Báo cáo thực tập điện tử công suất, ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM

BÁO CÁO THỰC TẬP MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT, ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM, 2020. Báo cáo bao gồm các bài thực tập từ bài 1 đến bài 12, tổng hợp các dạng sóng, các kết quả đo. Cách lắp ráp mạch đtcs, các mô hình mô phỏng trên psim.

MỤC TIÊU:

- Vẽ và giải thích được nguyên lý cấu tạo, cấu trúc tương đương và ký hiệu của các

linh kiện bán dẫn;

- Kiểm tra và xác định được sự hoạt động hoặc hư hỏng của các linh kiện bán dẫn

sử dụng trong các mạch điện tử cơng suấtt;

- Làm quen với các thiết bị và nội qui xưởng thực tập.



1.1.1 Cấu tạo và chức năng: Diode cĩ cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn khác loại là P và N

tiếp xúc với nhau, giữa chúng hình thành tiếp giáp P-N Diode cĩ tính dẫn điện 1 chiềunên thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu

Hình 1.1: Cấu tạo và ký hiệu của Diode.

1.1.2 Điều kiện làm việc.

Điều kiện để Diode làm việc:V A >V K

1.1.3 Kiểm tra Diod bằng đồng hồ (kiểm tra nguội).

Hình 1.2: Kiểm tra Diode bằng VOM.

1.1.4 Kiểm tra nóng Diode hoặc mô phỏng bằng Simulink (kiểm tra bằng dạng sóng).

Hình 1.3: Sơ đồ kiểm tra nóng Diode bằng PSIM.

Sinh viên đo điện áp ngõ vào và ngõ ra sau đó ghi vào bảng 1.1

Dạng sóng điện áp ngõ vào (Vdc): CH1-X:50 V/Div; Time Base: 5ms/Div (hình 1.3a).

Dạng sóng điện áp ngõ ra (VR): CH1-X:50 V/Div; Time Base:5ms/Div (hình 1.3a).

Dạng sóng điện áp ngõ vào (Vac): CH1-X:50 V/Div; Time Base:5ms/Div(hình 1.3b).

Dạng sóng điện áp ngõ ra (VR): CH1-X:50 V/Div; Time Base: 5ms/Div (hình 1.3b).

1.2.2 Điều kiện làm việc.

Điều kiện để SCR làm việc:V A >V K,I G >0.

Lưu ý: Khi sử dụng điện áp một chiều +12VDCcho SCR, thì IG>0 được kích ở

+12VDC Khi sử dụng điện áp xoay chiều 12VACcho SCR, thì IG>0 được kích ở

phạm vi 0  π

1.2.3 Kiểm tra SCR bằng đồng hồ (kiểm tra nguội).

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2

Hình 1.5: Kiểm tra SCR bằng VOM.

1.2.4 Kiểm tra nóng SCR hoặc mô phỏng bằng Simulink (kiểm tra bằng dạng sóng).

Hình 1.6: Sơ đồ kiểm tra nóng SCR bằng PSIM.

Sinh viên đo điện áp ngõ vào và ngõ ra sau đó ghi vào bảng 1.2

Hình 1.7: Cấu tạo và ký hiệu của TRIAC.

1.3.2 Điều kiện làm việc.

Điều kiện để TRIAC làm việc:V T2 >V T1,I G >0, V T2 <V T1,I G <0.

T2

T1

Lưu ý: Khi sử dụng điện áp một chiều +12VDCcho TRIAC, thì IG>0 được kích ở+12VDC, và IG<0 được kích ở GND Khi sử dụng điện áp xoay chiều 12VACchoTRIAC, thì IG>0 được kích ở phạm vi 0  π, và IG<0 được kích ở phạm π  2π

1.3.3 Kiểm tra TRIAC bằng đồng hồ (kiểm tra nguội).

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2

G / T2 Kim lên ít/ Kim lên nhiều

G / T1 Kim không lên/ Kim không lên

T1/ T2 Kim không lên/ Kim không lên

Hình 1.8: Kiểm tra TRIAC bằng VOM.

1.3.4 Kiểm tra nóng TRIAC hoặc mô phỏng bằng Simulink (kiểm tra bằng dạng sóng).

Hình 1.9: Sơ đồ kiểm tra nóng TRIAC bằng PSIM.

Sinh viên đo điện áp ngõ vào và ngõ ra sau đó ghi vào bảng 1.3

1.4.1 Cấu tạo và chức năng:

Hình 1.10: Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET.

1.4.2 Điều kiện làm việc.

Điều kiện để MOSFET làm việc:V D >V S,V G >0.

1.4.3 Kiểm tra MOSFET bằng đồng hồ (kiểm tra nguội).

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2

Hình 1.11: Kiểm tra MOSFET bằng VOM.

1.4.4 Kiểm tra nóng MOSFET hoặc mô phỏng bằng Simulink (kiểm tra bằng dạng sóng).

Hình 1.12: Sơ đồ kiểm tra nóng MOSFET bằng PSIM.

Sinh viên đo điện áp ngõ vào và ngõ ra sau đó ghi vào bảng 1.4

Hình 1.13: Cấu tạo và ký hiệu của IGBT.

G

C PNP

R BE

1.4.6 Điều kiện làm việc.

Điều kiện để IGBT làm việc:V D >V S,V G >0.

1.4.7 Kiểm tra IGBT bằng đồng hồ (kiểm tra nguội).

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2

Hình 1.14: Kiểm tra IGBT bằng VOM.

1.4.8 Kiểm tra nóng IGBT hoặc mô phỏng bằng Simulink (kiểm tra bằng dạng sóng).

Hình 1.15: Sơ đồ kiểm tra nóng IGBT bằng PSIM.

Sinh viên đo điện áp ngõ vào và ngõ ra sau đó ghi vào bảng 1.5

MỤC TIÊU:

BÀI 2 CÁC MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

- Lắp ráp được các mạch chỉnh lưu không điều khiển với các loại tải khácnhau;

- Xác định được sự lệch pha của dạng sóng điện áp xoay chiều và dạng sóng điện áp một chiều trên tải;

- Đo được các thông số của các mạch chỉnh lưu bằng VOM và dao động ký;

- Tính toán được các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu và các thông số để lựa chọn Diode;

- Xác định được sự tồn tại và dạng sóng dòng điện trên tải trong các mạch chỉnh lưu với các loại tải R+L; R+E; R+L+E.

PHẦN LÝ THUYẾT

Chỉnh lưu là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Bộchỉnh lưu công suất được sử dụng rộng rãi để cung cấp nguồn một chiều công suất lớn chocác thiết bị công nghiệp như: Động cơ điện một chiều công suất tới hàng MW, mạch kích

từ cho máy phát điện, nguồn điện một chiều cho thiết bị hàn, mạ điện, nạp điện, nguồn chocác bộ biến tần và hàng loạt các ứng dụng khác

Các mạch chỉnh lưu không điều khiển đã học ở trong các môn học lý thuyết Trongtrong phần này chỉ giới thiệu lại các công thức tính điện áp để giúp sinh viên kiểm tralại

so với thực tế mạch

Mạch chỉnh lưu tia 1 pha tải R:

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R:

Mạch chỉnh lưu tia 3 pha tải R:

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải R:

U*DC= 0.45U2 (U2là điện áp A – 0)U*DC= 0.9U2 (U2là điện áp A – A_)U*DC= 1.17U2 (U2 là điện áp pha A-0)

U*DC= 2.34U2 (U2 là điện áp pha A-0)Mạch chỉnh lưu tia 6 pha không có cuộn kháng cân bằng tải R:

U*DC= 1.35U2 (U2là điện áp pha A-0)

1 Thiết bị cho khảo sát các thiết bị thực tập chứa các phần chức năng:

- Nguồn 1 pha, 3 pha, 6 pha 110 VAC; (Chỉnh lưu cầu 1 pha cung cấp nguồn 220V)

- Module 6 diode chỉnh lưu;

- Module tải RL, dao động ký - Oscilloscope (OSC) và VOM

B LẮP RÁP THIẾT BỊ THỰC TẬP

- Sử dụng dây nối để lần lượt tạo các mạch thực hành theo các sơ đồ nguyên lý cho trongphần thực hành

C THỰC HÀNH CÁC MẠCH CHỈNH LƯU THEO QUI TRÌNH SAU

I Mạch chỉnh lưu tia 1 pha:

- Cấp nguồn AC (110V) cho mạch chỉnh lưu

- Sử dụng VOM đo điện áp AC của cuộn thứ cấp MBA U2(A – 0, trước mạch chỉnh lưu)

và điện áp DC trên tải R

- Mắc lần lượt tụ điện C song song với tải R như hình 2.1.b, thay đổi giá trị tụ C để độ gợnngõ ra lớn và độ gợn ngõ ra nhỏ

- Sử dụng dao động ký (OSC) đo dạng sóng điện áp AC trước mạch chỉnh lưu và DC trêntải Vẽ dạng sóng vào phần kết quả thực hành

- Mắc tải R nối tiếp với tải E và L+E như hình 2.1 c, d, và mắc tải R nối tiếp với tải L nhưhình 2.1 e Thực hiện các phép đo tương tự như trên, ghi các giá trị trên vào bảng 2.1

- Giá trị của các linh kiện: R=20Ω, tùy theo từng bài mà L, E có giá trị khác nhau đượccung cấp trong phần lấy kết quả thực tập

Bảng 2.1

Tải R, L không

có D0

KẾT QUẢ THỰC HÀNH

- Dạng sóng điện áp U2 tại A – 0: CH1-X:50 V/Div,Time Base: 5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (hình 2.1.a): CH1-X:50 V/Div, Time

Base:5ms/Div, (R=20Ω).

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R, C1độ gợn cao (hình 2.1.b): CH1-X: 50 V/Div,

Time Base:5ms/Div (C1=300µF)

24

 Dạng sóng điện áp DC trên tải R, C2độ gợn thấp (hình 2.1.b): CH1

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+E (hình 2.1.c): CH1-X:50 V/Div,

TimeBase:…5ms/Div (E=72V).

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (R+E) (hình 2.1.c): CH1-X:…50 V/Div, Time

Base:…5ms/Div.

Dạng sóng điện áp DC trên tải R (R+L+E) (hình 2.1.c): CH1-X:… 50 V/Div,

Time Base:…… 5ms/Div (L=30mH)

.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L (hình 2.1.e) khi chưa mắc D0: CH1-X:…50

V/Div, Time Base:……5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (R+L) (hình 2.1.e) khi chưa mắc D0: CH1

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L (hình 2.1.e) khi mắc D0: CH1-X:……50 V/Div,

Time Base:……5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (R+L) (hình 2.1.e) khi mắc D0: CH1-X: 50

V/Div, Time Base:…5ms/Div.

-II Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha:

- Thực hiện các bước tương tự như ở phần 1 với U2=220V, ghi các giá trị vào bảng2.2

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 1 pha

Tải R, L, E hoặc tải

KẾT QUẢ THỰC HÀNH

- Dạng sóng điện áp U2tại A – A_: CH1-X:…50 V/Div, Time Base:5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (hình 2.2.a): CH1-X:100 V/Div, Time Base: 5 ms/Div, (R=20Ω).

Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L (hình 2.2.b): CH1-X:100 V/Div, TimeBase:5ms/Div (L=30mH)

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L+E hoặc động cơ DC (hình 2.2.d): CH1- X:100

V/Div, Time Base:5ms/Div (L=30mH, E=72V).

III Mạch chỉnh lưu tia 3 pha:

- Thực hiện các bước tương tự như ở phần 1, ghi các giá trị vào bảng 2.3

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia 3 pha

Tải R, L, E hoặc tải

E L R Id

- Dạng sóng điện áp U2 - UA0;UB0;UC0 trên cùng trục tọa độ: CH1-X:50V/Div,

Time Base:5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (hình 2.3.a): CH1-X:50 V/Div, Time

Base:5ms/Div, (R=20Ω).

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R, C1độ gợn cao (hình 2.3.a): CH1-X:100 V/Div,

Time Base:50ms/Div (C1=500µF)

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R, C2độ gợn thấp (hình 2.3.a): CH1-X:50 V/Div,

Time Base:5ms/Div (C2=50mF)

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L (hình 2.3.b): CH1-X:100 V/Div, Time

Base:5ms/Div.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R (R+L) (hình 2.3.b): CH1-X:50 V/Div,

TimeBase:5ms/Div (L=30mH).

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L+E hoặc động cơ DC (hình 2.3.d): CH1- X:100

V/Div, Time Base:……5ms/Div (L=20mH, E=120V).

R 1 Ub Uc

0

R 2

Ua

IV Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha:

- Thực hiện các bước tương tự như ở phần 1, ghi các giá trị vào bảng 2.4

điểm giữa không nối 0

điểm giữa nối 0

Tải R, L, E hoặc

R 1 Ub

- Dạng sóng điện áp DC trên tảiR 1 (P-0) (hình 2.4.b): CH1-X:100 V/Div, Time

Base:…5ms/Div Que CH1 đặt tại P, GND đặt tại 0.

- Dạng sóng điện áp DC trên tảiR 2 (0-N) (hình 2.4.b): CH1-X:…100 V/Div, Time

Base:…5ms/Div Que CH1 đặt tại N, GND đặt tại 0.

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L+E hoặc động cơ DC (hình 2.4.c): CH1

V Mạch chỉnh lưu tia 3 pha kép:

- Thực hiện các bước tương tự như ở phần 1, ghi các giá trị vào bảng 2.5

- Vẽ dạng sóng vào phần kết quả thực hành

Ghi chú: Để xác định sự lệch pha của điện áp AC, trên OSC công tắc Source đặt ở vị trí Line hoặc dùng 2 que đo của 2 kênh A; B; C là các cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Ua Ub

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu 3 pha kép.

Bảng 2.5

Tải R, L, E hoặc

- Dạng sóng điện áp đồng bộ lối vào UA0;UB0;UC0;UA_0;UB_0;UC_0trên cùng trục tọađộ: CH1-X:50V/Div, Time Base:5ms/Div.

D 6

0

D 5

- Dạng sóng điện áp trên tải R: CH1-X:…50 V/Div; Time Base:…5ms/Div, điều chỉnh

α = 00, (hình 2.5.a), (R =20Ω)

- Dạng sóng điện áp DC trên tải R+L+E hoặc động cơ DC (hình 2.5.b): CH1- X:50

V/Div, Time Base:…5ms/Div (L=100µH, E=120V).

Các bạn nhận xét về các nội dung đã thực hiện.

- Sự giống và khác nhau về giá trị, dạng sóng điện áp AC, DC giữa thực tế với lýthuyết?

- Giải thích nguyên tắc hoạt động của các mạch

NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC HÀNH

Sinh viên cần phải hoàn thành bài thực hành gồm các phần:

- Tiến hành thực hành theo trình tự đã hướng dẫn

- Ghi các kết quả thực hành vào mẫu báo cáo

- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả thực hành thu được, cần chú ý: các dạng sóng

áp và dòng thu được qua phép đo với dạng sóng vẽ theo điều kiện lý tưởng

- Các nhận xét, đánh giá khác liên quan đến kết quả thực hành

CÂU HỎI CHUẨN BỊ TRƯỚC KHI TIẾN HÀNH THỰC HÀNH

1 Ứng dụng của bộ chỉnh lưu không điều khiển.

2 Các loại cấu hình bộ chỉnh lưu và linh kiện sử dụng tương ứng.

3 Vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu của các bộ chỉnh lưu.

4 Công thức tính trị trung bình điện áp và dòng điện qua qua tải và qua Diode trong

các bộ chỉnh lưu

5 Các thông số cơ bản để lựa chọn Diode cho một mạch chỉnh lưu.

6 Tại sao kết quả đo được và kết quả tính toán lại có sự chênh lệch?

7 Động cơ DC là loại tải gì?

8 Tại sao trong các mạch chỉnh lưu tải R+L; R+E; R+L+E, dạng sóng điện áp đo trên

R lại khác dạng sóng điện áp trên toàn mạch (UR)?

9 Cho biết tác dụng của cuộn cảm, tụ điện trong các mạch chỉnh lưu?

40

MỤC TIÊU:

BÀI 3 ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ CHO SCR-TRIAC

- Lắp ráp được các mạch tạo xung điều khiển đồng bộ cho SCR, TRIAC;

- Hiểu và giải thích được nguyên tắc hoạt động của các mạch tạo xung điều khiển

đồng bộ cho SCR, TRIAC;

- Hiểu và giải thích được nguyên tắc tạo xung điều khiển kiểu thẳng đứng tuyến tính

và không tuyến tính;

- Hiểu và phân tích được các khâu cơ bản và dạng xung ngõ vào, ngõ ra của các

mạch tạo xung điều khiển đồng bộ;

- Hiểu và giải thích được nguyên tắc điều khiển và hoạt động của SCR, TRIAC

PHẦN LÝ THUYẾT

SCR và TRIAC có thể được kích bằng xung dương một chiều (0-π và π-2π) Thời gian kích để chuyển trạng thái SCR và TRIAC không lớn Sau khi được kích dẫn, tín hiệu điều khiển của SCR và TRIAC mất tác dụng với điện áp một chiều cung cấp cho SCR và TRIAC Vì vậy để có thể điều khiển các linh kiện này bằng xung có biên độ và thời gian

đủ lớn tương ứng với từng loại SCR và TRIAC sử dụng

Một đặc điểm ứng dụng quan trọng của điện tử công suất là quá trình kích dẫn SCR

và TRIAC đồng bộ với điện áp lưới cấp cho tải

Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ hình thành tín hiệu điều khiển đồng bộ

Hình 3.2: Giản đồ xung điều khiển đồng bộ pha cho SCR

Điện áp xoay chiều UAC cấp cho lối vào 1 của sơ đồ hình 3.2 đồng pha với điện áp xoay chiều cung cấp cho trở tải RT mắc nối tiếp với SCR Sơ đồ sẽ biến đổi sóng Sine lối vào thành xung vuông góc có độ rộng tương ứng, sử dụng để ngắt khóa K, cho phép dòng

I (nguồn dòng) nạp cho tụ C Tương ứng với bán kỳ dương của điện áp vào, trên tụ C sẽ có xung dạng răng cưa Bộ so sánh A1 thực hiện so sánh điện áp răng cưa với với điện áp đặt

Vp Khi điện áp răng cưa lớn hơn điện áp đặt, bộ so sánh tạo xung dương ở ngõ ra 3 qua các khối còn lại để điều khiển SCR

Như vậy, khi thay đổi điện áp ngưỡng Vp, sẽ làm dịch chuyển thời điểm kích cho SCR Giá trị Vp được quy ước tương ứng với đại lượng góc kích Giá trị = 0 (tương ứng với Vp = 0V), SCR mở toàn bộ 100% theo mỗi bán kỳ dương

− Với α = 450 , SCR mở 75%, bán kỳ dương trên tải bị lấy đi 25%

− Với α = 900 , SCR mở 50%, bán kỳ dương trên tải bị lấy đi 50% (hình 3.2)

− Với α = 1350 , SCR mở 25%, bán kỳ dương trên tải bị lấy đi 75%

Kết quả, việc thay đổi góc kích có thể điều khiển mở SCR tương ứng với vị trí pha điện áp lưới, làm thay đổi điện áp ngõ ra tương ứng trên tải Phương pháp trên còn được gọi là điều khiển pha hay kiểm soát pha (phase control)

42

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung thẳng đứng tuyến tính

Nguyên tắc hoạt động của mạch như sau:

Ở bán kỳ dương của điện áp nguồn, A có pha dương thì A’ là pha âm, tương ứng bên thứ cấp a pha dương, b pha âm BJT Q1 dẫn bão hòa còn Q2 ngưng dẫn Tụ điện C2 được nạp qua nguồn dòng gồm Q3, LED D3 và R6 tạo thành điện áp răng cưa tuyến tính đưa tới đầu vào IN+ của bộ so sánh U1A dùng TL-082 Đầu vào IN- của bộ so sánh được cấp điện

áp đặt VP, điều chỉnh bằng biến trở R30 Khi điện áp trên tụ C2 lớn hơn điện áp đặt VP thì ngõ ra của bộ so sánh có xung dương (mức cao) Xung này được đưa tới ngõ vào 4 của bộ tạo xung đôi CD- 4528 Ở ngõ ra 10 có xung dương với độ rộng hẹp, sau đó được khuếch đại và đưa tới hai ngõ ra OUT1, OUT2 – để kích điều khiển cho SCR

Ở bán kỳ dương của điện áp nguồn, A (a) là pha âm còn ở A’ (b) là pha dương, Q1

ngưng dẫn, Q2 dẫn bão hòa, tụ C2 xả nhanh qua CE của Q2 xuống GND Ở nửa dưới của mạch cũng hoạt động tương tự như nhánh trên bởi vì chúng đối xứng với nhau và ở ngõ ra

6 có xung dương với độ rộng hẹp, sau đó được khuếch đại và đưa tới hai ngõ ra OUT3, OUT4 – để kích điều khiển cho SCR

Tóm lại khi pha A là pha dương, A’ là pha âm thì các ngõ ra OUT1, OUT2 có xung điều khiển Khi pha A là pha âm, A’ là pha dương thì các ngõ ra OUT3, OUT4 có xung điều khiển Xung điều khiển của nhánh trên lệch pha 1800 so với nhánh dưới