b Tải RL Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.2 Mạch chỉnh lưu tia một pha không điều khiển với tải RL Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.. Trường hợp tải RL, sóng điện áp gồmbán kỳ dư
Mạch chỉnh lưu tia một pha không điều khiển
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.1 Mạch chỉnh lưu tia một pha không điều khiển với tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng uS, ud và id
So sánh u S , u d và giải thích:
- Ud có cùng tần số, biên độ với us nhưng chỉ có bán kỳ dương, không có bán kỳ âm do đã qua diode chỉnh lưu.
So sánh giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
So sánh và nhận xét hai kết quả:
Giá trị thực tế gần như tương đương với giá trị tính toán lý thuyết, tuy nhiên có sự sai lệch do ảnh hưởng của các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành.
Nhận xét và giải thích về dòng id
- Dòng điện id có cùng dạng sóng với điện áp ud Do khi có điện ud trên tải thì sẽ xuất hiện dòng điện id đi qua tải.
So sánh giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết.
Kết quả thực tế cho thấy giá trị gần sát với giá trị lý thuyết, tuy nhiên vẫn tồn tại sự sai lệch do ảnh hưởng của các thiết bị đo, dây dẫn và các công cụ thực hành.
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.2 Mạch chỉnh lưu tia một pha không điều khiển với tải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
Có sự lệch pha giữa dòng id và áp ud mà ta có thể quan sát được trên Oscilloscope, giải thích về sự lệch pha đó.
- Khi diode D1 bắt đầu dẫn, cuộn cảm L tích năng lượng, không cho dòng điện tăng đột ngột khiến dòng id bị trễ pha so với ud.
So sánh sóng điện áp chỉnh lưu ở hai trường hợp tải R và tải RL.
Trong trường hợp tải R, sóng điện áp chỉ có bán kỳ dương Đối với tải RL, sóng điện áp bao gồm cả bán kỳ dương và một phần bán kỳ âm, do cuộn cảm giải phóng năng lượng, tạo ra dòng điện theo chiều dòng điện ban đầu, dẫn đến sự xuất hiện điện áp âm trên tải.
Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha với tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uS, iS.
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
So sánh về dòng và áp chỉnh lưu cầu với trường hợp chỉnh lưu tia.
Mạch chỉnh lưu cầu cung cấp dòng và điện áp trung bình lớn hơn và liên tục hơn so với mạch chỉnh lưu tia, nhờ khả năng chỉnh lưu cả hai bán kỳ.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết.
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
Giá trị thực tế thường cao hơn giá trị lý thuyết do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp tải RL, nơi mà các yếu tố thực tế có thể ảnh hưởng đến kết quả đo lường.
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.4 Mạch chỉnh lưu cầu một pha với tải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
Có sự lệch pha giữa dòng id và áp ud mà ta có thể quan sát được trên Oscilloscope, giải thích về sự lệch pha đó.
Khi điện áp bắt đầu tăng ở đầu chu kỳ, cuộn cảm nạp năng lượng làm cho dòng điện tăng chậm Đến cuối chu kỳ, khi điện áp giảm về 0, cuộn cảm xả năng lượng để duy trì dòng điện, dẫn đến hiện tượng dòng id trễ pha so với điện áp ud.
So sánh sóng điện áp chỉnh lưu ở hai trường hợp tải R và tải RL.
- Sóng điện áp chỉnh lưu cầu giống nhau ở cả hay trường hợp tải R và tải RL.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Dòng điện có liên tục hay không?
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết (khi dòng điện liên tục).
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
Giá trị thực tế thường thấp hơn giá trị lý thuyết do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành.
Khảo sát mạch chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.5 Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha hình tia không điều khiển với tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uL1’, uL2’, uL3’, và ud.
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.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.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Dòng điện id có liên tục hay không?
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết (trường hợp dòng điện liên tục).
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
Giá trị lý thuyết thường cao hơn giá trị thực tế do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và thiết bị thực hành.
Xác định khoảng dẫn của từng diode V1, V3 và V5.
- Khi giá trị điện áp UA > UB và UA > UC, diode V1 dẫn.
- Khi giá trị điện áp UB > UA và UB > UC, diode V3 dẫn.
- Khi giá trị điện áp UC > UB và UC > UA, diode V5 dẫn.
Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.7 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Dòng điện Id có liên tục hay không?
- Dòng điện Id liên tục
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết (trường hợp dòng điện liên tục).
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
Giá trị lý thuyết thường cao hơn giá trị thực tế do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành.
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV4, iL1.
Tắt nguồn cung cấp, lắp lại các tín hiệu đo để được mạch như hình A.1.9.
Hình CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.8 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV6, iL2’
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV2, iL3’.
Khi diode V2 dẫn thì diode nào có khả năng đồng dẫn với nó? Giải thích
Khi diode V2 dẫn, các diode V1 và V3 có khả năng đồng dẫn cùng với nó trong mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Tại mỗi thời điểm, luôn có một pha có điện áp lớn nhất và một pha có điện áp nhỏ nhất Khi đó, các diode V1, V3, V5 tương ứng với pha lớn nhất sẽ dẫn cùng với diode V2, V4, V6 của pha nhỏ nhất Diode V2 không thể dẫn cùng lúc với diode V5 mà chỉ dẫn với hai diode V1 và V3.
Bài A.2 CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN
Mạch chỉnh lưu tia một pha điều khiển
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 9 Mạch chỉnh lưu tia một pha điều khiển tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của us, ud, id.
So sánh u S , ud và giải thích
- US có cùng tần số, biên độ với UD nhưng chỉ có nửa sau bán kỳ dương.
So sánh giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
So sánh và nhận xét hai kết quả:
Giá trị lý thuyết thường tương đồng với giá trị thực tế, tuy nhiên có thể xảy ra sai lệch do ảnh hưởng của các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành.
So sánh u d , i d và giải thích
- Dòng điện id có cùng dạng sóng với điện ud, do khi có điện áp hai đầu tải tải thì xuất hiện dòng điện đi qua tải.
So sánh giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết.
So sánh và nhận xét hai kết quả:
Giá trị lý thuyết thường lớn hơn giá trị thực tế do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và thiết bị thực hành Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp tải RL, nơi mà các yếu tố này ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo lường.
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 10 Mạch chỉnh lưu tia môt pha điều khiển tải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của us, ud, id, uL.
Quan sát đồng thời hai dạng sóng id và uL và cho nhận xét:
Khi dòng id bắt đầu đi qua tải, điện áp hai đầu cuộn cảm uL bằng với điện áp ngõ ra ud Sau đó, điện áp uL giảm dần khi dòng id tăng lên Khi dòng điện iD đạt giá trị tối đa, điện áp u cũng sẽ thay đổi tương ứng.
L = 0.Tiếp theo id bắt đầu giảm và uL tiếp tục giảm về giá trị âm, khi dòng id về 0 thì điện áp u
Góc dẫn của dòng điện tải Id là bao nhiêu? Theo lý thuyết thì góc dẫn tối đa là bao nhiêu?
- Góc dẫn của dòng điện tải Id là 90º
- Theo lý thuyết, góc dẫn tối đa là 180º
Điện áp trên cuộn L là điện áp AC, hay DC? Giải thích?
Điện áp trên cuộn cảm là điện áp DC, do SCR đã chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC, khiến dòng điện đi qua cuộn cảm chỉ theo một chiều duy nhất.
Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển toàn phần
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 11 Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển toàn phần tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Kết quả thực tế cho thấy giá trị hơi lớn hơn so với lý thuyết, điều này xuất phát từ sự sai lệch của các thiết bị đo, dây dẫn và thiết bị thực hành.
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV2, iV4. b Tải RL:
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 12 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển toàn phần tải
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id, uL.
Bật SW Multiplexer của kênh B và kênh C về vị trí OFF.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Dòng điện id có liên tục không?
- Dòng điện id không liên tục.
Có áp dụng công thức tính U d =2√ 2 U s π cosα được không?
- Không áp dụng được do công thức trên chỉ áp dụng với dòng tải liên tục.
Nếu được thì tính giá trị Ud LT theo lý thuyết và so sánh với giá trị thực tế Ud TT:
- Khoảng thời gian dẫn của mạch: Δt = 7ms
Dựa vào dạng sóng làm sao biết được có một khoảng thời gian cuộn dây đóng vai trò như nguồn phát?
Khi quan sát dạng sóng ud, nếu dòng điện id bắt đầu giảm và điện áp ud nhỏ hơn 0, cuộn cảm sẽ xả năng lượng, hoạt động như một nguồn phát.
Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần bất đối xứng
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 13 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần bất đối xứng tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Id TT = 765 mA ̶• Dòng id có liên tục không? Có thể áp dụng công thức được không? Tại sao?
- Dòng điện id không liên tục
Trong trường hợp tải thuần, dòng Id không phụ thuộc vào điện áp ud, cho phép chúng ta áp dụng công thức một cách linh hoạt Giá trị Id được tính toán theo lý thuyết, đảm bảo tính chính xác trong các ứng dụng thực tế.
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
- Kết quả lý thuyết lớn hơn so với thực tế Do có sự sai lệch của các thiết bị đo, dây dẫn và của các thiết bị thực hành.
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV2, iV4.
Giá trị I V2 hiển thị trên Oscilloscope: I V2 = 135 mA
Tính giá trị thực tế của I V2 TT = 405 mA
Giá trị I V4 hiển thị trên Oscilloscope: I V4 = 131 mA
Tính giá trị thực tế của I V4 TT = 393 mA
So sánh dạng sóng và giá trị giữa i V2 và i V4 trong hai trường hợp: ̶• Dòng điện iv2 và iv4 có cùng độ lớn, cùng dạng sóng nhưng lệch pha nhau 180º.
So sánh dạng sóng và giá trị giữa i V2, i V4 với giá trị Id cho thấy rằng dòng điện iv2 và iv4 có độ lớn bằng một nửa so với giá trị id Đồng thời, dạng sóng của id được biểu diễn bằng tổng của hai dạng sóng iv2 và iv4, trong khi tải RL cũng đóng vai trò quan trọng trong phân tích này.
Hình CHỈNH LƯU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN 14 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần bất đối xứng rải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id.
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Dòng id có liên tục không? Có thể áp cụng công thức được không? Tại sao?
- Dòng id có liên tục.
- Có thể áp dụng công thức do với tải có tính cảm, ta có:
- Mà ở chế độ xác lập, điện áp trung bình hai đầu cuộn cản ULAV = 0 Nên dòng trung bình
Id có thể tính theo công thức trên.
Giá trị Id tính toán theo lý thuyết:
Khi so sánh kết quả lý thuyết và thực tế, chúng ta nhận thấy rằng giá trị lý thuyết thường lớn hơn giá trị thực tế Nguyên nhân chính của sự chênh lệch này là do sai số từ các thiết bị đo, dây dẫn, và các thiết bị thực hành được sử dụng trong quá trình thí nghiệm.
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của iV2, iV4.
Giá trị I V2 hiển thị trên Oscilloscope: I V2 = 141 mA
Tính giá trị thực tế của I V2 TT = 423 mA
Giá trị I V4 hiển thị trên Oscilloscope: I V4 = 107 mA
Tính giá trị thực tế của I V4 TT = 321 mA
So sánh dạng sóng và giá trị giữa i V2 và i V4 :
- Dòng điện iv2 và iv4 có dạng sóng và giá trị khác nhau Khi iv2 dẫn thì iv4 ngưng và ngược lại.
So sánh dạng sóng và giá trị giữa i V2 , i V4 với giá trị i d :
- Dạng sóng và giá trị của id bằng tổng của hai dòng điện iv2 và iv4.
So sánh, nhận xét dạng sóng và giá trị giữa i V2 và i V4 của phần tải R với tải RL:
- Với tải R, iv2 và iv4 có độ lớn và thời gian dẫn bằng nhau.
- Với tải RL, iv2 có thời gian dẫn dài hơn và giá trị lớn hơn so với iv4.
Khi nào có dòng dẫn qua diode D4?
- Khi điện áp nguồn ở bán kỳ âm và có tín hiệu kích dẫn từ bộ điều khiển góc α.
Tại sao chúng ta phải đo dòng nghịch iV4 và iD4?
Dòng điện sau khi chỉnh lưu sẽ đi qua tải và trở về nguồn thông qua diode D2 và SCR V4, do đó, cần đo dòng nghịch tại đây để xác định thời điểm diode D2 và SCR V4 bắt đầu dẫn.
Bài A.3 CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN
Mạch chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển
Hình CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN 15 Mạch chỉnh lưu tia ba pha điều khiển tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id
Tăng từ từ góc kích a đến giá trị 90 0
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id
Tăng từ từ góc kích a đến giá trị 120 0
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id
Các xung kích trên ba SCR lệch pha với nhau như thế nào?
- Các xung kích lệch pha nhau 120º.
Với góc kích là bao nhiêu thì ta quan sát được dòng điện id bị gián đoạn?
- Dòng điện bị gián đoạn khi α > 30º.
Khi α = 45 0 dòng qua tải có liên tục hay không, tại sao?
Khi góc α đạt 45 độ, dòng điện qua tải không liên tục do góc α lớn hơn 30 độ, dẫn đến khoảng thời gian dẫn không đủ dài để điện áp của các pha liên tiếp nhau, gây ra tình trạng ngắt quãng dòng điện Tải RL cũng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng này.
Từ mạch hình A.3.1, sinh viên thay tải R bằng tải RL nối tiếp để được hình A.3.2 (R = 33Ω, L = 100 mH).
Hình CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN 16 Mạch chỉnh lưu tia ba pha điều khiển tải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id (α = 45 0 )
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id (α = 90 0 )
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id (α = 120 0 )
Với góc kích là bao nhiêu thì ta quan sát được dòng điện Id không còn liên tục?
- Khi α > 80 0 thì dòng điện không còn liên tục.
Khi α = 90 0 , dòng qua tải có còn liên tục không? Tại sao?
Khi α = 90°, dòng điện qua tải không duy trì liên tục do chiều dài khoản dẫn giữa các pha quá ngắn, dẫn đến năng lượng trong cuộn cảm không đủ để duy trì dòng điện trong chu kỳ tiếp theo.
Có nhận xét gì về sự ảnh hưởng của thành phần cảm L đến tính liên tục của dòng điện id ?
Thành phần cảm L giúp kiểm soát sự thay đổi đột ngột của dòng điện trong mạch bằng cách tích trữ năng lượng khi SCR dẫn Khi SCR ngắt, cảm L sẽ xả năng lượng, duy trì dòng điện qua tải.
Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần
Hình CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN 17 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần tải R
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của ud, id
So sánh giá trị trung bình điện áp và dòng điện chỉnh lưu đo được với giá trị lý thuyết.
Giá trị thực tế của Ud (tính theo công thức 0.1)
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
Giá trị thực tế của Id (tính theo công thức 0.1)
Dòng điện id khi α = 30 0 có liên tục không? ̶• Dòng điện id khi α = 30 0 liên tục.
Giá trị Ud tính toán theo lý thuyết.
So sánh và nhận xét kết quả giữa lý thuyết và thực tế:
Giá trị thực tế thường thấp hơn giá trị lý thuyết do sự sai lệch từ các thiết bị đo, dây dẫn và các thiết bị thực hành.
Tắt nguồn cung cấp, lắp lại các tín hiệu đo để được mạch như hình A.3.4.
Hình CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN 18 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.
Trình bày nguyên lý tạo ra dòng điện chỉnh lưu khi chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn tải là RL
Khi sử dụng tải RL, điện áp chỉnh lưu có hình dạng răng cưa tương tự như tải R, với giá trị bằng hiệu số giữa điện áp pha lớn nhất và điện áp pha nhỏ nhất Tuy nhiên, dòng điện qua tải sẽ ổn định hơn sau khi được cuộn cảm lọc phẳng, giảm thiểu sự dao động.
Tải R
Hình BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU.19 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha
Đặt góc kích a = 90 0 ² Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uS, uout. α 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV1, iV1.
Phạm vi điều khiển của góc kích α đối với tải R là: 0º ≤ α ≤ 180º
Tại sao khi SCR được kích thì ta nhận thấy điện áp nguồn hơi bị biến dạng so với ban đầu?
Khi SCR được kích hoạt, giá trị điện áp nguồn đột ngột tăng cao trên tải, dẫn đến dòng điện lớn chạy qua tải Hiện tượng này gây ra sụt áp trên nguồn, làm cho nguồn bị biến dạng.
Tải L
Hình BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU.20 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải L
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uS, uout α 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV1, iV1.
Phạm vi điều khiển của góc kích α đối với tải L là: 88º ≤ α ≤ 180º
So sánh sóng điện áp ngõ ra (đã điều khiển) với trường hợp tải trở và giải thích?
- Đối với tải R, thời điểm có điện áp qua tải tính từ lúc SCR dẫn cho đến hết 1 bán kỳ.
Khi tải L được kết nối, điện áp xuất hiện qua tải từ lúc SCR dẫn cho đến hết bán kỳ và một phần của bán kỳ tiếp theo Lúc này, dòng điện bắt đầu đi qua cuộn cảm, khiến cuộn cảm nạp năng lượng Khi kết thúc bán kỳ, SCR ngừng dẫn và cuộn cảm sẽ xả năng lượng để duy trì dòng điện ban đầu.
Tải RL
Hình BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU.21 Sơ đồ mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải RL
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uS, uout. α 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0
Quan sát và vẽ lại dạng sóng của uV1, iV1.
Phạm vi điều khiển của góc kích α đối với tải RL (trong trường hợp thí nghiệm) là:
So sánh giá trị điều khiển góc kích α với giá trị
- Giá trị điều khiển góc kích α lớn hơn so với giá trị tính toán.
So sánh sóng điện áp ngõ ra (đã điều khiển) với trường hợp tải trở và giải thích?
- Đối với tải R, thời điểm có điện áp qua tải tính từ lúc SCR dẫn cho đến hết 1 bán kỳ.
Khi tải RL hoạt động, điện áp bắt đầu từ lúc SCR dẫn cho đến hết bán kỳ và một phần của bán kỳ tiếp theo Khi dòng điện đi qua cuộn cảm, nó sẽ nạp năng lượng Đến khi hết bán kỳ, SCR ngừng dẫn, và cuộn cảm sẽ xả năng lượng để duy trì dòng điện ban đầu.
Phần B THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH
Bài B.1 CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN
Chỉnh lưu tia 1 pha tải RL
- Dạng sóng của điện áp V d và dòng I R có cùng chu kỳ và chỉ có bán kỳ dương.
- Giá trị điện áp trung bình: U O-AV = 31, 86 V
- Giá trị tính toán lý thuyết: U ¿ =U m π 1,83V
Giá trị điện áp trung bình của mô phỏng và lý thuyết giống nhau. b R = 10, L = 0.01
Dạng sóng điện áp V d và dòng I R có cùng thời điểm bắt đầu và kết thúc, trong đó V d bao gồm một bán kỳ dương và một phần bán kỳ âm, còn i d chỉ có giá trị dương.
- Giá trị điện áp trung bình: U O-AV = 31, 14 V
Giá trị điện áp trung bình của tải RL thường thấp hơn so với tải R do ảnh hưởng của bán kỳ dương, trong đó cuộn cảm xả năng lượng khiến diode dẫn điện ngay cả ở bán kỳ âm, dẫn đến việc giảm giá trị điện áp trung bình của tải Thêm vào đó, diode hoàn năng (Diode Zero) cũng có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp.
- Dạng sóng của điện áp V d và dòng I R giống nhau.
- Giá trị điện áp trung bình: U O-AV = 31, 86V
Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu tăng lên khi năng lượng từ cuộn cảm được phát ra, khiến diode D0 dẫn điện và làm cho điện áp ở hai đầu tải giảm về 0 Do đó, điện áp ngõ ra chỉ còn lại bán kỳ dương.
Chỉnh lưu tia 3 pha tải RL
Sóng áp 3 pha, áp tải và dòng tải, dòng qua diode
- Giá trị điện áp trung bình trên tải theo mô phỏng: U o-av = 148.55 (V)
- Giá trị điện áp trung bình trên tải theo lý thuyết:
Điện áp trung bình trên tải bằng với lý thuyết. b Tăng L vô cùng lớn (L=5)
- Điện áp chỉnh lưu khi tăng L không thay đổi vì cuộn cảm chỉ chống lại sự biến thiên dòng, không ảnh hưởng đến điện áp trong mạch.
Dòng qua tải sau khi xác lập là đường thẳng nằm ngang, trong khi dòng qua diode có dạng sóng vuông và có độ lớn bằng dòng qua tải Dòng qua tải được xác định là tổng của dòng qua các diode khi các diode này dẫn lần lượt.
Chỉnh lưu cầu 1 pha tải RL
- Giá trị áp trung bình theo mô phỏng: U o-av = 63,66 (V)
- Giá trị áp trung bình theo lý thuyết:
Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu bằng với lý thuyết b Tăng L vô cùng lớn (L=5)
Dạng sóng V d , dòng qua diode và dòng tải
- Sóng điện áp chỉnh lưu giống với trường hợp tải thuần trở.
- Dòng qua diode có dạng sóng vuông, biên độ bằng với dòng tải Diode D1 đồng dẫn với D2, D3 đồng dẫn với D4.
- Dòng qua tải là sự tổng hợp của dòng qua các diode.
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải RL
a R, L=0 Điện áp 3 pha nguồn và điện áp chỉnh lưu
- Điện áp chỉnh lưu có giá trị dương, có đỉnh dưới tương ứng với thời điểm giao nhau giữa các pha.
Dòng điện qua các diode có dạng xung tại các thời điểm mà diode dẫn điện Các diode D1, D3, D5 dẫn điện khi điện áp pha tương ứng cao hơn hai pha còn lại, trong khi diode D2, D4, D6 dẫn điện khi điện áp pha tương ứng thấp hơn hai pha còn lại.
Dòng qua tải là dạng sóng liên tục, được tạo ra từ sự tổng hợp của dòng qua các diode Khi giá trị L tăng lên vô cùng (L=5), điện áp của nguồn 3 pha và điện áp chỉnh lưu sẽ có sự thay đổi đáng kể.
- Sóng điện áp chỉnh lưu không đổi so với trường hợp tải R Dòng xác lập qua tải có dạng đường thẳng nằm ngang do tính cảm của tải.
- Sóng điện áp ra không có sự thay đổi, do cuộn cảm chỉ chống lại sự biến thiên dòng điện, không ảnh hưởng đến điện áp.
Dòng điện đi qua các diode có hình dạng sóng vuông, vì dòng tải ổn định và dòng qua các diode chỉ là một phần của dòng tải.
Chỉnh lưu điều khiển tia 1 pha
Dạng sóng áp nguồn, áp chỉnh lưu, dòng qua tải và xung kích
Khi điện áp nguồn đạt đến góc 30º từ đầu bán kỳ dương, một xung kích hẹp xuất hiện, khiến SCR dẫn đến hết bán kỳ dương Khi SCR dẫn, điện áp trên tải tương đương với điện áp nguồn, và dòng điện trên tải có dạng sóng tương tự như điện áp chỉnh lưu.
- Dòng trung bình qua tải: I O-AV = 2,97 A
- Dòng trung bình lý thuyết:
Giá trị mô phỏng giống với lý thuyết.
- Dòng điện qua tải gián đoạn. b R = 10, L = 0.1, góc alpha 30 0
Dạng sóng áp nguồn, áp chỉnh lưu, dòng qua tải và xung kích
Khi điện áp nguồn đạt 30º từ đầu bán kỳ dương, một xung kích hẹp xuất hiện, khiến SCR dẫn trong toàn bộ bán kỳ dương Sau đó, cuộn cảm giải phóng năng lượng, làm cho SCR dẫn trong bán kỳ âm Trong quá trình SCR dẫn, điện áp trên tải tương đương với điện áp nguồn, trong khi dòng điện qua tải bị trễ pha so với điện áp do tải có thành phần L, mặc dù điện áp đang ở trạng thái âm.
- Giá trị điện áp trung bình qua tải: U O-AV ,76 V Nhỏ hơn so với trường hợp tải R.
- Dòng điện qua tải gián đoạn. c Mắc vào mạch diode D0, góc alpha 30 0
Dạng sóng áp nguồn, áp chỉnh lưu, xung kích, dòng qua diode và dòng tải
Khi điện áp nguồn đạt đến góc 30º từ đầu bán kỳ dương, một xung kích hẹp xuất hiện, kích hoạt SCR dẫn đến hết bán kỳ dương, làm cho điện áp trên tải bằng với điện áp nguồn Sau khi kết thúc bán kỳ dương, cuộn cảm giải phóng năng lượng, tạo ra dòng điện dẫn diode D0, khiến điện áp hai đầu tải bằng 0 Dòng điện trong cuộn cảm giảm dần và sau đó tăng trở lại trong chu kỳ dương tiếp theo.
- Giá trị điện áp trung bình qua tải: U O-AV ,76 V
Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu tăng lên do diode D0 loại bỏ phần âm của điện áp chỉnh lưu.
Chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển
Khi α = 20º, tại thời điểm giao nhau ở bán kỳ dương, xung kích xuất hiện và dẫn SCR của pha tương ứng đến hết bán kỳ dương Điện áp chỉnh lưu đạt độ lớn tương đương với điện áp nguồn, trong khi dòng qua tải có dạng sóng tương tự như điện áp trên tải.
- Dòng qua tải liên tục.
- Tăng alpha lên 45 o , dòng điện qua tải không liên tục.
- Góc alpha lớn hơn 150 o thì dòng điện bằng không. b R = 10, L = 0.1, góc alpha 20 0
Tại thời điểm giao nhau ở bán kỳ dương với α = 20º, xung kích xuất hiện và dẫn SCR của pha tương ứng Điện áp chỉnh lưu trên tải duy trì liên tục và có biên độ tương đương với điện áp nguồn.
Dòng qua tải sau khi xác lập gần như không đổi và liên tục, nhờ vào việc tải có tính cảm đã lọc phẳng dòng điện Dòng qua tải là tổng hợp của dòng qua các SCR, với các SCR này thay phiên nhau dẫn liên tục Khi mắc vào mạch diode D0 với góc alpha 45 độ, hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
Khi điện áp chỉnh lưu không còn liên tục do góc điều khiển α quá lớn, các SCR không thể dẫn liên tục Tuy nhiên, dòng điện qua tải vẫn được duy trì nhờ vào cuộn cảm, khi SCR ngưng dẫn, cuộn cảm xả năng lượng để giữ cho dòng điện tiếp tục chảy qua diode D0, chờ đến khi SCR có thể dẫn trở lại.
Chỉnh lưu cầu điều khiển 1 pha bán phần không đối xứng
Điện áp chỉnh lưu có độ lớn tương đương với trị tuyệt đối của điện áp nguồn, bắt đầu từ góc α và kéo dài đến hết bán kỳ Dòng điện qua tải có hình dạng sóng tương tự như điện áp chỉnh lưu.
- Điện áp trung bình: U O-AV = 59,3 V
- Điện áp trung bình lý thuyết: U ¿ =U m π (1+cosα)0 π (1+cos 30)Y,4V
Giá trị điện áp trung bình giống với lý thuyết. b R = 10, L = 0.1, góc alpha 30 0
Điện áp chỉnh lưu tương tự như khi có tải R, với dòng điện qua tải sau khi ổn định là liên tục và ít biến đổi nhờ vào thành phần L trong tải giúp lọc phẳng.
- Điện áp chỉnh lưu luôn dương do nó đã đi qua cầu chỉnh lưu có tác dụng chỉnh lưu cả
SCR1 và diode D2 sẽ đồng dẫn, trong khi SCR2 và diode D1 cũng sẽ đồng dẫn Khi cả hai SCR ngưng dẫn, diode D1 và D2 sẽ kết nối với nhau nhờ dòng điện phát ra từ cuộn cảm.
Chỉnh lưu cầu điều khiển 1 pha bán phần đối xứng
- Dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu giống với câu 2.3a b R = 10, L = 0.1, góc alpha 30 0
Dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu có sự tương đồng với hình 2.3b, nhưng khác biệt ở trình tự dẫn của các SCR và diode Trong bán kỳ dương, SCR1 và D2 dẫn đồng thời cho đến khi kết thúc bán kỳ, sau đó khi điện áp nguồn đảo chiều, diode D1 bắt đầu dẫn Lúc này, cuộn cảm xả năng lượng qua diode D1, dẫn đến việc SCR1 cũng dẫn, khiến điện áp tải giảm về 0.
Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Điện áp chỉnh lưu có giá trị bằng trị tuyệt đối của điện áp nguồn, bắt đầu từ góc α và kéo dài đến hết bán kỳ Dòng điện qua tải có hình dạng sóng tương tự như điện áp chỉnh lưu.
- SCR1 đồng dẫn với SCR2 ở bán kỳ dương, SCR3 đồng dẫn với SCR4 ở bán kỳ âm.
- Điện áp trung bình qua tải: U O-AV = 59,3 V
- Điện áp trung bình lý thuyết: U ¿ =U m π (1+cosα)0 π (1+cos 30)Y,4V
Điện áp trung bình qua tải giống với lý thuyết. b R = 10, L = 0.1, góc alpha 30 0
Điện áp chỉnh lưu trong mạch tải R có sự bổ sung của bán kỳ âm nhờ vào cuộn cảm xả năng lượng, cho phép hai SCR dẫn sang pha tiếp theo Khi dòng điện qua tải được thiết lập, nó trở thành dòng điện liên tục và ổn định, nhờ vào thành phần L trong tải giúp lọc phẳng.
Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn
Điện áp chỉnh lưu có hình dạng răng cưa, được tính bằng cách lấy giá trị điện áp pha lớn nhất trừ đi giá trị điện áp pha nhỏ nhất Dòng điện chạy qua tải có dạng sóng tương tự như điện áp chỉnh lưu.
- Giá trị điện áp trung bình: U O-AV = 256 V
- Điện áp trung bình lý thuyết:
Giá trị điện áp trung bình gần giống với tính toán.
- Với α = 60º thì dòng tải gián đoạn.
- Với α = 90º thì dòng tải bằng 0. b R = 10, L = 0.1, góc alpha 30 0
Điện áp chỉnh lưu có hình dạng răng cưa, được xác định bằng cách lấy điện áp pha lớn nhất trừ đi điện áp pha nhỏ nhất Sau khi ổn định, dòng điện qua tải gần như không thay đổi nhờ vào thành phần cảm trong mạch tải, giúp lọc phẳng điện áp.
- Dạng sóng điện áp chỉnh lưu trong hai trường hợp tải R và tải RL là như nhau.
- Với góc kích là 60º thì dòng điện qua tải vẫn liên tục Do khi điện áp chỉnh lưu về
0 thì cuộn cảm xả năng lượng để duy trì dòng điện trong mạch nên dòng qua tải luôn liên tục.
Chopper giảm áp
Nguồn DC 100V, xung kích vuông tần số 1kHz, E = 20V, R = 10Ω, L = 0.1H.
Hình BỘ CHOPPER & INVERTER.22 Bộ chopper giảm áp a Chạy mô phỏng với các thông số trên
Xem dạng sóng Vg, điện áp ra Vo, dòng tải IL (dòng qua R và L).
Quan hệ Vo và Vg: Khi có điện áp Vg thì có điện áp Vo.
Dòng tải IL liên tục.
Đo điện áp trung bình ngõ ra: Vd_av = 50 V
Giá trị lý thuyết: Vd_av = D*Vs = 0.5*100 = 50V (giống với giá trị mô phỏng).
Đo dòng tải trung bình: Id_av = 1.5 A
Giá trị lý thuyết: I d_av = V d av − E
R = 50 10 − 20 = 3A. b Tăng E = 60V, chạy lại mô phỏng:
Xem lại các dạng sóng.
Điện áp ra Vo tăng so với câu a do một phần trong khoảng Vg không dẫn điện áp Vo = E, khi cuộn xả đã hết nhưng chưa gặp xung cao của Vg.
Dòng điện IL không liên tục, tại vì trong một phần Vg không dẫn có một khoảng D0 không dẫn, mạch hở.
Điện áp trung bình không được tính theo công thức như trong câu a, vì trong khoảng Vg không dẫn, giá trị của Vo bằng E Các thông số ban đầu được mô phỏng trong trường hợp không có D0.
Xem dạng sóng Vg, điện áp ra Vo, dòng tải IL (dòng qua R và L).
Dạng sóng Vo vuông do không có D0 để cuộn xả.
Dòng tải IL gián đoạn, tại vì cuộn xả năng lượng nhưng không có D0 để thông mạch.
Trong trường hợp này tăng L lên dòng sẽ tiếp tục gián đoạn.
Nếu mạch chỉ có R: (có thể chạy mô phỏng để lấy số liệu)
Xem dạng sóng Vg, điện áp ra Vo, dòng tải IL.
Dòng tải không liên tục.
Điện áp ra Vo có hình dạng giống Vg.
Cho công thức tính điện áp trung bình: Vd_av = D*(Vs + E) = 60V d Ứng dụng bộ Chopper giảm áp điều khiển vòng kín động cơ DC
Tham số động cơ (DC motor)
Ra (armature) 0.5 La (armature) 0.01 Rf (field) 75
Lf (field) 0.02 Moment of Inertia 0.4 Vt (rated) 120
Ia (rated) 10 N (rated, in rpm) 1200 If (rated) 1.6
Tham số khối tải (Constant Power Load)
Maximum Torque 40 Base Speed (in rpm) 500 Moment of Inertia 0
V_peak_to_peak 2 Frequency 10000 Duty Cyde 0.5
DC Offset -1 Tstart 0 Phase Delay 0
Tham số khối PI_controller
Xem và so sánh dạng sóng S (tốc độ động cơ) với S_dat (tốc độ đặt).
Xem dạng sóng điện áp bộ Chopper Vdc.
Thay đổi tham số khối PI_controller và quan sát và nhận xét các tín hiệu.
Lần Đại lượng Giá trị Đại lượng
Constant 0.01 Sai số tăng, vọt lố tăng
Constant 0.01 Sai số giảm, vọt lố giảm
Constant 0.001 Sai số giảm, vọt lố giảm nhiều
Constant 0.1 Sai số nhỏ nhất, vọt lố tăng
Chopper tăng áp
a Nguồn nhận năng lượng từ tải
Nguồn 120V, RΩ, L=0.1H, E0V, xung kích 1kHz, Duty cycle 0.8.
Hình BỘ CHOPPER & INVERTER.23 Bộ chopper tăng áp
Xem dạng sóng áp Vi, dòng qua D1, dòng qua tải, điện áp trung bình tải ViDC.
Có dòng qua D1 Điều này chứng tỏ phía tải sinh ra điện áp cao hơn nguồn.
Dòng qua tải liên tục.
Điện áp trung bình tải ViDC = 24 V.
Giảm Duty cycle xuống 0.6, chạy lại mô phỏng và nhận xét:
Dòng qua tải liên tục.
Điện áp trung bình tải ViDC = 48V Tăng. b Mạch tạo áp cao
Nguồn 100V, cuộn dây L = 0.1H, R = 10 Ω, tải R = 100 Ω, C = 10 μF, xung kích 1kHz, Duty cycle 0.8.
Hình BỘ CHOPPER & INVERTER.24 Mạch tạo áp cao
Xem dạng sóng điện áp trung bình V ở 2 đầu transistor, điện áp trung bình hai đầu tải.
Điện áp tải cao hơn nguồn.
Dòng qua tải liên tục.
Điện áp trung bình tải: Vtran_av = 32 V
Giảm Duty cycle xuống lặp lại thí nghiệm và nhận xét.
Điện áp hai đầu transitor tăng, điện áp hai đầu tải R thì giảm.
Có thể ứng dụng mạch này làm nguồn (áp cao) có điện áp thay đổi được, chỉ cần thay đổi tỷ số
D Không cần phải dùng biến thế tăng áp.
Inverter three – phase, six - step
Nguồn DC 100V, tải R = 10Ω, L = 0.1H, tần số nguồn sin 3 pha 60Hz.
Hình BỘ CHOPPER & INVERTER.25 Inverter three - phase , Six - step a Chạy mô phỏng xem dạng sóng
V1,V2, V3 là sóng vuông Lệch pha 120 độ Nguồn sine 3 pha nhằm mục đích kích V1, V2, V3 theo pha lệch của chúng.
Xem dạng sóng áp pha tải.
Dạng sóng pha tải có 6 nấc trong một chu kỳ
Dòng qua tải có hình dạng gần giống sóng sine do các diode chỉ cho phép dòng điện đi qua trong nửa chu kỳ dương của sóng AC, dẫn đến việc tạo ra dòng điện chỉnh lưu Cuộn cảm với độ tự cảm lớn giúp làm mịn dòng điện này Khi giảm giá trị độ tự cảm L xuống còn 0.01H, mô phỏng có thể được thực hiện lại để quan sát sự thay đổi trong dòng điện.
Dạng sóng dòng tải không có giống hình sine Tại vì cuộn cảm có độ tự cảm quá nhỏ nên không thể làm mịn được dòng điện.
Inverter sine - PWM
Nguồn DC 100V, nguồn sine 60Hz, biên độ 1V (V: Line-Line-RMS = Sqrt(3/2)), sóng răng cưa 5kHz, biên độ ±1 V, tải R = 10Ω, L = 0.001H.
Hình BỘ CHOPPER & INVERTER.26 Inverter Sine - PWM a Chạy mô phỏng xem dạng sóng
Dạng sóng của Vc1, Vp, Vg1.
Dạng sóng của Vline, Vr.
