Bài giảng thực hành điện tử công suất pot

Sơ đồ nghịch lưu dùng để thực hiện phép biến đổi dòng điện 1 chiều DC thành xoay chiều sử dụng các sơ đồ công suất.. Sơ đồ biến đổi điện áp 1 chiều sử dụng trong các sơ đồ điều khiển côn

BÀI GIẢNG Thực hành ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

220 V AC

MỤC LỤC

Bài thí nghiệm số 1: Linh kiện điện tử công suất 1

Bài thí nghiệm số 2: Các phương pháp điều khiển 11

Bài thí nghiệm số 3: Chỉnh lưu công suất 24

Bài thí nghiệm số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều 33

Bài thí nghiệm số 5: Biến đổi điện áp một chiều 39

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

Bài thí nghiệm số 1

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

A Khái quát về điện tử công suất :

Các thiết bị Điện tử Công Suất cho phép điều khiển và chuyển đổi các ín hiệu điện tử công suất nhỏ thành công suất lớn đề điều khiển cho các thiết bị chấp hành như máy điện , các thiết bị công nghệ khác

Các áp dụng chủ yếu của Điệ Tử Công Suất gồm :

1 Sơ đồ chỉnh lưu công suất dùng để thực hiện các phép biến đổi dòng điện xoay (AC) thành dòng điện 1 chiều ( DC ) Ứng dụng chủ yếu của sơ đồ này là điều khiển các động cơ DC bằng nguồn điện lưới xoay chiều AC

2 Sơ đồ nghịch lưu dùng để thực hiện phép biến đổi dòng điện 1 chiều (DC) thành xoay chiều sử dụng các sơ đồ công suất

3 Sơ đồ biến đổi điện áp 1 chiều sử dụng trong các sơ đồ điều khiển công suất, điều khiển hoạt động của động cơ DC

4 Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều với ứng dụng chính là điều khiển động cơ

AC bằng lưới điện xoay chiều AC

5 Sơ đồ biến tần thực hiện biến đổi cả về tần số và giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều Sử dụng để điều khiển chính xác tốc độ động cơ AC

B Các linh kiện công suất:

Các linh kiện công suất được sử dụng hiện nay là Diode Công suất , Thyristor (SCR), TRIAC, transistor Công suất ( BJT , MOSFET ) , IGBT, GTO ,…

1 Diode Công Suất :

Diode bán dẫn được cấu tạo trênlớp tiếp xúc bán dẫn khác loại ( hình 1.a ) thường

là bán dẫn loại N và loại P Hình 1b là kí hiệu theo quy ước và hình 1c là hình dạng thực tế của diode công suất

Do hiệu ứng khuếch tán các phần tử tải điện cơ bản giữa 2 miền , tại lớp tiếp xúc (phần truyền) sẽ hình thành 1 hiệu điện thế tiếp xúc , tạo ra từ trường E để ngăn ngừa

sự khuếch tán tiếp tục của các phần tử tải điện cơ bản Kết quả là ở trạng thái cân bằng , ở ranh giới tiếp xúc tạo ra vùng nghèo các phần tử tải điện

Khi đặt vào diode một điện trường ngoài ( U ) , trạng thái cân bằng bị phá vỡ , nếu nối điện thế ngoài theo chiều dương + với Katod và chiều âm – nối với Anod của diode , sẽ tạo ra điện trườn ngoài cùng chiều với điện thế tiếp xúc, điện trường tổng cộng sẽ làm tăng hàng rào điện thế , làm vùng nghèo được mở rộng Vùng nghèo của lớp tiếp xúc khôn cho phép các phần tử tải điện chuyển qua phần truyền và dòng qua phần truyền chỉ là dòng điện rò ( dòng rỉ )

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

P

NA

KU

A

K

Nối điện thế ngoài theo chiều + với Anod và – với Katod của diode , điện trường ngoài sẽ ngược chiều với điện trường của điện áp tiếp xúc , điện trường tổng cộng sẽ làm giảm hàng rào điện thế , cho phép các phần tử tải điện dịch chuyển qua vùng tiếp xúc và tạo ra dòng điện qua diode Trên hình 1b mô tả đặc tuyến volt-ampe của diode tương ứng với quá trình mô tả trên Ứng với nhánh phân cực ngược dòng rĩ

là hông đáng kể , song nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

Diode công suất làm việc với dòng thuận lớn vì vậy đòi hỏi chế độ giảm nhiệt hợp lí , thích hợp Thông thường sẽ có 1 cực tính được chế tạo thuận lợi cho việc ghép với nhôm tản nhiệt

Các diode công suất sử dụng cho các thiết bị công nghiệp thường đòi hỏi phải

có khả năng chịu đựng điện áp ngược lớn , khoảng vài trăm cho đến vài ngàn Volt Dòng điện định mức ( dòng tải chính hay dòng thuận ) phải đạt vài trăm Ampe

2 Thyristor – SCR ( Silic Controler Retiffier )

Thyristor có tên ghép là thyratron va transistor , được cấu tạo từ bốn lớp chất bán dẫn p-n-p-n như hình 2a , có các điện cực A(Anod) K(Katod), G ( gate) , kí hiệu qui ước như hình 2b và hình dáng bên ngoài như hình 2c

A

K G

P1 N1 P2 N2

A G

K

K G

A

J1 J2 J3

Thyristor có 3 lớp tiếp xúc J1, J2, J3 với các điện trườn nội gây ra bởi hiệu ứng tiếp xúc giữa hai lớp chất bán dẫn E1, E2, E3 có chiều như trên hình 3a Khi nối Anod với cực + và Katod với cực – của nguồn một chiều thì J1 , J3 được phân cực thuận và J2 được phân cực nghịch Kế quả là toàn bộ điện thế nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2

Nếu tác động vào cực Gate một điện thế dương so với Katod sẽ làm cho các phần tử tải điện cơ bản của N2 ( điện tử ) chảy sang P2 , một phần điện tử chảy vào

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

trường tổng hợp trên J2 và chuyển động qua J2 Nhận năng lượng đủ lớn của điện trường tổng cộng , các điện tử sẻ bị Ion hóa các nguyên tử bán dẫn tạo ra các lớp điện

tử mới ( điện tử thứ cấp ) Các điện tử thứ cấp lại nhận năng lượng và gây Ion hóa tiếp theo Kết quả là tạo ra một thác lũ điện tử trong lớp tiếp xúc J2 chảy vào N1 , sau đó qua cưc P1 và tới cực Anod tạo thành dòng qua Thyristor Thy ris tor làm việc trong chế độ này là chế độ mở , có điện trở thuấn nhỏ và dòng dẫn lớn nhất Khi Thyristor

đã mở ( dẫn ) thì tín hiệu điều khiển trở nên mất tác dụng

Trong trường hợp không có tín hiệu điều khiển ở cực Gate hiện tượng thác lũ như trên vẫn có thể xãy ra khi tăng điện thế U đặt lên Thyristor Khi điện thế U đủ lớn ( U>Umồi ) các điện tử nhận đủ năng lượng để gây ra quá trình Ion hóa do va chạm , làm mở Thyristor trong trường hợp này hoạt động của Thyristor gần giống như hoạt động của đèn Neon

Để đưa Thyristor rở về trạng thái khóa , cần tiến hành theo 2 cách như sau : _ Giảm dòng dẫn I xuồng giá trị duy trì trạng thái dẫn

_ Đảo chiều điện hế phân áp U hoặc tạo điện thế phân cực ngược cho Thyristor Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor đang dẫn ( Anod nối – và Katod nối + ) 2 lớp tiếp xúc J1 và J3 bị phân cực ngược , J2 được phân cực thuận Các điện tử đang hiện diện trong Thyristor sẻ đảo chiều hành trình tạo dòng điện ngược từ Anod về Katod và về cực – của nguồn Tại thời điểm chuyển từ mở sang cấm dòng điện này khá lớn , sau đó khi J1 và J3 bị cấm , các điện tử giữa chúng sẽ dần bị tiêu tán , cấu trúc phần truyền của Thyristor được khôi phục trở lại , Thyristor chuyển sang trạng thái cấm với dòng đi qua nó nhỏ lại Quá trình thay đổi dòng qua Thyristor từ mở sang cấm được mô tả trên hình 3a Sau khi Thyristor cấm việc đảo cực điện thế U ( U>Umồi trên Thyristorhay Anod nối + và Katod nối - ) không làm Thyristor dẫn Cần lưu ý khi Thyristor chuyển từ dẫn sang cấm trong khoảng thời gian đầu ( TOFF ) khoảng vài chục s , Thyristor còn dẫn với dòng ngược lớn Nếu trong khỏng thời gian này đặt lên Thyristor ngay 1 điện thế ngược có thể làm hỏng Thyristor

Đặt trưng Volt –Ampe của Thyristor được mô tả như hình 3b

Thyristor có cấu trúc và hoạt động tương đương với cặp transistor ghép liên kết collector-base như hình 3c

Mỗi loại thyristor có cấu tạo đặc trưng khác nhau , do đó khi sử dụng cần lựa chọn loại nào cho thích hợp với yêu cầu

_ Dòng điện định mức Iđm : tùy loại 1A đến 1000A

_ Dòng rĩ khoảng vài mA

_ Điện áp ngược cực đại Ungược max : từ vài trăm Volt cho đến vài KV

_ Dòng điện điều khiển IG : thông thường khoảng 200mA đến 500mA

_ Tốc độ tăng dòng điện dI/dT : vài A/s

_ Tốc độ tăng điện áp dV/dT : V/s

_ Thời gian khóa khoảng vài chục s

_ Thời gian mở khoảng vài s

Quá trình chuyển từ mở sang đóng không xãy ra tức thời Nếu Thyristor chưa cấm hẳn mà xác lập lại điện thế U để UA-K dương sẻ làm đoản mạch nguồn và làm Thyristor hỏng

Khi đặ vào Thyristor điện thế xoay chiều , Thyristor chỉ làm việc với bán kỳ dương mà không làm việcở bán kỳ âm của điện thế nuôi Ở bán kỳ âm thyristor sẽ tự động chuyển về chế độ cấm do có sự đảo chiều điện thế của nguồn cung cấp

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

3 TRIAC ( Triode Alternative Current )

Như đã trình bày ở trên , Thyristor là linh kiện chỉ mở khi phân cực d8iện áp

UA-K dương Nếu như ghép 2 Thyristor song song ngược chiều nhau , có thể điều khiển mở được 2 chiều âm va dương Trong trường hợp này cần phải có 2 tín hiệu điều khiển đồng bộ với nhau nên gây chút khó khăn Do đó để khắc phục vấn đề này gnười ta chế tạo ra 1 linh kiện đó là TRIAC TRIAC là linh kiện tương đương 2 Thyristor ghép song song nhưng ngược chiều nhau và có chung 1 cực điều khiển

T2

T1 G

N3

P1 N1 P2

N1 P2 N2

G

T2

T1N3

Do TRIAC làm việc được với cả nguồn dương và nguồn âm nên khái niện Anod và katod không còn phù hợp nữa Các cực của TRIAC được sử dụng là T1 ( MT1 ) và T2 ( MT2) cho các cực lối ra và cực điều khiển Gate ỏ gần T1

Cấu trúc cấu tạo của TRIAC có thể mô tả bằng 2 cấu trúc chứa 4 lớp chất bán dẫn Ta và Tb tương tự như hình 4a Trong trường hợp T2 n61i với nguồn + và T1 nối với nguồn - , Gate nối với + , 1 phần TRIAC làm việc giống như 1 Thyristor thông thường Nếu nguồn phân cực ngược lại , điện tử trong vùng N3 sẽ phóng vào P2 gây

ra quá trình thác lũ do va chạm làm dẫn Tb Trong thực tế TRIAC được thiết kế với cấu trúc liên kết với các lớp chất bán dẫn N1, P1, N2, P2 là chung cho 2 nữa Ký hiệu qui ước TRIAC như hình 4b

Đặc trưng Volt-Ampe của TRIAC có tính đối xứng nhu hình 5 Nhánh ở phần

tư thứ 1 tương ứng với trường hợp VT2 > VT1 , nhánh ở phần tư thứ 3 mang đặc trưng tương ứng với sự đảo chiều điện thế phân cực , nghĩa là VT2 < VT1

Khác với Thyristor , TRIAC có thể làm việc với điện thế điều khiển âm và không đổi trạng thái khi đảo cực của nguồn điện thế nuôi

4 Transistor MOS công suất

Transistor MOS công suất thực chất là transistor trường hay còn gọi là FET ( Field Effect Transistor ) tuy nhiên FET công suất thường được chế tạo bằng công nghệ MOS ( Metal-Oxide-Semiconductor ) nên thường gôi là MOSFET công suất

MOSFET công suất là 1 linh kiện chuyển mach điện tử nhanh và công suất lớn Cấu trúc MOSFET có các cực chính là : Drain (máng) , Source (nguồn) và cực khiển Gate (cực cửa) Khác với transistor lưỡng cực thông thường , khi điện áp giữa cực Gate và cực Source có giá trị là 0V

thì MOSFET khôn dẫn cho dù điện thế giữa 2 cực đạt đến giá trị vài trăm Volt

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

C Đặc Điểm Sử Dụng Transistor Lƣỡng Cực, MOSFET, Thyristor

Do đặc điểm làm việc chịu đựng điện áp cao , dòng lớn , các đặc tính cách điện cao khi ngắt và điện trở dẫn nhỏ , khả năng chuyển mạch nhanh , dễ ghép với sơ đồ điện tử , …… Các linh kiện Điện Tử Công Suất được ứng dụng rọng rải thay cho các chuyển mạch tiếp điểm

Việc lựa chọn linh kiện nào cho từng ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào các trị số giới hạn , các tổn hao , thời gian chuyển mạch nhanh hay chậm , giá thành, …

Thyristor có trị số giới hạn về dòng điện và điện áp là cao nhất , tổn hao nhỏ , giá thành tương đối Tuy nhiên Thyristor có thời gian chuyển mạch chậm vì vậy chỉ thích hợp cho các mạch sơ đồ biến đổi điện áp lưới ( có tần số 50Hz hoặc 60Hz ) như các bộ chỉnh lưu, biến đổi điện áp xoay chiều , nghich lưu biến tần với tần số thấp (thường < 250Hz)

Đối với các sơ đồ nghịch lưu ần số cao ( > 15KHz ) thì sử dụng MOSFET thích hợp hơn Ở dãy tần 20KHz – 100KHz , transistor lưỡng cực thường được sử dụng vì

có đặc tính tác động nhanh, tuy tổn hao điều khiển nhiều hơn MOSFET

Về chế độ nhiệt , các transistor công suất có thể chiu nhiệt đạt 2000C , trong khi

đó Thyristor chỉ đạt đến 1250C

Đặc biệt do các mạch công suất hay có sự cố, Thyristor có tính bảo vệ chống lại

sự cố nên thường được chọn để sử dụng

TRIAC thường có công suất nhỏ hơn so với Thyristor nên khả năng sử dụng chúng cũng bị giới hạn , chỉ được sử dụng trong các mạch công suất vừa và nhỏ

D Các Linh Kiện Công Suất Khác

1 GTO (gate turn-off thyristor )

Có cấu tao phức tạp hơn Thyristor thông thường nhằm giải quyết vấn đề khó khăn khi sử dụng Thyristor là làm sao để ngắt khi đang dẫn Ở đây GTO có thể ngắt bằng cách kích vào cực Gate 1 xung âm , trước đó GTO dẫn nếu được phân cực thuận vào được kích bằng xung dương

Hình 6 : Cấu tạo , kí hiệu , sơ đồ tương đương và hình dạng của GTO

GTO có cấu tạo gồm bốn lớp pnpn tương tự với thyristor thông thường (SCR)- hình 6a, với các tính năng tương tự của thyristor với điểm khác biệt là có thể điều khiển ngắt dòng điện qua nó Mạch tương đương GTO được vẽ trên hình 6c có cấu trúc tương tự mạch mô tả SCR nhưng có thêm cổng kích ngắt mắc song song cổng

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

kích đóng Ký hiệu linh kiện GTO vẽ trên hình 6b Cấu trúc thực tế (loại GTO đối xứng) hình 6

GTO được kích đóng bằng xung dòng điện tương tự như khi kích đóng thyristor thông thường Dòng điện kích đóng được tăng đến giá trị I

GM và sau đó giảm xuống đến giá trị I

G Điểm khác biệt so với yêu cầu xung kích đóng SCR là dòng kích i

G phải tiếp tục duy trì trong suốt thời gian GTO dẫn điện

Hình 7: cấu tạo và nguyên tắt đóng ngắt GTO

Hình 8 Đặc tính đóng ngắt

Hình 9 Quá trình thay đổi trạng thái đóng ngắt của GTO

Để kích ngắt GTO, xung dòng điện âm lớn được đưa vào cổng G – cathode với

độ dốc (di

GQ/dt) lớn hơn giá trị qui định của linh kiện, nó đẩy các hạt mang điện khỏi cathode, tức ra khỏi emitter của transistor pnp và transistor npn sẽ không thể hoạt động ở chế độ tái sinh Sau khi transistor npn tắt, transistor pnp còn lại sẽ hoạt động

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

với cổng kích đóng ở trạng thái mở và linh kiện trở về trạng thái không dẫn điện

Tuy nhiên, dòng điện yêu cầu mạch cổng G để tắt GTO có giá trị khá lớn Trong khi xung dòng điện cần đưa vào cổng để kích đóng GTO chỉ cần đạt giá trị khoảng 3-5%, tức khoảng 30A với độ rộng xung 10µs đối với loại linh kiện có dòng định mức 1000A thì xung dòng điện kích cổng để ngắt GTO cần đạt đến khoảng 30-50%, tức khoảng 300A với độ rộng xung khoảng 20-50 s

Mạch cổng phải thiết kế có khả năng tạo xung dòng kích tối thiểu đạt các giá trị yêu cầu trên (I

GQM) Điện áp cung cấp mạch cổng để tạo xung dòng lớn vừa nêu thường có giá trị thấp, khoảng 10-20V với độ rộng xung khoảng 20-50 s, năng lượng tiêu tốn cho việc thực hiện kích ngắt GTO không cao

Quá trình điện áp và dòng điện mạch anode và mạch cổng khi kích đóng GTO

và kích ngắt nó được mô tả trên hình hình 8 và hình 9 Năng lượng kích ngắt GTO nhiều gấp 10-20 lần năng lượng cần cho quá trình kích đóng GTO Điểm bất lợi về mạch kích ngắt là một nhược điểm của GTO khi so sánh nó với IGBT Hệ quả là thời gian ngắt dòng điện kéo dài, khả năng chịu di/dt, dv/dt kém, mạch bảo vệ khi kích đóng và kích ngắt làm tăng chi phí lắp đặt cũng như làm công suất tổn hao tăng lên

Do khả năng kích ngắt chậm nên GTO được sử dụng trong các bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung (PWM) với tần số đóng ngắt thấp Tuy nhiên, điều này chấp nhận được trong các ứng dụng công suất lớn Mạch điều khiển kích ngắt GTO có giá thành tương đương giá thành linh kiện

Độ sụt áp của GTO khi dẫn điện cao hơn khoảng 50% so với thyristor nhưng thấp hơn 50% so với IGBT với cùng định mức GTO có khả năng chịu tải công suất lớn hơn IGBT và được ứng dụng trong các thiết bị điều khiển hệ thống lưới điện (FACTS Controller) đến công suất vài trăm MW

GTO được chia làm hai loại - loại cho phép chịu áp ngược (symmetrical), và loại “nối tắt anode” (anode short GTO thyristor) chỉ có khả năng khoá áp thuận trị số lớn

Loại thứ nhất có cấu trúc giống như SCR, có khả năng chịu được áp khóa và áp ngược với giá trị lớn gần như nhau

Lọai thứ hai- GTO có anode nối tắt, có một phần lớp J

1 bị nối tắt nhờ lớp n+ hình 6 Do đó, khả năng khóa áp ngược của lọai GTO này kém, bằng khả năng chịu áp ngược của lớp J

3 (khoảng dưới 15V) Tuy nhiên, bù lại, cấu tạo của nó cho phép đạt được khả năng chịu áp khóa và dòng điện lớn cũng như khả năng giảm sụt áp khi dẫn điện và nó thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tần số đóng ngắt lớn nhưng không cần khả năng chịu áp ngược cao (chẳng hạn các bộ nghịch lưu áp)

Để tăng cường hiệu quả sử dụng, các GTO còn được chế tạo với diode ngược tích hợp trong linh kiện (reverse conducting GTO Thyristor hoặc asymmetric GTO) Cấu tạo linh kiện gồm phần GTO có anode đối xứng và phần gọi là diode phục hồi nhanh (fast recovery diode), cho phép linh kiện dẫn dòng điện ngược mà không cần lắp đặt diode ngược ở ngoài linh kiện, làm giảm kích thước và khối lượng mạch điện

sử dụng GTO

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

của GTO thấp Vì thế, cần phải giới hạn các trị số hoạt động không vượt quá giá trị an toàn trong quá trình ngắt GTO

2 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

IGBT là linh kiện kết hợp giữa đặc tính tác động nhanh và công suất lớn của Transistor lưỡng cực với tổng trở ngã vào và chịu điện thế điều khiển lớn ở cực cổng của MOSFET Cấu tạo , kí hiệu và sơ đồ tương đương có dạng như hình 10

Hình 10 : Cấu tạo, hình dạng và sơ đồ tương đương của IGBT

E Khảo Sát Đặc Tính Của Diode, SCR và TRIAC

I Khảo sát DIODE công suất :

1 Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn và diode như hình 11a để mắc phân cực ngược

cho diode Đo sụt áp trên diode và dòng qua diode

2 Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn và diode như hình 11b để mắc phân cực thuận

cho diode Đo sụt áp trên diode và dòng qua diode

Hinh a Hinh b D

+12V

D

+12V

Hình 11 : Diode được phân cực bằng nguồn 1 chiều

3 Nối nguồn ~ 24V qua tải bóng đèn và diode như hình 12a Sử dụng dao động ký

để quan sát tín hiệu trên tải bóng đèn

n

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử cơng suất

4 Nối nguồn ~ 24V qua tải motor và diode như hình 12b Sử dụng dao động ký để

quan sát tín hiệu trên tải motor

5 Trên cơ sở nguyên tắc hoạt động của diode , giải thích nguyên tắc hoạt động của sơ

đồ hình 11 và hình 12 Giải thích sự khác nhau giữa 2 dạng tín hiệu trên tải cảm ( motor ) và tải trở ( bĩng đèn )

24 VAC

D

Hinh a

24 VAC

D

Hinh b

M

Hình 12 : Diode được phân cực bằng nguồn xoay chiều

II Khảo sát Thyristor cơng suất :

1 Nối nguồn +12V qua tải bĩng đèn và thyristor như hình 13 Cấp nguồn ±12V cho

sơ đồ kích một chiều Nối ngã ra của bộ kích DC với cực Gate của Thyristor

2 Chỉnh biến trở P1 của bộ kích DC cho đến khi đèn phát sáng ( chú ý chỉnh chậm )

Đo điện thế và dịng điều khiển Chỉnh ngược biến trở và giải thích tại sao đèn khơng tắt

3 Chỉnh biến trở P1 trở về trạng thái ban đầu Dùng dây dẫn nối tắt 2 đầu Anod và katod , sau đĩ trả lại trạng thái như cũ Thực hiện lại các bước vài lần

4 Thay đổi nguồn phân cực cho bĩng đèn và cho Thyristor bằng nguồn ~24V Lập lại thí nghiệm trên Quan sát tín hiệu trên tải theo giá trị điện áp ra khi chỉnh biến trở P1

5 Lập lại các bước trên vài lần Giải thích nguyên tắt hoạt động của Thyristor

R4 330

TIP 122

TẢI

Hình 13 : Sơ đồ khảo sát Thyristor

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất

III Khảo sát TRIAC :

1 Lối nguồn +12V qua tải bóng đèn và TRIAC như hình 14 Cấp nguồn ±12V cho

sơ đồ kích một chiều Nối ngã ra của bộ kích DC với cực Gate của TRIAC

2 Chỉnh biến trở P1 của bộ kích DC cho đến khi đèn phát sáng ( chú ý chỉnh chậm )

Đo điện thế và dòng điều khiển Chỉnh ngược biến trở và giải thích tại sao đèn không tắt

3 Chỉnh biến trở P1 trở về trạng thái ban đầu Dùng dây dẫn nối tắt 2 đầu T2 và T1 , sau đó trả lại trạng thái như cũ Thực hiện lại các bước vài lần

4 Thay đổi nguồn phân cực cho bóng đèn và cho TRIAC bằng nguồn ~24V Lập lại thí nghiệm trên Quan sát tín hiệu trên tải theo giá trị điện áp ra khi chỉnh biến trở P1

5 Lập lại các bước trên vài lần Giải thích nguyên tắt hoạt động của TRIAC

OUT741

R4 330

TIP 122

6 So sánh nguyên tắt hoạt động của Thyristor và TRIAC

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

_ Bảng chứa mạch điều khiển bằn IC 785

2 Dao động ký 2 tia ( Oscilloscope ), đồng hồ VOM

đủ điện áp kích hay dòng kích

Biến trở là nguồn kích đơn giản nất , tuy nhiên đây là nguuồn có tổng trở ra biến đổi theo theo điện thế Để kích SCR, Triac cần nguồn kích có tin hiệu ra ổn định

và tổng trỏ nhỏ, vì vậy ta cần sử dụng các bộ khuếch đại thuật toán

Sơ đồ hồi tiếp 100% giữa lối vào và ra , trở kháng ra của sơ đồ khá nhỏ Khi

vặn biến trở P1 thì điện áp ra thay đổi tuy nhiên tổng trở ra không thay đổi

*** Các bước thực hiện

I Sơ đồ kích điều khiển toàn pha

1 Cấp nguồn ± 12V cho sơ đồ kích Hình I.1 , nối mass cho sơ đồ

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

R23K3

VR10K

R33K3C10.22

R4330

TIP122V

VOUT

Hình I.1 Sơ đồ kích điều khiển toàn pha

2 Sử dụng đồng hồ , hoặc dao động ký để xac định điện áp ngã ra

3 Chỉnh biến trở P1 theo các giá trị trên Bảng nhận xét , ghi nhận giá trị điện thế ngã ra

Thế ra P1 -4 V -3V -2 V -1 V 0 V 1 V 2 V 3 V 4 V Thế tại lối ra

4 Nhận xét về sự phụ thuộc giữa điện thế vào và ra Tính độ lệch giữa chúng

II Sơ đồ điều khiển toàn pha 1SCR không cách ly

1 Cấp nguồn ± 12V cho sơ đồ kích DC , nối mass cho sơ đồ

GND

741V

R4

TIP

24 V ac

OUT

Hình I.2 Sơ đồ điều khiển toàn pha 1SCR không cách ly

2 Tạo sơ đồ công suất như hình I.2 Cấp nguồn 24Vac cho sơ đồ

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

4 Sử dụng đồng hồ đo xác định điện áp ngã ra OUT so với GND Chỉnh biến trở P1 sao cho đèn ( tải ) vừa sáng Ghi nhận lại giá trị điện áp ngã ra tại thời điểm

đó

5 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu tải

6 Chỉnh biến trở P1 để giảm điện áp ngã ra OUT

7 Quan sát hoạt động của tải , điện áp ra OUT Nhận xét kết quả và nguyên tắt điều khiển toàn pha.Vẽ dạng sóng tải

III Sơ đồ điều khiển toàn pha có cách ly:

1 Cấp nguồn + 12V cho sơ đồ liên kết quang , nối mass cho sơ đồ

2 Tạo sơ đồ công suất như hình I.3 Cấp nguồn 24Vac cho sơ đồ

3 Các ngã ra OUT –PUT nối theo yêu cầu sao

_ OUT 1 nối với cực Anod của SCR

_ OUT 2 nối với cực Gate của SCR

_ OUT 3 nối với cực Katod của SCR

12Vdc

OUT 1

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

4 Chỉnh biến trở P1 sao cho đèn ( tải ) vừa sáng Ghi nhận lại giá trị điện áp ngã

ra tại thời điểm đó

5 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu tải

6 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu ra của OP-TO

7 Quan sát hoạt động của tải , điện áp ra OUT Nhận xét kết quả và nguyên tắt điều khiển toàn pha.Vẽ dạng sóng tải

PHẦN II : Điều Khiển Không Đồng Bộ SCR và Triac

**** Nhiệm vụ

Khảo sát nguyên tắt kích SCR , Triac bằng xung Tín hiệu xung có nhiều dạng , tuy nhiên ở đây ta chỉ xét 2 dạng xung cơ bản nhất dùng để kích SCR va Triac là xung vuông và xung nhọn

Quan sát và nhận xét hiện tượng lệch tần số giữa xung kích và tần số tín hiệu điện phân cực cho SCR và Triac

Đối với sơ đồ tạo xung vuông ta thường sử dụng la mạch dao động bằng IC

555, đồng thời sử dụng biến trở để thay đổi tần số xung ở ngã ra

Đối với sơ đồ tao xung nhọn ta sử dụng mạch dao động tích thoát ( mạch tao xung bằng UJT ) có sử dụng biến trở để thay đổi tần số

**** Các bước thực hiện

I Mạch kích không đồng bộ bằng xung vuông

1 Tạo sơ đồ như hình II.1

OUT 2 INPUT

24 V ac

OUT 1

Hình II.1 Mạch kích không đồng bộ bằng xung vuông

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

_ Cấp nguồn và mass cho mạch dao động 555

_ Tạo sơ đồ công suất như hình

_ Ngã ra của mach 555 nối với ngả vào của bộ liên kết quang ( OUT nối với IN , GND nối với COM )

_ Các ngã ra OUT của bộ liên kết quang nối theo yêu cầu sao

* OUT 1 nối với cực Anod của SCR

* OUT 2 nối với cực Gate của SCR

* OUT 3 nối với cực Katod của SCR

2 Chỉnh biến trở P1 để thay đổi tần số ngã ra của mạch dao động 555 Sử dụng dao động ký để quan sát sự thay đổi đó tại ngả ra OUT của mạch 555 Vẽ dạng sóng ngã ra OUT

3 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu ra của OP-TO ( OUT 2 và OUT 3 ) Vẽ dạng sóng

4 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu tải Vẽ dạng sóng tải

5 Quan sát hoạt động của tải , dạng sóng các ngã ra Nhận xét kết quả , so sánh các dạng sóng và tìm hiểu nguyên tắt điều khiển không đồng bộ

6 Tương tự thay thế SCR bằng Triac và thực hiện các bước tương tự

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

II Mạch Kích Không Đồng Bộ Bằng Xung Nhọn :

R 2 R 3

VR-P1

R 4 C

D1 T1

T2

D2 R3

R4 D3

1 Sử dụng các sơ đồ như hình II.2

_ Cấp nguồn + 12 V và mass cho mạch tạo xung UJT Lúc này mạch làm việc ở chế độ không đồng bộ

_ Tạo sơ đồ công suất như hình

_ Ngã ra của mạch UJT nối với ngả vào IN 2 của bộ liên kết biến thế xung ( PUT nối với IN 2 ) IN 1 của mạch liên kết biến thế xung nối với nguồn +12V _ Các ngã ra OUT của bộ liên kết biến thế xung nối theo yêu cầu sao

OUT-* A1 nối với cực Gate của SCR

* B1 nối với cực Katod của SCR

2 Chỉnh biến trở P1 để thay đổi tần số ngã ra của mạch tạo xung UJT Sử dụng dao động ký để quan sát sự thay đổi đó tại ngả ra OUT-PUT của mạch tạo xung UJT Vẽ dạng sóng OUT-PUT

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

3 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu ra A1 và B1 Vẽ dạng sóng

4 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu tải Vẽ dạng sóng tải

5 Quan sát hoạt động của tải , dạng sóng các ngã ra Nhận xét kết quả , so sánh các dạng sóng và tìm hiểu nguyên tắt điều khiển không đồng bộ

6 Tương tự thay thế SCR bằng Triac và thực hiện các bước tương tự tạo sơ đồ như hình II.3

R 2 R 3

VR-P1

R 4 C

D1 T1

T2

D2 R3

R4 D3

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

PHẦN III: Điều Khiển Đồng Bộ Theo Kỹ Thuật Dịch Pha

I Mạch kích đơn giản sử dụng UJT :

1 Tạo sơ đồ như hình III.1

VR-P1

C

D2 R3

R4 D3

Hình III.1 Mạch kích đơn giản sử dụng UJT

_ Cấp nguồn xoay chiều ~ 24 Vac cho ngã vào bộ phát xung UJT Khi đó điện thế cấp cho mạch dao động có dạng xung đồng bộ với tín hiệu xoay chiều do điện thế ngã ra của mạch chỉnh lưu không có bộ lọc

_ Tạo sơ đồ mạch công suất như hình Nguồn cung cấp cho mach công suất đồng thời là nguồn cung cấp cho cầu chỉnh lưu

2 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu ra của mạch cầu và tín hiệu ra của mạch tạo xung Vẽ lại dạng sóng và so sánh đặc điểm của 2 dạng sóng này Nhận xét

3 Thay đổi biến trở P1 quan sát tín hiệu ra của mạch UJT So sánh với tín hiệu ban đầu và tín hiệu xoay chiều

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển

4 Tác động tín hiệu kích cho mạch công suất bằng cách kết nối theo yêu cầu : _ A1 nối với cực Gate

_ B1 nối với Katod

5 Thay đổi biến trở P1 , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng trên tải nhiều

chu kỳ liên tiếp Giải thích nguyên tắt hoạt động của chế độ đồng bộ

II Điều khiển đồng bộ bằng phương pháp điều khiển tuyến tính :

1 Cấp nguồn +12V và mass cho sơ đồ hình III.2 Cấp tín hiệu ~ 24 Vac cho ngã vào của mạch kích

2 Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng tại các điểm đo TP1, TP2, TP3, TP4, CT1, CT2 Vẽ lại dạng sóng va nhận xét nguyên tắt hoạt động của mạch

3 Diều chỉnh biến trở P1 Xác định dạng sóng tại 2 ngã ra OUT1 và OUT2 bắng cách sử dụng 2 tia của dao động ký Nhận xét dạng sóng của 2 ngã ra

4 Tạo mạch công suất đơn giản như hình III.3a Tác động xung kích từ mạch kích đồng bộ theo các bước sau :

_ Lấy tín hiệu từ 1 ngã ra tác động vào SCR

_ Điểm A nối với cực Gate của SCR

_ Điểm B nối với cực Katod của SCR

5 Thay đổi biến trở P1 , sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu trên tải vẽ lại dạng sóng tại 1 thời điểm bất kỳ