóng tại ma = 0.8:

Dạng sóng tại ma = 0.9:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và ma:

Nhận xét: -Các sóng ngõ ra id, uab, uan, uR, uL đều có cùng tần số 50Hz với sóng sine ngõ vào

-Khi tăng hệ số ma và giữ nguyên các thông số khác: Id, UAB, UAN, UR, UL đều tăng Trong đó: dựa vào các đồ thị đã vẽ được, có thể thấy mối quan hệ giữa UR và ma gần như tuyến tính; quan hệ giữa UAN và ma phụ thuộc vào quan hệ giữa UL và ma, hai đồ thị này dạng giống nhau và không tuyến tính, cả UL và UAN đều tăng từ lúc bắt đầu đến tại ma=0.4, gần như không đổi tại 0.4 ≤ma≤0.6 và tiếp tục tăng từ ma=0.6 trở

đi

Phương án 2: Vdc=40V, R=10 Ω, L=100mH

Trường hợp 1:

fsine(Hz) Id UAB UAN UR UL

50Hz

60Hz

100Hz

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và fsine:

Nhận xét: -Khi tăng giá trị L, tại các tần số từ 30Hz trở đi (chính xác là từ 40,8Hz), dạng sóng ngõ ra không còn đúng dạng nghịch lưu nữa, tần số của uab và uan không còn giống tần số của sóng điều khiển sine ngõ vào

- Dựa vào các đồ thị vẽ được: Khi tăng tần số và giữ nguyên các thông số còn lại, các giá trị UAN, UL nhìn chung đều tăng, UR giảm Trong đó UR giảm đều khi tăng tần

số, UAN và UL tăng theo giống nhau nhưng có sự biến thiên mạnh, có những khoảng vọt lố so với đà tăng

Trường hợp 2:

Dạng sóng tại ma = 0.8:

Dạng sóng tại ma = 0.9:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và ma:

Nhận xét:-Khi tăng hệ số điều chế ma, giữ tần số sóng sine ở 50Hz và giữ nguyên các thông số khác, khi hệ số ma > 0.2 (chính xác là từ ma=0.31) thì dạng sóng ngõ ra không còn đúng dạng nghịch lưu nữa, tần số khác với tần số sóng sine điều khiển Các giá trị hiệu dụng ngõ ra nhìn chung đều tăng

-Dựa vào đồ thị, UAN, UR, UL nhìn chung đều tăng khi tăng hệ số ma, nhưng UR tăng khá ổn định, còn UAN và UL có sự biến thiên rất lớn và giống nhau: tại 0.3≤ma≤0.45

và tại 0.45≤ma≤0.65 có sự vọt lố rất lớn so với đà tăng, trong các khoảng này độ lệch pha giữa các pha ngõ ra không còn là 120o nữa nên có hiện tượng UAN lớn hơn UAB

60Hz

100Hz

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và fsine:

Nhận xét: -Các sóng ngõ ra id, uab, uan, uR, uL đều cùng tần số với sóng sine ngõ vào

và có giá trị lớn hơn trong phương án 1 vì điện áp một chiều ngõ vào được tăng từ 40V lên 90V

-Khi tăng tần số và giữ nguyên các thông số khác, UAB và UAN gần như không đổi,

UR giảm dần, UL tăng dần Nếu tần số tăng tới vô cùng thì UR sẽ giảm về 0, UL sẽ tăng đến bằng UAN

Dạng sóng tại ma = 0.4:

Dạng sóng tại ma = 0.6:

Dạng sóng tại ma = 0.8:

Dạng sóng tại ma = 0.9:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và ma:

Nhận xét: -Các sóng ngõ ra id, uab, uan, uR, uL đều có cùng tần số 50Hz với sóng sine ngõ vào và có giá trị lớn hơn trong phương án 1 vì nguồn một chiều ngõ vào được tăng

từ 40V lên 90V

-Khi tăng hệ số ma và giữ nguyên các thông số khác: Id, UAB, UAN, UR, UL đều tăng Trong đó: dựa vào các đồ thị đã vẽ được, có thể thấy mối quan hệ giữa UR và ma gần như tuyến tính; quan hệ giữa UAN và ma phụ thuộc vào quan hệ giữa UL và ma, hai đồ thị này dạng giống nhau và không tuyến tính, cả UL và UAN đều tăng từ lúc bắt đầu đến tại ma=0.4, gần như không đổi tại 0.4 ≤ma≤0.6 và tiếp tục tăng từ ma=0.6 trở

60Hz

100Hz

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và fsine:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và fsine:

Nhận xét: -Khi tăng giá trị L, tại các tần số từ 30Hz trở đi (chính xác là từ 40,8Hz), dạng sóng ngõ ra không còn đúng dạng nghịch lưu nữa, tần số của uab và uan không còn giống tần số của sóng điều khiển sine ngõ vào

- Dựa vào các đồ thị vẽ được: Khi tăng tần số và giữ nguyên các thông số còn lại, các giá trị UAN, UL nhìn chung đều tăng, UR giảm Trong đó UR giảm đều khi tăng tần

số, UAN và UL tăng theo giống nhau nhưng có sự biến thiên mạnh, có những khoảng vọt lố so với đà tăng

Dạng sóng tại ma = 0.4:

Dạng sóng tại ma = 0.6:

Dạng sóng tại ma = 0.8:

Dạng sóng tại ma = 0.9:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UAN và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UR và ma:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của UL và ma:

Nhận xét:-Khi tăng hệ số điều chế ma, giữ tần số sóng sine ở 50Hz và giữ nguyên các thông số khác, khi hệ số ma > 0.2 (chính xác là từ ma=0.31) thì dạng sóng ngõ ra không còn đúng dạng nghịch lưu nữa, tần số khác với tần số sóng sine điều khiển Các giá trị hiệu dụng ngõ ra nhìn chung đều tăng và có giá trị lớn hơn trong phương án 2 vì nguồn một chiều được tăng từ 40V lên 90V

-Dựa vào đồ thị, UAN, UR, UL nhìn chung đều tăng khi tăng hệ số ma, nhưng UR tăng khá ổn định, còn UAN và UL có sự biến thiên rất lớn và giống nhau: tại 0.3≤ma≤0.4

và tại 0.5≤ma≤0.5 có sự vọt lố rất lớn so với đà tăng, trong các khoảng này độ lệch pha giữa các pha ngõ ra không còn là 120o nữa nên có hiện tượng UAN lớn hơn UAB