ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CD - Nguồn: BCTECH

Nghịch lưu độc lập và biến tần được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cung cấp điện từ các nguồn độc lập như acquy, các hệ truyền động xoay chiều, giao thông, truyền tải điện năn[r]

(1)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BR-VT

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NGHỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2020

(2)

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực biên soạn giáo trình đào tọa nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng trung cấp, giáo trình điện tử cơng suất giáo trình mơn học biên soạn theo chương trình Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR-VT Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặc chẽ

Giáo trình cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo mục tiêu đào tạo có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 75 gồm có:

- Bài 1: Tổng quan PSIM

- Bài 2: Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển - Bài 3: Khảo sát mạch chỉnh lưu có điều khiển

- Bài 4: Khảo sát biến đổi điện áp xoay chiều - Bài 5: Khảo sát biến đổi điện áp chiều - Bài 6: Nghịch lưu pha

- Bài 7: Biến Tần

Trong trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển mà điều chỉnh thời gian bổ sung thêm kiến thức Giáo trình chia ứng với linh kiện mạch ứng dụng linh kiện

Mặc dù cố gắng biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô, bạn đọc em học sinh, sinh viên để hiệu chỉnh cho giáo trình hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Khoa Điện Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR-VT

BR-VT, ngày 18 tháng năm 2020 Biên soạn

(3)

3

MỤC LỤC TRANG

Lời giới thiệu

bài 1: tổng quan psim

1 Cài đặt psim

2 Giới thiệu psim 10

3 Giới thiệu simview 11

3.1 file menu 11

3.2 edit menu 12

3.3 axis menu 12

3.4 screen menu 13

3.5 measure menu 17

3.6 analysis menu 18

3.7 view menu 18

3.8 option menu 19

3.9 label menu 19

3.10 settings menu 20

3.11 exporting data 20

4 Các thông báo lỗi 20

5 Các linh kiện điện tử công suất 20

Bài 2: Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển 32

1 Chỉnh lưu ba pha hình tia 32

1.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình tia 32

1.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình tia 33

2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu 37

2.1 tổng quan mạch chỉnh lưu hình cầu 37

2.2 khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu 38

bài 3: khảo sát mạch chỉnh lưu có điều khiển 45

1 Khảo sát mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ 45

2 Chỉnh lưu hai pha nửa sóng 47

3 Chỉnh lưu cầu pha 48

4 Chỉnh lưu tia ba pha nửa sóng 51

5 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển 53

bài 4: khảo sát biến đổi điện áp xoay chiều 57

1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải R 57

2 Trường hợp tải cảm (tải L) 58

3 Trường hợp tải RL 59

Bài 5: Khảo sát biến đổi điện áp chiều 63

1 Bộ giảm áp 63

(4)

4

Bài 6: Nghịch lưu pha 69

1 Định nghĩa 69

2 Phân loại 69

3 Nghịch lưu dùng IGBT 69

3.1 Nghịch lưu dòng pha 69

3.2 Bộ nghịch lưu áp pha 71

Bài 7: Biến tần 75

1 Khái niệm 75

2 Phân loại 75

2.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi 75

2.2 Phân loại theo nguồn ra: 75

2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển: 75

2.4 Phân loại theo nguồn cấp vào 75

3 Các thông số biến tần 75

4 Cài đặt đấu nối 77

4.1 Đấu nối biến tần 78

4.2 Cài đặt biến tần (lập trình cho biến tần) 81

(5)

5

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Điện tử công suất

Mã mơ đun: MĐ 17

Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun:

- Vị trí: mơn học bố trí sau học xong mơn học mơ đun sau: An toàn lao động, Kỹ thuật điện, Đo lường điện - điện tử, Kỹ thuật điện tử, Thiết kế chế tạo mạch điện tử, Kỹ thuật xung - số, Kỹ thuật cảm biến

- Tính chất: môn học chuyên môn bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun:

Mục tiêu môn học/mô đun:

- Về kiến thức:

+ Mô tả đặc trưng ứng dụng chủ yếu linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO

+ Giải thích dạng sóng vào, biến đổi AC-AC

+ Giải thích ngun lý làm việc, tính tốn biến đổi DC-DC - Về kỹ năng:

+ Vận dụng kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch tạo xung biến đổi dạng xung

+ Lắp đặt mạch chỉnh lưu pha, ba pha có điều khiển không điều khiển + Vận dụng loại mạch điện tử công suất thiết bị điện công nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm:

Người học có khả làm việc độc lập làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn học tập rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc

(6)

6

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ PSIM Giới thiệu:

Psim hãng Powersim Inc sản xuất,là phần mềm mô thiết kế đặc biệt để mô mạch điện tử công suất, hệ truyền động điện, với khả mô nhanh, giao diện thân thiện dễ sử dụng phân tích dạng sóng tốt Psim công cụ mô mạnh mẽ cho việc phân tích biến đổi điện tử cơng suất, nghiên cứu hệ thống truyền động điện

Mục tiêu:

- Kiến thức

+ Biết cài đặt sử dụngphần mềm ứng dụng PSIM

+ Nắm ký hiệu linh kiện phần mềm sử dụng chúng - Kỹ năng:

+ Lắp mạch phần mềm mô + Thiết kế mạch ứng dụng

- Về lực tự chủ trách nhiệm:

+ Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an tồn, tiết kiệm

Nội dung chính: 1 Cài đặt PSIM

Bước 1: Download phần mềm Psim

Bước 2: Bạn tiến hành giải nén file mà bạn download Sau giải nén bạn có hai thư mục hình bên

Hình 1.1: Thư mục cài đặt Psim

Bước 3: Bạn mở thư mục PsimBook9.1.1 chạy file psim9.1.1_32_setup.exe để tiến hành cài đặt phần mềm Một sổ ra, bạn nhấp vào chữ Next để sang bước

Hình 1.2: Bảng cài đặt Psim

(7)

7

Hình 1.3: Bảng thơng báo license cài đặt Psim

Bước 5: Ở bước cửa sổ ra, bạn chọn Softkey version, nhấn vào Slect “psim.lic” file tìm đường dẫn đến file psim.lic thư mục key Psim Bạn tiếp tục nhấp Next

Hình 1.4: Bảng chọn version cài đặt Psim Bước 6: Nhấp Next để sang bước

(8)

8

Bước 7: Tiếp tục nhấp Next

Hình 1.6: Bảng chọn loại Register

Bước 8: Để nguyên mặc định nhấn Next chương trình cài đặt khoảng phút, sau cài đặt xong bạn tắt Psim tiến hành xử lý file crack

Hình 1.7: Bảng thông báo bắt đầu cài đặt Psim

(9)

9

Hình 1.8: File crack Psim

Bước 10: Chạy file psim 9.1.reg Khi cửa sổ hình bên ra, bạn nhấp OK

Hình 1.9: Bảng thơng báo chạy file crack Psim

Bước 11: Chạy file PSIM9.1.1.Patch.exe quyền admin (Run as administrator) hình

(10)

10

Hình 1.11: Bảng thơng báo q trình cài đặt Psim kết thúc

Lưu ý: Ở bước bạn nhấn Next liên tiếp lần, khơng phần mềm báo lỗi chạy mô

Bước 13: Sau xong khởi động Psim

2 Giới thiệu PSIM

Psim hãng Powersim Inc sản xuất, phần mềm mô thiết kế đặc biệt để mô mạch điện tử công suất, hệ truyền động điện với khả mô nhanh, giao diện thân thiện dễ sử dụng phân tích dạng sóng tốt, Psim công cụ mô mạnh mẽ cho việc phân tích biến đổi điện tử cơng suất, thiết kế vịng điều khiển kín nghiên cứu hệ thống truyền động điện

Psim gồm chương trình:

- Psim shematic: chương trình soạn thảo mạch nguyên lý, dùng để vẽ mạch cần mô phỏng( kết cho file với *.sch)

Hình 1.12 cửa sổ soạn thảo mạch nguyên lý Psim shematic

(11)

11

Hình 1.13 Cửa sổ Simview vẽ dạng sóng kết mơ

3 Giới thiệu SIMVIEW

SIMVIEW chương trình xử lý hậu kỳ hiển thị dạng sóng PSIM Dưới cho thấy mơ dạng sóng mơi trường SIMVIEW

Hình 1.14 dạng sóng mơ môi trường SIMVIEW SIMVIEW đọc liệu định dạng văn ASCII định dạng nhị phân SIMVIEW Dưới cho thấy mẫu tệp liệu văn bản:

Hình 1.15 dạng văn ASCII

3.1 File Menu

File Menu có chức sau:

(12)

12

- Merge: Hợp tệp liệu khác với tệp liệu có để hiển thị - Re-Load Data: Tải lại liệu từ tệp văn

- Save As: Lưu dạng sóng thành định dạng liệu nhị phân định dạng văn Khi lưu vào định dạng nhị phân, cài đặt lưu Trong hình FFT, điều lưu Kết FFT đến tệp văn định người dùng

- Print: In dạng sóng - Print Setup: Cài đặt máy in

- Print Page Setup: Thiết lập kích thước in cứng - Print Preview: Xem trước in

- Exit: Thoát khỏi SIMVIEW

Khi liệu tệp hiển thị, có liệu mới, cách chọn Tải lại liệu,

dữ liệu tải dạng sóng vẽ lại

Với chức Hợp nhất, liệu từ nhiều tệp hợp với để hiển thị Ví dụ: tệp chứa đường cong, phần mềm, phần mềm, phần mềm đường cong.hợp hiển thị hình Nếu tệp thứ hai chứa đường cong có tên I I1, sửa đổi thành Tiếng I1 _ ({second_file_name}) Tự động second_file_name tên tệp thứ hai

3.2 Edit Menu

Edit Menu có chức sau:

- Undo: Quay lại cài đặt trục X Y trước

- Copy to Clipboard: Sao chép dạng sóng vào bảng tạm định dạng metafile định dạng bitmap

- View Data Points: Xem điểm liệu dạng sóng phạm vi hiển thị cách riêng biệt cửa sổ Trong cửa sổ này, người ta sử dụng chuột trái để tô sáng điểm liệu theo hàng cột, sau nhấp chuột phải chọn Sao chép chọn để chép liệu vào clipboard Người ta chép hàng mà trỏ bật cách chọn Sao chép Hàng chép toàn liệu cách chọn Sao chép tất Sau đó, người ta dán liệu chép trở lại chương trình khác

Lưu ý : chức Copy to Clipboard chép dạng sóng hiển thị hình vào clipboard Đến lưu nhớ có hình ảnh dạng sóng đen trắng, trước tiên, vào Option bỏ chọn Color để có hình đen trắng, sau chép dạng sóng vào clipboard

3.3 Axis Menu

Axis Menu có chức sau: - X Axis: Thay đổi cài đặt trục X - Y Axis: Thay đổi cài đặt trục Y

(13)

13

Hộp thoại cài đặt trục X / Y hiển thị bên

Hình 1.16: hộp cài đặt trục X/Y

Nếu hộp Auto-Grid chọn, số lượng phân chia trục xác định tự động Phạm vi liệu phân chia lưới, nhiên, thiết lập tay.Hình cho thấy dạng sóng hình sin chọn trục X so với dạng sóng cos trục Y

Hình 1.17: Dạng sóng sin theo trục X

3.4 Screen Menu

Screen Menu có chức sau:

- New Window: Tạo cửa sổ trùng lặp cho cửa sổ hoạt động Chức hữu ích để xem Đường cong bổ sung cửa sổ

- Add/Delete Curves: Thêm xóa đường cong từ hình chọn - Add Screen: Thêm hình

- Delete Screen: Xóa hình chọn

- Plot Vector Diagram: Vẽ sơ đồ vector Một vectơ xác định phần thực phần ảo nó, hai đến từ danh sách biến biểu đồ miền thời gian

- Display in Full Screen: Mở rộng cửa sổ SIMVIEW thành tồn hình - Move Up: Di chuyển hình chọn lên

- Move Down: Di chuyển hình chọn xuống

(14)

14

Hình 1.18a: Cửa sổ thuộc tính screen menu chọn giá trị xuất

Tất biến có sẵn để hiển thị nằm hộp Variables Available biến được hiển thị hộp Variables for Display Sau biến tơ sáng hộp Variables Available, biến thêm vào hộp Variables for Display cách nhấp vào Thêm “Add ->” Tương tự, biến loại bỏ từ hiển thị cách tơ sáng biến số nhấp vào “<- Xóa '”

Trong Hộp Chỉnh sửa, biểu thức toán học định Một biểu thức tốn học chứa dấu ngoặc khơng phải trường hợp nhạy cảm Các hàm toán học sau cho phép:

+ addition (cộng) - subtraction (trừ) * multiplication (nhân) / division (chia)

^ to the power of [Example: 2^3 = 2*2*2] (mũ) SQRT square-root function (hàm bậc hai)

SIN sine function (hàm Sin) COS cosine function (hàm Cos) TAN tangent function(hàm Tan) ATAN hàm nghịch đảo tiếp tuyến

EXP hàm mũ (cơ số e) (ví dụ: EXP(x) = ex)

LOG hàm logarit (cơ số e) (ví dụ: LOG(x) = ln (x)) LOG10 hàm logarit (cơ số 10)

ABS chức tuyệt đối

SIGN chức làm tròn (SIGN(1.2) = 1; SIGN(-1.2) = -1

AVG hàm trung bình (di chuyển tính tốn trung bình đường cong lên đến số điểm đo

AVGX Hàm trung bình định kỳ AVGX (y, Tp) y tên đường cong Tp thời gian khoảng thời gian tính trung bình

(15)

15

Nhập biểu thức vào Hộp Chỉnh sửa nhấp vào nút "Add ->" để thêm đường cong tính vào hình Đánh dấu biểu thức bên phải nhấp vào nút "<- Remove" ", biểu thức chuyển vào Edit Box để chỉnh sửa thêm

Trong tab Curves, thuộc tính đường cong, chẳng hạn màu sắc, độ dày đường kẻ, ký hiệu đánh dấu nhãn, xác định Một cửa sổ hộp thoại hiển thị

Hình 1.18b: Cửa sổ thuộc tính screen menu màu giá trị xuất

Cài đặt mặc định màu đường cong, độ dày đường ký hiệu đánh dấu xác định Options >> Settings

Trong tab Screen, thuộc tính screen, chẳng hạn foreground/background colors, grid color kích thước / loại phơng chữ, Có thể định nghĩa Một cửa sổ hộp thoại hiển thị

Hình 1.18c: Cửa sổ thuộc tính screen menu chọn màu

Để vẽ sơ đồ vectơ, trước tiên thực mô Sau chọn Plot Vector Diagram xác định vectơ

(16)

16

Hình 1.19: Sơ đồ mạch điện vẽ Psim

Trong mạch này, phần thực phần ảo hai vectơ V1 V2 tạo Biên độ V1 biên độ V2 0,8 Vector V2 dẫn đầu V1 30 độ

Sau hồn thành mơ phỏng, chọn Screen >> Plot Vector Diagram Trong cửa sổ hộp thoại, xác định phần thực phần ảo cho vectơ V1 V2 Cửa sổ hộp thoại xuất sau:

Hình 1.20: Cửa sổ thuộc tính Psim chọn giá trị hiển thị

(17)

17

Hình 1.21: Dạng sóng tín hiệu xuất Psim

Có trượt biểu đồ vector Bằng cách trượt chuột trái, người ta phát lại vẽ đồ thị véc tơ Tỷ lệ phần trăm cho thấy vị trí vectơ vị trí cuối vẽ Ví dụ, trường hợp này, thời gian từ đến 0,0167 giây Một trượt 0% tương ứng với thời điểm giây 100% tương ứng với thời điểm 0,0167 giây

3.5 Measure Menu

- Measure: Vào chế độ đo

- Mark Data Point Mark: giá trị tọa độ x y điểm liệu đường cong chọn

- Max: Tìm mức tối đa tồn cầu đường cong chọn - Min: Tìm mức tối thiểu toàn cầu đường cong chọn - Next Max: Tìm mức tối đa cục đường cong chọn - Next Min: Tìm mức tối thiểu cục đường cong chọn - Measure Menu: Cho phép đo dạng sóng Sau Measure chọn, cửa sổ hộp thoại đo xuất Bằng cách nhấp chuột trái, dòng xuất giá trị dạng sóng hiển thị Bằng cách nhấp chuột phải, dòng khác xuất khác vị trí vị trí trước đó, đánh dấu chuột trái, đo

(18)

18

Hình 1.22: Cửa sổ hộp thoại đo Simview

Khi Measure chọn, đường cong riêng lẻ chọn cách nhấp vào menu kéo xuống công cụ Đo Các hàm, Max, Min, Next Max, Next Min, Average rms, sử dụng để đánh giá đường cong Lưu ý chức bật chế độ Đo

3.6 Analysis Menu

- Perform FFT: Thực phân tích FFT (Biến đổi Fourier nhanh) dạng sóng miền thời gian

- Display in Time Domain: Hiển thị dạng sóng miền thời gian tương ứng kết FFT

- Avg: Tính giá trị trung bình - Avg(|x|): Tính giá trị tuyệt đối - RMS: Tính giá trị rms

- PF (power factor): Tính hệ số cơng suất hai dạng sóng hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong Giả sử đường cong thứ điện áp đường cong thứ hai dịng điện, hệ số cơng suất xác định công suất thực P chia cho công suất biểu kiến S tạo điện áp dòng điện

Lưu ý : hệ số công suất khác với hệ số công suất dịch chuyển, định nghĩa cos (theta) theta chênh lệch góc thành phần điện áp dòng điện Khi điện áp dòng điện sóng hình sin túy khơng có sóng hài, hệ số công suất giống hệ số công suất dịch chuyển

P (real power) Tính cơng suất thực hai dạng sóng hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong

S (cơng suất biểu kiến) Tính cơng suất biểu kiến hai dạng sóng hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong

THD :Tính THD (tổng méo sóng hài)

3.7 View Menu

The View Menu có chức sau:

- Zoom: Phóng to vùng chọn

- Re-Draw: Vẽ lại dạng sóng thang đo tự động

(19)

19

- Standard Toolbar: Bật / tắt công cụ chuẩn - Measure Toolbar: Bật / tắt công cụ đo - Status Bar: Bật / tắt trạng thái

- Calculator: Khởi chạy Máy tính Simview Giao diện máy tính hiển thị

Hình 1.23: Cửa sổ máy tính simview

Một tính máy tính cung cấp không gian nhớ Bằng cách nhấp đúp vào số Cửa sổ hộp thoại đo Simview, giá trị tự động chuyển sang máy tính lưu trữ trong không gian nhớ, đầu Bằng cách này, liệu chuyển trực tiếp vào máy tính để tính tốn mà khơng cần ghi lại chúng tờ giấy

3.8 Option Menu

The Option Menu có chức sau:

- Options : Nhiều tùy chọn đặt - Grid : Bật tắt hình lưới

- Color : Đặt đường cong thành Màu (mặc định) Đen Trắng Cửa sổ hộp thoại Option Menu hiển thị bên

Hình 1.24: Cửa sổ hộp thoại Option Menu

3.9 Label Menu

The Label Menu có chức sau: - Text: Đặt văn hình - Line: Vẽ đường thẳng

(20)

20

3.10 Settings Menu

The Settings Menu có chức sau:

- Re-Load Settings: Tải lại cài đặt từ tệp ini áp dụng cho hình - Save Settings: Lưu cài đặt vào tệp có tên tệp có phần mở

rộng ini

- Save Temporary Settings: Lưu thiết lập tạm thời Các cài đặt tạm thời không lưu vào tệp bị loại bỏ tài liệu bị đóng

- Load Temporary Settings: Tải cài đặt tạm thời áp dụng cho hình - Add to Favorites: Lưu cài đặt làm mục ưa thích Khi lưu mục yêu

thích, người ta chọn lưu cài đặt sau: màu đường độ dày, phông chữ, hiển thị Nhật ký / dB / FFT cài đặt phạm vi trục x y

- Manage Favorites: Quản lý mục yêu thích

3.11 Exporting Data

Kết FFT lưu vào tệp văn Cả kết mô (* txt) kết FFT (* fft) định dạng văn chỉnh sửa trình chỉnh sửa văn (như Microsoft NotePad) xuất sang phần mềm khác (chẳng hạn Microsoft Excel)

Ví dụ: để tải tệp kết mô Tập tin chop chop-1q.txt Microsoft Excel, làm theo bước sau:

- Trong Microsoft Excel, chọn Mở từ menu Tệp Mở tệp tin Chop chop-1q.txt - Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step of 3”,bên Original data

type, chọn Delimited Bấm vào Next

- Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step of 3”, Delimiters, chọn Space Bấm vào Next

- Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step of 3”, Column data format, chọn General Bấm vào Finish

4 Các thông báo lỗi

- E-1 Lỗi định dạng đầu vào xảy mô - Thông báo lỗi E-2: Nút phần tử để trống

- Cảnh báo W-1 !!! Chương trình khơng hội tụ xác định vị trí chuyển đổi sau 10 lần lặp

- Cảnh báo W-2 !!! Chương trình khơng đạt trạng thái ổn định sau thực quét 60 chu kỳ ac

5 Các linh kiện điện tử cơng suất

PSIM chia nhóm phần tử gồm:

• Phần tử linh kiện cơng suất (Power)

• Phần tử mạch điều khiển (Control) • Phần tử nguồn (Soure)

• Các phần tử khác (Other)

(21)

21

Trong nhóm phần tử Power chứa linh liện điện tử công suất, linh kiện thụ động RLC, máy biến áp, động cơ… Để lấy phần tử nhóm Power ta vào Elements/Power

• Elements/Power/RLC/…” để lấy linh kiện thụ động RLC

• “Elements/Power/Switches/…” chứa linh kiện điện tử công suất Diode, Thyristor, Transistor, IGBT, GTO, MOSFET… Ngồi cịn số phần tử khác như: nút nhấn (Push button switches), Gating Block (dùng để thiết lập thời gian đóng ngắt cho linh kiện công suất), chỉnh lưu, cầu diode…

• “Elements/Power/Transformer…” chứa máy biến áp như: máy biến áp pha

(1ph-Transformer), máy biến áp ba pha (3ph-Transformer), máy biến áp ba pha mắc Y/Y (3ph-Y/Y-Transformer), máy biến áp ba pha mắc Y/Δ (3ph-Y/D-Transformer)…

6 Mô mạch điện

Ví dụ 1: mơ mạch chỉnh lưu pha nửa chu kỳ không điều khiển hình vẽ sau:

Hình 1.25: Mạch chỉnh lưu pha Psim - Chúng ta thấy mạch bao gồm:

• nguồn áp xoay chiều u1 • máy biến áp phase • diode

• điện trở R ( tải )

- Để có máy biến áp phase vào menu elemens / power / transformer / 1-ph transformer

- Để lấy nguồn xoay chiều u1, diode, điện trở R, voltage probe, current probe ground ta lấy nhanh elemens toolbar:

Hình 1.26: Thanh linh kiện Psim

- Để đo dạng sóng điện áp nguồn ngõ vào u2 ngõ ut mạch chỉnh lưu dùng voltage probe hình vẽ

- Để đo d ng điện ngõ it dùng current probe mắc nối tiếp với tải R hình vẽ

(22)

22

Hình 1.27: Thanh cơng cụ Psim

- Sau vẽ mạch xong đặt tên set giá trị cho thành phần: - Để làm điều double click vào thành phần mà muốn đặt tên

set giá trị, ví dụ nguồn áp xoay chiều u1:

Hình 1.28: Bảng điều chỉnh thơng số dạng sóng Psim

- Tương tự thực cho thành phần khác - Bây tiến hành chạy mô mạch:

- Để chạy mơ phải có simulation control để set thời gian mô

Menu simulate / simulation control

- Sau di chuyển chuột để đặt vị trí thích hợp, hộp thoại mở ra, ta set time sau:

Hình 1.29a Bảng điều chỉnh thơng số mơ - Chúng ta double click vào để thay đổi time

(23)

23

Chọn tín hiệu cần mơ phỏng:

Hình 1.29b Bảng thuộc tính mơ chọn tín hiệu cần mơ

Hình 1.30 Bảng dạng sóng mơ

(24)

24

Hình 1.31 Bảng điều chỉnh thêm dạng sóng mơ - Kết mơ phỏng:

Hình 1.32 Kết mơ sau thêm dạng sóng Tính tốn thơng số ngõ mạch

(25)

25

Ví dụ 2: Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Tải R

Hình 1.34: Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải R

Hình 1.35: Bảng kết nối linh kiện Psim

- Cài đặt khối Alpha controller: double click vào khối Alpha controller

Hình 1.36: Bảng thay đổi thơng số phần điều khiển - Kết mô phỏng:

(26)

26

Hình 1.37: Kết mô

Tải R+L

Hình 1.38: Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL

(27)

27

Hình 1.39: Kết mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL

❖ Chúng ta dùng khối gating block for switch để tạo xung kích cho SCR

Hình 1.40: Kết mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL dùng khối Gating block

❖ Cài đặt cho khối Gating block for switch: double click vào đối tượng

Hình 1.41: Bảng cài đặt thơng số khối gating block

(28)

28

Hình 1.42: Kết sử dụng khối gating block Ví dụ 3: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải R

Hình 1.43: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải R - Kết mơ phỏng:

Hình 1.44: Kết dạng sóng ngõ tải R Ví dụ 4: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải R+L

(29)

29

Hình 1.46: Kết dạng sóng ngõ tải R+L Ví dụ 5: Mạch nghịch lưu áp cầu pha

Hình 1.47: Mạch nghịch lưu áp cầu pha Kết mơ phỏng:

Hình 1.48: Kết dạng sóng ngõ Mạch nghịch lưu áp cầu pha

(30)

30

Hình 1.49: Mạch nghịch lưu theo PWM

Hình 1.50: Kết dạng sóng ngõ Mạch nghịch lưu theo PWM Ví dụ 7: Nghịch lưu pha: điều khiển theo kỹ thuật điều chế độ rộng xung sine ( SPWM )

(31)

31

Hình 1.52: Kết dạng sóng ngõ Mạch Nghịch lưu pha CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI

1 Thiết bị đo cơng suất tải, dịng RMS Psim

2 Thực phép đo công suất tải, dịng điện RMS, hệ số cơng suất Tạo điều khiển góc alpha (alpha controller)

(32)

32

BÀI 2: KHẢO SÁT MẠCH CHỈNH LƯU BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

Giới thiệu:

Chức mạch chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều

- Ứng dụng: cấp nguồn cho tải chiều như: động điện chiều, nạp acquy, mạ điện phân, máy hàn chiều, nam châm điện, ……

Mục tiêu:

Sau học xong người học có khả năng: - Kiến thức:

+ Xác định nhiệm vụ chức khối chỉnh lưu có điều khiển

+ Hiểu phân biệt mạch chỉnh lưu hình tia, hình cầu + Tính tốn thông số kỹ thuật mạch chỉnh lưu

-Kỹ năng:

+ Lắp đặt mô mạch chỉnh lưu + Vẽ tín hiệu ngõ mạch

+ Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Nội dung chính:

1 Chỉnh lưu ba pha hình tia

1.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình tia

Trong sơ đồ tia pha hình 2.1 diode nối chung cathod, tải trở.dòng điện chạy từ lưới (nguồn) qua diode nguồn điện theo dây trung tính N

Hình 2.1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha hình tia Nguyên lý hoạt động mạch:

(33)

33

Hình 2.2: dạng sóng mạch chỉnh lưu ba pha hình tia Điện áp pha ngõ vào:

2 sin

A m

v =V t (2.1)

2 sin

3

B m

v =V t− 

  (2.2)

4 sin

3

C m

v =V t−  

  (2.3)

Ví dụ t=0, vA  vC vB D1 dẫn điện, D2 D3 đặt điện áp âm

Hình 2.2 thể dòng, điện áp ngõ diode D1, góc dẫn mổi diode 2π/3 Trị trung bình điện áp ngõ ra:

5

6

3

2 sin

2 m m

V V t d t V



 

 

=  = (2.4)

Áp ngược cực đại đặt vào diode biên độ áp dây Vm

Vì tải trở dịng điện ngõ i0 có dạng với áp ngõ v0 trị số trung bình

I0 : I0 =V0/R (2.5)

Sơ đồ đơn giản dễ lắp đặt nhiên có nhược điểm phải sử dụng dây trung tính, dịng nguồn có thành phần chiều nên dùng công suất tải nhỏ so với nguồn điện

1.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình tia

(34)

34

sin

A m

v =V t (2.6)

2 sin

3

B m

v =V t−  

  (2.7)

2 sin

3

C m

v =V t+ 

  (2.8)

Từ ta tính giá trị chỉnh lưu: Trị trung bình điện áp tải:

( ) ( )

5 /6

/6

1 3

sin

2 /

d m m

V V t d t V



 

 

=  = (2.9)

Trị trung bình dịng tải chế độ xác lập

d d

V =R I +E (2.10)

d d V E I R −

 = (2.11)

Dịng trung bình qua diode:

d diode

I

I = (2.12)

❖ Mô mạch chỉnh lưu pha hình tia Psim Bước 1: chạy phần mềm Psim

(35)

35

Bước 3: Vào element →sources→voltage→3-ph-sine: lấy nguồn pha

Bước 4: Vào element →Power→switches→diode: lấy linh kiện diode

Bước 5: Vào element →RLC branches→Resistor: lấy linh kiện điện trở

(36)

36

Bước 7: vào wire để kết nối dây, ground nối mass, vào select để thay đổi thông số

Bước 8: Vào simulate →simulation control để lấy đồng hồ mô

(37)

37

2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu

2.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình cầu

Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu thực chất hai chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp

Hình 2.4: Cách cách mắc mạch chỉnh lưu pha hình cầu - Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển

Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu pha hình cầu khơng điều khiển

Hình 2.5 mạch chỉnh lưu cầu pha, điện áp v+ v- hai đầu so với trung tính nguồn hình nét đậm, gồm phần dương âm áp ba pha, áp ra:

0

v =v+−v− (2.13)

- Hoạt động mạch:

Các khoảng dẫn điện diode theo trình tự tương tự hình 2.2 Mỗi diode làm việc 2π/3, hai nhóm lệch pha π nên có xung chu kỳ

(38)

38

Ví dụ D1 D6 dẫn điện, áp ra: v0 =vA−vC =vAC

Khi D3 D5 dẫn điện, áp ra: v0 =vC−vB =vCB Tương tự D2 D4 dẫn

Hình 2.6: Thứ tự dẫn điện cặp diode

Trị trung bình áp ra: 3( )

6

2,34

2 A B m m

V v v d t V V

 





 

+

=  − = =

Áp ngược cực đại đặt vào diode biên độ áp dây Vm

Hình 2.7: Dạng sóng dịng, áp mạch cầu pha

2.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu

(39)

39

Chỉnh lưu cầu ba pha sử dụng có u cầu cơng suất cao khả tận dụng cao công suất máy biến áp Sơ đồ cầu pha hình 2.8 Các diode đánh số cho chúng dẫn góc 2π/3

Trình tự dẫn diode: 12, 23, 34, 45, 56, 61…

Dạng sóng điện áp dịng điện trình bày hình 2.10, điện áp dây gấp 1,73 lần điện áp pha

Hình 2.9: Dạng sóng dòng điện mạch chỉnh lưu cầu pha

Điện áp trung bình:

2

3

6 3

3 sin 1, 654

2

d m m

V V t dt V





 

=  = =

Điện áp hiệu dụng:

( )

2

3

9

sin 1, 655

2

hd m m m

V V t dt V V





 

=  = + =

Giá trị hiệu dụng dòng điện pha thứ cấp:

2

0, 78

6

s m m

I I  I



 

=  + =

 

Giá trị hiệu dụng dòng điện qua diode

1

0, 552

6

D m m

I I  I



 

=  + =

 

(40)

40

Bước 2: vào file →new: tạo trang

Bước 3: Vào element →sources→voltage→3-ph-sine: lấy nguồn pha

(41)

41

Bước 5: Vào element →RLC branches→Resistor: lấy linh kiện điện trở

Bước 6: Vào element →Other→Probes: lấy thiết bị đo áp(voltage probe), đo dòng(current probe)

(42)

42

Bước 8: Vào simulate →simulation control để lấy đồng hồ mô

(43)

43

Bước 10: chọn giá trị hiển thị

(44)

44

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI

1 Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu dùng diode pha hình tia tính dịng điện, điện áp ngõ ra, dịng qua diode, điện áp trung trình

2 Dùng Psim mơ mạch điện câu tính tốn thơng số điện áp dịng điện so sánh với kết tính tốn câu

3 Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu dùng diode pha hình cầu tính dịng điện, điện áp ngõ ra, dịng qua diode, điện áp trung trình

(45)

45

BÀI 3: KHẢO SÁT MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN

Giới thiệu:

Chỉnh lưu pha, ba pha khơng điều khiển, trình bày trước, không cho phép điều khiển điện biến đổi từ xoay chiều (ac) thành chiều (dc) Khả biến đổi điện thực nhờ sử dụng thyristor công suất mạch chỉnh lưu Chương đề cấp đến hai loại chỉnh lưu điều khiển là: chỉnh lưu pha điều khiển chỉnh lưu ba pha điều khiển Cả hai dạng chỉnh lưu điều khiển áp dụng phần lớn thiết bị điện

Mục tiêu:

- Kiến thức:

+ Xác định nhiệm vụ chức khối chỉnh lưu có điều khiển

+ Tính tốn thơng số kỹ thuật mạch chỉnh lưu - Kỹ năng:

+ Lắp đặt mô mạch chỉnh lưu + Vẽ tín hiệu ngõ mạch

- Về lực tự chủ trách nhiệm:

1 Khảo sát mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

Sơ đồ chỉnh lưu pha nửa sóng điều khiển sử dụng thyristor để điều chỉnh điện áp cấp cho tải trình bày hình 3.1

Hình 3.1: mạch chỉnh lưu nửa sóng có điều khiển

Thyristor dẫn điện áp vAK dương có xung dịng điện iG đặt vào cực điều khiển Điều chỉnh giá trị điện áp đầu cấp cho tải thực cách thay đổi góc điều khiển α xung dịng iG Góc điều khiển α tính từ thời điểm có điện áp vAK > (chuyển mạch tự nhiên) Trong trường hợp hình 3.1, góc α tính từ vị trí bắt đầu cấp điện đầu vào vs Cùng hình thấy dạng sóng dịng điện id hồn tồn trùng khớp với dạng sóng điện áp vL Trong chế độ tải điện trở, thyristor chuyển sang điều kiện không dẫn, trạng thái ngắt, điện áp tải dịng điện đạt giá trị âm Điện áp đầu tính theo biểu thức:

sin (1 cos )

2

m

d m

V

V V x dx

 



 

=  = + (3.1)

Trong Vm – biên độ điện áp nguồn xoay chiều

(46)

46

Hình 3.2 Chỉnh lưu pha nửa sóng điều khiển với tải a) tải thụ động RL b) tải có nguồn

Khi Thyristor mở (dẫn điện) điện áp rơi điện cảm: vL = vS− vR = 𝐿did

dt (3.2)

Trong vR – điện áp rơi điện trở vR = 𝑅 𝑖𝑑

Nếu vs – vR > 0; dòng điện tải tăng, trường hợp ngược lại dòng điện tải giảm vs – vR <

Dịng điện xác định theo: id(ωt) =

ωL∫ vLdx ωt

α (3.3)

giải theo phương pháp đồ thị ta thấy dịng điện id = diện tích phần A1 A2 (vs = vR) điều cho thấy thyristor dẫn điện vs < (do có điện áp L)

Khi tải gồm điện cảm nguồn áp (điện cảm tích cực) nối với chỉnh lưu, Thyristor mở có xung dịng iG vào cực điều khiển vs > Ed Tương tự trương hợp R-L, Thyristor giữ nguyên trạng thái dẫn A1 = A2 Khi Thyristor tắt (khóa) điện áp tải vd = Ed

❖ Khảo sát mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Psim - Bước 1: Mở phần mềm Psim

- Bước 2: vào file →new: tạo mạch mô

- Bước 3: vào Elements→ Power →source→voltage→sine : lấy nguồn xoay chiều - Bước 4: vào Elements→ Power →switches→thyristor: lấy linh kiện bán dẫn

thyristor

- Bước 5: vào Elements→ Power →RLC Branches→resistor : lấy linh kiện điện trở

- Bước 6: vào Elements→ Orther →Probes→voltage probe (hoặc current probe): lấy dụng cụ đo điện áp (hoặc dòng điện)

(47)

47

- Bước 8: vào Elements→ Power →switches→Gating block: lấy máy phát xung cho SCR

- Bước 9: Khai báo xung kích SCR ( tần số 50Hz điểm 2, góc kích 900), nguồn (220 2=312) , giá trị điện trở…

- Bước 10: lấy đồng hồ (simulation control) - Bước 11: chạy mô

Kết mơ

2 Chỉnh lưu hai pha nửa sóng

(48)

48

Hình 3.3: chỉnh lưu hai pha nửa sóng có điều khiển tải R

Như sơ đồ Thyristor T1 bật toàn thời gian v1 > 0, xung điều khiển trễ góc α định thời điểm bật T1 Trạng thái bật Thyristor thể đồ thị hình 3-3 Các van tiếp tục dẫn chu kỳ điện áp ngược xuất van

Giá trị điện áp tải tính theo biểu thức vdiα =

π∫ Vmsinx dx = 𝑉𝑚

𝜋 (1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼) π

α (3.4)

Dòng điện xoay chiều is iT1(N2/N1) T1 dẫn iT2(N2/N1) T2 dẫn, N2/N1 tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp sơ cấp

3 Chỉnh lưu cầu pha

Điều khiển chỉnh lưu cầu pha có hai phương án: điều khiển sử dụng Thyristor (hình 3.4a) bán điều khiển (điều khiển phần) sử dụng Thyristor Diode

Hình 3.4: Chỉnh lưu cầu pha: a) điều khiển b) bán điều khiển

Dạng sóng điện áp dịng điện chỉnh lưu cầu điều khiển với tải điện trở R vẽ hình 3.4a Các van T1 T2 phải mở đồng thời nửa sóng dương điện áp vs , dẫn dòng Tương tự, van T3, T4 mở đồng thời nửa sóng điện áp nguồn âm Để đảm bảo tính đồng thời bật van T1 T2 người ta dùng chung dòng kích mở Điện áp tải tương tự với trương hợp hai pha nửa sóng xét Dòng điện xoay chiều:

(49)

49

Hình 3.5: Dạng sóng dịng, áp chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải R Trường hợp chỉnh lưu cầu pha điều khiển với tải điện trở điện cảm (L → ∞) Giá trị điện cảm lớn đảm bảo lọc phẳng hồn tồn dịng điện chỉnh lưu tải dòng điện xoay chiều nguồn vào Do dòng điện tải liên tục, Thyristor T1, T2 giữ nguyên trạng thái mở nửa chu kỳ dương điện áp nguồn vs qua Do nguyên nhân này, điện áp tải vd có giá trị tức thời âm Việc bật Thyristor T3, T4 mang lại kết quả: Tắt van T1, T2; sau chuyển mạch T3, T4 dẫn dịng điện tải

Hình 3.6:Dạng sóng dịng, áp chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải R-L(L → ∞)

Dòng điện xoay chiều nguồn có dạng xung vng hình 3-8, điều kiện dịng điện liên tục Trường hợp điện áp trung bình tải:

vdiα =

π∫ Vmsinx dx = 2𝑉𝑚

𝜋 (𝑐𝑜𝑠𝛼) α+π

α (3.6)

❖ Trường hợp tải trở

Xét trường hợp sơ đồ cầu hình 3.4a cặp T1,T2 T3,T4 có xung kích khởi Giả sử đóng nguồn vào lúc t=0

0 0

(50)

50 t

 = có xung điều khiển T1,T2 dẫn điện: v0 = =v R i.0  dịng tải có dạng với áp

Khi  t= dòng áp T1,T2 tắt ⇒ góc dẫn  = −  Trị trung bình áp ra:

( )

0

2

1

sin m cos

m

V

V v d t V t d t

 

 

   

  

=  =  = + (3.7)

Dòng tải tức thời: 0

v i

R

= (3.8)

Dịng trung bình: 0

V I

R

= (3.9)

❖ Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu pha Psim - Bước 1: Mở phần mềm Psim

thyristor

- Bước 7: dùng viết (wire) kết nối linh kiện

- Bước 8: vào Elements→ Power →switches→Gating block: lấy máy phát xung cho SCR

- Bước 9: Khai báo xung kích SCR ( tần số 50Hz điểm 2, góc kích 900), nguồn (220 2=312) , giá trị điện trở…

- Bước 10: lấy đồng hồ (simulation control) - Bước 11: chạy mô

(51)

51

4 Chỉnh lưu tia ba pha nửa sóng

Nguyên lý sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha nửa sóng trình bày hình 3.7 Điều chỉnh điện áp chỉnh lưu, sơ đồ dùng thyristor mắc chung Kathode Điện áp nguồn xoay chiều coi lý tưởng Thyristor dẫn (trạng thái bật) điện áp Anode – Kathode vAK dương đồng thời có xung kích mở iG vào cực điều khiển Góc trễ xung điều khiển α tính từ điểm giao điện áp pha nguồn điện áp vAK bắt đầu dương

Hình 3.7: Chỉnh lưu ba pha nửa sóng có điều khiển Xung kích cổng lệch 2π/3 theo thứ tự pha A,B,C: T1 → T2 → T3→ T1

Hình 3.8: xung kích IGT

Điểm chuyển mạch tự nhiên hay  =0chính điểm mà áp pha tương ứng bắt đầu cao

(52)

52

Giả sử đóng nguồn vào lúc t=0

0 0

I = v = vT1= − v v0 0: T1 phân cực thuận

Khi

t 

 = + , có xung điều khiển T1 dẫn điện v0 =vA =R i.0dịng tải có dạng áp

Giả sử



   t= dòng áp 0, T1 tắt ⇒ Góc dẫn

6

   = − −

Khi

6

t  

 = + , T2 có xung kích cổng, nối pha B vào tải, dạng áp dòng giống T1 chậm pha 2π/3

❖ Khảo sát mạch chỉnh tia pha nửa sóng Psim - Bước 1: Mở phần mềm Psim

- Bước 3: vào Elements→ Power →source→voltage→3-ph-sine : lấy nguồn xoay chiều

- Bước 4: vào Elements→ Power →switches→thyristor: lấy linh kiện bán dẫn thyristor

- Bước 8: vào Elements→ Orther →sensor→volttage sensor: tạo máy phát xung cho SCR

- Bước 9: vào Element→ Control →Comparator: lấy so sánh

- Bước 10: vào Elements→ Orther →Switch controller→Alpha controller: lấy điều khiển góc kích

- Bước 11: vào Elements→ Power →source→voltage→DC: Lấy nguồn chiều - Bước 12: Lấy step điều khiển góc kích ( công cụ)

- Bước 13: Lấy đồng hồ (simulation control) - Bước 14: Gắn nhãn label cho đầu nối

(53)

53

5 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển

Tương tự chỉnh lưu diode, hoạt động sơ đồ cầu ba pha có điều khiển phân tích thành nhóm: nhóm dương gồm T1, T2, T3 nối chung cathod nhóm âm gồm T4, T5, T6 nối chung anod

Hình 3.9: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu

Điểm  =0( chuyển mạch tự nhiên) SCR điểm bắt đầu dẫn điện

diode vị trí Thứ tự điều khiển SCR thứ tự xoay pha lưới, SCR pha lệch nửa chu kỳ lưới:

1

T →T →T →T

6

T →T →T →T

Như khoảng cách xung SCR nhóm (T1 T2) / 3 , SCR nối

(54)

54

Hình 3.10: Dạng sóng góc kích mạch chỉnh lưu cầu

Như với dòng liên tục đợt ln có SCR nhóm dẫn, áp nhóm v+ v- so với trung tính lưới( thể hình 3.10a) áp tải dây tương ứng với cặp SCR dẫn (hình 3.10c) chu kỳ lưới có xung phần hình sin

Trị trung bình ra:

0

3

cos cos

m do

V V  V 



= = (3.9)

Với Vdo áp chỉnh lưu diode dòng liên tục áp thay đổi từ Vdođến -Vdo

góc điều khiển pha α thay đổi khoảng – π ❖ Trường hợp tải trở:

Dịng tài i0 có dạng với áp v0 khơng có giá trị âm Khi   / 3áp có đoạn 0: dịng gián đoạn

Khi  2 / 3 mạch không cịn hoạt động

Việc tính trị trung bình áp thực tương tự sơ đồ pha hình tia ❖ Khảo sát mạch chỉnh tia pha nửa sóng Psim

- Bước 1: Mở phần mềm Psim

- Bước 3: vào Elements→ Power →source→voltage→3-ph-sine : lấy nguồn xoay chiều

- Bước 4: vào Elements→ Power →switches→thyristor: lấy linh kiện bán dẫn thyristor

(55)

55

- Bước 11: vào Elements→ Power →source→voltage→DC: Lấy nguồn chiều - Bước 12: Lấy step điều khiển góc kích ( công cụ)

- Bước 13: Lấy đồng hồ (simulation control) - Bước 14: Gắn nhãn label cho đầu nối

- Bước 15: chạy mô Kết mô

❖ Bài tập áp dụng

Bài 1: tính áp trung bình V0 chỉnh lưu cầu pha có điều khiển, tải dịng liên tục góc điều khiển pha α ( 00, 450, 900) Biết nguồn 120 volt, tính áp cực đại đặt vào SCR ( bỏ qua sụt áp SCR)

(56)

56

1 Trình bày sơ đồ chỉnh lưu pha có điều khiển tải R Trình bày sơ đồ chỉnh lưu pha có điều khiển tải R+L

3 Khảo sát mạch chỉnh lưu pha có điều khiển tải R+L, mơ phỏng, tính tốn thơng số dịng điện, điện áp, cơng suất tải ngõ Psim

(57)

57

BÀI 4: KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Giới thiệu:

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng điện áp ngõ Nó mắc vào nguồn xoay chiều dạng Sin với tần số trị hiệu dụng không đổi tạo ngõ điện áp xoay chiều có tần số trị hiệu dụng điều khiển Do biến đổi điện áp xoay chiều có tính giống máy biến điều khiển sơ cấp Điện áp đáp ứng ngõ thay đổi nhanh liên tục

Mục tiêu:

+ Trình bày nhiệm vụ chức phần tử biến đổi + Giải thích nguyên lý làm việc sơ đồ

- Kỹ năng:

+ Lắp đặt mô mạch biến đồi điện áp xoay chiều + Vẽ tín hiệu ngõ mạch

+ Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo

1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải R

Mạch gồm nguồn điện áp xoay chiều pha dạng sin : u=Umsint mắc nối tiếp với tải R thông qua công tắc xoay chiều bán dẫn công tắc xoay chiều gồm thyristor mắc song song với

Hình 4.1: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải R ❖ Phân tích mạch

Theo sơ đồ hình 4.1b khoảng thời gian (0, α) dòng qua tải bị ngắt ta có: 0,

t t

i = u =

Trên thyristor V1 xuất điện áp khóa : uv1= − = u ut u

Tại thời điểm ứng với X = α, xung kích IG1 đưa vào cổng điều khiển V1 điều kiện có áp khóa làm V1 đóng Dịng điện khép kín qua mạch (u, V1, R)

Trong khoảng X ,V1dẫn

1

v v

u = = −u , iv1 =it; iv2 =0, ut = −uv1+ = =u u UmsinX; ut =R i.t

Tại X = π , dòng qua V1 triệt tiêu Lúc dịng điện tải ta có trạng thái

1

v t v

(58)

58

Điện áp đặt lên V2 khoảng thời gian ứng với X > π có giá trị dương – điện áp khóa nên việc kích vào cổng điềukhiển V2 khoảng ( +  X 2) làm V2 đóng: uv2 =0; iv2 =it; uv1= −uv2 =0;iv1 =0; ut = =u UmsinX 0; t

u i

R

= 

Tại vị trí X = 2π, dịng qua V2 triệt tiêu nên V2 bị ngắt Mạch trở trạng thái Trị hiệu dụng áp tải:

Ut = U (1 −α

π+ sin 2α 2π ) (4.1)

Trị hiệu dụng dòng qua tải:

It =Ut

R (4.2)

Hệ số công suất ngõ vào biến đổi:

𝑃𝐹 =𝑃 𝑆 = (𝑈𝑡 𝑅) 𝑈.𝐼𝑡 = 𝑈𝑡

𝑈 = (1 − 𝛼 𝜋+ 𝑠𝑖𝑛2𝛼 2𝜋 ) (4.3) Dịng trung bình qua SCR:

𝐼𝑉𝐴𝑉 =

2𝜋∫ 𝑈𝑚

𝑅 𝑠𝑖𝑛𝑥 𝑑𝑥 = 𝑈𝑚

2𝜋𝑅(1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼) 𝜋

𝛼 (4.4)

Dòng hiệu dụng qua SCR:

IVMRS = It

√2 (4.5)

2 Trường hợp tải cảm (tải L)

Ta phân biệt hai trường hợp góc điều khiển α • Với góc kích  > /2 :

- Trạng thái 0: khoảng trước vị trí góc kích  dịng tải bị gián đoạn:

1 2

0; t 0; 0;

t t v v v

di

i u L i i u u u

dt

= = = = = = − = 

- Trạng thái V1 ( X 2 − ): vị trí X = α, V1 kích lúc có tác dụng điện áp khóa nên đóng Dịng điện dẫn khép kín qua mạch (u, V1, L)

1 0; ; sin ; ;

t

v v t t m t

di

u i i u u U X u L

dt

= = = = =

Dịng điện có độ lớn tăng từ đến cực đại giảm vị trí X =2π – α Do iv1 =i

(59)

59

Hình 4.2: Các trạng thái ngắt dẫn thyristor Trị hiệu dụng điện áp tải:

𝑈𝑡 = [1

𝜋∫ (𝑈𝑚𝑠𝑖𝑛𝜃) 2𝑑𝜃 2𝜋−𝛼 𝛼 ]

= 𝑈𝑚(1 −𝛼

𝜋+ 𝑠𝑖𝑛2𝛼 2𝜋 ) (4.6) Trị hiệu dụng dòng qua tải:

𝐼𝑡 = (1

𝜋∫ 𝑖𝑡 2𝑑𝜃 2𝜋−𝛼 𝛼 ) = 𝑈

𝜔𝐿[2 (1 − 𝛼

𝜋) (1 + 2𝑐𝑜𝑠

2𝛼) +

𝜋𝑠𝑖𝑛2𝛼]

1

(4.7) Trong ứng dụng với tải cảm (L), thành phần hài dịng tải có ý nghĩa quan trọng & tính cơng thức:

( )

(1)

2

2 sin

m L m U I L         =  − + 

  (4.8)

Với thành phần hài bản, mạch hoạt động cảm kháng điều chỉnh theo góc kích  :

( ) ( )

(1) 2 1sin 2

m L L m U L X I              = =    − +        (4.9)

• Với góc kích  < /2

Điện áp tải điều khiển Mạch biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động cơng tắc trạng thái ln đóng Các linh kiện V1, V2 dẫn điện với khoảng dẫn linh kiện π Dòng điện qua tải liên tục Nếu bắt đầu đưa xung kích vào linh kiện từ vị trí  = / dịng điện lệch pha so với điện áp góc

/

 = Xung kích cần tạo thành dạng chuỗi xung bắt đầu vị trí  kết thúc cuối chu kỳ tương ưng áp nguồn xoay chiều

Ví dụ dòng tải qua V1 giảm đến 0, V1 bị ngắt vị trí V2 xuất điện áp khóa Do xung kích tác dụng nên V2 đóng dẫn dịng điện qua tải theo chiều ngược lại Do đó, dịng điện tải đổi dấu qua điểm cách liên tục

(60)

60

Hình 4.3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải RL

Tương tự tải L, việc phân tích hoạt động mạch điện phụ thuộc vào góc điều khiển α

• Trường hợp   ( với  =arctg(L R/ )) dòng điện tải bị gián đoạn Chu kỳ hoạt động chia làm khoảng tương ứng trạng thái sau:

- Trạng thái 0: mạch không dẫn điện áp khóa tác dụng lên V1

1 2

0; 0; 0;

t v v v v

i = i = i = u = −u = u

- Trạng thái V1: V1 kích dẫn:

1

; t; ;

t t t v t v v

di

u u u R i L i i u u

dt

= = + = = − =

- Trạng thái 0: mạch khơng dẫn điện áp khóa tác dụng lên V2

1 2

0; 0; 0; 0;

t t v v v v

i = u = i = i = u = −u = u

- Trạng thái V2: V2 kích dẫn:

1 0; ; ; ;

t

v v v t t t t

di

u u i i u u u R i L

dt

= − = = − = = +

• Trường hợp   : dịng tải liên tục Điện áp tải khơng điều khiển Mạch biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động cơng tắc trạng thái ln đóng Điện áp tải áp nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U Xung kích cho linh kiện cho dạng chuỗi xung, vị trí gó điều khiển đến kết thúc chu kỳ tương ứng áp nguồn xoay chiều

❖ Mạch ứng dụng:

(61)

61

Hình 4.5: Mạch ứng dụng điều chỉnh độ sáng đèn ❖ Khảo sát mạch chỉnh tia pha nửa sóng Psim

thyristor

- Bước 11: vào Elements→ Power →source→voltage→DC: Lấy nguồn chiều - Bước 12: Lấy step điều khiển góc kích ( cơng cụ)

(62)

62

- Bước 15: chạy phần mềm mô Kết mơ phỏng:

CÂU HỎI ƠN TẬP BÀI

1 Mô Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải RL Psim Cho mạch điều khiển áp hiệu dụng bán song pha với tải R = 10Ω

Biết áp xoay chiều cấp vào mạch có giá trị hiệu dụng 220V-50Hz, góc kích α = 60 Mơ mạch điện Psim tính dịng điện, điện áp tải

3 Cho mạch điều khiển áp hiệu dụng toàn sóng pha với tải R =5Ω, L = 5mH Biết áp xoay chiều cấp vào mạch có giá trị hiệu dụng 210V-50Hz

(63)

63

BÀI 5: KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Giới thiệu:

Bộ biến đổi điện áp chiều dùng để điều khiển trị trung bình điện áp chiều ngõ từ nguồn điện áp chiều không đổi Điện áp tải có dạng xung tạo thành từ q trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp chiều không thay đổi vào tải Do đó, biến đổi cịn gọi biến đổi điện áp chiều dạng xung

Mục tiêu:

+ Trình bày nhiệm vụ chức khối biến đổi + Giải thích nguyên lý làm việc mạch điện

- Kỹ năng:

+ Mô mạch giảm áp tăng áp + Đo giá trị ngõ mạch

- Rèn luyện tính tích cực, chủ động sáng tạo

1 Bộ giảm áp

Hình 5.1 Sơ đồ mạch điện dạng sóng ngõ giảm áp ❖ Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động

Mạch giảm áp gồm nguồn điện áp chiều không đổi U mắc nối tiếp với tải qua công tắc S Tải chiếu tổng quát gồm RL sức điện động E(ví dụ động điện chiều) Diode V0 mắc song song với tải ( hình 5.1)

Nguồn chiều lấy từ acquy, pin điện, nguồn áp xoay chiều qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc Công tắc S có chức đóng ngắt dịng điện qua Do cơng tắc S phải linh kiện tự chuyển mạch, chẳng hạn Transistor(BJT, MOSFET, IGBT), GTO dạng kết hợp gồm thyristor(SCR) với chuyển mạch Có phương pháp đóng ngắt cơng tắc S: Điều khiển với thời gian đóng khóa khơng đổi, Điều khiển với tần số đóng cắt khơng đổi, điều khiển theo dòng điện

Tải chiều hay gặp thực tế động chiều - Trạng thái đóng S

Thời gian đóng T1, dịng điện dẫn từ nguồn U khép kín qua mạch gồm(U,S,RLE) Phương trình trạng thái họt động tải:

ut = U (5.1) 𝑢𝑡 = 𝑅 𝑖𝑡+ 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡+ 𝐸 (5.2)

(64)

64

it(t0) = it0 = i0 (5.3) giải phương trình vi phân trân ta có dịng điện qua tải có dạng:

𝑖𝑡(𝑡) =𝑈−𝐸

𝑅 (1 − 𝑒

−𝑖/𝜏) + 𝑖

0 𝑒−𝑡/𝜏 (5.4)

Với 𝜏 = L

R số thời gian mạch tải

Tại cuối khoảng dẫn T1, ta có : 𝑡𝑡1 = 𝑖𝑡(𝑇1) = 𝑖1 Qúa trình dịng điện tải có dạng tăng theo hàm mũ

- Trạng thái ngắt S:

Khoảng thời gian (T1 < t < T2) : khoảng thời gian ngắt T2 Do bị kích ngắt nên dịng qua S triệt tiêu Mạch tải có chứa L nên dịng qua khơng thể thay đổi đột ngột, tinh liên tục dòng điện qua tải L, dòng tải it tiếp tục theo chiều cũ khép kín qua diode khơng V0 thuận chiều dẫn

Phương trình trạng thái ut = U

𝑢𝑡 = 𝑅 𝑖𝑡 + 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡+ 𝐸 (5.5)

Dòng điện tải it đạt giá trị thời điểm t = T1 𝑖1 = 𝑖𝑡(𝑡0+ 𝑇1) = 𝑖𝑡(𝑇1) = 𝑈−𝐸

𝑅 (1 − 𝑒

−𝑇1/𝜏) + 𝑖

0 (5.6)

Giải phương trình ta có 𝑖𝑡(𝑇1) = −𝐸

𝑅 (1 − 𝑒

𝑡−𝑇1/𝜏) + 𝑖

1𝑒𝑡−𝑇1/𝜏 (5.7)

Dịng điện có q trình giảm theo hàm mũ

Tại cuối khoảng thời gian T2, cơng tắc S lại đóng kín S dẫn điện làm điện áp nguồn U tác dụng lên diode không V0 điện áp ngược nên ngắt dịng qua Lặp lại

⇒ Khi E = dòng tải liên tục

Khi E > dịng điện tải liên tục gián đoạn

Khoảng thời gian dòng tải gián đoạn phụ thuộc vào giá trị tham số điều khiển (T1, T2) tham số tải (RLE)

(65)

65

Hình 5.2: Điện áp dịng tải giảm áp

Trong giai đoạn đầu thời gian ngắt công tắc S (T1 < t <t2): dòng điện tải liên tục giảm it (t2) =0

Giai đoạn dòng tải gián đoạn (t2 < t <T) : điện áp tải E Điện áp trung bình tải :

t

T T t

U U E

T T

−

= + (5.8)

❖ Khảo sát mạch giảm áp - Bước 1: Mở phần mềm Psim

- Bước 3: vào Elements→ Power →source→voltage→DC : lấy nguồn chiều - Bước 4: vào Elements→ Power →switches→IGBT: lấy linh kiện bán dẫn - Bước 5: vào Elements→ Power →RLC Branches→resistor : lấy linh kiện điện

trở

- Bước 6: vào Elements→ Power →RLC Branches→Inductor : lấy cuộn dây - Bước 7: vào Elements→ Power →RLC Branches→Capacitor : lấy tụ điện - Bước 8: vào Elements→ Orther →Probes→voltage probe (hoặc current probe):

lấy dụng cụ đo điện áp (hoặc dòng điện)

- Bước 9: Lấy Gatting block: tạo máy phát xung cho IGBT - Bước 10: Lấy đồng hồ (simulation control)

- Bước 11: Điều chỉnh thông số

(66)

66

2 Bộ tăng áp

Hình 5.3 Sơ đồ mạch điện dạng sóng ngõ tăng áp - Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động

Khi thực hãm tái sinh động điện chiều, lượng từ nguồn điện áp thấp ( sức điện động E) trả lại nguồn điện áp lớn nguồn chiều U) điều thực nhờ hoạt động tăn áp ( hình 5.3)

Điều kiện để mạch hoạt động E < U nguồng U có khả tiếp nhận lượng tải trả Tải chiều phải chứa nguồn dự trữ lượng (sức điện động E) cảm kháng Công tắc S thuộc dạng tự chuyển mạch Diode V0 cho phép dòng điện dẫn theo chiều từ tải nguồn ngăng dòng điện theo chiều ngược lại

❖ Trạng thái đóng S

Khoảng thời gian (0 <t < T1), dòng điện dẫn từ nguồn U khép kín qua mạch gồm(S,RLE)

Phương trình trạng thái họat động tải ut = 𝑢𝑡 = 𝑅 𝑖𝑡− 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡+ 𝐸 (5.9)

it(t0) = it(0) = i0- thời điểm đầu t0 = ta có:

it(t0) = it0 = i0 (5.10) dòng điện qua tải it tăng theo hàm mũ Dòng điện qua tải cò dạng

𝑖𝑡(𝑡) = (𝐸

𝑅− 𝑖0) (1 − 𝑒

−𝑡/𝜏) + 𝑖

0 (5.11)

Tại thời điểm cuối xét, ta có t =T1 it(T1) = it ; 𝜏 =

L R

(67)

67

❖ Trạng thái V0 - khoảng thời gian (T1 <t < T) cơng tắc S bị kích ngắt khoảng thời gian T2 dịng qua cơng tắc S triệt tiêu tinh liên tục dòng điện qua tải L nên dòng tải tiếp tục dẫn điện theo chiều cũ khép kín qua diode V0 nguồn U Phương trình: ut = U

𝑢𝑡 = 𝑅 𝑖𝑡 − 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡+ 𝐸 (5.12)

Tại thời điểm khoảng đầu xét, dòng điện tải có giá trị it(T1) = i1 Giả phương trình ta có

𝑖𝑡(𝑡) = (𝐸−𝑈

𝑅 − 𝑖0) (1 − 𝑒

𝑡−𝑇1/𝜏) + 𝑖

1 (5.13)

Cuộng kháng giải phóng phần lượng dự trữ Sức điện động E chế độ phát lượng hai lượng đưa nguồn U phần, phần lại tiêu hao điện trở

❖ Khảo sát mạch giảm áp - Bước 1: Mở phần mềm Psim

trở

- Bước 6: vào Elements→ Power →RLC Branches→Inductor : lấy cuộn dây - Bước 7: vào Elements→ Power →RLC Branches→Capacitor : lấy tụ điện - Bước 8: vào Elements→ Orther →Probes→voltage probe (hoặc current probe):

lấy dụng cụ đo điện áp (hoặc dòng điện)

- Bước 10: Lấy Gatting block: tạo máy phát xung cho IGBT - Bước 11: thay đổi thông số

- Bước 12: Lấy đồng hồ (simulation control)

(68)

68

1 Chức giảm áp? Các phương pháp điều khiển khóa S? Thực mơ mạch sau

Cho nhận xét

3 Dùng Psim thực mô mạch sau

Với R=1kΩ, L =0.5H Vin = 10V Tính giá trị dịng điện, điện áp mạch Dùng Psim thực mô mạch sau

(69)

69

BÀI 6: NGHỊCH LƯU PHA Giới thiệu:

Nghịch lưu độc lập thiết bị biến đổi dòng điện chiều thành dịng điện xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nguồn điện chiều thông thường điện áp chỉnh lưu, acquy nguồn điện chiều độc lập khác Nghịch lưu độc lập biến tần sử dụng rộng rãi lĩnh vực cung cấp điện từ nguồn độc lập acquy, hệ truyền động xoay chiều, giao thông, truyền tải điện năng, luyện kim… Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ nghịch lưu pha, nghịch lưu ba pha Người ta phân loại chúng theo trình điện từ xảy nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dịng, nghịch lưu cộng hưởng Ngồi cịn nhiều cách phân loại nghịch lưu hai cách phổ biến

Mục tiêu:

+ Trình bày nguyên lý hoạt động mạch nghịch lưu

+ Xác định nhiệm vụ chức linh kiện nghịch lưu - Kỹ năng:

+ Lắp đặt vận hành mạch nghịch lưu

+ Kiểm tra, sửa chữa hư hỏng nghịch lưu - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo

Nội dung chính: 1 Định nghĩa

Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dịng chiều thành dịng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cấp điện cho biến đổi phải nguồn dịng, điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vơ để dòng điện liên tục

2 Phân loại

Có loại nghịch lưu: nghịch lưu áp( pha, pha) nghịch lưu dòng ( pha, pha)

3 Nghịch lưu dùng IGBT

3.1 Nghịch lưu dòng pha

Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dịng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cấp điện cho biến đổi phải nguồn dịng, điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vơ để dịng điện liên tục

(70)

70

Hình 5.1: Sơ đồ nghịch lưu pha ❖ Nguyên lý làm việc

Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi tiristo T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 góc 1800

Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn Ld= ∞ dịng điện đầu vào san phẳng nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dịng điện nghịch lưu iN có dạng xung vng

Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iZ = Id = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên

Sau nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-”

Dịng phóng ngược chiều với dịng qua T1 T2 làm cho T1 T2 bị khóa lại

Hình 5.2: Giản đồ xung nghịch lưu cầu pha

(71)

71

Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho tiristo Ở thời điểm t1, mở T3 T4 , tiristo T1 T2 bị khóa lại điện áp ngược tụ C đặt lên Khoảng thời gian trì điện áp ngược t1 t1’ cần thiết để trì q trình khóa phục hồi tính chất điều khiển van t1 - t1’ = tk ≥ toff ; toff thời gian khóa tiristo thời gian phục hồi tính chất điều khiển

Trong : 𝜔.tk =β góc khóa nghịch lưu

3.2 Bộ nghịch lưu áp pha

Nghịch lưu áp thiết bị biến đổi nguồn áp chiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tùy ý

Nguồn áp nguồn sử dụng phổ biến thực tế Hơn điện áp nghịch lưu áp điều chế theo phương pháp khác để giảm sóng điều hịa bậc cao Trước nghịch lưu áp bị hạn chế ứng dụng cơng suất van động lực điều khiển hoàn toàn nhỏ Hơn việc sử dụng nghịch lưu áp tiristo khiến cho hiệu suất biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp Ngày công suất van động lực IGBT, GTO, MOSFET trở nên lớn có kích thước gọn nhẹ, nghịch lưu áp trở thành biến đổi thơng dụng chuẩn hóa biến tần cơng nghiệp Do sơ đồ nghịch lưu áp trình bày sau sử dụng van điều khiển hoàn toàn Trong trình nghiên cứu ta giả thiết van động lực khóa điện tử lý tưởng, tức thời gian đóng mở khơng nên điện trở nguồn khơng

❖ Cấu tạo

Hình 5.3: sơ đồ mạch áp cầu pha

Sơ đồ nghịch lưu áp pha mô tả hình Sơ đồ gồm van động lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 điôt D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng lưới tránh tượng áp đầu nguồn Tụ C mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn hai chiều (nguồn chiều thường cấp chỉnh lưu cho phép dòng theo chiều) Như tụ C thực việc tiếp nhận công suất phản kháng tải, đồng thời tụ C đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn áp

❖ Nguyên lý làm việc

(72)

72

Tại thời điểm θ = θ2 , T1 T2 bị khóa, đồng thời T3 T4 mở tải đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức dấu điện áp tải đảo chiều Ut = - E thời điểm

Do tải mang tính trở cảm nên dòng giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm) T1, T2 bị khóa nên dịng phải khép mạch qua D3, D4 Suất điện động cảm ứng tải trở thành nguồn trả lượng thông qua D3, D4 tụ C (đường nét đứt ) Tương tự chu kỳ khóa cặp T3, T4 dòng tải khép mạch qua D1 D2 Đồ thị điện áp tải Ut , dòng điện tải it , dịng qua điơt iD dịng qua tiristo biểu diễn hình

Hình 5.4: đồ thị nghịch lưu áp cầu pha Biểu thức điện áp dòng điện tải :

𝑈𝑡 =4𝐸

𝜋 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 (6.1)

𝐼𝑡 = 4𝐸

𝜋√𝑅2+𝑋𝑡2

𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 − 𝜑) (6.2)

Trên thực tế người ta thường dùng nghịch lưu áp với phương pháp điều chế độ rộng xung PWM để giảm bớt kích thước lọc

(73)

73

trở

- Bước 6: vào Elements→ Orther →Probes→voltage probe

- Bước 7: Lấy on-off controller, comparator, cổng not, triangular, nhãn - Bước 8: dùng viết (wire) kết nối linh kiện

- Bước 9: thay đổi thông số

- Bước 10: Lấy đồng hồ (simulation control)

- Bước 11: chạy mô - Kết mơ

CÂU HỎI ƠN TẬP BÀI Trình bày đặc tính tổng qt mạch nghịch lưu Vẽ mô mạch nghịch lưu áp 1pha

(74)

74

(75)

75

BÀI 7: BIẾN TẦN Giới thiệu:

Ngày thiết bị như: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm ….Do cần có thiết bị thay điều khiển hộp số, thay cho việc sử dụng cấu điều khiển vô cấp truyền thống máy công tác, nên biến tần sử dụng phổ biến công nghiệp dân dụng, đặc biệt công nghiệp

Mục tiêu:

Sau học xong người học có khả năng: - Kiến thức”

+ Trình bày nguyên lý hoạt động biến tần

+ Xác định nhiệm vụ chức khối biến tần - Kỹ năng:

+ Cài đặt thông số biến tần + Kết nối thiết bị ngoại vi với biến tần - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo

Nội dung chính: 1 Khái niệm

Biến tần dùng để chuyển đổi điện áp dòng điện xoay chiều đầu vào từ tần số thành điện áp dòng điện có tần số khác đầu Biến tần dùng để điều khiển vận tốc a lưới nguồn đổi thành tần số biến thiên Ngoài việc thay đổi tần số cịn có thay đổi tổng số pha Từ nguồn lưới pha, thông qua biến tần ta mắc tải động ba pha Bộ biến tần sử dụng rộng rãi kỹ thuật nhiệt điện, chẳng hạn cung cấp lượng cho lò cảm ứng

2 Phân loại

Có nhiều phương pháp phân loại biến tần 2.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi - Biến tần trực tiếp

- Biến tần gián tiếp

2.2 Phân loại theo nguồn ra: - Biến tần nguồn dòng - Biến tần nguồn áp

2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển: - Phương pháp điều khiển cổ điển

- Phương pháp điều khiển PWM - Phương pháp điều khiển vector - Phương pháp điều khiển ma trận 2.4 Phân loại theo nguồn cấp vào - Biến tần pha

- Biến tần ba pha

(76)

76

❖ Thời gian tăng tốc khởi động động thời gian giảm tốc dừng dừng động (tới 650s)

❖ Tần số đầu ❖ Tần cố cài đặt ❖ Điện áp đầu

❖ Điện áp chiều sau chỉnh lưu ❖ Dòng động

❖ Moment quay ❖ Tốc độ động

❖ Trạng thái đường truyền nối tiếp

❖ Đầu relay dùng để đóng cắt thiết bị ❖ Thời gian đóng mở phanh ngồi

❖ Tỷ số cảnh báo nhiệt hay dòng cho động ❖ Tần số xung

❖ Tham số cho đường truyền nối tiếp( tốc độ baud, time out, module….) ❖ Chế độ cảnh báo lỗi

❖ Chế độ báo lỗi ( lưu trữ trạng thái lỗi gần nhất) ❖ Thời gian trích mẫu tín hiệu phản hồi

❖ Giới hạn tần số

❖ Tham số điều khiển P,I,D

(77)

77

4 Cài đặt đấu nối

Tất biến Micromaster trang bị phịng thí nghiệm có cấu sau: - đầu vào tương tự

- đầu tương tự - đầu vào số

- cổng truyền thông nối tiếp

- cổng ghép nối PTC(nhiệt trở đo nhiệt độ động cơ) - Cổng ghép nối với điện trở bên ngồi

- relay lập trình - Đầu phản hồi kín

(78)

78

4.1 Đấu nối biến tần

(79)

79

❖ Các dầu dây điều khiển

(80)

80

Bộ biến tần MCROMASTER 420 cài đặt mặc định xuất xưởng cho vận hành mà khơng cần cài đặt thêm thông số Để đạt điều này, thông số động kết nối với biến tần phải có thơng số định mức phù hợp với thông số cài đặt mặc định (P0304, P0305, P0307, P0310) tương ứng với động 1LA7 cực Siemens (hãy xem thông số định mức ghi nhãn)

❖ Các thông số mặc định khác: - Các nguồn lệnh P0700 = - Nguồn điểm đặt P1000 =

- Chế độ làm mát động P0335 = - Giới hạn dòng điện P0640 = 150% - Tần số nhỏ P1080 = Hz - Tần số lớn P1082 = 50 Hz - Thời gian tăng tốc P1120 = 10 s - Thời gian giảm tốc P1121 = 10 s - Chế độ điều khiển P1300 =

Chú ý:

- Trước bật nguồn cần chắn đầu nối nối xác, khơng có thể gây phá hủy điện

- Khi nguồn cung cấp không thay đổi đầu đấu dây, thay đổi đột ngột gây phá hủy điện

- Cẩn thận trước thay đổi thơng số, lỗi xuất làm hỏng biến tần thiết bị

- Nên đảm bảo chắn biến tần động thiết bị liên quan nối đất quy cách

Khơng nên thử kiểm tra tín hiệu chạy biến tần ❖ Các bước sử dụng biến tần:

❖ Cài đặt: lắp đặt biến tần theo tiêu chuẩn vật lý ❖ Đi dây:

(81)

81

+ Dây cáp nên để cách xa - Bật nguồn:

+ Kiểm tra bước au cấp nguồn + Kiểm tra hình trạng thái

+ Kiểm tra lỗi

+ Khi thứ bình thường hình định trạng thái sẵn sàng hoạt động Nếu có lỗi hình thị mã lỗi

- Đặt thơng số

+ Sử dụng phím chức bàn phím để đặt tham số + Đặt tham số cần thiết theo hướng dẫn

- Kiểm tra chế độ chạy: Nấn nút kiểm tra để theo dõi động - Đặt tham số hoạt động

4.2 Cài đặt biến tần (lập trình cho biến tần)

- Ví dụ đặt hoạt động Cấp nguồn cho biến tần

Màn hình biến tần nháy tần số đặt 5Hz Ấn phím P để lập trình

Ấn nút ▲ hình xuất P005 Ấn nút P để hình xuất tần số đặt (5Hz) Ấn nút ▲ ▼để chọn tần số VD (35Hz) Ấn nút P để nhớ tần số đặt (35Hz)

Ấn nút▼ để P005

Ấn nút P để thoát khỏi thủ tục nhập tham số

Màn hình nháy tần số đặt tần số Ấn nút RUN để khởi động biến tần

Rotor quay hình thị biến tần Thay đổi tần số từ đến 35Hz

Tần số đạt sau 7s (đây thời gian đặt cho biến tần định nghĩa P002)

Ấn STOP để tắt biến tần

Rotor quay chậm dần dừng

Thời gian để dừng khoảng 7s (đặt thời gian) ❖ Tập lệnh biến tần

• P000: biến tần chế độ chờ( dừng) hình nháy giá trị đặt giá trị Khi biến tần chạy hình hiển thị giá trị đầu đặt P001 Khi biến tần lỗi hình báo lỗi Khi cần cảnh báo hình nháy

(82)

82

• 5: tốc độ động (rpm) • 6: trạng thái bus USS

• 7: Tín hiệu phản hồi PID(%) • 8: Điện áp đầu

• 9: tần số rotor/thân

• P002: Ram up time: thời gian cần cho motor chuyển từ trạng thái đứng yên sang trạng thái quay với tần số cao đặt P013 Đặt giá trị bé làm cho biến tần bị vấp( mã lỗi E002 q dịng)

• P003: Ram down time: thời gian cần cho motor chuyển từ trạng thái chạy với tần số cao nhất( đặt P013) trạng thái thái đứng yên Đặt giá trị bé làm cho biến tần bị vấp( mã lỗi F001, áp chiều)

• P004: Smoothing time: Sử dụng để tăng giảm êm tốc độ động Nó sử dụng cho nơi có tải u cầu khơng bị giật, Ví dụ: băng tải, chuyển động dệt vải…

• P005: Đểm đặt tần số[0-650] [5.00]

Đặt tần số cho biến tần hoạt động chế độ điều khiển số Nó sử dụng P006 =

• P006: lựa chọn điểm đặt tần số 0-3:

Lựa chọn chế độ điều khiển cho đặt tần số hoạt động

0: Điều khiển số bàn phím Motor chạy tần số đặt P005 thay đổi phím di chuyển tăng, giảm

1: Chế độ điều khiển tương tự, điều khiển qua đầu vào tương tự

2: Đặt tần số: chế độ không chọn có giá trị đầu vào số(P051- P055 P356) đặt giá tri5, 17 18

3: Cộng với điểm đặt số Tần số yêu cầu tần số đặt (P005) + tần số cố định (P041 – P044, P046 – P049)

• P007: chọn bàn phím –

0: Phím run, jog, reverse không sử dụng điều khiển qua đầu vào số Phím tăng, giảm sử dụng điều khiển tần số P124 = đầu vào số khơng dược chọn 1: Các phím chức chọn tùy thuộc vào đặt chế độ P121 – 124 • P009: Đặt chế độ bảo vệ tham số –

0: tham số từ P001 – P009 đọc thay đổi

1: tham số từ P001 – P009 thay đổi, tham số khác đọc 2: Tất cà tham số khác có thề thay đổi P009 tự động đưa tắt nguồn 3: Tất tham số đọc thay đổi

• P010: : Tỷ lệ hiển thị – 500

Thay đổi tỷ lệ hiển thị P001 = 0,1,4,5,7,9 • P011: nhớ điểm đặt tần số –

0: Không cho phép 1: cho phép sau tắt

• P012: Tần số nhỏ motor – 650.000[0.00]

(83)

83

• P013: Tần số lớn motor – 650.000[50.00] • P014: Tần số nhảy 1: 0-650[0.00]

• P015: Tự động khởi động lỗi: 0-1[0] • P017: Kiểu chạy êm – 2[1]

1: sử dụng chế độ chạy êm 2: Dừng chế độ chạy êm

• P018: Tự động khởi động sau lỗi – [0] 0: không cho phép

1: biến tần tự động khởi động lại lần sau gặp lỗi • P019: Độ rộng khoảng tần số nhảy: 0.00 – 10.00[2.00] • P021: Tần số tương tự nhỏ – 650.000[0.00] • P022: Tần số tương tự lớn – 650.000[50.00] • P023: Kiểu đầu vào tương tự 1: – 3[0]

0: – 10V, – 20mA 1: – 10V, – 20mA

2: – 10V, – 20mA Điều khiển khởi động/dừng sử dụng tín hiệu điều khiển tương tự

3: -10 – 10V, - 10V cho phép quay trái với vận tốc đặt P021, 10V cho phép quay phải với vận tốc đặt P022

• P025: Đầu tương tự 1: – 105[0] • P026: Đầu tương tự

• P027: Tần số nhảy 2: 0.00 – 650.000[0.00] • P028: tần số nhảy 3: 0.00 – 650.000[0.00] • P029: tần số nhảy 4: 0.00 – 650.000[0.00]

• P031: Đặt tần số cho nút thử phải – 650.000[5.00] • P032: Đặt tần số cho nút thử phải – 650.000[5.00] • P033: Đặt thời gian tăng tốc cho nút thử – 650.0[10.00] • P034: Đặt thời gian giảm tốc cho nút thử – 650.0[10.00] • P035: Dừng vị trí – [0]

0: Không cho phép

1: chế độ bình thường thời gian giảm tốc định nghĩa thời gian giảm từ giá trị P13 Đặt P40 cho phép điều chỉnh lại thời gian giảm tốc cho motor dừng vị trí dải tốc độ

• P041: tần số cố định 1: – 650.000[5.00] • P042: tần số cố định 2[10]

• P043: tần số cố định 3[15] • P044: tần số cố định 4[20]

• P045: Đảo ngược điểm đặt cố định cho tần số đặt – 4: - 7[0] • P046: Tần số đặt 5: – 650.000[25.00]

(84)

84

• P049: Tần số đặt 8: – 650.000[40.00]

• P050: Đảo ngược điểm đặt cố định cho tần số đặt – 4: - 7[0]

• P051: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN1( đầu nối 5, đặt tần số 5)[1] • P052: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN2( đầu nối 6, đặt tần số 4)[2] • P053: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN3( đầu nối 7, đặt tần số 3)[6] • P054: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN4( đầu nối 8, đặt tần số 2)[6] • P055: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN5( đầu nối 16, đặt tần số 1)[6] • P0356: Chọn hàm điều khiển chức năng, DIN6( đầu nối 17, đặt tần số 6)[6]

Các hàm chức chọn cho P051 – P055 0: Đầu vào không cho phép

1: chạy phải 2: chạy trái 3: đảo chiều

6: tần số cố định –

17: điều khiển tần số cố định kiểu đầu vào nhị phân(8)

18: tần số cố định – Nếu đầu vào trạng thái cao đồng thời yêu cầu lệnh chạy P007 =

• P056 : Thời gian cập nhật đầu vào số – 2[0] 0: 12.5ms

1: 7.5ms 2: 2.5ms

• P061: chọn đầu cho relay 1: – 13[6] 0: Relay không chọn

1: biến tần chạy 2: Tần số biến tần = 3: motor chạy phải 4: Chạy phanh

5: Tần số biến tần lớn tần số nhỏ 6: Chỉ định lỗi

7: Tần cố biến tần lớn giá trị đặt 8: Cảnh báo

9: Dòng lớn giá trị P65 10: Cảnh báo giới hạn dòng motor

11: Quá nhiệt motor

12: Vòng điều khiển PID motor giới hạn tốc độ thấp 13: Vòng điều khiển PID motor giới hạn tốc độ cao • P062: Đầu relay

• P063: Độ trễ nhả phanh ngồi – 20[1.0] • P064: Thời gian dừng phanh ngồi

• P065: Ngưỡng dịng cho relay 0.0 – 300.0[1] • P066: Phanh phức hợp – 250[0]

(85)

85

0: Không cho phép 1: Cho phép

• P071: Bù trượt %: – 200[0]

• P072: Giới hạn trượt% – 500[250] • P073: Phanh chiều% – 200[0] • P077: Các chế độ điều khiển – 3[1]

0: v/f

1: Điều khiển FCC (flux current control) 2: bình phương v/f

3: điều khiển vector

• P080: Hệ số cơng suất motor 0.00 – 1.00[0] • P081: Tần số làm việc motor HZ – 999 • P082: Tốc độ làm việc động

• P083: Dịng điện làm việc động • P084: Điện áp hoạt động động • P085: Cơng suất động (KW) • P086: Giới hạn dịng motor

• P087: chế độ cho phép dùng đầu đo nhiệt ngồi(PTC) • P088: tự động xác định điện trở stator

Khi đặt P088 = lúc ấn nút run biến tần tự động xác định điện trở stator chứa chúng P089 đồng thời đưa P088

Nếu điện trở stator lớn so với phạm vi xác định biến tần biến tần bị lỗi (F188) đặt P088 = Nếu việc xảy đặt P089 bình thường đặt P088 = • P089: Điện trở stator

• P091: Địa trạm tớ

• P101: chế độ châu Âu hay Bắc Mỹ

0: chế độ châu Âu tần số lưới 50 Hz, đơn vị Kw 1: chế độ Bắc Mỹ tần số lưới 60Hz, đơn vị Hp • P111: Cơng suất biến tần

Chỉ định cơng suất biến tần, tham số đọc • P112: Kiểu biến tần

• P121: cho phép nút Run 1: cho phép

0: khơng cho phép

• P122: cho phép nút đảo chiều • P123: cho phép nút thử(JOG) • P124: cho phép nút tăng giảm • P125:cho phép chạy ngược

0: không cho phép

(86)

86

• P132: Dịng động • P133: Moment quay • P134: Điện áp chiều • P135: Tốc độ động • P137: Điện áp

• P139: Tìm dịng lớn

• P140: Chứa giá trị mã lỗi hiển thị hình, dùng phím tăng, Giảm để xóa dùng chức reset hệ thống để xóa

• P141: Mã lỗi cuối bỏ P140 • P142: Mã lỗi cuối bỏ P141 • P143: Mã lỗi cuối bỏ P142 • P186: Giới h5n dịng tức thời %

• P201: Vịng PID

0: hoạt động bình thường 1: sử dụng cổng vào tương tự • P202: P0.0-999.9

• P203: I • P204: D

• P205: thời gian lấy mẫu • P220: Cho phép tần số tắt

0: hoạt động bình thường 1: cho phép biến tần tự động tắt

• P321: Tần số nhỏ cho đầu vào tương tự • P322: Tần số lớn cho đầu vào tương tự • P323:Kiểu vào đầu tương tự

• P386: P cho chế độ điều khiển vecto • P387: I

• P720: cho phép truy cập trực tiếp đầu relay tương tự qua bus nối tiếp • P721: điện áp đầu vào tương tự

• P722: Dịng đầu

• P723: trạng thái đầu vào số • P725: Điện áp đầu vào tương tự • P726: Dịng đầu

• P910: Chọn chế độ điềukhiển chỗ/điều khiển qua bus nối tiếp • P944: Reset chế độ mặc định nhà sản xuất

(87)

87

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình ứng dụng Psim điện tử cơng suất, Đỗ Đức Trí, Vương Thị Ngọc Hân, NXB ĐHQG T.p HCM

[2] Điện tử công suất hướng dẫn sử dụng Psim, Phạm Quang Huy, Lê Hoàng Minh, Lê Nguyễn Hồng Phong, NXB Bách Khoa Hà Nội

[3] Ứng dụng Psim mô giải tập điện tử công suất, Lê Thị Mai, NXB Khoa học kỹ thuật

[4] Giáo trình điện tử cơng suất,Vũ Quốc Vượng, NXB Hà Nội

[5] Giáo trình thí nghiệm điện tử cơng suất, Đồn Hịa Minh, Trường ĐH Cần Thơ [6] Giáo trình điện tử cơng suất, Nguyễn Văn Nhờ