Câu hỏi thực hành

C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110

B. Câu hỏi thực hành

1. Hồn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mơ tả trạng thái mạch điện (hình 4.1) sau đây: + Khi 0 < x ≤ /6 và 9 /6 <x ≤ 2 (D3 dẫn, D1, D2 ngắt): id = …… ; iD1 = …….; iD2 =…….; ud = ……. + Khi /6 < x ≤ 5 /6 ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt): id = …… ; iD3 = …….; iD2 =…….; ud = …….. + Khi 5 /6 < x ≤ 9 /6 ( D2 dẫn, D1 , D3 ngắt): id =….. ; iD1 = …..; iD3 = ….; ud = …..

Quan hệ giữa dịng điện tải id và điện áp trên tải ud: id = …… Điện áp trên các diode, ví dụ D1:

+ uD1 = ….. khi D1 dẫn ( /6 < x ≤ 5 /6) + uD1 = …... khi D1 ngưng dẫn.

2. Vẽ lưu đồ thuật tốn của chương trình mơ phỏng cl_diode_RLE (chương trình mẫu 1).

3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE với điện áp hiệu dụng của nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 ∧, E=0V, F=50Hz, lần lượt với các giá trị L khác nhau: L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các trường hợp L khác nhau và so với lý thuyết).

4. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.1 và chạy chương trình mơ phỏng trên PSIM lần lượt với các thơng số của R-L-E như câu 4.1.3. So sánh kết quả với câu 3.1.3 và cho nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dịng điện và điện áp).

4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CĨ ĐIỀU KHIỂN

Xét trường hợp tải R_L_E và giả sử cĩ thể bỏ qua tổng trở của nguồn.

Hình 4.2: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia cĩ điều khiển tải R_L_E.

Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + →-

a. Chương trình mẫu 2:

function [i_d,u_d]=cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F)

% cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F) mơ phỏng mạch chỉnh lưu tia 3 pha cĩ điều khiển dùng % diode, tải R-L-E, tính điện áp và dịng điện chỉnh lưu trên tải, vẽ đồ thị của các đại lượng % này với cùng thang đo trên trên trục gĩc pha x = wt = 2*pi*f*t, w là tần số gĩc của % nguồn điện 3 pha. Đối số vào (input argument) u là giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn, r

% và l là giá trị của điện trở và cuộn dây trên tải, e sức điện động trên tải hoặc nguồn dc % trên tải, F là tần số của điện áp nguồn. Đối số ra (Output argument) i_d là dịng điện qua % tải , u_d là điện áp trên tải. Các đồ thị được vẽ theo biến x . Vì giá trị của dịng điện rất % nhỏ so với điện áp, nên để cĩ thể quan sát dạng sĩng của dịng điện tốt hơn, trước khi vẽ % đồ thị, dịng điện đã được tăng lên từ 3 đến 10 lần so với giá trị thật.

global R L E a f u_m % Khai báo biến tồn cục. if nargin < 5

error('Requires 5 or 6 input arguments.') elseif nargin >= 5

R=r;L=l;E=e;a=al; %Gán giá trị các biến theo giá trị của các đối số vào. u_m=sqrt(2)*u; % Tính biên độ của điện áp nguồn.

% Khai báo biến gĩc pha x=wt=2*pi*t, t là thời gian. x1=[0:0.01:pi/6+a];x2=[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a];

x3=[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a];x4=[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6]; x=[x1 x2 x3 x4];

% Khai báo điện áp nguồn 3 pha. u_1=u_m*sin(x);

u_2=u_m*sin(x-2*pi/3); u_3=u_m*sin(x-4*pi/3);

% Gán giá trị mặc định cho biến tần số . if nargin==4

else end

f=50; f=F;

% Tính dịng điện qua tải. if L==0

i_d1=(u_m*sin(x1-4*pi/3)-E)/R;i_d2=(u_m*sin(x2)-E)/R;

i_d3=(u_m*sin(x3-2*pi/3)-E)/R;i_d4=(u_m*sin(x4-4*pi/3)-E)/R; i_d=[i_d1 i_d2 i_d3 i_d4];

else [k_1,id1]=ode23s('phuongtrinh3',[0:0.01:pi/6+a],u_m/(R+2*pi*f*L));

[k_1,id2]=ode23s('phuongtrinh1',[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a],id1(length(id1))); [k_1,id3]=ode23s('phuongtrinh2',[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a],id2(length(id2))); [k_1,id4]=ode23s('phuongtrinh3',[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6],id3(length(id3))); i_d=[id1' id2' id3' id4'];

end

for k=1:length(i_d) % Nếu giá trị âm thì cho bằng zero. if i_d(k)<0

i_d(k)=0; end

end

i_d3=3*i_d; %Tăng thang đo của dịng điện lên 3 lần, để dễ nhìn thấy trên đồ thị. for n=1:length(x)

if (x(n)<=pi/6+a) % Giả sử tại thời điểm t=0, D3 đĩng u_d(n)=u_3(n); u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n)); i_v1(n)=0; elseif (x(n)>pi/6+a)&(x(n)<=5*pi/6+a) % D1 đĩng. u_v1(n)=0; u_d(n)=u_1(n); i_v1(n)=i_d(n); elseif (x(n)>5*pi/6+a)&(x(n)<=9*pi/6+a) % D2 đĩng. u_v1(n)=u_1(n)-u_2(n); u_d(n)=u_2(n); i_v1(n)=0; elseif (9*pi/6+a<x(n)&x(n)<=13*pi/6) % D3 đĩng u_d(n)=u_3(n); u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n)); i_v1(n)=0; end end; % Vẽ đồ thị subplot(311); plot(x,u_1,'r',x,u_2,'g',x,u_3,'b'); grid on xlabel('x'),ylabel('u'); legend('u_1','u_2','u_3'); subplot(312);

plot(x,u_d,'b',x,i_d3,'r'); grid on xlabel('x'),ylabel('u_d i_d'); legend('u_d','3*i_d'); subplot(313); plot(x,u_v1,'b',x,10*i_v1,'r'); grid on xlabel('x'),ylabel('u_D_1 i_D_1'); legend('u_D_1','10*i_D_1'); end; b. Câu hỏi:

1. Hồn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mơ tả trạng thái mạch điện (hình 3.1) sau đây: + Khi 0 < x ≤ /6 + 〈 và 9 /6 + 〈 <x ≤ 13 /6 (D3 dẫn, D1, D2 ngắt): id = …… ; iD1 = …….; iD2 =…….; ud = ……. + Khi /6 + 〈 < x ≤ 5 /6 + 〈 ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt): id = …… ; iD3 = …….; iD2 =…….; ud = …….. + Khi 5 /6 + 〈 < x ≤ 9 /6 + 〈 ( D2 dẫn, D1 , D3 ngắt): id =….. ; iD1 = …..; iD3 = ….; ud = …..

Quan hệ giữa dịng điện tải id và điện áp trên tải ud: id = …… Điện áp trên các diode, ví dụ D1:

+ uD1 = ….. khi D1 dẫn ( /6 + 〈 < x ≤ 5 /6 + 〈 ) + uD1 = …... khi D1 ngưng dẫn.

2. Chương trình mẫu 1 cl_diode_RLE khác với chương trình mẫu 2 phần nào?

3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 ∧, E=0V, 〈 = /4 rad, F=50Hz, lần lượt với các giá trị L khác nhau: L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các trường hợp L khác nhau và so với lý thuyết).

4. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 ∧, E=0V, L=0.01H, F=50Hz, lần lượt với các giá trị 〈 khác nhau: 〈 = 0 rad, 〈 = /4 rad, 〈 = /3 rad . Nhận xét (so sánh các trường hợp 〈 khác nhau và so với lý thuyết).

5. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.2 (phải thêm vào mạch tạo xung kích) và chạy chương trình mơ phỏng trên PSIM lần lượt với các thơng số của R-L-E như câu 4.2.4. So sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo điện áp và dịng điện).

Trường hợp cĩ hiện tượng trùng dẫn tải R_L và cảm kháng của nguồn LC khơng thể bỏ qua (LC ≠ 0).

Hình 4.3: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia cĩ điều khiển tải R_L, LC ≠ 0.

Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + →- Câu hỏi:

6. Hiện tượng trùng dẫn là gì?

7. Mở PSIM, lắp ráp mạch như hình 4.3 (phải thêm vào mạch tạo xung kích mắc thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dịng điện và điện áp) và chạy chương trình mơ phỏng trên PSIM lần lượt với các thơng số:

R=10, L= 0.01 H, 〈 = /3 rad, LC = 0.001 H. So sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét.

4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT.

[2]. Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT.

[3]. NGUYỄN CHÍ NGƠN - Giáo trình THIẾT KẾ MƠ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH IN - Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT – 2003.

[4]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT I – NXB Đại học Quốc gia TP HCM – 2002.

[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT – 2001.

[6].M. BIALKO, R. CRAMPAGNE, D. ANDREU – BASIC METHODS FOR MICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –Prentice Hall – 1995.

[7]. http://

www.pow e rsimtech.com

[8]. http://

www.mathwo r k s.com

[9]. http://w w w.voc w .edu . vn / content/m10373/latest/ [10]. http://www.electronicsworkbench.com/index.html [11]. http://www.box.net/shared/rma8ut6x4s

Bài 5: Mơ phỏng mạch chỉnh lưu một pha cĩ điều khiển bằng Psim

BÀI 5: MƠ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CĨ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM

5.1. MỤC ĐÍCH:

Dùng phần mềm PSIM để mơ phỏng mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ và mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ. So sánh với kết quả trong bài 3 và bài 4. Từ đĩ củng cố được kiến thức về việc điều khiển đĩng ngắt các linh kiện cơng suất nĩi chung và mạch chỉnh lưu cĩ điều khiển nĩi riêng. Đồng thời hình thành được phương pháp và kỹ năng viết chương trình mơ phỏng cũng như sử dụng các phần mềm mơ phỏng cĩ sẵn.

5.2. KIẾN THỨC NỀN:

- Sinh viên tự ơn tập lý thuyết về mạch chỉnh lưu khơng điều khiển và cĩ điều khiển; một pha và ba pha [1], [4].

- Giả sử các linh kiện cơng suất được dùng là lý tưởng và đĩng vai trị của một cơng tắc (khi đĩng điện thế giữa 2 cực bằng 0, khi ngắt dịng điện qua nĩ bằng 0).

- Phần mềm PSIM của Powersim Inc [6].

PSIM là một phần mềm đĩng gĩi chuyên dùng cho việc mơ phỏng mạch điện tử cơng suất và điều khiển mơ tơ. Nĩ cĩ các ưu điểm là tốc độ nhanh, giao diện thân thiện với người dùng và cĩ chức năng xử lý hiển thị dạng sĩng của tín hiệu. Bao gồm 03 chương trình: chương trình vẽ sơ đồ mạch điện SIMCAD; chương trình mơ phỏng PSIM; chương trình xử lý và hiển thị dạng sĩng SIMVIEW.

Một mạch điện được trình bày bởi PSIM gồm 04 khối: mạch cơng suất, mạch điều khiển, cảm biến và các bộ điều khiển switch.

- Để mơ phỏng một mạch điện hoặc một hệ thống điều khiển, ta tiến hành các bước sau:

Khởi động PSIM (Theo sự chỉ dẫn của giảng viên): Một giao diện mơ phỏng SIMCAD xuất hiện, như hình 5.1:

Bài 5: Mơ phỏng mạch chỉnh lưu một pha cĩ điều khiển bằng Psim

Quay Nối dây dẫn Dán nhãn Chạy PSIM Chạy SIMVIEW

Chọn phần tử trong mạch

Cửa sổ thiết kế

Hình 5.1

Trên menu, từ File ta chọn New (thực hiện mạch điện mới) hoặc Open (để mở project cũ đã lưu dưới dạng file cĩ phần mở rộng là “.sch”).

Các thao tác cơ bản để thực hiện một mạch điện mới:

o Chọn linh kiện, nguồn tín hiệu và các thành phần khác từ Elements trên menu hoặc trên thanh cơng cụ ở phía dưới màn hình ( nhấp chuột trái vào phần tử muốn chọn. Sau đĩ nhấp chuột vào vị trí muốn đặt phần tử đĩ trên cửa sổ thiết kế, cĩ thể quay phần tử đã chọn từ Rotate trên menu Edit hoặc nhấp chuột trái vào biểu tượng tương ứng trên menu bar).

o Thực hiện các đường mạch nối các linh kiện và các thành phần khác: chọn

Wire trên menu Edit hoặc biểu tượng tương ứng trên menu bar, sau đĩ rê chuột giữa các điểm muốn nối.

o Đặt các tham số của các linh kiện: nhấp chuột trái vào biểu tượng “mũi tên” trên menu bar, rồi nhấp chuột trái vào thành phần muốn đặt tham số, sau đĩ chọn Attributes trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F4), một cửa sổ con hiện ra, cho phép ta nhập các tham số cần thiết. Chú ý các tham số và đơn vị tính của các linh kiện.

o Dán nhãn: chọn Label trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F2) , nếu cần.

o Chạy chương trình mơ phỏng: chọn Run Simulation trên menu Simulate, hoặc ấn phím tắt F8, hoặc nhấp chuột trên biểu tượng tương ứng trên menu bar. Ở chế độ mặc định (Auto-Run SIMVIEW), một cửa sổ con “Data Display Selection” hiện ra cho phép ta chọn các biến cần hiển thị đã liệt kê sẵn (theo các thiết bị và điện áp cĩ trong mạch điện). Nếu muốn hiển thị đồ

thị của một đại lượng (biến) nào đĩ, ta cần phải đặt thiết bị đo lường tướng ứng vào vị trí đĩ trên mạch điện.

o Sinh viên cần tham khảo trước về PSIM trong các tài liệu [6].

5.3. THỰC HÀNH:

5.3.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ:

a. Mở phần mềm PSIM và vẽ mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển hình 5.2:

Hình 5.2: Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ. - Thiết lập các giá trị phù hợp.

- Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng điện thế tải ud, dạng sĩng dịng điện tải id.

- Giải thích dạng sĩng ud, id.

- Dựa vào đồ thị dạng sĩng điện áp tải, tính giá trị điện áp trung bình giữa 2 đầu tải

b. Thay đổi V1 để thay đổi gĩc kích α. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng ứng với gĩc kích α= 2π/3 (V1 = 120 Volt).

c. Thiết lập L=0.05H. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng ud, id. So sánh với dạng sĩng ở câu a và giải thích.

5.3.2. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ:

a. Vẽ mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ như sau (Hình 5.3):

Hình 5.3: Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ.

- Thiết lập các giá trị phù hợp.

- Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng điện thế tải ud, dạng sĩng dịng điện tải id. - Giải thích dạng sĩng ud, id.

b. Thay đổi V2 để thay đổi gĩc kích α. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng ứng với gĩc kích α = π/3 (V2 = 120 Volt).

c. Thiết lập L = 0H. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sĩng ud, id. So sánh với dạng sĩng ở câu a và giải thích.

5.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT.

[2]. Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT.

[4]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT I – NXB Đại học Quốc gia TP HCM – 2002.

[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT – 2001.

[6]. http:// www.pow e rsimtech.com

[7]. http://www . vo c w.edu . vn/content/m10373 / latest/

[8]. http://www.electronicswo r kb e nch. c om/index . html

Bài 6: Ổn áp một chiều

BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU

Tham gia thực hiện: KS. Trương Văn Tám

6.1. MỤC ĐÍCH:

Giúp cho sinh viên thấu hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp DC, rèn luyện kỹ

năng thực hành, hình thành khả năng thiết kế và lắp ráp các loại ổn áp DC theo yêu cầu thực tế.

6.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT

Mạch ổn áp một chiều cịn được gọi là mạch biến đổi DC-DC, đây là một mạch biến đổi từ điện áp một chiều này thành điện áp một chiều khác.

Thơng thường, người ta chia ổn áp một chiều ra làm 2 loại: - Ổn áp tuyến tính,

- Ổn áp ngắt mở (switching regulator).

Dù là loại nào, một mạch ổn áp cũng phải đạt 2 chức năng:

- Ổn định điện áp ngõ ra khi điện áp ngõ vào thay đổi và khi dịng tải thay đổi. - Giảm đến mức thấp nhất sĩng dư ở ngõ ra.

+ vi Ổn áp - + - vo RL Hình 6.1 6.2.1. Ổn áp tuyến tính

Trong bài thí nghiệm này ta khảo sát mạch ổn áp tuyến tính dạng nối tiếp. Sơ đồ khối như sau: vi + Chưa ổn áp + AV - Cơng suất ổn áp Kích vo Đã ổn áp IL + C1 - So sánh + C Lấy mẫu - RL Chuẩn C1: Tụ lọc ngõ vào C2: Tụ lọc ngõ ra

Bài 6: Ổn áp một chiều

- Cơng suất ổn áp: Thường là một transistor cơng suất lớn, hoạt động như một điện trở thay đổi.

- So sánh: So sánh điện thế lấy mẫu và điện thế chuẩn để tạo thành điện thế điều khiển VDK để điều khiển mạch kích tạo dịng kích cho cơng suất.

- Chuẩn: Tạo điện thế chuẩn Vref cho mạch so sánh (thường dùng zener).

- Lấy mẫu: Lấy một phần điện thế ngõ ra so sánh với điện thế chuẩn (điện thế lấy mẫu thay đổi theo điện thế ngõ ra vo).

Nguyên tắc hoạt động: vo=vi-AV

Giả sử khi vo thay đổi (vì lý do nào đĩ), điện thế lấy mẫu thay đổi theo trong khi điện thế chuẩn khơng đổi nên ngõ ra VDK của mạch so sánh thay đổi, điện thế VDK này điều khiển mạch kích và cơng suất thay đổi độ hoạt động (chạy mạnh/chạy yếu) để thay đổi AV sao cho vo ổn định. Mạch căn bản cĩ dạng: R Q1 + R2 vi 1 Q2 C1 + - +

CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH