B ài 2 các bộ BIẾN b ài 2 các bộ BIẾN đổi TĨNH CHUYỂN MẠCH tự ĐỘNG

Quá trìnhtrình quá độ của điện áp và dòng điện đầuquá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ bộ điều điều khiển khiển băm băm xxunungg DDCC o Ghi lại quá trình quá độ của điện áp và dòng

Trang 1

a.Quá trìnhtrình quá độ dòng điện và điện ápquá độ dòng điện và điện áp ra của bộ điềucủa bộ điều khkhiiểểnn băm băm xungxung DDCC 1111 b.Ghi

b.Ghi lại lại các đặc các đặc tính tính điềuđiều khkhiiểểnn 1717

c Phân tích ảnh hưởng của phần tử

c Phân tích ảnh hưởng của phần tử f f r ee-wee-whheeeelilinngg 2020

d

d Phân Phân tích các tích các thành thành phần phần điện áp AC và điện áp AC và DC, DC, dòng điệndòng điện vvàà côngcông ssuuấấtt 26

e Phân tích điều khiển bán

e Phân tích điều khiển bán ddẫẫnn 38384.Hoạt động ở nhiều góc phần ttưư 4242a.Quá

a.Quá trìnhtrình quá độ dòng điện và điện áp của bộ điềuquá độ dòng điện và điện áp của bộ điều khkhiiểểnn băm băm xungxung DDCC 43 b.Ghi

b.Ghi các đặc các đặc tính tính điềuđiều khkhiiểểnn 5252c.Phân tích các thành phần AC và DC của điện áp, dòng

c.Phân tích các thành phần AC và DC của điện áp, dòng đđiiệệnn và côngvà công ssuuấấtt 56d.Phân tích quá

d.Phân tích quá trìnhtrình điều khiển bánđiều khiển bán ddẫẫnn 6666

Trang 2

TN

TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTử

Mục Mục đích đích thí thí n g hiệm

Quen thuộc với nguyên lý làm việc của bộ điều khiển băm xung DC, hoạt động ở 1

và nhiều góc phần tư, với các loại tải khác

và nhiều góc phần tư, với các loại tải khác nhau.nhau

Phân tích vai trò của thyristor trong các quá trình dẫn của dòng điện, trong các chế

độ hoạt động khác nhau và các khoảng thời gian khác nhau

Nhận Nhận biết biết được được trình trình tự tự quá quá trình trình chuyển chuyển mạch mạch và và điều điều khiển khiển các các thyristor ởthyristor ởtrong các mạch điều khiển băm xu

trong các mạch điều khiển băm xung DC.ng DC

• Phân tích các quá trình quá độ Phân tích các quá trình quá độ của dòng điện và điện áp đầu ra.của dòng điện và điện áp đầu ra

• Đánh giá sự biến thiên của điện áp tĐánh giá sự biến thiên của điện áp trong các góc phần tư.rong các góc phần tư

• Nghiên cứu ảnh hưở Nghiên cứu ảnh hưởng của tải điện cảm ng của tải điện cảm và tần số xung.và tần số xung

• Xác định quy tắc liên quan đXác định quy tắc liên quan đến các thành phần như ến các thành phần như dòng điện, điện ápvà côngdòng điện, điện ápvà côngsuất

• Nghiên cứu và đá Nghiên cứu và đánh giá giá trị đỉnh-đỉnh giá giá trị đỉnh-đỉnh nh

• Quá trình nghiên cứu dựa trên các nguyên lý cơ bản của Quá trình nghiên cứu dựa trên các nguyên lý cơ bản của mạch nghịch lưu.mạch nghịch lưu

Trang 3

Quá trìnhtrình quá độ của điện áp và dòng điện đầuquá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ bộ điều điều khiển khiển băm băm xxunungg DDCC

o Ghi lại quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra với tải điện trở

o Ghi lại quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp.Ghi lại các đặc tính điều

Ghi lại các đặc tính điều khkhiểiểnn

o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.ở tần số xung thấp.

o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.ở tần số xung cao.

Phân tích ảnh hưởng của phần tử f r ee-wee-whheelieelinng (phụcg (phục hhồi)ồi)

o Xác định quá trình quá độ của dòng Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tải điện cảm.điện theo tải điện cảm.

o Xác định quá trình quá độ của dòng Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tần số xung.điện theo tần số xung.

Phân Phân tích các ttích các thành hành phần phần điện áp AC điện áp AC và và DC, DC, dòng điện, công dòng điện, công ssuấuất.

o Phân tích quá trình quá độ của Phân tích quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.dòng điện và điện áp.

o Xác định hệ số định dạng.Xác định hệ số định dạng.

o Hoàn tất biểu đồ vector công suất.Hoàn tất biểu đồ vector công suất.

Phân tích điều khiển bánPhân tích điều khiển bán dẫndẫn

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn vPhân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải điện trở.ới tải điện trở.

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn vPhân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L.ới tải R-L.

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L ở tần số xungPhân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L ở tần số xung cao

Hoạt động ở nhiều góc phần ttư Quá

Quá trìnhtrình quá độ của điện áp và dòng điện đầuquá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ điều bộ điều khiển khiển băm băm xxunungg

o Ghi quá trình quá độ của Ghi quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra vđiện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp.ới tải hỗn hợp.

o Ghi đáp ứn của điện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp và điện ápGhi đáp ứn của điện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp và điện áp ngược. ngược

o Xác định giá trị đỉnh-đỉnh của dòng điện.Xác định giá trị đỉnh-đỉnh của dòng điện.

Ghi lại các đặc tính điềuGhi lại các đặc tính điều khkhiểiểnn

o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.ở tần số xung thấp.

o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.ở tần số xung cao.

Trang 4

TN

Phân Phân tích các ttích các thành hành phần phần điện áp AC điện áp AC và và DC, DC, dòng điện, công dòng điện, công ssuấuấtt

o Phân tích quá trình quá độ của dòng điện vPhân tích quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.à điện áp.

o Xác định hệ số biến đổi

Phân tích điều khiển bánPhân tích điều khiển bán dẫndẫn

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L và điện áp đầu radương

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L và điện áp đầu raâm

o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L ở tần số xungcao

2 Giới thiệu lý tthu huyyếếtt

Các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động được sử dụng như các bộ điều khiển bămxung DC và các bộ biến đổi trung gian Các bộ biến đổi này thường được sử dụngtrong truyền động điện DC và ba pha, cũng như trong các khối cấp nguồn dự phòngkhẩn cấp Các bộ nghịch lưu chuyển mạch tự động được cấu trúc bởi transistor,thyristor, nó có đặc trưng là các chuyển mạch bán dẫn có thể được mở hoặc khoá ở bất kì

bất kì thời điểm nào thời điểm nào Do đó, Do đó, xung điện xung điện áp một áp một chiều DC, gchiều DC, giá trị điện iá trị điện áp DC trung bìnháp DC trung bình

Um2 trên tải có thể được là phẳng ( hình 1)

Hình 1: Điện áp và dòng điện trên tải Hình 1: Điện áp và dòng điện trên tải R-LR-L

Trang 5

• Transistor hiệu ứng trường MOSFET

• Transistor lưỡng cực có cực cửa Transistor lưỡng cực có cực cửa cách ly IGBTcách ly IGBT

• GTO, Thyristor, diodeĐối với các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động: Các bộ biến đổi DC và nghịch lưulàm các nhiệm vụ sau:

Hình 2: Các kiểu cơ bản Hình 2: Các kiểu cơ bản của bộ biến đổi tĩnhcủa bộ biến đổi tĩnh

Tuỳ thuộc vào dòng chảy năng lượng, mà quá trình chuyển đổi có thể diễn ra giữa hệthống một chiều DC và hệ thống xoay chiều AC

Ở trong các bài thực hành đi kèm tài liệu này thì các mạch điều khiển băm xung DC

sẽ được nghiên cứu Các mạch thông thường của bộ điều khiển băm xung DC là kếthợp của IGBT đơn (hình 3) và 4 IGBT (hình 4) Gồm có phần nguồn DC đầu vào và phần

phần thực thực hiện hiện nhiệm nhiệm vụ vụ chuyển chuyển đổi đổi ngunguồn ồn DC DC ( ( chuyển chuyển đổi đổi điện điện áp áp DC DC cố cố địnhđịnhthành điện áp một chiều DC thay đổi theo thời gian)

Trang 6

TN

Hình 3: Bộ điều khiển xung áp DC Hình 3: Bộ điều khiển xung áp DC ( một góc phần tư )( một góc phần tư )

Hình 4: Bộ điều khiển băm xung 4 góc phần tư ( 4 IGBT )Các phương pháp sau thường được sử

Các phương pháp sau thường được sử dụng để thay đổi điện áp một chiều DC:dụng để thay đổi điện áp một chiều DC:

• Điều chế độ rộng xung ( Điều chế độ rộng xung ( chu kì T không đổi, độ rộng xung Tchu kì T không đổi, độ rộng xung TE thay đổi )

• Điều khiển tần số xung (độ rộng xung TE không đổi, tần số hoặc chu kì Tthay đổi )

• Điều khiển Điều khiển dòng điện dòng điện hai vị trí hai vị trí ( giữ kh( giữ khoảng cách oảng cách đỉnh-đỉnh dòđỉnh-đỉnh dòng điện ng điện khôngkhôngđổi )

Trang 7

TN

77

Các bộ biến đổi tĩnh chuyển

Các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động hiện đại thường được điều khiển bởi phmạch tự động hiện đại thường được điều khiển bởi phươngương pháp điều chế độ

pháp điều chế độ rộng xung ( rộng xung ( pulse width modulation - PWM), dễ pulse width modulation - PWM), dễ dàng tạo ra dàng tạo ra các các mẫumẫuxung khác nhau Điện áp ở trên mạch tải, tương ứng với hình 3, được xác định bởi biểu thức sau:

Hoạt động ở 1 góc phần tư:

󰁕󰁕  = =  

 󰃗 󰃗   = =   󰃗 󰃗   󰃗󰃗   (1(1)) Hoạt động ở 4 góc phần tư:

󰁕󰁕  = =  22  −−11󰃗󰃗   ==  22   󰃗 󰃗   − − 11󰃗 (2) 󰃗 (2)

Tỷ số TE/T được gọi là hệ số điền xung, nó có giá trị nằm trong dải từ 0÷1 và cũng cóthể được biểu diễn dưới dạng phần trăm

Với tải cố định, quá trình tăng và giảm của dòng điện được đặc trưng bởi quy luật hàm

mũ Tuy nhiên, nếu quá trình là phẳng được thực hiện hoặc tần số xung caohơn, thì sau đó dòng điện s

hơn, thì sau đó dòng điện sẽ có dạng tam giác (hình 1) Khoảng cách đỉnh-đỉnh củaẽ có dạng tam giác (hình 1) Khoảng cách đỉnh-đỉnh củadòng điện, ∆i

dòng điện, ∆i có thể được tính theo biểu thức 3:có thể được tính theo biểu thức 3:

α = 1 đối với hoạt động ở 4 góc phần tưđối với hoạt động ở 4 góc phần tư

Mạch 4 IGBT (hình 4) cho phép điện áp, dòng điện, cũng như dòng chảy của nănglượng theo hai hướng Công suất được nhận từ nguồn và được tiêu thụ bởi tải trongtrường hợp tổn hao trên tải b

trường hợp tổn hao trên tải bằng 0, được tính bởi:ằng 0, được tính bởi:

Đối với hoạt động ở 1 góc phĐối với hoạt động ở 1 góc phần tưần tư

 =

 =   󰃗󰃗  󰃗 󰃗  

 (4)

Trang 8

TN

Đối với hoạt động ở 4 góc phần Đối với hoạt động ở 4 góc phần tưtư

 =

 =   󰃗󰃗   󰃗 󰃗 22  

 −−11 (()) Cấu trúc bộ biến đổi

Cấu trúc bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động ở tĩnh chuyển mạch tự động ở trong hình 5, có bổ xung thêm chuyểntrong hình 5, có bổ xung thêm chuyểnđổi DC và đảo chiều Vấn đề cần quan tâm ở đây là bộ biến đổi tĩnh 4- IGBT đượcnối với tải R-L, năng lượng có thể được nhận từ nguồn thông qua bộ biến đổi tĩnhhoặc được trả ngược trở lại nguồn lưới

Các chế độ hoạt động của mạch điều khiển băm xung DC, các đặc trưng của nó đượcnghiên cứu đầy đủ thông qua các IGBT và diode

• Hoạt động ở một góc phần tư với tảiHoạt động ở một góc phần tư với tải R R LL Thiết kế bộ điều khiển

Thiết kế bộ điều khiển một góc phần tư được biểu diễn ở trong hình 5một góc phần tư được biểu diễn ở trong hình 5

Hình 5: Bộ điều khiển băm xung- hoạt động Hình 5: Bộ điều khiển băm xung- hoạt động một góc phần tư với tải R-Lmột góc phần tư với tải R-L

Ở trong góc phần tư thứ nhất, bộ điều khiển chỉ cho phép dòng năng lượng chảy quatải khi cả điện áp và dòng điện là dương Ở trạng thái khoá, năng lượng chảy quađường free-wheeling (phục hồi) nhờ D2

• Hoạt động nhiều góc phần tư với tải R-L

Ở trong góc phần tư thứ nhất đối với công suất dương, dòng năng lượng chảy quatải xuất hiện theo đường kết hợp của V4 và V1 ( hình 6) hoặc V2 và V3 Quá trìnhđảo chiều theo hướng năng lượng là không thể thực hiện khi cả dòng điện và điện ápcùng đảo chiều ( vì vẫn tạo ra công suất dương) Ở trong góc phần tư thứ nhất, quátrình free-wheeling (phục hồi) được thực hiện theo đường V1,D3 và V4,D2; còn ở

Trang 9

Nếu mạch mạch tải tải có có chứa chứa nguồn nguồn năng năng lượng lượng ( ( như như ắc ắc quy quy hoặc hoặc khi khi động động cơ cơ đượcđược phanh),

phanh), thì thì có có thể thể xuất xuất hiện hiện dòng dòng ngược ngược chạy chạy theo theo đường đường D1,D4 D1,D4 ( ( hoạt hoạt động động ở ở gócgóc phần tư

phần tư thứ hai thứ hai ) hoặc ) hoặc D2,D3 (ở D2,D3 (ở góc phần tgóc phần tư thứ ư thứ 4), và 4), và năng lượng năng lượng được trả được trả lại nguồn.lại nguồn. Năng lượng này cũng ch

Năng lượng này cũng chỉ có thể ỉ có thể xuất hiện với điện xuất hiện với điện áp nhỏ nếu áp nhỏ nếu cuộn cảm làm nhiệm vụcuộn cảm làm nhiệm vụtích trữ năng lượng trung gian Bằng cách đổi chiều điều khiển ( V1,D3 hoặc V2,D4 ),năng lượng trả về có thể xuất hiện theo đường D1,D4 bởi năng lượng được tích trữ trêncuộn cảm Ở trong góc phần tư thứ 4, năng lượng trả về có thể xuất hiện theo đườngD3,D2 bằng cách đảo điều khiển ( V3, D1 hoặc D2,V4)

Trang 10

phần tư tư ( ( mạch mạch IGBT IGBT đơn đơn ) ) Năng Năng lượng lượng trả trả về về không không thể thể xuất hiện ở xuất hiện ở trong mạchtrong mạchnày.

Các bài thựcCác bài thực hànhhànha.Quá

a.Quá trìnhtrình quá độ dòng điện và điện ápquá độ dòng điện và điện áp ra của bộ điều khiểncủa bộ điều khiển bă bămm xung Dxung DCC

Ghi lại quá trình quá độ của dòng điện và điện áp với tải điện trở

Ghi lại quá trình quá độ của dòng điện và điện áp với tải hỗn hợp

b.Ghi

b.Ghi các đặc các đặc tính tính điềuđiều khkhiểiểnn

Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L

Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.ở tần số xung thấp

Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L

Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.ở tần số xung cao

c.Phân tích ảnh hưởng f r ee-wee-whheelieelinng ( hồi ngược )g ( hồi ngược )

Xác định quá trình quá độ của dòng

Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tải cảm.điện theo tải cảm

Xác định quá trình quá độ của dòng Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tần số xung.điện theo tần số xung

d.Phân

d.Phân tích các tích các thành thành phần phần điện áp AC điện áp AC và Dvà DC, dC, dòng điện và òng điện và côcônng sg suấuấtt

Phân tích các quá trình quá độ củ

Phân tích các quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.a dòng điện và điện áp

Xác định hệ số biến đổi

Hoàn tất biểu đồ vector công suất

e Phân tích điều khiển bán

e Phân tích điều khiển bán dẫndẫn

Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn v

Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải điện trở.ới tải điện trở

Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn vPhân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải R-L.ới tải R-L

Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải R-L ở tần số xung cao

Trang 11

xung DC ở trong một góc phần tư, với các tải khác nhau.tư, với các tải khác nhau.

o Nhận thấy Nhận thấy rằng điện áp trung bình có rằng điện áp trung bình có thể được là phẳng.thể được là phẳng.

o Hiểu được cuộn cảm góp phần là phẳng dòng điệnHiểu được cuộn cảm góp phần là phẳng dòng điện

• Các bài thựcCác bài thực hànhhành

o Ghi lại quá trình quá độ Ghi lại quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra với tải đdòng điện và điện áp ra với tải điện trở.iện trở.

o Ghi lại quá trình quá độ Ghi lại quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra với tải hỗdòng điện và điện áp ra với tải hỗn hợp.n hợp.

• Tiến hành thíTiến hành thí nngghhiệiệmm Lắp ráp mạch như hình 1.1.6 và kết nối toàn bộ với các thiết bị, tải R=810Ω với

bộ đ

bộ điều iều khiển khiển một góc một góc phần phần tư, tư, bật biến bật biến áp áp cách cách ly Thiết ly Thiết đặt đặt khối khối điều điều khiển đakhiển đanăng về RS232 và kết nối bộ điều khiển băm xung DC theo đường PC Quá trìnhđiều chế xung thực hiện ở

điều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz.tần số thấp 112Hz

o Giá trị trung bình của điện áp ra: Um2

o Giá trị trung bình của dòng điện ra: Giá trị trung bình của dòng điện ra: IIm2

Trang 12

TN

Hình 1.1.1: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp Hình 1.1.1: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DCmột góc phần tư, hệ số đmột góc phần tư, hệ số điền xung 25%iền xung 25%của bộ điều khiển băm xung DC

Hình 1.1.2: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ Hình 1.1.2: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DC, hệđiều khiển băm xung DC, hệ

số điền xung 50%

Trang 13

TN

Hình 1.1.3: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ Hình 1.1.3: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DC,điều khiển băm xung DC,

hệ số điền xung 75%

Phân tích dáng điệu sóng dòng điện I22 và điện áp U22 ra :Khi IGBT lật trạng thái (mở), điện áp nguồn được cấp tới đầu ra trong khoảngthời gian TE, còn khi IGBT khoá thì điện áp đầu ra trên tải bằng 0 Điện áp đầu r aa tảitải

U22 có dạng sóng chữ nhật Dáng điệu sóng của dòng điện đầu ra có dcó dạng sóng chữ nhật Dáng điệu sóng của dòng điện đầu ra có dạạng tươngng tương

Trang 14

xung 50%, sử dụng tần số xung 112Hz và 1800Hz.1800Hz.

Lắp ráp mạch như trong hình 1.1.6

Hình1.1.4: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung ình1.1.4: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DC, hệ sốDC, hệ số

điền xung 50%, tải hỗn hợp 810Ω/1.2H, f = 112Hz

Trang 15

TN

Hình 1.1.5: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ

Hình 1.1.5: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ băm xung DC một góc phầnbăm xung DC một góc phần

tư, tải 810Ω/1.2H, tần số xung 1800Hz

Phân tích dáng điệu sóng dòng điện I22 và điện áp U22 ra chỉ khi IGBT được mở thì điện

áp nguồn được cấp tới đầu ra ( trong khoảng thờ i gian TE ), do đó tạo ra điện áp U22dạng xung chữ nhật, dòng điện đầu ra I22 không có dạng tương tự điện áp U22 Do tácđộng của năng lượng tích trữ trong cuộn cảm trong suốt khoảng thời gian TE, làm chodòng điện I22 bị bị trễ, trễ, và trong và trong khoảng thkhoảng thờ i gian i gian khoá dòng điện Ikhoá dòng điện I22 cũng bị tr ễ

Ảnh hưởng của tần số xung đối với quá Ảnh hưởng của tần số xung đối với quá trình quá độ của dòng điện và điện áp ?trình quá độ của dòng điện và điện áp ?Hai dáng điệu điện áp là tương đồng nhau Tại tần số cao hơn, quá trình quá độtăng lên của điện áp trong phép đo sẽ bị giới hạn Ở tần số xung cao hơn, thì dòngđiện có dạng tuyến tính ở trong cả hai khoảng thời gian mở và khoá của chuyểnmạch

Tính giá trị trung bình của điện áp DC, Um2 và so sánh kết quả với các giá trị đođược đối với tải điện trở:

Điện áp trung bình DC được tính theo biểu thĐiện áp trung bình DC được tính theo biểu thức (1):ức (1):

   =     = =  󰃗  󰃗   = =  (V)

Trang 16

TN

TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTửGiá trị trung bình của điện áp DC là không bị ảnh hưởng bởi tải hỗn hợp hoặc tần sốxung

So sánh với kết quả đo

So sánh với kết quả đo được?được?

Giá trị trung bình của dòng điện đo được là như nhau đối với các tần số khác nh

Giá trị trung bình của dòng điện đo được là như nhau đối với các tần số khác nhaau, hayu, haynói cách

nói cách khác chúng không khác chúng không phụ thuộc vào tần sốphụ thuộc vào tần số Tuy nhiên, chúng lại nhỏ hơ n mộtchút so với các giá trị tính toán Sự sai khác đó là do có thêm điện trở củ

chút so với các giá trị tính toán Sự sai khác đó là do có thêm điện trở củaa cuộncuộncảm, sai số điện trở tải

cảm, sai số điện trở tải và điện trở DC của dây tóc bóng đèn.và điện trở DC của dây tóc bóng đèn.

• Cài đặt thíCài đặt thí nngghhiệiệmm

Hình 1.1.6 Hình 1.1.6 Mạch phục vụ cMạch phục vụ cho nghiên cứu quá trìnho nghiên cứu quá trình quá độ dòng điệh quá độ dòng điện và điện áp,n và điện áp,

Trang 17

TN

hoạt động ở một góc phần tư, vhoạt động ở một góc phần tư, với tải hỗn hợp.ới tải hỗn hợp

b.Ghi lại các đặc tính điều khiiể ể n

• Mục đích thíMục đích thí nngghhiệiệmm Hoàn thành bài thực hành này, sinh viên có thể:

o Nhận thấy giá trị trung bình Nhận thấy giá trị trung bình của điện áp DC có của điện áp DC có thể thay đổi theo hệ sốthể thay đổi theo hệ sốđiền xung

o Hiểu được mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp Hiểu được mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp ra và hệ số điền xung.ra và hệ số điền xung.

o Nhận thấy đối với tải Nhận thấy đối với tải hỗn hợp và thỗn hợp và tần số xung không có ần số xung không có ảnh hưởng đốiảnh hưởng đối với đặc tính đi

với đặc tính điều khiển.ều khiển

o Ghi lại đặc tính điều khiển với tải Ghi lại đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.R-L ở tần số xung thấp.

o Ghi lại đặc tính điều khiển với tải Ghi lại đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.R-L ở tần số xung cao.

• Tiến hành thíTiến hành thí nngghhiệiệmm Lắp ráp mạch như hình 1.2.3 và kết nối toàn bộ các thiết bị,tải R=810Ω với bộđiều khiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đanăng về RS232 và kết nối bộ điều khiển băm xung DC theo đường PC ( PWM,tần số 112Hz ) Quá trình đi

tần số 112Hz ) Quá trình điều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112ều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz.Hz

Chú ý: Sử dụng các cài đặt sChú ý: Sử dụng các cài đặt sauau::

nên được thực hiện với độ rộng bước khoảng 2%.bước khoảng 2%

Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung tthấp.hấp.

Ghi đặc tính điều khiển ( giá trị trung bình của điện áp DC theo hệ

Ghi đặc tính điều khiển ( giá trị trung bình của điện áp DC theo hệ số điền xung ) với tảisố điền xung ) với tảiR-L và tần số xung 112

R-L và tần số xung 112Hz.Hz

Trang 18

TN

Hình 1.2.1: Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển băm xung DC

Hình 1.2.1: Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển băm xung DC một góc phầnmột góc phần

tư, tải hỗn h

tư, tải hỗn hợp 810Ω/1.2H, tần số xung 112Hzợp 810Ω/1.2H, tần số xung 112Hz

Kết luận

Kết luận gì về gì về dải điều dải điều khiển?khiển?

Giá trị trung bình của điện áp DC, Um2 có thể thay đổi từ 0 tới giá trị điện áp DCđầu

đầu vào, U (hệ số điền xung 100%) Đặc tính là vào, U (hệ số điền xung 100%) Đặc tính là tuyến tuyến tính!tính!

Đưa ra biểu thức toán họ

Đưa ra biểu thức toán học cho đặc tính của mạch IGBT đơnc cho đặc tính của mạch IGBT đơn

  = =   󰃗󰃗  =   =  (())

• Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cGhi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung caao.o

Ghi đặc tính điều khiển ( giá trị điện áp DC trung bình theo hệ số điền xung ) với tảiR-L và tần số xung 1800Hz

Trang 19

TN

Hình 1.2.2: Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển băm xung DC một góc phần tư,

tải hỗn hợp tải hỗn hợp 810Ω/1.2H, 810Ω/1.2H, tần số 1800Hz.tần số 1800Hz

Kết luận gì về dải điều kh

Kết luận gì về dải điều khiển?iển?

Giá trị điện áp DC trung bình, Um2 có thể được thay đổi từ 0 tới giá trị điện áp DCđầu

đầu vào, U ( hệ số vào, U ( hệ số điền xung điền xung 100% ) Đặc 100% ) Đặc tính điều khiển tính điều khiển là là tuyến tuyến tính.tính

Biểu thức toán học cho đặc tính của mạch IGBT đBiểu thức toán học cho đặc tính của mạch IGBT đơn:ơn:

  ==  

So sánh các đặc tính ghi đ

So sánh các đặc tính ghi được và đánh giá các kết quả?ược và đánh giá các kết quả?

Các đặc tính là tương đồng nhau Đặc tính điều khiển không phụ thuộc vào tần sốxung, m

xung, mà chỉ phụ à chỉ phụ thuộc vào hệ số thuộc vào hệ số điền xung.điền xung

Hệ số điền xung là tỷ số giữa thời gian mở chuyển mạch trên toàn chu kì chuyểnmạch

Trang 20

c Phân tích ảnh hưởng của phần tử

c Phân tích ảnh hưởng của phần tử f f r ee-wheelin g

• Mục đích thíMục đích thí nngghhiệiệmm Hoàn thành bài thực hành này, sinh viên có thể:

o Nhận Nhận thấy thấy cuộn cuộn cảm cảm có có tham tham gia gia vào vào quá quá trình trình free-wheeling( free-wheeling( quáquátrình phục hồi )

o Hiểu được ảnh hưởng của cuộn cảm đối với giá trị đỉnh-đỉnh của dòngđiện, cũng như ảnh hưởng tới quá trình là

điện, cũng như ảnh hưởng tới quá trình là phẳng.phẳng

o Nhận Nhận thấy ở thấy ở tần tần số số xung xung cao cao hơn, hơn, thì thì cuộn cuộn cảm sử cảm sử dụng dụng sẽ sẽ có có giá giá trị nhỏtrị nhỏhơn

o Xác định quá trình quá độ dòng điện thXác định quá trình quá độ dòng điện theo tải điện cảm.eo tải điện cảm.

o Xác định quá trình quá độ dòng điện thXác định quá trình quá độ dòng điện theo tần số xung.eo tần số xung.

Trang 21

TN

• Tiến hành thíTiến hành thí nngghhiệiệmm Lắp ráp mạch như hình 1.3.5 và kết nối toàn bộ các thiết bị, tải R=810Ω với bộ điềukhiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đa năng vềRS232 và kết nối bộ điều khiển băm xung DC theo đường PC(PWM,tần số 112Hz ).Quá trình điều chế xung thực hiện ở tần s

Quá trình điều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz.ố thấp 112Hz

Hệ số điền xung 50%, tần số xung 112Hz, R=810Ω, L=0.3Hố xung 112Hz, R=810Ω, L=0.3H

Hình 1.3.1: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện, f = Hình 1.3.1: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện, f = 112 Hz, R=810Ω, L =0.3 H112 Hz, R=810Ω, L =0.3 H

Đánh giá dáng điệu sóng dòng điện?

Khi IGBT được mở, thì dòng điện được tăng lên theo hàm số mũ, còn khi IGBTkhoá, quá trình suy giảm của dòng điện cũng theo hàm mũ được thực hiện thông quađiốt và IGBT Giữa hai trạng thái này có tồn tại giá trị lớn nhất tĩnh, còn gọi là đỉnhdòng điện ( biên độ ) Quá trình quá

dòng điện ( biên độ ) Quá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào tđộ theo thời gian phụ thuộc vào tảải.i

Trang 22

TN

TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTửSau bao lâu thì dòng điện đạt được

Sau bao lâu thì dòng điện đạt được trạng thái tĩnh lớn nhất ?trạng thái tĩnh lớn nhất ?

Do tải chỉ gồm các thành phần R và L, nên dòng điện đạt được 95% giá trị tĩnh lớ nnnhất của nó sau khoảng thời gi

nhất của nó sau khoảng thời giaann::

 =

 = 3  3   = 3   = 3    = 

So sánh kết quả này với

So sánh kết quả này với các phép đocác phép đo

Ở tần số 112Hz, chu kì sấp xỉ 9ms Thời gian mở chuyển mạch là 50% ( hệ số điềnxung 50% ), do đó

xung 50% ), do đó thời gian thời gian mở mở chuyển mchuyển mạch là ạch là sấp sấp xỉ 4.5ms xỉ 4.5ms Sau khoảng 1ms, thì đạtSau khoảng 1ms, thì đạtđược 95% giá trị lớn nhất của

được 95% giá trị lớn nhất của dòng điện dòng điện Các kết quả là rất Các kết quả là rất tương đồng với lý thuyết.tương đồng với lý thuyết.Xác định khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện?

Trang 23

TN

TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTửĐánh giá dáng điệu sóng của dòng điện?

Khi IGBT được mở, dòng điện tăng lên theo hàm mũ, còn khi IGBT khoá thì qu

Khi IGBT được mở, dòng điện tăng lên theo hàm mũ, còn khi IGBT khoá thì quáátrình suy giảm của dòng điện cũng giảm theo hàm mũ thông qua điốt và IGBT.Giữa hai trạng thái này, không có giá trị tĩnh lớn nhất Quá trình quá độ theo thờ iigian phụ thuộc vào tải, và trong trường hợp này thì giá trị cảm kháng của cuộn

cảm là lớn hơ n

Tại sao dòng điện lại không đạt

Tại sao dòng điện lại không đạt được giá trị tĩnh lớn nhất ?được giá trị tĩnh lớn nhất ?

So sánh kết quả này với

So sánh kết quả này với giá trị đo được?giá trị đo được?

Ở tần số 112Hz, chu kì sấp xỉ 9ms Thời gian mở chuyển mạch là 50% của chu kì (

hệ số điền xung 50% ) Do đó, thời gian mở chuyển mạch sấp xỉ 4.5ms Các kết quả

là rất tương đồng

Xác định khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện?

Từ hình 1.3.2, khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện là ∆i =225mA, mặc dù cuộn cảm cógiá

giá trị trị lớn hơn, nhưng khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện chỉ giảm không lớn hơn, nhưng khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện chỉ giảm không đáng kđáng kể.ể

So sánh các giá trị

So sánh các giá trị trung bình của dòng điện, Itrung bình của dòng điện, Im2 m2

Các giá trị trung bình dòng điện DC là tương đồng

• Xác định quáXác định quá trìnhtrình quá độ dòng điện theo tần số xquá độ dòng điện theo tần số xununggHiển thị các biến số đầu ra, điện áp và dòng điện, và các giá trị trung bình tươngứng sử dụng các tham số: Hệ số điền xung 50%, tần số xung 1800Hz, R=810Ω,L=0.3H

Trang 24

TN

Hình 1.3.3: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện f = 1800 Hz, R=

Hình 1.3.3: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện f = 1800 Hz, R=810Ω, L =0.3 H810Ω, L =0.3 H

Đánh giá dáng điệu sóng dòng điện:

Khi IGBT mở, dòng điện tăng theo hàm mũ; còn khi IGBT khoá, quá trình suy giảmdòng điện theo hàm mũ thông qua điốt và IGBT Giữa hai trạng thái này, không đạtđược giá trị tĩnh lớn nhất Quá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào t

được giá trị tĩnh lớn nhất Quá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào tảải Đườngi Đườngđặc

đặc tính của dòng điện là tính của dòng điện là tuyến tuyến tính htính hơ n

Sau bao lâu dòng điện đạt được tr

Sau bao lâu dòng điện đạt được trạng thái tĩnh lớn nhất ?ạng thái tĩnh lớn nhất ?

Do tải chỉ gồm hai thành phần R và L, nên dòng điện đạt 95% giá trị tĩnh lớn nhất saukhoảng thời gian:

Xác định khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện:ỉnh-đỉnh dòng điện:

Từ hình 1.3.3, khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện là ∆i=120mA Với cùng giá trị

điện cảm, thì tần số xung càng cao thì càng làm giảm hoặc khoảng cách đỉnh củ

điện cảm, thì tần số xung càng cao thì càng làm giảm hoặc khoảng cách đỉnh củaadòng điện

Kiểm tra giá trị thông qua quá

Kiểm tra giá trị thông qua quá trình tính toántrình tính toánKhoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3), đối với các đo

Khoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3), đối với các đo ạạnncong của hàm mũ có thể được sấp xỉ bởi các đoạn

cong của hàm mũ có thể được sấp xỉ bởi các đoạn ththẳẳng.ng

Trang 25

Đánh giá dáng điệu sóng dòng điện?

Khi IGBT mở, dòng điện tăng theo hàm mũ nhưng đoạn cong này có thể

đượ c tuyến tính hoá Đồng thời, dòng điện cũng giảm theo hàm mũ thông quađiốt khi IGBT khoá Giữa hai trạng thái này, không đạt được giá trị tĩnhlớn nhất Qu

lớn nhất Quáá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào tải Đường đặc tínhtrình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào tải Đường đặc tínhcủa dòng điện l

của dòng điện làà tuyến tính htuyến tính hơ n

Xác định khoảng cách đXác định khoảng cách đỉnh-đỉnh?ỉnh-đỉnh?

Từ hình 1.3.4, khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện là ∆i=30mA Ở tần số xung c

Từ hình 1.3.4, khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện là ∆i=30mA Ở tần số xung cààngngcao, thì càng làm giảm khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện và hiệu quả là ph

cao, thì càng làm giảm khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện và hiệu quả là ph ẳẳngngdòng điện được tăng lên

Kiểm tra giá trị bởi quá Kiểm tra giá trị bởi quá trình tính toántrình tính toánKhoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3), sử dụng các đo

Khoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3), sử dụng các đoạạnnthẳng ở trên hàm mũ:

∆

 󰃗 󰃗   󰃗󰃗 11−−    =  =   (mA)

Trang 26

TN

• Cài đặt thíCài đặt thí nngghhiệiệmm

Hình 1.3.5: Mạch thí nghiệm phục vụ nghiên cứu các ảnh hưởng của tải điện cảm v

Hình 1.3.5: Mạch thí nghiệm phục vụ nghiên cứu các ảnh hưởng của tải điện cảm vàà

tần số xung

d Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện

d Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện vvà công công s suấ t

• Mục đích thí nghiệm:

Sinh viên có thể nhận ra các quy luật xếp chồng của các thành phần DC và AC.Các nghiên cứu này được xây dựng từ các nguyên lý của nghịch lưu AC được sửdụng với các truyền động ba pha

• Các bài thựcCác bài thực hànhhành::

o Phân tích quá trình quá độ dòng điện và điPhân tích quá trình quá độ dòng điện và điện áp.ện áp.

o Xác định hệ số biến đổi.Xác định hệ số biến đổi.

Trang 27

TN

• Tiến hành thíTiến hành thí nngghhiệiệmm Lắp ráp mạch như hình 1.4.9 và kết nối toàn bộ các thiết bị,tải R=810Ω với bộđiều khiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đanăng về RS232 và kết nối bộ điều khiển băm xung DC theo đường PC ( PWM,tần số 112Hz ) Quá trình đi

tần số 112Hz ) Quá trình điều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz.ều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz

• Phân tích các dáng điệu sóng dòng điện và điệnPhân tích các dáng điệu sóng dòng điện và điện ápáp

Đo các biến số sau theo hệ

Đo các biến số sau theo hệ số điền xung với tải điện trởsố điền xung với tải điện trở

o Giá trị trung bình của điện áp DC: Giá trị trung bình của điện áp DC: UUm2 m2

o Thành phần AC của điện áp DC: U

ac2

o Điện áp DC đầu ra: U22

o Giá trị trung bình của dòng điện DC: Im2 m2

o Dòng điện DC: I22

o Thành phần AC của dòng điện DC: Iac2

Hình 1.4.1: Các thành phần DC và AC đầu rHình 1.4.1: Các thành phần DC và AC đầu ra, R=810Ω, f=112Hza, R=810Ω, f=112Hz

Trang 28

TN TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTử

Phân tích và trình bày sự pPhân tích và trình bày sự phụ thuộc của các biến số hụ thuộc của các biến số ra vào hệ số điền xung:ra vào hệ số điền xung:

o Các giá trị trung bình của dòng điện vCác giá trị trung bình của dòng điện và điện áp DC:à điện áp DC:

Theo định luật Ohm ta có dòng điện trung

Theo định luật Ohm ta có dòng điện trung bình đầubình đầu r aa::

  = =   󰃗󰃗  

o Thành phần AC của điện áp DC Thành phần AC của điện áp DC (U(Uac2) và dòng điện DC (Iac2):

Đối với trường hợp giới hạn TE/T = 0, thì các điện áp U22, Uac2 và Um2 llàà bằng 0, do bằng 0, do

bộ điều khiển

bộ điều khiển xung xung bị khoá.bị khoá

Đối với trường hợp giới hạn TE/T = 1, điện áp Um2 là bằng điện áp U22, do bộ điềukhiển xu

khiển xung dẫn ng dẫn liên tục.liên tục

Còn trường hợp TE/T = 0.5 thì tạo ra giá trị trung gian Um2 = = UUaac2 c2

Do mối liên hệ tỉ lệ giữa dòng điện và điện áp, nên các giá trị dòng điện thu đượccũng có dạng tương tự như trong các

cũng có dạng tương tự như trong các trường hợp ở ttrường hợp ở tr ên

Mối liên hệ toán học được đưa ra đối với các giá trị trung bình và giá trị hiệu dụngcủa các biến số đầu ra như sau ::

Trang 29

TN TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTử

Các thành phần ACsẽ có giá sẽ có giá trị trị lớn nhất ở hệ số đilớn nhất ở hệ số điền xung ền xung 50%.50%

• Xác định hệ số địnhXác định hệ số định dạndạngg

Đo các biến số sau theo hệ

Đo các biến số sau theo hệ số điền xung, với tải điện trở:số điền xung, với tải điện trở:

Đối với trường hợp giới hạn TE/T = 0, hệ số định dạng là vô cùng

Đối với trường hợp giới hạn TE/T = 1, hệ /T = 1, hệ số định dạng bằng 1.số định dạng bằng 1

Hệ số định dạng được định nghĩa như s

Hệ số định dạng được định nghĩa như saauu::

 = =    

Trang 30

TN

TN Chuyển Chuyển Mạch Mạch Tự Tự Động Động Phòng Phòng TN TN Điện-Điện Điện-Điện TửTửBiểu thức trên được tính đối với tải điện trở thuần tuý, hệ số định dạng chỉ phụ thuộcvào hệ số điền xung

  = =   ∶ ∶   → → ∞∞

  = =     → → 11 Kết

Kết quả này dễ dànquả này dễ dàng đạt đg đạt được từ ược từ các phép đo các phép đo trong hình 1.4.2 trong hình 1.4.2 bởi quá trình chia Ibởi quá trình chia I22

cho Im2

Trang 31

TN

• Hoàn tất biểu đồ vecttoor công s công suấuấtt

Đo thành phần công suất DC ( Pdc2) và thành phần AC (Pac2) của công suất thực.Thực hiện phép đo trong chế độ biểu đồ vector với tải và các tham số điều khiển sau:R=810Ω, f=112Hz, hệ số điền xung TE/T = 0.5

Hình 1.4.3: Các vector công suất, hệ số điền xung 50Hình 1.4.3: Các vector công suất, hệ số điền xung 50%, R = 810Ω, f=112Hz%, R = 810Ω, f=112HzTính các thành phần DC và AC của công suất và so sánh với các phép đo đã thựchiện?

Trang 32

  = =   󰃗󰃗   = =    󰃗󰃗  

 󰃗󰃗((11−−  

 )) Tính các thành phần công suất, Pdc2 và và PPac2 đối với hệ số điền xung 50% và so sánhcác kết quả ?

  = ( = ())

  = ( = ()) Tính công suất thực đầu ra

Tính công suất thực đầu ra ở hệ số điền xung 50% vở hệ số điền xung 50% và so sánh kết quả phép đo ?à so sánh kết quả phép đo ?Công suất đầu ra được cho bở ii::

P22 = Pac2 + Pdc2 = = ……… ……… (W)(W) Các giá

Các giá trị tính được và đo được gần như là trị tính được và đo được gần như là tương đồng với tương đồng với nhnhaau.u

Vẽ các vector công suất, đề

Vẽ các vector công suất, đề cập tới thành phần DC của công suất thực Pcập tới thành phần DC của công suất thực Pdc2

Trang 33

TN

Hình 1.4.4: Các vector công suất, hệ số điền xung 50Hình 1.4.4: Các vector công suất, hệ số điền xung 50%, R = 810Ω, f=112Hz%, R = 810Ω, f=112Hz

Các kết luận có thể đưa ra là gì ?Công suất thực đầu ra P22 gồm thành phần AC là Pac2 và thành phần DC lvà thành phần DC làà PPdc2 Cácthành phần

thành phần này được cộng với này được cộng với nhnhaau.u.

Đo công suất thực P22 với các thành phần Pac2 và Pdc2 theo hệ số điền xungThực hiện các phép đo của b

Thực hiện các phép đo của bạn với các giá trị sau của tải : ạn với các giá trị sau của tải : R= 810Ω, L = 0 H, f R= 810Ω, L = 0 H, f =112Hz.=112Hz

Tiêu đề	Bài 2 Các Bộ Biến Đổi Tĩnh Chuyển Mạch Tự Động
Trường học	Phòng TN Điện-Điện Tử
Chuyên ngành	Chuyển Mạch Tự Động
Thể loại	thực hành

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	1,75 MB