BÁO cáo THÍ NGHIỆM CHUYÊN môn

Chỉnh lưu điều khiển bán phần: Cân Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 7 Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn các diode D1 và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIPHÂN HIỆU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁOTHÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔNGiáoviên:Lê Mạnh Tuấn

Họ và tên:

Mssv :

Lớp : Tự Động Hóa K56

MỤC LỤC

Phần I : Điện tử công suất

Bài 1.Mạch kích Thyristor và Triac

Bài 2.Chỉnh lưu công suất 1 pha

Bài 3.Chỉnh lưu công suất 3 pha

Bài 4.Biến đổi điện áp xoay chiều

Bài 5.Biến tần kiểu điều rộng xung

Phần II : Đo lường cảm biến

Bài 1.Đo nhiệt độ

Bài 2.Đo độ dịch chuyển

Bài 3

Bài 4.Cảm biến ( điện dung ,điện cảm)

Phần III : Hệ thống nhúng (PIC)

Bài 1.Phối ghép các ngoại vi cơ bản

Bài 2.Lập trình truyền thông

Bài 3.Lập trình thời gian lấy mẫu xử lý nhiễu ADC

Bài 4.Lập trình hệ thống thời gian thực nhúng led ở RTOS

PHẦN I: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTBÀI 1: MẠCH KÍCH THYRISTOR VÀ TRIACI: Phần lý thuyết

Ký hiệu quy ước cho hình 1b và hình dáng bên ngoài hình 1c

Khi nối Anode với cực “+” và Cathode với cực “-” của nguồn một chiều, J1 và J3 được phân cực thuận và J2 phân cực ngược Kết quả là gần như toàn bộ điện thế nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2 Nếu tác động vào cực G một điện thế dương so với K (tín hiệu xung kích) thì Thysistor nhận nănglượng đủ lớn của điện trường tổng cộng Các điện trường này sẽ ion hóa các nguyên tử bán dẫn, tạo ra các điện tử mới (thứ cấp) Các điện tử thứ cấp nhận năng lượng và gây ion hóa tiếp theo Kết quả là một thác lũ điện tử được tạo ra trong lớp tiếp xúc J2 và chảy vào N1, sau đó qua P1 để tới cực A tạo thành dòng qua Thyristor Thyristor làm việc trong chế độ này là chế độ mở, có điện trở thuận nhỏ và dòng dẫn I lớn Để đưa Thyristor về trạng thái cấm (khóa), cần tiến hành theo 2 cách sau:

- Giảm dòng I xuống giá trị duy trì dẫn

- Đảo chiều thế phân áp U hoặc tạo thế phân cực ngược cho Thyristor

Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor đang dẫn (A nối “-“ , K nối “+”), hai lớp tiếp xúc J1 VàJ3 bị phân cực ngược ,J2 phân cực thuận Các điện tử đang hiện diện trong Thyristor sẽ đảo chiều

hành trình , tạo dòng điện ngược từ K về A và về cực “-“ của nguồn Tại thời điểm chuyển từ mở sang cấm ,

Một số đặc điểm cần lưu ý khi sử dụng Thyristor:

Mỗi loại Thyristor chế tạo có các đặc trưng khác nhau, cần lựa chọn loại thích hợp với yêu cầu sử dụng:

- Dòng điện định mức In: (tùy loại)  A  1000A

- Dòng điện rò  mA

- Điện áp ngược cực đại Uin.max : ( Tùy loại) vài trăm Volt  vài kV

- Dòng điện điều khiển IG

- Tốc độ tăng dòng điện dI/dt: A/s

- Tốc độ tăng điện áp dV/dt: V/s

- Thời gian khóa: vài chục s

- Thời gian mở: vài s

- Quá trình chuyển từ mở sang cấm không xảy ra tức thời Nếu khi Thyristor chưa cấm hẳn

mà đã xác lập thế U để UA-K dương, sẽ làm đoản mạch nguồn và hỏng Thyristor

2 Triac (Triode Alternative Current):

Triac là dụng cụ tương đương với 2 Thyristor song song ngược chiều nhau có chung một cực điều khiển Do làm việc với cả nguồn phân cực dương và âm, khái niệm Anode và Cathode của Triac không phù hợp Được quy ước sử dụng ký hiệu T2 (hoặc B2) và T1 (hoặc B1) cho các cực lối ra và cực điều khiển G ở gần T1

Hình 2 Cấu trúc (a) và Ký hiệu (b) của TriacCấu trúc bán dẫn của Triac có thể mô tả bằng 2 cấu trúc 4 lớp tiếp xúc bán dẫn Ta và Tb Trong trường hợp nối T2 với nguồn “+” và T1 với nguồn ”-“, G với “+”, nửa Ta của Triac làm việc như một Thyristor thông thường Nếu phân cực nguồn ngược lại, điện tử từ N3 sẽ phóng vào P2, gây ra quá trình thác lũ do va chạm làm dẫn Tb

Khác với Thyristor, Triac có thể làm việc với điện thế điều khiển âm và không đổi trạng tháikhi đảo cực nguồn thế nuôi

Hình 2.1 Đặc trưng V-A của Triac

3.Sơ đồ điều khiển (kích) Thyristor và Triac:

Thyristor và Triac có thể được kích bằng nguồn một chiều Thời gian kích để chuyển trạng thái Thyristor và Triac không lớn Sau khi được kích dẫn, tín hiệu điều khiển mất tác dụng Chính vì vậy có thể điều khiển các linh kiện này bằng xung có biên độ và thời gian kéo dài tương ứng với từng loại sử dụng

Hình 3Kiểu sơ đồ điều khiển đồng bộ pha thyristor & triac

4 Tiến trình thí nghiệm: Điều khiển đồng bộ SCR & TRIAC

a Thiết bị sử dụng: chứa các phần tử chức năng:

- Bảng nguồn PE-500PS ,chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, Aptomat chính 3 pha cấp nguồn (~24VAC) cho thí nghiệm, cầu chì, đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn

~24VAC/10A 3 pha, nguồn DC 12V/1.5A

- Module nguồn kích DC và máy phát :PEC-501A

- Module liên kết quang và biến thế: PEC-501B

- Module tạo khung điều khiển đồng bộ:PEC-502

- Module linh kiện CS chứa Diode, Transistor, SCR, Triac, MOSFET: PE-511

- Module tải:PEL-521

- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo

- Phụ tùng: Dây có chốt cắm hai đầu

- Lưu ý ký hiệu thống nhất cho các khối để dễ xác định khi lắp ráp:

- PE: Power Electronics-ký hiệu cho khối công suất, ví dụ PE-511,PE-512, …

- PEC: Power Electronics Controller-ký hiệu cho các khối điện tử điều khiển, ví dụ 501A,B,PEC-502,PEC-503,… - PEL: Power Electronics Load-ký hiệu cho khối tải

PE-Hình 4 Sơ đồ mạch nguồn 3 pha (24VAC) và mạch nguồn DC( 12V)

Hình 5: Mô hình bộ nguồn công suất

BÀI 2: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 1 PHA

I PHẦN LÝ THUYẾT:

Bộ chỉnh lưu công suất thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Bộ chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi để cung cấp nguồn một chiều công suất lớn cho các thiết bị công nghiệp như động cơ điện một chiều công suất tới MW, mạch kích từ máy phát điện, nguồn điện một chiều cho các máy hàn, mạ điện, nạp điện, nguồn cho các bộ biến tần

và hàng loạt các ứng dụng khác

Hình 6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu diode

1 Chỉnh lưu điều khiển bán phần:

Cân Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 7 Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn các diode D1 và D2 tạo thành nhóm Cathode

Hình7 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần

Do tác dụng của diode D1 và D2, điện áp tạo ra trên tải không âm Do vậy, bộ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần không được sử dụng khi tải đòi hỏi hoạt động trong chế độ nghịch lưu có hoàn trả năng lượng về nguồn xoay chiều

a) Trường hợp tải thuần trở R:

Hình 8: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RTrong đó:

- UAC , IAC là điện áp và đong điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu

- UDC và IDC là điện áp trên tải và dòng chỉnh lưu qua tải

- USCR1, ISCR1 là điện áp và dòng điện trên Thyristor SCR1

- UD1, ID1 là điện áp và dòng điện trên D

- UAC, IAC là điện áp và dòng điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu - UDC, IDC là điện áp

và dòng điện trên tải RL Điện áp trên tải có dạng không âm, gián đoạn và giống như trườnghợp tải là thuần trở R

Hình 10: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL

2 Chỉnh lưu điều khiển toàn phần:

Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 11 Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn Thyristor SCR3 và SCR4 tạo thành nhóm Cathode

Hình 11 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phầna) Trường hợp tải là thuần trở R:

Hình 12 Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải Rb) Trường hợp tải là trở thuần mắc nối tiếp với tải cảm RL:

Phụ thuộc vào tham số góc điều khiển, giá trị R, L và giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn dòng qua tải có thể có giá trị liên tục hoặc gián đoạn

 Trường hợp dòng qua tải liên tục (quan sát khi góc mở  = 0):

Hình 13: Giản đồ tín hiệu chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải RL dòng tải liên tục

 Trường hợp dòng qua tải gián đoạn :

Hình 14: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải RL – dòng tải

3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A

- Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502

- Module Diode công suất: PE-512

- Module Thyristor công suất: PE-513 (2 khối)

- Module tải: PEL-521

- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo

-Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu.

2 Các bài thực hành:

a Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần với diode và Thyristor, tải trở R

* Nối sơ đồ thí nghiệm như hình15

- Kiểm tra việc cấp nguồn 12V và đất cho module điện tử PEC-502

- Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điều khiển PEC-502

- Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC502

- Nối các lối ra OUT1/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng

- Nối các diode D1, D2 (PE-512), SCR1 và SCR2 (PE-513) thành sơ đồ cầu Cấp nguồn 24VACtheo thứ tự X-Y tương ứng với nguồn đã cấp cho lối vào PEC-502

- Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu

Hình 15 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải trở R

*Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng

bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển  Quan sát sự thay đổi vị trí tín hiệu ra theo giá trị P3 tương ứng với vị trí 24V lối vào Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDC vào báo cáo

- Chuyển đầu dao động ký để quan sát:

- Dạng sóng trên R01(thuần trở) là dạng dòng IAC (UAC=IAC.R01) và vẽ dạng sóng vào báo cáo

- Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo

- Dạng sóng trên R02 là dòng I SCR1(UR02 =ISCR1.R02), vẽ vào báo cáo

*Đo đặc tuyến điều khiển:

- Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu UDC

- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển và giá trị VOM tương ứng Ghi kết quả đo bảng số liệu trong báo cáo

b) Sơ đồ chỉnh lưu cầu bán phần với Diode và Thyristor, tải RL:

- Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 16 Thay tải trở R bằng tải R+L/PEL-522 và thực hiện các bướcnhư với tải R

Hình 16: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL-So sánh giải thích sự khác nhau về dạng tín hiệu trên tải cho hai trường hợp tải R và tải RL.

c) Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển toàn phần với Thyristor, tải trở R

-Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 17

- Kiểm tra việc cấp nguồn 12 và đất cho module điện tử PEC-502

- Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điểu khiển PEC-502

-Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC502

- Nối các lối ra OUT1/A-B và OUT2/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng

- Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu

Hình 17: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải R

* Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng

bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển  Quan sát sự thay đổi vị trí tín hiệu ra theo giá trị P3

tương ứng với vị trí thế 24V lối vào Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDCvào báo cáo

* Chuyển đầu đo dao động ký để quan sát:

- Dạng sóng trên R01 là dạng dòng IAC, vẽ dạng sóng vào báo cáo

- Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo

- Dạng sóng trên R02 là dòng ISCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo

* Đo đặc tuyến điều khiển:

- Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu UDC

- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển và giá trị VOM tương ứng Ghi kết quả đo vào bảng kết quả trong báo cáo

BÀI 3: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 3 PHA

I PHẦN LÝ THUYẾT

Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha (hình 18) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Sơ đồ gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm : nhóm dương ( SCR1, SCR3, SCR5) và nhóm âm ( SCR2, SCR4, SCR6 ) Sơ đồ điều khiển đồng bộ 3 pha cho phép mở từng cặp Thyristor tương ứng để tạo thế chỉnh lưu Udc trên tải Z Gian đồ thời gian của mạch trên hình 2

V là giá trị thế hiệu dụng nguồn cấp

Góc mở tính từ giao điểm của các nửa hình sin

Trên giản đồ thời gian các tín hiệu kích SCR tương ứng được tô đậm Các tín hiệu kích kèm là các xung vuông để trắng

Giả sử thời điểm khảo sát ban đầu, SCR5 và SCR 6 đang dẫn

Khi cho xung điều khiển mở SCR1 Thyristor SCR1 được mở vì Va>0 SCR1 mở đưa thế Va ra chốt F, làm cấm SCR5 Tại thời điểm này SCR6 và SCR1 cho dòng chảy qua điện

áp Udc = Va - Vb

Khi cho xung điều khiển mở SCR2 Thyristor SCR2 được mở SCR6 đang mở, đưa

Vb ra anod SCR2 SCR2 mở đưa thế Vc ra chốt G, làm cấm SCR6 Tại thời điểm này SCR2 và SCR1 cho dòng chảy qua điện áp Udc = Va - Vc

Tương tự, SCR3 được kích dẫn làm cấm SCR1, rồi SCR4 được kích dẫn làm cấm SCR2.Trong bảng 1 trình bày thời điểm kích dẫn SCR và tương ứng làm khóa SCR liên quan

Gía trị trung bình của điện áp ra trên tải Udc = VF - VG là giá trị trung bình giữa hai đương bao

Cũng có thể tính U dc = Ud1 - Ud2 Với Ud1 và Ud2 là giá trị trung bình của điện thế do nhóm SCR dương và âm tạo nên

II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Thiết bị sử dụng:

- Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấpnguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn ~24VAC/10A

3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A

- Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502 ( 3 khối )

- Module Thyristor công suất: PE-513 (3 khối)

- Module tải: PEL-521

- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo

-Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu

Bộ biến đổi điện á xoay chiều thường gặp ở dạng 1 pha và 3 pha.

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để điều khiển bếp điện, lò điện , điều khiển ánh sáng, truyền động cầu trục, máy quạt , máy bơm , các dụng cụ điện Điều khiển nguồn cấp cho các bể

mạ, thiết bị hàn

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều một pha trình bày trên hình Các Thyristor SCR1-SCR2 ( hinh 4.1a) tạo thành công xoay chiều được vận hành theo phương pháp điều khiển pha Cặp công tắc này có thể thay bằng một Triac ( hình 4.1b)

Hình 4.2: Gian đồ tín hiệu bộ biến đổi điện áp xoay chiều tải trở R

Hình 4.3: Gian đồ tín hiệu bộ biến đổi điện áp xoay chiều tải trở RL

2.Trường hợp tải RL:

Qúa trình điện áp và dòng qua sơ đồ được biểu diễn trên hình 4.

1 Thiết bị sử dụng:

- Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấpnguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn ~24VAC/10A

3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A

- Module tạo xung điều khiển đồng bộ: PEC-502

- Module Thyristor công suất: PE-514

- Module tải: PEL-521 , PEL-522

- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo

-Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu

II CÁC BÀI THỰC TẬP:

1.Sơ đồ biến đổi thế AC một pha sử dụng Triac với tải R

a Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 4.6

- Kiểm tra việc cấp nguồn  12VAC và GND cho module điều khiển.

- Câp nguồn 24VAC cho lỗi vào sơ đồ điều khiển PEC-502.Chú ý chiều nối X-Y tương ứng với chiều nối trên tải

-Nối chốt Vrefo với Vrefo để đưa thế điều khiển góc cắt Vrefo vào các bộ so sánh của PEC-502.

- Nối các lối ra OUT1/A-B với các cực G và T1 của Triac 1(PE-514).

- Nối tải trở R/PEC-522 với Triac 1 và ngồn AC theo hình 4.6

b Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tại lỗi vào và trên tải R.

Vặn biến trở P3 để thay đổi góc điều khiển Quan sát sự thay đổi tín hiệu ra trên tải trở theo giá trị P3/Vref Xác lập P3 tương ứng với Vẽ dạng tín hiệu Uz và Iz và báo cáo

c Vặn biến trở P3 để thay đổi Unwgs với mỗi góc điều khiển, ghi giá trị Uz và Iz.R vào bảng

số liệu trong báo cáo