Báo cáo thực hành điện tử công suất bài 3 băm xung một chiều

Các nội dung, quy trình _ Tìm hiểu cấu trúc bộ chỉnh lưu chức năng các phàn tử _ Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển _ Đấu nối vận hành bộ biến đổi SIMOREC 2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA

Họ và tên: Trịnh Hoàng Tùng Dương

Mã SV: 90216 Lớp: ĐTĐ62CLC Nhóm: N03-TH1 (2 buổi)

Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Hồng Hải

1

MỤC LỤC

BÀI 1: VAN BÁN DẪN 3

4.1 Nội dung lý thuyết 3

4.2 Kết quả thực hành, kết luận 7

4.3 Nhìn vào datasheet ta thấy: 13

BÀI 2: CHỈNH LƯU 14

4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia 1 pha 14

4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia 2 pha 15

4.3.Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tia 3 pha có tải là tải thuần trở: 16

4.4 Chỉnh lưu cầu 1 pha 18

4.5 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha có tải là tải thuần trở: 19

BÀI 3: BĂM XUNG MỘT CHIỀU 21

BÀI 4: NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 29

4.2 Biến tần 31

I Tìm hiểu về biến tần Micromater Eco 32

1 Các đặc tín cơ bản của Micromaster 33

2 Các đầu nối nguồn cho động cơ 33

3 Sử dụng màn hình điều khiển 37

Cảnh báo và mã lỗi 38

Thông số và kĩ thuật………39

BÀI 1: CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN

1 Mục tiêu:

_ Chứng minh bài giảng về các phần tử bán dẫn cơ bản trong môn học điện tử

công suất

2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

_ Chuẩn bị trước nội dung thực hành và các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn chobài thí nghiệm só 1

3 Trang thiét bị cần thiết

_ Các van bán dẫn công suất trong phòng thí nghiệm

4 Các nội dung, quy trình

_ Tìm hiểu dáng kích thước và đặc trưng các phần tử bán dẫn công suất

_ Đo đạc thử nghiệm các phần tử bán dẫn công suất

_ Ghi chép số liệu đưa ra các nhận xét

4.1 Nội dung lý thuyết

Điôt công suất do 2 mặt ghép p-n ghép thành, diện tích mặt ghép tỉ lệ với dòngđiện cho phép qua điôt.Trung bình mật độ dòng cỡ 10A/mm2

3

hình 1.1 cấu trúc điôt

Đặc tính vôn-ampe:

hình 1.2 đường đặc tính vôn ampe

Nhánh thuận: dưới điện áp UAK >0 ĐIOT phân cực thuận, đường đặc tính códạng mũ

Nhánh ngược: dưới điện áp UAK<0 ĐIÔT phân cực ngược, khi tăng U dòngđiện cũng tăng Tới giá trị giới hạn khi U >U2 dong điện tăng đột ngột phá hủyđiôt

Tiristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo thành Cấu trúc

và kí hiệu trình bày trên hình.Tiristor có 3 lớp tiếp giáp J1, J2, J3 hình thành 3cực anot A, katot K, cực điều khiển G

Hình 1.3 cấu tạo chung

Hình 1.5 Cấu tạo MOSFET và Kí hiệu Mosfet

Hình 1.6 Cấu tạo IGBT và Ký hiệu IGBT

f) TRIAC

Triac là phần tử bán dẫn gồm 3 cực được tạo lên từ 5 lớp bán dẫn tạolên cấu trúc p-n-p-n như ở tiristor theo cả 2 chiều giữa các cực T1 vàT2 về nguyên tắc có thể coi triac như 2 tiristo song song đấu ngược.

Hình 1.7 Cấu tạo và cấu trúc tương đương TRIAC

TRIAC có thể điều khiển dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển ) và cả xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) tuy nhiên dòng điều

khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là dòng điều khiển phải lớn hơn

4.2 Kết quả thực hành, kết luận

a) Đo van điôt

7

Số liệu data sheet

BÀI 2: CHỈNH LƯU

2.1 Mục đích, yêu cầu

_ Tìm hiểu về cấu trúc , các phần tử, phương pháp điều khiển trong bộ chỉnhlưu

2.2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

_ Chuẩn bị trước nội dung thực hành và các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn cho bài thí nghiệm số 2

2.3 Trang thiết bị cần thiết

_ Bộ chỉnh lưu 3 pha tiristor trong phòng thí nghiệm

2.4 Các nội dung, quy trình

_ Tìm hiểu cấu trúc bộ chỉnh lưu chức năng các phàn tử

_ Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển

_ Đấu nối vận hành bộ biến đổi SIMOREC

2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia 1 pha

 Sơ đồ mạch và giản đồ sóng :

Hình 2.1 sơ đồ mạch van và điện áp

 Sơ đồ đấu nối thực nghiệm:

Hình 2.2 sơ đồ mạch van đấu nối

 Nhận xét:

Ưu điểm: mạch đơn giản, chỉ dùng một điot

Nhược điểm: do mạch chỉ cho dòng qua tải một nửa chu kì nên hệ số thấp, dạngsóng ra có độ gợn sóng lớn,lọc khó, ít dùng

2.4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia 2 pha

 Sơ đồ mạch và giản đồ sóng trên lý thuyết:

13

Hình 2.3 sơ đồ mạch và giản đồ sóng

 Sơ đồ đấu nối thực nghiệm:

Hình 2.4 sơ đồ mạch van đấu nối

 Nhận xét:

Ưu điểm: điện áp 1 chiều có độ gợn sóng nhỏ, tần số gợn sóng 100HZ, dễ lọc, hiệu quả tốt.

Nhược điểm: phải dùng 2 diot,biến áp phải lấy điểm giữa, chia thành 2 nửa cân xứng.Điện áp ngược đặt lên mỗi điôt khi phân cực ngược chịu gấp đôi điện áp làm việc(điện áp thuận)

2.4.3.Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tia 3 pha có tải là tải thuần trở:

 Sơ đồ mạch lực

Hình 2.5 sơ đồ mạch van

 Sơ đồ đấu nối thực nghiệm:

15

Hình 2.6 sơ đồ mạch van đấu nối

 Nhận xét:

Ưu điểm: cống suất máy biến áp này lớn hơn công suất 1 chiều 1,35 lần ,sụt

áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp phạm vi điện áp làm việc thấp, độ đấpmạch của điện áp ra thấp nên kich thước bộ lọc cần cũng nhỏ đi

Nhược điểm:

Dùng đến 6 điôt

Phạm vi làm việc thấp

2.4.4 Chỉnh lưu cầu 1 pha

a Sơ đồ nguyên lý Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý

b Sơ đồ đấu dây

Hình 2.8 Sơ đồ đấu dây mạch chỉnh lưu cấu 1 pha

2.4.5 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha có tải là tải thuần trở:

 Sơ đồ mạch lực và giản đồ sóng

17

Hình 2.9 sơ đồ mạch lực

Hình 2.10 giản đồ sóng

Sơ đồ đấu nối thực nghiệm

Hình 2.12 sơ đồ mạch van đấu nối

 Nhận xét: Ưu điểm:

Cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha

Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%), dạng sóng điện áp ra tốtLàm việc trong dải công suấtt rộng

3.2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

_ Chuẩn bị truocs nội dung thực hành và các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn cho bài thí nghiệm số 3

3.3 Trang thiết bị cần thiết

19

_ Mạch xung áp nối tiếp

_ Mạch cầu H dung mosfet

_ Mạch cầu H dung L298

3.4 Các nội dung, quy trình

4.1 Sơ đồ mạch lực băm xung một chiều kiểu nối tiếp:

a Phân tích cấu trúc mạch van

- Mạch BXMC kiểu nối tiếp gồm có một van bán dẫn (MOSFET), Nguồn một chiều DC, Diode D1, cuộn cảm L, tải R

- Dương nguồn nối vào cực D của van, nối tiếp với cuộn cảm L rồi ra tải

-Tải R nối về âm nguồn, Diode D1 mắc song song với

tải b Phân tích nguyên lý hoạt động

- Trong khoảng từ 0 đến T0, khi van dẫn điện, năng lượng nguồn sẽ được cấp chophụ tải, nếu coi van là lý tưởng có: Ut = E; vì dòng điện từ nguồn it cấp cho tải Rt

phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này sẽ được nạp năng lượng trong giai đoạn

Tr dẫn

- Trong khoảng từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển, van Tr khóa, điện cảm L phóng năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước, dòng điện qua L vẫn theo chiều cũ và chảy qua van đệm D (dòng i2), lúc này Ut = -UD =0

c Tính toán thông số của mạch

+ Chọn tham số nguồn DC: Uv max= 100 V ; Iv max = 10A - Chọn tần số băm xung là 5kHz ; R = 10 Ohm

+ Tính toán tham số cuộn cảm:

- Chọn độ dao động theo chỉ tiêu độ dao động dòng điện I Chọn độ dao động dòng điện 10% tương ứng với dòng tải lớn nhất là:

I =1(A)

21

+ Công thức liên hệ giữa điện áp đầu vào – ra: Ut = E.D **) Tiến hành mô phỏng+ Với D = 0.2  Ut = 100*0.2 = 20V

- Đồ thị dòng điện ra It, điện áp ra Ut : * Dòng điện ra It:

* Điện áp ra Ut:

22

- Đồ thị điện áp của van

+ Với D = 0.5  U t = 100.0.5 = 50V - Đồ thị điện áp ra U t , dòng điện ra I t

* Điện áp ra Ut:

23

* Dòng điện ra It:

+ Đồ thị điện áp của van

d Bình luận các kết quả thu được

+Với D = 0.2, ta thu được dòng điện và điện áp ra có dạng răng cưa có giá trị Ut =20V ; It = 2A

+ Với D = 0.5, ta thu được dòng điện ra và điện áp ra có dạng răng cưa có giá trị Ut

a Phân tích cấu trúc mạch van

- Mạch BXMC kiểu song song gồm có nguồn một chiều DC, van bán dẫn(IGBT), cuộn cảm L, tụ C, tải R, điện trở Rng, diode D1

- Cực Katot của van nối tiếp với cuộn cảm L, điện trở Rng rồi nối với dương nguồn

- Van được mắc nối tiếp với diode D1, song song với tải R, tụ điện C

b Nguyên lý hoạt động của mạch

- Khi van Tr dẫn, toàn bộ điện áp nguồn được đặt vào cuộn cảm L và dòng điện từ nguồn (dòng i1) chảy qua điện trở và cuộn cảm được nạp năng lượng Trong giai đoạn này diode D khóa và tải bị cắt hẳn khỏi nguồn, do đó năng lượng cấp ra tải là nhờ điện dung C, vì vậy tụ điện C là nhất thiết phải có ở BXMC kiểu song song

- Khi van Tr bị khóa, năng lượng của cuộn kháng và của nguồn sẽ cấp ra tải (dòng

I2) Nhờ nhận thêm năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước trong điện cảm nên điện

áp trên tải sẽ lớn hơnđiện áp nguồn E Tụ C dùng để tích năng lượng và cấp cho Rt

trong giai đoạn van Tr dẫn

BÀI 4: NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN

1 Mục tiêu:

_ Tìm hiểu về cấu trúc các phần tử phương pháp điều khiển trong bộ nghịch lưu

và biến tần

2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

_ Chuẩn bị trước nội dung thực hành và các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn cho

bài thí nghiệm số 4

3 Trang thiết bị cần thiết

_Bộ nghịch lưu 3 pha trong phòng thí nghiệm

_ Bộ biến tần MICRO MASTER VECTOR

4 Các nội dung, quy trình

4.1 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu áp một pha cầu H

27

a Phân tích cấu trúc mạch

-Mạch nghịch lưu áp một pha bao gồm: nguồn một chiều DC, 4 van động lực (IGBT), 4 diode D1 – D4 để trả công suất phản kháng của tải về lưới, Tải trở - cảm RL

b Phân tích nguyên lý hoạt động

Ở nửa chu kỳ đầu tiên(0 – cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải được đấu vào

nguồn Do nguồn là nguồn áp2 nên điện áp trên tải U1 = E Tại thời điểm 0 =

θ )

và T2 bị khóa, đồng thời T3 và T4 mở ra Tải được đấu vào nguồn theo chiềuθngược

lại, tức là dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều và Ut = -E tại thời điểm θ2 Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm), T1, T2 đã bị khóa, nên dòng phải khép mạch qua D3, D4 về tụ C

Tương tự như vậy khi khóa cặp T3, T4 dòng tải sẽ khép mạch qua D1 và D2.Đồ thịđiện áp tải Ut, dòng tải it, dòng qua diode iD và dòng qua thyristor được biểu diễntrên hình 4.12b

c Tính toán tham số của mạch

- Dòng nhỏ nhất để diode phân cực thuận: Imin = 0,05A + Chọn giá trị tải trở - cảm:

R = 50 Ohm ; L = 200mH **) Tiến hành mô phỏng

- Đồ thị điện áp Ut, dòng điện It, dòng qua diode, dòng qua T1,2

29

- Đồ thị điện áp ra U t có dạng hình vuông có biên độ là 220√2(V)

- Đồ thị dòng điện ra It có dạng gần giống hình sin do ảnh hưởng từ cuộn cảm Llàm cho dòng điện biến thiên tăng dần, giảm dần

- Nhận thấy dòng phản kháng được diode trả về lưới khi dòng It biến thiên cực đại

4.2 Biến tần

- Biến tần là thiết bị điện tử dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều có tần số và

biên độ xác định sang nguồn điện xoay chiều khác có tần số và biên độ thay đổi

Phanh

Khối vào ra

Hình 4.1 Cáu trúc của bộ biến tần

TB Chấp Hành

d Giải thích đồ thị nhận được từ mô phỏng

Phân loại theo phương pháp biến đổi

- Biến tần trực tiếp

- Biến tần gián tiếp

Phân loại theo nguồn ra

- Biến tần nguồn dòng

- Biến tần nguồn áp

Phân loại theo phương pháp điều khiển

- Phương pháp điều khiển cổ điển

- Phương pháp điều khiển PWM

- Phương pháp điều khiển véc – tơ

- Phương pháp điều khiển ma trận Phân loại theo nguồn cấp vào

- Biến tần một pha

- Biến tần ba pha

3.Ứng dụng của biến tần

- Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng là các thế hệ có

mô men tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt li tâm là những ứng dụngđiển hình

I Tìm - hiểu về biến tần Micromater Eco

Biến tần Mircomaster là thiết bị biến đổi tần số dùng để điều khiển tốc

độ động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha Có dãy công suất ngõ vào từ120W- 7,5KW

1 Các đặc tín cơ bản của Micromaster

- Dễ cài đặt, lập trình và sử dụng

- Chịu quá tải 200% trong 3s cho tới 150% trong 60s

- Mô men khởi động lớn và điều chỉnh tốc độ motor chính xác

- Có thể kết hợp với bộ lọc

- Điều chỉnh dòng nhanh

- Khoáng nhiệt độ hoạt động từ 0- 50°C

- Có sẵn nguồn 15V-50mA cấp cho các bộ biến đổi phản hồi

31

- Điều khiển từ xa thông qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giaothức USS với đặc tính điều khiển tới 31 bộ điều khiển biến tần qua giao thức

USS

- Tự động phát hiện động cơ 2,4,6 hoặc 8 đầu vào điều khiển

- Tích hợp sẵn phần mềm điều khiển quạt gió làm mát

- Khả năng lắp đặt liền nhau

- Các thông số được đặt từ khi sản xuất có thể đặt lại cho các thiết bijcura châu Âu, Asian, Bắc Mỹ

- Tích hợp một số thành phần bảo vệ như quá dòng, cao áp, thấp áp , quá nhiệt

2 Các đầu nối nguồn cho động cơ

- Đảm bảo rằng nguồn cấp cho đúng điện áp và được thiết kế đảm bảocho dòng cần thiết Đảm bảo rằng aptomat và cầu chì thích hợp với giá trị dòngđịnh mức được nối giữa nguồn cấp và biến tần

- Nối đúng nguồn cấp tới các đầu nối L1, L2, L3 và cực tiếp điểm cho biến tần

- Nếu cần thiết sử dụng thêm khối hãm và các cực đấu DC+ và DC-trênbiến tần

- Xiết chặt các đầu nối nguồn và động cơ

Hình 4.3 Biến tần điều khiển

- Với ngõ vào biến tần sử dụng nguồn điện 1 pha

Hình 4.4 Ngõ vào biến tần nguồn 1 pha.

- Với ngõ vào biến tần sử dụng nguồn điện 3 pha

Hình 4.5 Ngõ vào biến tần nguồn 3 pha.

Cách đấu nối điều khiển:

Hình 4.6 Sơ đồ nối dây điều khiển

Hình4.7 Sơ đồ nguyên lý bên trong LOGO

Các biến tần Mircromater được trang bị trong phòng thí nghiệm có cấu hình:-

- 2 đầu vào tương tự - 2 cổng truyền thông nối tiếp

- 2 đầu ra tương tự - 1 cổng ghép nối PTC (nhiệt

33

- Cổng ghép nối với điện trở hãm bên ngoài

- 2 role có thể lập trình

- Đầu phản hồi kín

- Nguồn cấp 15V-50mA cho các biến bên ngoài

- Nguồn 10V cấp cho đầu vào tương

34

Sử dụng màn hình điều khiển

Hình 4.8 Màn hình LOGO Trong đó:

Jog Xoay nhẹ động cơ Nhấn nút này khi biến tần không có tín hiệu ra,

làm cho động cơ khởi động và chạy lại tần số xác định Động cơ dừng khi thả nút này ra Khi động

cơ đang chạy, nút này không tác dụng Nút không

sử dụng được khi set tham số P123=0 Khởi động biến Nhấn nút này để khởi động biến tần Nút này tần không có sử dụng được khi sét tham số P121 = 0 Tắt biến tần Nhấn nút này để tắt biến tần

OFF1: Nhấn nút này một lần làm cho động cơ dừng theo thời gian giảm tốc

OFF2 : Nhấn nút này hai lần ( hay 1 lần nhưng giữ lâu ) làm cho động cơ dừng nhanh

LED hiển thị Trình bày trên màn hình những giá trị cài đặt trên

Tăng giá trị Nhấn nút này để tăng giá trị tần số ngoài ra dùng

thay đổi số tham số với giá trị cài đặt lớn hơn Nút này không sử dụng được khi set tham số

35

P124=0 Giảm giá trị Nhấn nút này để giảm giá trị tần số ngoài ra dùng

thay đổi số tham số với giá trị cài đặt nhỏ hơn Nút này không sử dụng được khi set tham số P124=0

Truy cập tham số Nhấn nút này để truy cập tham số Nút này

không sử dụng được khi set tham số P051=14 ; P052=15; P053=14

Tham số thông dụng (P001: Lựa chọn cách hiển thị khi biến tần hoạt động

< Trong phòng thí nghiệm chỉ sử dụng tham số P001 >

1: Hiển thị tần số đầu ra (Hz)

2: Hiển thị dòng điện động cơ (A)

3: Hiển thị điên áp ra trên DC bus (V)

5: Hiển thị tốc độ động cơ (vòng /phút)

8: Hiển thị điện áp đầu ra

Cảnh báo và mã lỗi

+ Quá áp do nguồn cung cấp có điện

+ Kiểm tra điện áp ngõ vào có nằm trong giới hạn cho phép hay không

+ Tăng thời gian giảm tốc

áp + Thời gian giảm tốc quá ngắn hay

+ Yêu cầu năng lượng hãm phải nằm trong động cơ điều khiển với tải động

giới hạn cho phép + Công suất động cơ không phù hợp + Kiểm tra công suất động cơ có phù hợp

F002 – Quá với công suất biến tần

với công suất biến tần hay không + Chiều dài cáp không vượt quá giới hạn + Dây dẫn động cơ quá tải

+ Động cơ ngắn mạch

chạm mát, ngắn mạch + Chạm đất + Kiểm tra động cơ có bị kẹt hay bị quá tải

F011- Lỗi

Lỗi giao tiếp bên trong biến tần Tắt nguồn và mở nguồn lại lần nữa

giao tiếp

36

II Hình ảnh thực tế

Hình 4.9 Biến tần

Hình 4.10 Động cơ không đồng bộ 3 pha roto ngắn mạch