Giáo trình Lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử công suất

c phục, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Bóng đèn không sáng khi kết nối theo chiều thuận Dây kết nối lỏng hoặc đèn hỏng Kiểm tra dây kết nối Thay bóng đèn 2 Đồng hồ đo Uđèn và UGTO không lên Que đo bị dứt hoặc que đo lỏng Kiểm tra que đo BÀI 2: LẮP RÁP MẠCH CHỈNH LƯU MĐ CĐT23 – 02 Giới thiệu Zt G 28 Các bộ chỉnh lưu biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ....Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa. Bài học này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dòng điện của các bộ chỉnh lưu. Mục tiêu Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng: + Kiến thức: - Phân biệt được điện áp vào ra trên mạch điện - Biết vận dụng, tính toán các thông số của mạch điện theo yêu cầu. - Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục. + Kỹ năng: - Lắp ráp được các mạch chỉnh lưu không điều khiển theo sơ đồ, đảm bảo tính chính xác , đúng yêu cầu của mạch. - Thay thế các linh kiện sai hỏng theo số liệu cho trước. - Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi lắp ráp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp. - Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao. Nội dung bài học 1. Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ 1.1. Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ 1.1.1. Phương pháp lắp mạch 29 u1 ud D Ru2 id u2 ud π 2π ωt ωt 0 0 a) b) Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ với tải trở R Mạch van chỉ có một van duy nhất là Điốt D. Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, điốt được phân cực thuận nên dẫn. Vì coi ΔUD = 0 nên ud = u2. Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên D khoá lại, vì thế ud = 0. Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là: 22 0 2 2 0 45.0 2 )sin(2 2 2 )( 2 1 UUtdtUtdtuU dd         Vì tải thuần trở nên dòng điện trung bình trên tải: R U I dd  = R U  2.2 Dòng trung bình trên diode: ID = Id Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 22U Công suất 1 chiều được tính như sau: Pd = Ud.Id = R U d 2 Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp: I = I2 = R U 2 = 0.707 R U Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp máy biến áp: S = 2 21 SS  = 3.09Pd 30 => cos φ = S Pd ≈ 0.33 1.1.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu không điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành  Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm.  Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON.  Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau: Tải R INPUT OUTPUT V(V) ED(V) ID(A) R(12) R(16) R(20)  Bước 4: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng 31 1.1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị ngược Dây que đo kết nối sai cực Kết nối lại dây que đo 2 Đồng hồ đo UD và Ud không lên Đồng hồ hỏng thang đo DCV hoặc diode hỏng Kiểm tra đồng hồ Kiểm tra diode 1.1.4. Bài tập áp dụng 32 Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L-C 1.2. Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiển 1.2.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: u1 ud T Ru2 id u2 ud π 2π ωt ωt 0 0 a) b) uG Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ với tải trở R Mạch van chỉ có một van duy nhất là Thysistor T. Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, Thysistor được phân cực thuận, tại thời điểm ωt = α, ta phát xung mở van thì Thysistor sẽ dẫn. Vì coi ΔUT = 0 nên ud = u2. Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên T khoá lại, vì thế ud = 0. Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là: )cos1( 2 2 )sin(2 2 1 )( 2 1 22 2             UtdtUtdtuU dT Vì tải thuần trở nên: R U I dd  33 Điện áp ngược cực đại đặt lên T là: Ung.max = U2m = 22U 1.2.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu có điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành Bước 1: Dùng dây cắm 4mm và 2mm nối mạch theo sơ đồ. Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON. Bước 3: Bật chuyển mạch tải R để ở vị trí R(20), dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng trên tải 34 - Đặt góc α=30, α=60, α=90, α=120 vẽ lại dạng sóng của điện áp vào và điện áp ra trên tải  Bước 4: Với α=60, Thay đổi vị trí của tải R: R(10), R(16) vẽ lại dạng sóng thu được - Tải R(12), R(16) 1.2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 35 1 Giá trị Ud đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 1.2.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L-C 2. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha 2.1. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 2.1.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: u2 ud π 2π ωt ωt 0 0 b) D1 D2 D3 D4 R ud id u2 a) Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) D1 và D2 được phân cực thuận nên mở, còn hai van D3 và D4 bị phân cực ngược nên bị khoá lại. Do hai van D1 và D2 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = - u2; uD1 = uD2 = 0; iD1 = iD2 = Id; iD3 = iD4 = 0. 36 Đến nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) D1 và D2 phân cực ngược nên khoá lại, còn hai van D3 và D4 được phân cực thuận nên mở. Do hai van D3 và D4 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = 0; uD1 = uD2 = - u2; iD1 = iD2 = 0; iD3 = iD4 = Id. Biểu thức điện áp 22 0 2 0 9.0 22 )sin(2 2 2 )( 2 1 UUtdtUtdtuU t dd         Vì tải thuần trở nên: R U I dd  Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 22U Dòng điện trung bình qua Diode: dD II 2 1  Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp: I2 = 22 dI Công suất tải: Pd = Ud. Id Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp máy biến áp: S = 2 21 SS  Với S1= U1.I1; S2= U2.I2 Mà S1= S2 => S2= 22 dU . 22 dI = 1.23Pd => S= S1= S2 = 1.23Pd cos φ = S Pd ≈ 0.81 2.1.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu không điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM 37 b. Trình tự thực hành Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm. Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON. Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau: Tải R INPUT OUTPUT V(V) ED(V) ID(A) R(12) R(16) R(20) Bước 4: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng 38 2.1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng không có Dây kết nối lỏng Kết nối lại dây đo 2 Đồng hồ đo UD và Ud không lên Đồng hồ hỏng thang đo DCV hoặc diode hỏng Kiểm tra đồng hồ Kiểm tra diode 2.1.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L-C 2.2. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 2.2.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch 39 T1 T2 T3 T4 R ud id u2 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) điện áp u2 > 0: T1, T2 được đặt điện áp thuận tại thời điểm ωt = α ta phát xung mở van T1, T2 thì T1 và T2 sẽ dẫn, khi đó: UT1 = UT2 = 0. Còn van T3 và T4 đặt điện áp ngược nên sẽ bị khoá lại. Ở nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) điện áp u2 < 0: T1, T2 bị đặt điện áp ngược nên bị khoá lại. Khi đó hai van T3 và T4 được đặt điện áp thuận, nếu tại thời điểm ωt = π + α ta phát xung mở van T3, T4 thì hai van này sẽ dẫn, UT3 = UT4 = 0. Biểu thức điện áp 22 0 2 0 9.0 22 )sin(2 2 2 )( 2 1 UUtdtUtdtuU t dd         Vì tải thuần trở nên: R U I dd  Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 22U Dòng điện trung bình qua Diode: dD II 2 1  Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp: I2 = 22 dI Công suất tải: Pd = Ud. Id Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp máy biến áp: S = 2 21 SS  40 Với S1= U1.I1; S2= U2.I2 Mà S1= S2 => S2= 22 dU . 22 dI = 1.23Pd => S= S1= S2 = 1.23Pd cos φ = S Pd ≈ 0.81 2.2.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu có điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành  Bước 1: - Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ. - Dùng dây cắm 2mm nối K1 ở mạch phát xung điều khiển với K1 ở mạch Thyristor 41 - Dùng dây cắm 2mm nối G1 ở mạch phát xung điều khiển với G1 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối K2 ở mạch phát xung điều khiển với K2 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G2 ở mạch phát xung điều khiển với G2 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối K3 ở mạch phát xung điều khiển với K3 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G3 ở mạch phát xung điều khiển với G3 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối K4 ở mạch phát xung điều khiển với K4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G4 ở mạch phát xung điều khiển với G4 ở mạch Thyristor  Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON.  Bước 3: - Bật chuyển mạch tải R để ở vị trí R(20), dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng trên tải - Dùng biến trở VR (Full) để thay đổi góc mở thyristor - Đặt góc α=30, α=60, α=90, α=120 vẽ lại dạng sóng của điện áp vào và điện áp ra trên tải  Bước 4: Với α=60, Thay đổi vị trí của tải R: R(10), R(16) vẽ lại dạng sóng thu được 42 - Tải R(12); R(16) 2.2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ud đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 2.2.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L-C 3. Lắp ráp mạch chỉnh lưu tia ba pha 3.1. Lắp ráp mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển (M3) 3.1.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch; 43 D1 D2 D3 A B C a b c R L * Nguyên lý Mạch chỉnh lưu gồm 3 Đi ốt mắc theo kiểu Ca tốt chung nên các đi ốt sẽ dẫn dòng khi điện thế tại A nốt là dương nhất. Giả thiết rằng Ld là vô cùng lớn. Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì D3 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa. Trong khoảng thời gian ωt = π/6 ÷ ωt = 5π/6: ua > 0 D1 mở và uD1 giảm về 0. Do uD1 = 0 nên ud = ua và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên D3 là uD3 = uc – ua = uca < 0 tức là D3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van D2 thì vẫn bị khóa. Do vậy ta có: ud = ua; iD2 = iD3 = 0; uD1 = 0; uD2 = uba; uD3 = uca Từ ωt = 5π/6 ÷ ωt = 9π/6 thì ub là dương nhất, khi đó D2 được đặt điện áp thuận vì uba > 0. D2 được đặt áp thuận nên mở và uD2 giảm về 0. Do uD2 = 0 nên ud = ub và uD1 = ua – ub = uab < 0 tức là D1 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D2 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức: ud = ub; iD3 = iD1 = 0; uD2 = 0; uD1 = uab; uD3 = ucb 44 Hình 2.5: Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không ĐK Từ ωt = 9π/6 thì uc là dương nhất, khi đó D3 được đặt điện áp thuận vì ucb > 0. D3 được đặt áp thuận nên mở và uD3 giảm về 0. Do uD3 = 0 nên ud = uc và uD2 = ub – uc = ubc < 0 tức là D2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D1 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức:5 ud = uc; iD2 = iD1 = 0; uD3 = 0; uD2 = ubc; uD1 = uac Biểu thức điện áp 22 6/5 6/ 2 17.1 2 63 )sin(2 3/2 1 UUtdtUUd        Vì tải thuần trở nên: R U I dd  Điện áp ngược cực đại đặt lên diode: Ung.max = U2m = 26U = 2,45 U2 Dòng điện trung bình qua Diode: dD II 3 1  Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp: I2 = 3 dI Công suất tải: Pd = Ud. Id 45 Công suất biểu kiến máy biến áp: Với S1= 3U1.I1 = 1,2 Pd S2= 3U2.I2 = 1,48 Pd => S = 2 21 SS  = 1,34 Pd cos φ = S Pd ≈ 0.75 3.1.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu không điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm. Bước 2: Cấp nguồn 3 pha 380V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON. Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau: Tải R INPUT OUTPUT V(V) ED(V) ID(A) 46 R(12) R(16) R(20) Bước 4: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng 3.1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng không có Dây kết nối lỏng Kết nối lại dây đo 2 Đồng hồ đo UD và Ud không lên Đồng hồ hỏng thang đo DCV hoặc diode hỏng Kiểm tra đồng hồ Kiểm tra diode 3.1.4. Bài tập áp dụng 47 Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia tải R-L-C 3.2. Lắp ráp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 3.2.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: T1 T2 T3 A B C a b c R L Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển Giả thiết rằng Ld là vô cùng lớn. Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì T5 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa. Tại thời điểm ωt = π/6 ua > 0, T1 được đặt điện áp thuận. Tại ωt = π/6 + α ta phát xung mở van T1, van T1 đủ hai điều kiện nên mở và uT1 giảm về 0. Do uT1 = 0 nên ud = ua và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên T3 là uT3 = uc – ua = uca < 0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van T2 thì vẫn bị khóa. Do vậy ta có: ud = ua; iT2 = iT3 = 0; uT1 = 0; uT2 = uba; uT3 = uca Từ ωt = 5π/6 + α, T2 được đặt áp thuận nên mở và uT2 giảm về 0. Do uT2 = 0 nên ud = ub và uT1 = ua – ub = uab < 0 tức là T1 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van T3 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức: ud = ub; iT3 = iT1 = 0; uT2 = 0; uT1 = uab; uT3 = ucb Từ ωt = 9π/6 + α, T3 được đặt áp thuận nên mở và uT3 giảm về 0. Do uT3 = 0 nên ud = ub và uT2 = ub – uc = ubc < 0 tức là T2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van T1 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức: 48 ud = ub; iT2 = iT1 = 0; uT3 = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc Hình 2.5: Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK - Trường hợp α < π/6 Điện áp trung bình trên tải:       cos 2 63 )sin(2 3/2 1 2 6/5 6/ 2 UtdtUUd     - Trường hợp α > π/6 Điện áp trung bình trên tải:                6 cos1 2 23 )sin(2 3/2 1 2 6/ 2        UtdtUU d 3.2.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu có điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 380VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM 49 b. Trình tự thực hành  Bước 1: - Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ. - Dùng dây cắm 2mm nối K1 ở mạch phát xung điều khiển với K1 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G1 ở mạch phát xung điều khiển với G1 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối K3 ở mạch phát xung điều khiển với K4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G3 ở mạch phát xung điều khiển với G4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối K5 ở mạch phát xung điều khiển với K4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G5 ở mạch phát xung điều khiển với G4 ở mạch Thyristor  Bước 2: Cấp nguồn 3 pha 380V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON.  Bước 3: - Bật chuyển mạch tải R để ở vị trí R(20), dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng trên tải - Dùng biến trở VR (Full) để thay đổi góc mở thyristor - Đặt góc α=30, α=60, α=90, α=120 vẽ lại dạng sóng của điện áp vào và điện áp ra trên tải 50  Bước 4: Với α=60, Thay đổi vị trí của tải R: R(10), R(16) vẽ lại dạng sóng thu được - Tải R(12); R(16) 3.2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ud đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 3.2.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển tải R-L-C 4. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu ba pha 4.1. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 4.1.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: 51 D1 D6 D3 D4 R ud id D2 D5 a b c Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK * Nguyên lý: - Trong khoảng thời gian v1: uc dương nhất và ub âm nhất nên D5 và D6 đang dẫn dòng: ID1 = ID2 = ID3 = ID4 = 0; iD5 = iD6 = id = Id uD1 = uac; uD2 = uD3 = ubc; uD4 = uba; uD5 = uD6 = 0. - Trong khoảng thời gian v2: ua dương nhất và ub âm nhất nên D1 và D6 cùng dẫn dòng: 52 ID2 = ID3 = ID4 = ID5 = 0; iD1 = iD6 = id = Id - Trong khoảng thời gian v3: ua dương nhất và uc âm nhất nên D1 và D2 cùng dẫn dòng: ID3 = ID4 = ID5 = ID6 = 0; iD1 = iD2 = id = Id uD3 = uba; uD4 = uD5 = uca; uD6 = ucb; uD1 = uD2 = 0. - Trong khoảng thời gian v4: ub dương nhất và uc âm nhất nên D2 và D3 cùng dẫn dòng: ID4 = ID5 = ID6 = ID1 = 0; iD2 = iD3 = id = Id uD4 = uca; uD5 = uD6 = ucb; uD1 = uab; uD2 = uD3 = 0. - Trong khoảng thời gian v5: ub dương nhất và ua âm nhất nên D3 và D4 cùng dẫn dòng: ID5 = ID6 = ID1 = ID2 = 0; iD3 = iD4 = id = Id uD5 = ucb; uD6 = uD1 = uab; uD2 = uac; uD3 = uD4 = 0. - Trong khoảng thời gian v6: uc dương nhất và ua âm nhất nên D4 và D5 cùng dẫn dòng: ID6 = ID1 = ID2 = ID3 = 0; iD4 = iD5 = id = Id uD6 = uab; uD1 = uD2 = uac; uD3 = ubc; uD4 = uD5 = 0. - Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại; Biểu thức điện áp 2 2/ 6/ 0 2 2/ 6/ 34.2)]120sin([sin2( 6/2 1 )( 6/2 1 UtdttUtduuU bad           Vì tải thuần trở nên: R U I dd  Điện áp ngược cực đại đặt lên diode: Ung.max = U2m = 26U = 2,45 U2 Dòng điện trung bình qua Diode: dD II 3 1  Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp: I2 = 3 2 Id Công suất tải: Pd = Ud. Id Công suất biểu kiến máy biến áp: S = 3U1.I1 = 3U2.I2 = 1,05 Pd cos φ = S Pd ≈ 0.95 53 4.1.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chỉnh lưu không điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 220VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm. Bước 2: Cấp nguồn 3 pha 380V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON. Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau: Tải R INPUT OUTPUT V(V) ED(V) ID(A) R(12) R(16) R(20) 54 Bước 4: Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng 4.1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng không có Dây kết nối lỏng Kết nối lại dây đo 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 4.1.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải R-L-C 4.2. Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển (B6) 4.2.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: 55 T1 T6 T3 T4 R ud id T2 T5 a b c Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn - Trong khoảng thời gian từ ωt = 0 ÷ v1, T4 và T5 cùng dẫn dòng: ud = uc – ua = uca; IT1 = IT2 = IT3 = IT6 = 0; iT4 = iT5 = id = Id uT1 = uT2 = uac; uT3 = ubc; uT6 = uab; uT4 = uT5 = 0. - Trong khoảng thời gian v1, T5 và T6 cùng dẫn dòng: ud = uc – ub = ucb; IT1 = IT2 = IT3 = IT4 = 0; iT5 = iT6 = id = Id uT1 = uac; uT2 = uT3 = ubc; uT4 = uba; uT5 = uT6 = 0. - Trong khoảng thời gian v2, T1 và T6 cùng dẫn dòng: ud = ua – ub = uab; IT2 = IT3 = IT4 = IT5 = 0; iT1 = iT6 = id = Id uT2 = ubc; uT3 = uT4 = uba; uT5 = uca; uT1 = uT6 = 0. - Trong khoảng thời gian v3, T1 và T2 cùng dẫn dòng: ud = ua – uc = uac; IT3 = IT4 = IT5 = IT6 = 0; iT1 = iT2 = id = Id uT3 = uba; uT4 = uT5 = uca; uT6 = ucb; uT1 = uT2 = 0. - Trong khoảng thời gian v4, T2 và T3 cùng dẫn dòng: ud = ub – uc = ubc; IT4 = IT5 = IT6 = IT1 = 0; iT2 = iT3 = id = Id uT4 = uca; uT5 = uT6 = ucb; uT1 = uab; uT2 = uT3 = 0. - Trong khoảng thời gian v5, T3 và T4 cùng dẫn dòng: ud = ub – ua = uba; IT5 = IT6 = IT1 = IT2 = 0; iT3 = iT4 = id = Id uT5 = ucb; uT6 = uT1 = uab; uT2 = uac; uT3 = uT4 = 0. - Trong khoảng thời gian v6, T4 và T5 cùng dẫn dòng: ud = uc – ua = uca; IT6 = IT1 = IT2 = IT3 = 0; iT4 = iT5 = id = Id 56 uT6 = uab; uT1 = uT2 = uac; uT3 = ubc; uT4 = uT5 = 0. Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại. - Trường hợp α < π/3 Điện áp trung bình trên tải:        cos34,2cos 63 )( 6/2 1 22 2/ 6/ UUtduuU bad     - Trường hợp π/3 < α ≤ 5π/6 Điện áp trung bình trên tải:                3 cos1 63 )sin(2 6/2 1 2 6/5 6/ 2         UtdtUU d - Trường hợp 5π/6 < α ≤ π Điện áp trung bình trên tải: Udα = 0 4.2.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 57 - Mudun chỉnh lưu có điều khiển - Dây có chốt cắm hai đầu. - Nguồn 380VAC. - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành  Bước 1: - Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ. - Dùng dây cắm 2mm nối A1 ở mạch điều khiển với A1 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G1 ở mạch điều khiển với G1 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối A2 ở mạch điều khiển với A2 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G2 ở mạch điều khiển với G2 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối A3 ở mạch điều khiển với A3 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G3 ở mạch điều khiển với G3 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối A4 ở mạch điều khiển với A4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G4 ở mạch điều khiển với G4 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối A5 ở mạch điều khiển với A5 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G5 ở mạch điều khiển với G5 ở mạch Thyristor 58 - Dùng dây cắm 2mm nối A6 ở mạch điều khiển với A6 ở mạch Thyristor - Dùng dây cắm 2mm nối G6 ở mạch điều khiển với G6 ở mạch Thyristor  Bước 2: Cấp nguồn 3 pha 380V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON.  Bước 3: Dùng biến trở VR(Ref) để thay đổi góc mở của Thyristor - Bật chuyển mạch tải R để ở vị trí R(20), dùng máy hiện sóng đo dạng sóng và vẽ lại dạng sóng trên tải - Đặt góc α=30, α=60, α=90, α=120 vẽ lại dạng sóng của điện áp vào và điện áp ra trên tải  Bước 4: Với α=60, Thay đổi vị trí của tải R: R(12), R(16) và tải L: L(12), L(16) , L(20)vẽ lại dạng sóng thu được - Tải R(12); R(16) 59 4.2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ud đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 4.2.4. Bài tập áp dụng Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển tải R-C Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển tải R-L Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển tải R-L-C 60 BÀI 3: LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÁP MỘT CHIỀU MĐ CĐT23 - 03 Giới thiệu: Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều khiển trị trung bình điện áp một chiều ở ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi. Điện áp trên tải có dạng xung tạo thành từ quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi vào tải. Do đó, bộ biến đổi còn được gọi là bộ biến đổi điện áp một chiều dạng xung Vì vậy bài học này cung cấp cho học viên các kiến thức, kỹ năng cơ bản về đặc tính của các bộ biến đổi điện áp một chiều. Mục tiêu: Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng: + Kiến thức: - Giải thích được các thuật toán của các mạch điều chỉnh điện áp 1 chiều - Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục. + Kỹ năng: - Lắp ráp được các mạch điều chỉnh điện áp 1 chiều theo sơ đồ, đảm bảo tính chính xác , đúng yêu cầu của mạch. - Thay thế các linh kiện sai hỏng theo số liệu cho trước. - Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi lắp ráp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp. - Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao. Nội dung của bài: 1. Lắp ráp mạch xung áp đơn 1.1. Lắp ráp mạch tăng áp 61 1.1.1. Phương pháp lắp mạch Hình 3.1 Hình 3.2 Trạng thái đóng S – khoảng thời gian (0 < t < T ). Dòng điện khép kín qua mạch (RLE, S). Phương trình mô tả trạng thái S đóng: Ut = 0 ut = R.it + L dit dt + E với giả thiết thời điểm đầu chu kỳ khảo sát t0 = 0: it(t0) = it0 = i0 Dòng điện qua tải it tăng theo hàm mũ. Hệ thức biểu diễn dòng điện tải có dạng:   00 1. iei R E ti t t                  Tại thời điểm cuối khoảng đang xét, ta có t=T1 và it (T1) = it; Năng lượng do sức điện động E phát ra một phần tiêu hao trên điện trở, phần còn lại dự trữ trong cuộn kháng L. Trạng thái Vo - khoảng thời gian (T1< t < T): Công tắc S bị kích ngắt trong khoảng thời gian T2. Dòng qua công tắc S triệt tiêu. Do tính liên tục của dòng qua tải chứa L nên dòng tải tiếp tục dẫn điện theo chiều cũ và khép kín qua diode Vo và nguồn U. Phương trình mô tả trạng thái mạch (U, Vo, RLE): 62 ut = U ut = - R.it - L dit dt + E Tại thời điểm đầu khoảng đang xét, dòng điện tải có giá trị: it (T1) = i1 Nghiệm dòng điện tải của (4.9) giảm theo hàm mũ, cho bởi hệ thức   10 1 1. iei R UE ti Tt t                     Cuộn kháng giải phóng một phần năng lượng dự trữ. Sức điện động E ở chế độ phát năng lượng. Cả hai năng lượng này được đưa về nguồn u một phần, phần còn lại tiêu hao trên điện trở tải. * Hê quả: - Điện áp tải thay đổi theo dạng xung giữa hai giá trị +U và 0. - Bằng cách thay đổi tỉ số γ giữa T1 - thời gian đóng S và T = T1 + T2: chu kỳ đóng ngắt S, ta điều khiển công suất phát từ nguồn E cũng như công suất trả về nguồn U. Có thể xác định độ lớn chúng thông qua trị trung bình điện áp và dòng điện tải. Do: Nếu thay đổi vai trò giữa u và tải: gọi tải u là nguồn cấp năng lượng và u là tải nhận năng lượng, ta có: Điện áp tải lớn hơn áp nguồn nên ta gọi đây là bộ tăng áp. 1.1.2. Trình tự thực hiện 63 a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun mạch xung áp song song - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ 1 chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module mạch tăng áp và module tải trở lên khung gá - Bước 2: kết nối nguồn 24V DC trên module xung áp song song - Bước 3: kết nối đầu ra của module xung áp song song vào module tải đèn - Bước 4: kết nối nguồn 220V AC vào module xung áp song song, bật công tắc và đo điện áp ra khi thay đổi biến trở 1.1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 1.1.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mạch mạch tăng áp kết nối tải động cơ 1 chiều 1.2. Lắp ráp mạch giảm áp 1.2.1. Phương pháp lắp mạch 64 Hình 3.3 Việc phân tích thực hiện với giả thiết dòng điện qua tải liên tục. Do cấu tạo mạch chỉ chứa công tắc S với hai trạng thái hoạt động là đóng và ngắt dòng điện nên ta phân tích mạch theo hai trạng thái cơ bản này. Trạng thái đóng S: thời gian đóng T dòng điện dẫn từ nguồn u khép kín qua mạch gồm (U, s, RLE). Phương trình biểu diễn trạng thái hoạt động của tải: Ut = u Ut = R.it + L dit dt + E Chọn thời điểm ban đầu t =0 và ta có: it(t0) = it0 = i0 Giải hệ phương trình vi phân trên, ta có nghiệm dòng điện đi qua tải dưới dạng : Với là hằng số thời gian mạch tải Tại cuối khoảng dẫn T1 , ta có: it1 = i (T1 )=i1 Quá trình dòng điện tải có dạng tăng theo hàm mũ Trạng thái ngắt s - khoảng thời 65 gian (T < t < T): khoảng thời gian ngắt là T2 . Do bị kích ngắt nên dòng qua S triệt tiêu. Mạch tải có chứa L nên dòng qua nó không thể thay đổi đột ngột được. Do tính liên tục của dòng điện qua tải chứa L, dòng tải it tiếp tục đi theo chiều cũ và khép kín qua diode không Vo thuận chiều đang dẫn của nó. Phương trình mô tả trạng thái mạch (V , RLE): ut=0 ut = R.it + L dit dt + E Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải it đạt giá trị tại thời điểm t=T1 : Giải phương trình (4.3) chứa nghiệm dòng điện tải it ta có: Dòng điện có quá trình giảm theo hàm mũ: Tại cuối khoảng thời gian T2, công tắc S lại được kích đóng, S dẫn điện làm điện áp nguồn U tác dụng lên diode không Vo như điện áp ngược nên ngắt dòng qua nó. Trạng thái S đóng được phân tích như ở phần trên * Chế Độ Dòng Tải Gián Đoạn: Khi E = 0, dòng điện tải luôn liên tục. Khi E>0, dòng điện tải có thể liên tục hoặc gián đoạn. Khoảng thời gian dòng điện tải gián đoạn phụ thuộc vào các giá trị của tham số điều khiển (T1 ,T2) và tham số tải (RLE). Ở chế độ dòng gián đoạn (hình 4.2), khoảng thời gian dòng gián đoạn (it =0) xuất hiện trong thời gian ngắt công tắc S. Trong thời gian đóng S, dòng điện tải liên tục được mô tả bởi phương trình (4.1) và (4.2) bắt đầu từ giá trị it(0) = i0 =0. Trong giai đọan đầu của thời gian ngắt công tắc S (T1 < t < T2): dòng điện tải liên tục giảm và trạng thái mạch được mô tả bởi phương trình (4.3) và (4.4). Nghiệm dòng điện 66 tải theo hệ thức (4.4) giảm và đạt giá trị 0 tại thời điểm t2 thỏa mãn điều kiện: Giải phương trình (4.5), ta xác định được giá trị t2 : Giai đoan dòng tải gián đoan (t2 < t < T): điên áp trên tải bằng E. Tri trung bình điên áp trên tải: dễ dàng dẫn giải điện áp trung bình trên tải theo hệ thức (4.7): Hình 3.4 * Hê quả: Với chế độ dòng điện qua tải liên tục, ta có: - Điện áp trên tải có dạng xung thay đổi giữa hai giá trị 0 và +U; 67 - Bằng cách thay đổi tỉ số γ = T1 T2 giữa T1 - thời gian đóng S và T: chu kỳ đóng ngắt (T = T1 + T2), ta điều khiển trị trung bình áp tải và dòng tải theo các hệ thức : Do : Ở chế độ dòng tải gián đoạn, các quá trình điện áp và dòng điện được mô tả bởi các hệ thức và phương trình (4.1), (4.2),.. (4.7) và (4.9) Bộ giảm áp dùng làm nguồn điện áp cho truyền động điện động cơ một chiều, làm bộ phận nguồn cho bộ biến tần áp, bộ biến tần dòng điện. 1.2.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun mạch xung áp đơn - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ 1 chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module xung áp đơn và module động cơ 1 chiều lên khung gá - Bước 2: kết nối nguồn 24V DC trên module xung áp đơn - Bước 3: kết nối đầu ra của module xung áp đơn vào module động cơ 1 phase - Bước 4: kết nối nguồn 220V AC vào module xung áp đơn, bật công tắc và đo điện áp ra khi thay đổi biến trở 1.2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh 68 STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 1.2.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mạch mạch xung áp đơn kết nối tải động cơ 1 chiều 2. Lắp ráp mạch xung áp song song 2.1. Phương pháp lắp mạch Thực tế là bộ xung áp đơn được mắc song song với tải. Sơ đồ như sau: Hình 3.5 Đặc điểm: L1 nối tiếp với tải, Khoá K mắc song song với tải. Cuộn cảm L1 không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này. + Khi K đóng, dòng điện từ +US qua L1→ K → về âm nguồn nguồn điện. Khi đó D tắt vì trên tụ có UC (đã được tích điện trước đó bằng cách nào đó với chiều + ở trên và chiều - ở dưới). + Khi K ngắt, dòng điện chạy từ +US qua cuộn cảm L1→ D → Tải. Vì từ thông trong L1 không giảm tức thời về không do đó trong L1 xuất hiện sức điện động tự cảm eL= w. dϕ dt có cùng cực tính US. Do đó tổng điện áp: U=US+eL→ làm Diode D thông → Utải= Us + eL. Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp. 69 Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn US ở chế độ liên tục và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn. Hình 3.6 Đặc tính truyền đạt: W = Utải Us = 1 1−ε Bộ đóng cắt song song này chủ yếu được sử dụng cho động cơ điện một chiều làm việc ở chế độ hãm tái sinh.Lúc đó động cơ có vai trò tương tự như một máy phát hoàn trả năng lượng về nguồn khi làm việc ở chế độ động cơ. Nguyên lý hoạt động như sau: Giả sử ban đầu tải là máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ sau đó người ta muốn dừng máy bằng phương pháp hãm tái sinh và bằng cách nào đó đưa bộ đóng cắt vào trong mạch. - Trong khoảng thời gian 0 < t < a t, điều khiển cho khoá K mở. Lúc này có một dòng điện chạy trong thiết bị đóng cắt và dòng iK chạy trong mạch. Diode D bị phân cực ngược và bị khoá. Gọi dòng ie là dòng trở về nguồn: ie = 0, Ud = 0, IK = Id - Trong trường hợp a t < t < T, khóa K bắt đầu tắt, Diode D mở cho dòng Ie trở về nguồn. Ie = Id, Ud = U0, IK = 0 Ud = 1 T ∫ U0𝑑𝑡 T αT = (1- α)U0 70 Giá trị trung bình của dòng trả về nguồn: Ie = 1 T ∫ ie𝑑𝑡 T αT = (1- α) Id Dòng điện trung bình qua thiết bị đóng cắt: IK = 1 T ∫ id𝑑𝑡 αT 0 = α Id 2.2 Trình tự thực hiện a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Máy đo VOM và DVOM - Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz - Mô đun mạch xung áp song song - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ 1 chiều, tải đèn b. Qui trình thực hiện + Lắp ráp mạch theo sơ đồ cho trước + Thử mạch + Thay đổi các giá trị cấp nguồn kích cho mạch đo giá trị tải, điện áp đầu vào và cho nhận xét + Thay đổi các giá trị cấp nguồn kích cho mạch đo dạng điện áp tải, điện áp đầu vào và cho nhận xét 2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 2.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mạch mạch xung áp song song kết nối tải động cơ 1 chiều 71 BÀI 4: LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MĐ CĐT23 – 04 Giới thiệu: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số không thay đổi. Biến đổi điện áp xoay chiều thường được ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng và đốt nóng...Bài học này nghiên cứu các đặc tính của các bộ biến đổi điện áp xoay chiều. Mục tiêu: Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng: + Kiến thức: - Giải thích được các thuật toán của các mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều - Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục. + Kỹ năng: - Lắp ráp được các mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều theo sơ đồ, đảm bảo tính chính xác , đúng yêu cầu của mạch. - Thay thế các linh kiện sai hỏng theo số liệu cho trước. - Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi lắp ráp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp. - Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao. Nội dung của bài: 1. Lắp ráp mạch điều áp xoay chiều một pha (SCR. Triac) 1.1. Phương pháp lắp mạch Mạch gồm nguồn điện áp xoay chiều một pha dạng sin u = Um sinwt mắc nối tiếp với tải R thông qua công tắc xoay chiều bán dẫn. Công tắc xoay chiều gồm hai thyristor mắc đối song T1và T2 và trong trường hợp công suất nhỏ có thể thay thế chúng bằng một triac. 72 Hình 4.1a Điều khiển điện áp xoay chiều với tải R * Điện áp xoay chiều một pha tải thuần trở - Tại các thời điểm 1, 2, có xung điều khiển các tiristor T1, T2, các tiristor này dẫn. Nếu bỏ qua sụt áp trên các tiristor, điện áp tải có dạng như hình vẽ. Dòng điện tải đồng dạng điện áp và được tính: - Khi tiristor dẫn Khi tiristor khoá i = 0 Trị số dòng điện hiệu dụng được tính (Hình 4.1b). biểu diễn hình dáng điện áp và dòng điện khi tải thuần trở R tsinU i m                      4 t2sin 2 t R U td.tsin R U1 I 2 2 m2 2 2 m2             4 2sin 22 1 R U I 2 2 m2       2 2sin 1 R U I 73 Hình 4.1b Dạng điện áp và dòng điện khi tải thuần trở * Điện áp xoay chiều một pha tải RL Hình dáng điện áp và dòng điện khi các góc mở khác nhau được cho trên (hình 4.2) Hình 4.2: Đường cong và dòng điện khi các góc mở khác nhau Khi α > φ, dòng điện tải gián đoạn: Phương trình của mạch là: Nghiệm của phương trình dòng điện là: U U Tả i t  1  2 i G1 i G2 tsinUi.R dt di .L m  74 Trong đó: Khi α < φ, xung mồi hẹp: -Nếu xung mồi dạng xung nhọn và hẹp, tiristor T1 dẫn khi nhận được xung mồi, phương trình dòng điện vẫn là: -Dòng điện triệt tiêu khi t> , do đó lớn hơn . Xung đưa tới cực điều khiển T2 trước khi điện áp anod của nó chuyển sang +, do đó T2 không dẫn. -Việc không dẫn của T2 là do: tại thời điểm có xung mồi t2 cuộn dây còn đang xả năng lượng, làm cho UAK < 0. (Hình 4.3). Thể hiện đường cong dòng điện khi α < φ Hình 4.3 Đường cong dòng điện khi α < φ Trường hợp điều khiển xung có độ lớn: -Nếu xung mồi dạng xung rộng, tiristor T1 nhận được xung mồi dẫn, phương trình dòng điện vẫn là:               t R mm tdcb Lesin Z U tsin Z U iii   R L tg;LRZ 22                t R mm Lesin Z U tsin Z U i 75 -Dòng điện triệt tiêu khi t> , do đó lớn hơn . Xung đưa tới cực điều khiển T2 trước khi điện áp anod của nó chuyển sang +, nhưng xung mồi có độ rộng đủ lớn nên đến khi dòng điện T1 triệt tiêu T2 vẫn còn tồn tại xung điều khiển nên nó được dẫn. 1.2. Trình tự thực hiện a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ xoay chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module điều chỉnh dòng điện xoay chiều 1 pha và module tải đèn lên khung gá - Bước 2:kết nối dầu ra Vout vào chân L N của module tải đèn - Bước 3: cấp nguồn 220 V AC cho module điều chỉnh dòng điện xoay chiều vào chân L N bật công tắc và văn biển trở khảo sát điện áp ra của mạch 1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 76 1.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mạch mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha kết nối tải động cơ 2. Lắp ráp mạch điều áp xoay chiều ba pha 2.1. Phương pháp lắp mạch Hình 4.4 -Điều áp ba pha với 6 SCR nối thành 2 nhóm SCR song song ngược liên hệ giữa nguồn và tải -Nối tam giác bộ ba điều áp ba pha -Nối hỗn hợp 3 SCR và 3 điốt Nguyên tắc dẫn dòng trong sơ đồ điều áp ba pha - Ba pha có van dẫn: UfT = UfL - Hai pha có van dẫn: UfT =(1/2)Udây - Trên pha đang xét không van dẫn UfT = 0 * Điện áp xoay chiều ba pha tải R Nếu tải gồm ba điện trở bằng nhau, khi góc mồi ψ tăng từ 0 đến 5π/6, có thể xảy ra ba chế độ hoạt động: -Chế độ 1: 0 < ψ < π/3 khi thì 2 SCR dẫn, khi thì 3 SCR dẫn. -Chế độ 2: π/3 < ψ < π/2 luôn có 2 SCR dẫn. -Chế độ 3: π/2 < ψ < 5π/6 có 2 hoặc không có SCR nào dẫn. 77 * Điện áp xoay chiều ba pha tải RL Tải RL được đặc trưng bởi tổng trở Z và góc pha tgφ. Dòng điện bắt đầu giảm khi ψ > φ. 𝑍 = √𝑅2 + 𝜔2𝐿2 tan𝜑 = 𝜔∙𝐿 𝑅 = 𝑄 2.2. Trình tự thực hiện a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ xoay chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module điều chỉnh dòng điện xoay chiều 1 pha và module tải đèn lên khung gá - Bước 2:kết nối dầu ra Vout vào chân L N của module tải đèn - Bước 3: cấp nguồn 380 V AC cho module điều chỉnh dòng điện xoay chiều vào chân L N bật công tắc và văn biển trở khảo sát điện áp ra của mạch 2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 2.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha kết nối tải động cơ 78 BÀI 5: THIẾT BỊ BIẾN TẦN MĐ CĐT23 – 05 Giới thiệu Trong thực tế khi sử dụng điện năng, có những thiết bị tần số không phù hợp với tần số của lưới điện,ta cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho các thiết bị đó bừng cách dùng các bộ biến tần sẽ thực hiện yêu cầu này. Vầy bài học này cung cấp cho học viên các kiến thức kỹ năng cơ bản về bộ nghịch lưu và bộ biến tần Mục tiêu: Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng: + Kiến thức: - Giải thích được các tham số của biến tần 1 pha và 3 pha. - Trình bày được đặc điểm và phạm vi ứng dụng của biến tần 1 pha và 3 pha. - Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục. + Kỹ năng: - Lắp ráp được biến tần theo sơ đồ, đảm bảo tính chính xác , đúng yêu cầu của mạch. - Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi lắp ráp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp. - Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao. Nội dung của bài: 1. Thiết bị biến tần 1 pha 1.1. Phương pháp lắp mạch * Sơ đồ mạch: 79 Hình 5.1 Module được chia làm 2 khối là khối DC – DC và khối DC – AC Với khối DC DC: Vin = 12VDC, MCU làm việc với điện áp 12V có nhiệm vụ tạo xung PWM kích cấp cho IRF1 và IRF2 theo nguyên tắc đẩy kéo. Hai xung này ngược nhau và có khoảng thời gian trễ chống hiện tượng trùng dẫn. IRF1 và IRF2 thay nhau dẫn nạp năng lượng cho biến áp xung. Biến áp xung được quấn theo tỉ lệ 12/380. Đầu ra của biến áp xung được chỉnh lưu lấy điện áp 1 chiều 380V Với khối DC – AC: điện áp 380V được đặt vào mạch cầu H gồm 4 IRF thay nhau đóng cắt theo cặp S1 & S2, S3 & S4. MCU cấp tín hiệu điều khiển khối driver MOSFET đóng cắt các van. Khi S1 & S2 được đóng, điện áp đi từ +V qua S1 qua tải qua S2 về mass ta được nửa dương của tín hiệu AC và ngược lại ta được nửa âm. 1.2. Trình tự thực hiện a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun inverter 1 pha - Dây có chốt cắm hai đầu. 80 - Mô đun động cơ xoay chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module inverter 1 phase lên khung gá - Bước 2: kết nối nguồn 12VDC vào module. Bật công tắc nguồn và đo điện áp ra tại 2 chân 220VAC - Thực hành dùng máy hiện sóng đo dạng xung tại các điểm đo P1 P2 S1 S2 S3 S4 - Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp đầu ra của từng khối 1.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 1.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mô đun inverter 1 pha kết nối tải động cơ 2. Thiết bị biến tần 3 pha 2.1. Phương pháp lắp mạch * Biến tần nguồn dòng Sơ đồ tiêu biểu của biến tần nguồn dòng cho trên hình 5.2. Chỉnh lưu tiristo đầu vào cùng với cuộn cảm L phía một chiều tạo nên nguồn dòng. Nghịch lưu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song song, có điôt cách ly. Dòng điện đầu ra nghịch lưu có dạng xung chữ nhật, điện áp ra có dạng tương đối sin nếu phụ tải là động cơ. 81 Hình 5.2 Sơ đồ biến tần gián tiếp nguồn dòng Ưu điểm cơ bản của sơ đồ này khi dùng với động cơ không đồng bộ là có khả năng trả năng lượng về lưới. Để lý giải điều này trước hết ta giả thiết bỏ qua tổn thất trên bộ biến đổi. Khi đó công suất ra tải có thể coi gần đúng bằng công suất phía một chiều, Pt = Udcỉd- Do dòng một chiều luôn chỉ có một hướng cố định nên khi động cơ phát huy công suất trên tải ta phải có Uđa > 0. Khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát mà dòng một chiều vẫn giữ nguyên chiều cũ thì bắt buộc Uda < 0, mạch chỉnh lưu chuyển sang chế độ nghịch lưu phụ thuộc đưa trả năng lượng về phía lưới xoay chiều Điều này xảy ra một cách tự nhiên do tác dụng của mạch vòng dòng điện phía đầu vào biến tần. Biến tần nguồn dòng cũng không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng một chiều luôn được giữ không đổi. Nhược điểm của biến tần nguồn dòng là hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải. Với công suất nhỏ sơ đồ này kém hiệu quả vì kích thước cồng kềnh nhưng với công suất lớn hơn 100 kW thì biến tần nguồn dòng có thể là một giải pháp thích hợp. * Biến tần nguồn áp với nguồn một chiều đầu vào có điều chỉnh Biến tần nguồn áp loại này dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào một chiều điều khiển được. Điện áp phía một chiều có thể điều chỉnh được nhờ chỉnh lưu tiristo, như sơ đồ trên hình 5.3 , hoặc chỉnh lưu điôt có bộ biến đổi xung áp một chiều, như sơ đồ trên hình 5.4 82 Hình 5.3 Biến tần nguồn áp với phần một chiêu dùng chỉnh lưu tiristo. Hình 5.4 83 Điện áp ra nghịch lưu có dạng bậc thang chữ nhật, biên độ thay đổi nhờ điều chỉnh điện áp phía một chiều. Hình dạng và giá trị điện áp ra không đổi, không phụ thuộc phụ tải, nhưng có độ méo phi tuyến lớn. Sơ đồ hình 5.3 có hệ số công suất thấp, tụ một chiều phải có giá trị lớn để san bằng điện áp chỉnh lưu. Sơ đồ hình 5.4 có nhược điểm là qua nhiều khâu biến đổi, tổn thất lớn. Các sơ đồ này chỉ ý nghĩa truyền thống khi phía nghịch lưu chưa có được những van tác động nhanh để áp dụng biến điệu bề rộng xung. 2.2. Trình tự thực hiện a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mô đun inverter 3 pha - Dây có chốt cắm hai đầu. - Mô đun động cơ xoay chiều, tải đèn - Máy hiện sóng, đồng hồ VOM b. Trình tự thực hành - Bước 1: gá module biến tần và module động cơ 3 phase lên khung gá - Bước 2: kết nối 3 chân V1 U1 W1 trên module động cơ 3 phase lại với nhau - Bước 3:kết nối 3 chân U V W trên module biến tần lần lượt tới chân U2 V2 W2 trên module động cơ 3 phase 2.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục 1 Giá trị Ut đo được không chính xác Xác định góc kích α không chính xác Điều chỉnh lại góc kích α 2 Tín hiệu dạng sóng đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo 2.4. Bài tập áp dụng Lắp ráp mô đun inverter 3 pha kết nối điều khiển tải động cơ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008. Võ Minh Chính, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện. Cyril W. Lander Nguyễn Bính: Điện tử công suất. NXB Khoa học kỹ thuật 2005 Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007 Trần Trọng Minh: Giáo trình điện tử công suất. nxb giáo dục VN - 1 -