Đang tải... (xem toàn văn)
I. Mục đích Trong bài này, sinh viên sẽ khảo sát hoạt động các bộ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn một pha và ba pha với tải R và tải RL. Mục tiêu sau khi thí nghiệm bộ chỉnh lưu Nắm vững chức năng, ứng dụng, phân loại, sơ đồ nguyên lý bộ chỉnh lưu. Phân tích hoạt động của các bộ chỉnh lưu theo thông số điều khiển. Xây dựng các giản đồ áp và dòng tải, linh kiện, nguồn của các bộchỉnh lưu theo thông số điều khiển. Phân tích, so sánh và đánh giá các dạng sóng áp và dòng. Tính toán các đại lượng như trị trung bình, trịhiệu dụng. Có khả năng tính toán, định mức linh kiện khóa công suất cho các bộchỉnh lưu. Nắm vững và áp dụng phương pháp điều khiển pha II. Cơ sở lý thuyết 1. Lý thuyết 1, 2. a. Chức năng của bộ chỉnh lưu: Bộ chỉnh lưu dùng để cung cấp nguồn điện cho các truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển với công suất từ vài chục wat đến vài MW, cho mạch kích từ của máy phát điện. Bộ chỉnh lưu tạo hệ thống điện một chiều cho các hệ thống giao thông dùng truyền động một chiều. Bộ chỉnh lưu còn là một bộ phận quan trọng trong bộ biến tần. Ứng dụng khác của bộ chỉnh lưu là hàn một chiều mạ điện, thiết bị nạp điện. Ngoài ra bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển điện năng HVDC. b. Phân tích hoạt động chỉnh lưu cầu một pha Hình 1.1 Chỉnh lưu một pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu một pha được cho ở hình 1.1 bao gồm nguồn xoay chiều một pha, bốn Thyristor và tải RL. Mạch chỉnh lưu cầu một pha được tách thành mạch tia Anode và Cathode như hình vẽ 1.2. Giả sử mạch hoạt động với tải có giá trị L đủ lớn để dòng điện liên tục và phẳng. Hình 1.2 Mạch tia Anode và Cathode Điện áp trên tải được xác định như sau: Giả sử điện áp nguồn được mô tả bằng phương trình Có thể phân tích nguồn u thành hai nguồn đối xứng nhau Phân tích hoạt động nhóm Anode: Trong khoảng thời gian , T1 dẫn và T3 ngắt. Ta có: Trong khoảng thời gian , T1 ngắt và T3 dẫn. Ta có: Phân tích hoạt động nhóm Cathode: Trong khoảng thời gian , T2 dẫn và T4 ngắt. Ta có: Trong khoảng thời gian , T2 ngắt và T4dẫn. Ta có: Hệ quả: Trong trường hợp dòng điện qua tải liên tục và phẳng: , điện áp tải điện áp tải Do đó, điện áp trung bình điện áp trên tải Dòng điện trung bình dòng điện tải của
Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất BÀI 2: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU Mục đích Trong này, sinh viên khảo sát hoạt động chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn pha ba I pha với tải R tải RL Mục tiêu sau thí nghiệm chỉnh lưu Nắm vững chức năng, ứng dụng, phân loại, sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu Phân tích hoạt động chỉnh lưu theo thông số điều khiển Xây dựng giản đồ áp dòng tải, linh kiện, nguồn bộchỉnh lưu theo thông số điều khiển Phân tích, so sánh đánh giá dạng sóng áp dòng Tính toán đại lượng trị trung bình, trịhiệu dụng Có khả tính toán, định mức linh kiện khóa công suất cho bộchỉnh lưu Nắm vững áp dụng phương pháp điều khiển pha Cơ sở lý thuyết Lý thuyết [1], [2] a Chức chỉnh lưu: Bộ chỉnh lưu dùng để cung cấp nguồn điện cho truyền động động điện chiều có điều khiển II với công suất từ vài chục wat đến vài MW, cho mạch kích từ máy phát điện Bộ chỉnh lưu tạo hệ thống điện chiều cho hệ thống giao thông dùng truyền động chiều Bộ chỉnh lưu phận quan trọng biến tần Ứng dụng khác chỉnh lưu hàn chiều mạ điện, thiết bị nạp điện Ngoài chỉnh lưu dùng để chuyển điện HVDC b Phân tích hoạt động chỉnh lưu cầu pha Hình 1.1 Chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha cho hình 1.1 bao gồm nguồn xoay chiều pha, bốn Thyristor tải RL Mạch chỉnh lưu cầu pha tách thành mạch tia Anode Cathode hình vẽ 1.2 Giả sử mạch hoạt động với tải có giá trị L đủ lớn để dòng điện liên tục phẳng Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Hình 1.2 Mạch tia Anode Cathode Điện áp tải xác định sau: ud = udA − udK Giả sử điện áp nguồn mô tả phương trình u = U m sin ωt Có thể phân tích nguồn u thành hai nguồn đối xứng U U u = u1 − u2 ; u1 = m sin ωt ; u2 = − m sin ωt 2 Phân tích hoạt động nhóm Anode: - Trong khoảng thời gian α ≤ ωt ≤ α + π , T1 dẫn T3 ngắt Ta có: α + π ≤ ωt ≤ α + 2π - Trong khoảng thời gian Phân tích hoạt động nhóm Cathode: - Trong khoảng thời gian α ≤ ωt ≤ α + π udA = u1 , T1 ngắt T3 dẫn Ta có: , T2 dẫn T4 ngắt Ta có: α + π ≤ ωt ≤ α + 2π udK = u2 - Trong khoảng thời gian , T2 ngắt T4dẫn Ta có: Hệ quả: Trong trường hợp dòng điện qua tải liên tục phẳng: α ≤ ωt ≤ α + π , điện áp tải α + π ≤ ωt ≤ α + 2π udA = u2 udA = u1 ud = u u d = −u điện áp tải Do đó, điện áp trung bình điện áp tải 2 Ud = U cos α = U m cos α π π Dòng điện trung bình dòng điện tải Id = Ud − E R c Phân tích hoạt động chỉnh lưu cầu ba pha Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Hình 1.3 Chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Hoạt động chỉnh lưu ba pha, sinh viên tham khảo SGK trang 69-72 Kết mô Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn Thông số mô phỏng: Trị hiệu dụng điện áp nguồn 40V, tải R = 20Ω, tải RL với R= 10 Ω L = 25 mH Ud 80 40 I(R1) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.4 Dạng sóng áp tải dòng điện tải trường hợp tải R (góc kích α = π/6) UT1 -40 -80 I(BT111) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.5 Dạng sóng ápvà dòng linh kiện trường hợp tải R (góc kích α = π/6) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Ud 80 40 I(R1) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.6 Dạng sóng áp tải dòng điện tải trường hợp tải R (góc kích α = π/3) UT1 40 -40 -80 I(BT111) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.7 Dạng sóng dòng linh kiện trường hợp tải R (góc kích α = π/6) Ud 80 40 -40 I(R1) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.8 Dạng sóng điện áp tải dòng điện tải trường hợp tải RL (góc kích α = π/6) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất UT1 40 -40 -80 I(BT111) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.9Dạng sóng áp dòng linh kiện trường hợp tải RL (góc kích α = π/6) Ud 80 40 -40 I(R1) -2 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.10Dạng sóng điện áp tải dòng điện tải trường hợp tải RL (góc kích α = π/3) UT1 40 -40 -80 I(BT111) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.11Dạng sóng áp dòng linh kiện trường hợp tải RL (góc kích α = π/3) Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Vd 100 80 60 40 I(R1) 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.12 Dạng sóng dòng điện tải áp tải trường hợp tải R (góc kích α = π/6) UT1 100 50 -50 -100 I(BT311) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.13Dạng sóng ápvà dòng linh kiện trường hợp tải R (góc kích α = π/6) Vd 80 40 I(R1) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.14Dạng sóng áp tải dòng tải trường hợp tải R (góc kích α = π/3) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất UT1 100 50 -50 -100 I(BT311) 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.15Dạng sóng áp dòng linh kiện trường hợp tải R (góc kích α = π/3) Vd 100 80 60 40 I(R1) 8.4 7.6 7.2 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.16Dạng sóng dòng điện tải áp tải trường hợp tải RL (góc kích α = π/6) UT1 100 50 -50 -100 I(BT311) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.17Dạng sóng áp dòng linh kiện trường hợp tải RL (góc kích α = π/6) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Vd 80 40 I(R1) 5.5 4.5 3.5 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.18Dạng sóng dòng điện tải áp tải trường hợp tải RL (góc kích α = π/3) UT1 100 50 -50 -100 I(BT311) 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 Hình 1.19 Dạng sóng áp dòng linh kiện trường hợp tải RL (góc kích α = π/3) Câu hỏi ôn tập - Định nghĩa góc kích α - Cách xác định góc kích α ta quan sát dạng sóng điện áp tải trường hợp tải III R tải RL Mô tả thí nghiệm Cấu trúc phần cứng nội dung thí nghiệm chỉnh lưu gồm có: Nguồn xoay chiều pha ba pha lấy từ lưới nguồn qua máy biến áp cách ly (Hình 1.20) Trong nguồn có nút ON- OFF đèn báo trạng thái nguồn điện Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn (Hình 1.21 Bàn thí nghiệm 4,5,6) Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn (Hình 1.22 Bàn thí nghiệm 1,2,3) Tải chỉnh lưu dạng trở có tải cảm kháng (Hình 23) Mạch điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển Thyristor (Khối Pulse Generator hình 1.21 1.22) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Góc điều khiển điều chỉnh biến trở kí hiệu bảng Angle Delay hình 1.21 1.22 Hình 1.20 Nguồn xoay chiều ba pha Hình 1.21Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn Hình 1.22 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Hình 1.23 Tải R, L RL Thiết bị đo gồm có: Dao động kí Siglent SDS 2104 hình 1.24 Hình 1.24 Dao động ký VOM Fluke 179 hình 1.25 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 10 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Hình 1.25 Fluke 179 IV THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM (Sinh viên xem Phụ lục trang 19 trang 20 phần kết nối dây) Kết nối tạo chỉnh lưu từ Thyristor rời - Cực Anode Thyristor nối lại với (A1, A2, A3) nối vào cực dương - tải (Load) Cực Cathode Thyristor đước nối lại với (K1, K2, K3) nối vào cực âm tải (Load) Cấp nguồn cho chỉnh lưu Chỉnh lưu cầu pha - Nối pha A modun nguồn điện vào điểm A modun mạch công suất nối vào cực - Anode linh kiện Thyristor (Điểm A1 hình 1.21) Nối trung tính N modun nguồn điện vào điểm N modun mạch công suất Chỉnh lưu cầu ba pha Nối pha A modun nguồn điện vào điểm vA modun mạch công suất nối vào cực Anode linh kiện Thyristor (Điểm A1 hình 1.21) - Nối pha B modun nguồn điện vào điểm vB modun mạch công suất - Nối pha C mondun nguồn điện vào điểm vC modun mạch công suất - Nối trung tính N modun nguồn điện vào điểm vN modun mạch công suất Kết nối tải - Tải trở: hai cực dương âm modun mạch công suất nối vào cực điện - trở modun tải Tải trở điều chỉnh mức 10Ω 20Ω Tải RL: hai cực dương âm modun mạch công suất nối vào cực tải RL modun tải Nhấn nút nguồn trạng thái ON điều chỉnh góc kích Delay Angle Kết nối thiết bị đo Sử dụng dao động ký để quan sát dạng sóng Các dạng sóng cần quan sát: điện áp - chỉnh lưu, dòng chỉnh lưu (điện áp R), điện áp linh kiện Chỉnh Time/Div (nút bên trái khu vực Horizontal Controlling Area hình xx) có giá trị 5ms/div Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 11 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất - Chỉnh Vol/div (Trong khu vực Vertical Channel Controlling Area hình xx) mức 2V/div Chỉnh Probe mức 10X Sử dụng USB để lưu dạng sóng (Nút Print) Sử dụng VOM để đo điện áp trung bình hiệu dụng Các giá trị cần đo: Trị hiệu dụng điện áp pha nguồn, trị trung bình điện áp tải, trị trung bình dòng điện tải Để quan sát điện áp tải linh kiện, gắn đầu Probe vào cực tải linh kiện V BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA Lập bảng số liệu, nhận xét kết Với góc kích α = π/6, π/3 π/2… a Ghi nhận giá trị điện áp trung bình điện áp tải, dỏng điện tải, với tải R= 20Ω α Ud (V) Id (A) b Ghi nhận giá trị điện áp trung bình điện áp tải, dỏng điện tải với tải RL: R = 10Ω L= 25mH Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 12 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất α Ud (V) Id (A) Vẽ dạng sóng điện áp tải, dòng điện tải, điện áp linh kiện ứng với trường hợp góc kích α = π/6, π/3 π/2 (Ứng với tải R, tải RL) A Trường hợp với tải R: Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/6 Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/3 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 13 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/2 B Trường hợp với tải RL: Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/6 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 14 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/3 Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/2 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 15 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất So sánh kết thí nghiệm với kết mô phỏng, kết lý thuyết (L đủ lớn để dòng tải phẳng) đưa nhận xét Nhận xét đánh giá khác liên quan đến kết thí nghiệm ( Sinh viên thực thay đổi giá trị góc kích theo dõi dạng sóng Ud, Id, ….) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 16 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Tài liệu tham khảo [1] PGS TS Nguyễn Văn Nhờ, “Điện Tử Công Suất 1”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia [2] Slide giảng Điện Tử Công Suất, PGS TS Lê Minh Phương, Bộ môn Cung Cấp Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đại học Bách Khoa, ĐHQG TpHCM Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 17 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Phụ lục 1: Sơ đồ kết nối dây thí nghiệm chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn * Rshunt: Tuỳ vào yêu cầu thí nghiệm, Rshunt dùng để theo dõi dòng điện nguồn ( dòng điện qua linh kiện) * Để cung cấp nguồn pha 380V/70V- 50Hz cho chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn, đề nghị tổ nhóm sử dụng nguổn pha A-N B-N CN ( cân pha phía nguồn lưới điện lực) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 18 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA Lập bảng số liệu, nhận xét kết Với góc kích α = π/6, π/3 π/2… c Ghi nhận giá trị điện áp trung bình điện áp tải, dỏng điện tải, với tải R= 20Ω α Ud (V) Id (A) d Ghi nhận giá trị điện áp trung bình điện áp tải, dỏng điện tải với tải RL: R = 10Ω L= 25mH α Ud (V) Id (A) Vẽ dạng sóng điện áp tải, dòng điện tải, điện áp linh kiện ứng với trường hợp góc kích α = π/6, π/3 π/2 (Ứng với tải R, tải RL) A Trường hợp với tải R: Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/6 Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/3 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 19 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/2 B Trường hợp với tải RL: Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 20 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/6 Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/3 Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 21 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Điện áp tải Ud, dỏng điện Id, áp linh kiện Uv1 ứng với góc kích α = π/2 So sánh kết thí nghiệm với kết mô phỏng, kết lý thuyết (L đủ lớn để dòng tải phẳng) đưa nhận xét Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 22 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Nhận xét đánh giá khác liên quan đến kết thí nghiệm ( Sinh viên thực thay đổi giá trị góc kích theo dõi dạng sóng Ud, Id, ….) Tài liệu tham khảo [1] PGS TS Nguyễn Văn Nhờ, “Điện Tử Công Suất 1”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia [2] Slide giảng Điện Tử Công Suất, PGS TS Lê Minh Phương, Bộ môn Cung Cấp Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đại học Bách Khoa, ĐHQG TpHCM Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 23 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Phụ lục 2: Sơ đồ kết nối dây thí nghiệm chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn * Rshunt: Tuỳ vào yêu cầu thí nghiệm, Rshunt dùng để theo dõi dòng điện nguồn ( dòng điện qua linh kiện) Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 24 Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | 25 ... hoạt động chỉnh lưu cầu ba pha Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử Công Suất Hình 1.3 Chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Hoạt động chỉnh lưu ba pha,... nguồn điện Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn (Hình 1.21 Bàn thí nghiệm 4,5,6) Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn (Hình 1.22 Bàn thí nghiệm 1,2,3) Tải chỉnh lưu dạng trở có tải... chiều ba pha Hình 1.2 1Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn Hình 1.22 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn Phòng thí nghiệm Điện Công Nghiệp 002H6 Page | Hướng dẫn thí nghiệm Cơ Sở Điện Tử
