Giáo trình Module Điện tử công suất được biên soạn theo phương pháp dạy học thực hành 4D với mục tiêu: Chuẩn hoá nội dung chi tiết của chương trình module Điện tử công suất. Xây dựng bài giảng cho Module theo phương thức đào tạo dựa chủ yếu vào những tiêu chuẩn năng lực thực hiện-kỹ năng qui định cho nghề. Đưa giáo trình, bài giảng của Module thống nhất trong quá trình giảng dạy. Đảm bảo tính khoa học, cơ bản, hiện đại, đáp ứng được nhu học tập, nghiên cứu. Giáo trình dùng cho đào tạo nghề Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp. Ngoài ra có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên trình độ khác.
Giáo trình Module Điện tử cơng suất LỜI NĨI ĐẦU Module Điện tử công suất Module chuyên ngành ngành Điện tử cơng nghiệp, Điện cơng nghiệp Chương trình mơn học xây dựng theo chương trình Bộ Giáo dục & Đào tạo cho khối trường đào tạo nghề Hiện có nhiều tài liệu, giáo trình liên quan đến Module Điện tử cơng suất Tuy nhiên giáo trình biên soạn cho chương trình đào tạo Cao đẳng kỹ thuật Đại học kỹ thuật, giáo trình chưa thật phù hợp với chương trình đào tạo nghề Do cần có giáo trình thực hành phù hợp với chương trình đào tạo nghề Với yêu cầu “Giáo trình Module Điện tử công suất” biên soạn theo phương pháp dạy học thực hành 4D với mục tiêu: - Chuẩn hố nội dung chi tiết chương trình module Điện tử công suất Xây dựng giảng cho Module theo phương thức đào tạo dựa chủ yếu vào tiêu chuẩn lực thực hiện-kỹ qui định cho nghề - Đưa giáo trình, giảng Module thống q trình giảng dạy Đảm bảo tính khoa học, bản, đại, đáp ứng nhu học tập, nghiên cứu - Giáo trình dùng cho đào tạo nghề Điện cơng nghiệp, Điện tử cơng nghiệp Ngồi dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên trình độ khác Nội dung giáo trình biên soạn với thời lượng 90 lý thuyết thực hành chia làm 13 với kiến thức lý thuyết kỹ thực hành từ nội dung đến kỹ thuật đại ứng dụng thực tế Sinh viên trực tiếp thực hành theo nội dung để nắm bắt kỹ thuật cần thiết lĩnh vực Điện tử công suất sở để giáo viên đánh giá kiến thức sinh viên Chúng xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Hùng thầy giáo nhóm mơn học Điện tử công suất môn Kỹ thuật điện tử, Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đóng góp ý kiến xây dựng, tạo điều kiện thuận tiện cho biên soạn giáo trình Vì đề cập đến phương pháp giảng dạy môn khoa học Kỹ thuật đại phát triển nên không tránh khỏi sai sót định Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp, bạn đọc gần xa giúp giáo trình hồn thiện Mọi góp ý xin gửi Bộ mơn Kỹ thuật Điện tử, Khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Nam Định, tháng 12 năm 2011 Nhóm tác giả Giáo trình Module Điện tử cơng suất DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Diode Hình 2.Đặc tính Volt-Ampe Diode: Hình Đặc tính đóng cắt Diode Hình Cấu tạo ký hiệu SCR Hình Hình dạng bên SCR Hình Đặc tuyến V-A SCR Hình Triac Hình Đặc tuyến V-A triac Hình GTO Hình 10 Nguyên lý điều khiển GTO Hình 11 Mạch điều khiển GTO Hình Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu 29 Hình 2 Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu 30 Hình Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu pha nửa chu kỳ 32 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu pha nửa chu kỳ 33 Hình 5: Dạng điện áp dòng điện phần tử trên sơ đồ hình 2.4 33 Hình Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu pha nửa chu kỳ có điều khiển 34 Hình Dạng điện áp dòng điện phần tử trên sơ đồ hình 2.6 35 Hình Sơ đồ mạch chỉnh lưu tải Trở - Cảm 35 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ có điểm trung tính 49 Hình 2: Dạng điện áp dòng điện phần tử trên sơ đồ hình 3.1 50 Hình 3: Sơ đồ điện áp ngược đặt van D2 50 Hình 4Chỉnh lưu pha có điểm trung tính có điều khiển tải trở 51 Hình Giản đồ xung chỉnh lưu tải trở 52 Hình 6Chỉnh lưu pha có điểm trung tính có điều khiển tải trở-cảm 52 Hình 7.Giản đồ xung chỉnh lưu tải trở - cảm 53 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu pha 67 Hình 3: Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu Diode D1,2 68 Hình 4: Sơ đồ điện áp ngược đặt van D1 D2 68 Hình Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu pha hình cầu có điều khiển 69 Hình Dạng điện áp dịng điện phần tử trên sơ đồ hình4.4 70 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu hình tia ba pha 85 Hình 2: Dạng điện áp dòng điện phần tử trên sơ đồ hình 5.1 86 Hình 3: Sơ đồ điện áp ngược đặt van D3 86 Hình Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 87 Hình 5 Dạng điện áp dòng điện phần tử trên sơ đồ hình 5.4 87 Hình Dạng điện áp dịng gián đoạn dòng liên tục 87 Giáo trình Module Điện tử cơng suất Hình 7Sơ đồ mạch tải trở cảm dạng điện áp, dòng điện tải 88 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha 102 Hình 2: Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu Diode D5 103 Hình sơ đồ nguyên lý chình lưu cầu ba pha 104 Hình Dạng sóng phần tử sơ đồ mạch hình 6.3 104 Hình Dạng dịng điện, điện áp tải phụ thuộc góc mở α 105 Hinh Sơ đồ cấu trúc biến đổi phụ thuộc 134 Hinh Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu đồng 134 Hinh Giản đồ xung điểm hình 8.2 135 Hinh Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung cưa dùng Transistor 135 Hinh Mạch tạo cưa tuyến tính 136 Hinh Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung cưa dùng OPAM 136 Hinh Dạng điện áp cưa 136 Hinh 8 Sơ đồ mạch kích xung cho SCR ghép biến áp 137 Hinh Phần tử cách ly quang học 137 Hinh 10 Mạch ghép phần tử cách ly quang 138 Hinh 11 Sơ đồ mạch kích xung cho SCR ghép quang 138 Hinh 12 Mạch điều khiển dùng UJT 139 Hinh 13 Sơ đồ nguyên lý tạo xung điều khiển dùng IC CD4528 139 Hinh 14 Giản đồ xung điểm đo sơ đồ hình 8.13 140 Hinh 15 Sơ đồ nguyên lý tạo xung điều khiển sử dụng TCA785 141 Hinh 16 Giản đồ xung chân TCA785 142 Hinh 17 Mạch tạo xung chùm điều khiển 142 Hinh 18.Giản đồ xung theo nguyên tắc tạo xung chùm TCA785 142 Hình Bộ biến đổi xung áp chiều dạng nối tiếp 157 Hình Bộ biến đổi xung áp chiều dạng song song 158 Hình Bộ biến đổi xung áp có đảo chiều 158 Hình 4Sơ đồ cấu trúc biến đổi xung áp nhiều pha 158 Hình 5: Sơ đồ cấu trúc giảm áp 159 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý giảm áp 160 Hình 7: Giản đồ dịng điện điện áp chế độ dòng liên tục 161 Hình 8: Đồ thị dòng điện điện áp chế độ dòng gián đoạn 162 Hình 10 1Nguyên lý điều khiển xung áp chiều theo PWM 177 Hình 10 Sơ đồ khối mạch điều khiển biến đổi xung áp chiều có hồi tiếp 177 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý điều chế độ rộng xung dùng NE555 178 Hình 10 4.Giản đồ xung mạch điều khiển xung áp chiều sử dụng IC NE555 179 Hình 10 Nguyên tắc điều khiển đảo chiều quay motor 179 Hình 10 Mạch khuếch đại so sánh dùng Opam 180 Giáo trình Module Điện tử cơng suất Hình 10 Dạng sóng đầu vào mạch khuêch đại so sánh 180 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chế có phản hồi 180 Hình 11 9.Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu dòng pha 195 Hình 11 10 Sơ đồ nguyên lý dịng tải mạch nghịch lưu hình 11.1 196 Hình 11 11 Giản đồ xung phần tử sơ đồ cầu pha 196 Hình 11 12 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực nghịch lưu dòng ba pha 197 Hình 11 13 Giản đồ xung phần tử hình 11.4 197 Hình 11 14 Các mạch nghịch lưu dùng van MOSFET IGBT 198 Hình 11 15 Mạch nghịch lưu dùng dao động đa hài 199 Hình 11 16 Mạch nghịch lưu dùng IC NE555 200 Hình 11 17 Mạch nghịch lưu pha dùng IC CD4047 201 Hình 12 Sơ đồ nghịch lưu áp pha 216 Hình 12.2 Đồ thị điện áp dịng điện phần tử hình 12.1 217 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực nghịch lưu áp pha 218 Hình 12 Sơ đồ thay hình 12.3 218 Hình 12 Dạng sóng phần tử sơ đồ hình 12.4 219 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 220 Hình 13 Sơ đồ khối biến tần trực tiếp 233 Hình 13 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp 234 Hình 13 Sơ đồ vị trí đầu dây điều khiển 236 Hình 13 Sơ đồ nguyên lý đấu dây 238 Hình 13 Hình dáng biến tần 3G3 OMRON 245 Hình 13 Giao diện điều khiển biến tần 3G3 OMRON 248 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Thông số cực đại phần tử bán dẫn 15 Bảng 13 1.Dải điện áp đầu vào AC 200 V- 240 V 234 Bảng 13 Dải điện áp đầu vào 3AC 200 V- 240 V 235 Bảng 13 Dải điện áp đầu vào 3AC 380 V- 480 V 236 Bảng 13 Chức đầu dây điều khiển 237 Bảng 13 Bảng chức đầu dây hình 13.4 238 Bảng 13 Bảng chức thiết lập truyền thông phần mềm 239 Bảng 13 Bảng chức thiết lập truyền thông MICROMASTER 240 Giáo trình Module Điện tử công suất MỤC LỤC MD – 12 – 01: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CƠ BẢN A Lý thuyết 1.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất 1.2.DIODE 1.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.2.2 Đặc tính V-A (Volt-Ampe) 1.2.3 Đặc tính đóng cắt 1.2.4 Các thông số 1.2.5 Ứng dụng 1.3 TIRISTO 1.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động SCR (Silicon Controlled Rectifier) 1.3.2 Các thông số 1.3.3 Ứng dụng 1.4 Các linh kiện khác họ Tiristor 1.4.1 Triac 1.4.2 Tiristo khoá cực điều khiển GTO(Gate Turn-off thyrisstor) 1.4.3 Ứng dụng 1.5 Tranzito công suất BJT (Bipolar Junction Tranzito) 1.5.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.5.2 Đặc tính đóng cắt BJT 10 1.6 Tranzito trường Mosfet (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tranzitor) 11 1.6.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 11 1.6.2 Đặc tính đóng cắt MOSFET 12 1.7 Tranzito có cực điều khiển cách ly IGBT (Insulated Gate Bipolar Tranzitor) 13 1.7.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 13 1.7.2 Đặc tính đóng cắt IGBT 13 1.7.3 Yêu cầu tín hiệu điều khiển IGBT 13 1.8 Bảo vệ làm mát cho van bán dẫn công suất 14 1.8.1 Đặc tính nhiệt 14 1.8.2 Mạch trợ giúp van 14 Bài tập: 15 B Thực hành 15 1.9 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Tra cứu linh kiện theo sổ tay ECG 20 1.10 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Tra cứu linh kiện mạng Internet 20 1.11 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra Diode 21 1.12 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra SCR 21 1.13 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra Triac 22 Giáo trình Module Điện tử cơng suất 1.14 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra BJT 23 1.15 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra MOSFET 23 1.16 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Đo, kiểm tra IGBT 24 1.17 Phiếu hướng dẫn thực 8A: Giao tập nhóm 26 1.19 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết 28 1.19.1 Phiếu báo cáo tra cứu linh kiện 28 1.19.2 Phiếu báo cáo đo kiểm tra linh kiện 28 MD – 12 – 02: CHỈNH LƯU MỘT PHA MỘT NỬA CHU KỲ 29 A Lý thuyết 29 2.1 Khái quát chung chỉnh lưu 29 2.1.1 Khái niệm chỉnh lưu 29 2.1.2 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu 29 2.1.3 Các thông số mạch chỉnh lưu 30 2.2 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ không điều khiển 32 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 32 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 32 2.3 Chỉnh lưu pha nửa chu kì có điều khiển 34 2.3.1 Tải trở 34 2.3.2 Tải Trở - Cảm 35 2.4 Bài tập ứng dụng 36 B Thực hành 37 2.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha nửa chu kỳ không điều khiển 42 2.6 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha nửa chu kỳ có điều khiển 43 2.7 Phiếu chi tiết học tập: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 44 2.8 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 45 2.9 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 46 2.11 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 48 MD – 12 – 03: CHỈNH LƯU MỘT PHA HAI NỬA CHU KỲ CĨ ĐIỂM TRUNG TÍNH 49 A Lý thuyết 49 3.1 Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ có điểm trung tính khơng điều khiển 49 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 49 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 49 3.2 Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ có điểm trung tính có điều khiển 51 3.2.1 Tải trở 51 3.2.2 Tải Trở - Cảm 52 Giáo trình Module Điện tử công suất 3.3 Bài tập ứng dụng 53 B Thực hành 54 3.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ không điều khiển 59 3.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ có điều khiển 60 3.6 Phiếu chi tiết học tập theo 4D: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 61 3.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 63 3.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 64 3.10 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 66 MD – 12 – 04: CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA 67 A Lý thuyết 67 4.1.Chỉnh lưu cầu pha không điêu khiển 67 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý 67 4.1.2 Nguyên lý hoạt động 67 4.2 Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 69 4.2.1 Tải trở: 69 4.2.2 Tải trở cảm (R-L) 70 4.3 Bài tập ứng dụng 71 B Thực hành 72 4.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha hình cầu khơng điều khiển 77 4.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu pha hình cầu có điều khiển 78 4.6 Phiếu chi tiết học tập: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 80 4.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 81 4.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 82 4.10 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 84 MD – 12 – 05: CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA 85 A Lý thuyết 85 5.1 Chỉnh lưu hình tia ba pha khơng điều khiển 85 5.1.1 Sơ đồ nguyên lý 85 5.1.2 Nguyên lý hoạt động 85 5.2 Chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 87 5.2.1 Tải trở 87 5.2.2 Tải trở - Cảm (R-L) 88 5.3 Bài tập ứng dụng 89 B.Thực hành 89 Giáo trình Module Điện tử công suất 5.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu ba pha hình tia khơng điều khiển 94 5.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển 95 5.6 Phiếu chi tiết học tập 4B: sơ đồ lắp ráp mạch điện 97 5.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 98 5.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 99 5.10 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 101 MD – 12 – 06: CHỈNH LƯU CẦU BA PHA 102 A Lý thuyết 102 6.1.Chỉnh lưu hình cầu ba pha khơng điêu khiển 102 6.1.1 Sơ đồ nguyên lý 102 6.1.2 Nguyên lý hoạt động 102 6.2 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển 103 6.3 Bài tập ứng dụng 105 B Thực hành 106 6.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu ba pha hình cầu không điều khiển 111 6.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển 112 6.6 Phiếu chi tiết học tập 4B: sơ đồ lắp ráp mạch điện 114 6.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 115 6.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 116 6.10 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 118 MD 12- 07: BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 119 A Lý thuyết 119 7.1 Khái quát biến đổi xung áp xoay chiều 119 7.2 Bộ biến đổi xung áp xoay chiều pha tải trở 119 7.2.1 Sơ đồ nguyên lý 119 7.2.2 Nguyên lý hoạt động 120 7.3 Bài tập ứng dụng 121 B Phần thực hành 122 7.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch biến đổi xung áp xoay chiều pha 127 7.5 Phiếu chi tiết học tập: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 128 7.6 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 129 7.7 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 130 7.9 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 132 Giáo trình Module Điện tử công suất MD 12- 08: MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC 133 A Lý thuyết 133 8.1 Khái quát phân loại 133 8.1.1 Chức 133 8.1.2 Phân loại 133 8.1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển biến đổi 133 8.2 Một số mạch thông dụng hệ thống điều khiển biến đổi phụ thuộc 134 8.2.1 Mạch tạo tín hiệu đồng 134 8.2.2 Mạch tạo xung cưa 135 8.2.3 Ghép xung biến áp 137 8.2.4 Ghép xung cách ly quang học 137 8.3 Một số mạch điều khiển chỉnh lưu thông dụng 138 8.3.1 Mạch điều khiển chỉnh lưu dùng Transistor tiếp giáp (UJT) 138 8.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển biến đổi phụ thuộc dùng IC CD4528 139 8.3.3 Sơ đồ điều khiển biến đổi phụ thuộc dùng TCA785 140 B Phần thực hành 143 8.4 Phiếu chi tiết học tập 4B: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 147 8.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch đồng xung 149 8.6 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch tạo xung cưa dùng transistor 149 8.7 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch kích SCR dùng IC NE555 150 8.8 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch điều khiển biến đổi phụ thuộc dùng CD4528 151 8.8 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 153 8.9 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 154 8.11 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 156 MD – 12 – 09: BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU 157 A Lý thuyết 157 9.1 Khái quát biến đổi xung áp chiều 157 9.1.1 Đặc điểm 157 9.1.2 Phân loại 157 9.1.3 Các phương pháp điều khiển 158 9.1.4 Ưu, nhược điểm 159 9.2 Bộ giảm áp 159 9.2.1 Sơ đồ cấu trúc 159 9.2.2 Nguyên lý hoạt động 160 9.2.3 Hiệu suất biến đổi xung áp 163 9.3 Bài tập ứng dụng 163 Giáo trình Module Điện tử cơng suất B Thực hành 164 9.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp biến đổi xung áp chiều không phản hồi 169 9.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp biến đổi xung áp chiều có phản hồi 170 9.6 Phiếu chi tiết học tập 4B: Sơ đồ lắp ráp mạch điện 171 9.6 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 172 9.7 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 173 9.9 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 175 MD 12- 10: MẠCH ĐIỀU KHIỂN BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU 176 A Lý thuyết 176 10.1 Khái quát biến đổi xung áp chiều 176 10.1.1 Yêu cầu chung mạch điều khiển 176 10.1.2 Nguyên tắc điều khiển 176 10.1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 177 10.2 Các mạch điều khiển biến đổi xung áp chiều 178 10.2.1 Mạch điều chế độ rộng xung sử dụng IC NE555 178 10.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung có đảo chiều 179 10.2.3 Mạch khuếch đại so sánh 180 10.2.4 Mạch điều chế dộ rộng xung có phản hồi 180 B Thực hành 181 Mạch điều chế độ rộng xung sử dụng IC NE555 186 Mạch điều chế dộ rộng xung có phản hồi 186 10.4 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch điều chế độ rộng xung sử dụng IC NE555 188 10.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch điều chế độ rộng xung có đảo chiều 188 10.6 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp ráp mạch điều chế độ rộng xung có phản hồi 189 10.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục 191 10.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm 192 10.10 Phiếu 9B: Phiếu báo cáo kết đo 194 MD 12- 11: NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP NGUỒN DÒNG 195 A Lý thuyết 195 11.1 Khái quát nghịch lưu độc lập 195 11.2 Nghịch lưu dòng pha 195 11.2.1 Sơ đồ nguyên lý 195 11.2.2 Nguyên lý làm việc 196 Giáo trình Module Điện tử công suất BÀI GIẢNG KỸ NĂNG THỰC HÀNH NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP GV: SV thực : Tên kỹ : Lắp đặt biến tần PHIẾU THIẾT KẾ HỌC TẬP THEO 4D CÔNG VIỆC/KỸ NĂNG: Thời LẮP ĐẶT BIẾN TẦN 300’ gian: SV phải làm - Lắp đặt biến tần đảm bảo yêu cầu: Thiết bị lắp đặt vị trí, công chắn, làm việc tin cậy Đi dây sơ đồ, tiếp xúc tốt Mạch việc? hoạt động yêu cầu thời gian 60’ Giảng viên làm Theo phiếu hướng dẫn thực cơng việc nào? 3.Sinh phải làm Cung cấp : Bản vẽ sơ đồ lắp ráp, thiết bị, dụng cụ, vật liệu kết kèm Phiếu hướng dẫn thực thúc huấn luyện? Tín hiệu : Theo yêu cầu giảng viên hướng dẫn (Mục tiêu thực Ai: SV Cao đẳng nghề Điện cơng nghiệp có khả năng: cuối cùng) Làm gì: Lắp đặt biến tần Trong thời gian : 60’ Tốt : Lắp ráp thiết bị vị trí, dây sơ đồ, gọn, chồng chéo, đảm bảo chắn, tiếp xúc tốt, làm việc tin cậy Mạch hoạt động yêu cầu Tổ chức dạy học nào? A Sinh viên cần có hoạt Thực hành lại sau giảng viên trình diễn kỹ (12 sinh viên) Thực hành có hướng dẫn: Thực hành độc lập 11 Dọn vệ sinh xưởng thực tập động gì? B Cần có dụng cụ trực quan hay tài liệu học tập gì? Máy chiếu projector, phơng chiếu, máy vi tính vẽ sơ đồ nguyên lý Phiếu hướng dẫn thực hiện: Máy chiếu projector, phông chiếu, máy tính, sơ đồ lắp đặt biến tần Máy chiếu projector, phơng chiếu, máy tính Tài liệu phát tay: Phiếu hướng dẫn thực Phiếu giao tập nhóm Phiếu giao tập nhóm 253 Giáo trình Module Điện tử cơng suất C Giảng viên cần Kiểm tra sĩ số, phù hiệu, trang phục bảo hộ lao động có hoạt Kiểm tra cũ mở đầu học động khác? Mục tiêu giảng Trình diễn kỹ năng: Lắp đặt biến tần Giảng viên nhận xét thao tác kỹ thực hành 12 SV Liệt kê dạng hỏng, nguyên nhân, cách khắc phục 10 Tổng kết, đánh giá, rút kinh nghiệm buổi thực tập D Cần giao Nghiên cứu đưa nhận xét cá nhân kinh nghiệm đề án thực tập (các dạng hỏng mà thân gặp phải vấn đề cần giải trình thực hành Liên hệ với thực tế…) tương lai 254 Giáo trình Module Điện tử công suất 13.4 Phiếu chi tiết học tập 4B: Sơ đồ lắp đặt biến tần 4B Bản vẽ: sơ đồ lắp đặt biến tần, thông số kỹ Thời gian dự kiến: Số: thuật thiết bị yêu cầu mạch + Sơ đồ lắp đặt bin tn M420 ca Siemens Chân nối nguồn đầu vào 220V Chân nối đất Chân nối nguồn DC Chân nối víi motor Thơng số kỹ thuật Điện áp vào 200V đến 240V AC ± 10% 0,12 đến 3kW 12 đến 5,5kW, 380V đến 480V AC ± 10% 0,37 đến 11kW 380V đến 480V AC ± 10% 0,37 đến Công suất 200V đến 240V AC ± 11kW 255 Giáo trình Module Điện tử cơng suất 10% 0, Tần số điện vào 47 đến 63Hz Hiệu suất chuyển đổi 96 đến 97% Tần số điện đến 650Hz Khả tải Quá dòng 1,5 x dòng định mức 60 giây 300 giây Hệ số 0,95 Dòng điện Thấp dòng điện vào định mức vào khởi cơng suất động Phương Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; pháp điều khiển - Máy + Sơ đồ lắp đặt biến tần 3G3JX OMRON chiếu projector - Phông máy chiếu - Máy tính Thơng số kỹ thuật 256 Giáo trình Module Điện tử công suất Bộ Tham số đếm Mô tả Tên Chọn công Phạm vi cài đặt Kết nối động suất động với Biến Tần H003 1165h H004 1166h Chọn số cực Kết nối động động với Biến Tần Đơn vị Mặc định 200V loại Thay đổi công suất 0.2/0.4/0.75/1.5 /2.2/3.7/5.5/7.5 400V loại 0.4/0.75/1.5/2.2 /3.7/5.5/7.5 kW 2/4/6/8 Cực Chú ý: - Thực bước giảng - Nêu rõ yêu cầu kỹ thuật để SV nắm thực tốt 13.5 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp đặt biến tần M420 SIEMENS điều khiển tốc độ động ba pha Khóa học Cao đẳng nghề Điện cơng nghiệp Cơng việc Lắp đặt biến tần M420 SIEMENS điều khiển tốc độ động ba pha Các bước TT Nghiên cứu sơ đồ mạch điện Chuẩn bị nguồn có thiết bị đóng cắt, bảo vệ Kiểm tra an toàn điện Chuẩn bị dụng cụ: đồng hồ vạn VOM, loại tơvit kìm Kiểm tra tình trạng biến tần Xác định tiếp điểm đầu relay (MA, MB) chọn (C036) Đấu dây theo tiêu chuần IEC Thực nối đất BBT, động vỏ bọc cáp điện Đảm bảo tuyệt đối ly cáp nguồn điện cung cấp cấp kết nối động Cài đặt tham số 10 Bật nguồn 11 Bắt đầu chế độ cài đặt nhanh với P0010=1 phải kết thúc với P3900 ≠0 (Lưu ý sau cài đặt nhanh phải cài P0010 = phép động khởi động) 12 Chọn vận hành theo chuẩn châu Âu Bắc Mỹ 257 Có Khơng Giáo trình Module Điện tử cơng suất Đặt cơng tắc chìm Đặt bằng P0100 13 Đặt giá trị điện áp định mức động (Đơn vị V) 14 Đặt giá trị dòng định mức động (Đơn vị A) 15 Đặt công suất định mức động (Đơn vị Kw Hp) 16 Đặt tần số định mức động (Đơn vị Hz) 17 Đặt tốc độ định mức động (Đơn vị Vòng/phút) Đặt lệnh điều khiển động 18 1= điều khiển mặt vận hành 2= điều khiển đầu vào số 5= điều khiển giao tiếp USS Lựa chọn cách đặt tần số đặt trước: 1= dùng mặt vận hành 19 2= Dùng đầu vào analog 3= Dùng tần số đặt trước 5= dùng giao tiép USS 20 Đặt giá trị tần số động bé (Hz) 21 Đặt giá trị tần số động lớn (Hz) 22 Đặt thời gian tăng tốc: 0-10 giây 23 Đặt thời gian giảm tốc: 0-50 giây Kết thúc cài đặt nhanh 0= Không thực việc cài đặt 1= Kết thúc cài đặt nhanh, tham số reset giá trị 24 mặc định 2= Kết thúc cài đặt nhanh, cài đặt đầu vào reset giá trị mặc định nhà sản xuất 3= Kết thúc cài đặt nhanh, tham số vừa cài đặt giữ nguyên giá trị 25 Để Reset lại biến tần thông số mặt định nhà sản xuất phải đặt: P0010=30 P0970=1 26 Tắt áp tô mát nguồn 27 Cài đặt chức 28 Chuyển phương pháp điều khiển RUN (điều khiển số sang điều khiển hộp đấu dây) thay đổi tần số mẩu chọn (A001) từ điều khiển số (02) đến đầu dây (01) 29 Hiển thị loại chức rộng “A -“ 30 Hiển thị mã chức mở rộng “A001” 31 Hiển thị loại chức cài đặt ( cài đặt “A002”) 258 Giáo trình Module Điện tử công suất 32 Thay đổi lệnh RUN đến đầu cực “01” 33 Hiển thị loại mã chức “A002” Nhấn phím Enter để ấn định việc thay đổi cài đặt Chọn lệnh Run thay đổi đến đầu cực 34 Hiển thị loại chức mở rộng “A -“ di chuyển đến loại chức mở rộng, chế độ giám sát chức khác 35 Tắt áp tô mát nguồn 36 Ghi tên, nộp 13.6 Phiếu hướng dẫn thực 4B: Lắp đặt biến tần 3G3JX OMRON điều khiển tốc độ động ba pha Khóa học Cao đẳng nghề Điện cơng nghiệp Cơng việc Lắp đặt biến tần 3G3JX OMRON điều khiển tốc độ động pha Các bước TT Nghiên cứu sơ đồ mạch điện Chuẩn bị nguồn có thiết bị đóng cắt, bảo vệ Kiểm tra an toàn điện Chuẩn bị dụng cụ: đồng hồ vạn VOM, loại tơvit kìm Kiểm tra tình trạng biến tần Xác định tiếp điểm đầu relay (MA, MB) chọn (C036) Đấu dây theo tiêu chuần IEC Thực nối đất BBT, động vỏ bọc cáp điện Đảm bảo tuyệt đối ly cáp nguồn điện cung cấp cấp kết nối động Cài đặt tham số 10 Bật nguồn 11 Nhấn phím Mode lần sau nhấn phím giảm lần đến hiển thị “b - “ 12 Nhấn phím Mode cho “b001” hiển thị 13 Sử dụng phím tăng giảm đến hiển thị “b084” 14 Nhấn phím Mode đặt giá trị hiển thị “b084” 15 Dùng phím tăng giảm để hiển thị “02” 16 Nhấn phím Enter, giá trị đặt nhấn Enter “b084” hiển thị 17 Nhấn phím STOP/RESET giữ đồng thời phím Mode phím giảm Khi đèn hiển thị nhấp nháy nhã phím STOP/RESET đầu tiên, sau đến phím Mode phím giảm 18 Hiển thị phần khởi tạo 19 Số tham số hiển thị trở lại vòng khoảng 1s 259 Có Khơng Giáo trình Module Điện tử công suất Cài đặt công suất cho động chọn (H003) số cực động 20 chọn (H004) 21 Nhấn phím Mode hai lần đến hiển thị chọn Mode 22 Dùng phím tăng giảm đến hiển thị “H -“ 23 Nhấn phím Mode, hiển thị “H003” 24 Nhấn phím Mode Đặt giá trị hiển thị “H003” Đặt giá trị điện áp định mức động (Đơn vị V) Đặt giá 25 trị Enter 26 Đặt giá trị dòng định mức động (Đơn vị A) Đặt giá trị Enter 27 Đặt công suất định mức động (Đơn vị Kw Hp) Đặt giá trị Enter Đặt tần số định mức động (Đơn vị Hz) Đặt giá trị 28 Enter 29 Đặt tốc độ định mức động (Đơn vị Vòng/phút) Đặt giá trị Enter 30 Đặt giá trị tần số động bé (Hz) Đặt giá trị Enter 31 Đặt giá trị tần số động lớn (Hz) Đặt giá trị Enter 32 Đặt thời gian tăng tốc: 0-10 giây Đặt giá trị Enter 33 Đặt thời gian giảm tốc: 0-50 giây Đặt giá trị Enter 34 Tắt áp tô mát nguồn 35 Ghi tên, nộp 13.7 Các dạng sai hỏng nguyên nhân khắc phục Lỗi Các nguyên nhân xảy Chẩn đốn biện pháp khắc phục Q dịng - Công suất động không phù hợp với công suất biến tần - Dây dẫn động dài - Động bị ngắn mạch - Chạm đất Công suất động có phù hợp với cơng suất biến tần Chiều dài cáp không vượt giới hạn Cáp động động không bị ngắn mạch hay chạm đất Tham số động cài biến tần phải tương xứng với động sử dung Giá trị trở kháng Stator phải xác Động khơng bị kẹt hay q tải - Tăng thời gian tang toc 260 Giáo trình Module Điện tử công suất - Giảm bớt mức điện áp Quá áp - Điện áp DC-link vượt Nguon cấp phai nằm giới hạn mưc ngắt Bộ đieu khiển đien ap DC-link phải cho phép - Quá áp điện áp tham số phải nguồn cấp cao hay động Thời gian giảm tốc phải thắng đưọc quan tính tình trạng phục hồi tải - Cách phục hồi Yêu cầu lượng hãm phải nằm giới thời gian giam tốc ngăn hay hạn xác định động điều khiền - Chú thích : tải động Quán tính lớn phải sử dụng thời gian giảm tốc dài, mặt khác nên sử dụng điện trở thang Thấp áp - Nguồn cấp bị lỗi Điện áp cung cấp phải nằm giới hạn - Va đập tải nằm bảng tỷ lệ giới hạn cài đặt Nguồn cấp phải không dễ thời lỗi hay giảm áp Biến tần - Thơng gió chưa đủ Quạt phai quay biến tần chạy nhiệt - Quạt không hoạt đong Tần số xung phải đặt giá trị mặc định - Nhiệt độ môi trường xung - Nhiệt độ mơi trường xung quanh cao quanh cao nhiệt độ đặt biến tần 17.3.1 Các chế độ hiển thị cảnh báo biến tần Siemen Lỗi F0001 F0002 F0003 F0004 F0005 F0011 F0041 F0051 F0052 F0060 F0070 F0071 Cảnh báo A0501 A0502 A0503 A0504 A0505 Ý nghĩa lỗi Lỗi dòng Lỗi áp Lỗi thấp áp Quá nhiệt độ biến tần Quá tải I2t biến tần Quá tải động I2t Lỗi xác định liệu động A0506 A0511 A0541 Lỗi thông số EEPROM A0600 Lỗi phần Công suất biến tần ASIC lỗi Lỗi giá trị điểm đặt CB Khơng có liệu cho USS (đường truyền RS485) thời gian khơng truyền liệu 261 Ý nghĩa Giới hạn dịng Giới hạn áp Giới hạn thấp áp Quá nhiệt độ biến tần Quá tải I t biến tần Lỗi chu kỳ mang tải biến tần Quá nhiệt động I2t Chế độ nhận dạng động kích hoạt Cảnh báo làm việc mức RTOS A0700Cảnh báo CB A0709 A0710 Lỗi truyền thông CB A0711 Lỗi cấu hình CB Giáo trình Module Điện tử cơng suất Khơng có liệu cho USS (đường truyền RS232) thời gian không truyền liệu Đầu vào tương tự -mất tín hiệu đầu vào A0910 Bộ điều khiển Vdc-max khơng kích hoạt A0911 F0085 Lỗi từ bên A0920 F0101 Tràn nhớ biến tần A0921 Bộ điều khiển Vdc-max kích hoạt Các thơng số ADC không đặt hợp lý Các thông số DAC không đặt hợp lý F0221 Giá trị phản hồi PID thấp giá trị A0922 nhỏ Giá trị phản hồi PID lớn giá trị A0923 lớn Lỗi chế độ kiểm tra BIST (chỉ chế độ dịch vụ) F0072 F0080 F0222 F0450 Bộ biến tần không nối tải Yêu cầu chạy nhấp trái phải đồng thời 17.3.2 Các chế độ hiển thị cảnh báo biến tần Omron Hiển thị lỗi UV (nháy) Cảnh báo Thấp áp mạch (UV1) Nguyên nhân cách xử lý -Nguồn cấp cho biến tần bị Điện áp DC mạch xuống đến ngưỡng phát pha, vít vặn đầu dây nguồn vào lỏng hay cáp nguồn bị ngắt oKiểm tra thực biện thấp áp (200VDC cho loại 3G3JV-A2, 160VDC cho loại 3G3JV-AB, 400VDC cho loại 3G3JV-A4 ov (nháy) oH pháp cần thiết -Sai điện áp Quá áp (OV) Điện áp DC mạch đến ngưỡng phát áp (với loại 200V: 410VDC min, loại 400V: 820VDC min) -Điện áp cấp cao oGIảm điện áp cấp cho nằm khoảng cho phép Cánh toả nhiệt nhiệt (OH) - Nhiệt độ xung quanh q cao oLàm thơng gió hay quạt cho biến tần Nhiệt độ cánh toả nhiệt biến tần đạt đến 110±100C 262 Giáo trình Module Điện tử công suất oL3 Phát momen (OL3) - Hệ thống khí bị khố hay Đã có dịng hay momen cao hỏng thiết lập n60 cho mức phát momen 61 cho thời gian phát momen Lỗi phát với n59 cho chức phát momen đặt o Kiểm tra hệ thống khí sửa lỗi - Thông số đặt không o Chỉnh thông số n60 n61 theo hệ thống khí Tăng giá trị đặt n60 n61 hay SER (nháy) Lỗi mạch logic (SER) Thay đổi logic đưa vào - Có lỗi mạch logic biến tần chạy Lựa chọn chế độ chỗ hay từ xa đưa vào biến tần hoạt động Chú ý: Biến tần dừng bb (nháy) EF (nháy) STP (nháy) Lệnh dừng đầu biến tần - Lệnh dừng đầu biến tần đưa vào Chú ý: Biến tần dừng đưa vào đầu vào đa chức - Logic không Đầu vào quay thuận nghịch Các lệnh quay thuận nghịch đưa vào đầu vào mạch điều khiển đồng thời 0,5 s hay Chú ý: Biến tần - Lỗi mạch logic trình tự dừng theo phương pháp đặt n04 Dừng khẩn cấp Báo động dừng khẩn cấp đưa vào đầu vào đa chức (1 đầu vào đa chức số đầu 1,2,3 hay đặt 20 hay 22 hoạt động) 263 - Báo động dừng khẩn cấp đưa vào đầu vào đa chức o Loại trừ nguyền nhân gây lỗi - Logic trình tự khơng O Kiểm tra thay đổi logic đầu vào lỗi bên bao gồm thời gian đầu vào tiếp điểm NO NC Giáo trình Module Điện tử cơng suất Bộ thị giao diện ngừng làm việc Nút STOP/RESET - Thông số đặt không O Tắt lệnh quay thuận hay hiển thị giao diện nhấn biến tần hoạt động theo lệnh quay thuận hay nghịch lần, kiểm tra thông số đặt n06 cho lựa chọn chức nút STOP/RESET khởi động lại nghịch đầu vào mạch điêu khiển biến tần Chú ý: Biến tần dừng theo FAN (nháy) phương pháp đặt n04 Lỗi với quạt mát (FAN) Quạt mát bị khoá kẹt - Lỗi với dây nối quạt mát O Tắt biến tần, tháo quạt kiểm tra dây nối - Quạt mát khơng cịn tốt O Kiểm tra loại bỏ vật lạ hay bụi quạt - Quạt hỏng hẳn O Thay quạt 264 Giáo trình Module Điện tử cơng suất 13.8 Phiếu 8A: Phiếu giao tập nhóm Kỹ năng: Lắp đặt biến tần Kiểu hoạt động nhóm - Thực hành kỹ Mục tiêu hoạt động - Rèn luyện kỹ cho sinh viên - Thực hành độc lập kỹ theo nhóm có hướng dẫn giảng viên - SV thành thạo kỹ năng: + Lắp đặt biến tần + Cài đặt tham số cho biến tần + Kiểm tra, hiệu chỉnh vận hành mạch điện - Trình tự thực kỹ năng: + Lắp đặt biến tần + Cài đặt tham số cho biến tần Hình thức nhóm - Số nhóm: 02 - Số SV/ nhóm: Thời gian Chuẩn bị nhóm Làm việc thực nhóm 10’ TGLV SV số SV Báo cáo Rút kinh nghiệm Tổng cộng 10’ 135’ = TGLV nhóm Nội dung thực Cơng việc Nhóm 1: (Làm bàn thực tập số 1) Thực hành kỹ năng: Lắp đặt biến tần Mỗi SV thực toàn quy trình theo phiếu hướng dẫn thực Các SV cịn lại nhóm ngồi quan sát đưa nhận xét cá nhân Giáo viên tham gia hướng dẫn Nhóm 2: (Làm bàn thực tập số 2) Thực hành kỹ năng: Lắp đặt biến tần Mỗi SV thực tồn quy trình theo phiếu hướng dẫn thực Các SV cịn lại nhóm ngồi quan sát đưa nhận xét cá nhân Giáo viên tham gia hướng dẫn Thời gian Trình bày 265 Giáo trình Module Điện tử cơng suất 13.9 Phiếu 8B: Phiếu giao tập nhóm Kỹ năng: Lắp đặt biến tần Kiểu hoạt động nhóm - Thực hành kỹ Mục tiêu hoạt động - Rèn luyện kỹ cho sinh viên - Thực hành độc lập kỹ theo nhóm khơng có hướng dẫn giảng viên - SV thành thạo kỹ năng: + Lắp đặt biến tần + Cài đặt tham số cho biến tần + Kiểm tra, hiệu chỉnh vận hành mạch điện - Trình tự thực kỹ năng: + Lắp đặt biến tần + Cài đặt tham số cho biến tần Hình thức nhóm - Số nhóm: 02 - Số SV/ nhóm: Thời gian Chuẩn bị nhóm Làm việc thực nhóm Báo cáo 10’ TGLV SV số SV Rút kinh nghiệm Tổng cộng 10’ 135’ = TGLV nhóm Nội dung thực Cơng việc Nhóm 1: (Làm bàn thực tập số 1) Thực hành kỹ năng: Lắp đặt biến tần Mỗi SV thực tồn quy trình theo phiếu hướng dẫn thực Các SV lại nhóm ngồi quan sát đưa nhận xét cá nhân Giáo viên không tham gia hướng dẫn Nhóm 2: (Làm bàn thực tập số 2) Thực hành kỹ năng: Lắp đặt biến tần Mỗi SV thực tồn quy trình theo phiếu hướng dẫn thực Các SV cịn lại nhóm ngồi quan sát đưa nhận xét cá nhân Giáo viên khơng tham gia hướng dẫn Thời gian Trình bày 266 Giáo trình Module Điện tử cơng suất Tài liệu tham khảo [1] Vụ trung học chuyên nghiệp – Dạy nghề Giáo trình điện tử cơng suất NXB giáo dục 2003 [2] Võ Minh Chính (chủ biên) - Điện tử cơng suất – NXB KHKT năm 2007 [3] Trần Trọng Minh - Giáo trình Điện tử cơng suất - NXB KHKT năm 2002 [4] Nguyễn Bính - Điện tử cơng suất - NXB KHKT năm 2002 [5] Nguyễn Văn Nhờ - Điện tử công suất – NXB Đại học quốc gia TP HCM 267