Bài giảng Thực tập Điện, điện tử 2

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TÀI LIỆU THỰC TẬP ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 2 Trang 2 Tài liệu thực hành Điện tử công suất, truyền độn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

TÀI LIỆU THỰC TẬP ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 2 DÀNH CHO SINH VIÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA;

KỸ THUẬT ĐIỆN

Trang 2

Tài liệu thực hành Điện tử công suất, truyền động điện, và PLC cơ bản- Version 2

PHẦN I: CÁC MẠCH CHUYỂN ĐỔI CÔNG SUẤT

Các thiết bị bán dẫn công suất quan trọng bao gồm các linh kiện chuyển mạch sau đây:

• Transistor công suất (transistor lưỡng cực và transistor trường)

• Triacs (triggered ac-controllers, thyristors lưỡng cực)

• IGBTs (transistors lưỡng cực cổng được cách ly) và

• GTOs (gate turn-off thyristors)

Các van này sử dụng trong thực tập này là đi ốt công suất và thyristors:

A Đi ốt công suất:

B Thyristors (hoặc SCRs - bộ chỉnh lưu được điều khiển bằng silic) có thể được

miêu tả đơn giản như các đi ốt có thể chuyển mạch

Trang 3

 Thyristor khi đang dẫn , chúng không thể tự khóa (ngắt) cho đến khi điện áp đặt trên nó âm hoặc dòng điện giảm dưới ngưỡng

Kích mở Thyristors

Thyristors được kích hoạt bằng cách sử dụng xung điều khiển để bật chúng Góc pha của các xung này phải dịch chuyển tương ứng với điện áp pha điện lưới, để đạt được một điện áp đầu ra xác định Các xung này có thể được phát ra bằng các mạch thời gian đơn giản sử dụng vi điều khiển (tác động vào chân điều khiển S- như hình dưới)

Trang 4

Các van điện có thể điều khiển thay đổi trạng thái bias (phân cực)-phía trước của chúng chỉ sau khi có tín hiệu điều khiển hoặc kích hoạt

Điểm cần chú ý là điểm không-giao điểm giữa điện áp pha và trục hoành Nếu điểm này bị trễ, có thể đo góc pha theo độ với sự tham chiếu tới chu kì, nó được gọi là góc

Trang 5

Tên thông thường khi điều khiển được gọi theo góc là "điều khiển góc pha"

Trang 6

AC power controllers (W1) Triac tải R, tải R+L

Three phase AC current converters (W3) Bộ chuyển đổi dòng

Power converter drives with DC motors Truyền động điện một chiều

Trang 7

BÀI THỰC TẬP 1: CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ VỚI DIODE

Các bước thực hành

1 Mở phần mềm Labsoft, ta được

Trang 8

2 Kích vào từng mục và thực hiện nối mạch thí nghiệm theo chỉ dẫn

3 Chú ý: sau khi lắp mạch xong, sinh viên cần làm theo hướng dẫn (mở công tắc

nguồn,<.) để đo điện áp vào, ra Từ menu của Labsoft, kích vào Instruments, ta

được như sau

Trang 9

Kích tiếp vào mục “Converter Control” sẽ hiện ra bảng điều khiển cho phép ta thiết lập

các thông số như: Góc mở của Thyristor; Mode (theo từng bài, ví dụ M1U là cho chỉnh lưu nửa chu kỳ với diode; U là ký hiệu thay cho Uncontrlled)

Chú ý thiết lập cho bảng điều khiển theo từng bài

Trang 10

- Nhấn POWER để bắt đầu đo

Trong bảng điều khiển, để hiện thị bất cứ đại lượng nào cần, ta kích chuột vào ô “Chart”,

sau đó vào Properties và lựa chọn đại lượng cần hiển thị như hình sau

Trang 11

Quan sát và báo cáo kết quả

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp, dòng điện ra

 Giải thích kết quả đầu ra, tính điện áp trung bình đầu ra theo lỹ thuyết và so sánh với kết quả đo

Trang 12

(Ví dụ MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ TẢI RL)

1 Mạch mô phỏng

Mô tả mạch điện (Tham số mô phỏng)

+ Điện áp xoay chiều nguồn vào?

Trang 13

4 Yêu cầu tính toán

- Điện áp trung bình ra trên tải : viết công thức; thay số; và kiểm

nghiệm trên mô phỏng

- Biên độ dòng điện: công thức tính, kiểm nghiệm bằng mô phỏng

- Khoảng thời gian dẫn thêm của Diode do tải cảm gây ra: công thức

tính toán, kiểm nghiệm bằng mô phỏng

Trang 14

Trang 15

BÀI THỰC HÀNH 2: CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ VỚI THYRISTOR

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ sử dụng Thyristor

Các bạn sinh viên chú ý lắp mạch theo các bước sau

Trang 16

 Nhấn vào “Equipment”

 Nhấn vào “Overlay mask” để che các thiết bị không thí nghiệm như sau

 PC connection: kết nối với máy tính

Trang 17

 Input Circuit : Nối đầu vào mạch (cấp nguồn từ máy biến áp vào )

 Load : Nối tải như sau

 Complete wiring: Nhìn lại tổng thể việc nối mạch, hoàn thành, kiểm tra lại một lần nữa các kết nôi

Trang 18

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra ứng với một góc điều khiển

khác nhau (0-1800)

 Giải thích kết quả đầu ra, tính điện áp trung bình đầu ra

Trang 20

BÀI THỰC HÀNH SỐ 3 Thực hành với tải R-L như sau

Trong menu của phần mềm Labsoft, kích vào

Trang 21

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp; dòng điện ra (I2) ứng với một góc điều khiển khác nhau (0-1800)

 Giải thích kết quả đầu ra, tính điện áp trung bình đầu ra; so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán lý thuyết

Trang 22

PHẦN II: CHỈNH LƯU CẦU

BÀI THỰC HÀNH 2.1: CHỈNH LƯU CẦU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Trang 23

Báo cáo kết quả

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp, dòng điện đầu ra

 Giải thích kết quả đầu ra, viết công thức tính điện áp trung bình đầu ra; so sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm

Trang 24

Trang 25

BÀI THỰC HÀNH 2.2: CHỈNH LƯU CẦU CÓ ĐIỀU KHIỂN

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra với các góc mở khác nhau

Trang 26

Trang 27

BÀI THỰC HÀNH 2.3: CHỈNH LƯU CẦU CÓ ĐIỀU KHIỂN VỚI TẢI RL

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra với các góc mở khác nhau

Trang 28

Trang 29

Phần III: Chỉnh lưu 6 xung

Bài thực hành 3.1 Chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển

 Vẽ điện áp pha vào

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra

Trang 30

Trang 31

Bài thực hành 3.2 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra với mỗi góc điều khiển khác

nhau

Trang 32

Trang 33

Bài thực hành 3.2 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển tải R+L

 Yêu cầu mỗi thành viên vẽ đáp ứng điện áp đầu ra với mỗi góc điều khiển khác

nhau

Trang 34

Trang 36

Phần IV: Bộ điều khiển công suất xoay chiều

Bài thí nghiệm 4.1 (Bộ điều khiển với tải trở)

 Vẽ đáp ứng điện áp đầu ra

Trang 37

Bài thí nghiệm 4.2 (Bộ điều khiển với tải R/L)

 Vẽ đáp ứng điện áp đầu ra

Trang 38

Bài thí nghiệm 4.3 (Công suất ba pha)

Trang 39

Phần V: Điều khiển truyền động điện một chiều

Trang 40

Thiết kế bộ điều khiển các vòng điều khiển

Tùy thuộc vào ứng dụng, hệ thống điều khiển sẽ bao gồm nhiều vòng điều khiển

Trong cấu hình điều khiển trên, vòng trong cùng là vòng có hằng số thời gian nhỏ hơn

Drive: Vòng điều khiển

dòng điện

Vòng điều khiển tốc độ

Vòng điều khiển vị trí

Điều khiển thay đổi

Trang 41

C03636-3A

Trang 42

Trang 43

Bài thực hành 5.1 Điều khiển vòng hở động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sinh viên chú ý xem lại cách đấu mạch cẩn thận

Trang 44

Báo cáo kết quả thí nghiệm

1 Sinh viên điền kết quả vào bảng sau

Trang 45

Bài thực hành 5.2 Chỉnh định Tacho- generator

Mạch đấu như trên, nối dây cho Tacho

Mở CASCADE CONTROLLER instrument trong menu

Thiết lập

Bộ điều khiển dòng điện (CURRENT CONTROLLER)

OPEN LOOP: Active

Trang 46

OPEN LOOP: Active

Trang 47

Tính toán bộ điều khiển cho động cơ

Trang 48

Phương trình toán học của động cơ

Trang 49

The parameters are:

Large time constant (settling time) T1: 11

ms Small time constant (delay, dead-time) Ts: 9

ms

Trang 50

Tính ra bộ điều khiển dòng điện

Trang 51

Báo cáo kết quả với các tốc độ đặt khác nhau

- Độ quá điều chỉnh

- Thời gian quá độ

Trang 52

PHẦN VI: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Bài 1: Nghịch lưu với bộ chỉnh lưu nguồn cấp 1 pha

(Biến tần một pha)

I Mục tiêu thí nghiệm

Sinh viên có thể nhận biết được:

 Mối quan hệ giữa thế vào và thế liên kết

 Mối quan hệ giữa thế liên kết và thế đầu ra sử dụng bộ cấp nguồn

một pha

II Tiến hành thí nghiệm

1 Sơ đồ mạch điện:

2 Hướng dẫn lắp ghép:

Trang 54

III Báo cáo kết quả

Đồ thị điện áp ra

1 Vẽ đồ thị:

- Dạng sóng điện áp ra sau nghịch lưu (xung vuông)

- Sóng hài cơ bản của điện áp (màu tím)

- Dòng điện (màu vàng)

2 Tính biên độ điện áp ra của sóng hài cơ bản của điện áp và so sánh với kết quả tính toán lý thuyết

Trang 55

Bài 2: Bộ Nghịch lưu với nguồn cấp 3 pha

I Mục tiêu thí nghiệm

Sinh viên hiểu được:

 Mối quan hệ giữa thế vào và thế liên kết

 Mối quan hệ giữa thế liên kết và thế ra với nguồn nuôi ba pha

II Tiến hành thí nghi

2.Hướng dẫn lắp đặt:

Kết nối dây mạch điện phù hợp với sơ đồ lắp ghép và sơ đồ đi dây Dây kết nối của thiết bị đo CO5127-1Z không được mô tả Nó được thay đổi một vài lần trong khóa học về các thiết bị đo

Trang 56

Trang 58

Bài 3: So sánh các tần số xung nhịp khác nhau

I Mục tiêu thực nghiệm

Sinh viên nên:

 Nhận biết được mối quan hệ giữa dòng điện động cơ và tần số xung nhịp

II Tiến hành thí nghiệm

Trang 59

2 Hướng dẫn lắp đặt:

Kết nối mạch theo kế hoạch lắp đặt và sơ đồ đi dây

Bật bộ biến đổi tĩnh tự chuyển mạch CO3636-3B

Bật giá thử nghiệm động cơ servo CO3636-6V

Bật nguồn thế chính sử dụng công tắc bảo vệ motor của máy biến áp

cách ly 3 pha CO3636-3E

Mở FREQUENCY CONVERTER trong hần mềm

Trang 60

Nếu bạn gặp vấn đề nào với quá trình vận hành thiết bị xin hãy sử dụng chức năng giúp đỡ có sẵn trong phần mền

Thực hiện các thiết lập như sau:

Mode: FREQUENCY CONVERTER; time

characteristic Chu kỳ: 2

Tần số xung nhịp: 8 kHz

Mode:

SV-SINE (space vector contro

Biên độ: 100%

Tần số: 50 Hz Khởi động bộ biến tần Động cơ bắt đầu quay với tốc độ xấp xỉ với tốc độ 1400 vòng/phút

Động cơ hoạt động ở chế độ không tải Đối với các phép đo sau đây không cần phải phanh động cơ với giá thử nghiệm động cơ servo Xác định các đặc tính tín hiệu của ba dòng đầu ra và các điện áp đầu

ra UUV Sao chép đo vào chỗ thích hợp bên dưới

So sánh I , momen khi thay đổi clock 1000 4000 8000 (Hz)

Trang 61

Kết quả với tần số xung nhịp là 1000Hz

Trang 62

Trang 63

Nhận xét:

Ở tần số xung nhịp thấp thì nhiễu động cơ lớn hơn ở tần số cao

Ở tần số xung nhịp thấp thì dòng động cơ có nhiều gợn hơn ở tần số cao

Ở tần số xung nhịp thấp thì nhiễu động cơ nhỏ hơn ở tần số cao

Ở tần số cao thì dòng điện hiệu dụng thấp hơn so với ở các tần số xung nhịp thấp hơn

Khi thay đổi tần số xung nhịp thì giá trị rms của dòng điện đầu ra chỉ thay đổi rất nhỏ

Trang 64

2 Giới thiệu về đặc tính U/f

Khi điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn không đổi, đó là mong muốn có điểm tương ứng trên cùng một đặc tính động cơ

Dựa trên tính chất vật lý của động cơ biểu thức sau đây đúng: M ~ Φ x

IL, trong đó IL tương ứng với dòng động cơ

Khi đó IL sẽ tỷ lệ thuận với mô men và được xác định bằng: M ~ Φ or M ~ I

Dựa trên các sơ đồ mạch tương đương và với điều kiện là R1 và X1 được

bỏ qua, dòng có thể được tính như sau:

Trang 65

a Phạm vi thiết lập cơ bản

Đối với các thiết lập đặc tính chúng

ta cần điện áp và tần số đánh giá của động cơ Sau đó chúng ta có được một mô men không đổi từ "0" đến Fn Tần số danh định hoặc đánh giá của động cơ trường hợp này của đặc tính V/f cũng được gọi là tần số góc

b Phạm vi trường suy yếu

Nếu tốc độ tăng trên FN, mômen xuống với tốc độ 1/f Lý do là động

cơ không được kích thích kể từ khi điện áp không còn có thể được tăng lên Mở rộng phạm vi này được gọi

là phạm vi trường suy yếu

Các hình ảnh động sau đây một lần nữa minh họa làm thế nào mômen với điểm hoạt động WP và điện áp của bộ biến tần được đáp ứng với các tần số khác nhau

Trang 66

Trang 67

II Kết quả

Trang 68

Trang 70

Trang 72

Trang 73

PHẦN VII: Lập trình điều khiển sử dụng PLC

Trang 74

BÀI 1: Lập trình với Timer

Trang 75

BÀI 2: Tín hiệu Analog Output trên PLC S7-1200 Cấu hình phần cứng

Cấu hình đủ 3 phần cứng gồm:

CPU 1214C AC/DC/Rly

Bộ mở rộng DI/DQ

Bộ mở rộng AQ

Trang 76

Kiểm tra địa chỉ đầu ra AQ

Bước 1: Vào mục Device configuration (như hình trên – B1 )

Bước 2: Kích chuột phải vào khối AQ chọn properties ( B2 )

Bước 3: AQ 4>>analog outputs>> kiểm tra địa chỉ Channel0 là QW112 kiểu đầu ra là Voltage ( B3+ B4 )

Trang 77

Tạo hàm chuyển đổi AQ

Lập trình hàm con

B1 khai báo các biến Input, Output, Temp

B2 Lấy ra 2 khối hàm NORM_X và SCALE_X

Trang 78

B3 Điền các biến cho hàm NORM_X và SCALE_X

Viết chương trình chính ở Main[OB1]

Bước 1 vào Main[OB1]

Bước 2 lấy khối MOVE từ thanh Move operation, và điền thông tin cho

khối

Bước 3 kéo khối hàm con AQ vào Network và điền thông tin cho khối

Download chương trình xuống PLC và đo điện áp đầu ra AQ

Giới thiệu khối hàm

MOVE : chuyển giá trị từ IN vào OUT

NORM_X : chuyển đổi giá trị số thành đơn vị tỉ lệ

OUT=

SCALE_X : chuyển đổi giá trị tỉ lệ ra số

OUT=( MAX-MIN )*VALUE

Tiêu đề	Bài Giảng Thực Tập Điện, Điện Tử 2
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Tài Liệu Thực Tập

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	5,77 MB