Do an tn - dien tu cong suat

điện tử

Trang 1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 2

LỜI CẢM ƠN 5

LỜI CAM ĐOAN 6

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 8

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG LÀM THÍ NGHIỆM 8

1.2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH 8

1.3 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 14

CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU VÀ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 17

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PSIM 17

2.2 MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU TRÊN PSIM 19

2.2.1 Mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển tải R 19

2.2.2 Mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển tải R-L 21

2.3 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU TRÊN PSIM 23

2.3.1 Mô phỏng mạch điều áp xoay chiều một pha tải R và tải R-L 23

2.3.2 Mô phỏng mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R và tải R-L 27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TỪ MÔ HÌNH 39

3.1 TRƯỜNG HỢP KHÔNG TẢI 39

3.2 TRƯỜNG HỢP TẢI R 48

3.3 TRƯỜNG HỢP TẢI R-L 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 55

Trang 2

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1: Bản vẽ thiết kế mặt bên của mô hình thí nghiệm 10

Hình 1 2: Bản vẽ thiết kế mặt trước của mô hình 11

Hình 1 3: Mô hình thực tế 11

Hình 1 4: Bản vẽ panel nguồn 12

Hình 1 5: Ảnh panel nguồn thực tế 13

Hình 1 6: Bản vẽ panel cầu chỉnh lưu ba pha 13

Hình 1 7: Ảnh panel cầu chỉnh lưu ba pha thực tế 14

Hình 1 8: Bản vẽ panel điều áp xoay chiều 14

Hình 1 9: Ảnh panel điều áp xoay chiều thực tế 15

Hình 1 10: Hình ảnh thực tế mặt trước của mô hình 15

Hình 1 11: Aptomat ba pha và aptomat đơn 16

Hình 1 12: Cầu chỉnh lưu ba pha diode 17

Hình 1 13: Lắp đặt cầu chỉnh lưu trong mô hình 17

Hình 1 14: TRIAC BTA41-800B 18

Hình 1 15: Lắp đặt mạch điều áp xoay chiều trong mô hình 18

Y Hình 2 1: Chương trình soạn thảo trong PSIM 19

Hình 2 2: Chương trình phân tích sóng trong PSIM 20

Hình 2 3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R 22

Hình 2 4: Dạng sóng sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R 23

Hình 2 5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R-L 24

Hình 2 6: Dạng sóng sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R-L 25

Hình 2 7: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều 1 pha tải R 27

Hình 2 8: Điện áp Va-Vd, dòng điện Id, điện áp điều khiển Vdk1-Vdk2 trên tải R .28

Hình 2 9: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều 1 pha tải R-L 29

Trang 3

Hình 2 10: Điện áp Va-Vd, dòng điện Id, điện áp điều khiển Vdk1-Vdk2 tải R-L 29 Hình 2 11: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R không có dây trung tính 31 Hình 2 12: Điện áp 3 pha Va-Vb-Vc, điện áp và dòng điện dây, điện áp điều khiển

32

Hình 2 13: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R-L không có dây trung tính .34

Hình 2 14: Điện áp 3 pha Va-Vb-Vc, điện áp và dòng điện dây, điện áp điều khiển .35

Hình 2 15: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R có dây trung tính 37

Hình 2 16: Điện áp 3 pha Va-Vb-Vc, điện áp và dòng điện dây, điện áp điều khiển .38

Hình 2 17: Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R-L có dây trung tính 40

Hình 2 18: Điện áp và dòng điện dây 41

Hình 3 1: Aptomat tổng 42

Hình 3 2: Máy biến áp tự ngẫu 42

Hình 3 3: Máy đo sóng OS - 5020 43

Hình 3 4: Panel nguồn của mô hình 43

Hình 3 5: Panel chỉnh lưu cầu ba pha 43

Hình 3 6: Sơ đồ đấu nguồn vào biến áp tự ngẫu 44

Hình 3 7: Sơ đồ đấu dây từ aptomat vào mạch chỉnh lưu cầu 3 pha 44

Hình 3 8: Đo điện áp pha aptomat 45

Hình 3 9: Đo điện áp dây aptomat 45

Hình 3 10: Đo điện áp đầu ra sau chỉnh lưu cầu 3 pha 46

Hình 3 11: Đo sóng một pha hình sin đầu vào 46

Hình 3 12: Dạng sóng đầu vào điện áp một pha nguồn 47

Hình 3 13: Dạng sóng đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha 47

Trang 4

Hình 3 14: Dạng sóng trên điểm Catot chung 47

Hình 3 15: Dạng sóng trên điểm Anot chung 48

Hình 3 16: Dạng sóng trên 2 điểm Anot chung và Catot chung 48

Hình 3 17: Dạng sóng của điện áp ngược đặt lên van số 2 48

Hình 3 23: Mạch tải R 51

Hình 3 24: Sơ đồ đấu nối tải R 51

Hình 3 25: Đo điện áp xoay chiều 3 pha qua áp tô mát với tải R 52

Hình 3 26: Đo điện áp ra khi mắc tải R 52

Hình 3 27: Dạng sóng chỉnh lưu cầu 3 pha khi có tải R 53

Hình 3 28: Mạch tải R-L 53

Hình 3 29: Sơ đồ đấu nối điện áp trên tải R-L 54

Hình 3 30: Đo điện áp xoay chiều 3 pha qua áp tô mát với tải R-L 54

Hình 3 31: Đo điện áp ra trên R khi mắc tải R-L 55

Hình 3 32: Đo điện áp ra trên cuộn cảm khi mắc tải R-L 55

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đặng Hồng Hảitrong suốt thời gian qua đã giúp đỡ và hướng dẫn nhóm em thực hiện đồ án tốtnghiệp này Trong quá trình thực hiện, thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình, cungcấp cho nhóm em rất nhiều kiến thức lý thuyết, cách sử dụng các trang thiết bị và

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm em xin cam kết đây là kết quả thực hiện do chính bản thân nhóm emthực hiện với sự giúp đỡ của các thầy, cô

Trang 7

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa mộtcách mạnh mẽ, trong đó ngành điện - điện tử đóng vai trò và có ý nghĩa rất lớntrong sự phát triển chung của ngành công nghiệp Sự phát triển của trang, thiết bịđiện - điện tử, kĩ thuật, vi xử lý đã tạo nên rất nhiều sản phẩm, ứng dụng

Là những sinh viên của khoa Điện – Điện tử, chuyên ngành Điện tự động

công nghiệp, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, nhóm em được giao đề tài “ Xây dựng mô hình bộ chỉnh lưu cầu ba pha và điều áp xoay chiều ba pha phục vụ cho thí nghiệm điện tử công suất ” do thầy Đặng Hồng Hải hướng dẫn.

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

 Thiết kế mô hình phục vụ cho thí nghiệm điện tử công suất

 Nghiên cứu, tìm hiểu về các phương pháp chỉnh lưu và điều áp

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu là bộ chỉnh lưu cầu và điều áp xoay chiều ba pha

 Phạm vi nghiên cứu là thiết kế tủ mô hình và lắp đặt các trang thiết bị

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thiết kế: Dựa vào các sơ đồ nguyên lý

và kiến thức đã học đề hoàn thành bài đồ án

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

 Ý nghĩa khoa học: Giúp hiểu sâu hơn về các trang, thiết bị được lắp đặt

 Ý nghĩa thực tiễn: Việc xây dựng mô hình đã giúp nhóm em củng cố đượcrất nhiều kiến thức cũng như kỹ năng

Trang 8

CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 1.1 MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG LÀM THÍ NGHIỆM

 Mục đích: Xây dựng mô hình các bộ chỉnh lưu và điều áp xoay chiều đểphục vụ cho điện tử công suất

 Đối tượng làm thí nhiệm: Các bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển vàđiều áp xoay chiều ba pha sử dụng TRIAC

1.2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH

a Thiết kế khung mô hình

Khung mô hình được làm từ chất liệu gỗ ép với các kích thước được thể hiệnchi tiết dưới các bản vẽ

Hình 1 1: Bản vẽ thiết kế mặt bên của mô hình thí nghiệm

Trang 9

Hình 1 2: Bản vẽ thiết kế mặt trước của mô hình

Hình 1 3: Mô hình thực tế

Trang 10

b Thiết kế panel thiết bị

Mặt trước của mô hình bao gồm 6 tấm panel để gắn các thiết bị điện tử baogồm các aptomat, đèn báo, núm bắt dây Các tấm panel được làm bằng gỗ, viềnđược bọc bằng khung nhôm chữ U nhằm tăng tính thầm mỹ, độ bền, trên mặt có incác sơ đồ đấu dây

 Panel nguồn

Panel nguồn bao gồm 01 aptomat ba pha và 01 aptomat tép có chức năng đóng, cắtnguồn và bảo bệ nguồn, thiết bị; núm bắt dây để cung cấp điện áp ba pha vào, ra.Điện áp ba pha có trung tính được lấy từ máy biến áp tự ngẫu sau đó đưa vào cácchân R, S, T, N và ra các chân A, B, C, N Mỗi pha vào có đèn báo trạng thái hoạtđộng Các thông số của panel nguồn được thể hiện chi tiết dưới các bản vẽ

Hình 1 4: Bản vẽ panel nguồn

Trang 11

Hình 1 5: Ảnh panel nguồn thực tế

 Panel cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển

Cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển được đặt ở phía đằng sau tủ, sau đó nối racác núm trên panel

Hình 1 6: Bản vẽ panel cầu chỉnh lưu ba pha

Trang 12

Hình 1 7: Ảnh panel cầu chỉnh lưu ba pha thực tế

 Panel điều áp xoay chiều

Mạch điều áp xoay chiều được đặt ở phía đằng sau tủ, sau đó nối dây ra các númtrên panel điều áp xoay chiều

Hình 1 8: Bản vẽ panel điều áp xoay chiều

Trang 13

Hình 1 9: Ảnh panel điều áp xoay chiều thực tế

Một số hình ảnh thực tế của mô hình khi hoàn thiện:

Hình 1 10: Hình ảnh thực tế mặt trước của mô hình

Trang 14

1.3 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

a Aptomat

Trong mô hình sử dụng 01 aptomat ba pha và 01 aptomat đơn có chức năng kiểmsoát, bảo vệ quá tải và ngắn mạch Được gắn cố định trên mặt panel nguồn bằngthay ray, các đầu dây có đánh số, sử dụng nguồn ba pha có dây trung tính

Hình 1 11: Aptomat ba pha và aptomat đơn

Thông số kỹ thuật:

- Mã sản phẩm: DZ47-63

- Điện áp định mức 400V, dòng điện định mức 50A

b Cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển

Chỉnh lưu cầu ba pha có mã SQL-50A-1200V là diode chỉnh lưu cầu có thểchịu được điện áp và dòng điện cao Chức năng của diode cầu trong mạch là chỉnhlưu dòng ba pha thành dòng một chiều

Thông số kỹ thuật [1]:

- Điện áp ngược cực đại lên tới 1200V

Trang 15

- Dòng điện thuận cực đại qua diode 50A.

- Diode được thiết kế với vỏ nhôm, tản nhiệt tốt

Hình 1 12: Cầu chỉnh lưu ba pha diode

Hình 1 13: Lắp đặt cầu chỉnh lưu trong mô hình

c Mạch điều áp xoay chiều ba pha

Sử dụng 03 TRIAC BTA41-800B, được lắp trên các thanh nhôm tản nhiệt,đầu dây đánh số đưa lên panel, có các thông số kỹ thuật [2]:

Trang 16

- Điện áp định mức Uđm = 600V, dòng điện định mức: Iđm = 40A.

- Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 mA, điện áp điều khiển: Uđk = 1.3V

- Dòng điện rò: Ir = 500 μAA , dòng điện duy trì: Ih = 80 mA

- Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 20 μAs , tốc độ tăng điện áp:

Trang 17

CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU VÀ ĐIỀU ÁP XOAY

CHIỀU 2.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PSIM

Phần mềm PSIM là sản phẩm của công ty Powersim Inc sản xuất và pháthành, đây là phần mềm mô phỏng được thiết kế đặc biệt để mô phỏng các mạchđiện tử công suất, các hệ truyền động điện Với giao diện dễ sử dụng, khả năng môphỏng nhanh và phân tích các dạng sóng tốt, PSIM là công cụ mô phỏng mạnh mẽcho việc phân tích các bộ biến đổi công suất, thiết kế các bộ điều khiển, nghiê cứucác hệ truyền động điện Chương trình thiết kế mạch của PSIM là một chương trình

có tính tương tác cao giữa giao diện của các thư mục và người dùng

Các phần tử của mạch được chứa trong menu Elements, được chia thànhbốn nhóm là: Phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch điều khiển (Control),phần tử mạch nguồn (Sources) và các phần tử khác (Other)

PSIM bao gồm 3 chương trình:

- PSIM Schematic: Đây là chương trình soạn thảo mạch nguyên lý, sử dụng để vẽmạch cần mô phỏng

Hình 2 1: Chương trình soạn thảo trong PSIM

- PSIM Simulator: Đây là trình chạy mô phỏng mạch nguyên lý

Trang 18

- Simview: Đây là trình vẽ dạng sóng, phân tích sóng.

Hình 2 2: Chương trình phân tích sóng trong PSIM

PSIM sẽ gồm 2 phần là phần mạch động lực và mạch điều khiển Mạch độnglực bao gồm nguồn, các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC Mạch điều khiển bao gồm các sơ đồ khối như các phần tử logic, các phần tử trong miền S, Z, các phần tử phi tuyến Các phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa các tín hiệu này về mạch điều khiển, sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch lực

Trang 19

2.2 MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU TRÊN PSIM

2.2.1 Mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển tải R

Bước 1: Mở phần mềm PSIM, tạo project mới

Bước 2: Lấy các phần tử

- Lấy điện áp ba pha vào Elements/Sources/Voltage/3-ph Sine

- Lấy diode vào Elements/Power/Switches/Diode

- Lấy điện trở vào Elements/Power/RLC/Resistor

- Lấy các que đo dòng điện và điện áp vào Elements/Other/Probes

Bước 3: Cài đặt thông số mô phỏng

- Sau khi lấy các phần tử ra, ta đấu nối được sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha mắc sao,nguồn ba pha nối mát

- Điện áp ngõ vào 220V, muốn đạt được 220V ta phải đặt điện áp ba pha là 220√3

V, tần số 50Hz, để bài mô phỏng được đơn giản ta lấy giá trị mặc định điện trở R =12Ω

- Lấy đồng hồ vào Simulate/Simulation Control, để quản lý thời gian hoạt động củabài mô phỏng, mặc định s = 0.01 chính là hiển thị trong một bán kỳ

Sau khi cài đặt tất cả các thông số, ta ấn Run Simulation để chạy mô phỏng

Bước 4: Mô phỏng

- Sơ đồ mạch:

Hình 2 3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R

Trang 20

- Kết quả mô phỏng:

Hình 2 4: Dạng sóng sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R

Giá trị dòng điện và điện áp:

Trang 21

2.2.2 Mô phỏng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển tải R-L

- Lấy diode vào Elements/Power/Switches/Diode

- Lấy cuộn cảm vào Elements/Power/RLC/Inductor

- Sau khi lấy các phần tử ra, ta đấu nối được sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha mắc sao,nguồn ba pha nối mát

V, tần số 50Hz, để bài mô phỏng được đơn giản ta lấy giá trị mặc định điện trở R =12Ω, L=0.2H

- Lấy đồng hồ vào Simulate/Simulation Control, để quản lý thời gian hoạt động củabài mô phỏng, mặc định s = 0.01 chính là hiển thị trong một bán kỳ

Sau khi cài đặt tất cả các thông số, ta ấn Run Simulation để chạy mô phỏng

Bước 4: Mô phỏng

- Sơ đồ mạch:

Trang 22

Hình 2 5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R-L

- Kết quả:

Hình 2 6: Dạng sóng sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha tải R-L

Trang 23

Nhận xét:

Khi lắp thêm tải L thì dòng điện Ir = 10.6A, nhỏ hơn nhiều khi có tải R

2.3 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU TRÊN PSIM

2.3.1 Mô phỏng mạch điều áp xoay chiều một pha tải R và tải R-L

- Lấy điện áp một pha vào Elements/Sources/Voltage

- Lấy thyristor vào Elements/Power/Switches/Thyristor

- Lấy cảm biến điện áp vào Other/Sensors/Voltage Sensor

- Lấy khối so sánh vào Control/Comparator

- Lấy bộ Alpha vào Other/Switches Controller/ Alpha Controller

- Lấy góc kích vào Sources/Voltage/DC

- Sau khi lấy các phần tử ra, ta đấu nối được sơ đồ điều áp xoay chiều một pha,nguồn một pha nối mát

- Điện áp ngõ vào 220V, tần số 50Hz, để bài mô phỏng được đơn giản ta lấy giá trịmặc định điện trở R = 12Ω Góc mở 45°

Trang 24

- Lấy đồng hồ vào Simulate/Simulation Control, để quản lý thời gian hoạt động củabài mô phỏng, mặc định s = 0.01 chính là hiển thị trong một bán kỳ Ta đặt 0.1s.Sau khi cài đặt tất cả các thông số, ta ấn Run Simulation để chạy mô phỏng.

Trang 25

Hình 2 8: Điện áp Va-Vd, dòng điện Id, điện áp điều khiển Vdk1-Vdk2 trên tải R

Nhận xét:

Ta thấy đầu vào là sóng hình sin một pha, với việc điều khiển cho các van mở mộtgóc 45° làm cho điện áp trên tải mất đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ so vớinguồn Kết quả là điện áp trên tải cùng tần số nhưng khác dạng hình sin và giá trịđiện áp nhỏ hơn một chút so với nguồn

Kết quả mô phỏng giống với cơ sở lý thuyết

Trang 27

Nhận xét:

Khi tải mang tính trở cảm, dạng dòng điện và điện áp thay đổi Nó làm cho dòngđiện bị kéo dài thêm sau khi điện áp trên tải bằng không và đổi dấu

Kết quả mô phỏng giống với cơ sở lý thuyết

2.3.2 Mô phỏng mạch điều áp xoay chiều ba pha tải R và tải R-L

- Lấy thyristor vào Elements/Power/Switches/Thyristor

- Lấy cảm biến điện áp vào Other/Sensors/Voltage Sensor

- Lấy khối so sánh vào Control/Comparator

- Lấy bộ Alpha vào Other/Switches Controller/ Alpha Controller

- Lấy góc kích vào Sources/Voltage/DC

- Sau khi lấy các phần tử ra, ta đấu nối được sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha

V, tần số 50Hz, để bài mô phỏng được đơn giản ta lấy giá trị mặc định điện trở R =12Ω Góc mở 45°

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	23,12 MB