Đề tài Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất
Trang 2LOI NOI DAU
Chúng ta đang bước vào thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật Sự tiến bộ của kỹ thuật sẽ giúp thay đổi toàn bộ cuộc sống của chúng ta Trong giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, VIỆT NAM muốn phát triển một cách vững mạnh thì phải chú trọng đến việc đầu tư cho giáo dục Trong đó, nghành giáo dục cần phải nâng cao chất lượng lẫn số lượng đào tạo
Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi chúng ta phải đâu tư, phát triển các mô hình dạy học Mô hình dạy học giúp giảm chí phí đào tạo và nâng cao chất lượng giảng dạy Học sinh có dịp làm quen với các mô hình giống với các hệ thống điều khiển trong thực tế, do đó có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế
Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng đang đầu tư, phát triển các công cụ dạy học mang tính chất mô phỏng nhằm giúp cho sinh viên lĩnh hội kiến thức một cách thấu đáo thông qua phương pháp trực quan Qua đó, người
học có thể phát triển và vận dụng các kiến thức đã học một cách hiệu quả nhất theo những
yêu cầu cụ thể hiện nay trong những khu chế xuất, các nhà máy cũng như trong các lĩnh
vực có liên quan về điện
Để đáp ứng phân nào nhu câu trên, trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm
thực hiện xin tiến hành đề tài : "THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN
TỬ CƠNG SUẤT" Mục đích của dé tài là xây dựng mô hình thí nghiệm giúp sinh viên
hiểu rõ hơn về các linh kiện bán dẫn công suất cũng như các ứng dụng của nó thông qua việc tiến hành các thí nghiệm trên bộ thí nghiệm này Đông thời, trên cơ sở mô hình dụng cụ dạy học, nhóm thực hiện cố gắng xây dựng các bài thực tập để sinh viên cũng cố lại các bài học lý thuyết Nội dung của mô hình là sử dụng các linh kiện điện tử công suất như thyristor, diode làm thay đổi điện áp một chiều để điều khiển tải dùng trong công suất lớn Trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển, vấn để thay đổi điện áp một
chiều là một vấn để thường gặp Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ động
cơ một chiều, diéu khiển độ sáng cửa đèn điện v.v Khi nắm được các ứng dụng trên, sinh viên sẽ thấy được tâm quan trọng trong bài học để có thể vận dụng chúng vào thực tiễn sau khi học xong
Với sự giúp đỡ tận tình của thây hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực hiện cố gắng thực hiện tốt nhiệm vụ được giao Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, thời gian và kinh
phí thực hiện còn quá hạn hẹp nên nhóm thực hiện sẽ không tránh khỏi những nhầm lẫn và
thiếu sót, kính mong được sự góp ý của quý thây cô cũng như các bạn sinh viên để để tài
hoàn thiện hơn
Trang 3PHAN DAN NHAP
L ĐẶTVẤNĐỀ
Như chúng ta đã biết, lĩnh vực Giáo Dục và Đào Tạo nói chung, Đào Tạo Kỹ Thuật
nói riêng, chất lượng đào tạo là vấn để hàng đâu trong xu thế phát triển hiện nay Ngoài ra loài người đang bước sang niên kỷ mới chắc chắn cần thiết sản phẩm đào tạo có nhiều chất xám Muốn được vậy, Ngành Đào Tạo cần phải đầu tư những thiết bị dạy học, mô hình dạy học phù hợp cho từng đối tượng đào tạo
Đứng trước những yêu cầu thực tiễn trên, Nhóm sinh viên chúng em xin thực hiện để
tài mô hình dạy học :' BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT ''
Mục đích của Nhóm thực hiện là xây dựng dụng cụ dạy học ,bài học thực tập cho
sinh viên của Khoa Điện Qua đó giúp cho sinh viên hiểu rổ về các linh kiện điện tử công suất và các ứng dụng của nó
I GIỚIHẠN ĐỀ TÀI
Với để tài mang tính thực tiễn ,vấn để thực hiện việc thiết kế ,thi công và xây dựng mô hình cũng như bài thực tập của nhóm hoàn chỉnh thật sự có những ứng dụng rộng rãi trong các Trường Kỹ Thuật Đó là điều mà nhóm thực hiện mong muốn đạt được
Tuy nhiên thời gian, kiến thức có hạn cũng như những hạn chế khách quan khác nên để tài không đi sâu điểu khiển động cơ một chiều bằng tất cả các phương pháp mà chỉ tập trung diéu khiển động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp Đồng thời xây dụng một mô hình đạy học sao cho vừa an toàn vừa đảm bảo đúng phương pháp sư phạm kỹ thuật
Tóm lại nội dung thực hiện bao gồm ;
© Khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung
e Thiết kế và thi công mạch điều khiển điện áp một chiều bằng phương pháp thay đổi biến đổi độ rộng xung
s Thiết kế và thi công mô hình dạy học, xây dựng các bài thực tập dựa trên mơ
hình
Ngồi ra nhóm thực hiên chưa thực hiện mô hình điều khiển cho một đối tượng tải bất kỳ bằng vòng kín để nâng hiệu quả trong ứng dụng thực tế
I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Việc vận dụng môn điện tử ứng dụng để điều chỉnh bằng phương pháp trên cho động cơ một chiều là vấn để không còn mới mẻ nhưng tính mới mẻ cửa đề tài được thể hiện ở chổ :
XÂY DỰNG ĐƯỢC MƠ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CÁC LINH KIỆN BÁN
DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC QUAN GIÚP CHO SINH VIÊN
Trang 4TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyén Binh
DIEN TU CONG SUAT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội năm 1996
Phạm Quốc Hải
Dương Văn Nghỉ
PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
Nguyễn Việt Hàng
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XUNG VÀ SỐ
Khoa Điện - Trường Dai Học Sư Phạm Kỹ Thuật Năm 1998
4 Bùi Đình Tiếu
Nguyễn Trọng Thuần
_ MOT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ, ĐIỆN TỬ VÀ BÁN DẪN TRONG MÁY SẢN XUẤT
Trang 5MUC LUC Trang LOICAMTA LOLNOI DAU PHAN DAN NHAP 1 Đặt vấn đề 1 1L Giới hạn vấn đề 1 1II Mục đích nghiên cứu PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN I Thể thức nghiên cứu 2 II Cơ sở lý luận 3 PHAN NOIDUNG Chương I :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BAN DAN CONG SUAT 5 1 Diode 5 II Transistor w Ill Thyristor 11
Chương II: KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC 15
1 Giới thiệu về động cơ điện một chiêu 15
II Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều 18
Chương II: KHAO SAT MACH DIEU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG
CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG 20
1 Bộ băm xung một chiều dùng SCR 20
II B6 tạo xung kích cho SCR 29
Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG MẠCH 33
I Thiết kế mạch 33
1I Thi công mạch 40
Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 42
I Thiết kế 42
Trang 6Chương VI: SOẠN BÀI THỰC TẬP
Trang 71 Thể thức nghiên cứu: 1 Thời gian nghiên cứu:
Quá trình nghiên cứu để tài được xem là một qui trình công nghệ hẳn hơi vì đòi hỏi phải tiến hành theo các khâu kế tiếp nhau bao gồm việc chọn để tài, biên soạn để cương, thu thập dữ kiện, xử lý dữ kiện, viết công trình nghiên cứu
Luận văn tốt nghiệp được tiến hành thực hiện trong khoảng thời gian là 6 tuần :
Tuan 1 : Chon dé tài, chính xác hóa để tài, soạn để cương, thu thập kiện và tài liệu liên hệ
Tuần 2 : Biên soạn nội dung phần lý thuyết
Tuần 3 : Thiết kế mạch trên giấy và tiến hành thi công, thử mạch
Tuần 4 : Thiết kế bàn thực tập
Tuần 5 : Soạn bài thực tập cho mô hình đã thiết kế
Tuần 6 : Hoàn chỉnh mơ hình, hồn thiện phần lý thuyết để in ấn và nộp luận văn
2 Phương pháp thu thập dữ kiện :
Đây là giai đoạn quan trọng, sử dụng các phương pháp và phương tiện nghiên cứu để thu thập các dữ kiện về để tài đã xác định Dữ kiện đã thu thập được sẽ là chất liệu để hình thành công trình thực hiện dé tài Vấn để là làm sao thu thập được dữ kiện đây đủ, chính xác, và phù hợp với nội dung nghiên cứu
Trong phạm vi luận văn này người nghiên cứu sử dụng phương pháp tham khảo tài liệu để thu thập dữ kiện giải quyết để tài Việc tham khảo tài liệu giúp người thực hiện bổ sung thêm kiến thức, lý luận cũng như phương pháp mà những công trình nghiên cứu trước đó đã xây dựng Nhờ đó người nghiên cứu tập trung giải quyết vấn để còn tổn tại Tuy nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn bảo đẩm tính kế thừa và phát triển có chọn lọc
3 Xử lý dữ kiện :
Các dữ kiện sau khi được thu thập chưa thể sử dụng được ngay mà phải qua quá trình sàng lọc, sửa chữa, phân tích khái quát thành lý luận Tài liệu được sử dụng là những tài liệu có chất lượng cao chủ yếu là tài liệu gốc nên bảo đảm chính xác về nội dung dé cập
4 Trình bày đồ án :
Đề tài tốt nghiệp được trình bày theo cấu trúc một tập đổ án tốt nghiệp để phù hợp với nội dung và thời gian nghiên cứu đồng thời đáp ứng đúng yêu cầu về chương trình đào tạo của trường
Trang 8I Cơ sở lý luận :
Đồ án tốt nghiệp thực chất là một quá trình nghiên cứu khoa học - quá trình nhận thức
và hành động Quá trình này đòi hỏi phải có thời gian nhất định tương xứng với nội dung của
đối tượng nghiên cứu và tinh chất phức tạp của vấn để nghiên cứu
Việc nghiên cứu khoa học giúp ta tìm ra cái mới Cái mới ở đây không những mang tính chủ quan của người nghiên cứu mà còn mang tính khách quan đối với xã hội Nghiên cứu khoa học phẩi nhằm mục đích phục vụ xã hội, đáp ứng yêu cầu thực tiễn
Hoạt động ngiên cứu khoa học muốn đạt kết quả tốt phải hội đủ các yếu tố :
Phương tiện, phương pháp, cơ sở vật chất, máy móc thiết bị, hình thức tổ chức Các yếu tố này có mối quan hệ hữu cơ và phù hợp với đối tượng nghiên cứu
CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1 Kiến thức và năng lực người nghiên cứu :
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện để tài người nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ
độ khó và độ phức tạp của để tài sao cho phù hợp với khả năng, kiến thức và năng lực của người nghiên cứu
Độ phức tạp của để tài thể hiện ở các mặt : lĩnh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ở một ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu là đồng nhất hay không đồng nhất Tuy nhiên cần lưu ý rằng giá trị của để tài không phụ thuộc vào độ phức tạp của nó Để tài hẹp chưa hẳn là
để tài kém giá trị Mỗi để tài nghiên cứu khoa học có một phạm vi nhất định, phạm vi này càng hẹp thì sự nghiên cứu càng sâu Độ khó của để tài nói lên tính vừa sức đối với người nghiên cứu Do đó độ phức tạp của để tài thường có mối liên hệ tương hổ với độ khó của nó
Kiến thức của người nghiên cứu (đây là điều kiện chủ quan ở người nghiên cứu) Trước
hết đó là vốn liếng, kinh nghiệm của người nghiên cứu
Giáo sư Hà Văn Tấn đã nhận xét : “Trình độ học sinh, sinh viên hiện nay không cho phép họ ngay từ đầu chọn được để tài nghiên cứu Vì vậy phẩi có sự gợi ý của thầy cô giáo ” Mỗi để tài nghiên cứu khoa học có những yêu cầu nhất định của nó Người nghiên cứu cần nắm vững nội dung, phương pháp nghiên cứu phù hợp với để tài, nói khác đi để tài nghiên cứu phải mang tính vừa sức
Người nghiên cứu phải thể hiện năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm việc nắm vững lý thuyết cơ bản của khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu của mình, nắm được mức độ nhất
định về sự phát triển và tiến bộ thuộc lĩnh vực nghiên cứu Có như thế mới chọn được để tài có
giá trị Trong tình hình tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay trên thế giới, khối lượng thông tin khoa học gia tăng với qui mô lớn và nhịp độ nhanh đòi hỏi người nghiên cứu phải tham khảo tài liệu nước ngoài Để thực hiện được vấn để này người nghiên cứu người nghiên cứu khoa học cần có số vốn ngoại ngữ nhất định
Trang 9
2 Vấn để thực tiễn :
Người nghiên cứu phải coi thực tiễn làm cơ sở, là động lực của nhận thức Ang - ghen viết : “Khi xã hội có những yêu câu kỹ thuật thì xã hội thúc đẩy khoa học hơn mười trường đại học” Mặt khác thực tiễn cũng là tiêu chuẩn để kiểm tra nhận thức
Thực tế là những sự việc có thật, những tình hình cụ thể, những vấn để đã hoặc chưa được giải quyết trong cuộc sống Người nghiên cứu với kinh nghiệm bản thân trong công tác hàng ngày thường thấy được các mặt của vấn để, các mối quan hệ phức tạp, các diễn biến, phương hướng phát triển của sự vật từ đó có định hướng thích hợp giải quyết để tài
Chính thực tiễn giúp người nghiên cứu tìm thấy vấn để một cách cụ thể Người nghiên cứu phải xem thực tiễn cao hơn nhận thức ( lý luận ) vì nó có ưu điểm không những có tính phổ biến mà còn có tính hiện thực trực tiếp.Hồ Chủ Tịch cũng đã dạy : “Học tập thì theo nguyên tắt: kinh nghiệm và thực tiễn phải đi cùng nhau”
Đề tài thực hiện mang tính thực tiễn, nội dung của để tàilà có thật, phát triển từ thực tế khách quan
Có thể nói hầu như mọi công trình nghiên cứu điều có giá trị thực tế của nó, chỉ khác
nhau ở mức độ ít nhiều, phục vụ trước mắt hay lâu dài, gián tiếp hay trực tiếp 3 Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện dé tài:
Trang 10UONG II: KHAO SAT PHAN DONG LUC
1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyển sản xuất đang dần dần được tự động hóa bằng cách áp dụng các kỹ thuật tiên tiến của khoa học kỹ thuật Tuy thế, động cơ đi:
chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng Nó có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất
máy được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải
1 Cấutạo:
Động cơ điện một chiều gồm hai phần : Phần tĩnh (stator) va phan quay (rotor) Phân tĩnh là phần đứng yên của máy Nó thường bao gồm các bộ phận sau : — Cue ti chính : là bộ phận sinh ra từ trường chính trong vỏ máy, gồm có lõi sắt cực từ
và đây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 + 1 mm ép chặt lại với nhau
—_ Cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều giúp cho máy điện làm việc không có tia lửa xảy ra giữa chổi điện và vành đổi chiều Lõi thép cực từ cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn
— Gong tir : dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy —_ Các bộ phận khác như Nếp máy để bảo vệ, Cơ cấu chổi than
Phân quay gồm có những bộ phận sau :
— Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mưn được phủ lớp cách điện và ghép chặt lại với nhau
—_ Dây quấn phần ứng : là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép
—_ Các bộ phận khác như cánh quạr dùng để quạt gió làm nguội máy, ứrục máy để đặt lõi sắt phân ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi
2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiễu :
Động cơ điện một chiều là một thiết bị biến đổi năng lượng của dòng một chiều thành cơ năng Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phân ứng và trong mạch kích thích Phần còn lại là năng lượng được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ
Trang 11theo một hướng Công suất ứng với momen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng : Pa =Mo= Edy Trong đó : M: momen điện từ @ Ta : tốc độ góc phần ứng 60 l¿: đồng điện phần ứng E„: suất điện động phần ứng
3 Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Trang 12Phương trình đặc tính tốc độ : "Trong đó : n: tốc độ quay của động cơ ne uU R Kb Ky U: điện áp đặt vào động cơ R : tổng trở trên phần ứng
I: dong dién chạy trong phần ứng M: momen của động cơ
$: từ thông dưới một cực từ chính
Kg: hé số suất điện động phụ thuộc vào cấu tạo Kự : hệ số momen của động cơ
II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIEU 1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ n U nọ TN nl Uam Ny Ui Bộ điều chỉnh 0 M điền án Hình I3 Việc đ So dé điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt trên phân h mức) và chỉ cho tŠc độ nhỏ hơn tốc độ định mức , Uim> U; > U2 No> ny > Ng
Phương pháp điều chỉnh này có phạm vi điều chỉnh D = 10/1 Ưu điểm của phương pháp này là giữ nguyên đặc tính của đường đặc tính cơ
2 Điễu chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng
Trang 13
0 Mẹ M Hình II.4 So dé điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thêm điện trở phụ 0= Ru„<R¡<R¿ nọ > nị > nạ > nạ
Khi điện trở phụ R càng lớn thì độ cứng của đường đặc tính cơ càng giảm và ngược lại
Phương pháp này chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản vì chỉ thêm điện trở vào chứ không giảm nhỏ hơn R„ được Đồng thời, phương pháp này cho tốc độ diéu chỉnh nhảy cấp, mức độ nhảy cấp phụ thuộc vào số cấp khởi động
3 Diéu chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông ¿
M
Hình
oT,
Sơ đồ diễn Chính BK động cơ bằng phương pháp giảm từ thông
Với phương pháp này, ta chỉ có thế giẩm từ thông do trong thiét ké Ix: gần định mức, ¿ gần
ở bảo hoà Néu ting In, ÿ cũng không tăng bao nhiêu Nhưng khi gidm It, 6 gidm rat nhiều Khi giảm từ thông thấp hơn giá trị định mức, tốc độ động cơ tăng lớn hơn tốc độ cơ bản
bam > Ôi > 0
Deb < Ny < Ny
Khi gidm từ thông, tốc độ tăng lên rất cao và tốc độ này có thể làm hỏng động cơ, nên
Trang 14Phương trình đặc tính cơ của phương pháp này : Udm _Ru+kRnt n=k —— Keg KeKm¢ Với : n Rss + Rnt
Trang 15CHUONG IIL KHAO SAT MACH DIEU KHIEN DIEN AP
*% z r7 A ^
BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG
I Bộ băm điện áp một chiều
1 Giơi thiệu
Bộ băm xung một chiéu có thể coi như là bộ biến đổi DC/DC mà điện áp biến đổi được đảm nhận bằng các linh kiện bán dẫn công suất Nhiệm vụ chính của nó là thay đổi điện áp ra theo yêu câu điều chỉnh hoặc ổn định điện áp ra tải Băm xung một chiều được sử dụng nhiều trong các thiết bị như động cơ điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trổ, các cơ cấu điện từ, mạch ổn áp đải rộng Van thích hợp với băm xung một chiều là các loại mà điều khiển được cả quá trình mở và khoá van, do đó thường dùng Transistor (lưởng cực, MOSEET, IGBT) Khi cần công suất ra tải lớn (dòng điện và điện áp cao) ta phải dùng đến Tiristor Vì Tiristor là một linh kiện bán dẫn công suất có thể chịu được dòng điện qua nó rất lớn và cho phép điện áp ngược đặt lên nó khá cao
Để mạch băm xung hoạt động thì các phần tử đóng vai trò là van đóng mở phải được điều khiển bằng các xung kích trong thời gian thích hợp Trong hầu hết các linh kiện đóng mở bán dẫn công suất, việc đóng cắt được thực hiện bằng cách đưa tín hiệu thích hợp vào chân điều khiển Đối với thyristor thì điều này không thể thực hiện được vì cực cổng chỉ có tác dụng trong việc kích mở thyristor mà thôi Để tắt thyristor khi đã dẫn trong nguồn DC, ta phải thêm vào các phần tử chuyển mạch để có được các diểu kiện tắt là đặt điện áp ngược trên hai đầu thyristor hoặc làm cho dòng chạy qua nó bị triệt tiêu
Bộ băm xung một chiều có thể chia thành ba loại co ban:
— Bộ băm có van mắc song song tải còn điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu song song)
— Bộ băm đảo dòng
Hai loại băm này có ưu điểm là cho điện áp ra trên tải lớn hơn điện áp nguồn nhưng nó không thích hợp với tải có công suất lớn nên ít được sử dụng
—_ Bộ băm có van và điện cắm mắc nối tiếp với tải (kiểu nối tiếp)
Bộ băm này chỉ cho điện áp ra nhỏ hơn điện áp nguồn nhưng có ưu điểm sử dụng được cho tải có công suất cao, do đó nó thông dụng hơn
Trong phạm vi cuốn đồ án này, người thực hiện chỉ để cập đến bộ băm có van mắc nối tiếp với tải Hoạt động của nó dựa trên nguyên tắc đóng - ngắt tải với nguồn theo chu kỳ : trong một chu kỳ T (hình aa), khoảng thời gian tạ cho van dẫn nên điện áp nguồn E đưa thẳng ra tải, trong khoảng thời gian còn lại (T-t,) van hở, làm điện áp trên tải bằng không Do đó điện áp trung bình một chiéu ra tai 1a: "= a oe R Trong đó D = t/T là tỷ số chu kỳ của |, 6 „| bộ băm Hình IIL.1
Trang 16chu kỳ Tcố định Như vậy từ điện áp nguồn không đổi và liên tục, bằng cách “băm” nó ra thành các xung, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra
Để thiết kế hay khảo sát một bộ băm xung, người ta thường quan tâm đến các chế độ
dòng điện Theo nguyên lý hoạt động, trong khoảng thời gian van khóa, nguồn bị ngắt khỏi tải,
tuy nhiên do tải có tính điện cảm nên dòng điện tải vẫn tiếp tục chẩy quẩn qua điôt Dạ nhờ
năng lượng tích lãy ở điện cảm này Căn cứ vào các tham số R, L, Ea (sức điện động bên trong
tai) và khoảng thời gian ngắt nguồn (T-t,) mà dòng điện tải có thể tổn tại đến khi van dẫn trở
lại (gọi là chế độ dòng điện liên tục ) hoặc sẽ tắt trước đó (chế độ dòng điện gián đoạn) Để biết được mạch hiện có đang làm việc ở chế độ dòng điện nào cần dựa theo một trong các điều kiện giới hạn giữa hai chế độ này như sau :
a Theo thời gian van dẫn tạp : Š E, rễ bị TH Bie r¬0| Nếu thời gian van dẫn thực tế to< tạn, thì dòng điện gián đoạn, ngược lại ts> tạ, dòng điện sẽ liên tục b Theo trị số trung bình dòng điện tải giới hạn lạu : E b,-1 y= QO-aq ar fy
Néu dòng thực của tải l,< Ign, dồng điện là gián đoạn còn I, > Ign, dong dién là liên tục
c Theo trị số của sức điện động E„ :
Nếu Ea > Eagụ thì dòng điện gián đoạn Nếu Ea < Eaạn thì dòng điện liên tục
Các biểu thức tính toán ở chế độ dòng điện liên tục : Điện áp trung bình ra tải :
Trang 18EI-b"
TL ma =bÚ =i(t=0)=— =0) Ri~a
Giá trị cực tiểu dòng điện tải lun: Io, =i (t=0) = E erh=4i _ Eị,
R la 8
Độ đập mạch dòng điện tải AI:
_E-bq=a*)
R l-a,
Trị số trung bình của dòng điện qua điôt:
¡„~5 1= I~ a.) Esq fay
R TRI-a,) R T
AI
Trị số*trung bình dòng điện qua van :
_Eliqạ_L (-b)(q-ab)| sE,
: Tin Ha |
Các biểu thức tính toán ở chế độ dòng điện gián đoạn : Đồ thị làm việc của chế độ này như hình vẽ sau đây: Ur E Ei E c 0 A ih t ir in +> Tmax 0 > 3 t ir to Điện áp trung bình ra tải : Í t U,=P+P,d=2)
Trang 19Quy luật biến thiên dòng điện tải i, : Giai đoạn từ 0 đến tạ : —_ de!" = Giai đoạn từ tạ đến T (hay đến tụ) : E-E, R 8 _# i=“ 0-e "+ be #* Giá trị cực đại dong tai Imax : E-E, R giá trị dồng điện cực tiểu I„„ tất nhiên bằng không
2 Giới thiệu bộ băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng điện áp
q=ð)
Hình II.6
a Vai trò của các linh kiện trong mạch (hình IIL6) : §¡ là SCR chính có nhiệm vụ nối hoặc ngắt nguồn với tải
XKI : mạch kích cho SCRI
S214 SCR phu, tham gia vào việc ngắt (khoá) S¡ XK2 : mạch kích cho SCR2
LC làm nhiệm vụ dao động, D¡ ngăn dòng điện ngược, D› bảo vệ cho mạch khi S1 ngắt b Nguyên lý hoạt động của mạch :
Trang 20của S2, lúc này mạch điện hình HI.6 tương đương như hình IILa : tụ điện C sẽ được nạp theo
đườngE_ Rt_C _ §2 _E và dòng ¡: giảm dân theo hàm mũ từ giá trị đầu E/Rt Hình IIA Hình IIb
Sau một khoảng thời gian, tụ C được nạp tới điện áp E của nguồn, nhưng thực tế khi dồng điện tải giảm dưới mức duy trì của S2 thì đồng điện ngưng
Khi có xung điểu khiển vào cực cổng của S1, làm S1 đóng mạch như hình IILb, lúc này tụ C phóng điện qua S1 - L~D1 —C và được nạp ngược lại Điện áp trên tụ tăng dân theo chiều ngược lại và cuối cùng, diện áp trên nó sẽ là u¿ = -E do có sự xuất hiện dao động LC Dao động LC trong mạch sẽ nạp vào tụ C và nó chỉ kéo dài trong một nửa chu kỳ (vì DI ngăn
đòng điện ngược)
Lúc này nếu cho xung để mở S2, thì S1 sẽ chịu điện áp ngược u, = -E làm S1 ngưng dẫn (trạng thái chuyển từ hình III.b Shinh IIIa)
Goi chu kỳ băm là T: T = T¡+T› Thời gian đóng mạch của §¡ là Tì : T¡ = aT
Thời gian ngắt mạch của S¡ là T; =T -T; và tỷ số chu kỳ là D = TT Gia trị trung bình của điện áp tải :
1?7
U, =— [Uat=DU
E 0
Bằng cách làm biến đổi tỷ số chu kỳ D (trong khi giữ cho tân số không đổi T=const) ta có thể điều chỉnh được giá trị trung bình của điện áp một chiều đặt trên tải
e Trường hợp tải là R+L : ?
Ww a toy 2
'Tải trở kháng tích luỹ một năng lượng điện từ :
Khi dong i, tang trưởng, Dạ có thể hoàn trả năng lượng D; đấu song song ngược với mạch tải để tạo đường phóng điện cho khối năng lượng điện từ nói trên, khi dong i, gidm Liic dau dong tai i, = 0, dòng ¡; được xác lập dân dẫn Qua một vài chu ky dong i, sé
Trang 21Ký hiệu bộ băm điện áp là: Ð di + dt ‘ Khi Ð đóng ta có phương trình : di dt Còn khi Ð mở ta có : 3 Giới thiệu về việc băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng dòng điện Hình IIC a Chức năng của các phần tử trong mạch :
Hình trên thể hiện mạch băm xung dùng SCR có phân tắt cưỡng bức Ngõ vào là điện áp DC kí hiệu là E, điện trở tải là R, Phần tử đóng mở chính của mạch là S1 và việc kích mở nó được thực hiện bởi xung kích XK1 Để khoá cho SI, ta dùng mạch khoá cưỡng bức bằng gồm năm phần tử mắc vào hai đầu anode và cathode của S1 Trong đó hai diode D1, D2 và R đóng vai trò hổ trợ trong việc chuyển mạch, hai phần tử chuyển mạch là L và C tạo thành mạch dao động và S2 là SCR phụ mà việc kích mở nó được thực hiện bằng xung kích XK2 Diode D3 làm nhiệm vụ bảo vệ cho tải khi S1 ngắt
b Nguyên lý hoạt động của mạch :
Trang 22
Hình IHI1 Hình IH12
Sau khi tụ C được nạp đầy, ta có thể đưa xung kích vào S1 để nối tải với nguồn và sơ đồ mạch điện có thể vẽ lại như hình II.12 Lúc này điện áp trên tụ vẫn giữ nguyên giá trị đã được nạp và điện áp trên tải là E
TTY
Hình IH.13 Hình IH.14
Nếu muốn khoá SCR S1, ta đưa xung kích vào S2 Lúc này tụ điện C sẽ phóng điện qua S2, L và về lại C và mạch điện có thể vẽ lại như hình III.13 Dòng ¡; xã qua cuộn cắm L tạo nên sự dao động Nữa chu kỳ đầu, dòng dao động này chạy qua S2 và nạp ngược lại cho tụ C Đến nữa chu kỳ sau, khi tụ đã nạp đầy theo chiều ngược lại như hình III.14, S2 ngắt và dòng bắt đâu chạy ngược lại qua S1 Khi dòng qua S1 bị triệt tiêu, thì S1 ngắt và dòng tiếp tục chạy qua điode D2 mắc song song ngược chiều với S1 để duy trì thời gian tắt cho S1 và mạch được vẽ lại như hình III15 Sau khi S1 và S2 đều ngắt thì dòng dao động sẽ chạy qua diode DI xuống mass như ở hình III16 và tụ điện bắt đầu nạp ngược lại như giá trị ban đầu, bắt đầu cho
chu kỳ tiếp theo
Trang 23
I Bộ tạo xung kich cho SCR:
1 Nhiệm vụ của mạch tạo xung kích
Như ta đã biết, SCR khi đã dẫn thì không thể tắt được bằng xung kích mà cần phải có một bộ phận làm cho nó tắt Bộ phận này phải thoả mãn một trong các yêu câu tắt của SCR
Như đã khảo sát ở phần trên, bộ băm xung một chiều dùng hai linh kiện SCR, một con chính để nối tải với nguồn và một con phụ để làm tắt nó Do vậy, mạch tạo xung kích cho SCR phải tạo được hai xung kích và các xung kích này đử lớn để đẩm bảo kích mở được SCR Đồng thời, thời gian xuất hiện giữa hai xung kích này có thể điều chỉnh được và dạng sóng trên tải phụ thuộc vào hai xung kích này
2 Sơ đô khối: Khối nguồn tit
Bộ phận tạo Bộ tạo xung vuông Bộ phận đảo
sóng tam giác có điều chỉnh xung
Bộ dao động tần Mạch đơn ổn đặt Mạch đơn ổn đặt SỐ cao trước độ rộng xung trước độ rộng xung
Trang 24THIET KE VA THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUAT CHƯƠNG IV
Hình II.18
Trang 25THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV
4 Nguyên lý hoạt động của mạch :
Đầu tiên, bộ dao động tạo sóng tam giác do hai IC 741a và 741b đảm nhận Bộ dao động
này tạo ra tân số chủ yếu cho bộ băm xung một chiều Tân số sóng tam giác do R1, R2, R3 và C1 quyết định Sóng tam giác này được đưa đến ngõ vào đảo của 74lc, còn ngõ vào không đảo được nối ra chân giữa của biến trở VR Xung vuông ở ngõ ra có thể thay đổi được độ rộng xung khi thay đổi biến trở VR do thay đổi mức so sánh với sóng tam giác Xung vuông này được chia làm hai đường : đường thứ nhất đi qua một cổng đảo và đường còn lại đi qua hai cổng đảo để sửa dạng xung rồi đi đến hai ngỏ kích của mạch đơn ổn để tạo ra xung có độ rộng xung không thay đổi Độ rộng xung của mạch đơn ổn có thể đặt trước sao cho nó đủ để kích SCR Mạch đơn ổn do hai IC AN555a và AN555b thực hiện
Ngõ ra của chúng sẽ được trộn với mạch dao động tần số cao thực hiện bởi IC AN555c để
Trang 26THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV
CHUONG IV: THIET KE VA THI CONG MACH
I‘ THIET KE MACH:
1 Thiết kế va tính toán các giá trị cho mạch băm xung một chiều
Để tính toán các giá trị cho mạch băm xung một chiều, trước hết ta cần có các số liệu ban đầu như sau: U,¿= 300V Rai = 50O Tigi = 6A Thời gian dẫn nhỏ nhất có thể duge cia $1 1a : Ton = 50005 Thời gian khoá của SCR được chọn thiết kế là : tọạy = 5ÖHS Khoảng điện áp điều chỉnh được từ 30V + 300V Tỷ số chu kỳ nhỏ nhất là : Dnin = 30/300 = 0.1 Chu kỳ của bộ băm là : T = Ton/D = 500/0.1 = 5000ps Và tân số lớn nhất có thể được của bộ băm là : f= 1/T = (1/5000).105 = 200Hz
Dựa trên những thông số chọn ở trên, và để cho mạch hoạt động tốt thì các thông số
của mạch băm được tính toán như sau :
a Thiết kế và tính toán các giá trị cho mạch băm tắt cưỡng bức bằng điện áp Như đã khảo sát ở chương II, ta có sơ đồ mạch băm xung một chiểu tắt cưỡng bức bằng điện áp như hình III.4 :
Đâu tiên để chọn tụ điện, ta nhận thấy rằng theo dạng sóng điện áp của uạ¡, thời gian khoá của SCR S1 nằm ở giữa khoảng tăng theo hàm mũ từ -E đến +E Với mạch dao động
L~C, tại thời điểm t= 0, bắt đầu khoá S1, ta có :
0¡=E+ Ae 7
Trong đó : T = RC là thời hằng nạp xả cửa tụ điện
Trang 27THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Ta chọn C = 2.2HF
Theo nguyên lý hoạt động của mạch trên cho ta biết thời gian khoá của SCR S1 bằng một phần tư chu kỳ dao động của L — C, nên ta có : 1 log = 4 2aVLC =60.10° s Suy ra L = 0.66mH Để tính dòng điện dao động lớn nhất trong mạch dao động L-C, ta cân bằng biểu thức sau : 1⁄CỮ = ⁄4LI
'Và ta có được dòng Tomax = 17.3A
Dé chon SCR, ta nhận thấy rằng, dòng điện qua S; sẽ là : Tsimax = Tai + Icmax = 6 + 17.3 = 23.3A
Nhu vay, ta phai chon SCR S; c6 kha nang chiu dude ding dién Idn hơn hoặc bằng 23.3A để nó có thể hoạt động tốt trong mạch Đối với S; thì nó chỉ chịu dòng điện nạp và xả qua tụ C nên có thể chọn với giá trị dòng điện thấp hơn
Trang 28THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT CHƯƠNG IV
Hình IV 1
Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng bức bằng điện áp
b thiết kế và tính toán các giá trị cho mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện : Sơ đổ mạch điện như hình III.8 đã khảo sát ở phần trước, với các giá trị cho ở trên,
ta tính các trị số của mạch băm như sau :
Trong thực tế, khi mạch được cấp điện với điện áp nguồn, tụ C sẽ được nạp qua điện trở R đến một giá trị gần gần bằng điện áp nguồn Thời gian chuyển mạch đứ nhỏ (so với thời gian làm việc) nên dòng điện coi như không đổi trong giai đoạn này và có trị số bằng Temax -
Đối với điện trở R ta chọn sao cho trị số của nó vừa đử lớn để dòng điện qua nó không đáng kể so với dòng dao động của mạch LC Đồng thời vừa đủ nhỏ để đáp ứng tụ C kịp nạp gân bằng nguồn Thông thường giá trị của R được là 100KO
Dong điện dao động trong L - C có dạng hình Sin (hình IV.2), nên ta có :
i, = Tomax SIN QL = Uc © sin or gon Sin Qt T=nVLC ^———> tott <>: Ủ YTE WZ Tomax Hinh IV.2 Dạng sóng của mạch dao déng L-C
Để cho mạch băm hoạt động được một cách chắc chắn, ta cần có : lạ = Kiạ¡
(K > 1) Thông thường K được chọn bằng 2 (K = 2)
Do do:
uff
Theo nguyên lý hoạt động của mạch (lý tưởng) thì thời gian tắt (tuz) của S là : tự
= se a
Nhung trong thực tế thì thời gian này phải là : ty +At Với At : là khoảng thời gian trể của SCR, chọn At = 100
Để thời gian tắt có thể duy trì cho SCR phục hổi chức năng khóa khi chưa có xung kích, ta cần :
$0 = 2, x12 04 (tg +40)
Với
Trang 29THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Suy ra: 1 2z —== (t„ + At) <$ — (2) dục ” 3 Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có: Db = Z 1, Cor ne tag + AL ) 31 C=——~ (tog + At) ngT Thay số ta có: = (50 +10) x10°° (H) =0.72mH 4x3.14x6 — (50 +10) x 10° (F) =1.2uF _ 300x3.14 si Vay chon: L = 0.72mH C=1pF Công thức tinh số vòng dây của cuộn dây: pe MNS 1 Suy ra N LxI My XS
Nếu ta chọn quấn cuộn dây có chiều dài là 50cm và đường kính là 50cm thì số vòng dây phải quấn là :
720x 10 x0.05 s ~ =120Vong 0.05
4x3.14«107 x3.14x(°2)
Về việc tính dòng điện để chọn SCR cho phù hợp, ta biết rằng S¡ chỉ chịu dòng điện
tải cho nên ta có thể chọn S¡ có mức chịu đựng điện áp lớn hơn dòng điện tải là được Còn
đối với Sa thì dòng điện qua nó được tính là lớn hơn dòng điện tải (thông thường là lớn hơn
hai lần) Cho nên SCR S2 phải có mức chịu dòng lớn hơn hai lần dòng điện tải thì mạch
băm có thể hoạt động tốt
Trang 30THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV ot [2X2 Rt 50 » D3 D2 hi bị r5 $@ D1 „ WE Hinh IV.3 Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện
2 Thiết kế và tính toán các giá trị cho mạch tạo xung kích :
Như ta đã biết, mạch tạo xung kích cho SCR trong mạch băm xung phải đáp ứng đầy di các yêu cầu về tần số và thời điểm kích như đã để cập đến trong chương III
Để tính toán các giá trị cho mạch ở hình II.16 với tần số làm việc là 200Hz, trước hết
ta chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch là +12V và việc tính toán được thực hiện như sau : a Tìm trị số cho các linh kiện trong bộ phận tạo tần số cơ bản có độ rộng xung
thay đổi được
Bộ phận này gồm IC 741A, IC 741B, IC 741C R1, R2, R3, Ra, Rs, C¡ và Cạ thực hiện Ở bộ dao động tạo sóng cơ ban dau tiên, chu kỳ của nó được tính là : 1 T=2R,C, nF 1~Ø Trong đó : p-— R,+R, Ta chon Rp = 10kQ, R3 = 2.2kQ 2.2 = =0.18 B 10+2.2 Tân số là f = 200Hz nên ta có chu kỳ T = 5ms Do đó : RiC; = 3.6ms
Khi ta chon C; = 1pF thi R, = 3.6kQ (ldy Ry = 3.3kQ)
Sóng vuông do bộ phận trên tạo ra có biên độ đỉnh - đỉnh là 24V và tỉ số chu kỳ là : D= 0.5 cho nên thời gian ở mức cao của xung là 2.5ms
Để chuyển sóng vuông được tạo ra ở trên thành sóng tam giác, ta cần tính : AV, 24
—==“ =9 6Ï, At 2.5 ⁄m
Trang 31THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Vì mối quan hệ : Mra Vas = S61 V, F, At R,C, ms Nên ta có : Ra©€› = 2.5ms Chọn C¿ = 0.47pF thi Ry = 5.3kQ (lay Ry = 4.7kQ) Thông thường Rs chọn bằng R„ = 4.7kQ
Sóng tam giác này là tín hiệu so sánh với điện áp một chiều đưa vào từ biến trở VR để tạo ra sóng vuông có độ rộng xung thay đổi được Muốn thay đổi độ rộng xung ta chỉ việc thay đổi mức điện áp so sánh bằng cách chỉnh biến trở này Giá trị của biến trở được
chon 1a 5kQ
b Tính các giá trị cho bộ phận tạo xung đơn ổn:
Bộ phận này gồm hai mạch đơn ổn riêng biệt và hoàn toàn giống nhau nhằm cung cấp xung kích cho hai SCR trong mạch băm xung một chiểu Chúng bao gồm IC AN555A,
IC ANS55B, Rịi, Rịa, C¡ và Ca thực hiện
Độ rộng xung đơn ổn được chọn để thiết kế là 0.5ms Độ rộng này là không đổi trong khi thay đổi độ rộng xung ở ngõ vào Độ rộng xung trong mạch đơn ổn dùng IC555 được tính là : T =R¡¡C:In3 = Rị2Cln3 Khi T = 0.5ms, ta có : RịCs = R¡;C¿ = 0.454ms Chon Cs = Ce = 1pF thi điện trở Rịi = Rị¿= 454O Vậy giá trị các linh kiện phải chọn là : C;= C = IHF; Rịy = Rị;= 4700
c Tinh các giá trị cho mạch dao động tần số cao
Mạch dao động tân số cao này nhằm mục đích trộn với xung đơn ổn để ting kha năng kích cho mạch tạo xung kích Tần số thiết kế cho bộ phận này khoảng 10KHz Với
tân số đó, ta tính các giá trị cho bộ phận này với các linh kiện IC AN555C, IC AN555D,
Riz, Ris, Rịo, Rạo, Cọ, Cịo, Dạ và Dạ
Để xung ra có được tỉ số chu kỳ là D = 0.5 thì ta phải có Rị; = Ris = Ri = Rao va
thém diode Dy mac song song véi Ris, diode D3 mac song song với Rạo Tân số của bộ dao động này được tính là :
Từ đó ta có : RizCo = 0.072ms Chon Cy = Cio = 0.1 HF thì Rị; = 0.72kQ
Vậy các linh kiện cần phải chọn là :
Riz = Ris= Rio = Rao = 1kQ
d Thiết kế bộ phận đưa xung kích ra ngoài
Sau khi có xung đơn ổn và xung đao động tần số cao, ta trộn chúng lại với nhau bằng các cổng AND trong IC2 Kết quả sẽ cho ta một chuổi xung kích trong khoảng xung đơn ổn ở mức cao Các xung kích này sẽ được đưa đến các OPTO 4N26A và 4N26B để đưa xung
Trang 32THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV ra ngoài kích cho SCR Xung kích được đưa ra OPTO thông qua transistor Q; và Qs Các
transistor này làm việc theo chế độ đóng ngắt nên các điện trở mắc nối tiếp với OPTO được chọn thiết kế theo dòng bảo hòa của diode trong OPTO Đối với OPTO 4N26 thì dòng
bảo hòa là 5mA, cho nên các giá trị của dién trd Rog va Roe được chọn là :
Trang 37THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV
Trang 38THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT CHƯƠNG VI
CHƯƠNG CUỐI (QUÍ ĐỘC GIẢ TỰ ĐÁNH SỐ CHƯƠNG)
1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Mơ hình thí nghiệm được lắp đặt các vị trí như hìnhVII — — Đèn báo nguồn N ` Cơng tắc XK ® Cơng tắc nguồn Bi oVo © oo + - XKI XK2 SCR1 o——o DS o kL ư Ĩ © Ị o———-o SCR2 o_o R3 S9.o 9 © ——e cl oo (Oy D2 Ue R Mix Max o—}}-—o œ—l—o oo Nguồn AC Tải Trở Tải Cảm Tải Động Cơ Hình VI.1 Mô hình thí nehiêm Mô hình gồm:
- Thiết bị đo : một đồng hồ đo vôn, một đông hô đo dòng
- Nguồn : nguồn DC (300V) có đèn báo nguồn, nguồn AC dùng để sử dụng cho thiết bị đo bên ngoài như dao động ký
- Các linh kiện dùng cho mạch của bài thí nghiệm : SCR1, SCR2 : dùng để đóng ngắt trong mạch thí nghiệm, LI, C1: dùng để thí nghiệm trong bài! (mạch băm xung một chiêu tắt cưỡng tức bằng điện áp ), L2, C2 : ding để thí nghiệm trong bài2 (mạch băm xung một chiéu tắt cưỡng tức bằng điện dòng), D1, D2, D3, R1, R2, R3, R : dùng để sử dụng trong cả
hai mạch
- _ Xung kích : gồm hai xung kích : xung kích 1 (ký hiệu XKI), xung kích 2 (ký hiệu
XK2) Trong đó XKI dùng để kích cho mạch của bài một (mạch băm xung một
chiều tắt cưỡng tức bằng điện áp )
- _ Biến trở chỉnh : ký hiệu VR dùng để thay đổi độ rộng xung - Tai: gdm tai trd thuần, tải cảm, tải động cơ
TI.CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
Mục đích của các bài thí nghiệm là để giúp cho sinh viên hiểu rõ các vấn để đã được học trong phân lý thuyết về SCR, cách đóng và ngắt nó trong điện áp một chiều phẳng Từ kết quả của những bài thí nghiệm này, người thí nghiệm có khả năng phân biệt được :
Sự giống và khác nhau giữa lý thuyết và thực tế
Trang 39THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI
BÀI 1: MẠCH BĂM XUNG TẮT CƯỠNG BỨC BẰNG ĐIỆN ÁP A GIỚI THIỆU : Đây là mạch biến đổi điện áp một chiều DC sang điện áp một chiều DC› DC: ———\ Bộ Băm xung |_————> ˆ DC; DC; = 300Vpc: điện áp một chiều không thay đổi và được nắn từ điện áp xoay chiều không đổi
D€; là điện áp có giá trị trung bình thay đổi, tuỳ thuộc vào việc điều chỉnh núm chỉnh (VR) để thay đổi độ rộng xung kích cho SCR Ứng với mỗi sự thay đổi này sẽ làm cho
mạch thí nghiệm tạo ra một giá trị điện áp trung bình tương ứng, tải sẽ nhận giá trị điện áp
trung bình DC này để thay đổi đặt tính tải (thay đổi độ sáng đối với tải trở thuần như bóng
đèn, thay đổi tốc độ n đối với tải là động cơ) Chính sự thay đổi này khi đo bằng dao động ký sẽ thấy những dạng sóng khác nhau
B MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM :
Mục đích :
Giúp cho sinh viên thí nghiệm :
+ Nắm được nguyên tắc đóng ,ngắt SCR bằng phương pháp điện áp ngược
* Hiểu được sự thay đổi điện áp trung bình DC ở ngỏ ra của mạch bằng cách thay đổi xung kích ở các cực cổng GI,G2
* C6 khả năng điểu khiển và phân biệt được các loại tải : tải trở thuần, tải cảm, tải động cơ thông qua dạng sóng đo được
+ Để có cơ sở phân biệt những ưu khuyết điểm của mạch này với các mạch, thay đổi điện áp trung bình DC ở ngỏ ra, khác
Trang 40THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI
Mạch sử dụng hai SCR1 (ky hiệu S1) và SCR2 (ký hiệu S2), chúng đóng (dẫn) khi có
xung dương được cấp ở XKI (xung kich 1) Trong mạch có tụ điện C, D, L dùng để chuyển
mạch
Khi nguồn một chiều E đã được cấp, trạng thái ban đầu : S1 và S2 đều bị khoá (tức chưa có xung kích ở cực cổng) thì không có bất kỳ một dòng điện nào chạy qua tải Để
mạch hoạt động một cách hợp lý thì đầu tiên cho tụ C nạp bàng cách cho xung điều khiển vào cực cổng của S2, lúc này mạch điện hình VI.2 tương đương như hìnhVI3: tụ điện C sẽ
được nạp theo đường E_ Rt_ C_ S2 _ E và dong ic giảm dần theo hàm mũ từ giá trị đầu E/Rt S1 Rt sl Rt = 210 c ch 82 SQ T8 e DL L 1m
Hình VI3 Các quá trình chuyển mạch Hình VI.4
Sau một khoảng thời gian, tụ C được nạp tới điện áp E của nguồn, nhưng thực tế khi dong dién tai giảm dưới mức duy trì của S2 thì dòng điện ngưng
Khi có xung điểu khiển vào cực cổng của S1, làm S1 đóng mạch như hình VI.4, lúc này tụ C phóng điện qua S1 - L~D1 —C và được nạp ngược lại Điện áp trên tụ tăng dần theo chiểu ngược lại và cuối cùng, điện áp trên nó sẽ là u = -E do có sự xuất hiện dao động LC Dao động LC trong mạch sẽ nạp vào tụ C và nó chỉ kéo dài trong một nửa chu kỳ
(vì DI ngăn dòng điện ngược) Lúc này nếu cho xung để mở S2, thì S1 sẽ chịu điện áp ngược uạ = -E làm S1 ngưng dẫn (trạng thái chuyển từ hình VIL4—>hìnhVI.3)
Gọi chu kỳ băm là T: T = T¡+T; Thời gian đóng mạch của S¡ là Tị : T¡ = œT