Báo cáo thí nghiệm điện tử công suất

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Điện tử công suất

Phần 1

Mạch thí nghiệm Thyristor(thyristor circuits)

Bài thí nghiệm 1 Thyristor công suất ……… 3-1

Hoạt động của Thyristor trong đóng cắt một chiều Đóng cắt xoay chiều sử dụng hai Thyristor

Bài thí nghiệm 2 Chỉnh lu/Nghịch lu cầu một pha thyristor 5-1

Cầu một pha sử dụng Thyristor Cầu chỉnh lu sử dụng hai Thyristor và hai Điốt Chế độ chỉnh luvà nghịch lu.

Bài thí nghiệm 3 Chỉnh lu, nghịch lu 3 pha sử dụng Thyristor ……… 6-1

Chỉnh lu tia ba pha Chế độ chỉnh lu và nghịch lu.

Lời nói đầu

Công nghệ vật liệu bán dẫn đã từ lâu có những ảnh hởng đến các lĩnh vực điện tử công suất nhỏ, chẳnghạn nh ở trong thiết bị đo lờng và viễn thông Tuy nhiên, trớc đó thì các ứng dụng thiết bị điện t công suấtđã đợc sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực điều khiển điện năng công suất lớn.

Ngày nay, rất nhiều các hệ thống điện tử công suất hiệu quả, linh hoạt và đáng tin cậy đ ợc sử dụngtrong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp Các ứng dụng này có thể đợc tìm thấy trong cả lĩnh vực điều khiểnđộng cơ một chiều và xoay chiều cũng nh trong sản xuất và truyền tải điện cao áp.

Hệ thống đào tạo thực hành các thiết bị điện tử công suất của Lab-Volt cung cấp một chơng trình toàndiện trong các lĩnh vực về các điện tử công suất Nó bao gồm một loạt các modul và tài liệu hớng dẫn đàotạo, trong đó bao gồm tất cả những thiết bị và kỹ thuật liên quan đến lĩnh vực điện tử công suất nh việc sửdụng các Thyristor công suất (SCRs) và các Transistor hiệu ứng trờng (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor - MOSFETs) Những chủ đề quan trọng đợc tiếp cận dần từ trong trọng tâm của từng bàithực hành Theo mỗi bài thảo luận về các khái niệm lý thuyết trong mỗi một bài thực hành, sinh viên sẽ đ-ợc hớng dẫn từng bớc trong quá trình thực hành Phần kết luận và đặt các câu hỏi kiểm tra sẽ có ở phần kếtthúc của mỗi một bài thực hành.

Khi phần tử trong mạch điện hoặc một mạch điện thí nghiệm đợc bố trí vào ngăn bàn thí nghiệm thì cáchiện tợng liên quan cũng sẽ đợc giải thích trớc, và sinh viên cần kiểm tra lại phần lý thuyết sẽ đợc sử dụngtrong bài thực hành của mình Mỗi một bài thực hành dựa vào phần lý thuyết trớc đó đã đợc đề cập đến.Điều đó sẽ giúp cho quá trình học tập của sinh viên đợc hiệu quả hơn.

§HSPKTVinH _ Khoa §iÖn ThÝ nghiÖm ®iÖn tö c«ng suÊtBµi thÝ nghiÖm 4 ChØnh lu/NghÞch lu cÇu ba pha ……… 7-1

CÇu chØnh lu ba pha sö dông ba Thyristor vµ ba §ièt.

B¶ng B-1 b¶ng c¸c gi¸ trÞ trë kh¸ng t¶I

IMPEDANCE ()SWITCH POSITION FOR LOAD ELEMENTS120

V 60Hz

220V 50Hz

240V 50Hz

00 440 0 480 I600220

B¶ng B-2 b¶ng c¸c gi¸ trÞ trë kh¸ng vµ ®iÖn c¶m phô

INDUCTANCE()SWITCH POSITION FOR LOAD ELEMENTS120

V 60Hz

220V 50Hz

240V 50Hz

§HSPKTVinH _ Khoa §iÖn ThÝ nghiÖm ®iÖn tö c«ng suÊt

70.251.081.1

§HSPKTVinH _ Khoa §iÖn ThÝ nghiÖm ®iÖn tö c«ng suÊt

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

1.1 Mục đích

 Khảo sát thyristor công suất trong đóng cắt mạch điện một chiều và xoay chiều Quan sát dạng sóng trong các mạch điện dùng thyristor công suất.

1.2 Lý thuyết

1.2.1 Nguyên tắc làm việc của thyristor trong đóng cắt mạch điện một chiều

Thyristor hay SCR (Silicon Controlled Rectifier – Phần tử chỉnh lu silic có điều khiển); ký hiệu củathyristor nh trên hình 3-1 Thyristor có 3 điện cực gồm Anốt A, Catốt K và cực điều khiển hay còn gọi làcực cổng G (Gate) Vai trò của A và K của thyristor cũng giống nh trong điốt thông thờng Để thyristordẫn dòng, ngoài điều kiện đợc phân cực thuận nh điốt còn cần có xung dòng điện đặt lên cực G.

Hình 3-1 Ký hiệu thyristor.

Thyristor làm việc giống nh một chuyển mạch có thể làm việc ở tần số cao nhng phức tạp hơn so vớiđiốt Các mạch điện ứng dụng thyristor trong bài thực hành này đều thuộc loại chỉnh l u nửa chu kỳ.Thyristor làm việc tuân theo các luật sau:

Luật 1: Khi không có điện áp đặt lên thyristor.

Khi không có điện áp đặt vào giữa A và K, thyristor ở trạng thái khoá (nh một chuyển mạch ở trạngthái mở) và không cho dòng điện đi qua.

Hình 3-2: Mô tả luật 1Luật 2: Khi đặt một điện áp ngợc ER lên thyristor.

Khi đặt một điện áp ngợc lên thyristor (điện thế tại Anốt thấp hơn điện thế tại Catốt), thyristor ở trạngthái khoá Trong trờng hợp này ta nói thyristor bị phân cực ngợc.

Hình 3-2: Mô tả luật 2Luật 3: Khi đặt một điện áp thuận EF lên thyristor.

Khi đặt một điện áp thuận lên thyristor (điện thế tại Anốt lớn hơn điện thế tại Catốt), thyristor lúc nàyđợc phân cực thuận nhng vẫn ở trạng thái khoá Nếu đa thêm một xung dòng điện IG chạy giữa G và K,thyristor chuyển sang trạng thái dẫn (nh một chuyển mạch ở trạng thái đóng), cho dòng điện chạy giữa Avà K.

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Hình 3-4 Mô tả luật 3Luật 4: Khi dòng điện qua thyristor IA giảm đến 0.

Thyristor còn ở trạng thái dẫn chừng nào còn tồn tại dòng điện IA đủ lớn chạy qua Ngay khi dòng điệnIA giảm xuống đến một giá trị nào đó (giá trị này gọi là dòng điện duy trì), thyristor sẽ chuyển sang trạngthái khoá Giá trị của dòng điện duy trì thờng rất nhỏ so với dòng điện định mức của thyristor

Hình 3-5 Mô tả luật 4

Tóm lại, để thyristor dẫn cần phải có 2 điều kiện:

1 Thyristor đợc phân cực thuận

2 Có xung dòng điện đi từ cực G đến cực K.

Dòng điện điều khiển IG đi từ cực G đến cực K rất nhỏ so với dòng điện định mức chạy qua giữa A vàK Khi thyristor đã mở cho dòng điện chạy qua thì sự tồn tại của IG để thyristor tiếp tục dẫn dòng khôngcòn cần thiết nữa.

Hệ số lợi công suất (tỷ số giữa công suất ra và công suất điều khiển) của thyristor công suất rất lớn, cóthể đạt tới 100 000.

1.2.1 Nguyên tắc làm việc của thyristor trong đóng cắt mạch điện xoay chiều

- Đóng cắt mạch điện xoay chiều dùng 2 thyristor.

Hình 3-6 mô tả sơ đồ điều khiển bằng tay cho một phụ tải sử dụng công tắc tơ điện từ Trong sơ đồ sửdụng:

A - công tắc tơ điện từ có một cuộn dây và các cặp tiếp điểm thờng mở NOPB1, PB2 - Các nút ấn.

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Hình 3-6 Sơ đồ điều khiển bằng tay cho phụ tảisử dụng công tắc tơ điện từ

Khi ấn PB1, cuộn dây công tắc tơ A có điện, hai cặp tiếp điểm NO đóng lại Một cặp tiếp điểm làmnhiệm vụ duy trì dòng điện qua cuộn dây, cặp tiếp điểm còn lại cấp điện cho phụ tải Khi ấn PB2, cuộn dâycông tắc tơ mất điện do đó các cặp tiếp điểm NO mở ra cắt điện phụ tải và mất mạch duy trì điện cho cuộndây.

Mạch điện trên có thể đợc thực hiện bằng cách sử dụng một sơ đồ gồm 2 thyristor công suất mắc song song ngợc (Hình 3-7) Anốt và Catốt của thyristor thay cho các cặp tiếp điểm thờng mở NO của công tắc tơ điện từ Mạch điều khiển công tắc tơ bằng tay đợc thay thế bằng mạch điện tử điều khiển xung dòng điện đặt vào cực G của thyristor Sơ đồ này còn gọi là công tắc tơ điện tử

Thyristor chỉ có thể dẫn dòng trong nửa chu kỳdơng của điện áp nguồn Do đó, để điều khiển đợcdòng điện ở hai nửa chu kỳ cần dùng hai thyristor

Ưu điểm của công tắc tơ điện tử là sử dụng thyristor để đóng cắt nên không có tiếp điểm và hiện t ợngtia lữa điện đợc loại bỏ trong quá trình đống cắt.

1.3 thí nghiệm:

1.3.1 Nội dung thí nghiệm:

Phần 1: Thí nghiệm khảo sát sự làm việc của thyristor trong mạch điện một chiều.

Phần 2: Thí nghiệm khảo sát thyristor đóng cắt mạch điện xoay chiều bằng việc ứng dụng mắc 2thyristor song song ngợc.

Hình 3-7 Công tắc tơ điện tử

Hình 3 – 7 Dạng sóng đầu ra và xung điều khiễn

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất1.3.2 Thiết bị và lắp đặt thiết bị thí nghiệm:

Lu ý! Tham khảo Bảng linh kiện sử dụng ở phụ lục C của tài liệu này để biết các thiết bị cần thiết

cho bài thí nghiệm này.

1 Chuẩn bị các mô đun: nguồn (Power Supply), nguồn điều khiển (Enclosure/ Power Supply),điện trở tải (Resitor Load), đồng hồ Vônmet, Ampemet một chiều, Vônmet xoay chiều,Watmet/Varmet 3 pha, mô đun thyristor công suất (Power Thyristor) bộ điều khiển thyristor(Thyristor Firing Unit), bộ cách ly dòng/áp (Current/Voltage Insulators) trong mô đun Enclosure/

Phần 1: Thí nghiệm khảo sát sự làm việc của thyristor trong mạch điện một chiều.

Chú ý: Trớc khi lắp mạch điện cho phần thí nghiệm này chúng ta phải đảm bảo:

- Bật áptômát nguồn AC biến đổi đặt ở vị trí O (OFF-cắt nguồn) Đặt núm điều khiển điện áp ở0% Chuyển mạch main switch về vị trí I, bật áptômát tổng.

- Cắm phích nguồn của khối nguồn điều khiển vào ổ cắm gắn ở gầm bàn thí nghiệm Đặt công

tắc của khối nguồn điều khiển sang vị trí I (ON-đóng nguồn).

- Trên khối nguồn nuôi, bật công tắc nguồn 24-V ac sang vị trí I (ON)

- Đảm bảo rằng chuyển mạch trên mô đun Thyristor công suất và tải điện trở đều đặt ở vị trí mở(O).

- Sau khi đã đảm bảo các điều kiện trên ta lắp dấu mạch điện thí nghiệm nh hình 3.8

1 Nối cực 0 V của mô đun Enclosure/ Power Supply tới chân chung của mô đun thyristor công suất.

Cha nối đầu nối +5 V của mô đun Enclosure/Power Supply tới đầu nối FIRING CONTROL INPUT 1 củamô đun thyristor công suất Chú ý rằng các thyristor đợc phân cực ngợc trong mạch này.

Trên bộ nguồn công suất bật công tắc nguồn DC biến đổi (7-N) Đa núm điều chỉnh điện áp về 0% sau

đó bật aptômát nguồn AC biến đổi sang vị trí I (ON) Xoay núm điều chỉnh điện áp để tăng từ từ điện áp

một chiều lên 100% Các thyristor có mở không? Giải thích.

Trả lời:

Thyristor ở trạng thái khoá , Do thyristor bị phân cực ngợc ( điện thế tại Anốt thấp hơn điện thế tại Catốt)và không có xung dòng điện điều khiển ( IG = 0 )

Khi đó ta thu đợc E = 125.8 V , I = 0.003 A ( gần bằng 0 V )

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Hình 3-8 Một mạch thyristor đơn giản

2 Nối đầu nối +5 V của mô đun Enclosure/Power Supply tới đầu nối FIRING CONTROL INPUT 1

của mô đun thyristor công suất Các thyristor có mở không? Giải thích.

Trả lời:

Thyristor ở trạng thái khoá, Vì thyristor bị phân cực ngợc ( điện thế tại Anốt thấp hơn điện thế tạiCatốt), tuy có xung dòng điện điều khiển IG..

Khi đó ta đo đợc E = 107.9 V I = 0.012 A

Xoay núm điều chỉnh điện áp trên bộ nguồn về 0 và cắt nguồn.

3 Ngắt mạch giữa đầu nối +5 V của mô đun Enclosure/Power Supply tới đầu nối FIRING CONTROL

INPUT 1 của mô đun thyristor công suất.

Đảo hai đầu dây nối vào hai cực của mô đun thyristor công suất Điều này làm đảo cực tính của điện ápđặt vào thyristor.

Cấp nguồn, tăng dần điện áp một chiều lên 100% Thyristor có mở không? Giải thích.

Trả lời:

Thyristor ở trạng thái khoá,, vì thyristor mặc dù đã phân cực thuận ( điện thế tại Anốt lớn hơn điện thếtại Katốt )nhng cha có xung dòng điện IG nên thyristor vẫn đóng.

Khi đó ta đo đợc E = 127V , I = 0.003 A ( gần bằng 0 V )

4 Nối đầu nối +5 V của mô đun Enclosure/Power Supply tới đầu nối FIRING CONTROL INPUT 1

của mô đun thyristor công suất Các thyristor có mở không? Giải thích.

Trả lời:

Thyristor mở vì khi đó thyristor hội tụ đủ hai điều kiện:

- Thyristor đợc phân cực thuận ( điện thế tại Anốt lớn hơn điện thế tại Katốt )- Có xung dòng điện IG chạy giữa G và K

Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn cho dòng điện chạy qua giữa Anốt và katốtKhi đó ta đo đợc E = 0.59 V , I = 1.1 A

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất5 Ngắt mạch giữa đầu nối +5 V của mô đun Enclosure/Power Supply tới đầu nối FIRING CONTROL

INPUT 1 của mô đun thyristor công suất Trạng thái dẫn dòng của thyristor có thay đổi không? Giải thích.

6 Lặp lại các bớc thí nghiệm trên Giá trị xấp xỉ của dòng điện duy trì là bao nhiêu?Trả lời:

- Khi đó ta đo đợc E = 0.59 V , I = 1.1 A

Xoay núm điều chỉnh điện áp trên mô đun nguồn cấp về 0 sau đó cắt nguồn

 Kết thúc thí nghiệm phần 1.

Phần2 Đóng cắt mạch điện xoay chiều dùng hai thyristor.

Chú ý: Trớc khi lắp mạch điện cho phần thí nghiệm này chúng ta phải đảm bảo:

- Bật áptômát nguồn AC biến đổi đặt ở vị trí O (OFF-cắt nguồn) Đặt núm điều khiển điện áp ở 0%.Chuyển mạch main switch về vị trí I, bật áptômát tổng.

- Cắm phích nguồn của khối nguồn điều khiển vào ổ cắm gắn ở gầm bàn thí nghiệm Đặt công tắc

của khối nguồn điều khiển sang vị trí I (ON-đóng nguồn).

- Trên khối nguồn nuôi, bật công tắc nguồn 24-V ac sang vị trí I (ON)

- Đảm bảo rằng chuyển mạch trên mô đun Thyristor công suất và tải điện trở đều đặt ở vị trí mở (O).- Sau khi đã đảm bảo các điều kiện trên ta lắp dấu mạch điện thí nghiệm nh hình 3.9

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Hình 3-9 Sơ đồ mạch điện dùng đống cắt nguồn xoay chiều

1 Trên mô đun nguồn, đảm bảo rằng núm điều chỉnh điện áp ở vị trí 0% bật aptômát nguồn AC biến

đổi sang vị trí I (ON), xoay núm điều chỉnh điện áp đến vị trí 100%.

Đọc các giá trị đo trên các đồng hồ và quan sát dạng sóng trên màn hình ôxilô Mạch điện có đa côngsuất từ nguồn tới tải không?

Trả lời:

Mạch điện có đa công suất từ nguồn tới tải, khi đó ta đo đợc E = 223.5 V và dòng điện I = 0.101 A

2 Trên mô đun Enclosure/ Power Supply, ngắt dây nối với đầu cắm 5V, nguồn cấp đến cực cổng Gcủa các thyristor bị cắt Điều gì xảy ra?

Trả lời:

Mạch điện không đa công suất từ nguồn tới tải đợc vì khi đó Thyristor ở trạng thái khoá, thyristor bị mấtxung dòng điện tới cực G

Khi đó ta đo đợc E = 5.2V và I = 0.04 A

Giải thích tại sao có thể dùng mạch trên để đóng cắt nguồn điện xoay chiều.

- Power thyristoer có vai trò nh một thiết bị đóng cắt mạch điện, khi ta cấp xung dòng điện IG mạch điệnlàm việc bình thờng ( mạch điện đóng) , khi cắt xung dòng điện IG mạch điện bị cắt ( trạng thái đóng )Ta có thể dùng mạch điện này để Đóng – Cắt mạch điện có công suất lớn , trong khi đó ta chỉ cần tháotác đóng – cắt mạch điện có công suất bé không gấy nguy hiển cho ngời và thiết bị Vì mạch này kgôngcó tiếp điểm hạn chế đợc tia lửa điện trong quá trình đóng cắt.

3 Trên khối nguồn công suất, vặn núm điều chỉnh điện áp về 0%, rồi tắt áptômát nguồn AC biến đổivà nguồn 24-V ac về O (OFF) Bật công tắc trên khối nguồn điều khiển về vị trí O Tháo tất cả các đầu nốivà dây cáp.

 Kết thúc thí nghiệm phần 2.

Bài thí nghiệm 2

Khảo sát chế độ Chỉnh lU cầu một pha thyristor.

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất2.1 Mục đích

 Khảo sát hoạt động của sơ đồ chỉnh lu cầu thyristor một pha ở chế độ chỉnh lu và chế độnghịch lu.

2.2 Lý thuyết

2.2.1 Sơ đồ cầu thyristor một pha

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ chỉnh lu cầu thyristor Hình 5-1 tơng tự nh sơ đồ chỉnh lu cầu điốt tuynhiên thyristor chỉ có thể dẫn với điều kiện có xung điều khiển và thyristor đợc phân cực thuận Khithyristor đã dẫn, nó còn dẫn tới khi nào dòng điện qua nó bằng 0 Với tải thuần trở, dòng điện cùng pha vớiđiện áp nên dòng điện cũng bằng 0 ngay khi điện áp bằng 0 Do đó, dạng điện áp ra chỉ có phần d ơng(Hình 5-2(b)).

Hình 5-1 Sơ đồ CL cầu một pha thyristor.

Vì thyristor có thể dẫn từ một góc mở bất kỳ nào nằm giữa 00 và 1800 do đó điện áp ra cũng nh dòngđiện tải có thể biến thiên từ 0 đến 100%.

Hình 5-2 Dạng sóng của sơ đồ CL cầu thyristor một pha.

Công thức sau cho phép tính giá trị điện áp ra trung bình theo góc mở của thyristor Công thức chỉ đúngkhi dòng điện tải là liên tục hay khoảng dẫn của thyristor tơng ứng với 1800.

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

cho đến khi năng lợng tích luỹ đợc giải phóng hết Nh vậy, có thể thyristor vẫn còn dẫn khi điện áp nguồnđã đổi dấu làm cho điện áp ra có phần âm.

Phần âm của điện áp ra làm giảm giá trị trung bình của nó E0 Nh đã thấy trong bài thí nghiệm trớc, đểkhắc phục điều này, ngời ta dùng thêm một điốt xả năng lợng cắt bỏ phần âm của điện áp ra.Kết quả làdạng điện áp ra giống nh trờng hợp tải thuần trở.

Sự có mặt của điốt xả năng lợng nh ở hình 5.3 làm cho dòng điện tải bằng phẳng hơn.

Hình 5-3 Sơ đồ CL cầu một pha thyristor với điốt xả năng lợng

2.2.2 Chỉnh lu cầu dùng hai điốt và hai thyristor.

Sơ đồ CL cầu một pha có thể đợc tạo nên từ hai thyristor và hai điốt Hình 5-4 là một ví dụ.

Hình 5-4 Sơ đồ CL cầu không cùng cực tính

Sơ đồ này cho phép điều khiển giống nh sơ đồ cầu thyristor đối xứng (4 thyristor) Hơn nữa, điện áp rakhông có phần âm ngay cả khi tải điện cảm Đó là do hai điốt lập thành một mạch xả năng lợng Các điốtnày dẫn khi năng lợng từ trờng tích luỹ đợc giải phóng Mạch này hoạt động giống nh mạch Hình 5-3 nhnglại yêu cầu ít linh kiện hơn, đặc biệt là chỉ dùng hai thyristor.

Hình 5-5 vẽ một sơ đồ CL cầu không đỗi xứng khác (dùng 2 thyristor)có dùng điốt xả năng lợng Mạchnày có thể làm việc mà không cần điốt xả năng lợng Trong trờng hợp này, đờng xả năng lợng thay đổitrong mỗi nửa chu kỳ Q1 và D1; Q2 và D2 tơng ứng tạo thành hai đờng xả khác nhau trong mỗi nửa chu kỳthứ nhất và thứ hai.

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Hình 5-5 Sơ đồ CL không đối xứng cùng cực tính

Tuy nhiên, sự có mặt của điốt xả năng lợng D3 là cần thiết để đảm bảo mạch làm việc đợc chính xác.Nếu không có điốt xả năng lợng, giả sử trong phần điện áp Anốt đối với thyristor Q2 là dơng và muốn phátxung mở Q2 nhng do tải điện cảm nên Q1 còn dẫn, nếu chùm xung mở Q2 không đủ dài vợt quá khoảngdẫn do xả năng lợng tích luỹ trong điện cảm của Q1 thì Q2 sẽ không đợc mở Hơn nữa, nhờ có điốt xả nănglợng dẫn dòng trong giai đoạn xả năng lợng của điện cảm mà có thể chọn các thyristor có công suất nhỏhơn.

Một trong những u điểm của mạch Hình 5-5 ở chỗ việc phát xung điều khiển các thyristor sẽ đơn giảnhơn do hai thyristor mắc cùng cực tính so với nguồn Cả hai sơ đồ Hình 5-4 và Hình 5-5 đều có giá thànhthấp hơn sơ đồ chỉnh lu thyristor đỗi xứng và đều cho phép điều chỉnh công suất trên tải thay đổi từ 0 đến100% Tuy nhiên, khác với sơ đồ chỉnh lu thyristor dối xứng, hai sơ đồ trên không làm việc chế độ nghịchlu Chế độ này sẽ đợc nghiên cứu ở phần sau.

2.2.3 Chế độ chỉnh lu và chế độ nghịch lu

Chức năng của mạch chỉnh lu nh ta đã xem xét là biến đổi điện xoay chiều thành điện một chiều Quátrình này đợc mô tả trên Hình 5-6 Vì một mạch chỉnh lu lý tởng sẽ không tiêu thụ công suất cho nên côngsuất tác dụng do nguồn cung cấp sẽ đợc tiêu thụ trên tải Chú ý rằng thuật ngữ "tải" đợc dùng theo mộtnghĩa chung chung Tải có thể là một nguồn điện chẳng hạn nh trờng hợp mạch nạp ắc quy.

Nghịch lu đợc chia làm hai loại:

- Nghịch lu độc lập: Tần số của điện áp ra tỷ lệ với tần số của lới điện xoay chiều mà bộ nghịch lu mắcvào.

- Nghịch lu phụ thuộc: Tần số của điện áp ra bị giới hạn bởi tần số của lới điện xoay chiều mà bộnghịch lu mắc vào.

INVERTER

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

Tần số điện áp ra của nghịch lu độc lập có thể biến đổi gần nh liên tục trong một dải rộng trong khi tầnsố điện áp ra của nghịch lu phụ thuộc chỉ có một vài giá trị xác định Trong bài thí nghiệm này, chúng tasẽ nghiên cứu về nghịch lu phụ thuộc.

Sơ đồ cầu thyristor một pha có thể làm việc ở cả hai chế độ chỉnh lu và nghịch lu Hình 5-8 vẽ sơ đồmột mạch nạp ắc quy trong đó cầu thyristor làm việc nh một bộ chỉnh lu Điện cảm mắc trong mạch đủ lớnđể đảm bảo dòng điện là liên tục Công suất cấp cho ắc quy là P0 = I.ED trong đó ED là giá trị trung bìnhđiện áp chỉnh lu của sơ đồ cầu.

Hình 5-8 Sơ đồ CL cầu với tải một chiều tích cực

Điện áp ra một chiều ED giảm khi tăng góc mở thyristor  nh mô tả trên Hình 5-9 và Hình 5-10 Dòngđiện chỉ tồn tại trong đoạn ED lớn hơn điện áp của ắc quy EB Khi góc mở  đủ lớn, điện áp chỉnh lu ED rấtnhỏ do đó dòng điện chỉ tồn tại khi điện áp ắc quy xấp xỉ 0 V.

Hình 5-10 Dạng sóng sơ đồ cầu ở chế độ CL ( =300)

Nếu góc mở thyristor  lớn hơn 900 thì ED bắt đầu âm Trong trờng hợp này chỉ có dòng điện nếu ắcquy đợc đảo cực tính và đảm bảo ED còn lớn hơn EB Công suất cấp cho ắc quy vẫn là P0 = I.ED Tuy nhiên,do điện áp ED là âm và do đó công suất ắc quy tiêu thụ âm Điều đó chứng tỏ công suất đợc đa từ ắc quy vềnguồn xoay chiều Lúc này, sơ đồ cầu làm việc ở chế độ nghịch lu phụ thuộc, biến đổi công suất từ mộtchiều về xoay chiều.

Hình 5-11 Dạng sóng sơ đồ cầu ở chế độ NL ( = 1500)

ĐHSPKTVinH _ Khoa Điện Thí nghiệm điện tử công suất

2.3 thí nghiệm:

2.3.1 Nội dung thí nghiệm:

Phần một: Khảo sát hoạt động của một mạch chỉnh lu có điều khiển với tải thụ động và tải tích cực.Phần hai: Khảo sát sơ đồ cầu thyristor ở chế độ chỉnh lu và nghịch lu

2.3.2 Thiết bị và lắp đặt thiết bị thí nghiệm:

Chú ý: Tham khảo Bảng linh kiện sử dụng ở phụ lục C của tài liệu này để biết các thiết bị cần

thiết cho bài thí nghiệm này.

1 Chuẩn bị các mô đun: Bộ nguồn (Power Supply), mô đun nguồn điều khiển (Enclosure/ PowerSupply), mô đun động cơ/ máy phát một chiều (DC motor/generator), mô đun động cơ rô to lồng sóc4 cực (Four-Pole Squirrel - Cage Induction motor), mô đun điện trở tải (Resitor Load), mô đuncuộn cảm lọc (Smoothing Inductors), Vôn kế/Ampekế một chiều, Ampekế/Vôn kế xoay chiều, đồnghồ đo Watt/Var 3 pha, mô đun Tandem Rheostats, mô đun điốt công suất (Power Diod) và thyristorcông suất (Power thyristor)

2 Lắp đặt bộ Thyristor Firing Unit và bộ cách ly điện áp/ dòng điện (Current/ VoltageInsulators) trong mô đun Enclosure/ Power Suply

Ghi chú: Trớc khi lắp đặt bộ Thyristor Firing Unit phải đặt

chuyển mạch SW1 và SW2 (nằm trên Bảng mạch in) ở vị trí O

tải tích cực.

Chú ý: Trớc khi lắp mạch điện cho phần thí nghiệm này chúng ta phải đảm bảo:

- Bật áptômát nguồn AC biến đổi đặt ở vị trí O (OFF-cắt nguồn) Đặt núm điều khiển điện áp ở0% Chuyển mạch main switch về vị trí I, bật áptômát tổng.

- Cắm phích nguồn của khối nguồn điều khiển vào ổ cắm gắn ở gầm bàn thí nghiệm Đặt công

tắc của khối nguồn điều khiển sang vị trí I (ON-đóng nguồn).

- Trên khối nguồn nuôi, bật công tắc nguồn 24-V ac sang vị trí I (ON)

- Đảm bảo rằng chuyển mạch trên mô đun Thyristor công suất và tải điện trở đều đặt ở vị trí mở(O).

* Trờng hợp với tải điện trở:

1 Lắp đấu mạch điệm nh hình 5-12 sử dụng tải trở Z1(a) (Để đơn giản việc nối các thyristor, bật cả haicông tắc trên bộ Power Thyristor ở vị trí I.