Báo cáo thí nghiệm điện tử công suất full

BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Nhóm: chuyển sang nhóm Lớp: 09DD2N Ngày làm TN: Thứ sáu ngày 24 tháng 10 năm 2008 – TN Ca: Sáng BÀI 1: TÌM HIỂU VỀ BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHA THYRISTOR (SCR) MẠCH CHỈNH LƯU CƠNG SUẤT SCR KÍCH BẰNG UJT Phần1: TÌM HIỂU VỀ BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHA: • Mục Đích: _ Cho ta xác định xác Thyristor khối mạch board _ Để hiểu rỏ ”Mạch Thyristor mạch điều khiển pha” có sử dụng vài loại Thyristor khác cấu trúc mạch chiều xoay chiều A LÀM QUEN BOARD MẠCH: Các thành phần linh kiện khối mạch Của board mạch thí nghiệm số a) Khối SILICON CONTROLLED RECTIFIER (SCR): Có SCR: dùng để kích đóng kích ngắt điện chiều Một nguồn DC thay đổi: Cấp nguồn cho khối hoạt động Điện trở gồm có: R1 R2 có nhiệm vụ ổn định dịng áp tạo dịng kích cho chân G SCR, R4 thay cho tải Biến trở R3 có nhiệm vụ nhiệm vụ với R1, R2 Hai nhiệm vụ với R4 Công tắc thường mở S1 để tạo dịng kích cho SCR b) Khối TRIAC AC POWER CONTROL: Có TRIAC Q1: Dùng để kích đóng kích ngắt điện xoay chiều Có nguồn DC: nguồn DC dương thay đổi cố định nguồn DC âm thay đổi nguồn cố định Có nguồn xoay chiều Có điện trở R2, R3, R4, R5, R6 điện trở tải Có biến trở R1 Có Diode CR1 CR2 Có tụ C1 Có cơng tắc thường mở S1 c) Khối SCR DC GATE HALF-WAVE AND FULL-WAVE: Có SCR Q1: Dùng để kích đóng kích ngắt điện chiều Có nguồn dương DC thay đổi Có nguồn xoay chiều Có điện trở R1, R2, R3, R4 Có Diode thường CR1 Diode cầu CR2 Có cơng tắc thường mở S1 d) Khối SCR AC GATE AND UJT HALE-WAVE AND FULL-WAVE / MOTOR: Có Transistor UJT Q1 Có TRIAC Q2: Dùng để kích đóng kích ngắt điện xoay chiều Có nguồn xoay chiều Có điện trở R1, R3, R4, R5, R6, R7, R8 điện trở tải Có biến trở R2 Có Diode CR1 CR2 Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang Có tụ C1 C2 Các linh kiện khối là: STT Tên khối mạch Tên Thuristor mạch Có sử dụng UJT Nguồn AC Nguồn DC cố định Nguồn DC thay đổi SCR O O O X TRIAC O X X X SCR O X O X SCR X X O O Khối SILICON CONTROLLED RECTIFIER (SCR) Khối TRIAC AC POWER CONTROL Khối SCR DC GATE HALFWAVE AND FULL-WAVE Khối SCR AC GATE AND UJT HALE-WAVE AND FULL-WAVE / MOTOR B NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA MẠCH THYRISTOR: Cho dụng cụ cần thiết để thí nghiệm cho mạch hình vẽ sau: Nối máy phát sóng vào đầu GEN với tần số máy phát sóng 60 Hz Nối dao động ký vào ngõ AC mạch: a) Ta thay đổi biên độ: Tần số không đổi Biển độ điện áp bị thay đổi đến giá trị Vpp = 28 Thì điện áp bị xén b) Dùng VOM chế độ đo áp DC Đo điện áp nguồn dương cố định: V = 14.87 (V) c) Đo tiếp điện áp nguồn âm cố định: V = -15 (V) d) Dùng VOM chế độ đo DC Đo điện áp nguồn dương thay đổi được, điện áp khoảng: - 4.8mV gần =  10.28 V e) Ta đo nguồn âm thay đổi được, khoảng thay đổi là: -10.22 V  26.1 mV C KIỂM TRA SCR BẰNG ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG: Sơ đồ chân: A G Q SC R G C A K Kết nối que âm đồng hồ vào anode que dương vào cathode: Đồng hồ khơng hiển thị gì, cho biết điện trở vô (SCR chưa hoạt động hay phân cực ngược) Đổi đầu que đo lại: Đồng hồ cho gia trị điện trở lớn Từ câu trả lời SCR khơng giống với Diode bình thường Kết nối que âm vào anode, que dương vào cổng G: Đo giá trị điện trở 15.92 Mohm (Rất lớn) Đảo đầu que đo lại giá trị điện trở dao động khoảng 5.6  8.8 Mohm Từ câu hai cực anode G không giống với diode bình thường Sinh viên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Trang Kết nối đầu âm đồng hồ vào cổng G đầu dương vào cathode Đồng hồ khơng hiển thị Đảo hai đầu que đo đồng cho giá trị điện trở lớn 0.3 Mohm 10 Từ câu cổng G chân cathode không giống với diode bình thường phân cực thuận diode có nội trở khoảng vài Ohm D HOẠT ĐỘNG CỦA SCR TRONG MẠCH MỘT CHIỀU: Cho sơ đồ mạch sau: Điều chỉnh nguồn dương VA = 6VDC Đo điện áp anode cathode SCR: VAK = 6.02V Đo điện áp rơi R4: VR4 = 0V Từ dử liệu cho biết SCR tắt Nhấn giử công tắc S1 ta đo được: a) VAK = 0.75V b) VR4 = 5.27V  Vậy SCR dẫn Thả công tắc S1 SCR tiếp tục dẫn Nếu ngắt điện áp khỏi cổng SCR không làm cho SCR ngừng dẫn điện, để SCR ngưn dẫn mở nguồn VA khỏi board mạch  Kết luân: Khi ta cấp nguồn vào cực Anode (A) Cathode (K) SCR SCR chưa cho dịng qua (SCR khơng dẫn), mà muốn SCR dẫn phải cấp áp vào cổng G SCR cấp xung dương đủ bn S1 SCR dẫn cần xung dương SCR dẫn nguồn cực A K SCR ngưng dẫn E ĐIỆN ÁP TRIGGƠ TRÊN CỰC CỔNG DÒNG GIỮ: Cho sơ đồ mạch sau: Đo VGK đồng hồ vạn chế độ SCR: a) VGK = 0.19V b) VAK = 6.02V  SCR tắt Xoay R3 theo chiều kim đồng hồ (làm điện trở giảm dần) từ từ SCR mở: a) SCR mở vì: Giá trị điện trở R3 giảm điện áp vào cổng G tăng xung dương đủ lớn kích đựơc SCR mở lúc đầu SCR chưa mở =>VAK = 0.75V =>R3 = 1.2 Kohm Khi tăng điện trở R3 ngắt nhanh đầu nối cổng R4 SCR tắt R4 = 6.38 Kohm làm lại bước ta đo điện áp điểm mở (khi đo SCR chưa mở) đo đươc: a) VGK = 0.48V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang Mắc mạch lai sau: Vặn R3 theo chiều kim đồng hồ để có giá trị điện trở lớn Nhấn thả S1, để SCR mở Dòng anode (IA) SCR bị hạn chế điện trở anode tính tốn theo định luật Ohm sau: IR4 = ER4/R4 a) ER4 = VA-VAK = – 0.75 = 5.25V b) R4 = 220 Ohm  IR4 = 0.0238A Điện áp rơi qua R4: ER4 = 5.19V  IA = IR4 = ER4/R4 = 0.0235A 10 Dòng giữ IH = ER4/R4: a) Với ER4 = 0.002V điện áp SCR ngắt  IH = A  Kết luận: Vậy có xung dương thi SCR mở xung dương củng phải đủ lớn nghĩa cổng G SCR điện áp định mức tối thiểu F CÁC ĐẶC TÍNH CỦA UJT: Cho sơ đồ mạch hình vẽ: Điều chỉnh máy phát sóng tần số 60 Hz, biên độ cho VAC có trị hiệu dụng = 6.3V Dùng dao động ký đo tín hiệu B1 mass: có xung dương cực B1 để kênh dao động ký GND Chuyển kênh dao động ký sang chế độ đo DC Đo tín hiệu tai cực E kênh đo điện áp đỉnh dạng sóng mức Xoay R2 theo chiều kim đồng hồ có xung xuất kênh (B1) Di chuyển kênh dao động ký sang Vac Quan sát đồng thời kênh dao động ký sau: Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang Xoay R2 từ từ theo chiều kim đồng hồ đồng thời kiểm tra kênh (UJT B1) khoảng trể thay đổi khoảng là: a) 3.4 ô  360o (là chu kỳ) b) 0.3 ô  ? (tìm góc thời điểm bắt đầu trể) c) 1.8  ? (tìm góc thời điểm kết thúc khoang trể)  Vậy khoảng trể từ 31.7o  190.6o Điều chỉnh R2 để xung B1 kênh trễ xấp xỉ 90o a) 3.4 ô  360o b) ?  90o  Vậy ta phải chỉnh khoảng trể 0.85ô dao động ký Tín hiệu cực B1: 10 Tín hiệu cực B2: 11 Tín hiệu cực E: 12 Độ rộng xung B1 khơng đủ để kích cho SCR Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang  Kết luận: Do câu có xung dương cực B1, mà cực kích G SCR nối với B1 nên SCR có hoạt động Ở câu có tụ diode nên bán kỳ âm dòng qua tụ C1 R1 Diode nên kênh dao động ký ta thấy điện áp âm gần với áp nguồn Cịn bán kỳ dương tù nạp vào xả UJT dẫn Cũng từ câu ta nhận thấy sóng B1 B2 UJT UJT khơng dẫn áp B1 (khoảng ¼ chu kỳ đầu sóng thấp), áp B2 nguồn (khoảng ¼ chu kỳ đầu sóng cao) G ĐIỀU KHIỂN PHA UJT BÁN KỲ TOÀN KỲ: Điều chỉnh biên độ Vac = 18Vpp tần số 60 Hz.và sơ đồ mạch sau: Vẽ dạng sóng R8 là: Góc dẫn điện khơng xấp xỉ 180o Xoay chiết áp R2 từ từ ngược chiều kim đồng hồ Góc dẫn điện SCR giảm Xoay R2 đến điểm mà sóng lên Góc dẫn điện gần làm lại mạch sau: Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang Nối kênh dao động ký vào R8 ta vẽ sóng sau: Tính hiệu khơng chỉnh lưu tồn sóng Góc dẫn điện bán kỳ dương là: a) ô  360o ( chu kỳ) b) 2.2 ô  ? (2.2 ô khoảng dẫn điện)  Vậy góc dẫn điện là: 198o 10 Nối dao động ký vào R8 điều chỉnh tín hiệu phát điện Vpk tải R8, xoay R2 theo chiều kim đồng hồ giá trị R2 để có góc dẫn cao 11 Dùng VOM DC ta đo giá trị hiệu dụng qua R8: VR8 = 1.85V 12 Giá trị đo giá trị hiệu dụng 13 Vẫn để VOM đo ta xoay R2 ngược chiều kim đồng hồ tăng giá trị điện trở R2 Làm cho cơng suất tiêu tán tải giảm dịng kích vào E giảm UJT dẫn yếu làm dịng qua giảm làm cho SCR khơng dẫn nên dịng qua R8 khơng có nên cơng suất giảm => Kết luận: a) Vậy cấp nguồn AC cho mạch hoạt động ta cấp nguồn DC SCR hoạt động cho dịng chiều b) Và biến trở R2 làm cho UJT hoạt động mạnh hay yếu tùy vào ta điều chỉnh ảnh hưởng đến công suất mạch, ảnh hưởng đến hoạt động SCR Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Nhóm: chuyển sang nhóm Lớp: 09DD2N Ngày làm TN: Thứ sáu ngày 24 tháng 10 năm 2008 – TN Ca: Sáng BÀI 2: SCR ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT DC AC THIẾT BỊ TRIAC VÀ CÁC MẠCH CHỈNH LƯU Phần1: TÌM HIỂU VỀ BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHA: • Mục Đích: _ Cho ta xác định việc sử dụng SCR để điều khiển công suất chiều xoay chiều cách sử dụng mạch chỉnh lưu điển hình _ Đưa hoạt động với tính hiệu chiều xoay chiều TRIAC H PHẦN THÍ NGHIỆM: CHỈNH LƯU BÁN KỲ BẰNG SCR: e) Cho mạch mắc sau: Cấp nguồn mạch SW R R 10K Va 10Vdc 220 O hm Vac A Q R 1K G K 18 Vpp/60H z f) Nối kênh1 dao động ký vào tải R4 SCR không dẫn Do cực G SCR chưa có xung dịng kích g) Nhấn giử SW1 lúc xung dòng (dương) từ nguồn Va qua R1 vào cực G SCR dẫn h) Và ta có dạng sóng tải R4 sau: i) Khi ta thả SW1 SCR khơng dẫn vì: Thực chất ta kích xung dương SCR dẫn ln SCR không dẫn ta buôn SW1 bán kì dương (từ R4 Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang xuống) SCR dẫn bn SCR gặp bán kì âm ngược lại coi SCR ngắt nguồn nên SCR ngừng dẫn j) Nối dao động ký vào cực A cực K SCR S W R R 10K 220 O hm V ac A V a 10V dc Q G R 1K K Vpp / 0H z k) Nhấn giữ nút SW1 Khi SCR vừa bắt đầu dẫn ta có: Vac-SCR dẫn = 4V 18 Vac-max = 18Vpp = = 6.4V 2 l) Nhấn giữ SW1 Dùng VOM chế độ đo DC ta đo điện áp cực cổng SCR VGK = 0.65V => Kết luận: Bản chất SCR chỉnh lưu (dẫn chiều) có kích xung dương vào cực G Và thí nghiệm cho ta thấy rõ dẫn chiều SCR chổ ta nhấn SW1 SCR dẫn bn SCR khơng dẫn nguồn cung cấp áp xoay chiều Và phải cần điện áp định mức SCR dẫn ◊ Ở trường hợp điện áp xoay chiều ta ứng dụng vừa chỉnh lưu công tắc thường mở SCR ĐIỀU KHIỂN MẠCH CHỈNH LƯU BÁN KỲ: a) Cho mạch mắc sau: Cấp nguồn mạch R SW R 2 K R 10K Va 10Vdc A G K R 1K D 220 O hm D IO D E Vac Q 18 Vpp/60H z b) Nối kênh1 dao động ký vào tải R4 SCR không dẫn Và VOM chế độ DC đo áp cực A K VAK = 10.26V (do có nguồn Va Vac đổ vào cực A) c) Nhấn giử SW1 lúc xung dòng (dương) từ nguồn Va qua R1 vào cực G SCR dẫn Và tín hiệu tín hiệu chỉnh lưu bán kỳ Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang d) Và ta có dạng sóng tải R4 sau: e) Khi ta thả SW1 phần thí nghiệm SCR dẫn vì: Thực chất ta kích xung dương SCR dẫn ln SCR dẫn ta buôn SW1 nguồn Va cấp tiếp cho SCR, nghĩa bán kì dương (từ R4 xuống) SCR dẫn bn SCR gặp bán kì âm ngược lại coi SCR ngắt nguồn nên SCR ngừng dẫn Va cấp tiếp nên SCR dẫn f) SCR dẫn liên tục nhờ vào nguồn Va, bên nhánh có tải R4 SCR cho bán kì dương qua mà thơi, nên có dạng sóng g) Thành phần Diode thiết bị điều khiển SCR dẫn liên tục h) Để SCR ngừng dẫn ta cắt nguồn Va i) Nối dao động ký VOM vào tải R4 mạch sau Điều chỉnh tín hiệu máy phát 7Vpk R SW R 2 K R 10K Va 10Vdc A G K R 1K D 220 O hm D IO D E Vac Q 18 Vpp/60H z Đo điện áp rơi R4 là: 2.03V Là giá trị điện áp trung bình j) Với VOM cẫn kết nối tải giảm thật chậm biên độ tín hiệu nguồn giá trị VR4 = 1.2V Công suất tiêu tán tải giảm  Kết luận: Vậy nhờ vào điều khiển Diode nguồn Va SCR dẫn liên tục có chỉnh lưu qua tải Sinh viên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Trang 10 SỰ DẪN ĐIỆN HAI CHIỀU CỦA TRIAC: a) Cho mạch mắc sau: Cấp nguồn mạch SW R R 470 O hm 100 O hm MT2 Q TR IA C A A G Vgg G R 10K MT1 Va 6Vdc b) Nối kênh1 dao động ký vào tải MT2 TRIAC (Q1) nối đất với cực GND dao động ký mức điện áp báo dao động ký là: 6Vpk Và VOM chế độ DC đo 6.09V c) Nhấn giử SW1 Quan sát dao động ký Điện áp MT2 1V áp rơi TRIAC Và điện áp cực G MT1 :VG-MT1 = 0.55V d) Kết câu cho thấy lúc TRIAC dẫn e) Dựa vào bảng vận hành sau từ sơ đồ mạch TRIAC vận hành theo chế độ I CHO BẢNG VẬN HÀNH SAU: Chế độ I II III IV Góc phần tư I+ IIII+ III- Điều kiện Cực cổng dương Cực cổng âm Cực cổng dương Cực cổng âm MT2 dương MT2 dương MT2 âm MT2 âm f) Kết nối mạch hình sau: đầu đo kênh dao động ký kết nối với MT2 Q1 Đầu nối cổng VA ngắt tạm thời để tắt TRIAC Đặt lại đầu nối cho nguồn VA SW R R 470 O hm 100 O hm MT2 Q TR IA C A A G Vgg R 10K Va G MT1 6Vdc g) Nhấn giử SW1 ta đo điện áp cực G là: VG-MT1 = -0.7V h) Quan sát dao động ký điện áp VMT2 = 1V Vậy TRIAC dẫn i) Dựa vào bảng vận hành sơ đồ mạch ta thấy mạch vận hành theo chế độ II Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 17 j) Kết nối mạch hình sau: đầu đo kênh dao động ký kết nối với MT2 Q1 Đầu nối cổng VA ngắt tạm thời để tắt TRIAC Đặt lại đầu nối cho nguồn VA SW R R 470 O hm 100 O hm MT2 Q T R IA C A A G Vgg Va G R 10K - 6Vdc MT1 k) Nhấn giử SW1 ta đo điện áp cực G là: VG-MT1 = -0.94V l) Quan sát dao động ký điện áp VMT2 = -1V Vậy TRIAC dẫn m) Dựa vào bảng vận hành sơ đồ mạch ta thấy mạch vận hành theo chế độ IV n) Kết nối mạch hình sau: đầu đo kênh dao động ký kết nối với MT2 Q1 Đầu nối cổng VA ngắt tạm thời để tắt TRIAC Đặt lại đầu nối cho nguồn VA SW R R 470 O hm 100 O hm MT2 Q T R IA C A A G Vgg Va G R 10K - 6Vdc MT1 o) Nhấn giử SW1 ta đo điện áp cực G là: VG-MT1 = 0.13V p) Quan sát dao động ký điện áp VMT2 = -1V Vậy TRIAC dẫn q) Dựa vào bảng vận hành sơ đồ mạch ta thấy mạch vận hành theo chế độ III r) Kết nối mạch hình sau: Nối đầu vào máy phát hiệu chỉnh cho tín hiệu Vac 18Vpp với dạng sóng sin, tần số 60Hz SW R R 470 O hm 100 O hm MT2 Vac Q T R IA C A A G Vgg R 10K G MT1 18 Vpp/60H z Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 18 s) Kênh dao động ký kết nối với cực MT2 TRIAC Nhấn giử SW1 quan sát dao động ta vẽ dạng sóng sau: t) Ta đổi nguồn Vgg từ mạch thành nguồn âm Ta vẽ dạng sóng sau: u) Từ dạng sóng ta nhận thấy TRIAC dẫn: Vậy kích xung áp dương hay âm vào cực G TRIAC TRIAC dẫn Và dẫn hai chiều (Dẫn xoay chiều) v) Khi ta khơng nhấn SW1 TRIAC khơng dẫn Vì khơng có dịng kích mà muốn TRIAC dẫn dịng qua phải lớn dịng cho phép =>Kết luận: TRIAC kinh kiện dẫn dòng theo hai chiều (xoay chiều) thực nhị xung dịng kích vào cổng G có chiều (xoay chiều) Và giống với SCR khơng thể điều khiển ngắt (khơng kích ngắt) Chỉ ngắt nguồn qua linh kiện ĐIỀU KHIỂN PHA BÁN KỲ CỦA TRIAC: a) Cho mạch mắc sau: Cấp nguồn mạch R 100 O hm R 5K Vac MT2 R 100 O hm C 22uF R C R D IO D E 10 O hm Q T R IA C A A G G MT1 18 Vpp/60H z b) Nối kênh1 dao động ký vào tải MT2 TRIAC (Q1) nối đất với cực GND dao động ký mức điện áp báo dao động ký là: 6Vpk Và VOM chế độ DC đo 6.09V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 19 c) Quan sát dạng sóng ta vẽ lại sau: d) Nhận thấy từ dạng sóng ta thấy TRIAC dẫn TRIAC dẫn nguồn cung cấp bán kỳ dương (1/2 chu kỳ đầu), có ½ chu kỳ bán kỳ dương (là ¼ chu kỳ) dịng kích chưa đủ => TRIAC khơng dẫn ¼ chu kỳ TRIAC dẫn dịng kích đủ Cịn bán kỳ âm TRIAC không dẫn Nhưng ta thấy có dịng qua tải nhờ dịng qua tụ R1 (theo bán kỳ âm nguồn) e) Vậy TRIAC điều khiển bán kỳ f) Góc dẫn trường hợp xấp xỉ là: 90o g) Quan sát dao động ký xoay chậm R1 ngược chiều kim đồng hồ Góc dẫn TRIAC điều chỉnh khoảng: 90o  180o h) Di chuyển kênh1 đến cực MT2 kênh đến cực G TRIAC hình sau: R 100 O hm R 5K Vac MT2 R 100 O hm C 22uF R C R D IO D E 10 O hm Q T R IA C A A G G MT1 18 Vpp/60H z i) Vặn R1 cực đại theo chiều kim đồng hồ Ta quan sát dạng sóng: Tại cực MT2 TRIAC: Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 20 Tại cực cổng G TRIAC: j) Vặn từ từ R1 ngược chiều kim đồng hồ Góc dẫn thay đổi từ: 90o  180o k) Ta tiếp tục vặn R1 ngược chiều kim đồng hồ TRIAC ngừng dẫn Chỉnh lại R1 để TRIAC bắt đầu dẫn Quan sát cực G TRIAC bắt đầu dẫn điểm cuối ¼ chu kỳ đầu (90o) Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 21 BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Nhóm: chuyển sang nhóm Lớp: 09DD2N Ngày làm TN: Thứ sáu ngày 06 tháng 11 năm 2008 – TN Ca: Sáng BÀI 3: LÀM QUEN BOARD MẠCH TRANSISTOR CÔNG SUẤT THYRISTOR GTO TRANSISTOR CÔNG SUẤT, THYRISTOR GTO MẠCH CHUYỂN MẠCH CƠNG SUẤT Phần1: TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN: • Mục Đích: _ Cho ta xác định xác thiết bị bán dẫn chính: Transistor, MOSFET, Thyristor, IGBT, GTO _ Sự hoạt động thiết bị khối mạch _ Sử dụng tạo khối mạch DRIVER (DR) cung cấp nguồn điều khiển cho khối mạch bán dẫn _ Sử dụng tạo khối mạch LOAD (DR) theo đặc tính tải đặt trưng I LÀM QUEN BOARD MẠCH: Các thành phần linh kiện khối mạch Của board mạch thí nghiệm số m) Khối MOSFET: Có MOSFET Loại N: dùng để kích đóng kích ngắt để dòng IS dòng ID Điện trở R1 = 220 Ohm: dùng để hạng chế dịng qua cực G (vì MOSFET nhạy cảm với dịng kích thích) Điện trở R2 = Ohm: phần tải cho MOSFET Một diode zener (CR1) ổn áp dùng để hạng chế dịng qua cực G Cơng tắc thường mở S1 cơng tắc cho CR1 để tạo dịng kích MOSFET Nguồn DC cố định 15Vdc n) Khối IGBT: Có Transistor IGBT: Dùng để kích đóng dịng điện qua tải Điện trở R1 giá trị 220 Ohm: dùng để hạng chế dòng qua cực G Điện trở R2 = Ohm: phần tải cho MOSFET Một diode zener (CR1) ổn áp dùng để hạng chế dòng qua cực G Công tắc thường mở S1 công tắc cho CR1 để tạo dịng kích MOSFET Nguồn DC cố định 15Vdc o) Khối ULTRA-FAST IGBT: Có Transistor IGBT Giống với khối IGBT p) Khối BIPOLAR TRANSISTOR: Có Transistor BJT cơng suất lơn q) Khối DARLINGTON TRANSISTOR: Có Transistor mắc kiểu Darlington r) Khối GTO THYRISTOR: s) Khối DRIVER: t) Khối LOAD (Z): Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 22 Các linh kiện khối là: Tên Thuristor STT Tên khối mạch Photodiode Zenerdiode mạch MOSFET MOSFET Loại N O X IGBT IGBT O X ULTRAL_FAST IGBT IGBT O X BIPOLAR TRANSISTOR TRANSISTOR O O DARLINGTON TRANSISTOR TRANSISTOR O O GTO THYRISTOR GTO O O DRIVER A3101, 2N2905 X O DIODE, Rcông LOAD (Z) O O suất lớn J PHẦN THÍ NGHIỆM: Tổng quan khối mạch: * Dùng chức đo ngắn mạch đồng hồ vạn ta trả lời câu hỏi sau: a) Ta đo thơng mạch cực có ký hiệu 15V: nhận thấy cực 15V nối với b) Ta đo thơng mạch cực có ký hiệu A: nhận thấy cực A hở c) Tương tự đo cực có ký hiệu C: nhận thấy cực C hở * Ta nối nguồn cung cấp 15V vào cực POWER INPUT board bật nguồn d) Đo hiệu điện DC cực 15V đặt khối mạch MOSFET với điện áp điểm ký hiệu 15V là: 12,23V e) Tại khối mạch lại ta đo điểm có ký hiệu 15V kết giống bước Tổng quan khối mạch DRIVER: a) Tắc nguồn board Ta mắc mạch khối DRIVER (DR) sau: R R +15V C U A + V -G E N - DRIVER (DR) -1 V b) Ta dùng chức đo ngắn mạch VOM Ta kiểm tra cực phía bên trái khối DRIVER khơng liên tục với điểm bên phải khối DRIVER c) Và câu phía khối mạch DRIVER cách ly điện hoàn toàn d) Bật nguồn Đặt đầu nối vị trí nguồn dương DC (nối điểm với 6) ngõ cực A khối mạch DRIVER ( ) Trên chân đế, xoay núm hiệu chỉnh POSITYVE_SUPPLY hết cở theo chiều kim đồng hồ Ta đo áp Vdc VOM : Vout, max = 11.26V e) Xoay núm POSITYVE_SUPPLY từ từ theo ngược chiều kim đồng hồ ta thấy điện áp ngõ VA giảm dần từ -46,8mV 11,26V f) Ta chuyển kết nối từ vị trí mạch sang vị trí với 5, xoay núm xoay NEGATIVE_SUPPLY hết cở theo chiều kim đồng hồ Ta dùng VOM đo điện áp mạch VA là: Vout, max = -11,26V g) Xoay từ từ núm xoay NEGATIVE_SUPPLY theo ngược chiều kim đồng hồ Ta quan sát điện áp VA tăng đến giá trị 0V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 23 h) Nối máy phát tín hiệu vào V-GEN, dạng sóng vng tần số 10 kHz thiết lâp mạch sau: R +15V C R U A + V -G E N - DRIVER (DR) -1 V i) Sử dụng động ký đo điện áp dạng sóng ngõ VA, khối DRIVER sau: j) Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER +10V điện áp ngõ là: VA = Vout = +5V k) Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER –10V điện áp ngõ : VA = Vout = -5V l) Khi ta thiết lập mạch với tầng công suất cấp nguồn sơ đồ sau: R R +15V C U A + V -G E N - DRIVER (DR) -1 V m) Máy phát sóng dao động ký mắc câu ta vẽ dạng sóng sau: Sinh viên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Trang 24 n) Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER +10V điện áp ngõ ra: VA = Vout = +12,5V o) Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER -10V điện áp ngõ ra: VA = Vout = -12,5V  Kết luận: Mạch lái DRIVER (DR) ngõ VA có mức lái: Khi ta kết nối vị trí với mạch lái có ngõ VA âm Khi ta kết nối vị trí với mạch lái có ngõ VA dương Khi ta kết nối vị trí với vị trí với mạch lái có ngõ tín hiệu sóng vng khuếch có nguồn đơn (+15V) Khi ta kết nối vị trí với vị trí với mạch lái có ngõ tín hiệu sóng vng khuếch đại với nguồn đơi ( ± 15V) Làm quen với khối mạch LOAD (Z): a) Ta kết nối khối mạch LOAD (Z) với R1, R2, R3 L1 nối tiếp sau: B R 10 O hm / 5W 11 L1 IN D U C T O R R 10 O hm / 5W LOAD(Z) 10 C R D C R D C R D R C O hm / 2W b) Ta dùng VOM đo tổng trở mạch LOAD(Z) điểm B,C là: Rload = 21,6 Ω c) Khi ta thiết lập lại mạch LOAD (Z) có R1, R3 L1 nối tiếp điện trở tải mạch đo điểm B,C là: Rload = 11,6 Ω d) Khi ta thiết lập mạch LOAD (Z) với R1, R2 mắc song song nối tiếp với R3 với L1 Thì điện trở tải đo là: Rload = 6,5 Ω TRANSISTOR công suất lưởng cực: a) Nối cực nguồn POWER INPUT, ta thiết lập mạch sơ đồ sau: LOAD (Z) R 10 O hm / 5W R 10 O hm / 5W R O hm / 2W B R O hm DRIVER A (DR) R 510 O hm R 15 O hm D Q 15V -1 V b) Trên chân để ta vặm núm xoay POSITIVE hết cở theo chiều kim đồng hồ để khối mạch DRVER 0V Bật nguồn cung cấp c) Dùng VOM đo điện áp rơi R3 là: VR3 = 0V VR3 => I B = = 0A R3 d) Dùng VOM ta đo điện áp cực C, E Transistor là: VCE = 12,22V e) Xoay núm POSTIVE theo chiều dương kim đồng hồ để tăng điện áp khối DRIVER cực đại f) Trên kênh dao động ký ta đo điện áp cực C cực E Q1 là: VCE (ON) = 100mV Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 25 g) Thay đổi điện áp 010V khối DRIVER ta quan sát tín hiệu dao động ký Khi ta tăng điện áp khối DRIVER lên Transistor dẫn VCE giảm dần đến lúc V 78.2V = 0.52 A VCE = 1V Ta đo tính dịng IB là: IB = R = R3 15Ω h) Xoay nguồn điều khiển dương hết cỡ theo chiêu kim đồng hồ cho Transistor bão hoà Sau mạch hoạt động vài phút Transistor nóng lên i) Ta điều chỉnh nguồn điêu khiển để điện áp VCE 7V để mạch hoạt động vài phút ta chạm tay vào Transistor có cảm giác Transistor nóng j) Ta định Transistor lưỡng cực nóng khơng bình thường hoạt động vùng tuyến tính nó, nóng lên điện áp rơi Transistor (giữa cực C,E) có giảm => Transistor dẫn mạnh nóng lên MOSFET IGBT CƠNG SUẤT: a) Nối cực POWER INPUT vào board chưa bật nguồn Thiết lập mạch sơ đồ sau: LOAD (Z) R 10 O hm / 5W R 10 O hm / 5W R O hm / 2W B R O hm DRIVER A (DR) D R 220 O hm -1 V Q S C R 15V S1 b) Trên chân đế , xoay núm xoay POSITIVE hết cở ngược chiều kim đồng hồ để thu điện áp 0V Sau ta bật nguồn POWER INPUT c) Kênh dao động ký nối vào cực máng D (Drain) với nguồn S Ta đo điện áp VDS = 12,5V d) Từ câu với điện áp VCE = 12,5V (do nguồn POWER INPUT để giá trị 15V có khoảng 12V) Với điện áp MOSFET chưa dẫn khơng cho dịng Drain chạy qua e) Khi xoay nguồn dương điều khiển theo chiều kim đồng hồ lúc MOSFET dẫn ta đo giá trị điện áp cực máng D cực nguồn S VDS (ON) = 236 mV ≈ 0V  Dạng sóng cực máng D cực nguồn S MOSFET chưa dẫn dẫn sau: f) Dùng VOM ta đo điện áp rơi R1 0V (Vì mật độ hạt điện khu vực cực G thiết kế có tranh chấp cực máng D nguồn dương Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 26 POWER_INPUT với hạt điện khu vực cực nguồn S khiến cho dòng IG bé nên => tổng trở GS GD lớn) nên R1 = 0V V = 0A g) Dòng qua R1 vào cực G MOSFET là: IG = R1 = R1 220 h) Ta thay đổi nguồn điều khiển vài lần điện áp từ 010V, quan sát kỹ tín hiệu va ta nhận thấy MOSFET hoạt động cơng tắc điều khiển dịng G i) Ta thiết lập lại mạch cách thay MOSFET Transistor IGBT ta mạch sau: LOAD (Z) R R 10 O hm / 5W R 10 O hm / 5W O hm / 2W B R O hm DRIVER A (DR) C R 220 O hm -1 V Q C R 15V E S1 j) Trên chân đế, xoay núm xoay POSITIVE nguồn điều khiển hết cở ngược chiều kim đồng hồ để thu điện áp 0V Sau ta bật nguồn cung cấp POWER_INPUT k) Trên kênh dao động ký đo điện áp cực C, E IGBT là: VCE = 12,5V l) Xoay nguồn điều khiển theo chiều dương kim đồng hồ cho điện áp cực G IGBT tăng đến 10V m) Ta đo điện áp cực C cực E IGBT là: VCE (ON) = 1V Với điện áp cho thấy IGBT dẫn V = 0A n) Tương tự câu “f” ta đo tính IG = R1 = R1 220 o) Biến đổi vài lần điện áp điều khiển từ 010V, quan sát tín hiệu dao động ký p) Đúng IGBT hoạt động cơng tắc điều khiển dịng G, nghĩa dẫn điện cung cấp điện áp 10V cho cực G, ngắt điện không cung cấp điện áp cho cực G THYRISTOR_GTO a) Nối cực POWER_INPUT vào board lúc ta chưa bật nguồn Thiết lập mạch sơ đồ sau: LOAD (Z) R R DRIVER A (DR) D R 150 O hm R 15 O hm 10 O hm / 5W R O hm / 2W O hm B A D G TO G K 15V -1 V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 27 b) Trên chân đế ta xoay núm xoay POSTIVE hết cở ngược chiều kim đồng hồ để thu điện áp 0V, lúc ta bật nguồn POWER_INPUT c) Trên kênh dao động ký, ta quan sát đo cực A K GTO với điện áp là: VAK = 12,68V d) Với điện áp VAK = 12,68V GTO ngắt khơng có dịng IA chạy qua GTO e) Xoay nguồn dương điều khiển theo chiều kim đồng hồ cho điện áp nguồn dương 10V f) Điện áp cực A, K GTO là: VAK = 1,95V Với điện áp ta biết GTO dẫn, GTO cho dòng điện chạy qua g) Ta đo dòng IG = 55,5 mA Với giá trị áp R2, R3 ta đo VR2, R3 = 9,28V V 9,28V Vậy ta tính dịng IG = R 2, R = = 0.05624 A = 56,24mA R + R3 165Ω Vậy IG đo xấp xỉ với IG ta tính GTO dẫn điện trở cực G K nhỏ nên dòng từ cực G đổ hết cực K điện áp VGK = 0V Vậy GTO ngược lại với MOSFET IGBT chổ GTO dẫn cho dịng từ cực G đổ cực K ln cịn MOSFET IGBT khơng h) Xoay núm xoay khối mạch điều khiển, điều khiển nguồn dương nguồn âm hết cỡ theo chiều kim đồng hồ, để điện áp ngõ +10V -10V ta có sơ đồ mạch sau: DRIVER (DR) C1 + R1 R2 ANODE U1 LOAD (Z) R1 +15V A V -G E N S IG N A L A C R4 A A R2 C ATH O D E -1 V -1 V 150 O hm D R3 15 O hm R3 10 O hm / 5W O hm / 2W O hm B A D5 G TO G K 15V -1 V i) Ở câu GTO nối với xung dương Ở khối DRIVER nối Jumper 1- Bây ta nối Jumper 1- khối DRIVER để có xung âm kích vào cực G GTO: Kết điện áp VAK = 12,65V => GTO ngưng dẫn Và điện áp VGK = 10,33V GTO ngưn dẫn dịng qua cực G xuống cực K: IG = 0mA j) Khi ta chuyển Jumper từ vị trí 1- sang 1- ngược lại vài lần Kết quan sát ta nhận thấy cấp xung dương vào cực G GTO chắn GTO dẫn nguồn dương GTO dẫn GTO ngắt có xung dương k) Vậy GTO hoạt động cơng tắc GTO dẫn có xung dương GTO ngắt khí có xung dương nghĩa lúc GTO dẫn khơng cịn dịng kích dẫn đến có dịng kích ngắt ngắt Nói tóm lại GTO la linh kiện kích đóng (xung dương) kích ngắt (xung âm) l) Tiếp theo ta thiết lập mạch sau: Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 28 LOAD (Z) R R D DRIVER (DR) SW A R 150 O hm R 15 O hm 10 O hm / 5W R O hm / 2W B O hm A D G TO G -1 V K -1 V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 29 m) Xoay nguồn điều khiển POSITIVE hết cở theo chiều dương Khi chắn GTO dẫn ta đo điện áp rơi R4 là: VR4 = 0.7V ta có giá trị R4 = Ω Vậy V 0,7V = 0,7 A dịng qua GTO dẫn trường hợp là: IAK = I R4 = R = R4 1Ω THỜI GIAN CHUYỂN MẠCH ĐỘ SỤT ÁP DẪN ĐIỆN: a) Nối cực nguồn POWER_INPUT vào board mạch chân đế ta chưa cấp nguồn Và thiết lập mạch với sơ đồ sau kết nối khối DRIVER(DR): DRIVER (DR) C + R AN O D E R U LOAD (Z) R +15V R A A R 1 A 51 O hm D V -G E N S IG N A L A C + R C R 3C P C A TH O D E 10 O hm / 5W O hm / 2W O hm B Q -1 V R -1 V 510 O hm 15 O hm 15V -1 V b) Bật nguồn V-GEN: với điện áp đỉnh =10Vpp, dạng sóng vuông, tần số 20kHz c) Nối kênh dao động ký để quan sát điện áp R4, kênh quan sát điện áp Transistor cực C E Transistor VCE = 12V Lúc chắn Transistor chưa dẫn nguồn DC POWER_INPUT thực chất có 12,23V Và có điện áp rơi R4 nhiểu Q1 hay thiết bị Board mạch xấp xỉ 0,23V đo R1 R3 khối LOAD (Z) có cơng suất lớn nên khơng có áp rơi V 0,23 = 0,23 A ≈ A Nếu Q1 dẫn nhiễu có dịng qua là: IQ1 = IR4 = R = R4 d) Lúc điện áp VCE Transistor giảm từ 15V 0V (Transistor dẫn) Thì dịng điện qua Transistor chắn tăng lên e) Khi Transistor dẫn, dòng IC tăng đến biên độ cực đại thời gian là: µs Ta dựa vào điện áp R4 đo kênh dao động ký (có dịng qua Q1 có điện áp R4) f) Khi Transistor ngừng dẫn, dòng IC thay đổi từ biên độ cực đại xuống biện độ cực tiểu thời gian là: Current tr =1 µs g) Nối dao động ký vào kênh dao động ký vào cực C,E Q1 Q1 dẫn ta quan sát điện áp: VCE(ON) = 0,2 V CÔNG SUẤT CHUYỂN MẠCH TRÊN TẢI CẢM: a) Nối nguồn POWER_INPUT vào board mạch chân đế ta chưa bật nguồn Và thiết lập mạch với tải cảm sơ đồ sau: DRIVER (DR) C + R R AN O D E U LOAD (Z) R +15V A V -G E N = V p p k H z/ S o n g V u o n g A A R R C A TH O D E -1 V Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D -1 V R O hm 51 O hm 510 O hm + C R 3C P 15 O hm 10 O hm / 5W L2 600uH D B Q 15V -1 V Trang 30 b) Cấp nguồn V-GEN cho khối DRIVER 12Vpp, tần số 20kHz, sóng vng Và cấp nguồn POWER_INPUT cho mạch c) Kênh dao động ký đo cực E C Q1, quan sát VCE = -12V d) Khi Transistor dẫn, dịng IC tăng theo hàm mũ Vì quan sát dao động ký khoảng dẫn Q1 có mức điện áp giá trị mà lúc biên độ tăng tuyến tính e) Kết luận: Đối với tải cảm bình thường Nguồn POWER_INPUT nguồn DC khối DRIVER nguồn DC dịng Ic bình thường khơng thay đổi Nhưng thí nghiệm ta có khối mạch lái DRIVER tín hiệu AC tần số cao kích vào cực B Q1 Thì thay đổi dịng Ic tần số cao ảnh hưởng Tải Cảm dòng I Q1 dẫn hàm mủ f) Khi Transistor tắt dịng Ic giảm nhanh 0A g) Từ kết Transistor tắt dịng Ic giảm nhanh, mà dịng giảm nhanh điện áp VCE tăng nhanh (sự q độ: dịng giảm nhanh 0A Cịn áp tăng nhanh từ 0V lên cao) h) Để tránh trường hợp tăng mạnh điện áp ngược Q1 thời gian độ ta mắc thêm Diode zener để ổn định điện áp hay diode thường mắc cho áp cao cuộn cảm đẩy không làm ảnh hương đến Q1 Tránh tăng mạnh điện áp Giảm biên độ tăng điện áp DRIVER (DR) C + R R R AN O D E U R O hm A A R 1 51 O hm R -1 V C R R O hm + C R 3C P -1 V 10 O hm / 5W B V -G E N = V p p k H z/ S o n g V u o n g C ATH O D E L2 600uH +15V A LOAD (Z) 510 O hm 15 O hm D Q 15V -1 V i) Như kết câu Khi Transistor Q1 vừa tắt có dịng chạy qua CR3 thời gian ngắn, Nhưng Q1 dẫn CR3 phân cực ngược nên khơng có dịng qua Vậy CR3 không dẫn liên tục j) Biên độ cực đại dòng tải mạch chuyển mạch 1kHz: 1A k) Biên độ cực đại dòng tải mạch chuyển mạch 20kHz: 0,6A l) Khi ta ngắn mạch phần cảm, quan sát dạng sóng dòng tải Và với câu trả lời => Phần cảm có hiệu rong việc làm phẳng dịng tải Sinh viên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Trang 31 ... điều chỉnh ảnh hưởng đến công suất mạch, ảnh hưởng đến hoạt động SCR Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên: Trần Công Quang Mã số SV:... TRIAC bắt đầu dẫn điểm cuối ¼ chu kỳ đầu (90o) Sinh viên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Trang 21 BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên: Trần Cơng Quang Mã số SV: 910473D Nhóm: chuyển... 2008 – TN Ca: Sáng BÀI 3: LÀM QUEN BOARD MẠCH TRANSISTOR CÔNG SUẤT THYRISTOR GTO TRANSISTOR CÔNG SUẤT, THYRISTOR GTO MẠCH CHUYỂN MẠCH CƠNG SUẤT Phần1: TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN: • Mục Đích: _ Cho ta