Thiết Kế Và Thi Công Bộ Thí Nghiệm Điện Tử Công Suất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA : ĐIỆN _ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN : ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ` Sinh viên thực : TRẦN DŨNG HUỲNH ĐĂNG TUẤN Lớp : 95KĐĐ Giáo Viên hướng dẫn : VŨ ĐỖ CƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH 03 -2000 LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta bước vào kỷ 21, kỷ tiến khoa học kỹ thuật Sự tiến kỹ thuật giúp thay đổi toàn sống Trong giai đoạn công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, VIỆT NAM muốn phát triển cách vững mạnh phải 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 phải đầu tư, phát triển mô hình dạy học Mô hình dạy học giúp giảm chí phí đào tạo nâng cao chất lượng giảng dạy Học sinh có dòp làm quen với mô hình giống với hệ thống điều khiển thực tế, rút ngắn khoảng cách lý thuyết thực tế Do Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng đầu tư, phát triển công cụ dạy học mang tính chất mô nhằm giúp cho sinh viên lónh hội kiến thức cách thấu đáo thông qua phương pháp trực quan Qua đó, người học phát triển vận dụng kiến thức học cách hiệu theo yêu cầu cụ thể khu chế xuất, nhà máy lónh vực có liên quan điện Để đáp ứng phần nhu cầu trên, khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, nhóm thực xin tiến hành đề tài : "THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT" Mục đích đề tài xây dựng mô hình thí nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ linh kiện bán dẫn công suất ứng dụng thông qua việc tiến hành thí nghiệm thí nghiệm Đồng thời, sở mô hình dụng cụ dạy học, nhóm thực cố gắng xây dựng thực tập để sinh viên cố lại học lý thuyết Nội dung mô hình sử dụng linh kiện điện tử công suất thyristor, diode … làm thay đổi điện áp chiều để điều khiển tải dùng công suất lớn Trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt lónh vực điều khiển, vấn đề thay đổi điện áp chiều vấn đề thường gặp Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ động chiều, điều khiển độ sáng đèn điện v.v… Khi nắm ứng dụng trên, sinh viên thấy tầm quan trọng học để vận dụng chúng vào thực tiễn sau học xong Với giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực cố gắng thực tốt nhiệm vụ giao Tuy nhiên kiến thức hạn chế, thời gian kinh phí thực hạn hẹp nên nhóm thực không tránh khỏi nhầm lẫn thiếu sót, kính mong góp ý quý thầy cô bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện PHẦN DẪN NHẬP I ĐẶT VẤN ĐỀ Như biết, lónh vực Giáo Dục Đào Tạo nói chung, Đào Tạo Kỹ Thuật nói riêng, chất lượng đào tạo vấn đề hàng đầu xu phát triển Ngoài loài người bước sang niên kỷ chắn cần thiết sản phẩm đào tạo có nhiều chất xám Muốn vậy, Ngành Đào Tạo cần phải đầu tư thiết bò dạy học, mô hình dạy học phù hợp cho đối tượng đào tạo Đứng trước yêu cầu thực tiễn trên, Nhóm sinh viên chúng em xin thực đề tài mô hình dạy học :’’BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ’’ Mục đích Nhóm thực xây dựng dụng cụ dạy học ,bài học thực tập cho sinh viên Khoa Điện Qua giúp cho sinh viên hiểu rỏ linh kiện điện tử công suất ứng dụng II GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Với đề tài mang tính thực tiễn ,vấn đề thực việc thiết kế ,thi công xây dựng mô thực tập nhóm hoàn chỉnh thật có ứng dụng rộng rãi Trường Kỹ Thuật Đó điều mà nhóm thực mong muốn đạt Tuy nhiên thời gian, kiến thức có hạn hạn chế khách quan khác nên đề tài không sâu điều khiển động chiều tất phương pháp mà tập trung điều khiển động DC cách thay đổi điện áp Đồng thời xây dụng mô hình dạy học cho vừa an toàn vừa đảm bảo phương pháp sư phạm kỹ thuật Tóm lại nội dung thực bao gồm ; • Khảo sát mạch điều khiển điện áp cách thay đổi độ rộng xung • Thiết kế thi công mạch điều khiển điện áp chiều phương pháp thay đổi biến đổi độ rộng xung • Thiết kế thi công mô hình dạy học, xây dựng thực tập dựa mô hình Ngoài nhóm thực hiên chưa thực mô hình điều khiển cho đối tượng tải vòng kín để nâng hiệu ứng dụng thực tế III MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Việc vận dụng môn điện tử ứng dụng để điều chỉnh phương pháp cho động chiều vấn đề không mẻ tính mẻ đề tài thể chổ : XÂY DỰNG ĐƯC MÔ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC QUAN GIÚP CHO SINH VIÊN KHOA ĐIỆN THÍ NGHIỆM MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ LỜI NÓI ĐẦU PHẦN DẪN NHẬP Trang I Đặt vấn đề II Giới hạn vấn đề III Mục đích nghiên cứu PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN I Thể thức nghiên cứu II Cơ sở lý luận 1 Chương I :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT I Diode II Transistor III Thyristor Chương II: KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC I Giới thiệu động điện chiều II Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều PHẦN NỘI DUNG 11 15 15 18 Chương III: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG 20 I Bộ băm xung chiều dùng SCR 20 II Bộ tạo xung kích cho SCR 29 Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH I Thiết kế mạch II Thi công mạch Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH I Thiết kế II Thi công Chương VI: SOẠN BÀI THỰC TẬP I Giới thiệu mô hình II Các thí nghiệm KẾT LUẬN 33 33 40 42 42 44 46 46 46 MỤC LỤC I Thể thức nghiên cứu: Thời gian nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu đề tài xem qui trình công nghệ hẳn hoi đòi hỏi phải tiến hành theo khâu bao gồm việc chọn đề tài, biên soạn đề cương, thu thập kiện, xử lý kiện, viết công trình nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp tiến hành thực khoảng thời gian tuần : Tuần : Chọn đề tài, xác hóa đề tài, soạn đề cương, thu thập kiện tài liệu liên hệ Tuần : Biên soạn nội dung phần lý thuyết Tuần : Thiết kế mạch giấy tiến hành thi công, thử mạch Tuần : Thiết kế bàn thực tập Tuần : Soạn thực tập cho mô hình thiết kế Tuần : Hoàn chỉnh mô hình, hoàn thiện phần lý thuyết để in ấn nộp luận văn Phương pháp thu thập kiện : Đây giai đoạn quan trọng, sử dụng phương pháp phương tiện nghiên cứu để thu thập kiện đề tài xác đònh Dữ kiện thu thập chất liệu để hình thành công trình thực đề tài Vấn đề thu thập kiện đầy đủ, xác, phù hợp với nội dung nghiên cứu Trong phạm vi luận văn người nghiên cứu sử dụng phương pháp tham khảo tài liệu để thu thập kiện giải đề tài Việc tham khảo tài liệu giúp người thực bổ sung thêm kiến thức, lý luận phương pháp mà công trình nghiên cứu trước xây dựng Nhờ người nghiên cứu tập trung giải vấn đề tồn Tuy nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu bảo đảm tính kế thừa phát triển có chọn lọc Xử lý kiện : Các kiện sau thu thập chưa thể sử dụng mà phải qua trình sàng lọc, sửa chữa, phân tích khái quát thành lý luận Tài liệu sử dụng tài liệu có chất lượng cao chủ yếu tài liệu gốc nên bảo đảm xác nội dung đề cập Trình bày đồ án : Đề tài tốt nghiệp trình bày theo cấu trúc tập đồ án tốt nghiệp để phù hợp với nội dung thời gian nghiên cứu đồng thời đáp ứng yêu cầu chương trình đào tạo trường Trình bày thành văn công trình nghiên cứu khoa học giai đoạn hoàn thành nghiên cứu, không xem trình kỹ thuật mà trình sáng tạo sâu sắc Chính việc nắm vững bút pháp nghiên cứu khoa học giúp người nghiên cứu làm sáng tỏ thêm kết đạt được, phát triển chúng có thêm kiến thức II Cơ sở lý luận : Đồ án tốt nghiệp thực chất trình nghiên cứu khoa học - trình nhận thức hành động Quá trình đòi hỏi phải có thời gian đònh tương xứng với nội dung đối tượng nghiên cứu tính chất phức tạp vấn đề nghiên cứu Việc nghiên cứu khoa học giúp ta tìm Cái mang tính chủ quan người nghiên cứu mà mang tính khách quan xã hội Nghiên cứu khoa học phải nhằm mục đích phục vụ xã hội, đáp ứng yêu cầu thực tiễn Hoạt động ngiên cứu khoa học muốn đạt kết tốt phải hội đủ yếu tố : Phương tiện, phương pháp, sở vật chất, máy móc thiết bò, hình thức tổ chức Các yếu tố có mối quan hệ hữu phù hợp với đối tượng nghiên cứu CÁ C CƠ SỞ CHO VIỆ C NGHIÊ N CỨ U ĐỀ TÀ I Kiến thức lực người nghiên cứu : Trong trình nghiên cứu thực đề tài người nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ độ khó độ phức tạp đề tài cho phù hợp với khả năng, kiến thức lực người nghiên cứu Độ phức tạp đề tài thể mặt : lónh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu đồng hay không đồng Tuy nhiên cần lưu ý giá trò đề tài không phụ thuộc vào độ phức tạp Đề tài hẹp chưa đề tài giá trò Mỗi đề tài nghiên cứu khoa học có phạm vi đònh, phạm vi hẹp nghiên cứu sâu Độ khó đề tài nói lên tính vừa sức người nghiên cứu Do độ phức tạp đề tài thường có mối liên hệ tương hổ với độ khó Kiến thức người nghiên cứu (đây điều kiện chủ quan người nghiên cứu) Trước hết vốn liếng, kinh nghiệm người nghiên cứu Giáo sư Hà Văn Tấn nhận xét : “Trình độ học sinh, sinh viên không cho phép họ từ đầu chọn đề tài nghiên cứu Vì phải có gợi ý thầy cô giáo….” Mỗi đề tài nghiên cứu khoa học có yêu cầu đònh Người nghiên cứu cần nắm vững nội dung, phương pháp nghiên cứu phù hợp với đề tài, nói khác đề tài nghiên cứu phải mang tính vừa sức Người nghiên cứu phải thể lực nghiên cứu khoa học bao gồm việc nắm vững lý thuyết khoa học lónh vực nghiên cứu mình, nắm mức độ đònh phát triển tiến thuộc lónh vực nghiên cứu Có chọn đề tài có giá trò Trong tình hình tiến khoa học kỹ thuật giới, khối lượng thông tin khoa học gia tăng với qui mô lớn nhòp độ nhanh đòi hỏi người nghiên cứu phải tham khảo tài liệu nước Để thực vấn đề người nghiên cứu người nghiên cứu khoa học cần có số vốn ngoại ngữ đònh Thể lòng ham mê khoa học tâm nghiên cứu tìm tòi chân lý Vấn đề thực tiễn : Người nghiên cứu phải coi thực tiễn làm sở, động lực nhận thức Ang - ghen viết : “Khi xã hội có yêu cầu kỹ thuật xã hội thúc đẩy khoa học mười trường đại học” Mặt khác thực tiễn tiêu chuẩn để kiểm tra nhận thức Thực tế việc có thật, tình hình cụ thể, vấn đề chưa giải sống Người nghiên cứu với kinh nghiệm thân công tác hàng ngày thường thấy mặt vấn đề, mối quan hệ phức tạp, diễn biến, phương hướng phát triển vật từ có đònh hướng thích hợp giải đề tài Chính thực tiễn giúp người nghiên cứu tìm thấy vấn đề cách cụ thể Người nghiên cứu phải xem thực tiễn cao nhận thức ( lý luận ) có ưu điểm có tính phổ biến mà có tính thực trực tiếp.Hồ Chủ Tòch dạy : “Học tập theo nguyên tắt: kinh nghiệm thực tiễn phải nhau” Đề tài thực mang tính thực tiễn, nội dung đề tàilà có thật, phát triển từ thực tế khách quan Có thể nói công trình nghiên cứu điều có giá trò thực tế nó, khác mức độ nhiều, phục vụ trước mắt hay lâu dài, gián tiếp hay trực tiếp Tác động điều kiện khách quan đến việc thực đề tài: Trong trình nghiên cứu thực đề tài người nghiên cứu yếu tố chủ quan góp phần quan trọng đến kết đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu kể phương tiện ngiên cứu, thời gian nghiên cứu người cộng tác nghiên cứu người hướng dẫn nghiên cứu điều kiện khách quan ảnh hưởng trực tiếp đến việc nghiên cứu kết nghiên cứu Người nghiên cứu nắm yếu tố khách quan kết nghiên cứu khẳng đònh nhiêu CHƯƠNG II : KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC I GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong thời đại ngày nay, hầu hết dây chuyền sản xuất tự động hóa cách áp dụng kỹ thuật tiên tiến khoa học kỹ thuật Tuy thế, động điện chiều coi loại máy quan trọng Nó có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, máy dùng nhiều nghành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải… Cấu tạo : Động điện chiều gồm hai phần : Phần tónh (stator) phần quay (rotor) Phần tónh phần đứng yên máy Nó thường bao gồm phận sau : – Cực từ : phận sinh từ trường vỏ máy, gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 ÷ mm ép chặt lại với – Cực từ phụ : đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều giúp cho máy điện làm việc tia lửa xảy chổi điện vành đổi chiều Lõi thép cực từ cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn – Gông từ : dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy – Các phận khác Nắp máy để bảo vệ, Cơ cấu chổi than Phần quay gồm có phận sau : – Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ, thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ lớp cách điện ghép chặt lại với – Dây quấn phần ứng : phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép – Các phận khác cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy, trục máy để đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Nguyên lý làm việc động điện chiều : Động điện chiều thiết bò biến đổi lượng dòng chiều thành Trong trình biến đổi đó, phần lượng dòng xoay chiều bò tiêu tán tổn thất mạch phần ứng mạch kích thích Phần lại lượng biến đổi thành trục động Khi cho dòng điện chiều chạy vào dây quấn kích thích dây quấn phần ứng sinh từ trường phần tónh Từ trường tác dụng tương hỗ lên dòng điện dây quấn phần ứng tạo momen tác dụng lên rotor làm rotor quay Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện chiều chỉnh lưu thành dòng xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều làm lực từ tác dụng lên dẫn dây quấn phần ứng không bò đổi chiều làm động quay theo hướng Công suất ứng với momen điện từ đưa động gọi công suất điện từ : Pđt = Mω = Iư Trong : M : momen điện từ ω= 2πn : tốc độ góc phần ứng 60 Iư : dòng điện phần ứng : suất điện động phần ứng Đặc tính đặc tính tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Đặc tính động điện quan hệ hai thông số : tốc độ quay trục momen động sinh trình làm việc trạng thái đònh mức Đặc tính cho phép ta đánh giá khả chòu tải nắm khả làm việc động dùng để truyền tải Đặc tính tốc độ ω(I) thể mối quan hệ tốc độ góc với dòng điện mạch Đặc tính tốc độ cho phép ta đánh giá khả chòu tải động qua dòng điện a Sơ đồ đặc tính : + _ U M Rpư CKT RKT Hình II.1 Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ độc lập n n n0 n0 nđm nđm Mđm Mnm M Iư.đm Iư.nm I Hình II.2 b Các phương trình : Đặctrình tính đặccơtính Phương đặcvàtính : tốc độ động điện chiều kích từ độc lập U R n= − M K Eφ K E K M φ Phương trình đặc tính tốc độ : n= U R − I K Eφ K Eφ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI Bằng cách làm biến đổi tỷ số chu kỳ D (trong giữ cho tần số không đổi T=const) ta điều chỉnh giá trò trung bình điện áp chiều đặt tải D TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM a Trong trường hợp Rt tải trở (bóng đèn) Lắp mạch hình vẽ (Hình VI.2) Nối cực dương nguồn chiều E (300V) với điểm A, cực âm với điểm B mạch động lực (Hình VI.2) Nối G1, K mạch xung kích mô hình với cực G cực K S1 mạch (Hình VI.2), tương tự nối G2, K với cực G, K S2 Mắc đồng hồ đo dòng nối tiếp với tải, đồng hồ áp song song với tải Điều chỉnh núm (VR) vò trí nhỏ (min) Kiểm tra mạch trước bật nguồn Bật nguồn 300V nguồn tạo xung kích Điều chỉnh núm VR chọn vò trí khác (từ đến max), ứng với vò trí hãy: -Ghi nhận giá trò dòng điện điện áp đồng hồ đo Ứng với loại tải ghi bảng sau: Các vò trí chỉnh VR Mức chỉnh VR1 Mức chỉnh VR2 Mức chỉnh VR3 Giá trò dòng điện đọc đồng hồ Giá trò điện áp đọc đồng hồ -Dùng dao động ký để đo vẽ dạng sóng điện áp, dòng điện vào hình vò trí sau : Ghi : đo dạng sóng dòng điện đo dạng sóng điện áp điện trở tương ứng Trên tải: ut , it +2E E t -E -2E Bảng 1: vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải Giải thích khác dạng sóng tải vò trí chọn núm chỉnh (VR) THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT uc ,ic +2E CHƯƠNG VI Trên tụ: E t -E -2E Bảng 2: vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tụ Giải thích khác dạng sóng tụ vò trí chọn núm chỉnh (VR) u Trên S1, S2 s : us1 ,us2 +2E E t -E -2E Bảng 3: vẽ dạng sóng điện áp S1và S2 Giải thích khác dạng sóng S1, S2 vò trí chọn núm chỉnh (VR) Trên S1,S2 +2E is1 ,is2 E t -E -2E Bảng 4: vẽ dạng sóng dòng điện S1vàS2 Căn vào dạng sóng đo so sánh giá trò điện đọc đồng hồ với giá trò tính công thức sau: Giá trò trung bình điện áp tải : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ut = T CHƯƠNG VI DT ∫ Udt = DU T Trong D : tỷ số chu kỳ D = T0 T U = E = 300V Hình VI.5 T0 Dạng sóng băm xung b Thay tải trở Rt tải cảm Tiến hành thí nghiệm tương tự bước đến c Thay tải trở Rt tải động Tiến hành thí nghiệm tương tự bước đến Chú ý : nhớ mắc diode D2 vào mạch hình vẽ tải cảm tải động E Câu hỏi : Tại vò trí giải thích khác dạng sóng diện áp tải loại tải : tải trở thuần, tải cảm, tải động So sánh giá trò điêïn áp vừa tính với giá trò đọc VOM Mạch SCR đóng ngắt phương pháp ? Căn vào mạch lắp để giải thích Hiện tượng xảy xung kích S1? S1 S2 tải hoạt động, linh kiện chòu dòng nhiều hơn? THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI BÀI 2:MẠCH BĂM XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN A GIỚI THIỆU : Đây mạch biến đổi điện áp chiều DC1 sang điện áp chiều DC2 DC1 DC2 Bộ Băm xung DC1 = 300VDC : điện áp chiều không thay đổi nắn từ điện áp xoay chiều không đổi DC2 điện áp có giá trò trung bình thay đổi tuỳ theo ta điều chỉnh biến trở VR để thay đổi độ rộng xung B MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM: Mục đích: Giúp cho người học : ∗ Nắm phương pháp đóng ngắt SCR khác ∗ Để có sở phân biệt ưu khuyết điểm mạch với mạch khác ∗ Phân biệt khác tải : tải trở thuần, tải cảm, tải động Yêu cầu : Sinh viên thí nghiệm cần chuẩn bò trước thí nghiệm : Về kiến thức : ∗ Những phương pháp đóng ngắt SCR ∗ Biết cách sử dụng dao động ký ∗ Phân biệt loại tải : tải trở thuần, tải cảm, tải động ∗ Nắm vững nguyên tắc an toàn ∗ Sự hoạt động mạch dao động LC Về thiết bò : ∗ Dây nối ∗ Dao động ký C NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH (HÌNH VI.5) A XK1 Rt D3 E=300v R2 S1 R1 D1 + D2 XK2 - R3 S2 B C L R Hình VI.6 Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng dòng điện THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI Trước hết ta giả sử SCR S1, S2 diode D1, D2 không dẫn điện, có nghóa dòng điện qua tải Trong khoảng thời gian này, tụ điện C nạp đến giá trò điện áp Vco thông qua điện trở R (hìnhVI.7) S1 Rt S1 Rt S2 + + - E - C S2 + L + E C - - L R Hình VI.7 Hình VI.8 S1 Rt Rt S2 + - + C - E S1 + Ic L - E - + Hình VI.9 S1 Rt D2 + - S2 E + C Hình VI.11 D1 S2 D1 L L C Hình VI.10 S1 Rt D1 S2 + - E + C L Hình VI.12 Các trình chuyển tiếp Sau tụ C nạp đầy, có xung kích dương vào S1, tải nối với mạch nguồn sơ đồ mạch điện hình VI.8 Lúc điện áp tụ giữ nguyên giá trò nạp điện áp tải E Nếu muốn khoá SCR S1, phải có xung kích vào S2 Lúc tụ điện C phóng điện qua S2, L lại C mạch điện hình VI.9 Dòng i c xả qua cuộn cảm L tạo nên dao động Nữa chu kỳ đầu, dòng dao động chạy qua S2 nạp ngược lại cho tụ C Đến chu kỳ sau, tụ nạp đầy theo chiều ngược lại hìnhVI.10, S2 ngắt dòng bắt đầu chạy ngược lại qua S1 Khi dòng qua S1 bò triệt tiêu, S1 ngắt dòng tiếp tục chạy qua diode D2 mắc song song ngược chiều với S1 để trì thời gian tắt cho S1 mạch vẽ lại hình VI.11 Sau S1 S2 ngắt dòng dao động chạy qua diode D1 xuống mass hình VI.12 tụ điện bắt đầu nạp ngược lại giá trò ban đầu, bắt đầu cho chu kỳ D TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM a Trong trường hợp Rt tải trở (bóng đèn) THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI Lắp mạch hình vẽ (Hình VI.6) Nối cực dương nguồn chiều E (300V) với điểm A, cực âm với điểm B mạch động lực (Hình VI.6) Nối G1, K mạch xung kích mô hình với cực G cực K S1 mạch (Hình VI.6), nối G2, K với cực G, K S2 Mắc đồng hồ đo dòng nối tiếp với tải, đồng hồ áp song song với tải Điều chỉnh núm (VR) vò trí nhỏ (min) Kiểm tra mạch trước bật nguồn Bật nguồn 300V nguồn tạo xung kích Điều chỉnh núm VR chọn vò trí khác (từ đến max) - Ghi nhận giá trò dòng áp đồng hồ đo Ứng với loại tải ghi bảng sau : Các vò trí chỉnh VR Mức chỉnh VR1 Giá trò dòng điện đọc đồng hồ đo Giá trò điện áp đọc đồng hồ đo Mức chỉnh VR2 Mức chỉnh VR3 Dùng dao động ký để đo vẽ dạng sóng điện áp, dòng điện cho loại tải vào hình vò trí sau : Ghi : đo dạng sóng dòng điện đo dạng sóng điện áp điện trở tương ứng Trên tải: u ic - +2E c, E t -E -2E Bảng Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tụ Giải thích khác dạng sóng tải vò trí chọn núm chỉnh (VR) +2E E Trên0 D1 : -E -2E uD1,iD1 t THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI Bảng Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện diode D1 Giải thích khác dạng sóng tụ vò trí chọn núm chỉnh (VR) Trên S1,S2 : us1,us2 +2E E t -E -2E Bảng Vẽ dạng sóng điện áp SCR Giải thích khác dạng sóng S1, S2 vò trí chọn núm chỉnh (VR) Trên D2 : iD2 E t -E -2E Bảng Vẽ dạng sóng dòng điện D2 Căn vào dạng sóng đo so sánh giá trò điện áp đọc đồng hồ với giá trò tính công thức sau : Giá trò trung bình điện áp tải : DT U t = ∫ Udt = DU T T THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Trong D : tỷ số chu kỳ T0 T U=E =300V CHƯƠNG VI T0 Hình VI.13 Dạng sóng băm xung b Thay tải trở Rt tải cảm Tiến hành thí nghiệm tương tự bước đến c Thay tải trở Rt tải động Tiến hành thí nghiệm tương tự bước đến Chú ý : nhớ mắc diode D2 vào mạch hình vẽ tải cảm tải động E Câu hỏi : Giải thích khác dạng sóng diện áp tải loại tải : tải trở thuần, tải cảm, tải động So sánh giá trò điêïn áp vừa tính với giá trò đọc VOM Mạch SCR đóng ngắt phương pháp ? Căn vào mạch lắp để giải thích Hiện tượng xảy xung kích S1? S1 S2 tải hoạt động, linh kiện chòu dòng nhiều hơn? DÀN BÀI CHI TIẾT CỦA ĐỒ ÁN Lời nói đầu THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI Phần dẫn nhập -đặt vấn đề -giới hạn vấn đề -mục đích nghiên cứu Phần nội dung Chương I :giới thiệu linh kiện bán dẫn Điode Transistor Tiristor Chương II: khảo sát phần động lực Giới thiệu động điện chiều Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Chương III: Khảo sát mạch điều khiển điện áp cách thay đổi độ rộng xung I Khảo sát mạch băm xung chiều dùng SCR Mục đích việc băm xung chiều Sơ đồ khối Sơ đồ mạch điện Nguyên lý hoạt động mạch II Khảo sát mạch tạo xung kích cho SCR Nhiệm vụ mạch tạo xung kích Sơ đồ khối Sơ đồ mạch điện Nguyên lý hoạt động mạch Chương IV: thiết kế thi công mạch I Thiết kế mạch Thiết kế tính toán giá trò cho mạch băm xung chiều Thiết kế tính toán giá trò linh kiện cho mạch tạo xung kích II Thi cô n g mạch Chương V: thiết kế thi công mô hình 1.Thiết kế vò trí đặt phần tử điều khiển 2.Thi công mô hình Chương VI: soạn thực tập 1.Yêu cầu thực tập THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI 2.Đo điện áp, dòng điện, dạng sóng tốc độ động theo yêu cầu điều chỉnh Kết luận Mục lục THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện, hướng dẫn tận tình Thầy Vũ Đỗ Cường giúp đỡ nhiều quý thầy cô khoa, chúng em cố gắng hoàn thành luận văn theo yêu cầu thời gian quy đònh Trong luận văn chúng em thực công việc sau : • • • • Khảo sát phần lý thuyết : - Khảo sát linh kiện bán dẫn công suất : diode, transistor, SCR(thyristor) - Khảo sát động điện chiều kích từ độc lập Thiết kế thi công mạch điện cho thí nghiệm : - Thiết kế thi công mạch băm xung dùng SCR - Thiết kế thi công mạch tạo xung kích cho SCR Thiết kế thi công mô hình cho thí nghiệm : - Thiết kế vò trí linh kiện bàn thí nghiệm - Lắp đặt linh kiện mạch tạo xung kích vào bàn thí nghiệm Soạn thí nghiệm dựa vào mô hình thông qua việc điều khiển loại tải khác : tải cảm, tải trở thuần, tải động Mặc dù cố gắng, kiến thức thời gian có hạn nên có phần chúng em chưa làm : đưa vào mô hình cách điều khiển tải vòng kín để tăng mức độ ổn đònh trình vận hành, thay đổi điện áp dùng phương pháp thay đổi tần số phương pháp thay đổi tần số lẫn tỷ số chu kỳ Và chúng em không tránh khỏi điều thiếu sót, nhầm lẫn khác, kính mong quý thầy cô thông cảm bỏ qua Nhóm sinh viên thực mong mỏi bạn sinh viên khoa điện khóa sau bổ xung cho thí nghiệm hoàn chỉnh Đồng thời thiết kế thêm phần mạch giao tiếp với máy tính để ghi nhận dạng sóng, kết giá trò máy vi tính Qua đó, ta điều khiển tải thông qua việc lập trình máy tính, thuận tiện việc thực tập bạn sinh viên Nhóm sinh viên thực THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ LỜI NÓI ĐẦU PHẦN DẪN NHẬP Trang I Đặt vấn đề II Giới hạn vấn đề III Mục đích nghiên cứu PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN I Thể thức nghiên cứu II Cơ sở lý luận PHẦN NỘI DUNG 1 Chương I :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT I Diode II Transistor III Thyristor 11 Chương II: KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC 15 I Giới thiệu động điện chiều 15 II Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 18 Chương III: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG 20 I Bộ băm xung chiều dùng SCR 20 II Bộ tạo xung kích cho SCR 29 Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH I Thiết kế mạch II Thi công mạch Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH I Thiết kế II Thi công Chương VI: SOẠN BÀI THỰC TẬP I Giới thiệu mô hình II Các thí nghiệm 33 33 40 42 42 44 46 46 46 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KẾT LUẬN MỤC LỤC CHƯƠNG VI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG VI [...]... đồ mạch điện được thể hiện lại như sau (hình IV.4) : TRANG : 41 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình IV.4 Sơ đồ mạch tạo xung kích cho SCR TRANG : 33 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV II THI CÔNG MẠCH 1 Sơ đồ mạch lắp linh kiện Hình IV.5 Sơ đồ lắp đặ n.: 3 t linh Mạckiệ h in TRANG : 34 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG... nhằm cách ly mạch tạo xung kích với ngyuồn điện thế cao khi đưa vào cực cổng của SCR uv +v 0 _v ur +v _v (ngỏ vào chân số 3) t (ngỏ vào chân số 2) 0 to +V 0 +V 0 t Dạng sóng ra ở OPTO 4N26A t Dạng sóng ra ở OPTO 4N26B t TRANG : 34 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I CHƯƠNG IV CHƯƠNG IV: THI T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH THI T KẾ MẠCH : 1 Thi t kế và tính toán các giá trò cho mạch băm xung... xung có tần số cao do bộ dao động đưa đến Bộ dao động tần số cao có chức năng tăng khả năng kích cho các xung kích, đảm bảo kích được các SCR Sau đó, các xung này được đưa ra bộ phận xuất xung điều khiển đi đến cực cổng của SCR 3 sơ đồ mạch điện : THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình III.18 TRANG : 33 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV 4 Nguyên... tắt cưỡng bức bằng điện áp b thi t kế và tính toán các giá trò cho mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện : Sơ đồ mạch điện như hình III.8 đã khảo sát ở phần trước, với các giá trò cho ở trên, ta tính các trò số của mạch băm như sau : TRANG : 36 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Trong thực tế, khi mạch được cấp điện với điện áp nguồn, tụ C sẽ được nạp qua điện trở R đến một... S2 phải có mức chòu dòng lớn hơn hai lần dòng điện tải thì mạch băm có thể hoạt động tốt −7 Mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện có các giá trò như hình vẽ sau : S1 Rt 50 D2 D3 + - XK1 D1 E C 1uF S2 XK2 L 0.72mH R 100K TRANG : 38 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình IV.3 Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện 2 Thi t kế và tính toán các giá trò cho mạch tạo xung kích... được chọn thi t kế theo dòng bảo hòa của diode trong OPTO Đối với OPTO 4N26 thì dòng bảo hòa là 5mA, cho nên các giá trò của điện trở R 28 và R26 được chọn là : R26 = R28 = U/I = 12/5.10-3 = 2.4kΩ Trong thực tế, ta chọn : R26 = R28 = 2.2kΩ Việc dùng các OPTO này nhằm cách li điện thế cao từ mạch băm xung một chiều với mạch tạo xung kích TRANG : 40 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG... −6 s 4 TRANG : 35 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV 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 : ½CU2 = ½LI2 Và ta có được dòng ICmax = 17.3A Để chọn SCR, ta nhận thấy rằng, dòng điện qua S1 sẽ là : IS1max = Itải + ICmax = 6 + 17.3 = 23.3A Như vậy, ta phải chọn SCR S1 có khả năng chòu được dòng điện lớn hơn hoặc... ra = và = 9.6 V ms ∆t R4 C 2 Nên ta có : R4C2 = 2.5ms Chọn C2 = 0.47µF thì R4 = 5.3kΩ (lấy R4 = 4.7kΩ) TRANG : 39 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Thông thường R5 chọn bằng R4 = 4.7kΩ 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. .. ra: 1 LC (t off + ∆t ) ≤ 2π (2) 3 TRANG : 37 THI T KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có: L= C= 3U ng 4πI t (t off + ∆t ) 3I t (t off + ∆t ) U ng π Thay số ta có: 3 × 300 (50 + 10) × 10 − 6 ( H ) = 0.72mH 4 × 3.14 × 6 3× 6 C= (50 + 10) × 10 −6 ( F ) ≈ 1.2 µF 300 × 3.14 Vậy chọn : L = 0.72mH C = 1µF Công thức tính số vòng dây của cuộn dây: µ0 N... trong các thi t bò như động cơ điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trở, các cơ cấu điện từ, mạch ổn áp dải 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, MOSFET, 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