Tìm hiểu hệ thống bộ biến đổi điện tử công suất sử dụng van bán dẫn thyristor

Trong thời gianthực tập được sự hướng dẫn của các anh và thầy, em đã tiếp cận và tìm hiểu rõhơn về mạch điện tử công suất.. Cùng với đó em đã được tìm hiểu thêm về nguyên lý hoạt động củ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT

Tìm hiểu hệ thống bộ biến đổi điện tử công

suất sử dụng van bán dẫn Thyristor

PHẠM TRUNG NAM

Nam.pt174080@sis.hust.edu.vn

Giảng viên hướng dẫn: PGS Nguyễn Quang Địch

Bộ môn: Tự động hóa công nghiệp

Viện: Điện

Chữ ký của GVHD

Trang 2

Lời cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS Nguyễn Quang Địch và cácanh trong lab đã giúp đỡ em trong quá trình thực tập kỹ thuật Trong thời gianthực tập được sự hướng dẫn của các anh và thầy, em đã tiếp cận và tìm hiểu rõhơn về mạch điện tử công suất Cảm ơn anh Tuấn đã cung cấp tài liệu và hướngdẫn em hoàn thành khóa thực tập này

Em xin chân thành cảm ơn !

Tóm tắt nội dung thực tập

Nội dung thực tập chủ yếu là công việc gắn các linh kiện và hàn mạch Cùng với đó em đã được tìm hiểu thêm về nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 1 pha, 3 pha, điều áp xoay chiều 3 pha.

Sau khi hàn mạch và hoàn thiện trên board mạch, em đã được học cách sử dụng oscilloscope để test mạch.

Qua việc thực tập em đã được củng cố kiến thức về bộ biến đổi AC/DC nói chung và môn học điện tử công suất nói riêng Em đã học thêm

về kỹ năng hàn mạch và thao tác với linh kiện điện tử

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

Trang 3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 YÊU CẦU KĨ THUẬT CÁC BỘ THÍ NGHIỆM 1

1.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor 1 pha 1

1.1.1 Mục đích 1

1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 1

1.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha 1

1.3 Sơ đồ điều áp xoay chiều 3 pha 2

CHƯƠNG 2 MẠCH LỰC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 3

2.1 Bộ biến đổi chỉnh lưu cầu Thyristor 1 pha 3

2.2 Bộ biến đổi chỉnh lưu hình cầu Thyristor 3 pha 4

2.3 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều 3 pha 6

CHƯƠNG 3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 9

3.1 Yêu cầu điều khiển 9

3.1.1 Mạch điều khiển Thyristor 1 pha – MĐK 1 9

3.1.2 Mạch điều khiển Thyristor 3 pha – MĐK 2 9

3.1.3 Sơ đồ mạch điều khiển 9

3.1.4 Nguồn nuôi 12

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM MẠCH 13

4.1 Hình ảnh thực tế 13

4.2 Kết quả thực nghiệm 15

KẾT LUẬN 20

Kết luận 20

Trang 4

CHƯƠNG 1 YÊU CẦU KĨ THUẬT CÁC BỘ THÍ

NGHIỆM 1.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor 1 pha

1.1.1 Mục đích

Mục đích bài thí nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động và điềukhiển phát xung của các sơ đồ mạch chỉnh lưu Thyristor 1 pha (sơ đồ cầu và sơ

đồ hình tia) Vị trí bài thí nghiệm sẽ được thực hiện sau khi sinh viên đã học “sơ

đồ chỉnh lưu Thyristor 1 pha” trong chương 2 “Các sơ đồ chỉnh lưu” của họcphần Điện tử công suất

1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật

- Công nghệ điều khiển: điều khiển tương tự

- Chế độ xung điều khiển: xung rộng, xung kép (độ rộng xung 100µs),xung chùm (tần số 10kHz) Chế độ này sẽ đựa lựa chọn trên mặt layout

- Phải đo được dạng đặc tính qua từng khâu điều khiển: đồng pha, so sánh,tách xung, xung điều khiển đi tới van Thyristor…trên mặt layout

- Phạm vi điều chỉnh góc α = 00 ÷ 1800

- Thay đổi độ góc điều chỉnh bằng triết áp

- Bảo vệ quá dòng, quá áp cho van

đồ hình tia) Vị trí bài thí nghiệm sẽ được thực hiện sau khi sinh viên đã học “sơ

đồ chỉnh lưu Thyristor 3 pha” trong chương 2 “Các sơ đồ chỉnh lưu” của họcphần Điện tử công suất

- Nguồn cấp ba pha mỗi pha 110V/50 Hz

- Tải thuần trở R = 15 Ω

Trang 5

1.3 Sơ đồ điều áp xoay chiều 3 pha

1.3.1 Mục đích

Mục đích bài thí nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động và điềukhiển phát xung của các sơ đồ mạch điều áp xoay chiều Thyristor 3 pha Vị tríbài thí nghiệm sẽ được thực hiện sau khi sinh viên đã học “sơ đồ điều áp xoaychiều Thyristor 1 pha và 3 pha” trong chương 3 “Các sơ đồ điều áp xoay chiều”của học phần Điện tử công suất

- Nguồn cấp ba pha mỗi pha 110V/50 Hz

- Tải thuần trở R = 15 Ω

Trang 6

CHƯƠNG 1 MẠCH LỰC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 1.1 Bộ biến đổi chỉnh lưu cầu Thyristor 1 pha

Ud

Rd U2

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha

U2

UG1,G2

Ud

UG1,G2

Hình 2.2 Dạng điện áp ra với tải thuần trở

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bao gồm 2 cặp van thyristor, 1 cặp T1T3 mắckatot chung và 1 cặp T2T4 mắc anot chung Các van được dẫn theo nguyên tắc cácvan trong một cặp và trong một pha không được dẫn đồng thời Mạch có thểđược nối thẳng với nguồn mà không cần qua máy biến áp Đây là một trongnhững ưu điểm của sơ đồ hình cầu so với sơ đồ hình tia bắt buộc phải có máybiến áp

Trong nửa chu kỳ đầu từ 0 – π, điện áp u2 > 0, các van T1 và T2 phân cựcthuận nhưng chưa dẫn do chưa được cấp xung điều khiển Khi được cấp xungđiều khiển cùng lúc thì van T1 và T2 dẫn cho dòng điện id chạy qua Tương tự vớinửa chu kỳ sau từ π – 2π, các van T3 và T4 dẫn còn T1 và T2 khóa do bị phân cực

α

Trang 7

Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 3 pha

Trang 8

Hình 2.4 Dạng điện áp ra với tải thuần trở

Mạch gồm 2 nhóm van, các thyristor T1 T3 T5 đấu kiểu katot chung, cácthyristor T2 T4 T6 đấu kiểu anot chung Có thể thấy ở sơ đồ hình cầu 3 pha nàychính là 2 sơ đồ hình tia mắc nối tiếp với nhau, nhóm van lẻ lấy điện áp dương,nhóm van chẵn lấy nốt phần điện áp âm Nhìn vào đồ thị dẫn của các van ta thấy,

ở bất kì thời điểm nào cũng có một van ở nhóm trên dẫn với một van ở nhómdưới Ví dụ trong khoảng từ O1 – O2 là T1 dẫn với T6, lúc này điện áp ra tải Ud làđiện áp dây của nguồn xoay chiều uab Tương tự như vậy, điện áp sau chỉnh lưu

Ud sẽ được hình thành từ 6 đoạn điện áp dây của nguồn là uab – uac – ubc – uba – uca

– ucb

Như vậy, để đảm bảo trong cùng một thời điểm luôn có hai van dẫn cùngnhau, ta thấy mỗi van được phát hai xung điều khiển: xung thứ nhất để xác địnhgóc mở α, xung thứ hai để đảm báo thông mạch tải Ví dụ trong đoạn từ O1 – O2,

Trang 9

van T1 đang được dẫn với van T6, tại thời điểm O2 thì T6 khóa, dòng qua T1 giảm

về không nhưng do phân cực thuận nền T1 vẫn có thể tiếp tục dẫn Ngay tại thờiđiểm phát xung mở van T2 cần phải phát tiếp 1 xung cho T1 để T1 dẫn cùng với

T2 Trên thực tế, ta có thể sử dụng xung đôi, xung rộng hoặc xung chùm để đảmbảo van dẫn chắc chắn

Theo đồ thị Ud, ta thấy góc giới hạn giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn là

Hình 2.5 Sơ đồ điều áp xoay chiều

Điện áp trên tải UZA được hình thành theo:

- Khi cả 3 thyristor của cả 3 pha đều dẫn thì điện áp trên tải sẽ trùng vớiđiện áp pha của nó (Uza = Ua, Uzb = Ub, Uzc = Uc)

- Khi chỉ có 2 thyristor dẫn thì điện áp trên tải sẽ bằng một nửa điện áp dâycủa 2 pha mà có 2 thyristor dẫn ( Uza = Uab/2 trong khoảng T1 - T2, Uzc =

Uac/2 trong khoảng T4 - T5)

Trang 10

0T1T2 T3T4 T5 T6

Hình 2.6 Đồ thị điện áp trên tải với tải điện trở thuần

Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải được tính theo biểu thức:

Với UZA là giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải

uZA là giá trị tức thời

ua là giá trị tức thời của điện áp pha Α

uab, uac là giá trị tức thời của điện áp dây Uab và Uac

Thay các giá trị điện áp tức thời vào biểu thức ta được giá trị hiệu dụng của điện áp ra tải với từng trường hợp như sau:

Trang 12

CHƯƠNG 2 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Yêu cầu điều khiển

2.1.1 Mạch điều khiển Thyristor 1 pha – MĐK 1

 Chế độ xung điều khiển: xung rộng, xung đơn (độ rộng xung 100μs), xungs), xungchùm (tần số 10kHz) Chế độ này sẽ đựa lựa chọn trên mặt layout

 Công suât mở van: Ig = 100mA, Vgk = 3V, cách ly qua biến áp xung

 Dải điều chỉnh góc α = 00 ÷ 1800

 Mạch điều khiển cho chỉnh lưu cầu 1 pha

2.1.2 Mạch điều khiển Thyristor 3 pha – MĐK 2

 Chế độ xung điều khiển: xung rộng, xung khép (độ rộng xung 100μs), xungs),xung chùm (tần số 10kHz) Chế độ này sẽ đựa lựa chọn trên mặt layout

 Công suât mở van: Ig = 100mA, Vgk = 3V, cách ly qua biến áp xung

 Dải điều chỉnh góc α = 00 ÷ 1800

 Mạch điều khiển cho chỉnh lưu cầu 3 pha và điều áp xoay chiều 3 pha

2.1.3 Sơ đồ mạch điều khiển

2.1.3.1 Mạch điều khiển Thyristor 1 pha – MĐK 1

Mạch điều khiển dùng cho chỉnh lưu cầu 1 pha Sơ đồ điều khiển như hìnhphía dưới:

Trang 13

Hình 3.30 Sơ đồ mạch điều khiển Thyristor 1 pha – MĐK1

Trang 14

2.1.3.2 Mạch điều khiển Thyristor 3 pha – MĐK2

Mạch điều khiển dùng chung cho hai bộ chỉnh lưu cầu 3 pha và điều ápxoay chiều 3 pha Sơ đồ dưới đây là sơ đồ của một nhánh van pha A, hai nhánhvan của hai pha còn là tương tự

Hình 3.31 Sơ đồ mạch điều khiển Thyristor 3 pha – MĐK2

Trang 15

2.1.4 Nguồn nuôi

Hình 3.32 Sơ đồ nguồn nuôi

Nguồn nuôi cho mạch điều khiển ± 15 V được tạo ra từ biến áp hạ áp 220V/15V và IC ổn áp L7815, L7915 như ở hình 3-31

Biến áp 220V/18V – 5A;

Cầu chì bảo vệ 1A

IC cầu diot 1010, dòng tải 10 A, điện áp ngược tối đa 700V

Trang 16

Hình 4.8 Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha

CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM MẠCH 3.1 Hình ảnh thực tế

Mạch lực 1 nhánh van chỉnh lưu:

Hình 6.1 Mạch lực 1 nhánh van chỉnh lưu

Mạch lực 1 nhánh van điều áp xoay chiều

Hình 6.2 Mạch lực 1 nhánh van điều áp xoay chiều

Trang 17

Mạch nguồn 15V

Hình 6.3 Mạch nguồn 15V

Mạch điều khiển thyristor 1 pha

Hình 6.4 Mạch điều khiển thyristor 1 pha

Mạch điều khiển thyristor 3 pha

Trang 19

Điện áp khâu răng cưa

Hình 6.8 Điện áp khâu răng cưa

Điện áp khâu so sánh

Trang 20

Điện áp dạng xung chùm

Hình 6.10 Điện áp khâu dạng xung

Điện áp dạng xung đơn

Hình 6.11 Điện áp dạng xung đơn

Trang 21

Điện áp dạng xung rộng

Hình 6.12 Điện áp dạng xung rộng

Điện áp điều khiển UGK – xung chùm

Trang 22

Điện áp ra trên tải Ud

Hình 6.14 Điện áp ra trên tải U d

- Các van được kích mở hoàn toàn bình thường chứng tỏ khâu khuếch

đại xung đã tính toán phù hợp

- Điện áp trên tải hoàn toàn giống với lý thuyết

- Có thể điều chỉnh góc mở α bằng biến trở với dải điều chỉnh từ 0 –

180o

- Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, các van không xảy ra hiện

tượng quá nhiệt

Trang 23

KẾT LUẬN Kết luận

Qua kì thực tập kĩ thuật tại tòa nhà high-tech, dưới sự hướng dẫn tận tâm vànhiệt tình của thầy và các anh trong lab, em đã học tập được thêm nhiều kiếnthức về mạch điện tử công suất Em đã hiểu cơ bản nguyên lý hoạt động củamạch điều khiển, mạch lực, cách thức hoạt động của các linh kiện điện tử, kĩnăng hàn mạch được nâng cao Các anh đã hướng dẫn test mạch và hoàn thiệnmạch rất tỉ mỉ, để tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	9,52 MB