Thiết kế và thi công bộ chỉnh lưu 1 pha kép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ CHỈNH LƯU PHA KÉP S K C 0 9 MÃ SỐ: T2013 - 08 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ CHỈNH LƯU PHA KÉP Mã số: T2013 - 08 Chủ nhiệm đề tài: GVC, Th.S Hoàng Ngọc Văn TP HCM, Tháng 11/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ CHỈNH LƯU PHA KÉP Mã số: T2013 - 08 Chủ nhiệm đề tài: GVC, Th.S Hoàng Ngọc Văn TP HCM, Tháng 11/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 26 tháng 11 năm 2013 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế thi công chỉnh lưu kép pha Mã số: T2013 - 08 Chủ nhiệm: Hoàng Ngọc Văn Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: từ 2/2013 đến 11/2013 Mục tiêu: - Giới thiệu tổng quan mạch tạo xung điều khiển đồng cho SCR, mạch hồi tiếp mạch chỉnh lưu kép Thiết kế, thi công chỉnh lưu kép pha tích hợp khối điều khiển với khối cơng suất Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành mạch chỉnh lưu kép pha Tính sáng tạo: - Tự nghiên cứu, thiết kế thi công thí nghiệm cho mạch chỉnh lưu pha có đảo chiều dịng điện Bộ thí nghiệm thích hợp cho việc sử dụng cho phịng thí nghiệm điện tử cơng suất khoa Điện – Điện Tử trường khác địa bàn thành phố Hồ Chí Minh Kết nghiên cứu: - Thiết kế, chế tạo thành cơng thí nghiệm chỉnh lưu kép pha Biện soạn tài liệu hướng dẫn thực hành mạch chỉnh lưu kép pha Sản phẩm: - Bộ thí nghiệm chỉnh lưu kép pha tích hợp khối điều khiển với khối công suất - Tài liệu hướng dẫn thực hành cho thí nghiệm Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Bộ thí nghiệm giúp sinh viên kiểm chứng phần lý thuyết mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển toàn phần chỉnh lưu pha kép - Thiết bị đưa vào sử dụng cho phịng thí nghiệm điện tử cơng suất khoa - Có thể trang bị chuyển giao diện rộng cho đơn vị có nhu cầu sở dạy nghề, trường trung cấp, cao đẳng nghề trường đại học Trưởng Đơn vị (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Hoàng Ngọc Văn INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Design and Implementation of a Single-phase Dual Rectifier Code number: T2013 - 08 Coordinator: Hoang Ngoc Van Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City Duration: from February 2013 to November 2013 Objective(s): - To introduce the overview of the synchronous controller of Thyristors, feedback control circuit and dual rectifier To design and implement a single-phase dual rectifier including a control circuit and a power circuit To compile a guide to a single-phase dual rectifier for Power Electronics lab Creativeness and innovativeness: - Design and implement a module of single-phase dual rectifier with circulating current The module is for Power Electronics lab at Faculty of Electrical and Electronics Engineering and some universities in Ho Chi Minh City Research results: - A module of single-phase dual rectifier is completely designed and implemented A guide to a single-phase dual rectifier for Power Electronics lab Products: - A module of single-phase dual rectifier including a control circuit and a power circuit A guide to a single-phase dual rectifier for Power Electronics lab Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - - The module helps students check the correctness of the theory of completely controlled single-phase rectifiers and single-phase dual rectifier The module is for Power Electronics lab at Faculty of Electrical and Electronics Engineering and some universities in Ho Chi Minh City The module can be equipped and transferred to some academic places such as vocational schools, vocational colleges and universities DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1: Thứ tự kích dẫn cho SCR … Hình 2.2: Sơ đồ mạch nạp phóng tụ điện Hình 2.3: Đặc tính nạp tụ điện Hình 2.4: Đặc tính phóng tụ điện Hình 2.5: Mạch vi phân dạng sóng điện áp ngõ 6 Hình 2.6: Mạch tích phân dạng sóng điện áp ngõ 7 Hình 2.7: Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển đồng …………………….7 Hình 2.8: Sơ đồ khối so sánh (a), khuếch đại xung cách ly ngõ (b)………8 Hình 2.9: Sơ đồ khối chi tiết mạch tạo xung điều khiển khiển đồng ………9 10 Hình 2.10: Giản đồ xung điều khiển đồng pha cho SCR ………………… 11 Hình 2.11 Sơ đồ khối khuếch đại có hồi tiếp… …………………………11 12 Hình 2.12 Hệ thống điều khiển vịng kín ……………………………………11 13 Hình 2.13: Sơ đồ mạch hiệu chỉnh PID ………………………………… 12 14 Hình 2.14: Dùng cơng tắc đảo chỉnh lưu kép ……………………… .13 15 Hình 3.1: Sơ đồ chân khối linh kiện ……………………… 16 16 Hình 3.2: Bảng trạng thái IC 4528……………………………………… 17 17 Hình 3.3: giản đồ xung IC 4528 ………………………………………….17 18 Hình 3.4: Sơ đồ chân ký hiệu BT151 ……………………………… … 18 19 Hình 3.5: Sơ đồ mạch khối đồng dạng sóng mạch tích phân……….19 20 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung điều khiển đồng ……………… 21 21 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo hồi tiếp …………………………… 22 22 Hình 3.8: Sơ đồ khối chỉnh lưu kép pha …………………………………23 23 Hình 3.9: Mạch cơng suất chỉnh lưu kép pha ….……………………….23 24 Hình 3.10: Sơ đồ mạch in tổng thể……………….…………………………….24 25 Hình 3.11: Sơ đồ mạch in Top mặt hàn ……………………………………… 25 26 Hình 3.12: Sơ đồ mạch in Bottom linh kiện ………………………………… 26 27 Hình 3.13: Sơ đồ bố trí linh kiện …………………………………………… 27 28 Hình 4.1 Hình vẽ mặt nạ thí nghiệm ………………………………………28 29 Hình 4.2 Khối điều khiển …………………………………………………… 29 30 Hình 4.3 Khối cơng suất …………………………………… ……………….29 31 Hình 4.4 Bố trí khối bên hộp thí nghiệm ………………………… 30 32 Hình 4.5 Hình dáng thực thí nghiệm ………………………………….30 33 Hình 4.6 Mạch làm việc với tải R ………………….…………………………31 34 Hình 4.7 Tín hiệu điểm TP1 – TP4 α = 00… …………………… 32 35 Hình 4.8 Dạng sóng điện áp tải trở α = 00 (S1 vị trí REV)…………32 36 Hình 4.9 Dạng sóng điện áp tải trở α = 00 (S1 vị trí ).…………… 33 37 Hình 4.10 Dạng sóng điện áp động DC αTH (S1 vị trí REV) ……33 38 Hình 4.11 Dạng sóng điện áp động DC αTH (S1 vị trí FW)………33 39 Hình 4.12 Tín hiệu điểm TP1 – TP4 α = 900…………………… 34 40 Hình 4.13 Dạng sóng điện áp động DC α = 900 (S1 vị trí REV).34 41 Hình 4.14 Dạng sóng điện áp động DC α = 900 (S1 vị trí FW) 34 42 Hình 5.1 Mạch điều khiển chỉnh lưu 1pha kép……………………………35 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SCR: Silcon Control Rectifier OPTO: Optocoupler BJT: Bipolar Junction Transistor OP-AMP: Operational Amplifier UJT: Unijunction Transistor PUT: Programmable Unijunction Transistor PID: Proportional Integral Derivative DC: Direct Current MỤC LỤC Trang Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan mạch tạo xung, hồi tiếp chỉnh lưu kép Chương 3: Thiết kế mạch 15 Chương 4: Thiết kế vận hành mơ hình 28 Chương 5: Tài liệu hướng dẫn thực hành 35 Chương 6: Kết luận hướng phát triển 45 Tài liệu tham khảo: 46 Hình 4.12 Tín hiệu điểm TP1 – TP4 α = 900 Hình 4.13 Dạng sóng điện áp động DC α = 900 (S1 vị trí REV) Hình 4.14.Dạng sóng điện áp động DC α = 900 (S1 vị trí FW) 34 CHƢƠNG TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN THỰC HÀNH TÊN BÀI: MẠCH CHỈNH LƢU KÉP PHA  MỤC TIÊU: - Lắp ráp mạch chỉnh lưu kép pha; - Hiểu giải thích nguyên tắc hoạt động mạch chỉnh lưu kép pha; - Kết nối xung điều khiển từ mạch tạo xung tới SCR mạch cơng suất; - Hiểu giải thích phương pháp đảo chiều dòng điện mạch chỉnh lưu kép pha PHẦN THỰC HÀNH  A THIẾT BỊ SỬ DỤNG Thiết bị cho thực hành cho mạch điều khiển chỉnh lưu pha kép, chứa phần chức năng: - Module “ phase dual control rectifier”; - Nguồn pha, pha, pha 12 -24Vac; - Nguồn DC ± 12V; - Module SCR, RL, VOMvà OSC; - Động điện DC B LẮP RÁP THIẾT BỊ THỰC TẬP - Tập hợp module cần cho thực tập theo danh mục liệt kê - Sử dụng dây nối để tạo mạch thực hành theo sơ đồ nguyên lý cho phần thực hành 30 PHASE DUAL CONTROL RECTIFIER POWER CONTROLLER POWER REV STOP FW S1 TP1 TP2 TP3 K Out 1.1 Amp TP4 K G K G K G G G Out 1.3 SCR 1.1 COMP SYN FOR & A TF A’ A Out 2.1 K G Out 2.3 G Iso K Vac G SCR 1.4 Out 1.2 Amp K K G K G Out 1.4 A’ G COMP SYN FOR & G SCR 2.1 Out 2.2 VR1 K G K G A’ A K Out 2.4 Iso VR2 VR1 S2 S2 ED FE R2 V G SCR 2.4 O -12V G GND I +12V 31 Hình 5.1 Mạch điều khiển chỉnh lưu 1pha kép 32 C THỰC HÀNH I Khảo sát phát xung kép: Mạch điều khiển chỉnh lưu pha kép hình 5.1 gồm phần mạch điều khiển dùng tạo xung kép mạch công suất với SCR gắn sẵn module Sinh viên phải thực theo qui trình sau: Cấp nguồn DC ± 12V GND cho khối tạo xung đôi Cấp nguồn 24Vac (A-A’) cho ngõ vào đồng khối tạo xung đôi, điều chỉnh biến trở VR1 dùng OSC kiểm tra tín hiệu điểm từ TP1 đến TP4 Kiểm tra xung điều khiển ngõ từ OUT11 – OUT14, cơng tắc đảo chiều S1 vị trí REV từ OUT21 – OUT24, S1 vị trí FW II Mạch chỉnh lƣu cầu pha đơn – chỉnh lƣu I: Để kiểm tra hoạt động chỉnh lưu I cần thực theo qui trình sau: Kiểm tra hoạt động SCR1.1 –SCR1.4 (các SCR mắc thành mạch chỉnh lưu kép) VOM Nối mạch cấp xung điều khiển tạo xung đôi từ OUT1.1 – OUT1.4 tới cực GK SCR1.1 – SCR1.4 Mắc tải cách nối đèn vào hai điểm chỉnh lƣu I Cấp nguồn 24Vac (A- A’) cho mạch công suất Chỉnh biến trở để thay đổi góc kích, dùng OSC đo, quan sát dạng sóng điện áp tải cơng tắc S1 vị trí REV Thực phép đo vẽ đồ thị theo yêu cầu thực hành Chú ý : Phải cấp xung điều khiển từ ngõ mạch tạo xung tới điểm GK SCR tương ứng mạch công suất, cấp sai bị ngắn mạch gây nguy hiểm III Mạch chỉnh lƣu cầu pha đơn – chỉnh lƣu II: Để kiểm tra hoạt động chỉnh lưu II cần thực theo qui trình sau: Kiểm tra hoạt động SCR2.1 –SCR2.4 (các SCR mắc thành mạch chỉnh lưu kép) VOM Nối mạch cấp xung điều khiển tạo xung đôi từ OUT2.1 – OUT2.4 tới cực GK SCR2.1 – SCR2.4 Mắc tải cách nối đèn vào hai điểm chỉnh lƣu II Cấp nguồn 24Vac (A- A’) cho mạch công suất (đã nối sẵn chỉnh lưu I) Chỉnh biến trở để thay đổi góc kích, dùng OSC đo, quan sát dạng sóng điện áp tải cơng tắc S1 vị trí FW Thực phép đo vẽ đồ thị theo yêu cầu thực hành 31 Chú ý : Phải cấp xung điều khiển từ ngõ mạch tạo xung tới điểm GK SCR tương ứng mạch công suất, cấp sai bị ngắn mạch gây nguy hiểm IV Mạch chỉnh lƣu kép pha: Để kiểm tra hoạt động chỉnh lưu pha kép cần thực theo qui trình sau: Nối chung điểm với điểm mạch công suất Nối tải đèn vào hai điểm với 3 Bật S1 vào vị trí REV, điều chỉnh biến trở VR1, quan sát đo dạng sóng điện áp tải đèn Bật S1 vào vị trí FW, điều chỉnh biến trở, quan sát đo dạng sóng điện áp tải đèn Thay tải đèn Motor DC, bật S1 vào vị trí khác để đảo chiều, dừng động cơ, điều chỉnh biến trở VR1 để thay đổi tốc độ động vẽ vào đồ thị giá trị để quan sát  E 32 KẾT QUẢ THỰC HÀNH I Khảo sát phát xung kép: - Dạng sóng điện áp xoay chiều điều khiển đồng ngõ vào Vac (A-A’): CH1X:……V/Div; Time Base:……ms/Div - Dạng sóng tín hiệu TP1: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div - Dạng sóng tín hiệu TP2: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div 33 - Dạng sóng tín hiệu TP3: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div - Dạng sóng tín hiệu TP4: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div - Dạng sóng tín hiệu OUT1.1 S1 vị trí REV: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div 34 - Dạng sóng tín hiệu OUT1.2 S1 vị trí REV: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div - Dạng sóng tín hiệu OUT2.1 S1 vị trí FW: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div - Dạng sóng tín hiệu OUT2.2 S1 vị trí FW: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div 35 II Mạch chỉnh lƣu cầu pha đơn – chỉnh lƣu I: - Dạng sóng điện áp tải đèn S1 vị trí REV, chỉnh  = 00: CH1X:……………V/Div; Time Base:……… ms/Div - Dạng sóng điện áp tải đèn S1 vị trí REV, chỉnh  = 900: CH1X:……………V/Div; Time Base:……… ms/Div II Mạch chỉnh lƣu cầu pha đơn – chỉnh lƣu II: - Dạng sóng điện áp tải đèn S1 vị trí FW, chỉnh  = 00: CH1X:……………V/Div; Time Base:……… ms/Div 36 IV Mạch chỉnh lƣu kép pha: - Dạng sóng điện áp tải đèn S1 vị trí REV, chỉnh  = 900: CH1X:……V/Div; Time Base:……… ms/Div - Dạng sóng điện áp tải đèn S1 vị trí FW, chỉnh  = 900: CH1X:………V/Div; Time Base:……… ms/Div - Dạng sóng điện áp tải Motor DC, S1 vị trí FW REV, chỉnh  để quan sát E, eL: CH1-X:……V/Div; Time Base:………ms/Div 37 NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC HÀNH Sinh viên cần phải hoàn thành thực hành gồm phần: - Tiến hành thực hành theo trình tự hướng dẫn - Ghi kết thực hành vào mẫu báo cáo CÂU HỎI CHUẨN BỊ TRƢỚC KHI TIẾN HÀNH THỰC HÀNH Các loại cấu hình chỉnh lưu pha kép, linh kiện sử dụng tương ứng ứng dụng chúng Khi sử dụng phương pháp điều khiển chung, phương pháp điều khiển riêng cho chỉnh lưu kép? Nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu kép? Góc kích  điều khiển cho SCR chỉnh lưu kép nhỏ tải Motor DC, chỉnh  = 00 không, sao? Ưu nhược điểm việc đảo chiều dòng điện DC công tắc tơ chỉnh lưu kép? 38 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết Luận Tác giả thiết kế chế tạo thành cơng chỉnh lưu kép pha Mơ hình kiểm tra vận hành phịng thí nghiệm Qua kiểm nghiệm chạy thử cho thấy, tất thơng số đạt u cầu kỹ thuật, tín hiệu điểm Test Point phần tính tốn thiết kế Thiết bị sử dụng cho phịng thực hành điện tử cơng suất Ngồi thiết bị chế tạo chuyển giao cho sở đào tạo khác Sản phẩm đề tài mơ hình dạy học, có tính khoa học hàn lâm cao có tính ứng dụng thực tế Hướng phát triển - Trên sở chỉnh lưu kép pha thiết kế chế tạo chỉnh lưu kép pha, tích hợp mạch điều khiển mạch cơng suất Có thể nghiên cứu thiết kế chế tạo chỉnh lưu đảo chiều phần chuyển đổi cơng tắc thay điều khiển số 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính Điện tử công suất Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội1997 Tác giả CYRIL W.LANDER ( Người dịch Lê Văn Doanh ) Điện tử công suất điều khiển tốc độ động điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật-1997 Lưu Phú-Lê Phi Yến- Nguyễn Như Anh Kỹ thuật điện tử Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp.HCM-1998 Phạm Minh Hà Kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-2005 Hồng Ngọc Văn Giáo trình điện tử công suất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM-2007 Hoàng Ngọc Văn, Tài liệu hướng dẫn thực hành điện tử cơng suất, Trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh 46 S K L 0 ... R10 1K R14 2K2 R18 10 K Q6 A1 015 R 11 1K C4 C3 -12 V D20 4007 R13 3K3 10 0P R16 U1B R12 2K2 R33 10 0K R16 Q5 C1 815 0.22u -12 V Q4 C1 815 D5 414 8 SS - S2 1K5 C7 22n GND D6 LED R17 3K3 R29 2K T1A 10 0P... Q1 C1 815 R4 3K3 R 21 15K T1B 15 D 21 14 C 11 D4 414 8 T2B +12 V R9 U1A 1K5 A2IN 16 VDD B2IN 11 R5 2K2 R8 3K3 H10 61 10K 12 k 2k2 4k7 47uF 25v + 30Vdc 1k 4k7 10 0 TL084 + Chænh 50% 12 V 4K7 470uF 22k 1k... +12 V R25 2K D3 LED R7 10 K Q3 A1 015 R3 2K2 R32 10 0K 10 4J 4007 R2 C1 10 0P 1K R1 1K Q2 C1 815 Dn1 OP-249 0.22u C6 22n R6 U13 -12 V D2 414 8 12 C5 A1IN C8 QB 10 CDB 13 A CD4 010 5BMS/FP 0.22u CDA A’ R10