thí nghiệm môn điện tử công suất

Mẫu ĐT05/BTN 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CƠ SỞ NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Mà SỐ HỌC PHẦN: SỐ TÍN CHỈ: 01 TC THÁI NGUYÊN – 2011 1 Mẫu ĐT05/BTN 2 TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CƠ SỞ NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Mà SỐ HỌC PHẦN: (LAB 302) SỐ TÍN CHỈ: 01 TC Trưởng Bộ môn… (Ký và ghi rõ họ tên) Trưởng khoa…… (Ký và ghi rõ họ tên) Mẫu ĐT05/BTN 3 MỤC LỤC STT Tên bài thí nghiệm Trang 1 Bài 11: Thí nghiệm điện tử công suất 3 Mẫu ĐT05/BTN 4 BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 11 Thí nghiệm điện tử công suất SỐ TIẾT: 1 TIẾT Mẫu ĐT05/BTN 5 NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM 11 Phần I. THÍ NGHIỆM 1.1. Mục đích thí nghiệm: + Là phần thực nghiệm nhằm chứng minh và làm sáng tỏ thêm những vấn đề lý thuyết đã được trình bày. Đồng thời góp phần nâng cao hiểu biết thực tế về ngành nghề cho sinh viên. + Giúp cho sinh viên được trực tiếp làm quen và tiếp xúc với các loại máy điện, thiết bị điện, các thiết bị đo, các hệ thống truyền động điện cũng như các mạch điện cụ thể. + Giúp sinh viên đo, kiểm điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu, điện áp của các khâu trong mạch tạo xung điều khiển. Khảo sát 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược. 1.2. Cơ sở lý thuyết: Trên cơ sở nội dung của bài thí nghiệm là tìm hiểu 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược và tiến hành đo dạng điện áp, dòng điện của một số khâu trong mạch điều khiển do vậy sinh viên cần phải nắm vững một số cơ sở lý thuyết sau: A. Các phương pháp điều khiển 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược * Phương pháp điều khiển phối hợp (phương pháp điều khiển chung) Ta tìm hiểu về bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, cụ thể bài thí nghiệm này gồm có 2 bộ cầu 3 pha mắc song song ngược mạch điều khiển xây dựng theo nguyên tắc khống chế phụ thuộc (phương pháp điều khiển chung). Đặc điểm của phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lưu và luôn sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu. Hình 1.1a là thí dụ về bộ chỉnh lưu đảo chiều sử dụng sơ đồ cầu ba pha. Do hai bộ chỉnh lưu cùng đấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau; theo quy ước trên sơ đồ ở hình 1.1 của điện áp u dI và u dII , điều đó nghĩa là: U dI = - U dII (1.1) hay U d0 cos I = - U d0 cos II suy ra: cos I + cos II = 0 Phương trình này cho ta quan hệ, hay luật phối hợp điều khiển hai mạch chỉnh lưu:  I +  II =  (1.2) Mẫu ĐT05/BTN 6 Hình 1.1b là đồ thị điện áp u dI và u dII khi bộ CL I ở chế độ chỉnh lưu, bộ CL II ở chế độ nghịch lưu. T 1 T 3 T 5 T 2 T 4 T 6 u a u b u c i dI u dI i dII u dII u a u b u c T 1 ’ T 2 ’ T 3 ’ T 5 ’ T 4 ’T 6 ’ R d L d E d L cb1 L cb2 u 1 u 2 CLI CLII a) d u Lcb u   1I T 1II 'T II   u ca u cb u ab u ac u bc u ba u dI u dII T 5 T 4 T 6 T 5 T 1 T 6 T 2 T 1 T 3 T 2 T 4 T 3 1  2  34 T ′ T ′ 45 TT  56 TT  61 TT  12 TT  23 TT  b) Hình 1.1 Theo (1.2) ta có:  II =  -  I Vì bộ II nghịch lưu nên :  II =  -  II suy ra:  II =  I . Lưu ý rằng, điểm gốc để xác định góc  cho hai bộ là trùng nhau đối với van có cùng số thứ tự; thí dụ van T 1 và T 1 ’ có cùng điểm mốc tính góc điều khiển 1 T  và 1 T   . Luật phối hợp điều khiển theo (1.2) mới chỉ đảm bảo trị số trung bình của hai bộ chỉnh lưu bằng nhau theo (1.1). Song giá trị tức thời của chúng là khác nhau, tức là: u dI  u dII (1.3) Mẫu ĐT05/BTN 7 Điều này dẫn đến buộc phải dùng cuộn kháng cân bằng để chống dòng ngắn mạch chảy xuyên qua hai bộ chỉnh lưu. Thí dụ, trong khoảng  1   2 , ở bộ CL I có T 1 T 6 dẫn, thì ở bộ CL II tương ứng là:  Đoạn đầu T 5 ’T 4 ’ dẫn tạo thành đường ngắn mạch: pha c – T 5 ’ – T 6 – pha b. Điện cảm L cb2 là để chống ngắn mạch theo đường dây phía dưới nối giữa hai bộ CL I và CL II .  Đoạn sau đến lượt T 6 ’T 5 ’ dẫn, tạo thành đường ngắn mạch: pha a – T 1 – T 6 ’ – pha b. Điện cảm L cb1 là để chống ngắn machcj theo đường phía trên của mạch. Như vậy mạch phải dùng hai cuộn kháng cân bằng. Dạng điện áp trên cả hai cuộn này ở hình 1.2b, dựng theo biểu thức: u dI + u dII = u Lcb = u 1 + u 2 Bây giờ ta xem xét quá trình đảo chiều điện áp tải U d . Do bộ I đang ở chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải là dòng của bộ CL I : I d = I dI , bộ II không có dòng, I dII = 0, vì chiều dòng này ngược chiều id nên không thể chảy được (tuy nhiên vẫn tồn tại dòng cân bằng). Khi đảo chiều, phải điểu khiển tăng góc điều khiển  I , tương ứng giảm dần  II theo (1.2). Do  I tăng nên U dI giảm, trong khi đó sức điện động E d không giảm nhanh bằng, dẫn đến E d > U dI , do đó: 0 R EU I dd d     tức là dòng tải sẽ đảo chiều. Nhưng bộ CL I không thể cho dòng i dI đảo chiều, nên dòng id sẽ chuyển sang chảy qua bộ CL II . Mạch vòng giữa CL II và E d là đúng các điều kiện chạy ở chế độ nghịch lưu, nên lúc này CL II thực hiện việc trả năng lượng của sức điện động E d về nguồn làm E d giảm. Khi  I tăng đến bằng 90 0 ,  II cũng giảm về giá trị 90 0 , điện áp U dI = -U dII = U d0 cos = 0, quá trình nghịch lưu của CL II kết thúc. Sau đó  II tiếp tục giảm nhỏ hơn 90 0 và chuyển sang chế độ chỉnh lưu, điện áp đã đổi dấu. Bộ CL I chuyển sang chế độ nghịch lưu phụ thuộc, quá trình đảo chiều kết thúc. Phương pháp điều khiển chung cho phép tiến hành đảo chiều nhanh do hai bộ chỉnh lưu luôn đồng thời hoạt động. Tuy nhiên phải tuân thủ nghiêm ngặt (1.2) là điều khó thực hiện chính xác. Đồng thời buộc phải có các cuộn kháng cân bằng, làm tăng kích thước, giá thành và giảm hiệu suất của thiết bị. Vì thế phương pháp này thường chỉ ứng dụng khi cần có độ tác động nhanh hoặc phải đảo chiều thường xuyên với tần suất lớn. * Phương pháp điều khiển độc lập (phương pháp điều khiển riêng) Mẫu ĐT05/BTN 8 Đặc điểm của phương pháp này là các bộ chỉnh lưu làm việc không đồng thời. Với mỗi chiều của điện áp ra chỉ có một bộ chỉnh lưu được phát xung và chạy ở chế độ chỉnh lưu; còn bộ kia được nghỉ, không được phát xung điều khiển. Như vậy không thể có dòng điện chảy xuyên thông giữa hai mạch, do đó hoàn toàn không cần các cuộn cảm cân bằng và hai bộ chỉnh lưu được đấu song song ngược nhau một cách trực tiếp. Tuy nhiên điều này dẫn đến buộc phải loại trừ khả năng hai bộ cùng hoạt động, vì lập tức sẽ xuất hiện dòng ngắn mạch xuyên thông gây sự cố cho thiết bị. Do đó quá trình đảo chiều phải thực hiện theo trình tự chặt chẽ. Thí dụ, cần chuyển sự hoạt động từ CL I dnag CL II , phải làm như sau: 1. Ngắt xung điều khiển bộ đang chạy, ở đây là bộ CL I . Do tải có tính chất điện cảm và tiristo là phần tử bán điều khiển nên nó vẫn tiếp tục dẫn mặc dù đã ngắt xung mở van. Lúc này không thể phát xung ngay cho CL II , vì sẽ xảy ra ngắn mạch xuyên thông do bộ CL I vẫn còng đang dẫn dòng id. 2. Theo dõi dòng điện id để xác định thời điểm i d = 0. Lúc đó có nghĩa van của CL I đã khoá lại. 3. Để chờ một khoảng thời gian cho van của CL I phụ hồi tính chất khoá, đảm bảo tiristo khoá chắc chắn. Khoảng thời gian này được gọi là “thời gian chết” do mạch tải không còn dòng chảy i d = 0. 4. Bắt đầu phát xung mở cho CL II ở chế độ nghịch lưu => 90 0 rồi giảm dần để chuyển sang chế độ chỉnh lưu  II < 90 0 . Sở dĩ có yêu cầu này vì thông thường sức điện động E d không giảm nhanh và vẫn giữ chiều như cũ sau khi i d = 0. Nếu phát xung ngay với  II < 90 0 sẽ làm “sập nghịch lưu” vì cả hai nguồn E d và lưới đều phát năng lượng. Chế độ nghịch lưu sẽ làm tiêu tán nhanh chóng năng lượng của E d (nếu là động cơ điện nó chính là cơ năng trên trục động cơ). Tốc độ giảm góc  II được khống chế bằng cách đo dòng tải, sao cho dòng này không vượt quá trị số cho phép. Quy trình 4 bước để đảm bảo chiều thường do một mạch điều khiển logic có độ tin cậy cao đảm nhiệm. Quy trình này cho thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc độ đảo chiều thấp hơn phương pháp điều khiển chung, song bù lại không cần đảm bảo yêu cầu (1.2) nên dễ thực hiện hơn. Vì vậy khi không có yêu cầu về độ tác động nhanh hoặc tần suất đảo chiều thấp, trong thực tế đều dùng phương pháp điều khiển riêng. B. m¹ch t¹o xung * S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo pha ®øng (h×nh ) Mẫu ĐT05/BTN 9 Sơ đồ khối bao gồm:  Khối 1: Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa ( ĐBH & SRC) :  Khối 2: Khối so sánh (SS)  Khối 3: Khối tạo xung( TX)  U 1 : Là điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu  U rc : Là điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ khối ĐBH- FSRC  U đk : Là điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào để điều giá trị góc mở ỏ  U đkT : Là điện áp điều khiển Thyritor, là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra khối tạo xung và được truyền đến điện cực điều khiển G và K của Thyritor. * Nguyên lý điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng . Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa tới mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha một góc xác định so với điện áp nguồn ,Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ ký hiệu là U đb . Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch điện này kết quả là trên đầu ra mạch phát điện áp răng cưa ta có một hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng bộ được gọi là điện áp răng cưa ký hiệu là U rc . Các điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu khác nữa là điện áp điều khiển điều chỉnh được và người ta đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này được mắc vào cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh là ngược chiều nhau.Khối so sánh làm nhiện vụ so sánh 2 tín hiệu này và tại những thời điểm hai tín hiệu này có giá §BH& FSRC SS TX U ®k U rc U 1 U ®k T Mẫu ĐT05/BTN 10 trị tuyệt đối bằng nhau thì đấu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự - số Do tín hiệu ra mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị là 0 và1. Tín hiệu ở đầu ra khối so sánh là các xung suất hiện với chu kỳ bằn chu kỳ của tín hiệu của xung răng cưa. Nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn nào của Urc thì sườn xung ấy của Urc được gọi là sườn sử dụng , điều này có nghĩa rằng : Tại thời điểm UdkUrc  ở sừơn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa thì trên đầu ra khối so sánh sẽ xuất hiện một xung điện áp . Từ đó ta thấy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện của xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá tri của U đk khi giữ nguyên dạng Urc Trong một số trương hợp thì xung ra của khối so sánh được đưa tới cực điều khiển của T,nhưng trong đa số trường hợp khi thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển T . Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện việc khuếch đại, thay đổi lại dạng xung Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch điện gọi là mạch tạo xung (TX),cuối cùng trên đầu ra khối tạo xung ta có chuỗi xung điều khiển có đủ các thông số yêu cầu. 3.3.1 Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa a. Khối đồng bộ hoá Ta dùng mạch đồng bộ là biến áp vì các ưu điểm nổi bật : Cách ly được điện áp cao áp với mạch điều khiển để an toàn về người và thiết bị. Trong trường hợp này người ta dùng một máy biến áp công suất nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ. Điện áp lưới u 1 được đặt vào cuộn sơ cấp còn bên thứ cấp ta lấy ra điện áp đồng bộ u đb . Máy biến áp để tạo ra điện áp đồng bộ được gọi là máy biến áp đồng bộ (BAĐ). b. Mạch phát sóng răng cưa Để phát sóng răng cưa ta có thể dùng: - Mạch D-R-C - Mạch D-R-C và Tranzitor - Mạch D-R-C và Tranzitor, nạp điện cho tụ bằng dòng không đổi. - Mạch dùng IC+C Trong các mạch đó, mạch dùng IC+C tạo điện áp ra có dạng răng cưa, có sườn trước có độ tuyến tính cao, độ dài sườn trước đạt được 180 0 điện, dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa vì những ưu điểm đó ta dùng mạch này. Sơ đồ như sau : *Giới thiệu sơ đồ: M¹ch ®ång bé vµ FSRC +15V -15V R 1 R 2 R 3 WR D Tr C K§TT u rc u c i v- i v+ i 1 u v u 1 u ®b - + a o * * [...]... Tiến hành thí nghiệm để đo dạng tín hiệu các khâu của mạch điều khiển bằng máy hiện sóng + Đo điện áp phần mạch lực bằng máy hiện sóng 1.3.3 Phương pháp và cách thức thí nghiệm: A Bộ biến đổi cầu 3 pha mắc song song ngược điều khiển phối hợp 1 Giới thiệu: Module được thiết kế cho hệ thống bài thí nghiệm điện tử công suất với dải công suất từ 0.75 – 3KW, có khả năng làm việc với tải R hay động cơ điện một... toàn thí nghiệm: - Người thực hiện thí nghiệm kể cả Hướng dẫn viên và sinh viên đề phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch - Các thiết bị thí nghiệm chịu sự kiểm soát an toàn theo phân cấp của nhà nước phải đảm bảo có đầy đủ biên bản kiểm định an toàn của cấp có thẩm quyền 1.3.2 Nội dung bài thí nghiệm: + Tìm hiểu sơ đồ thí nghiệm: ... rcB ss1A Điện áp này đồng bộ xung đến T1 Điện áp này đồng bộ xung đến T3 Điện áp này đồng bộ xung đến T5 Điện áp này đồng bộ xung đến T4 Điện áp này đồng bộ xung đến T6 Điện áp này đồng bộ xung đến T2 Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha A Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha B Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha C Điện áp răng cưa pha A Điện áp răng cưa pha B Điện áp răng... đồ điện áp:                 - Hình a: Điện áp vào khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa là điện áp đồng bộ hoá - Hình b: Điện áp ra khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa là - Hình c,d: Điện áp vào và ra củakhối so sánh 15 Mẫu ĐT05/BTN - Hình e,g: Điện áp qua khối sửa xung - Hình f: Điện áp ra của khối khuyếch đại xung và đây là xung ra của mạch điều khiển 1.3 Thí nghiệm: ... trong khối so sánh vì mạch so sánh này có nguyên lý làm việc đơn giản, điện áp điều khiển được cấp nguồn một chiều ổn định không phụ thuộc điện áp đưa tới bộ chỉnh lưu Sơ đồ nguyên lý của khối như hình vẽ bên * Nguyên lý làm việc: Điện áp răng cưa có điện thế u rc dương, là điện áp tựa Điện áp điều khiển có điện thế âm Thời điểm điện áp ra của bộ so sánh lật trạng thái Uđk +15V R 1 1 R 2 KĐTT + u ra... riêng 2.2 Nội dung báo cáo: 2.2.1 Cơ sở lý thuyết Phân tích cơ sở lý thuyết như mục 1.2 2.2.2 Báo cáo kết quả thí nghiệm - Tổng hợp những kết quả chính cho nội dung báo cáo - Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm - Nhận xét kết quả: + Các kết quả thu được từ thí nghiệm + So sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết + Mức độ kết quả đạt được so với yêu cầu đề ra - Kiến nghị 29 ... dây mát thiết bị đo TP_1 u Điện áp này đồng pha với điện áp đặt lên các Tiristor mắc vào pha A TP_2 u TP_3 u TP_4 U TP_5 SS1 Điện áp so sánh 1 TP_6 u Điện áp răng cưa phần dương TP_7 u TP_8 U TP_9 SS2 Điện áp so sánh 2 TP_10 X23F Xung vào điều khiển BA xung 23F TP_11 X23R Xung vào điều khiển BA xung 23R đba đb1 đb2 rx1 rcp rcn rx2 Điện áp này đồng bộ xung đến T phẩn dương Điện áp này đồng bộ xung đến... bên trái 2 Nhấn nút STOP cắt nguồn máy biến áp động lực 3 Cắt aptomat Q1  Sau khi dừng ta tiến hành thay tải điện trở rồi thực hiện việc đo điện áp trên tải với các bước thao tác như đo điện áp khi tải có tính cảm (tải là động cơ) Phần II VIẾT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 2.1 Quy định chung: Báo cáo thí nghiệm được viết một mặt trên khổ giấy A4, đóng quyển, bìa mềm (theo mẫu ) Mỗi sinh viên có một quyển báo cáo... Điện áp Chỉ dẫn Com Gnd Điểm chung của các đầu đo, dùng để kẹp dây mát thiết bị đo TP_1A u đba Điện áp này đồng pha với điện áp đặt lên các Tiristor 21 Mẫu ĐT05/BTN mắc vào pha A TP_1B u TP_1C u TP_2A u TP_2B u TP_2C u TP_3A u TP_3B u TP_3C u TP_4A u TP_4B u TP_4C u TP_5A u TP_5B u TP_5C u TP_6A u đbb Điện áp này đồng pha với điện áp đặt lên các Tiristor mắc vào pha B đbc Điện áp này đồng pha với điện. ..Mẫu ĐT05/BTN Sơ đồ gồm có máy biến áp đồng bộ hoá BAĐ để tạo ra điện áp đồng bộ uđb Phần mạch tạo điện áp răng cưa sử dụng điôt, transitor, các điện trở, tụ điện và ở đây để tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếch đại thuật toán vi điện tử KĐTT * Nguyên lý làm việc Trong sơ đồ này ta sử dụng khuếch đại thuật toán KĐTT ghép với tụ C . bài thí nghiệm Trang 1 Bài 11: Thí nghiệm điện tử công suất 3 Mẫu ĐT05/BTN 4 BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 11 Thí nghiệm điện tử. nghiệm điện tử công suất SỐ TIẾT: 1 TIẾT Mẫu ĐT05/BTN 5 NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM 11 Phần I. THÍ NGHIỆM 1.1. Mục đích thí nghiệm: + Là phần thực nghiệm nhằm chứng. thiệu: Module được thiết kế cho hệ thống bài thí nghiệm điện tử công suất với dải công suất từ 0.75 – 3KW, có khả năng làm việc với tải R hay động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 1.1. Các