TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI 2 : THÍ NGHIỆM CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 1 PHA A. PHẦN LÝ THUYẾT CƠ SỞ Bộ chỉnh lưu công suất thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi để cung cấp nguồn một chiều công suất lớn cho các thiết bò công nghiệp như động cơ điện một chiều công suất tới MW, mạch kích từ máy phát điện, nguồn điện một chiều cho các máy hàn, mạ điện, nạp điện, nguồn cho các bộ biến tần và hàng loạt các ứng dụng khác. 24VAC LOAD D1 D2 D4 D3 24VAC LOAD T1T2 D2D1 24VAC LOAD T1 T2 T4 T3 Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu cầu I. Chỉnh lưu điều khiển bán phần: Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 2.2. Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn các diode D1 và D2 tạo thành nhóm Cathode. U AC SCR1 SCR2 D1 D2 U DC + - Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần Do tác dụng của diode D1 và D2, điện áp tạo ra trên tải không âm. Do vậy, bộ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần không được sử dụng khi tải đòi hỏi hoạt động trong chế độ nghòch lưu có hoàn trả năng lượng về nguồn xoay chiều. 1. Trường hợp tải thuần trở R: Dạng tín hiệu của mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần được trình bày trên hình 2.3. Trang 8 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trong đó: Hình 2.3: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải R - U AC , I AC là điện áp và đong điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu. - U DC và I DC là điện áp trên tải và dòng chỉnh lưu qua tải. - U SCR1 , I SCR1 là điện áp và dòng điện trên Thyristor SCR1. - U D1 , I D1 là điện áp và dòng điện trên Diode D1. [v] U Chỉnh lưu điều khiển toàn phần tải trở Chỉnh lưu điều khiển bán phần ta û ica û m α[rad] Hình 2.4: Sự phụ thuộc giữa điện áp chỉnh lưu điều khiển bán phần với giá trò góc điều khiển Trang 9 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2. Trường hợp tải là thuần trở mắc nối tiếp với tải cảm RL: Dạng tín hiệu trên mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần được trình bày trên hình 2.5, trong đó: - U AC , I AC là điện áp và dòng điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu. - U DC , I DC là điện áp và dòng điện trên tải RL. Điện áp trên tải có dạng không âm, gián đoạn và giống như trường hợp tải là thuần trở R. Hình 2.5: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL II. Chỉnh lưu điều khiển toàn phần: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 2.6. Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn Thyristor SCR3 và SCR4 tạo thành nhóm Cathode. U AC SCR1 SCR2 SCR3 SCR4 U DC + - Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần Trang 10 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 1. Trường hợp tải là thuần trở R: Hình 2.7: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần tải R 2. Trường hợp tải là trở thuần mắc nối tiếp với tải cảm – RL: Phụ thuộc vào tham số góc điều khiển, giá trò R, L và giá trò hiệu dụng của điện áp nguồn dòng qua tải có thể có giá trò liên tục hoặc gián đoạn. a. Trường hợp dòng qua tải liên tục (quan sát khi góc mở α = 0): Hình 2.8: Giản đồ tín hiệu chỉnh lưu điều hkiển toàn phần với tải RL – dòng tải liên tục Trang 11 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ b. Trường hợp dòng qua tải gián đoạn Hình 2.9: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải RL – dòng tải gián đoạn Trang 12 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ B. PHẦN THỰC HÀNH I. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bò cho thực tập về chỉnh lưu công suất (hình 2.10), chứa các phần tử chức năng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn ~24VAC/10A 3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A. - Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502. - Module Diode công suất: PE-512. - Module Thyristor công suất: PE-513 (2 khối). - Module tải: PEL-521 2. Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo. 3. Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu. Trang 13 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 2.10: Thiết bò thực tập khảo sát bộ chỉnh lưu công suất 1 pha II. CÁC BÀI THỰC TẬP: II.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần với diode và Thyristor, tải trở R. 1. Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 2.11. - Kiểm tra việc cấp nguồn ±12V và đất cho module điện tử PEC-502. - Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điều khiển PEC-502. - Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC-502. - Nối cá c lối ra OUT1/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng. - Nối các diode D1, D2 (PE-512), SCR1 và SCR2 (PE-513) thành sơ đồ cầu. Cấp nguồn 24VAC theo thứ tự X-Y tương ứng với nguồn đã cấp cho lối vào PEC-502. - Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu. Trang 14 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 15 Hình 2.11: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải R 2. Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R. Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển α. Quan sát sự thay đổi vò trí tín hiệu ra theo giá trò P3 tương ứng với vò trí ∼24V lối vào. Xác đònh vò trí với α = π/2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu U DC vào báo cáo. 3. Chuyển đầu dao động ký để quan sát: - Dạng sóng trên R01(thuần trở) là dạng dòng I AC (U AC =I AC .R01) và vẽ dạng sóng vào báo cáo. - Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế U SCR1 , vẽ dạng sóng vào báo cáo. - Dạng sóng trên R02 là dòng I SCR1 (U R02 =I SCR1 .R02), vẽ vào báo cáo. 4. Đo đặc tuyến điều khiển: - Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu U DC . - Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển và giá trò VOM tương ứng. Ghi kết quả đo bảng số liệu trong báo cáo. III.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu bán phần với Diode và Thyristor, tải RL: 1. Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 2.12. Thay tải trở R bằng tải R+L/PEL-522 và thực hiện các bước như với tải R. TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 2.12: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL 2. So sánh giải thích sự khác nhau về dạng tín hiệu trên tải cho hai trường hợp tải R và tải RL. III.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển toàn phần với Thyristor, tải trở R. 1. Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 2.13. - Kiểm tra việc cấp nguồn ±12 và đất cho module điện tử PEC-502. - Cấp nguồn ∼24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điểu khiển PEC-502. - Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC-502. - Nối các lối ra OUT1/A-B và OUT2/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng. - Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu. Trang 16 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 2.13: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải R 2. Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R. Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển α. Quan sát sự thay đổi vò trí tín hiệu ra theo giá trò P3 tương ứng với vò trí thế ∼24V lối vào. Xác đònh vò trí với α = π/2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu U DC vào báo cáo. 3. Chuyển đầu đo dao động ký để quan sát: - Dạng sóng trên R01 là dạng dòng I AC , vẽ dạng sóng vào báo cáo. - Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế U SCR1 , vẽ dạng sóng vào báo cáo. - Dạng sóng trên R02 là dòng I SCR1 , vẽ dạng sóng vào báo cáo. 4. Đo đặc tuyến điều khiển: - Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu U DC. - Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển và giá trò VOM tương ứng. Ghi kết quả đo vào bảng kết quả trong báo cáo. IV. Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển toàn phần với Thyristor, tải RL. 1. Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 2.13. Thay tải trở R bằng tải R+L và thực hiện các bước như với tải R. 2. So sánh và giải thích sự khách nhau về dạng tín hiệu trên tải cho hai trường hợp tải R và tải RL. Trang 17 . TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI 2 : THÍ NGHIỆM CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 1 PHA A. PHẦN LÝ THUYẾT CƠ SỞ Bộ chỉnh lưu công suất thực hiện biến. KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 2.10: Thiết bò thực tập khảo sát bộ chỉnh lưu công suất 1 pha II. CÁC BÀI THỰC TẬP: II.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu. thực tập về chỉnh lưu công suất (hình 2.10), chứa các phần tử chức năng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu