Tổng quan bài thực h à nh Truyền động một góc phần t ư Quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ điều khiển băm xung D C o Ghi lại quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầ
Trang 1a.Quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra của bộ điều
khiển băm xung DC
Trang 2c.Phân tích các thành phần AC và DC của điện áp, dòng
điện và công suấ t
56
d.Phân tích quá trình điều khiển bán d ẫ n
66
1
Trang 3Phân 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 biết được trình tự quá trình chuyển mạch và điều khiển các thyristor ở trong các mạch điều khiển băm xung DC.
• Phân tích các quá trình quá độ của
dòng điện và điện áp đầu ra.
• Đánh giá sự biến thiên của điện áp trong các góc phần tư.
• Nghiên cứu ảnh hưởng của tải điện cảm và tần số xung.
• Xác định quy tắc liên quan đến các thành phần như dòng điện, điện
ápvà công suất.
• Nghiên cứu và đánh giá giá trị đỉnh
đỉnh-• Quá trình nghiên cứu dựa trên các nguyên lý
cơ bản của mạch nghịch lưu.
Trang 5TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
1 Tổng quan bài thực h à nh
Truyền động một góc phần t ư
Quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ điều khiển băm xung D C
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 khiển
o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.
o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.
Phân tích ảnh hưởng của phần tử f r ee-wheeling (phục hồi)
o Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tải điện cảm o
Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tần số xung.
Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện, công suấ t.
o Phân tích quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.
o
o
Xác định hệ số định dạng.
Hoàn tất biểu đồ vector công suất.
Phân tích điều khiển bán dẫn
o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải điện
trở o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L.
o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L
ở tần số xung cao.
Hoạt động ở nhiều góc phần t ư
Quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra bộ điều khiển băm xung
o Ghi quá trình quá độ của điện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp.
o Ghi đáp ứn của điện áp và dòng điện đầu ra với tải hỗn hợp
và điện áp ngược o Xác định giá trị đỉnh-đỉnh của dòng điện.
Ghi lại các đặc tính điều khiển
o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.
o Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.
Trang 6Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện, công suấ t
o Phân tích quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.
o Xác định hệ số biến đổi.
o Hoàn tất biểu đồ vector công suất.
Phân tích điều khiển bán dẫn
o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L
và điện áp đầu ra dương.
o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải R-L
và điện áp đầu ra âm.
o Phân tích dòng điện trong các van bán dẫn với tải
R-L ở tần số xung cao.
2. Giới thiệu lý thuy ết
Các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động được sử dụng như các bộ điều khiển băm xung DC và các bộ biến đổi trung gian Các bộ biến đổi này thường được sử dụng
trong truyền động điện DC và ba pha, cũng như trong các khối cấp nguồn
dự phòng khẩn 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 thời điểm nào Do đó, xung điện áp một chiều
DC, giá trị điện áp DC trung bình U m2 trên tải có thể được là phẳng ( hình 1)
Hình 1: Điện áp và dòng điện trên tải R-L
4
Trang 7TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Các phần tử sau thường được sử dụng:
• Transistor hiệu ứng trường MOSFET
• Transistor lưỡng cực có cực cửa cách ly IGBT
• GTO, Thyristor, diode
Đối với các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động: Các bộ biến đổi DC và nghịch lưu làm các nhiệm vụ sau:
Hình 2: Các kiểu cơ bản của bộ biến đổi tĩnh
Tuỳ thuộc vào dòng chảy năng lượng, mà quá trình chuyển đổi có thể diễn ra giữa hệ thống 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 kết hợp của IGBT đơn (hình 3) và 4 IGBT (hình 4) Gồm có phần nguồn DC đầu vào và phần thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi nguồn DC ( chuyển đổi điện áp DC cố định thành điện áp một chiều DC thay đổi theo thời gian).
Trang 8Hình 3: Bộ điều khiển xung áp DC ( một góc phần tư )
Hình 4: Bộ điều khiển băm xung 4 góc phần tư ( 4 IGBT )
Các phương pháp sau thường được sử dụng để thay đổi điện áp một chiều DC:
• Điều chế độ rộng xung ( chu kì T không đổi, độ rộng xung T E thay đổi )
• Điều khiển tần số xung (độ rộng xung T E không đổi, tần số hoặc chu kì T thay đổi ).
• Điều khiển dòng điện hai vị trí ( giữ khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện không đổi )
6
Trang 9hơn, thì sau đó dòng điện sẽ có dạng tam giác (hình 1) Khoảng
cách đỉnh-đỉnh của dòng điện, ∆i có thể được tính theo biểu thức 3:
∆ 2 = 2
α = 0.5 đối với hoạt động ở 1 góc phần tư
α = 1 đối với hoạt động ở 4 góc phần tư
Mạch 4 IGBT (hình 4) cho phép điện áp, dòng điện, cũng như dòng chảy của năng lượng theo hai hướng Công suất được nhận từ nguồn và được tiêu thụ bởi tải trong trường hợp tổn hao trên tải bằng 0, được tính bởi:
Đối với hoạt động ở 1 góc phần tư
=
Trang 10Đối với hoạt động ở 4 góc phần tư
= 2−1 ( )
Cấu trúc bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động ở trong hình 5, có bổ xung thêm chuyển
đổi DC và đảo chiều Vấn đề cần quan tâm ở đây là bộ biến đổi tĩnh 4- IGBT được nối với tải R-L, năng lượng có thể được nhận từ nguồn thông qua bộ biến đổi tĩnh
hoặc được trả ngược trở lại nguồn lưới.
Các chế độ hoạt động của mạch điều khiển băm xung DC, các đặc trưng của nó được nghiên cứu đầy đủ thông qua các IGBT và diode.
• Hoạt động ở một góc phần tư với tải R - L
Thiết kế bộ điều khiển một góc phần tư được biểu diễn ở trong hình 5
Hình 5: Bộ điều khiển băm xung- hoạt động một góc phần tư với tải R-L
Ở trong góc phần tư thứ nhất, bộ điều khiển chỉ cho phép dòng năng lượng chảy qua tải khi cả điện áp và dòng điện là dương Ở trạng thái khoá, năng lượng chảy qua đường 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 qua tải xuất hiện theo đường kết hợp của V4 và V1 ( hình 6) hoặc V2 và V3 Quá trình đảo chiều theo hướng năng lượng là không thể thực hiện khi cả dòng điện và điện áp cùng đảo chiều ( vì vẫn tạo ra công suất dương) Ở trong góc phần tư thứ nhất, quá trình free-wheeling (phục hồi) được thực hiện theo đường V1,D3 và V4,D2; còn ở
8
Trang 11TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
trong góc phần tư thứ ba là theo đường V3,D1 và V2,D4.
Hình 6: Bộ điều khiển băm xung DC- hoạt động ở nhiều góc phần tư với tải R-L
Nếu mạch tải có chứa nguồn năng lượng ( như ắc quy hoặc khi động cơ được phanh), thì có thể xuất hiện dòng ngược chạy theo đường D1,D4 ( hoạt động ở góc
phần tư thứ hai ) hoặc D2,D3 (ở góc phần tư thứ 4), và năng lượng được trả lại nguồn Năng lượng này cũng chỉ có thể xuất hiện với điện áp nhỏ nếu cuộn cảm làm nhiệm vụ
tích 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 trên cuộn cảm Ở trong góc phần tư thứ 4, năng lượng trả về có thể xuất hiện theo đường D3,D2 bằng cách đảo điều khiển ( V3, D1 hoặc D2,V4).
Trang 123 Hoạt động ở một góc phần tư
Giới t hiệu
Các bộ điều khiển băm xung DC điều chế độ rộng xung được sử dụng
để biến đổi điện áp một chiều không đổi thành điện áp một chiều DC có thể thay đổi được Nếu điện áp một chiều DC chỉ cần biến đổi trong dải nhỏ từ 0 tới giá trị lớn nhất và không có yêu cầu về dòng điện ngược, thì chỉ cần sử dụng bộ điều khiển một góc phần tư ( mạch IGBT đơn ) Năng lượng trả về không thể xuất hiện ở trong mạch này.
Các bài thực hành
a.Quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra của bộ điều khiển bă m xung D C
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 các đặc tính điều khiển
Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.
Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.
c.Phân tích ảnh hưởng f r ee-wheeling ( hồi ngược )
Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tải cảm.
Xác định quá trình quá độ của dòng điện theo tần số xung.
d.Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện và công suấ t
Phân tích các quá trình quá độ của dòng điện và điện áp.
Xác định hệ số biến đổi.
Hoàn tất biểu đồ vector công suất.
e Phân tích điều khiển bán dẫn
Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải điện trở.
Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải R-L.
Phân tích dòng điện trong các phần tử bán dẫn với tải R-L ở tần số xung cao
10
Trang 13TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
a.Quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra của bộ điều kh iể n băm xung
• Mục đích thí nghiệ m
o Trở nên quen thuộc với nguyên lý làm việc của bộ điều khiển băm
xung DC ở trong một góc phần tư, với các tải khác nhau.
o Nhận thấy rằng điện áp trung bình có thể được là phẳng.
o Hiểu được cuộn cảm góp phần là phẳng dòng điện
• Các bài thực hành
o Ghi lại quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra với tải điện trở.
o Ghi lại quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra với tải hỗn hợp.
• Tiến hành thí nghiệ m
Lắp ráp mạch như hình 1.1.6 và kết nối toàn bộ với các thiết bị, tải R=810Ω với
bộ điều khiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đa năng về RS232 và kết nối bộ điều khiển băm xung DC theo đường
PC Quá trình điều chế xung thực hiện ở tần số thấp 112Hz.
Ghi lại quá trình quá độ dòng điện và điện áp ra với tải điện t r ở
Hiển thị các hàm sau theo các hệ số điền xung 25%, 50% và 75%:
o Điện áp ra (giá trị hiệu dụng): U 2 o Dòng điện ra : I 2
o Giá trị trung bình của điện áp ra: U m2
o Giá trị trung bình của dòng điện ra: I m2
Trang 14Hình 1.1.1: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DC
một góc phần tư, hệ số điền xung 25%
Hình 1.1.2: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều
khiển băm xung DC, hệ số điền xung 50%.
12
Trang 15TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Hình 1.1.3: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều
khiển băm xung DC, hệ số điền xung 75%.
Phân tích dáng điệu sóng dòng điện I 2 và điện áp U 2 ra :
Khi IGBT lật trạng thái (mở), điện áp nguồn được cấp tới đầu ra trong khoảng
thời gian T E , còn khi IGBT khoá thì điện áp đầu ra trên tải bằng 0 Điện áp đầu r a tải U 2 có dạng sóng chữ nhật Dáng điệu sóng của dòng điện đầu ra có dạng tương tự U 2
Tính giá trị trung bình của điện áp DC, U av2 và so sánh kết quả với các giá trị đo được.
Cho U = 225 VDC, điện áp DC trung bình từ biểu thức (1) đối với các hệ số điền xung là :
Trang 16So sánh với kết quả thực đo được ?
H ình1.1.4: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ điều khiển băm xung DC, hệ số điền xung 50%, tải hỗn hợp
810Ω/1.2H, f = 112Hz
14
Trang 17TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Hình 1.1.5: Dáng điệu sóng dòng điện và điện áp của bộ băm xung
DC một góc phần tư, tải 810Ω/1.2H, tần số xung 1800Hz
Phân tích dáng điệu sóng dòng điện I 2 và điện áp U 2 ra chỉ khi IGBT được mở thì điện
áp nguồn được cấp tới đầu ra ( trong khoảng th ờ i gian T E ), do đó tạo ra điện áp U 2
dạng xung chữ nhật, dòng điện đầu ra I 2 không có dạng tương tự điện áp U 2 Do tác động của năng lượng tích trữ trong cuộn cảm trong suốt khoảng thời gian T E , làm cho dòng điện I 2 bị trễ, và trong khoảng th ờ i gian khoá dòng điện I 2 cũng bị t r ễ.
Ảnh hưởng của tần số xung đối với quá 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 độ tăng lên của điện áp trong phép đo sẽ bị giới hạn Ở tần số xung cao hơn, thì dòng điện có dạng tuyến tính ở trong cả hai khoảng thời gian mở và khoá của chuyển mạch.
Tính giá trị trung bình của điện áp DC, U m2 và so sánh kết quả với các giá trị đo được đối với tải điện trở:
Điện áp trung bình DC được tính theo biểu thức (1):
=
Trang 18Giá trị trung bình của điện áp DC là không bị ảnh hưởng bởi tải hỗn hợp hoặc tần số xung.
So sánh với kết quả đo được?
cảm, sai số điện trở tải và điện trở DC của dây tóc bóng đèn.
• Cài đặt thí nghiệ m
Hình 1.1.6 Mạch phục vụ cho nghiên cứu quá trình quá độ dòng điện và điện áp,
16
Trang 19TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
hoạt động ở một góc phần tư, với tải hỗn hợp.
b.Ghi lại các đặc tính điều khi ển
• Mục đích thí nghiệ m
Hoàn thành bài thực hành này, sinh viên có thể:
o Nhận thấy giá trị trung bình của điện áp DC có thể thay đổi theo hệ số
điền xung.
o Hiểu được mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp ra và hệ số điền xung o
Nhận thấy đối với tải hỗn hợp và tần số xung không có ảnh hưởng đối
với đặc tính điều khiển.
• Các bài thực hành
o Ghi lại đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung thấp.
o Ghi lại đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.
Để đảm bảo quá trình đo tự động được chính xác, thời gian chờ 1000ms phải
được bổ xung vào trong chương trình PWM Quá trình điều chỉnh
hệ số điền xung nên được thực hiện với độ rộng bước khoảng 2%.
Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung t hấp.
Ghi đặc tính điều khiển ( giá trị trung bình của điện áp DC theo hệ
số điền xung ) với tải R-L và tần số xung 112Hz.
Trang 20Hình 1.2.1: Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển băm xung DC một góc phần tư, tải hỗn hợp 810Ω/1.2H, tần số
xung 112Hz
Kết luận gì về dải điều khiển?
Giá trị trung bình của điện áp DC, U m2 có thể thay đổi từ 0 tới giá trị điện áp DC đầu vào, U (hệ số điền xung 100%) Đặc tính là tuyến tính!
Đưa ra biểu thức toán học cho đặc tính của mạch IGBT đơn
• Ghi đặc tính điều khiển với tải R-L ở tần số xung cao.
Ghi đặc tính điều khiển ( giá trị điện áp DC trung bình theo hệ số điền xung ) với tải R-L và tần số xung 1800Hz.
Trang 2118
Trang 22Hình 1.2.2: Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển băm xung DC một góc phần tư, tải hỗn hợp 810Ω/1.2H, tần
số 1800Hz.
Kết luận gì về dải điều khiển?
Giá trị điện áp DC trung bình, U m2 có thể được thay đổi từ 0 tới giá trị điện áp
DC đầu vào, U ( hệ số điền xung 100% ) Đặc tính điều khiển là tuyến tính.
Biểu thức toán học cho đặc tính của mạch IGBT đơn:
=
So sánh các đặc tính ghi được và đánh giá các kết quả?
Các đặc tính là tương đồng nhau Đặc tính điều khiển không phụ thuộc vào tần số xung, mà chỉ phụ thuộc vào hệ số điền xung.
Hệ số điền xung là tỷ số giữa thời gian mở chuyển mạch trên
toàn chu kì chuyển mạch.
19
Trang 23TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
• Cài đặt thí nghiệm:
Hình 1.2.3 Mạch điện phục vụ ghi lại đặc tính điều khiển
c Phân tích ảnh hưởng của phần tử free-whee ling
• Mục đích thí nghiệ m
Hoàn thành bài thực hành này, sinh viên có thể:
o Nhận thấy cuộn cảm có tham gia vào quá trình free-wheeling( quá
o Xác định quá trình quá độ dòng điện theo tải điện cảm.
o Xác định quá trình quá độ dòng điện theo tần số xung.
Trang 24• Tiến hành thí nghiệ m
Lắp ráp mạch như hình 1.3.5 và kết nối toàn bộ các thiết bị, tải R=810Ω với bộ điều khiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đa
năng về RS232 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 số thấp 112Hz.
• Xác định quá trình quá độ dòng điện theo tải điện cả m
Hiển thị các biến số đầu ra, điện áp và dòng điện với các giá trị trung bình tương ứng thông qua các tham số sau:
Hệ số điền xung 50%, tần số xung 112Hz, R=810Ω, L=0.3H
Hình 1.3.1: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện, f = 112 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 IGBT
khoá, quá trình suy giảm của dòng điện cũng theo hàm mũ được thực hiện thông qua điốt và IGBT Giữa hai trạng thái này có tồn tại giá trị lớn nhất tĩnh, còn gọi là đỉnh
dòng điện ( biên độ ) Quá trình quá độ theo thời gian
phụ thuộc vào tải 21
Trang 25TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Sau bao lâu thì dòng điện đạt được trạng thái tĩnh lớn nhất ?
Do tải chỉ gồm các thành phần R và L, nên dòng điện đạt được 95% giá trị tĩnh l ớ n nhất của nó sau khoảng thời gian :
=3 =3 =
So sánh kết quả này với các phép đo
Ở tần số 112Hz, chu kì sấp xỉ 9ms Thời gian mở chuyển mạch là 50% ( hệ số điền xung 50% ), do đó thời gian mở chuyển mạch là sấp xỉ 4.5ms Sau khoảng 1ms, thì đạt được 95% giá trị lớn nhất của dòng điện Các kết quả là rất tương đồng với lý thuyết.
Xác định khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện?
Từ hình 1.3.1, khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện là: ∆i = 250mA Kiểm tra giá trị này bởi phép tính:
∆ =
Giá trị thực tế của dòng điện là nhỏ hơn, do có thêm điện trở của cuộn cảm và dây tóc bóng đèn.
Lặp lại bài thực hành với L=1.2H
Hình 1.3.2: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh của dòng điện, f=112Hz, R=810Ω, L= 1.2H
Trang 26Đánh giá dáng điệu sóng của dòng điện?
Khi IGBT được mở, dòng điện tăng lên theo hàm mũ, còn khi IGBT khoá thì quá trình 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 th ờ i gian phụ thuộc vào tải, và trong trường hợp này thì giá trị cảm kháng của cuộn
cảm là lớn h ơ n.
Tại sao dòng điện lại không đạt được giá trị tĩnh lớn nhất ?
Do tải chỉ gồm các thành phần R và L nên dòng điện đạt được
95% giá trị tĩnh lớn nhất sau khoảng thời gian:
=3 =3 =
So sánh kết quả này với 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 có giá trị lớn hơn, nhưng khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện chỉ giảm không đáng kể.
So sánh các giá trị trung bình của dòng điện, I m2
Các giá trị trung bình dòng điện DC là tương đồng.
• Xác định quá trình quá độ dòng điện theo tần số xung
Hiển thị các biến số đầu ra, điện áp và dòng điện, và các giá trị trung bình tương ứng sử dụng các tham số: Hệ số điền xung 50%, tần số xung 1800Hz, R=810Ω, L=0.3H.
23
Trang 27TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Hình 1.3.3: Đo khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện f = 1800 Hz, R=810Ω, 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 giảm dòng điện theo hàm mũ thông qua điốt và IGBT Giữa hai trạng thái này, không đạt được giá trị tĩnh lớn nhất Quá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc vào tải Đường đặc tính của dòng điện là tuyến tính h ơ n.
Sau bao lâu dòng điện đạt được trạng thái tĩnh lớn nhất ?
Do tải chỉ gồm hai thành phần R và L, nên dòng điện đạt 95% giá trị tĩnh lớn nhất sau
khoảng thời gian:
=3 =3 =
Bởi vậy, dòng điện không thể đạt được giá trị tĩnh lớn nhất do tần số xung 1800Hz, và chu kì chỉ là T=0.55ms và hệ số điền xung 50%, nên thời gian dẫn chỉ là T E = 0.275ms Nên dòng điện thể hiện quá trình tuyến tính ở sườn lên.
Xác định khoảng cách đỉnh-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 của dòng điện.
Kiểm tra giá trị thông qua quá trình tính toán
Khoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3), đối
Trang 28∆ = 1− =
Lặp lại bài thực hành với L=1.2H
Hình 1.3.4: Khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện, f=1800Hz, R=810Ω, L=1.2H
Đánh giá dáng điệu sóng dòng điện?
Khi IGBT mở, dòng điện tăng theo hàm mũ nhưng đoạn cong này có
thể đư ợ c tuyến tính hoá Đồng thời, dòng điện cũng giảm theo hàm
mũ thông qua điốt khi IGBT khoá Giữa hai trạng thái này, không đạt
được giá trị tĩnh lớn nhất Quá trình quá độ theo thời gian phụ thuộc
vào tải Đường đặc tính của dòng điện là tuyến tính h ơ n.
Xác định khoảng cách đỉnh-đỉnh?
Từ hình 1.3.4, khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện là ∆i=30mA Ở tần
số xung càng cao, thì càng làm giảm khoảng cách đỉnh-đỉnh dòng điện và hiệu quả là ph ẳng dòng điện được tăng lên.
Kiểm tra giá trị bởi quá trình tính toán
Khoảng cách đỉnh-đỉnh có thể được tính thông qua biểu thức (3),
sử dụng các đoạn thẳng ở trên hàm mũ:
∆ = 1 − = (mA)
25
Trang 29TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
• Cài đặt thí nghiệ m
Hình 1.3.5: Mạch thí nghiệm phục vụ nghiên cứu các ảnh hưởng
của tải điện cảm và tần số xung
d Phân tích các thành phần điện áp AC và DC, dòng điện v à công s uấ 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 sử dụng với các truyền động ba pha.
• Các bài thực hành :
o Phân tích quá trình quá độ dòng điện
và điện áp o Xác định hệ số biến đổi.
o Hoàn tất biểu đồ vector công suất.
Trang 30• Tiến hành thí nghiệ m
Lắp ráp mạch như hình 1.4.9 và kết nối toàn bộ các thiết bị,tải R=810Ω với bộ điều khiển một góc phần tư, bật biến áp cách ly Thiết đặt khối điều khiển đa năng về RS232 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 số thấp 112Hz.
Sử dụng các cài đặt sau :
Điện áp ra (Kênh A) Dòng điện ra (Kênh D) Shunt 1
Shunt 2
• Phân tích các dáng điệu sóng dòng điện và điện áp
Đo các biến số sau theo hệ số điền xung với tải điện trở
o Giá trị trung bình của điện áp DC: U m2
o Thành phần AC của điện áp DC: U
o Điện áp DC đầu ra: U 2 ac2
o Giá trị trung bình của dòng điện DC: I m2 o Dòng điện DC: I 2
o Thành phần AC của dòng điện DC: I ac2
Hình 1.4.1: Các thành phần DC và AC đầu ra, R=810Ω, f=112Hz
27
Trang 31TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Phân tích và trình bày sự phụ thuộc của các biến số ra vào hệ số điền xung:
o Các giá trị trung bình của dòng điện và điện áp DC:
Từ biểu thức (1), nhận thấy có mối liên hệ tuyến tính đối với giá trị t r ung bình của điện áp đầu ra, U m 2 :
=
Theo định luật Ohm ta có dòng điện trung bình đầu r a :
=
o Thành phần AC của điện áp DC (U ac2 ) và dòng điện DC (I ac2 ):
Đối với trường hợp giới hạn T E /T = 0, thì các điện áp U 2 , U ac2 và
U m2 là bằng 0, do bộ điều khiển xung bị khoá.
Đối với trường hợp giới hạn T E /T = 1, điện áp U m2 là bằng điện áp U 2 , do bộ điều khiển xung dẫn liên tục.
Còn trường hợp T E /T = 0.5 thì tạo ra giá trị trung gian U m2 = U a c2
Do mối liên hệ tỉ lệ giữa dòng điện và điện áp, nên các giá trị dòng điện
thu được cũng có dạng tương tự như trong các trường hợp ở t r ên.
Mối liên hệ toán học được đưa ra đối với các giá trị trung bình
và giá trị hiệu dụng của các biến số đầu ra như sau :
Trang 32Các thành phần AC sẽ có giá trị lớn nhất ở hệ số điền xung 50%.
Hình 1.4.2: Hệ số định dạng F i , dòng điện đầu ra và giá trị trung
bình của dòng điện đầu ra R=810Ω, f=112Hz.
Giải thích kết quả?
Đối với trường hợp giới hạn T E /T = 0, hệ số định dạng là
vô cùng Đối với trường hợp giới hạn T E /T = 1, hệ số định
dạng bằng 1 Hệ số định dạng được định nghĩa như sau :
=
29
Trang 34• Hoàn tất biểu đồ vec t o r công suấ t
Đo thành phần công suất DC ( P dc2 ) và thành phần AC (P ac2 ) 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 T E /T = 0.5
Hình 1.4.3: Các vector công suất, hệ số điền xung 50%, R = 810Ω, f=112Hz
Tính các thành phần DC và AC của công suất và so sánh với các phép đo đã thực hiện?
31
TN Chuyển Mạch Tự Động
Trang 35Tính công suất thực đầu ra ở hệ số điền xung 50% và so sánh kết quả phép đo ?
Công suất đầu ra được cho b ở i :
P 2 = P ac2 + P dc2 = ……… (W) Các giá trị tính được và đo được gần như là tương đồng với nhau.
Vẽ các vector công suất, đề cập tới thành phần DC của công suất thực P dc2
Trang 36Hình 1.4.4: Các vector công suất, hệ số điền xung 50%, R = 810Ω, f=112Hz
Các kết luận có thể đưa ra là gì ?
Công suất thực đầu ra P 2 gồm thành phần AC là P ac2 và thành phần DC là P dc2 Các thành phần này được cộng với nhau.
Đo công suất thực P 2 với các thành phần P ac2 và P dc2 theo hệ số điền xung
Thực hiện các phép đo của bạn với các giá trị sau của tải : R= 810Ω, L = 0 H, f =112Hz.
33
Trang 37TN Chuyển Mạch Tự Động Phòng TN Điện-Điện Tử
Hình 1.4.5: Các thành phần công suất theo hệ số điền xung, R=810Ω, f=112Hz.
Giải thích kết quả?
Có thể nhận thấy công suất thực đầu ra là được kết hợp của hai thành phần P ac2 và
P dc2 Đường đặc tính công suất có dạng tuyến tính, tương ứng với biểu thức sau :
=
Đo công suất thực P 2 , các thành phần công suất P ac2 và P dc2 , công suất toàn phần S 2 ,công suất phản kháng Q 2 theo hệ số điền xung với tải R-L ( R= 810Ω, L=1.2H, f=112Hz)
Thực hiện các phép đo của bạn đối với các giá trị sau của tải:
R=810Ω, L=1.2H, f=112Hz
