Giáo Trình Thí Nghiệm Điện Tử Công Suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THƠNG BỘ MƠN HỆ THỐNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THƠNG GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT BIÊN SOẠN: ĐỒN HỊA MINH CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt THƠNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH THƠNG TIN VỀ TÁC GIẢ Họ tên: ĐỒN HỊA MINH Sinh năm: 1956 Cơ quan cơng tác: Bộ mơn: Hệ thống máy tính truyền thông (HTMT&TT) (Đã giảng dạy 15 năm mơn Viễn thơng & Tự động hóa, chuyển sang môn HTMT&TT từ 2008) Khoa: Công nghệ thông tin truyền thông Trường: Đại học Cần Thơ Địa email để liên hệ: dhminh@cit.ctu.edu.vn PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH ƒ Giáo trình có dùng để tham khảo ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự động hóa trường đại học kỹ thuật ƒ Từ khóa: Linh kiện cơng suất, chỉnh lưu, ổn áp chiều, điều khiển công suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mơ phỏng, MATLAB, PSIM, mạch tạo xung kích ƒ Yêu cầu kiến thức trước học môn này: học lý thuyết Điện tử công suất ƒ Chưa xuất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN Tất mạch thí nghiệm sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V Do thực tập sinh viên phải ln cảnh giác giữ an tồn người lẫn thiết bị thí nghiệm Để bảo đảm an tồn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành qui định sau đây: Không chạm vào mạch điện mở nguồn cấp điện Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán hướng dẫn kiểm tra, có đồng ý cán hướng dẫn mở nguồn cấp điện Khi đo điện áp, dịng điện xem dạng sóng cần phải: − Sử dụng giai đo − Đặt que đo chỗ, cực − Khi xem dạng sóng điểm có điện cao phải dùng điện cực (probe) có giảm áp Sắp xếp thiết bị dây dẫn điện ngăn nắp, gọn gàng, thao tác xác, tập trung làm bài, không đùa giỡn Không di dời thiết bị thí nghiệm từ sang khác Khi thực tập xong phải tắt điện, xếp gọn gàng thiết bị trước Sinh viên chịu trách nhiệm cố bồi thường thiết bị hư hỏng không chấp hành qui định CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MỤC LỤC THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 2 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU U BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 MỤC ĐÍCH 1.2 KIẾN THỨC NỀN 1.2.1 BJT công suất: a) Tải đặt chân E b) Đặt tải chân C c) Điều khiển gián tiếp 1.2.2 MOSFET công suất: 10 1.2.3 SCR 10 a Ký hiệu 10 b Khi phân cực thuận: 11 c Khi phân cực nghịch: 11 d Tóm lại: 11 1.2.4 TRIAC 11 1.3 THỰC HÀNH: 12 1.3.1 BJT: 12 1.3.2 MOSFET 12 1.3.3 SCR 13 A Mắc mạch hình sau: (Hình 1.20): 13 B Mắc mạch hình sau (Hình 1.21): 13 1.3.4 TRIAC 14 A Mắc mạch hình sau (Hình 1.22): 14 B Mắc mạch hình sau (Hình 1.23): 14 1.4 THIẾT BỊ: 15 1.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 15 BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 16 2.1 MỤC ĐÍCH 16 2.2 NỘI DUNG 16 2.2.1 DIODE: 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2.1.1 Mơ hình toán học [6]: 16 2.2.1.2 Thực hành: 17 2.2.2 TRANSISTOR 17 2.2.2.1 Mơ hình tốn học [6]: 18 Trong mơ hình Ebers-Moll (hình 3.c), dịng điện IC, IB, IE xác định biểu thức sau: 18 2.2.2.2 Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11] 19 2.2.3 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 20 2.2.3.1 E-MOSFET transistor [2], [12] 20 2.2.4 THYRISTOR (SCR) [2], [10] 21 2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật SCR là: 22 2.2.4.2 Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11] 22 2.2.5 TRIAC [2], [12] 22 2.2.5.1 Các thông số kỹ thuật TRIAC là: 23 2.2.5.2 Thực hành: 23 2.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 23 BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 24 3.1 MỤC ĐÍCH 24 3.2 CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN 24 3.2.1 Sinh viên ôn lại: 24 3.2.2 Sinh viên tìm hiểu giải thích nguyên tắc hoạt động mạch tạo xung kích: 24 3.3 THỰC HÀNH: 24 3.3.1 Khảo sát Board mạch tạo xung kích: 24 3.3.2 Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở: 26 3.3.3 Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng diode công suất: 27 3.3.4 Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển 27 3.3.5 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn 28 a Mắc tải R ( bóng đèn): 28 b Mắc tải R-L (gồm đèn cuộn cảm nối tiếp): 28 3.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 28 3.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 29 BÀI 4: LẬP TRÌNH MƠ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG MATLAB 30 4.1 MỤC ĐÍCH 30 4.2 KIẾN THỨC NỀN 30 4.3 THỰC HÀNH 30 4.3.1 Chỉnh lưu pha mạch tia không điều khiển 30 a Chương trình mẫu 1: 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Câu hỏi: 33 4.3.2 CHỈNH LƯU PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN 34 a Chương trình mẫu 2: 34 b Câu hỏi: 36 4.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM 39 5.1 MỤC ĐÍCH: 39 5.2 KIẾN THỨC NỀN: 39 5.3 THỰC HÀNH: 41 5.3.1 Mạch chỉnh lưu điều khiển pha nửa chu kỳ: 41 5.3.2 Mạch chỉnh lưu điều khiển pha hai nửa chu kỳ: 42 5.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 43 BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU 44 6.1 MỤC ĐÍCH 44 6.2 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT 44 T 6.2.1 Ổn áp tuyến tính 44 6.2.2 Ổn áp ngắt mở 45 6.3 PHẦN THỰC HÀNH 47 6.3.1 Ổn áp tuyến tính 47 6.3.2 Ổn áp ngắt mở: 49 6.3.2.1 Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: 50 6.3.2.2 Sinh viên khảo sát mạch thực công việc sau: 50 6.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 51 6.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 51 BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC 52 7.1 MỤC ĐÍCH: 52 7.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: 52 7.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 53 A Câu hỏi lý thuyết : 53 B Câu hỏi thực hành : 54 7.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 56 7.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 56 BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 57 8.1 MỤC ĐÍCH 57 8.2 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN 57 8.2.1 Phân loại 57 8.2.2 Cấu tạo: 57 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a Bộ chỉnh lưu mạch trung gian chiều: 58 b Bộ nghịch lưu áp 58 8.2.3 Phương pháp điều khiển nghịch lưu áp : 60 a Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM) 60 b Phương pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM) 60 c Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM) 61 8.2.4 Giới thiệu biên tần SIEMENS G110 61 a Giới thiệu chung 61 b Sơ lược cấu tạo 62 c Sử dụng 63 8.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 65 A Câu hỏi lý thuyết 65 B Phần thực hành biến tần dùng BJT cơng suất mạch tạo xung kích dùng vi điều khiển 89C51 65 C Phần thực hành biến tần Siemens G110 66 Điều khiển G110 từ DIN 66 Điều khiển G110 từ BOP 66 8.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 67 8.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 68 BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 69 9.1 MỤC ĐÍCH 69 9.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT 69 T 9.2.1 Mạch công suất: 69 9.2.2 Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích): 69 9.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 71 A Câu hỏi lý thuyết: 72 B Câu hỏi thực hành 73 Khảo sát mạch tạo xung kích: 73 Khảo sát mạch công suất: 73 9.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 74 9.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 74 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI NĨI ĐẦU Năm 2001, Bộ mơn Viễn thông điều khiển tự động, Khoa Công nghệ thông tin & truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ, thực thiết kế lại thí nghiệm Điện tử cơng suất Các thí nghiệm thiết kế bao gồm thiết bị thí nghiệm giáo trình, phục vụ cho chuyên ngành Điện tử, Viễn thơng, Tự động hóa, Kỹ thuật điện,… Giáo trình thí nghiệm Điện tử cơng suất thực lần bổ sung cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử cơng suất năm 2001 Giáo trình biên soạn gồm thực tập cho học phần tín chỉ, thời lượng 60 tiết thực tập, thực hành với thời gian tiết, tiết lại dành cho kiểm tra học phần Tuy nhiên, ta chọn cho học phần tín Tơi xin chân thành cám ơn q thầy Bộ mơn Viễn thông & Kỹ thuật điều khiển, Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, Bộ môn Viễn thơng Bộ mơn Tự động hóa, khoa Cơng nghệ, tham gia thực thí nghiệm năm 2001 Cảm ơn ThS Phạm văn Tấn, ThS Nguyễn Hoàng Dũng, TS Trần Thanh Hùng q thầy, khác có nhiều đóng góp để hồn thành giáo trình Cần Thơ, ngày 18 tháng năm 2009 ĐOÀN HÒA MINH CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN Tham gia thực hiện: KS Trương Văn Tám 1.1 MỤC ĐÍCH Khảo sát linh kiện công suất: BJT, MOSFET, SCR Triac Trong lĩnh vực điện tử công suất, linh kiện dùng chuyển mạch (switch) Vì vậy, ta khảo sát chúng hai chế độ đóng (dẫn) ngắt (ngưng dẫn), riêng với SCR Triac ta khảo sát thêm đặc tính điện phân cực, dịng kích, góc mỡ (điều khiển pha)… Qua thực hành này, sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động linh kiện công suất, từ đó, ứng dụng chúng thực tế 1.2 KIẾN THỨC NỀN Để làm tốt thí nghiệm này, sinh viên phải tự ôn tập kiến thức giáo trình lý thuyết học Đây linh kiện quen thuộc, nên phần sau nhắc lại số vấn đề 1.2.1 BJT công suất: Về cấu tạo, nguyên lý họat động giống BJT công suất nhỏ Sau đặc tính riêng BJT công suất mà ta cần lưu ý: ƒ Hệ số khuếch đại dịng điện β = IC BJT cơng suất thường nhỏ (khoảng IB vài chục) ƒ Khi dùng BJT chuyển mạch, điểm cần quan tâm là: thời gian chuyển mạch (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngưng dẫn ngược lại) ngắn tốt; trạng thái đóng, mạch kích phải tạo dịng IB đủ lớn (trong thực tế IB lớn từ đến lần IBSAT) để bảo đảm BJT dẫn điện tốt Tất nhiên, ta phải thiết kế cho BJT hoạt động không vượt định mức B ƒ BJT lọai linh kiện cơng suất kích ngắt Ví dụ: a) Tải đặt chân E (Hình 1.1) - Khi SW vị trí (nối mass), BJT ngưng dẫn (ngắt): BJT SW vị trí hở (OFF, R CE = VCE →∞ IC ) Vo= 0, IL = - Khi SW vị trí 2, BJT chuyển sang trạng thái dẫn : R CE = VCE IC Khi BJT dẫn bảo hòa (VCE ≈ 0, thực tế từ 0.1V → 0.2V) RCE ≈ (BJT SW đóng mạch - ON), V0 ≈ Vi Trang Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất IC # IL IL Vo Vi RL RB • SW • •1 B+ Hình 1.1 - Việc điều khiển có bất lợi B+ phải lớn VCC khơng BJT khơng bão hịa tuyệt đối (phải phân cực thuận nối BC BE) Để cải thiện ta có thể: b) Đặt tải chân C (Hình 1.2) c) Điều khiển gián tiếp (Hình 1.3): Trang Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp + S1 U/2 S3 S1 S5 S3 S5 + - U S4 S6 S4 S2 S6 S2 U/2 • J1 • J2 U11 • J3 U12 U13 Hình 8.4 : Bộ nghịch lưu áp pha 8.2.3 Phương pháp điều khiển nghịch lưu áp : Các nghịch lưu áp thường điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ rơng xung (PWM) qui tắc kích đóng đối nghịch Qui tắc kích đóng đối nghịch đảm bảo dạng áp tải điều khiển tuân theo giản đồ kích cơng tắc kỹ thuật điều chế độ rộng xung có tác dụng hạn chế tối đa ảnh hưởng bất lợi sóng hài bậc cao xuất phía tải Dựa vào phương pháp thiết lập giản đồ kích đóng cơng tắc nghịch lưu áp, ta phân biệt dạng điều chế độ rộng xung khác sau a Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM) Giản đồ kích đóng cơng tắc nghịch lưu dựa cở sở so sánh tín hiệu : sóng điều chế tần số cao sóng điều khiển dạng sin Sóng điều chế dạng tam giác Sóng điều khiển mang thông tin độ lớn trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp ngõ Trong trường hợp nghịch lưu áp pha, sóng điều khiển pha phải tạo lệch 1/3 chu kỳ b Phương pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM) Sóng điều khiển có dạng chữ nhật, có chu kỳ không đổi mổi chu kỳ Trang 60 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp c Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM) Ảnh hưởng số sóng hài bật thấp chứa điệnn áp khử bỏ phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu Giản đồ kích đóng công tắc thiết lập sở phân tích hàm tối ưu theo biến góc kích đóng linh kiện d Phương pháp điều chế theo dịng điện Giản đồ kích đóng cơng tắc xác định sở so sánh dòng điện yêu cầu tải dòng điện đo e Phương pháp điều rộng Còn gọi phương pháp điều chế độ rộng xung đơn, trường hợp đặt biệt phương pháp điều chế độ rộng xung Trong mổi chu kỳ, áp có xung điện áp Độ lớn điện áp cho tải điều khiển cách thay đổi độ rộng xung điện áp Phương pháp áp dụng điều khiển nghịch lưu áp pha f Phương pháp điều khiển theo biên độ Gọi tắc phương pháp điều biên Phương pháp đồi hỏi điện áp nguồn điều khiển Các công tắc cặp cơng tắc pha kích đóng với thời gian chu kỳ áp Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ gọi nghịch lưu bước (six-step voltage inverter) Trong sử dụng vi điều khiển 89C51 để tạo xung điều khiển, lập trình cung cấp tín hiệu điều khiển lệch pha 1200 port P3.0, P3.1 P3.2 chọn tần số 40Hz, 50Hz, 100Hz cho dòng điện tải Sơ đồ chi tiết biến tần thí được in kèm theo board mạch thí nghiệm 8.2.4 Giới thiệu biên tần SIEMENS G110 a Giới thiệu chung - Sinamics G110 biến tần cho phép thay đổi tần số mong muốn để điều khiển động AC pha Hiện dịng sản phẩm có nhiều model với công suất từ 120W đến 3KW Model sử dụng thí nghiệm có cơng suất 2.2KW - Biến tần G110 hệ vi xử lý điều khiển dùng công nghệ IGBT ( Isolated Gate Bipolar Transistor) Sản phẩm có độ tin cậy cao linh hoạt ứng dụng Việc sử dụng phương pháp biến điệu độ rộng xung đặc biệt, với tần số xung lựa chọn cho phép motor hoat động thật yên tĩnh nhẹ nhàng Bên cạnh đó, với tính bảo vệ tồn diện giúp bảo vệ an tồn cho biến tần G110 motor kết nối sử dụng - G110 sử dụng theo hai phương thức điều khiển: + Điều khiển Analog – dùng mạch tương tự kết nối với ngõ vào G110 + Điều khiển USS – dùng chuẩn RS485 Trang 61 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp b Sơ lược cấu tạo L1,L2/N BOP DIN10 U,V,W,PE Hình 8.5: Hình dạng biến tần G110 - G110 với góc nhìn từ đỉnh (Hình 8.6) + L1, L2: nối với nguồn điện 220V + PE (Protect Circuit): thường nối với mass biến tần G110 + Led: dùng để thị giúp người sử dụng DIN10 biết trạng thái G110 + DC+, DC-: ngõ điện chiều + U, V, W: Kết nối với động pha + DIN 10: Các ngõ vào G110 Hình 8.6 Trang 62 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp - Sơ đồ khối G110 (Hình 8.7): Hình 8.7 c Sử dụng G110 điều khiển động nhiều cách: + Thông qua DIP G110 + Keypad + PC (mode USS) - Để điều khiển hoạt động G110, người điều khiển phải nhập vào tham số (Parameter) G110 lấy giá trị tham số này, tính tốn thực điều khiển tương ứng ngõ Trang 63 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp Các tham số điều khiển: - P0003: Cấp độ truy nhập thông số 1: Standard 2: Extended 3: Expert 4: Reserved - P0010: Cài đặt chế độ chấp hành cho G110 0: Ready 1: Quick Commissioning 2: Inverter 29: Download 30: Factory setting - P0100: Europe / North America 0: kw/50hz 1: Hp/60hz 2: kw/60hz - P0700: Chọn điều khiển: 1: BOP (Basic Operation Panel) 2: Terminal / Digital input 3: USS Interface Tên Chức P0304 Điện định mức động P0305 Dịng điện định mức động P0307 Cơng suất định mức động P0308 Hệ số công suất P0310 Tần số hoạt động P0311 Số vòng quay phút P0335 Chọn chế độ làm mát cho motor P0640 Tham số dòng tải cho phép P1000 Lựa chọn tần số đặt trước P1080 Tần số nhỏ P1082 Tần số lớn P1120 Thời gian tăng đến tần số lớn P1121 Thời gian giảm từ tần số lớn P1300 Chọn chế độ điều khiển P3900 Chọn kết thúc Quick Commissioning Sử dụng BOP để truy nhập vào tham số tương đối đơn giản: để vào chọn tham số Nhấn Nhấn đến tham số cần hiệu chỉnh hiển thị hình Nhấn để hiển thị giá trị tham số Nhấn để chọn giá trị cần thiết lập Nhấn để chấp nhận giá trị vừa thay đổi Lặp lại từ bước cho thông số Trang 64 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp 8.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH A Câu hỏi lý thuyết Công suất dịng điện hình sin phụ thuộc vào tần số nào? Tốc độ quay motor AC thay đổi theo tần số nguồn cấp điện nào? Từ sơ đồ mạch cho biết xung điều khiển S1, S2, S3, S4, S5, S6 lệch pha ? Bộ biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu áp khác với biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu dòng điểm nào? B Phần thực hành biến tần dùng BJT công suất mạch tạo xung kích dùng vi điều khiển 89C51 Mắc tải R(bóng đèn) vào mạch biến tần theo kiểu Y (đấu hình sao): a Chọn tần số 40Hz, dùng oscilloscope xem vẽ lại dạng sóng xung điều khiển S1 ( JH1), S3 (tại JH9) S5 (tại JH4) từ cho biết phương pháp điều khiển phương pháp gì? b Thay đổi tần số (theo trình tự sau: ngắt điện nguồn, ấn nút xả điện X, mở nguồn điện lại, ấn nút chọn tần) đo điện áp hiệu dụng tải (trên pha xác định) Lập bảng : Tần số (Hz) Vtải(V) Ptải= V2tải/R 40Hz 50Hz 100Hz Cho nhận xét phụ thuộc công suất vào tần số c Dùng oscilloscope xem vẽ lại dạng sóng điện áp tải pha xác định (chú ý : dùng dây lấy tín hiệu cho oscilloscope có mạch giảm áp) , nhận xét Mắc tải R_L vào mạch biến tần theo kiểu Y, chọn tần số 40Hz, dùng Oscilloscope xem vẽ lại dạng sóng điện áp tải (trên pha xác định) Thay tải R_L motor pha, thay đổi tần số quan sát tốc độ quay motor Suy phụ thuộc tốc độ quay vào tần số nguồn điện cấp cho motor Lúc khởi động motor, nguồn cấp điện cho motor có tần số thấp hay cao? Tại sao? Trang 65 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp C Phần thực hành biến tần Siemens G110 Điều khiển G110 từ DIN Điều khiển tốc độ chiều quay động từ mạch điện kết nối từ bên ngoài: - Cài đặt tham số: + P0700=2 + P1000=2 - Tác động lên SW ta điều khiển on/off chiều quay động Thay đổi tần số cách điều chỉnh biến trở khoảng 2s để xem thông * Sau motor hoạt động, nhấn giữ phím số tải hoạt động: điện thế, tần số, dòng diện Yêu cầu: Lập bảng thống kê sau: Tần số 20 30 40 50 Điện áp Cho nhận xét mối quan hệ điện áp ngõ ra, tốc độ động với tần số điều chỉnh Điều khiển G110 từ BOP Thực cài đặt thông số cho biến tần sau: P0003=1 // Cấp độ truy cập tham số P0010=1 P0100=0 P0304=220V P0305=2.00A P0307=0.75kw P0310=50Hz P0311=1390 P0700=1 P1000=1Ỉ chọn tần số setpoint từ MOP P1080=0 Hz Trang 66 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp P1082=50 Hz P1120=10 P1121=10 P3900=1 : Khởi động motor ( ON) Ỉ Motor chạy với tần số 5Hz : Dừng Motor (OFF) : Đảo chiều quay Motor : Nhấn giữ Motor tăng dần đến tần số đặt.( P1058 )Ỉ tần số hoạt động motor tăng dần đến 5Hz - Vẫn gi ữ thông số motor ta thay đổi thêm số tham số: P0003=3 P0010=0 P1040=30 Ỉ thay đổi tần số MOP P1058 = 20 Ỉ thay đổi tần số JOG Thực cài đặt lại tham số: P0700=1 P0719=0 P1000=1 : Khởi động motor ( ON) Ỉ Motor chạy với tần số 30Hz : Dừng Motor (OFF) : Đảo chiều quay Motor : Nhấn giữ Motor tăng dần đến tần số đặt.( P1058 )Ỉ tần số hoạt động motor tăng dần đến 20Hz khoảng 2-3s, sau nhấn tiếp lần để xem thơng số - Nhấn giữ hoạt động motor Muốn trở mode tham số ấn giữ khoảng 2-3s Yêu cầu: - Cho nhận xét hoạt động động cơ, ta thay đổi tần số MOP JOP - Cho biết ý nghĩa tham số MOP JOP 8.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Bộ biến tần dùng BJT mạch kích dùng vi điều khiển 89C51 Bộ biến tần Siemens G110 01 Osciloocope tải R_L 01 VOM ( Ampere kiềm) 01 motor pha Trang 67 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 8: Biến tần gián tiếp 8.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001 [2] Các giảng giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT [3] NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT I – NXB Đại học Quốc gia TP HCM – 2002 [4] TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Mơn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001 [5] CYRIL W LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London – 1987 [6] Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version – UTM.JB – 2003 [7] http://www.vocw.edu.vn/content/m10373/latest/ [8] Tài liệu kèm theo thiết bị biến tần Siemens G110 Trang 68 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP Tham gia thực hiện: ThS Trần Thanh Hùng - 2001 9.1 MỤC ĐÍCH Bộ biến tần trực tiếp (cycloconverter) tạo điện áp xoay chiều ngõ với trị hiệu dụng tần số điều khiển được, trị hiệu dụng tần số điện áp ngõ nhỏ hiệu dụng tần số điện áp nguồn Bộ biến tần loại ứng dụng điều khiển truyền động động điện xoay chiều Bài thí nghiệm khảo sát biến tần trực tiếp với nguồn điện xoay chiều pha bao gồm: - Khảo sát mạch tạo xung điều khiển, thông qua sinh viên nắm phương pháp kỹ thuật tạo xung kích thay đổi góc điều khiển - Khảo sát mạch cơng suất, thơng qua sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động biến tần trực tiếp, hoạt động linh kiện công suất (trong ta dùng SCR); xác định mối quan hệ tần số cơng suất, dạng sóng điện áp ra, loại tải khác nhau: tải trở, tải R-L, tải R-L-C 9.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT Từ điện cung cấp xoay chiều hình sin với tần số 50Hz/60Hz, ta tạo điện xoay chiều hình sin với tần số thay đổi cách “cắt đoạn” điện cung cấp ghép lại cho điện trung bình có dạng hình sin Biến tần hoạt động dựa vào nguyên tắc gọi biến tần trực tiếp Dựa vào hình 9.1 ta thấy điện cung cấp cho biến tần trực tiếp có nhiều pha, điện ‘cắt được’ có giá trị trung bình gần với sóng sin mong muốn Để khảo sát, ta chia biến tần thành phận: mạch công suất mạch điều khiển 9.2.1 Mạch công suất: Hình 9.2 trình bày sơ đồ chi tiết mạch công suất biến tần trực tiếp hai pha Hai pha điện lệch pha 1800 tạo từ điện pha biến có điểm Hai SCR Q1 Q2 hoạt động công tắc ”cắt” điện pha để tạo thành bán kì dương điện hình sin mong muốn (cung cấp cho tải) Ngược lại, SCR Q3 Q4 tạo bán kì âm điện mong muốn Góc mở SCR phải thích hợp để điện tạo có giá trị trung bình thay đổi theo qui luật hình sin (xem hình 9.1.b) 9.2.2 Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích): Để SCR “cắt” điện cung cấp vị trí, cần phải có mạch điều khiển để tạo nên xung kích SCR (các tín hiệu g1, g2, g3, g4 hình 9.2) Để điều khiển SCR Q1 Q2 cắt pha điện tạo bán kì dương điện áp ngõ ra, ta dùng mạch hình 9.3 Đầu tiên điện áp pha với pha đổi thành xung vuông đảo Điện áp dùng để điều khiển mạch tích phân để tạo thành điện cưa có tần số với điện pha Điện cưa đưa vào so sánh với điện cưa khác (ta khảo sát chu kỳ, Trang 69 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp cạnh xuống cạnh lên) tạo từ mạch dao động tạo sóng sin có tần số thấp gọi tín hiệu điều khiển V Điện cung cấp Điện ‘cắt’ Điện mong muốn a) Nguyên tắc hoạt động biến tần trực tiếp pha V Điện pha1 Điện pha2 Điện mong muốn Điện ‘cắt’ b) Nguyên tắc hoạt động biến tần trực tiếp pha Hình 9.1 Nguyên tắc hoạt động biến tần trực tiếp cách ‘cắt đoạn’ điện cung cấp Ngõ mạch so sánh thứ dùng để điều khiển Q1 ngõ mạch so sánh thứ dùng để điều khiển Q2 Kết góc mở SCR Q1 Q2 giảm dần từ giá trị lớn (ứng với điểm đầu cạnh lên tín hiệu điều khiển, tín hiệu TP3) đến giá trị nhỏ (ứng với điểm cuối cạnh lên) sau tăng dần đến giá trị lớn (ứng với điểm cuối cạnh xuống tín hiệu điều khiển) Như điện ngõ tăng dần từ giá trị nhỏ nhất, đạt cực đại điểm tín hiệu cưa giảm dần đến giá trị thấp Như mạch hình 9.3 tạo bán kì dương điện ngõ Để điều khiển bán kì cịn lại, sinh viên tự tìm hiểu (xem phần CÂU HỎI thực hành) Trang 70 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp Q1 g1 Q2 T2 5Pha1 g2 R_Load Giua 220V AC in Pha2 Q3 g3 Q4 g4 Hình 9.2 Mạch cơng suất biến tần trực tiếp pha pha1 + ∫ - TP4 Pha2 + - - So sánh ∫ Tới g1 + Tới g2 + + - ∫ TP2 Mạch dao động tạo sóng sin - TP3 So sánh TP1 Chỉnh tần số 9.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH V0 Hình 9.3 Mạch điều khiển biến tần trực tiếp VTB=? π α Trang 71 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp A Câu hỏi lý thuyết: Tính điện trung bình chu kì sóng sin ‘cắt được’ góc mở α Tìm quy luật thay đổi góc mở α để tạo điện ngõ có giá trị trung bình thay đổi theo quy luật hình sin (Dựa vào biểu thức tính điện trung bình theo góc mở α) Giải thích nguyên tắc hoạt động điều khiển biến tần trực tiếp cách vẽ tín hiệu sin, tam giác, tín hiệu điều khiển, điện tải theo trục thời gian, theo dạng sau: Δ từ pha1 Δ từ pha2 Pha1 Pha2 Δ từ sóng sin sóng sin điều khiển tần số biến tần g1 t g2 t VL t Nhận xét trị trung bình điện tải VL Để tạo chu kì âm điện tải, mạch điều khiển phải cải tiến nào? Trang 72 Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp B Câu hỏi thực hành Khảo sát mạch tạo xung kích: Cấp điện cho mạch tạo xung kích, a Để biến trở chỉnh tần số mạch dao động khoảng giữa, điều chỉnh biến trở VR cho sóng tam giác TP6 có biên độ lớn sóng tam giác TP4 chút Quan sát vẽ lại dạng sóng điểm TP1, TP2, TP3, TP4 g1, g2 theo trục thời gian b Giảm tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR trên, quan sát tín hiệu điểm Cho nhận xét c Tăng dần tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR trên, quan sát tín hiệu điểm Cho nhận xét d Giải thích phải điều chỉnh biến trở VR trên? Khảo sát mạch công suất: Nối mạch điều khiển vào mạch công suất, R1 Nối tải trở (bóng đèn) vào mạch cơng suất Cấp điện mạch công suất - Để biến trở chỉnh tần số mạch dao động mạch điều khiển mức giữa, điều chỉnh lại biến trở VR, chỉnh thang biên độ máy sóng vị trí lớn Quan sát tín hiệu điện đầu tải Vẽ lại dạng sóng điện tải Dịng điện qua tải có dạng nào? - Chỉnh biến trở vị trí thấp nhất, quan sát dạng tín hiệu tải Nhận xét R1 2,2K C2 - Tăng dần tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR phần trên, quan sát tín hiệu tải, nhận xét a Ngắt điện mạch công suất Nối tụ C2 song song với tải R1 Lập lại thí nghiệm phần II.1 Điện tải thay đổi so với phần II.1 R1 C2 L2 2,2K b Ngắt điện mạch cơng suất Mắc tải hình bên Lập lại thí nghiệm phần II.1 Điện tải thay đổi so với trường hợp Trường hợp tín hiệu tốt (gần sin nhất) c Cho biết công dụng tụ C1, C2 nối G K Q1 & Q2? d Mắc tải R&L nối tiếp, R=2,2K, quan sát tín hiệu ra, nhận xét? Trang 73 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Biến tần trực tiếp e Mắc tải motor, thay đổi tần số, quan sát tốc độ quay motor, cho nhận xét phụ thuộc tốc độ quay công suất vào tần số điện áp f Sinh viên cho biết mạch thí nghiệm thích hợp sử dụng với loại tải ? Khơng thích hợp với loại tải nào? Giải thích sao? Nêu hướng khắc phục để mạch sử dụng thực tế? 9.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 1) 01 mạch thí nghiệm (board lớn) 2) 01 tải motor 3) 01 oscilloscope 4) 01 VOM 9.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001 [2] Các giảng giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT [3] NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT I – NXB Đại học Quốc gia TP HCM – 2002 [4] TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001 [5] CYRIL W LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London – 1987 [6] Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version – UTM.JB – 2003 [7] http://www.vocw.edu.vn/content/m10373/latest/ Trang 74 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... chuyên ngành Điện tử, Viễn thơng, Tự động hóa, Kỹ thuật điện, … Giáo trình thí nghiệm Điện tử cơng suất thực lần bổ sung cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử cơng suất năm 2001 Giáo trình biên... Trang 11 Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất 1.3 THỰC HÀNH: 1.3.1 BJT: Ta khảo sát công tắc điện tử dùng... tự động, Khoa Công nghệ thông tin & truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ, thực thiết kế lại thí nghiệm Điện tử cơng suất Các thí nghiệm thiết kế bao gồm thiết bị thí nghiệm giáo trình, phục vụ