Báo cáo bài tập lớn Điện tử công suất

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thanh Nhóm môn học Nhóm 01 Nhóm bài tập lớn Nhóm 10 Sinh viên thực hiện Đào Trọng Huân B18DCDT087 Nguyễn Minh Cương – B19DCDT021 Trần Ngọc Tiến – B19DCDT193 Lê Minh Đức – B19DCDT058 Hà Nội – Năm 2022 YÊU CẦU CÔNG VIỆC I Phần lý thuyết Trả lời các câu hỏi lý thuyết và liệt kê các công thức cần nhớ 10 Trình bày sơ đồ chỉnh lưu điốt 1 pha hai nửa chu kỳ khi tải là R Vi.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ -

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh

Nhóm môn học: Nhóm 01

Nhóm bài tập lớn: Nhóm 10

Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Huân - B18DCDT087

Nguyễn Minh Cương – B19DCDT021 Trần Ngọc Tiến – B19DCDT193

Lê Minh Đức – B19DCDT058

Hà Nội – Năm 2022

YÊU CẦU CÔNG VIỆC

I Phần lý thuyết

Trả lời các câu hỏi lý thuyết và liệt kê các công thức cần nhớ

10 Trình bày sơ đồ chỉnh lưu điốt 1 pha hai nửa chu kỳ khi tải là R Viết biểu thức giải tích

20 Trình bày chế độ nghịch lưu phụ thuộc

30 Trình bày phương pháp bảo vệ chống tốc độ tăng điện áp quá mức chocác bộ biến đổi

40 Trình bày về các đặc điểm của bộ nghịch lưu độc lập

17 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha cầu làm việc ở chế độ nghịch lưu phụthuộc với các thông sô:

U2= 239,6V; f = 50Hz; = 1450; XC =0,3; RC = 0,05; Điện áp rơitrên mỗi tiristo là UT = 1,5 V; với giả thiết dòng điện tải được nắnthẳng id = Id = 60A

Tính E và góc trùng dẫn 

18 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia, trị trung bình của điện áp pha là U

= 150V; f= 50Hz, điện cảm và điện trở mỗi pha lần lượt là: LC = 1,2mH;R= 0,07; Giả thiết điện áp rơi trên mối tiristo là UT = 1,5 V và trị trungbình của dòng điện tải là: Id = 30A

Hãy tính trị trung bình của điện áp tải khi các góc mở  là 00;

300;450;600

19 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha cầu làm việc ở chế độ nghịch lưu phụthuộc, với các thông số:

U2= 220V; f = 50Hz; E = 400V; R = 1; L=∞; = 1200

Tính công suất có ích trả về lưới xoay chiều trong hai trường hợp:

a Bỏ qua điện cảm chuyển mạch Lc( LC = 0)

b Khi LC = 2mH

20 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo cầu 3 pha Nguồn điện xoay chiều có điện

áp dây Ud = 415 V, f= 50Hz, LC = 0,9mH Giả thiết dòng điện tải được nắnthẳng và bỏ qua điện áp rơi trên các tiristo và điện trở nguồn

a Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo góc mở 0( 00,100,300,400,600,800) khi dòng điện tải Id = 60A

b Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo dòng điện tải Id( 0,10,20,30,40,50) khi góc mở = 300

26 Cho sơ đồ chỉnh lưu 3 pha tia với các thông số:

Tính trị trung bình của điện áp tải, dòng tải , dòng chảy qua tiristo, dòngchảy qua điốt.

29 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia với các thông số:

36 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia, trị trung bình của điện áp pha là U

= 170V; f= 50Hz, điện cảm và điện trở mỗi pha lần lượt là: LC = 1,5mH;R= 0,07; Giả thiết điện áp rơi trên mối tiristo là UT = 1,5 V và trị trungbình của dòng điện tải là: Id = 30A

Hãy tính trị trung bình của điện áp tải khi các góc mở  là 00;

300;450;600

37 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha cầu làm việc ở chế độ nghịch lưu phụthuộc, với các thông số:

U2= 110V; f = 50Hz; E = 350V; R = 3; L=∞; = 1200

Tính công suất có ích trả về lưới xoay chiều trong hai trường hợp:

a.Bỏ qua điện cảm chuyển mạch Lc( LC = 0)

b.Khi LC = 4mH

38 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo cầu 3 pha Nguồn điện xoay chiều có điện

áp dây Ud = 415 V, f= 50Hz, LC = 0,6mH Giả thiết dòng điện tải được nắnthẳng và bỏ qua điện áp rơi trên các tiristo và điện trở nguồn

a Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo góc mở 0( 00,200,300,450,600,700) khi dòng điện tải Id = 50A

b Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo dòng điện tải

t U

u2  2 2sin 

48 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia, trị trung bình của điện áp pha là U

= 120V; f= 60Hz, điện cảm và điện trở mỗi pha lần lượt là: LC = 1,5mH;R= 0,06; Giả thiết điện áp rơi trên mối tiristo là UT = 1,5 V và trị trungbình của dòng điện tải là: Id = 35A

Hãy tính trị trung bình của điện áp tải khi các góc mở  là 00;

300;450;600

49 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo cầu 3 pha Nguồn điện xoay chiều có điện

áp dây Ud = 405 V, f= 50Hz, LC = 0,7mH Giả thiết dòng điện tải được nắnthẳng và bỏ qua điện áp rơi trên các tiristo và điện trở nguồn

a Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo góc mở 0( 00,100,300,400,600,800) khi dòng điện tải Id = 35A

b Lập bảng tính trị trung bình của điện áp tải theo dòng điện tải Id( 0,10,20,30,40,50) khi góc mở = 450

50 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia với các thông số:

U2 = 240V; f = 50Hz; E = 240V; LC = 5mH; R = 5; L = ∞;

a Xác định góc mở  sao cho công suất do động cơ tái sinh Pd =E.Id = 6kW

a Tính góc trùng dẫn 

BÀI LÀM

I, Trả lời câu hỏi lý thuyết và các công thức cần nhớ.

I.1 Trả lời lý thuyết

Câu 10 Trình bày sơ đồ chỉnh lưu điốt 1 pha hai nửa chu kỳ khi tải là R Viết biểu thức giải tích

Biến áp 1 pha với thứ cấp ra điểm giữa tạo ra 2 điện áp xoay chiều u 2a , u 2b có biên

độ bằng nhau và ngược pha nhau đặt vào 2 diode, khiến chúng thay nhau làm việc trong cả chu kỳ Như vậy mỗi nửa thứ cấp biến áp cùng với 1 diode liên kết là một

sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng Do đó đây là 2 sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng mắc nối tiếp làm việc lệch nhau 1800

Giả sử khi t = 0  , u 2a ở bán chu kỳ dương thì D 1 thông, D 2 khóa, có dòng i 2a từ

a  D 1 R t 0.

Khi t =   2, u 2b là bán chu kỳ dương thì D 2 thông , D 1 khóa, có dòng i 2b từ b

 D 2 R t 0.

Hình 3.5: Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha toàn sóng thứ cấp biến áp có điểm giữa với

tải trở (a) và dạng sóng đầu vào, ra điện áp ngược trên diode (b).

i0 U0

b

i2a

u2b a

I2M -U2M

0

i0 I0

-U0

Dòng qua tải trong 1 chu kỳ: i 0 = i 2a + i 2b là 2 xung dòng một chiều, m = 2 Tần số gợn sóng của điện áp trên tải f g = 2f =100 Hz Điện áp trên tải:

xoay chiều từ bậc 2, 4 trở lên Nếu bỏ qua tổn hao trên biến áp và diode ta có:

T /

M M

0 9

Dòng một chiều qua tải:

U , U I

Câu 20 Trình bày chế độ nghịch lưu phụ thuộc.

Chế độ nghịch lưu phụ thuộc là chế độ đặc biệt của chỉnh lưu điều khiển pha, cho phép chuyển năng lượng từ phía một chiều về lưới xoay chiều có áp và tần số cố định – khi góc điều khiển pha > 90̊

Khi góc kích mở α > 90, ̊ điện áp trung bình trên tải có thể đạt giá trị âm Trường hợp này công suất được truyền ngược từ tải sang nguồn xoay chiều Chế độ làm việc này được gọi là chế độ nghịch lưu, bởi vì năng lượng được truyền từ phía một chiều (dc) sang phía xoay chiều (ac) Cần lưu ý rằng chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều

Phần trước đã giải thích rõ ràng ảnh hưởng của điện cảm nguồn L làm tăng thời gian chuyển mạch μ Điện áp trên thyristor vT1 sẽ có giá trị âm trong khoảng γ, được xác định theo biểu thức:

 =180 − ( + ) (1)

Để đảm bảo thyristor đóng và phục hồi hoàn toàn tính ngược sau khi chuyển mạch,góc γ phải thỏa mãn biểu thức:

 .tq (2)Trong đó ω – tần số nguồn điện và tq – thời gian đóng thyristor Nếu như q  .t ,t ,

thyristor chưa đóng hoàn toàn đã được đặt điện áp thuận sẽ dẫn Từ đó góc kích

mở lớn nhất có thể áp dụng:

 =180 −  − max (3)Nếu điều kiện của biểu thức (3) không được đáp ứng, quá trình chuyển mạch không hoàn thành có thể tạo nên dòng điện phá hủy mạch chỉnh lưu

Câu 30: trình bày phương pháp bảo vệ chống tốc độ tăng điện áp quá mức cho các

Mạch bảo vệ MOSFET

Cấu tạo khác biệt của MOSFET so với BJT làm cho linh kiện hoạt động tốt mà không cần bảo vệ nhiều như BJT Tuy nhiên, ta có thể sử dụng mạch RC nhỏ mắc song song với ngõ ra của linh kiện để hạn chế tác dụng các gai điện áp và các xungnhiễu dao động xuất hiện khi linh kiện đóng

Mạch bảo vệ thyristor:

Thông thường, mạch RC mắc song song với thyristor (hình dưới) có thể sử dụng

để bảo vệ nó chống quá điện áp Mạch có thể kết hợp với cuộn kháng bảo vệ mắc nối tiếp với thyristor chống sự tăng nhanh dòng điện qua linh kiện di v

dt

Câu 40 Trình bày về các đặc điểm của bộ nghịch lưu độc lập.

Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập Nguồn điệnmột chiều thông thường là điện áp chỉnh lưu, acquy và các nguồn điện một chiều độc lập khác

Nghịch lưu độc lập 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 tảiđiện năng, luyện kim…

Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ như nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha Người ta cũng có thể phân loại chúng theo quá trình điện từ xảy

ra trong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng + Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào Ld thường cógiá trị lớn vô cùng để dòng điện là liên tục

+ Nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó lớn và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha nghịch lưu dòng ba pha cũng sử dụng tiristo Để khoá được các tiristo thì phải

có các tụ chuyển mạch C1, C3, C5 Vì là nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải

là nguồn dòng, vì vậy giá trị cuộn cảm Ld = ∞

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

+ Nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch của van dựa vào hiện tượng cộng hưởng Giá trị điện cảm không lớn như nghịch lưu dòng (Ld = ∞) và không nhỏ hơn nghịch lưu áp ( Ld = 0 ), mà chiếm một vị trí trung gian sao cho khikết hợp với điện cảm của tải Lt và tụ điện C thì trong mạch sẽ xuất hiện hiện tượngdao động t ,

I.2 Các công thức cần nhớ

Các biểu thức cho dòng điện trung bình và hiệu dụng

2 Công suất và hệ số công suất

3.Công suất tiêu tán trung bình trên linh kiện chu kỳ T

4 Công thức tính trị hiệu dụng

Đặc tính phục hồi của điot

+Điện tức hồi ngược

+Ảnh hưởng của điện tích phục hồi ngược

*Phân loại nghịch lưu:

-Công suất tải tiêu thụ

-Z là tổng trở tải RL:

-Sơ đồ 1 pha:

-Công thức căn bản để phân tích fourier điện áp ngõ ra nghịch lưu nguồn áp:

-Bài toán điều khiển áp ra:

-Điều chế độ rộng xung hình sin

-Chỉ số điều chế biên độ 𝑚𝑎:

*Bộ nguồn chỉnh lưu:

-HT tối ưu module

Wh1-HT tối ưu đối xứng

Wh2-Hiệu chỉnh PID (vi tích phân tỉ lệ): có dạng

-Đối tượng bậc 2 có và không có tích phân:

-Đôi tượng bậc 3 không có tích phân:

-Đối tượng bậc 3 và có tích phân:

-Các hàm truyền gần đúng:

+Hàm truyền tương đương:

1.Phương trình căn bản TĐĐ và chuyển động

2.Đặc tính các tải thông dụng:

𝑀𝑐 = 𝑘 𝜔𝑛3.Hàm truyền động cơ:

4.Hàm truyền BBĐ:

*Đặc tính động cơ KĐB và điều khiển tốc độ:

-Mạch tương đương động cơ KĐB:

(vòng/phút)(rad/s) -Độ trượt rotor quay vs tốc độ

-Dòng điện rotor quy đổi về xtator:

-Tổng công suất rotor nhận:

-Tổn hao động cơ:

-Công suất cơ nhận được trên trục động cơ:

-Biểu thức momen:

-Mô hình động của động cơ KĐB:

-Phương trình điện áp xtator:

-Công thức Stanley:

-Suất điện động cảm ứng:

-Trong mạch Theventin:

*Điều khiển năng lượng trượt động cơ KĐB:

-Điều khiển điện áp động cơ KĐB và Soft start:

+ Giữ tổn hao không đổi khi tốc độ TTQ không đổi: ->momen tải phải giảm tỉ lệ nghịch với độ trượt:

-Sóng hài:

-Phát song phụ:

n=5,7,11,13,…

*Biến tần điều khiển vector từ không:

-Phương trình momen:

*Điều khiển động cơ một chiều không cổ góp:

-Mô hình động cơ một chiều không cổ góp:

+ Rotor là nam châm vĩnh cửu:

𝐸 = 𝐶𝑒 𝜔

*Từ trường quay và các phép biến đổi vector:

-Vector dòng điện không gian I:

-Vector không gian:

II, Phần bài tập

Câu 6 – 10 và câu 46, 47:

Câu 16-20 và câu 49:

Câu 26 Cho sơ đồ chỉnh lưu 3 pha tia với các thông số:

kLC= 0,05; f= 500Hz Tính LC

Lời giải:

Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha tia: A=0,2; n=3;

Chỉnh lưu cầu tiristo 1 pha không đối xứng

- Trị trung bình của điện áp tải:

Chỉnh lưu tiristo 3 pha tia.

Sơ đồ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

I d=P d

E=

4000

220 =18,1(A )

Sơ đồ chỉnh lưu cầu tiristo 3 pha không đối xứng.

Trị trung bình chảy qua điốt và tiristo: I T=I d=I d

3=

100

3 (A)

Câu 48 Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia, trị trung bình của điện áp pha

là U = 120V; f= 60Hz, điện cảm và điện trở mỗi pha lần lượt là: LC = 1,5mH; R= 0,06W; Giả thiết điện áp rơi trên mối tiristo là DUT = 1,5 V và trị trung bình của dòng điện tải là: Id = 35A

Lời giải:

Bài 48:

Điện áp rơi trên tiristo là 1,5(V)

Điện áp rơi trên điện trở nguồn xoay chiều: 0,07.30=2,1(V)

Điện áp rơi do điện cảm nguồn xoay chiều gây nên:

- Khối chỉnh lưu bao gồm: 6 diode và đầu vào 3 pha

- Khối lọc bao gồm: 1 cuộn cảm và 1 tụ điện

- Khối nghịch lưu bao gồm: 6 IGBT và 6 diode

Nguyên lý làm việc cơ bản của biến tần gồm 2 giai đoạn sau

+ Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện

+ Sau đó, điện áp một chiều này được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều

3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế

độ rộng xung (PWM)

3 Ứng dụng của biến tần

Biến tần được ứng dụng ngày càng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cảcác máy móc trong các ngành, đặc biệt trong công nghiệp và xây dựng: Máy nghiền, máy cán, kéo, máy tráng màng, máy tạo sợi, máy nhựa, cao

su, sơn, hóa chất, dệt, nhuộm, đóng gói, chế biến gỗ, băng chuyền, cần trục, tháp giải nhiệt , thiết bị nâng hạ, máy nén khí, bơm và quạt