Báo cáo học phần thí nghiệm chuyên môn các mạch biến Đổi acdc vẽ sơ Đồ nguyên lý; dạng sóng Điện Áp Đầu vào và Đầu ra Ứng với tải r, r l; công thức tính toán

Công thức tính toán -Với chế độ dòng tải liên tục ta có +Điện áp trên tải có dạng xung, có giá trị thay đổi trong khoảng 0÷Ud +Điều khiển công suất phát của nguồn Et và công suất nạp vào

Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Danh - 211506286

Nguyễn Phi Nhật - 211504364

Lê Trọng Hoàng - 211504157 Nguyễn Thanh Bình - 211541889 Hoàng Việt Tùng – 211500784

Lớp: Kĩ Thuật Điện 1-K62

Khoa: Điện – Điện Tử

Người hướng dẫn: Ths Đỗ Văn Thăng

BÁO CÁO HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Bài 1: Các bộ biến đổi chuyển mạch lưới

1 Các mạch biến đổi AC/DC: Vẽ sơ đồ nguyên lý; dạng sóng điện áp đầu vào vàđầu ra ứng với tải R, R-L; công thức tính toán?

2 Các mạch biến đổi AC/AC: Vẽ sơ đồ nguyên lý; dạng sóng điện áp đầu vào vàđầu ra ứng với tải R và R-L?

Dạng sóng:

+ Mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ:

+ Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ:

 Điện áp thứ cấp máy biến áp có dạng:

+ Mạch chỉnh lưu cầu một pha:

Bài 2:Các bộ biến đổi tĩnh chuyển mạch tự động.

2.1 Phân loại các BBĐ một chiều - một chiều

-Phân loại theo hướng thay đổi điện áp ra:

+BBĐ một chiều - một chiều giảm áp: Chỉ điều chỉnh được từ điện áp nguồn Ud trởxuống (còn gọi là bộ biến đổixung áp nối tiếp)

+BBĐ một chiều - một chiều tăng áp: Chỉ điều chỉnh được từ điện áp nguồn Ud trở lên

(còn gọi là bộ biến đổi xung áp song song)

-Phân loại theo loại dụng cụ được sử dụng:

+Sử dụng van bán dẫn điều khiển hoàn toàn: GTO, Transistor các loại

+Sử dụng van bán dẫn điều khiển không hoàn toàn: Thyristor

-Phân loại theo cực tính điện áp và dòng điện đầu ra (dòng áp trên tải):

+BBĐ không đảo chiều

+BBĐ có đảo chiều

2.2.Vẽ sơ đồ, dạng sóng và trình bày nguyên lý làm việc các phép biến đổi DC -> DC

2.2.1.Boost converter ( Tăng áp).

*Sơ đồ nguyên lý:

Dạng sóng:

Nguyên lý làm việc:

- Khi IGBT dẫn lúc này điện áp trên L bằng Vin , lúc này diode D ngắt do bị phân cựcngược và nó sẽ cắt mạch tải ra khỏi nguồn đồng thời dòng trong cuộn dây L sẽ xuấthiện và tăng dần từ giá trị ban đầu là IL, min , lúc này dòng qua tải được duy trì nhờ tụ

C đóng vai trò nguồn ( Tụ C phóng )

- Khi IGBT ngắt , trên cuộn dây L xuất hiện 1 điện áp tự cảm chống lại sự giảm dòng

IL Điện áp tự cảm này cộng với nguồn Vin có chiều dương đặt vào chân Anot củadiode làm diode dẫn ngay lập tức và nạp bổ sung cho tụ C

- Quá trình lặp đi lặp lại và có điện áp cấp cho tải

Công thức tính toán

-Với chế độ dòng tải liên tục ta có

+Điện áp trên tải có dạng xung, có giá trị thay đổi trong khoảng 0÷Ud

+Điều khiển công suất phát của nguồn Et và công suất nạp vào nguồn Ud bằng

Nếu thay đổi vai trò giữa utvà Ud (Ud là tải nhận, ut là nguồn cung cấp) thì điện ápnguồn nhỏ hơn điện áp tải nên gọi là bộ tăng áp

Giá trị trung bình của dòng tải một chiều:

2.2.2.Buck converter ( Giảm áp).

*Sơ đồ nguyên lý:

Dạng sóng:

u

*Nguyên lý làm việc:

- Khi Transistor dẫn, dòng điện đi qua transistor cũng đi qua cuộn cảm L1 và nạp vào

tụ điện C1 để duy trì dòng qua tải

- Dòng qua L1 và dòng nạp vào tụ C1 tăng từ từ, dẫn đến tăng dần điện áp trên tải.Trong thời gian này, diode D1 không dẫn vì bị phân cực ngược

- Khi transistor tắt, dòng đi qua tải được lấy từ cuộn cảm L1 và một phần nhỏ của tụđiện C1 Lúc này, diode D1 dẫn ngay lập tức và dòng qua tải chính là dòng qua diode

- Diode D1 cần có để bảo vệ transistor khỏi bị hỏng do điện áp ngược khi cắt dòng.Điện áp ngược do cuộn cảm L1 và nguồn E sinh ra có thể gây hại cho transistor

Công thức tính toán:

+Với chế độ dòng tải liên tục ta có:

-Điện áp trên tải có dạng xung, có giá trị thay đổi trong khoảng 0÷Ud

-Điện áp trên tải được thay đổi bằng cách thay đổi thời gian đóng tđ và thời

gian cắt tc của IGBT và được xác định theo biểu thức:

2.2.3.Mạch cầu H.

*Sơ đồ nguyên lý:

B A

*Dạng sóng:

*Nguyên lý làm việc:

- Khi Q1 và Q4 dẫn, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (-) củanguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua Q1 qua động cơ qua Q4 về mass làm động cơquay theo chiều thuận. 

- Ngược lại, khi Q2 và Q3 dẫn , động cơ quay nghịch

*công thức tính toán:

- giá trị trung bình của điện áp trên tải:

- Độ rộng xung:

2.3.Vẽ sơ đồ, dạng sóng và trình bày nguyên lý làm việc các phép biến đổi DC ->

AC 2.3.1.Nghịch lưu DC/AC 1 pha theo kĩ thuật xung PWM tải R.

*Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu DC/AC 1 pha theo kĩ thuật xung PWM tải R

*Dạng sóng:

Dạng sóng của nghịch lưu DC/AC 1 pha theo kĩ thuật xung PWM tải R

*Nguyên lý làm việc:

- Mạch nghịch lưu DC/AC 1 pha sử dụng 2 phần tử bán dẫn (như Thyristor, Mosfet,IGBT…) để chuyển đổi điện áp một chiều từ nguồn DC thành điện áp xoay chiều mộtpha có thể điều chỉnh được biên độ và tần số

- Kĩ thuật xung PWM là kĩ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) sao cho dạng sóngxung điều khiển cho các phần tử bán dẫn có cùng tần số với dạng sóng sin mong muốn

ở đầu ra Bằng cách thay đổi tỷ lệ thời gian bật/tắt của các xung PWM, ta có thể thayđổi biên độ của điện áp AC đầu ra Càng tăng tỷ lệ thời gian bật, càng tăng biên độđiện áp AC và ngược lại

- Tải R là loại tải có điện trở thuần, không có pha lệch giữa điện áp và dòng điện Điện

áp trên tải có dạng sóng sin với biên độ và tần số phụ thuộc vào nguồn DC và góc kíchcủa các phần tử bán dẫn Dòng điện trên tải có dạng sóng sin với biên độ và tần sốgiống với điện áp và cùng pha với điện áp

2.3.2.Nghịch lưu DC/AC 1 pha theo kĩ thuật sin - PWM tải R.

*Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý của mạch nghịch lưu DC/AC 1 pha theo kĩ thuật xung PWM tải R

- Kĩ thuật sin-PWM là kĩ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) sao cho dạng sóng xungđiều khiển cho các phần tử bán dẫn có cùng tần số với dạng sóng sin mong muốn ởđầu ra Bằng cách thay đổi tỷ lệ thời gian bật/tắt của các xung PWM, ta có thể thay đổibiên độ của điện áp AC đầu ra Càng tăng tỷ lệ thời gian bật, càng tăng biên độ điện áp

AC và ngược lại

- Tải R là loại tải thuần trở, có điện trở không đổi và không có pha lệch giữa điện áp vàdòng điện Điện áp và dòng điện trên tải R có cùng dạng sóng với điện áp và dòng điệntrên các phần tử bán dẫn

2.3.3.Nghịch lưu 3 pha DC/AC PWM tải R.

*Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý của mạch nghịch lưu 3 pha DC/AC PWM tải R

*Dạng sóng:

Dạng sóng của mạch nghịch lưu 3 pha DC/AC PWM tải R

*Nguyên lý làm việc:

- Khi xung PWM của cặp IGBT trên và dưới của một nhánh có cùng chiều, nhánh đó

sẽ không dẫn điện và không có điện áp ngõ ra

- Khi xung PWM của cặp IGBT trên và dưới của một nhánh có chiều ngược nhau,nhánh đó sẽ dẫn điện và có điện áp ngõ ra bằng điện áp DC hoặc âm điện áp DC tùytheo chiều dòng điện qua nhánh đó

- Khi xung PWM của cặp IGBT trên, dưới của ba nhánh được thay đổi theo một trình

tự nhất định, sẽ tạo ra 3 điện áp ngõ ra có dạng sóng bậc cao có sáu bc trong một chukỳ

- Khi ba điện áp ngõ ra được lọc qua một bộ lọc LC, sẽ tạo ra ba điện áp ngõ ra códạng sóng sin gần đúng Điều này là do hiệu ứng trung bình hóa của bộ lọc LC, khiếncho giá trị hiệu dụng của điện áp ngõ ra gần bằng giá trị hiệu dụng của điện áp DC cấpcho nghịch lưu Đồng thời, bộ lọc LC cũng loại bỏ các thành phần sóng hài cao tần

Bài 3: Máy điện một chiều

3.1 Động cơ điện 1 chiều

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch động cơ điện một chiều kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, kích từ song song và kích từ hỗn hợp

3.1.2.Thực hiện khởi động, điều chỉnh tốc độ,và đảo chiều quay động cơ bằng những cách nào đối với mạch kích từ độc lập.

3.1.2.1.Khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

a Khởi động bằng phương pháp sử dụng biến tần

- Đây được coi là phương pháp toàn diện nhất, được đánh giá cao bởi nó kiểm soátđược nhiều tính năng như tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông quamạng; có thể thiết lập được các cấp tốc độ; kiểm soát được dòng khởi động động cơgiúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nhằm nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảmthiểu các chi phí lắp đặt, bảo trì, tiết kiệm khoảng không gian lắp đặt; các chế độ tiếtkiệm năng lượng,…

- Nhờ vậy, chúng ta có thể bảo vệ được tuổi thọ của động cơ khi xảy ra các trường hợpnhư quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,…

- Quá trình khởi động bằng biến tần bao gồm các bước sau:

+ Đầu tiên, biến tần sẽ cấp điện cho mạch trường của động cơ để tạo ra trường từ banđầu

+ Sau đó, biến tần sẽ tăng dần tần số đầu vào và điện áp cho mạch rotor, từ từ tăng tốc

độ quay của động cơ

b Khởi động bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Nguyên lý của phương pháp khởi động động cơ điện một chiều bằng cách thay đổiđiện áp phần ứng là tính toán để tìm ra tốc độ tăng điện áp hợp lí cấp cho động cơ điệnmột chiều lúc khởi động, sao cho trong quá trình khởi động, dòng điện khởi động củađộng cơ là ít biến thiên và nằm trong giới hạn cho phép Giá trị này là bé hơn hoặcbằng 2,5 lần giá trị dòng định mức của động cơ

- Lúc khởi động, ta cấp điện áp được tính toán này cho động cơ Trong khoảng thờigian điện áp cấp cho phần ứng của động cơ tăng từ điện áp khởi động Uukd đến giá trịđiện áp định mức của động cơ, thì dòng điện khởi động của động cơ gần như là khôngđổi và nằm trong giới hạn cho phép Đến khi điện áp cấp cho động cơ tăng lên bằngđiện áp định mức thì không tăng nữa, dòng điện khởi động giảm dần từ giá trị dòngđiện khởi động Iukd về giá trị dòng điện tải Với mô-men tải là định mức thì sẽ là giá trịdòng điện định mức, tốc độ động cơ đạt giá trị tốc độ định mức dm, kết thúc quá trìnhkhởi động

- Khi sử dụng phương pháp này để khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập,dòng điện phần ứng của động cơ trong suốt quá trình khởi động sẽ ít biến thiên, nênmô-men của động cơ cũng sẽ ít biến thiên và vận tốc của động cơ cũng sẽ tăng đềutrong quá trình khởi động

c Khởi động trực tiếp

- Đây là phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và ít chi phí nhất Khi khởi độngmáy lên, dòng điện để khởi động được phải cao đủ cấp cho máy hoạt động, và lựcmomen cũng kéo theo rất lớn

- Khi sử dụng trực tiếp như trên, chúng ta cần đảm bảo điện áp đủ, chạy theo đúngampe định mức cho phép để bảo vệ tuổi thọ của động cơ được bền bỉ nhất có thể

d Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

- Trong phương pháp này, một mạch điện trở phụ được kết nối với mạch rotor củađộng cơ Mạch điện trở phụ này có vai trò giới hạn dòng khởi động ban đầu và giảmtốc độ khởi động Khi khởi động, điện trở phụ được kết nối song song với mạch rotor,giới hạn dòng điện và tạo ra một mức điện áp thấp hơn trên mạch rotor Điều này giúpgiảm tác động lên hệ thống điện và giảm sốc cơ học cho động cơ

- Khi động cơ đạt tốc độ định mức, điện trở phụ sẽ được loại bỏ hoặc được ngắt, vàđộng cơ sẽ tiếp tục hoạt động với nguồn cấp điện chính Phương pháp này giúp giảmdòng điện khởi động và tăng tốc độ khởi động một cách mềm dần, giảm tác động lên

- Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm

Rf nên tổn hao tăng, không kinh tế

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh từ thông

- Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momentđiện từ của động cơ M = k ϕIu và sức điện động quay của động cơ Eu = k ϕω Khi từthông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn Nhưng theocông thức trên, khi ϕ thay đổi thì môment, dòng điện cũng thay đổi nên khó tính toánchính xác dòng điều khiển và moment tải Vậy nên phương pháp nỳ cũng ít dùng

c Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều khiển điện áp phần ứng

- Thực tế có 2 phương pháp cơ bản điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằngđiện áp

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ

- Thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng Khi thay đổi phầnứng thì tốc độ của động cơ thay đổi theo phương trình sau:

- Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc của đặc tính cơ không đổi, còn tốc độkhông tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uu của hệ thống, do đó

có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để

3.1.2.3.Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

- Cách đảo chiều động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập là thay đổi chiều dòng điện quaphần ứng hoặc phần kích từ Nếu thay đổi chiều dòng điện qua phần ứng thì gọi làcách đảo chiều bằng phần ứng Nếu thay đổi chiều dòng điện qua phần kích từ thì gọi

là cách đảo chiều bằng phần kích từ

+ Cách đảo chiều bằng phần ứng: Để thực hiện cách này, người ta dùng một công tắcđảo chiều để đổi hai dây của phần ứng Khi công tắc đảo chiều được bật, chiều dòngđiện qua phần ứng sẽ ngược lại và tạo ra một suất điện động ngược lại với suất điệnđộng ban đầu Điều này làm cho góc lệch giữa suất điện động và dòng điện qua phầnứng thay đổi từ α thành (180° - α) Do đó, mô-men quay của động cơ cũng thay đổidấu và làm cho roto quay ngược lại

+ Cách đảo chiều bằng phần kích từ: Để thực hiện cách này, người ta dùng một côngtắc đảo chiều để đổi hai dây của phần kích từ Khi công tắc đảo chiều được bật, chiềudòng điện qua phần kích từ sẽ ngược lại và tạo ra một từ trường ngược lại với từtrường ban đầu Điều này làm cho góc lệch giữa suất điện động và dòng điện qua phầnứng thay đổi từ α thành (-α) Do đó, mô-men quay của động cơ cũng thay đổi dấu vàlàm cho roto quay ngược lại

3.2.Quy trình vận hành máy điện một chiều ở chế độ máy phát, có những cách kích từ nào, điều chỉnh điện áp và cực tính bằng cách nào.

3.2.1.Quy trình vận hành máy điện một chiều ở chế độ máy phát.

- Bước 1: Kiểm tra các điều kiện an toàn trước khi khởi động máy, như nguồnđiện ,dòng điện và kết nối các dây điện

- Bước 2: Chọn loại kích từ cho máy phát điện để động cơ hoạt động Có bốn loại kích

từ cho máy phát điện một chiều: kích từ song song, kích từ độc lập, kích từ nối tiếp vàkích từ hỗn hợp Mỗi loại có ưu nhược điểm và ứng dụng khác nhau

- Bước 3: Khởi động động cơ sơ cấp Sau khi cấp nguồn vào động cơ sơ cấp thì khởiđộng động cơ ,khi roto động cơ sơ cấp quay sẽ đồng thời kích hoạt roto của động cơthứ cấp quay , khi roto của động cơ thứ cấp quay sẽ tạo ra từ trường và stator của động

cơ thứ cấp sẽ cảm ứng với từ trường roto và tạo ra dòng điện Lúc này dòng điện chưađược sinh ra ở động cơ thứ cấp vì chưa có dòng điện ở phần kích từ ,ta phải cấp nguồn

1 chiều vào phần kích từ của động cơ thứ cấp nếu:

+ Nguồn 1 chiều được lấy từ nguồn ngoài: Ta sẽ không cần quan tâm chiều của cuộnkích từ kết nối với phần nào của nguồn âm hoặc dương

+ Nguồn 1 chiều được lấy từ điện áp được sinh ra ở phần ứng stator động cơ thứ cấp:

Ta cần chú ý hướng của dòng điện ,ta cần kết nối đúng nguồn âm của phần ứng statorvào đầu âm của cuộn kích từ ,nguồn dương của phần ứng stator với đầu dương củacuộn kích từ.Nếu trong trường hợp bị sai thì điện áp sẽ không được tạo ra

- Bước 4: Kết nối máy phát điện với tải bằng cách đóng công tắc hoặc thiết bị đóngcắt Kiểm tra lại các thông số vận hành của máy phát điện và tải, như điện áp, dòngđiện, công suất và hệ số công suất

- Bước 5: Theo dõi và giám sát hoạt động của máy phát điện trong quá trình vận hành.Nếu có sự cố hoặc cảnh báo, ngắt kết nối tải và dừng máy phát điện để kiểm tra vàkhắc phục

- Bước 6: Tắt máy phát điện khi không cần thiết hoặc khi muốn chuyển sang nguồnđiện khác Ngắt kết nối tải và mở công tắc hoặc thiết bị đóng cắt Tắt động cơ sơ cấpbằng cách bấm nút stop trên bảng điều khiển hoặc kéo dây ngắt nguồn cấp

- Kích từ độc lập: là loại kích từ mà cuộn dây phần cảm được cấp điện từ một nguồn

DC riêng biệt, như ắc quy hoặc máy phát điện nhỏ Ưu điểm của loại kích từ này là cóthể điều chỉnh được tốc độ và điện áp của máy phát điện bằng cách thay đổi dòng kích