TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUN MƠN Giáoviên:Lê Mạnh Tuấn Họ tên: Mssv : Lớp : Tự Động Hóa K56 MỤC LỤC Phần I : Điện tử cơng suất Bài 1.Mạch kích Thyristor Triac Bài 2.Chỉnh lưu công suất pha Bài 3.Chỉnh lưu công suất pha Bài 4.Biến đổi điện áp xoay chiều Bài 5.Biến tần kiểu điều rộng xung Phần II : Đo lường cảm biến Bài 1.Đo nhiệt độ Bài 2.Đo độ dịch chuyển Bài Bài 4.Cảm biến ( điện dung ,điện cảm) Phần III : Hệ thống nhúng (PIC) Bài 1.Phối ghép ngoại vi Bài 2.Lập trình truyền thơng Bài 3.Lập trình thời gian lấy mẫu xử lý nhiễu ADC Bài 4.Lập trình hệ thống thời gian thực nhúng led RTOS PHẦN I: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT BÀI 1: MẠCH KÍCH THYRISTOR VÀ TRIAC I: Phần lý thuyết Thyristor(SCR) Thyristor (tên ghép từ Thyratron Transistor) cấu tạo từ lớp bán dẫn p-np-n (hình 1a), có điện cực Anod (A), Catod (K) điện cực điều khiển (G) d Hình Cấu trúc hình dáng thyristor Ký hiệu quy ước cho hình 1b hình dáng bên ngồi hình 1c Khi nối Anode với cực “+” Cathode với cực “-” nguồn chiều, J1 J3 phân cực thuận J2 phân cực ngược Kết gần toàn điện nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2 Nếu tác động vào cực G điện dương so với K (tín hiệu xung kích) Thysistor nhận lượng đủ lớn điện trường tổng cộng Các điện trường ion hóa nguyên tử bán dẫn, tạo điện tử (thứ cấp) Các điện tử thứ cấp nhận lượng gây ion hóa Kết thác lũ điện tử tạo lớp tiếp xúc J2 chảy vào N1, sau qua P1 để tới cực A tạo thành dòng qua Thyristor Thyristor làm việc chế độ chế độ mở, có điện trở thuận nhỏ dòng dẫn I lớn Để đưa Thyristor trạng thái cấm (khóa), cần tiến hành theo cách sau: - Giảm dòng I xuống giá trị trì dẫn - Đảo chiều phân áp U tạo phân cực ngược cho Thyristor Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor dẫn (A nối “-“ , K nối “+”), hai lớp tiếp xúc J1 Và J3 bị phân cực ngược ,J2 phân cực thuận Các điện tử diện Thyristor đảo chiều hành trình , tạo dòng điện ngược từ K A cực “-“ nguồn Tại thời điểm chuyển từ mở sang cấm , Một số đặc điểm cần lưu ý sử dụng Thyristor: Mỗi loại Thyristor chế tạo có đặc trưng khác nhau, cần lựa chọn loại thích hợp với yêu cầu sử dụng: - Dòng điện định mức In: (tùy loại)  A  1000A - Dòng điện rò  mA - Điện áp ngược cực đại Uin.max : ( Tùy loại) vài trăm Volt  vài kV - Dòng điện điều khiển IG - Tốc độ tăng dòng điện dI/dt: A/s - Tốc độ tăng điện áp dV/dt: V/s - Thời gian khóa: vài chục s - Thời gian mở: vài s - Quá trình chuyển từ mở sang cấm không xảy tức thời Nếu Thyristor chưa cấm hẳn mà xác lập U để UA-K dương, làm đoản mạch nguồn hỏng Thyristor Triac (Triode Alternative Current): Triac dụng cụ tương đương với Thyristor song song ngược chiều có chung cực điều khiển Do làm việc với nguồn phân cực dương âm, khái niệm Anode Cathode Triac không phù hợp Được quy ước sử dụng ký hiệu T2 (hoặc B2) T1 (hoặc B1) cho cực lối cực điều khiển G gần T1 Hình Cấu trúc (a) Ký hiệu (b) Triac Cấu trúc bán dẫn Triac mô tả cấu trúc lớp tiếp xúc bán dẫn Ta Tb Trong trường hợp nối T2 với nguồn “+” T1 với nguồn ”-“, G với “+”, nửa Ta Triac làm việc Thyristor thông thường Nếu phân cực nguồn ngược lại, điện tử từ N3 phóng vào P2, gây q trình thác lũ va chạm làm dẫn Tb Khác với Thyristor, Triac làm việc với điện điều khiển âm không đổi trạng thái đảo cực nguồn ni Hình 2.1 Đặc trưng V-A Triac 3.Sơ đồ điều khiển (kích) Thyristor Triac: Thyristor Triac kích nguồn chiều Thời gian kích để chuyển trạng thái Thyristor Triac khơng lớn Sau kích dẫn, tín hiệu điều khiển tác dụng Chính điều khiển linh kiện xung có biên độ thời gian kéo dài tương ứng với loại sử dụng Hình Kiểu sơ đồ điều khiển đồng pha thyristor & triac Tiến trình thí nghiệm: Điều khiển đồng SCR & TRIAC a Thiết bị sử dụng: chứa phần tử chức năng: - Bảng nguồn PE-500PS ,chứa Aptomat pha cho ổ điện 220 VAC, Aptomat pha cấp nguồn (~24VAC) cho thí nghiệm, cầu chì, đèn báo nguồn, lối cho nguồn ~24VAC/10A pha, nguồn DC 12V/1.5A - Module nguồn kích DC máy phát :PEC-501A - Module liên kết quang biến thế: PEC-501B - Module tạo khung điều khiển đồng bộ:PEC-502 - Module linh kiện CS chứa Diode, Transistor, SCR, Triac, MOSFET: PE-511 - Module tải:PEL-521 - Dao động ký tia, Đồng hồ đo - Phụ tùng: Dây có chốt cắm hai đầu - Lưu ý ký hiệu thống cho khối để dễ xác định lắp ráp: - PE: Power Electronics-ký hiệu cho khối cơng suất, ví dụ PE-511,PE-512, … - PEC: Power Electronics Controller-ký hiệu cho khối điện tử điều khiển, ví dụ PE501A,B,PEC-502,PEC-503,… - PEL: Power Electronics Load-ký hiệu cho khối tải Hình Sơ đồ mạch nguồn pha (24VAC) mạch nguồn DC( 12V) Hình 5: Mơ hình nguồn cơng suất BÀI 2: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT PHA I PHẦN LÝ THUYẾT: Bộ chỉnh lưu cơng suất thực biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Bộ chỉnh lưu sử dụng rộng rãi để cung cấp nguồn chiều công suất lớn cho thiết bị công nghiệp động điện chiều công suất tới MW, mạch kích từ máy phát điện, nguồn điện chiều cho máy hàn, mạ điện, nạp điện, nguồn cho biến tần hàng loạt ứng dụng khác Hình Sơ đồ chỉnh lưu cầu diode Chỉnh lưu điều khiển bán phần: Cân Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần dạng đối xứng trình bày hình Các Thyristor SCR1 SCR2 tạo thành nhóm Anode, diode D1 D2 tạo thành nhóm Cathode Hình7 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần Do tác dụng diode D1 D2, điện áp tạo tải không âm Do vậy, chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần khơng sử dụng tải đòi hỏi hoạt động chế độ nghịch lưu có hồn trả lượng nguồn xoay chiều a) Trường hợp tải trở R: Hình 8: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải R Trong đó: - UAC , IAC điện áp đong điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu - UDC IDC điện áp tải dòng chỉnh lưu qua tải - USCR1, ISCR1 điện áp dòng điện Thyristor SCR1 - UD1, ID1 điện áp dòng điện D iode D1 Hình 9: Sự phụ thuộc điện áp chỉnh lưu điều khiển bán phần với giá trị góc điều khiển b) Trường hợp tải trở mắc nối tiếp với tải cảm RL: Dạng tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần trình bày hình 2.5, đó: - UAC, IAC điện áp dòng điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu - UDC, IDC điện áp dòng điện tải RL Điện áp tải có dạng khơng âm, gián đoạn giống trường hợp tải trở R Hình 10: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL Chỉnh lưu điều khiển toàn phần: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần dạng đối xứng trình bày hình 11 Các Thyristor SCR1 SCR2 tạo thành nhóm Anode, Thyristor SCR3 SCR4 tạo thành nhóm Cathode Hình 11 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần a) Trường hợp tải trở R: Hình 12 Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải R b) Trường hợp tải trở mắc nối tiếp với tải cảm RL: Phụ thuộc vào tham số góc điều khiển, giá trị R, L giá trị hiệu dụng điện áp nguồn dòng qua tải có giá trị liên tục gián đoạn  Trường hợp dòng qua tải liên tục (quan sát góc mở  = 0): Hình 13: Giản đồ tín hiệu chỉnh lưu điều khiển tồn phần với tải RL dòng tải liên tục  Trường hợp dòng qua tải gián đoạn : Hình 14: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển tồn phần với tải RL – dòng tải gián đoạn II.TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 1.Thiết bị sử dụng: - - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat pha cho ổ điện 220 VAC, aptomat pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, lối cho nguồn ~24VAC/10A pha, nguồn chiều +12V/1.5A –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 - Dao động ký tia, Đồng hồ đo -Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu Các thực hành: a Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần với diode Thyristor, tải trở R * Nối sơ đồ thí nghiệm hình15 - Kiểm tra việc cấp nguồn 12V đất cho module điện tử PEC-502 - Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y sơ đồ điều khiển PEC-502 - Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa điều khiển góc cắt cho so sánh PEC502 - Nối lối OUT1/A-B với cực G K SCR1 SCR2 tương ứng - Nối diode D1, D2 (PE-512), SCR1 SCR2 (PE-513) thành sơ đồ cầu Cấp nguồn 24VAC theo thứ tự X-Y tương ứng với nguồn cấp cho lối vào PEC-502 - Nối trở đo R01, R02 tải trở R/PEL-522 cho lối mạch cầu Hình 15 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải trở R *Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tải R Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng – tương ứng, thay đổi góc điều khiển  Quan sát thay đổi vị trí tín hiệu theo giá trị P3 tương ứng với vị trí 24V lối vào Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDC vào báo cáo - Chuyển đầu dao động ký để quan sát: - Dạng sóng R01(thuần trở) dạng dòng IAC (UAC=IAC.R01) vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng SCR1 dạng USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng R02 dòng I SCR1(UR02 =ISCR1.R02), vẽ vào báo cáo *Đo đặc tuyến điều khiển: - Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo chỉnh lưu UDC - Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển giá trị VOM tương ứng Ghi kết đo bảng số liệu báo cáo b) Sơ đồ chỉnh lưu cầu bán phần với Diode Thyristor, tải RL: - Nối sơ đồ thí nghiệm hình 16 Thay tải trở R tải R+L/PEL-522 thực bước với tải R Hình 16: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL -So sánh giải thích khác dạng tín hiệu tải cho hai trường hợp tải R tải RL c) Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển toàn phần với Thyristor, tải trở R -Nối sơ đồ thí nghiệm hình 17 - Kiểm tra việc cấp nguồn 12 đất cho module điện tử PEC-502 - Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y sơ đồ điểu khiển PEC-502 -Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa điều khiển góc cắt cho so sánh PEC502 - Nối lối OUT1/A-B OUT2/A-B với cực G K SCR1 SCR2 tương ứng - Nối trở đo R01, R02 tải trở R/PEL-522 cho lối mạch cầu Hình 17: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển tồn phần với tải R * Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tải R Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng – tương ứng, thay đổi góc điều khiển  Quan sát thay đổi vị trí tín hiệu theo giá trị P3 tương ứng với vị trí 24V lối vào Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDC vào báo cáo * Chuyển đầu đo dao động ký để quan sát: - Dạng sóng R01 dạng dòng IAC, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng SCR1 dạng USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng R02 dòng ISCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo * Đo đặc tuyến điều khiển: - Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo chỉnh lưu UDC - Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều khiển giá trị VOM tương ứng Ghi kết đo vào bảng kết báo cáo BÀI 3: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT PHA I PHẦN LÝ THUYẾT Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha (hình 18) sử dụng rộng rãi công nghiệp Sơ đồ gồm Thyristor chia thành nhóm : nhóm dương ( SCR1, SCR3, SCR5) nhóm âm ( SCR2, SCR4, SCR6 ) Sơ đồ điều khiển đồng pha cho phép mở cặp Thyristor tương ứng để tạo chỉnh lưu Udc tải Z Gian đồ thời gian mạch hình V giá trị hiệu dụng nguồn cấp Góc mở tính từ giao điểm nửa hình sin Trên giản đồ thời gian tín hiệu kích SCR tương ứng tơ đậm Các tín hiệu kích kèm xung vng để trắng Giả sử thời điểm khảo sát ban đầu, SCR5 SCR dẫn Khi cho xung điều khiển mở SCR1 Thyristor SCR1 mở Va>0 SCR1 mở đưa Va chốt F, làm cấm SCR5 Tại thời điểm SCR6 SCR1 cho dòng chảy qua điện áp Udc = Va - Vb Khi cho xung điều khiển mở SCR2 Thyristor SCR2 mở SCR6 mở, đưa Vb anod SCR2 SCR2 mở đưa Vc chốt G, làm cấm SCR6 Tại thời điểm SCR2 SCR1 cho dòng chảy qua điện áp Udc = Va - Vc Tương tự, SCR3 kích dẫn làm cấm SCR1, SCR4 kích dẫn làm cấm SCR2.Trong bảng trình bày thời điểm kích dẫn SCR tương ứng làm khóa SCR liên quan Gía trị trung bình điện áp tải Udc = VF - VG giá trị trung bình hai đương bao Cũng tính U dc = Ud1 - Ud2 Với Ud1 Ud2 giá trị trung bình điện nhóm SCR dương âm tạo nên II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thiết bị sử dụng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat pha cho ổ điện 220 VAC, aptomat pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, lối cho nguồn ~24VAC/10A pha, nguồn chiều +12V/1.5A –12V/1.5A - Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502 ( khối ) - Module Thyristor công suất: PE-513 (3 khối) - Module tải: PEL-521 - Dao động ký tia, Đồng hồ đo -Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu Bài Biến đổi điện áp xoay chiều I PHẦN LÝ THUYẾT Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để điều khiển giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều Việc điều khiển diễn liên tục cho đáp ứng nhanh Hiện tượng chuyển mạch linh kiện khơng xảy dòng điện qua tải có dạng xoay chiều Do dòng giảm trước đổi chiều Bộ biến đổi điện xoay chiều thường gặp dạng pha pha Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để điều khiển bếp điện, lò điện , điều khiển ánh sáng, truyền động cầu trục, máy quạt , máy bơm , dụng cụ điện Điều khiển nguồn cấp cho bể mạ, thiết bị hàn BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều pha trình bày hình Các Thyristor SCR1-SCR2 ( hinh 4.1a) tạo thành công xoay chiều vận hành theo phương pháp điều khiển pha Cặp công tắc thay Triac ( hình 4.1b) SCR1 TRIAC SCR2 UAC Z UAC Hình 4.1 : Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều Trường hợp tải R Z Hình 4.2: Gian đồ tín hiệu biến đổi điện áp xoay chiều tải trở R 2.Trường hợp tải RL: Qúa trình điện áp dòng qua sơ đồ biểu diễn hình Hình 4.3: Gian đồ tín hiệu biến đổi điện áp xoay chiều tải trở RL Thiết bị sử dụng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat pha cho ổ điện 220 VAC, aptomat pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, lối cho nguồn ~24VAC/10A pha, nguồn chiều +12V/1.5A –12V/1.5A - Module tạo xung điều khiển đồng bộ: PEC-502 - Module Thyristor công suất: PE-514 - Module tải: PEL-521 , PEL-522 - Dao động ký tia, Đồng hồ đo -Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu II CÁC BÀI THỰC TẬP: 1.Sơ đồ biến đổi AC pha sử dụng Triac với tải R a Nối sơ đồ thí nghiệm hình 4.6 - Kiểm tra việc cấp nguồn  12VAC GND cho module điều khiển - Câp nguồn 24VAC cho lỗi vào sơ đồ điều khiển PEC-502.Chú ý chiều nối X-Y tương ứng với chiều nối tải -Nối chốt Vrefo với Vrefo để đưa điều khiển góc cắt Vrefo vào so sánh PEC-502 - Nối lối OUT1/A-B với cực G T1 Triac 1(PE-514) - Nối tải trở R/PEC-522 với Triac ngồn AC theo hình 4.6 - - Hình 4.6: Sơ đồ biến đổi điện AC với tải trở Hình 4.6: Sơ đồ biến đổi điện AC với b Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu lỗi vào tải R Vặn biến trở P3 để thay đổi góc điều khiển Quan sát thay đổi tín hiệu tải trở theo giá trị P3/Vref Xác lập P3 tương ứng với Vẽ dạng tín hiệu Uz Iz báo cáo c Vặn biến trở P3 để thay đổi Unwgs với góc điều khiển, ghi giá trị Uz Iz.R vào bảng số liệu báo cáo  ... UDC vào báo cáo - Chuyển đầu dao động ký để quan sát: - Dạng sóng R01(thuần trở) dạng dòng IAC (UAC=IAC.R01) vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng SCR1 dạng USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng... chỉnh lưu UDC vào báo cáo * Chuyển đầu đo dao động ký để quan sát: - Dạng sóng R01 dạng dòng IAC, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng SCR1 dạng USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo - Dạng sóng R02... đoạn II.TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 1.Thiết bị sử dụng: - - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat pha cho ổ điện 220 VAC, aptomat pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, lối cho