Thiết kế phương án xây dựng bài thí nghiệm thực hành chỉnh lưu

Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp PHẦN MỞ ĐẦU I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Như biết, so với tượng vật lí khác cơ, nhiệt, điện, quang… tượng điện từ phát chậm Tuy nhiên, việc khám phá tượng điện từ thúc đẩy mạnh mẽ cách mạng khoa học kĩ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa - kĩ thuật điện ngành kĩ thuật ứng dụng tượng điện từ Trong chương trình đào tạo Bộ giáo dục, để đáp ứng yêu cầu giáo dục, hướng nghiệp, dạy nghề kĩ thuật điện đưa vào chương trình học trở thành môn học quan trọng Trên sở rèn luyện nâng cao kĩ thực hành người học, giúp người học củng cố kiến thức lý thuyết môn kĩ thuật điện nói chung mạch chỉnh lưu nói riêng việc xây dựng tài liệu đầy đủ, chi tiết hệ thống thực hành- thí nghiệm mạch chỉnh lưu chương trình kĩ thuật điện vô cần thiết Hiện nay, hầu hết tài liệu viết vấn đề có sơ sài Do thiết bị cần dùng để làm thực hành- thí nghiệm đa số người học tiếp xúc lần đầu nên việc phân biệt thiết bị, hình dung hình dáng thiết bị để tiến hành lắp ráp khó khăn Vì vậy, để giúp người học đọc tài liệu nhìn vào sơ đồ tự tiến hành lắp ráp thực hành- thí nghiệm việc xây dựng tài liệu có sở lý thuyết đầy đủ, chi tiết việc mô tả thiết bị cần thiết Chính lý mà chọn đề tài Thiết kế phƣơng án xây dựng thí nghiệm - thực hành: “Chỉnh lƣu” làm đề tài cho khóa luận tốt nghiệp Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nhằm thiết kế phương án xây dựng thực hành - thí nghiệm “chỉnh lưu” III.NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng sở lý luận cho nội dung thí nghiệm - thực hành đưa cách thức tiến hành thí nghiệm mạch chỉnh lưu IV.ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Bài thí nghiệm - thực hành “ chỉnh lưu ” V.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết hợp lý thuyết thực hành Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH “CHỈNH LƢU ” 1.1 TÌNH HÌNH HIỆN TẠI 1.1.1 Nội dung chƣơng trình đào tạo môn thực hành - thí nghiệm kĩ thuật điện Bài thực hành: “ Chỉnh lưu ” 10 thực hành - thí nghiệm kĩ thuật điện chương trình đào tạo ngành sư phạm kĩ thuật trường Đại học sư phạm Hà Nội Nội dung thực hành có: Thực hành mắc mạch, đo đạc mạch - Chỉnh lưu nửa chu kì - Chỉnh lưu chu kì: hình tia, hình cầu - Chỉnh lưu ba pha - Lọc điện 1.1.2 Tình hình tài liệu thực hành- thí nghiệm kĩ thuật điện Hiện tại, phòng thực hành - thí nghiệm chưa có tài liệu viết chi tiết thực hành - thí nghiệm “ chỉnh lưu” Thông thường, trước làm thực hành, sinh viên giáo viên hướng dẫn số lý thuyết dựa vào để tiến hành làm Sự chuẩn bị chủ động sinh viên thực hành - thí nghiệm nói chưa có nên sinh viên lúng túng làm thực hành 1.1.3 Nhận xét kết luận Với tình hình tài liệu thực hành- thí nghiệm kĩ thuật điện để sinh viên tự đọc tài liệu làm thực hành mạch Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp chỉnh lưu khó khăn Trong thí nghiệm mạch chỉnh lưu thực hành mà mang tính chất lý thuyết nên việc xây dựng lý thuyết cho nội dung thực hành mạch chỉnh lưu cần thiết, giúp cho sinh viên tự làm thực hành- thí nghiệm “ chỉnh lưu ” hiệu nhiều 1.2 CĂN CỨ ĐỂ XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN 1.2.1 Căn xây dựng thí nghiệm – thực hành Căn theo chương trình thực hành – thí nghiệm kĩ thuật điện chương trình đào tạo ngành Sư phạm kĩ thuật trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, – Mạch chỉnh lưu có nội dung chính: Thực hành mắc mạch, đo đạc mạch - Chỉnh lưu nửa chu kì - Chỉnh lưu chu kì: hình tia, hình cầu - Chỉnh lưu ba pha - Lọc điện Như vậy, việc xây dựng thực hành – thí nghiệm “ chỉnh lưu” với nội dung mạch chỉnh lưu đáp ứng cho người học chương trình thực hành – thí nghiệm kĩ thuật điện 1.2.2 Mục đích thực hành – thí nghiệm Thiết kế mạch chỉnh lưu 1.3 SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT 1.3.1 Giới thiệu chung mạch chỉnh lƣu 1.3.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế Sơ đồ cấu trúc thường gặp mạch chỉnh lưu hình 1.1 Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội P~ U1~ Biến áp P~ U2~ Khóa luận tốt nghiệp Mạch van P= Ud , Id Kđmv Mạch lọc P= Ud , Id Kđmra Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lƣu Trong sơ đồ có máy biến áp làm hai nhiệm vụ là: - Chuyển từ điện áp qui chuẩn lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu tải Tùy theo tải mà máy biến áp tăng áp giảm áp - Biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van Thông thường số pha lưới lớn 3, song mạch van cần số pha 6, 12… Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện mạch van đòi hỏi số pha lưới điện bỏ máy biến áp Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành trình chỉnh lưu Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) chiều cấp cho tải phẳng theo yêu cầu 1.3.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: 1) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha, hai pha, ba pha, sáu pha… 2)Phân loại theo loại van bán dẫn mạch van Hiện chủ yếu dùng hai loại van Điôt Tiristo, có ba loại Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp mạch sau:  Mạch van dùng toàn Điôt, gọi chỉnh lưu không điều khiển  Mạch van dùng toàn Tiristo, gọi chỉnh lưu điều khiển  Mạch chỉnh lưu dùng hai loại Điôt Tiristo, gọi chỉnh lưu bán điều khiển 3)Phân loại theo sơ đồ mắc van với Có hai kiểu mắc van:  Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van đấu chung đầu với – catôt chung, anôt chung  Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catôt, nửa lại mắc chung anôt Như vậy, gọi tên mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu để cụ thể mạch Thí dụ: Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển, có nghĩa mạch chỉnh lưu dùng kiểu mắc van theo sơ đồ cầu, nguồn cấp cho mạch van ba pha, dùng van có Điôt Tiristo 1.3.1.3 Các tham số mạch chỉnh lưu Các tham số dùng để đánh giá tiêu kĩ thuật phân tích thiết kế mạch chỉnh lưu, gồm có ba nhóm tham số đây: 1.Về phía tải Ud – giá trị trung bình điện áp nhận sau mạch van chỉnh lưu: Ud = = (1.1) Id – giá trị trung bình dòng điện từ mạch van cấp ra: Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Id = Pd = Ud Id (1.2) công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Về phía van Itbv – giá trị trung bình dòng điện chảy qua van mạch van Ungmax – Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc Đây hai tham số giúp việc lựa chọn van phù hợp để không hỏng hoạt động mạch Về phía nguồn Thể công suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử dụng theo công suất biểu kiến biến áp: Sba = = ksđPd (1.3) Trong đó: S1 = U1.I1 (1.4) S2 = (1.5) Ở giá trị U1 , I1 , U2i , I2i trị số hiệu dụng điện áp dòng điện phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp Do phía thứ cấp có nhiều cuộn dây, nên phải tổng cộng công suất tất m cuộn dây Để đánh giá khả biến đổi công suất xoay chiều thành chiều, công suất lấy từ lưới điện Sba so sánh với công suất chiều Pd mà tải nhận qua hệ số sơ đồ ksđ Hệ số gần chứng tỏ mạch có hiệu suất biến đổi tốt Ngoài nhóm ba tham số có tham số dùng để đánh giá phẳng điện áp chiều nhận được, gọi hệ số đập mạch k đm, xác định theo biểu thức: Kđm = Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Trong U1m biên độ sóng hài bậc theo khai triển Fourier điện áp chỉnh lưu U0 thành phần theo khai triển U0 giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu, tức U0 = Ud 1.3.1.4 Luật dẫn van Mạch van để thực trình chỉnh lưu có nhiều, nhiên chúng tuân theo hai kiểu mắc với mắc catôt chung mắc anôt chung Vì cần nhận biết hai qui luật dẫn này, ta phân tích toàn mạch van chỉnh lưu có thực tế 1.Nhóm van đấu catôt chung φA1 Đ1 φA2 Đ2 φKC φK1 Đ1 φK2 Đ2 : φAn φAC : Đn φKn Đn a) b) Hình 1.2: a) Van đấu catôt chung ; b) Van đấu anôt chung Hình 1.2a mạch van tất điôt có catôt đấu với Luật dẫn phát biểu sau: Van có khả dẫn van có điện anôt dương nhóm, nhiên dẫn điện anôt dương điện điểm catôt chung φKC Thí dụ, thời điểm ta có: φA1 > φA2 > φA3 >…… >φAn đồng thời φA1 > φKC van Đ1 dẫn Lúc đó, coi sụt áp van Đ1 dẫn ta thấy φKC = φA1 Điều dẫn đến điện áp van lại âm: Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp φAK2 = φA2 – φKC = φA2 – φA1 < ………………………………… φAKn = φAn – φKC = φAn – φA1 < Như van lại phải khóa, không dẫn Nhóm van đấu anôt chung Ở nhóm van đấu anôt chung ( hình 1.2b ) có luật dẫn sau: Van có khả dẫn van có điện catôt âm nhóm, dẫn điện âm điện điểm anôt chung φAC Trong chương áp dụng hai luật dẫn để phân tích mạch chỉnh lưu thông dụng, coi van lý tưởng, dẫn sụt áp van không ( ΔuAK = ) 1.3.2 Các mạch chỉnh lƣu Số lượng mạch chỉnh lưu nhiều, song chủ yếu số mạch gọi mạch Những mạch xác định tham số với mạch dùng van Điôt tải trở 1.3.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kì U2 θ i2 Đ id +(-) U1 θ U2 π 2π π 2π Rd u d ud - (+) Đ dẫn Đ khóa Hình 1.3 Chỉnh lƣu nửa chu kì Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Mạch van có van điôt Đ ( hình 1.3 ) Do nửa chu kì đầu ( π ) điện áp đặt vào mạch van u2 > với cực tính dương điôt Đ dẫn Vì coi ΔUĐ = nên có ud sau ( π u2 Ở nửa đầu chu kì ) điện áp u2 đảo dấu ( cực tính ngoặc sơ đồ ) nên điôt Đ khóa, Ud = Như điện áp chỉnh lưu nhận tải là: Ud = = Vì tải trở nên: = Id = = 0,45 U2 (1.6) (1.7) Theo mạch ta thấy dòng qua van dòng qua tải dòng chảy qua cuộn thứ cấp biến áp, Itbv = Id Điện áp ngược van xuất van khóa, tức khoảng ( π 2π ) Theo sơ đồ lúc uAK = u2 , điện áp ngược van biên độ điện áp thứ cấp máy biến áp U2m = U2 *) Ưu điểm: Mạch điện đơn giản, dùng điôt *) Nhược điểm: Mạch điện làm việc nửa chu kì nên hiệu suất sử dụng biến áp nguồn thấp Dạng sóng có độ gợn sóng lớn, việc lọc san độ gợn sóng khó khăn, hiệu nên thực tế dùng 1.3.2.2 Mạch chỉnh lưu chu kì hình tia Thực chất, theo phân loại mạch chỉnh lưu hình tia hai pha (hình 1.4a), biến áp biến điện áp pha sơ cấp u thành hai điện áp ngược pha 1800 thứ cấp u2’ u2” Ở mạch van điôt Đ1, Đ2 đấu theo kiểu catôt chung, chúng làm việc theo luật dẫn anôt điôt Đ1 nối với u2’, anôt điôt Đ2 nối với điện áp u2” Vì khoảng (0 Vũ Thanh Kim Huệ ), điôt Đ1 dẫn K32D - SPKT 10 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 2.8 Đặc tính vôn – ampe điôt a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính hóa; c) Đặc tính lý tƣởng Trên đường đặc tính thuận, điện áp anôt – catôt tăng dần từ đến vượt qua ngưỡng điện áp UD,0, cỡ 0,6V – 0,7V, dòng chảy qua điôt Dòng điện ID thay đổi lớn điện áp rơi điôt UAK thay đổi Như đặc tính thuận điôt đặc trưng tính chất có điện trở tương đương nhỏ Trên đường đặc tính ngược, điện áp UAK tăng dần từ đến giá trị Ung.max, gọi điện áp ngược lớn nhất, dòng qua điôt có giá trị nhỏ, gọi dòng rò, nghĩa điôt cản trở dòng chạy qua theo chiều ngược Cho đến UAK đạt đến giá trị Ung.max xảy tượng dòng qua điôt tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng điện ngược điôt bị phá vỡ Quá trình tính đảo ngược, nghĩa ta lại giảm điện áp anôt – catôt dòng điện không giảm Ta nói điôt bị đánh thủng Để phân biệt giá trị dòng điện lớn phần đặc tính thuận với dòng điện nhỏ phần đặc tính ngược, ta ghi đơn vị A nửa trục dòng điện mA nửa trục dòng điện Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính toán, người ta thường dùng đặc tính dẫn dòng, tuyến tính hóa điôt biểu diễn hình 2.8b Đặc tính biểu diễn qua biểu thức: uD = UD,0 + rD.ID Trong rD = điện trở tương đương điôt dẫn dòng Đặc tính vôn – ampe điôt thực tế khác nhau, phụ thuộc vào dòng điện cho phép chạy qua điôt điện áp ngược lớn mà điôt chịu Tuy nhiên để phân tích sơ đồ biến đổi đặc tính Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 30 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp lý tưởng cho hình 2.8c sử dụng nhiều Theo đặc tính lý tưởng, điôt cho phép dòng điện lớn chạy qua với sụt áp chịu điện áp ngược lớn với dòng rò Nghĩa là, theo đặc tính lý tưởng, điôt có điện trở tương đương dẫn hóa 2.1.2.4 Đặc tính đóng cắt điôt u(t) t i(t) tr t Vùng -Qr (1) (2) (3) (4) (5) (6) Hình 2.9 Đặc tính đóng - cắt điôt Khác với đặc tính vôn – ampe đặc tính tĩnh, đặc tính u(t), i(t) cho thấy dạng điện áp dòng điện điôt theo thời gian, gọi đặc tính động, hay đặc tính đóng cắt điôt Đặc tính đóng cắt tiêu biểu điôt thể hình 2.9 Theo đặc tính hình 2.9, điôt trạng thái khóa khoảng thời gian (1) (6) với điện áp phân cực ngược dòng điện Ở Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 31 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp khoảng (2) điôt bắt đầu vào dẫn dòng Dòng điện ban đầu nạp điện tích cho tụ điện tương đương tiếp giáp P – N, trước bị phân cực ngược, làm điện áp dương điôt tăng lên đến vài vôn điện trở vùng nghèo điện tích lớn Khi lượng điện tích đủ lớn, độ dẫn điện tiếp giáp tăng lên, điện trở giảm điện áp điôt trở ổn định mức sụt áp UD,0 cỡ – 1,5 V Trong khoảng (3) điôt hoàn toàn trạng thái dẫn Quá trình khóa điôt khoảng (4) Điôt phân cực thuận điện tích lớp tiếp giáp P – N di chuyển hết bên Thời gian di chuyển phụ thuộc tốc độ tăng dòng ngược lượng điện tích tích lũy, phụ thuộc giá trị dòng điện mà điôt dẫn trước Ở cuối giai đoạn (4), tiếp giáp P – N trở nên phân cực ngược điôt có khả ngăn cản dòng điện Trong giai đoạn (5) tụ điện tương đương tiếp giáp P – N- nạp tiếp tục tới điện áp phân cực ngược Diện tích gạch chéo đường dòng điện i (t) tương ứng với lượng điện tích phải di chuyển bên Qr điện tích phục hồi Thời gian tr giai đoạn (4) đến cuối giai đoạn (5) gọi thời gian phục hồi thông số quan trọng điôt 2.4.2.5 Các thông số điôt Giá trị trung bình dòng điện cho phép chạy qua điôt theo chiều thuận, ID Trong trình làm việc, dòng điện chạy qua điôt phát nhiệt làm nóng tinh thể bán dẫn điôt Công suất phát nhiệt tích dòng điện chạy qua điôt với điện áp rơi Điôt dẫn dòng theo chiều từ anôt đến catôt, điều nghĩa công suất phát nhiệt tỉ lệ với giá trị trung bình dòng điện Vì dòng điện ID thông số quan trọng để lựa chọn điôt cho ứng dụng thực tế Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 32 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Giá trị điện áp ngược lớn mà điôt chịu đựng được, Ung.max Thông số thứ hai quan trọng để lựa chọn điôt giá trị điện áp ngược lớn mà điôt chịu đựng Như đặc tính vôn – ampe ra, trình điôt bị đánh thủng trình đảo ngược được, ứng dụng phải đảm bảo UAK < Ung.max Tấn số Quá trình phát nhiệt điôt phụ thuộc vào tần số đóng cắt điôt Trong trình điôt mở khóa lại, tổn hao công suất tức thời u(t).i(t) có giá trị lớn lúc điôt dẫn dòng bị khóa Vì tần số đóng cắt cao thời gian đóng cắt điôt so sánh với khoảng thời gian dẫn dòng tổn thất điôt lại bị qui định chủ yếu tần số làm việc mà giá trị trung bình dòng điện Các điôt chế tạo với tần số làm việc khác nhau, tần số thông số quan trọng phải lưu ý lựa chọn điôt Thời gian phục hồi tr điện tích phục hồi Qr Các điôt bị khóa lại có dòng ngược để di chuyển lượng điện tích Q r khỏi cấu trúc bán dẫn, phục hồi khả khóa Thời gian phục hồi tr bị kéo dài, làm chậm lại trình chuyển mạch van Dòng điện ngược tăng xung dòng van mở với biên độ lớn Hơn thời gian phục hồi làm tăng tổn thất trình đóng cắt van Những lí khiến người ta phải đặc biệt lưu ý đến ảnh hưởng tr trường hợp cụ thể Để giảm thời gian chuyển mạch phải sử dụng loại điôt có t r ngắn, cỡ μs Tuy nhiên dòng điện ngược thay đổi nhanh, gây nên điện áp lớn mạch điện có điện cảm Tóm lại không nên nghĩ điôt phần tử đơn giản mà bỏ qua trình khóa lại điôt Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 33 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Điôt phân chia theo tr loại thường, ví dụ loại dùng cho chỉnh lưu với tần số 50Hz, không cần để ý đến t r, cắt nhanh cắt cực nhanh Với loại cắt nhanh, tr thông số quan trọng đưa tài liệu kĩ thuật điôt 2.1.2.6 Xác định cực điôt Ta xác định cực điôt cách vào hình dạng bên cách dùng đồng hồ vạn - Căn vào hình dạng bên ta thấy đầu điôt có vòng tròn màu trắng cực catôt, suy đầu lại cực anôt - Dùng đồng hồ vạn năng: Trước tiên ta chuyển đồng hồ thang đo điện trở 100Ω Kiểm tra, chỉnh lại kim đồng hồ cho vị trí 0Ω chập hai đầu que đo lại Chú ý: + Que đỏ cắm cực dương (+) đồng hồ cực âm ( - ) pin 1,5V đồng hồ + Que đen cắm cực âm ( - ) đồng hồ cực dương (+) pin 1,5V đồng hồ Que đen Que Đo phân cực thuận A Que đỏ K Đo phân cực ngược Que đỏ đen Hình 2.10 Cách xác định cực điôt : : Cực dƣơng pin ; : Cực âm pin - Bước ta đo điện trở thuận điện trở ngược điôt Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 34 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Thông thường điện trở thuận khoảng vài chục ôm, điện trở ngược khoảng vài trăm kilô ôm Ta đo điện trở thuận, điện trở ngược hai đầu điôt theo sơ đồ hình 2.20 2.1.3 Tụ lọc 2.1.3.1 Cấu tạo Tụ dùng mạch chỉnh lưu tụ hóa hay tụ điện phân Tụ điện phân nhôm tạo từ hai nhôm kim loại dẫn điện, chúng phủ lớp ôxit cách điện, miếng đệm giấy nhúng chất điện phân Lá phủ lớp ôxit anôt chất điện phân chất rắn thứ hai đóng vai trò catôt Chúng cuộn lại, đưa vào chân nối đặt vào bên lớp bọc nhôm hình trụ Hình 2.11 Hình dạng tụ hóa Trên thân tụ có ghi trị số điện dung (μF), hiệu điện (V) 2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động Tụ điện công cụ có khả tích, lưu nhả điện dạng lượng điện trường Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 35 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Sau chỉnh lưu ta thu điện áp chiều nhấp nhô, tụ lọc điện áp nhấp nhô chưa thể dùng vào mạch điện tử, mạch nguồn, ta phải lắp thêm tụ lọc có trị số từ vài trăm μF đến vài nghìn μF vào sau điôt chỉnh lưu ud θ Khi lắp tụ lọc vào mạch, phóng điện làm san điện áp Điện dung tụ lọc lớn điện áp đầu phẳng 2.2 TIẾN HÀNH LÀM CÁC THÍ NGHIỆM 2.2.1 Thí nghiệm mạch chỉnh lƣu nửa chu kì *) Sơ đồ: Đ U1 U2 + C _ Hình 2.12: Sơ đồ thí nghiệm mạch chỉnh lƣu nửa chu kì *) Các bước tiến hành +) Bước 1: Kiểm tra thiết bị - Kiểm tra số lượng linh kiện gồm có: máy biến áp loại cuộn sơ cấp đầu ( hình 2.1a), điôt, tụ hóa - Kiểm tra chất lượng linh kiện: linh kiện xem tốt hay hỏng +) Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ thí nghiệm (hình 2.12) +) Bước 3: Kiểm tra điện áp có phải điện áp chiều không Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 36 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nối nguồn xoay chiều vào cuộn sơ cấp máy biến áp, dùng đồng hồ vôn chiều đo nguồn Nếu mạch hoạt động: Khi ta nắp (+) đồng hồ với (+) nguồn, ( - ) đồng hồ với ( - ) nguồn kim đồng hồ đo quay theo chiều kim đồng hồ giá trị Khi nắp ngược kim đồng hồ quay ngược lại Nếu đo mà kim đồng hồ không quay mạch chưa hoạt động 2.2.2 Thí nghiệm chỉnh lƣu chu kì hình tia *) Sơ đồ: Đ1 + u2’ C u1 _ u2” Đ2 Hình 2.13: Sơ đồ thí nghiệm mạch chỉnh lƣu chu kì hình tia *) Các bước tiến hành +) Bước 1: Kiểm tra thiết bị - Kiểm tra số lượng linh kiện gồm có: máy biến áp loại thứ cấp đầu ra, điôt tụ lọc - Kiểm tra chất lượng linh kiện: linh kiện tốt hay hỏng +) Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ thí nghiệm (hình 2.13) +) Bước 3: Kiểm tra - Tương tự ta tiến hành kiểm tra thí nghiệm mạch chỉnh lưu pha nửa chu kì 2.2.3 Thí nghiệm chỉnh lƣu chu kì hình cầu *) Sơ đồ: Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 37 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp + u1 u2 Đ4 Đ1 Đ3 Đ2 C _ Hình 2.14: Sơ đồ thí nghiệm mạch chỉnh lƣu cầu pha *) Các bước tiến hành +) Bước 1: Kiểm tra thiết bị - Kiểm tra số lượng linh kiện gồm có: máy biến áp loại thứ cấp đầu (hình 2.1a), điôt tụ lọc - Kiểm tra chất lượng linh kiện +) Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ thí nghiệm (hình 2.24) +) Bước 3: Kiểm tra Ta tiến hành kiểm tra thí nghiệm mạch chỉnh lưu pha nửa chu kì Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 38 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG TÍNH TOÁN KÍCH THƢỚC BÀN THÍ NGHIỆM VÀ BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRÊN BÀN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƢỚC BÀN THÍ NGHIỆM 3.1.1 Các yêu cầu chung Khi mua sắm, thiết kế bàn ghế thiết bị đồ dùng cần ý tới số yêu cầu sau: -Bàn ghế cần thiết kế, mua sắm phù hợp với học sinh Việt Nam -Các bàn thực hành cần phải cách điện tốt, mặt bàn phải khoẻ, chịu va đập, kéo xước -Đảm bảo tính thẩm mĩ tinh tế 3.1.2 Tính toán kích thƣớc bàn thí nghiệm phòng thực hành – thí nghiệm 3.1.2.1 Bàn giáo viên Bàn giáo viên kích thước phổ biến thích hợp 150×65×75 (cm) tương ứng chiều dài, rộng, cao bàn Bàn làm chất liệu gỗ, ván ép có nhiều ngăn kéo để chứa tài liệu, dụng cụ phục vụ hướng dẫn thực hành Bố trí vị trí bàn giáo viên đặt vị trí cho tiện quan sát, theo dõi bàn thí nghiệm phòng thí nghiệm Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 39 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.1.2.2 Bàn thực hành – thí nghiệm a Bàn thực hành điện bản: - Chất liệu: Làm gỗ tự nhiên ván ép đảm bảo yêu cầu chung - Kết cấu: Bàn có ngăn kéo đựng dụng cụ nguyên vật liệu - Kích thước: Kích thước bàn thí nghiệm thiết kế phù hợp với trường hợp đảm bảo người thực hành quan sát bao quát toàn bàn thí nghiệm lắp ráp chi tiết cách tối ưu Trường hợp 1: người làm Kích thước phù hợp để học sinh thực hành tư đứng 50×40×70 (cm) tương ứng chiều dài, rộng, cao bàn Trường hợp 2: người làm Kích thước phù hợp để học sinh thực hành tư đứng 100×60×70 (cm) tương ứng chiều dài, rộng, cao bàn Trường hợp 3: người làm Kích thước phù hợp để học sinh thực hành tư đứng 150×80×70 (cm) tương ứng chiều dài, rộng, cao bàn b.Bàn thực hành: “ Chỉnh lưu “ - Chất liệu: Đảm bảo yêu cầu chung, chịu sức nặng thiết bị Mặt bàn thường làm gỗ tự nhiên, ván ép dày loại tốt làm vật liệu xây dựng - Kết cấu: Bàn cần có ngăn kéo đựng số dụng cụ như: dây nối, đồng hồ vạn năng, Chú ý: tránh việc để dụng cụ tràn lan bàn - Kích thước: + Cho người thực hành đảm bảo học sinh thực hành tư đứng bên là: 65×55×75 (cm) tương ứng chiều dài, rộng cao bàn Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 40 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp + Cho người thực hành đảm bảo học sinh thực hành tư đứng bên là: 70×65×75 (cm) tương ứng chiều dài, rộng cao bàn + Cho người thực hành đảm bảo học sinh thực hành tư đứng bên là: 100×80×75 (cm) tương ứng chiều dài, rộng cao bàn 3.2 BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRÊN BÀN THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM BÀI: “ Chỉnh lưu ” Có số phương án để lựa chọn phải đảm bảo vấn đề sau: - Người làm thí nghiệm - thực hành phải có tư thoải mái, cử động không bị vướng - Trên mặt bàn phải có đủ chốt cho: + máy biến áp dùng cho chỉnh lưu nửa chu kì chỉnh lưu chu kì hình cầu ( chốt ) + máy biến áp dùng cho chỉnh lưu chu kì hình tia ( chốt ) + Mỗi điôt chốt + Mỗi tụ điện chốt + Điện áp vào chốt + Lối chốt + Ngoài có nút ấn cấp điện, cắt điện * Bố trí theo phương án dồn thiết bị loại vào khu vực Sơ đồ: Nguồn Sơ cấp Sơ cấp Thứ cấp Đ1 Thứ cấp Đ2 Đ3 Đ4 Thứ cấp C1 Tải C2 Stop K32D - SPKT Start Vũ Thanh Kim Huệ 41 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đặc điểm : - Mạch lắp dựa sơ đồ thí nghiệm - Khi lắp mạch đường dây không bị bắt chéo 3.3 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƢƠNG - Việc tính toán kích thước bàn thí nghiệm cách bố trí thiết bị bàn thực hành – thí nghiệm cần thiết làm thực hành Nếu tính toán sai không phù hợp làm ảnh hưởng đến trình thực hành làm kết thực hành không xác - Trên tinh thần thiết kế phương án xây dựng thí nghiệm : “Chỉnh lưu” Vì nghiên cứu chương với mục đích giúp buổi thực hành thực cách dễ dàng thuận tiện nhất, với việc tính toán kích thước bàn thí nghiệm cách bố trí thiết bị bàn thực hành – thí nghiệm dự kiến KẾT LUẬN CHUNG Với mục đích đề tài viết lý thuyết cho thực hành: “ Chỉnh lưu ” Sau trình tìm tòi nghiên cứu tài liệu đề tài hoàn thành Trong đề tài xây dựng tài liệu đầy đủ, chi tiết, hệ thống lý thuyết, bước tiến hành việc mô tả thiết bị cho thực hành – thí nghiệm Từ giúp người học đọc tài liệu, nhìn vào sơ đồ tự tiến hành lắp ráp thực hành Tôi hi vọng Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 42 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp sau đọc đề tài khoa học người học không cảm thấy lúng túng hay gặp khó khăn trình làm thực hành Trong trình thực đề tài có sử dụng đề tài viết môn thực hành kĩ thuật điện tác giả Nguyễn Thị Hồng Nhung phần nội dung đề tài kết trình nghiên cứu thân Do điều kiện thời gian ngắn sinh viên bước đầu làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học nên đề tài không tránh khỏi hạn chế thiếu sót định Vì vậy, mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn bè để đề tài hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương trình đào tạo môn thực hành – thí nghiệm Kỹ thuật điện trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh - Điện tử công suất NXB Khoa học kỹ thuật năm 2004 Đ ỗ Xuân Thụ - K ỹ thuật điện tử NXB Giáo dục Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh - Kỹ thuật điện NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2002 Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 43 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Trần Minh Sơ – Giáo trình thực hành- thí nghiệm Kỹ thuật điện.NXB Đại học Sư phạm 2003 Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh – Giáo trình Kỹ thuật điện.NXB Giáo dục 2007 Nguyễn Thị Hồng Nhung – Thiết kế xây dựng thí nghiệm - thực hành xác định thông số máy biến áp pha qua thí nghiệm không tải, ngắn mạch, có tải Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 44 [...]... các mạch chỉnh lưu có dạng gợn sóng, không phẳng, gọi là độ đập mạch Số lần đập mạch ( kí hiệu mđm ) trong một chu kì của nguồn xoay chiều 2π phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu Số đập mạch mđm càng cao thì dạng ud càng phẳng, tức là hệ số đập mạch kđm nhỏ hơn CHƢƠNG 2 CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ CÓ TRONG MẠCH ĐIỆN CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH Chỉnh lƣu” 2.1 CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ CÓ TRONG... điện làm san bằng điện áp ra Điện dung của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng 2.2 TIẾN HÀNH LÀM CÁC THÍ NGHIỆM 2.2.1 Thí nghiệm mạch chỉnh lƣu một nửa chu kì *) Sơ đồ: Đ U1 U2 + C _ Hình 2.12: Sơ đồ thí nghiệm mạch chỉnh lƣu một nửa chu kì *) Các bước tiến hành +) Bước 1: Kiểm tra các thiết bị - Kiểm tra số lượng linh kiện gồm có: 1 máy biến áp loại cuộn sơ cấp 2 đầu ra ( hình 2.1a),... nữa một số thông số khác cũng không tốt Mạch chỉnh lưu này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ đên vài KW, nó thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp vì sụt áp trên đường ra tải chỉ có một van 1.3.2.3 Mạch chỉnh lưu cả chu kì hình cầu Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 12 Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Mạch chỉnh lưu gồm 4 van Đ1 Đ4 đấu thành hai nhóm ( hình 1.6a ): Đ1Đ3 nhóm catôt... So sánh giá trị này với trường hợp chỉnh lưu ba pha hình tia, ta thấy nó có trị số gấp hai lần Điều này có thể thấy theo sơ đồ ở hình 1.10a, sơ đồ cầu ba pha dường như là hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm điôt lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm điôt chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm còn lại, vì vậy tổng quát ta có hai chỉnh lưu ba pha hình tia nối tiếp nhau Điện áp ud của các mạch chỉnh. .. Hoặc k 2.1.1.3 Biến áp nguồn mạch chỉnh lưu Biến áp nguồn cho mạch van chỉnh lưu làm việc không giống với các biến áp nguồn thông thường, vì dòng điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không sin Điều này làm cho công suất máy biến áp lớn hơn công suất tải nhận được ngay cả khi coi biến áp là lí tưởng ( không có tổn thất ) Ta xem xét vấn đề này trên thí dụ mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kì với tải... yêu cầu đặc biệt *) Nhược điểm: Có hai điôt tham gia dẫn dòng, như vậy sẽ có sụt áp do hai điôt gây ra Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, nhất là với điện áp trên 10V, dòng tải có thể đến một trăm ampe 1.3.2.4 Chỉnh lưu hình tia ba pha Mạch van gồm ba điôt Đ1 Đ2 Đ3 mắc thành một nhóm (hình 1.8a), ở đây là kiểu catôt chung, do vậy chúng sẽ hoạt động theo luật dẫn 1 Điện áp... áp có nhiều cuộn thứ cấp trên một pha để dùng phương pháp đấu ziczăc Mạch van sơ đồ cầu cải thiện được điều này vì không có thành phần một chiều ở cuộn thứ cấp, do mỗi pha nguồn được nối với hai van, mỗi van dẫn dòng một chiều (hình 2.4b) a) b) u21 i21 u21 ~ id ~: u2i i2i ~ ~ Hình 2.4 Dòng điện nguồn xoay chiều i2 Do vậy chỉnh lưu sơ đồ cầu tốt hơn chỉnh lưu hình tia cùng loại về chỉ tiêu này - Xác... cực đại trên van là điện áp dây cực đại: Ung max = Udây max = U2 = U2 (1.11) Chỉnh lưu hình tia ba pha có đặc điểm tương tự chỉnh lưu hình tia hai pha Để mạch hoạt động cần có biến áp để đưa điểm trung tính N ra tải Vì mạch dùng nguồn ba pha nên công suất có thể tăng lên nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe 1.3.2.5 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha Đ1 Đ3 Đ5 Đ1 Đ3 Đ5 a b ud Rd Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 16... tích, lưu và nhả điện dưới dạng năng lượng của điện trường Vũ Thanh Kim Huệ K32D - SPKT 35 Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử, do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm μF đến vài nghìn μF vào sau điôt chỉnh lưu. .. nguyên nhân làm cho mạch chỉnh lưu loại này không thể ứng dụng cho dải công suất trung bình và lớn Nhìn chung các biến áp cho mạch chỉnh lưu đều có đặc điểm: Sba > Pd Trong đó mạch van hình tia luôn có dòng điện thứ cấp chỉ chảy theo một chiều do chỉ có một van nối với mỗi nguồn xoay chiều ( hình 2.4a ), nên công suất biến áp lớn hơn nhiều Pd vì lõi thép bị từ hóa một chiều bởi thành phần không đổi Id ... Nhằm thiết kế phương án xây dựng thực hành - thí nghiệm chỉnh lưu III.NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng sở lý luận cho nội dung thí nghiệm - thực hành đưa cách thức tiến hành thí nghiệm mạch chỉnh lưu. .. CHƢƠNG XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH “CHỈNH LƢU ” 1.1 TÌNH HÌNH HIỆN TẠI 1.1.1 Nội dung chƣơng trình đào tạo môn thực hành - thí nghiệm kĩ thuật điện Bài thực hành: “ Chỉnh lưu ”... sinh viên tự làm thực hành- thí nghiệm “ chỉnh lưu ” hiệu nhiều 1.2 CĂN CỨ ĐỂ XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN 1.2.1 Căn xây dựng thí nghiệm – thực hành Căn theo chương trình thực hành – thí nghiệm kĩ thuật