Báo cáo thực tập môn điện tử công suất pdf

Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm. Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

BÀI THU HOẠCH THỰC TẬP

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & ỨNG

DỤNG (CT396)

GVHD:

Nhóm: tối thứ 3

Mục lục

Bài A.1: CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 1

1.4.1 Mạch chỉnh lưu tia 1 pha không điều khiển 1

1.4.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển 8

1.4.3 Chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển 12

1.4.4 Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển 13

Bài A.2: CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 15

2.4.1 Chỉnh lưu điều khiển tia 1 pha 15

2.4.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 20

2.4.3 Chỉnh lưu cầu điều khiển 1 pha bán phần đối xứng 24

Bài A.3: CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN 41

3.4.1 Chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển 41

3.4.2 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 47

Bài A.4: BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 41

4.4.1 Tải R 41

4.4.2 Tải L 41

4.4.1 Tải RL 41

Bài B.1: CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 1

1.1 Mạch chỉnh lưu tia 1 pha tải RL 1

1.2 Chỉnh lưu tia 3 pha tải RL 8

1.3 Chỉnh lưu cầu 1 pha tải RL 12

1.4 Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải RL 13

Bài B.2: CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN 15

2.1 Chỉnh lưu điều khiển tia 1 pha: 15

2.2 Chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển 20

2.3 Chỉnh lưu cầu điều khiển 1 pha bán phần không đối xứng 24 2.4 Chỉnh lưu cầu điều khiển 1 pha bán phần đối xứng: 27

2.5 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn 32

2.5 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn 32

Bài B.3: BỘ CHOPPER & INVERTER 41

3.3.1 Chopper giảm áp 41

3.3.2 Chopper tăng áp 47

3.3.3 Inverter three-phase, six-step 48

3.3.4 Inverter sine-PWM 50

PHẦN A THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH

BÀI A.1: CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

Us:

Ud:

Id:

Dạng sóng Ud, Id tương tự nhau, cùng pha, nhưng Id < Ud về mặt biên độ là do sụt

áp trên điện trở R (thuần) Dòng điện id tỉ lệ với Ud theo công thức: Id = Ud/R

So sánh giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết Id_avg = 150mA

Id_TT = 150mA*3/1000 = 0.45A

Id_LT = Ud_LT/R = 19/50 = 0.38A

So sánh và nhận xét kết quả thực tế với lý thuyết

Sai số giữa kết quả thực tế và lý thuyết không đáng kể

b Tải RL (R = 50 Ω , L = 100 mH)

Hình A.1.2 Mạch chỉnh lưu tia 1 pha không điều khiển với tải RL Dạng sóng ud và id:

Ud:

Id:

Có sự lệch pha giữa dòng Id và áp Ud mà ta quan sát trên máy hiện sóng, giải thích

sự lệch pha đó

Ta thấy dạng sóng ud sớm pha hơn dạng sóng id là do mạch này có thêm cuộn cảm

L, làm cho dòng điện bị trễ pha so với điện áp ud

So sánh điện áp chỉnh lưu giữa 2 trường hợp tải R và tải RL

Với tải R: ud (R): ở bán kỳ dương ud > 0, ở bán kỳ âm ud = 0

Với tải RL: ud (RL): ở bán kỳ dương ud > 0, ở bán kỳ âm ud < 0 tính từ thời điểm bắt đầu bán kỳ âm cho đến khi cuộn cảm xả hết năng lượng, sau đó ud = 0

1.4.2 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

a Tải R

Hình A.1.3 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha với tải R

Dạng sóng của us, is, ud, id:

So sánh về dòng và áp chỉnh lưu cầu với trường hợp chỉnh lưu tia

ud, id chỉnh lưu tia có tần số bằng tần số nguồn và bằng 50 Hz

ud, id chỉnh lưu cầu có tần số bằng 2 lần tần số nguồn và bằng 100 Hz  Giá trị điện

áp và dòng điện chỉnh lưu cầu gấp 2 lần chỉnh lưu tia

So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Các giá trị đo ngoài thực tế đều nhỏ hơn giá trị tính toán lý thuyết là do có thêm điện trở dây dẫn trong mạch thực tế, dẫn đến sụt áp (trên cả Diode) do Diode không phải công tắc lý tưởng (R # 0)

So sánh sóng điện áp chỉnh lưu ở hai trường hợp tải R và tải RL

Dạng sóng và biên độ điện áp chỉnh lưu ở 2 trường hợp là tương tự nhau (cùng tần số

100 Hz, biên độ, hình dạng tương tự nhau)

So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Các giá trị đo được trên mạch thực tế đều nhỏ hơn giá trị tính toán lý thuyết là do có sụt áp trên dây dẫn và trên các diode (do các diode không phải công tắc lý tưởng)

1.4.3 Khảo sát mạch chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển

Hình A.1.5 Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha hình tia không điều khiển với tải R

Dạng sóng uL1, uL2, uL3 và ud:

Hình A.1.6 Sơ đồ mạch chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển với tải R Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id, uSL1, iSL1

Dạng sóng ud:

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Các giá trị tính toán lý thuyết lớn hơn giá trị thu được ở mạch thực tế bên ngoài là do mạch thực tế có sự sụt áp trên dây dẫn và các diot (do diot không phải công tắc lý tưởng)

Xác định khoảng dẫn của từng diode V1, V3, V5

V1 dẫn khi điện áp L1 > 0 và lớn hơn L2, L3

V2 dẫn khi điện áp L2 > 0 và lớn hơn L1, L3

V1 dẫn khi điện áp L3 > 0 và lớn hơn L1, L2

1.4.4 Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Hình A.1.7 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải R Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Ud, Id

Dòng điện Id có liên tục hay không?

Dòng Id liên tục, là những đường gợp sóng nối tiếp nhau tương ứng các khoảng dẫn của 3 diode

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Các giá trị tính trên lý thuyết lớn hơn giá trị đo thực tế trên mạch là do trên mạch thực tế có hiện tượng sụt áp trên dây dẫn và các diode (do Diode không phải công tắc

lý tưởng)

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV4, iL1

Hình A.1.8 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải R Quan sát và vẽ lại dạng sóng uV6, iL2

Dạng sóng của uV2, iL3’

Khi diode V2 dẫn thì diode nào có khả năng đồng dẫn với nó? Giải thích

Khi V2 dẫn thì V1, V3 có khả năng đồng dẫn Khi V2 dẫn thì uL3 là pha thấp hơn so với 2 pha còn lại, lúc này V5 sẽ bị phân cực ngược Có những khoảng thời gian cặp V2-V1 dẫn, V2-V3 dẫn

BÀI A.2: CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN

Reference Variable Generator

Control Unit Six Pulse Digital

Oscilloscope MH507

2.4 Thực hành

2.4.1 Mạch chỉnh lưu tia một pha điều khiển

a Tải R

Hình A.2.1 Chỉnh lưu tia một pha điều khiển tải R

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Us, Ud, Id:

Us

Ud góc kích α = 900 Id góc kích α = 900

So sánh Us, Ud và giải thích

Xét ở góc kích  = 90, trong một chu kỳ:

Tại thời điểm 0 < : Ud = 0

Tại thời điểm kích: π/2 đến π thì Ud = Us Dạng sóng Us hình sine (nguồn xoay chiều), dạng sóng Ud với ngõ ra chỉ có phần bán kỳ dương do SCR chỉ dẫn ở bán kỳ dương của mạch (phân cực thuận)

So sánh giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết

Ud, Id cùng pha nhau nhưng khác về biên độ, do mạch điện trở thuần nên mối qua hệ

Ud, Id là tuyến tính theo công thức Id = Ud/R

So sánh giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết

Us

Ud đặt góc kích α = 900

UL đặt góc kích α = 900

Dạng sóng Id:

Quan sát đồng thời 2 dạng sóng Id và uL và cho nhận xét

Dạng sóng 2 tín hiệu này có mối quan hệ với nhau theo biểu thức: uL(t) =

L*diL(t)/dt

Góc dẫn của dòng điện tải Id là bao nhiêu? Theo lý thuyết thì góc dẫn tối đa là bao nhiêu?

Góc dẫn của Id là 90, góc dẫn tối đa là 180

Điện áp trên cuộn L là điện áp AC, hay DC? Giải thích?

Điện áp trên L là uL có dạng AC do tỉ lệ diL(t)/dt có phần dương, âm

2.4.2 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển toàn phần

a Tải R

Hình A.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển toàn phần tải R

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Ud, Id

Dạng sóng Ud, Id:

So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết Ud_avg = 175mV

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Giá trị lý thuyết tính toán lớn hơn giá trị thực tế do hao hụt trong quá trình truyền tải (sụt áp do dây dẫn và SCR không phải công tắc lý tưởng)

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iv2, iv4; α = 90°

Dạng sóng iv2:

Dạng sóng iv4:

b Tải RL

Hình A.2.4 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển toàn phần tải RL

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Ud, Id, uL (α = 90°)

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng uL:

Dạng sóng Id:

Ud_avg = 135mV

Ud_TT = 135mV*100/1000 = 13.5V

Dòng điện Id có liên tục không?

Không, dòng điện Id không liên tục

Có thể áp dụng công thức Ud = ( 2√2×Urms*cos(a))/ 𝜋 được không ?

Không được áp dụng công thức trên vì chỉ đúng với dòng điện Id là liên tục

Nếu được thì Ud_LT = “không tính”

Dòng Id không liên tục Vẫn áp dụng được công thức tính trên vì ta xem như giá trị

Ud là giá trị trung bình của điện áp AC  xem như một nguồn DC

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Các giá trị tính toán lý thuyết lớn hơn giá trị thực tế đo được là do hao hụt trên đường dây tải và các SCR, diode không phải công tắc lý tưởng

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV2, iV4; (α = 30°)

Dạng sóng iv2:

Dạng sóng iv4:

\

Iv2_TT = 156.6mA*3/1000 = 0.47A

Iv4_TT = 156.6mA*3/1000 = 0.47A

So sánh dạng sóng và giá trị giữa iV2, iV4 trong hai trường hợp

Dạng sóng iV2, iV4 tương tự nhau về mặt biên độ, giá trị gần bằng nhau nhưng lệch pha với nhau 180

So sánh dạng sóng và giá trị giữa iV2, iV4 với giá trị id trong hai trường hợp

Dạng sóng của Id là tổng của hai dạng sóng iV2 và iV4

Giá trị trung bình id bằng tổng giá trị trung bình của iV2 và iV4

b Tải RL

Hình A.2.6 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần bất đối xứng tải RL Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Ud, Id (α = 30°)

Dạng sóng Ud:

Id_TT = 203.5mA*3/1000 = 0.61A

Dòng id có liên tục không? Có thể áp dụng công thức Id = Ud/R được không? Tại sao?

Dòng Id liên tục Có thể áp dụng công thức trên Vì Ud đo được xem như giá trị trung bình điện áp AC

Giá trị Id tính toán theo lý thuyết: Id_LT = 35.5/50 = 0.71A

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Giá trị thực tế nhỏ hơn giá trị lý thuyết do hao hụt trên dường dây tải và các SCR, diot không phải là công tắc lý tưởng

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV2, iV4; (α = 30°)

Dạng sóng iV2:

Dạng sóng iV4:

iv2_TT = 55mA*3/1000 = 0.165A

iv4_TT = 43.7mA*3/1000 = 0.131A

So sánh dạng sóng và giá trị giữa iv2 và iv4

Dạng sóng 2 tín hiệu này khác nhau về độ lớn biên độ, chu kỳ, góc pha, hình dạng

So sánh dạng sóng và giá trị giữa iv2 và iv4 với giá trị Id

Hai tín hiệu sóng này tạo thành dòng Id Giá trị trung bình Id bằng tổng giá trị iv2 và iv4

So sánh, nhận xét dạng sóng và giá trị giữa iv2, iv4 của phần tải R với tải RL

Với tải R: dạng sóng iv2, iv4 tương tự nhau, dòng Id gián đoạn

Với tải RL: dạng sóng iv2, iv4 khác nhau rõ rệt Dòng Id liên tục

Khi nào có dòng dẫn qua diode D4?

Khi dòng dẫn vào nhánh nghịch của SCR

Tại sao chúng ta phải đo dòng nghịch iv4 và id4?

Để biết với giá trị dòng nghịch là bao nhiêu thì SCR hoạt động như diode

Bài A.3: CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN

Reference Variable Generator

Control Unit Six Pulse Digital

Dạng sóng Id:

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Ud, Id, α = 90°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Ud, Id, α = 120°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

b Tải RL

Hình A.3.2 Mạch chỉnh lưu tia ba pha điều khiển với tải RL

Các xung kích trên ba SCR lệch pha với nhau như thế nào?

Các xung kích SCR135 lệch pha nhau 120 Khi đó, góc kích SCR1 tại t1 = π/6 + 30, SCR2 tại t2 = t1 + 120, SCR3 tại t3 = t2 + 120

Với góc kích là bao nhiêu thì ta quan sát được dòng điện Id bị gián đoạn?

Với góc kích > 30 thì Id gián đoạn

Khi góc kích = 45 thì Id có liên tục hay không? Tại sao?

Id gián đoạn Vì là tải R nên I cùng pha U, muốn dòng điện liên tục thì SCR kế tiếp phải được kích dẫn trước thời điểm SCR pha hiện tại ngưng dẫn, Xét khoảng từ 0-π, nếu góc kích = 45 thì wt(2) = 30+45+120 > 180  dòng Id gián đoạn

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Ud, Id, α = 45°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Ud, Id, α = 90°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

Quan sát và vẽ lại dạng sóng Ud, Id, α = 120°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

Với góc kích là bao nhiêu thì ta quan sát được dòng điện Id không còn liên tục? Với góc kích 75 ta thấy Id gián đoạn

Khi α = 90°, dòng qua tải có còn liên tục không? Tại sao?

Dòng gián đoạn do cuộn cảm đã xả hết năng lượng mà SCR kế tiếp chưa tới thời điểm được kích dẫn nên Id gián đoạn

Có nhận xét gì về sự ảnh hưởng của thành phần cảm L đến tính liên tục của dòng điện Id?

Cuộn cảm có giá trị càng lớn thì dòng càng dễ liên tục

3.4.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần

Hình A.3.3 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần tải R

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Ud, Id, α =30°

Dạng sóng Ud:

Dạng sóng Id:

So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý

Dòng điện khi α = 30° có liên tục không?

Id liên tục Vì tải R nên dòng điện cùng pha điện áp Góc kích < 60 để SCR ở pha kế tiếp được kích dẫn trước khi SCR ở pha hiện tại ngưng dẫn

So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế

Giá trị tính toán lý thuyết lớn hơn giá trị đo đạc thực tế là do hao hụt trên đường dây

và các SCR là các công tắc không lý tưởng

Lắp mạch như hình A.3.4:

Hình A.3.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần tải R Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV4, iV6, iV2

Dạng sóng iV4:

Bài A.4: BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Reference Variable Generator

Control Unit Six Pulse Digital

Oscilloscope MH507

4.4 Thực hành

4.4.1 Tải R

Hình A.4.1 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của us, uout

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV1, iV1

Dạng sóng uV1, iv1, α =900

Phạm vi điều khiển của góc kích alpha với tải R là: từ giá trị 0 đến 𝜋

Tại sao khi SCR được kích thì ta nhận thấy điện áp nguồn hơi bị biến dạng so với

ban đầu?

Do dây dẫn nối từ nguồn vào tải có điện trở gây sụt áp khi có tải lớn, nội trở của

nguồn là các nguyên nhân gây nên hiện tượng trên

4.4.2 Tải L

Hình A.4.2 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải L

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Us, uout,  = 135

Bảng giá trị hiệu dụng uout:

 0 30 60 90 120 150 180

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV1, iV1, α = 1350

Phạm vi điều khiển của góc kích α đối với tải L là?

Từ 90 đến 180

So sánh sóng điện áp ngõ ra (đã điều khiển) với trường hợp tải trở và giải thích? Với tải R: Uout trùng Us kể từ lúc cấp xung kích dẫn tại vị trí (0<<180) cho SCR1 đến hết nửa chu kỳ dương Sau đó trùng lại Us từ lúc kích dẫn SCR2 tại điểm 𝜋 +

đến hết nửa cho kỳ âm còn lại

4.4.3 Tải RL

Hình A.4.3 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải L

Quan sát và vẽ lại dạng sóng của Us, uout,  = 90

Bảng giá trị hiệu dụng uout

Phạm vi điều khiển của góc kích α đối với tải RL là?

Từ 20 đến 180

So sánh giá trị điều khiển góc kích 𝛼 với giá trị 𝝋

PHẦN B: HƯỚNG DẪN MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG

SUẤT BẰNG PHẦN MỀM PSIM

BÀI 1.CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

I Chỉnh lưu tia 1 pha tải RL

 Nguồn biên độ 100V 50Hz

a R = 10, L = 0

 Mạch điện

 Dạng sóng ngõ ra Vd và I(R)

 Do chỉnh lưu hình tia có một diode: ở bán kỳ dương diode phân cực thuận nên dẫn điện, Vd = Vs Tại bán kỳ âm,diode phân cực nghịch không dẫn, điện áp và dòng điện qua tải bằng 0V

 Giá trị điện áp trung bình tính theo lí thuyết:𝑉𝑑 =√2×𝑉𝑠

𝜋 =√2×100

𝜋 = 45.02 (V)

 Giá trị điện áp trung bình: Vd = 31.83 V

Giá trị điện áp trung bình mô phỏng nhỏ hơn giá trị điện áp trung bình tính theo lí thuyết

 Kết quả trên mô phỏng và kết quả lý thuyết là giống nhau

b R = 10, L = 0.01:

 Dạng sóng ngõ ra :

Giá trị điện áp trung bình Vd = 31.1 V

Nhận xét:Vd giảm xuống tới dưới mức 0V rồi trở về 0Vsau đó

Khi mắc thêm tải L thì giá trị điện áp trung bình của tải RL giảm so với tải R

Giải thích:Điện áp trung bình so với câu a/ Vì tải có cuộn cảm L có tính cảm

kháng, nên làm dòng điện chỉnh lưu lệch pha 1 góc so với điện áp qua tải Điện áp ngõ ra vẫn xuất hiện cho đến khi dòng điện trở về không thì điện áp ngõ ra cũng trở

về 0V

c Thêm D 0 ( diode hoàn năng):

 Mạch điện: