THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ.2
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ.2
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH .2
CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN .3
MỤC LỤC.4
LỜI NÓI ĐẦUU .7
BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN.8
1.1. MỤC ĐÍCH.8
1.2. KIẾN THỨC NỀN.8
1.2.1. BJT công suất:.8
a) Tải đặt ở chân E .8
b) Đặt tải ở chân C .9
c) Điều khiển gián tiếp .9
1.2.2. MOSFET công suất:.10
1.2.3. SCR .10
a. Ký hiệu .10
b. Khi phân cực thuận: .11
c. Khi phân cực nghịch:.11
d. Tóm lại: .11
1.2.4. TRIAC.11
1.3. THỰC HÀNH: .12
1.3.1. BJT: .12
1.3.2. MOSFET .12
1.3.3. SCR .13
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20):.13
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21): .13
1.3.4. TRIAC.14
A. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22):.14
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23): .14
1.4. THIẾT BỊ: .15
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.15
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN.16
2.1. MỤC ĐÍCH.16
2.2. NỘI DUNG .16
2.2.1. DIODE: .16
42.2.1.1. Mô hình toán học [6]:.16
2.2.1.2. Thực hành:.17
2.2.2. TRANSISTOR .17
2.2.2.1. Mô hình toán học [6]:.18
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện IC, IB, IE được xác định bởi
các biểu thức sau: .18
2.2.2.2. Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11].19
2.2.3. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).20
2.2.3.1. E-MOSFET transistor [2], [12] .20
2.2.4. THYRISTOR (SCR) [2], [10].21
2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là: .22
2.2.4.2. Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11] .22
2.2.5. TRIAC [2], [12].22
2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:.23
2.2.5.2. Thực hành:.23
2.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.23
BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN .24
3.1. MỤC ĐÍCH.24
3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN .24
3.2.1. Sinh viên ôn lại:.24
3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:.24
3.3. THỰC HÀNH: .24
3.3.1. Khảo sát Board mạch tạo xung kích: .24
3.3.2. Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở: .26
3.3.3. Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng 4 diode công suất:.27
3.3.4. Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển.27
3.3.5. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn .28
a. Mắc tải R ( bóng đèn):.28
b. Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp): .28
3.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.28
3.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.29
BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG MATLAB.30
4.1. MỤC ĐÍCH.30
4.2. KIẾN THỨC NỀN.30
4.3. THỰC HÀNH .30
4.3.1. Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển.30
a. Chương trình mẫu 1:.31
5b. Câu hỏi: .33
4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN.34
a. Chương trình mẫu 2:.34
b. Câu hỏi: .36
4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO.38
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM .39
5.1. MỤC ĐÍCH:.39
5.2. KIẾN THỨC NỀN:.39
5.3. THỰC HÀNH: .41
5.3.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ:.41
5.3.2. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ: .42
5.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.43
BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU.44
6.1. MỤC ĐÍCH.44
6.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT.44 T
6.2.1. Ổn áp tuyến tính .44
6.2.2. Ổn áp ngắt mở .45
6.3. PHẦN THỰC HÀNH .47
6.3.1. Ổn áp tuyến tính .47
6.3.2. Ổn áp ngắt mở:.49
6.3.2.1. Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: .50
6.3.2.2. Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau:.50
6.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:.51
6.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.51
BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC.52
7.1. MỤC ĐÍCH:.52
7.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: .52
7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH.53
A. Câu hỏi lý thuyết : .53
B. Câu hỏi thực hành :.54
7.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:.56
7.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.56
BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP.57
8.1. MỤC ĐÍCH.57
8.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN .57
8.2.1. Phân loại.57
8.2.2. Cấu tạo: .57
6a. Bộ chỉnh lưu và mạch trung gian một chiều:.58
b. Bộ nghịch lưu áp .58
8.2.3. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp :.60
a. Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM) .60
b. Phương pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM) .60
c. Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM) .61
8.2.4. Giới thiệu về biên tần SIEMENS G110 .61
a. Giới thiệu chung .61
b. Sơ lược cấu tạo.62
c. Sử dụng.63
8.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH.65
A. Câu hỏi lý thuyết .65
B. Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT công suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều
khiển 89C51. .65
C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110.66
1. Điều khiển G110 từ các DIN.66
2. Điều khiển G110 từ BOP .66
8.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.67
8.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.68
BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP.69
9.1. MỤC ĐÍCH.69
9.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT .69 T
9.2.1. Mạch công suất: .69
9.2.2. Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích):.69
9.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH.71
A. Câu hỏi lý thuyết: .72
B. Câu hỏi thực hành.73
1. Khảo sát mạch tạo xung kích: .73
2. Khảo sát mạch công suất:.73
75 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 683 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
>0, V <0, Ib/. VD G G<0
c/. VD0, I >0 G
<0, V <0, Id/. VD G G<0
Triac ít nhạy nhất trong trường hợp c/.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 22
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:
- Dòng điện định mức: In (A)
- Điện áp điện mức Vn (V)
- Điện áp rơi ΔV (V)
(V) - Điện áp điều khiển VG
- Dòng điện điều khiển IG (mA).
- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/μs)
- Tốc dộ tăng điện áp dv/dt (V/μs)
- Dòng điện rỉ ICO (mA)
2.2.5.2. Thực hành:
1) Xây dựng mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của
TRIAC bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình
thường, với VGS biến thiên từ 0 đến 10V và VDS= 24V. Chạy thử chương trình và
so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc tuyến ngõ
ra và đặc tuyến truyền của TRIAC, so sánh với kết quả ở câu 1. Cho nhận xét.
2.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển -
Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[3]. NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ
MẠCH IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin &
Truyền thông – ĐHCT – 2003.
[4]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001.
[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &
Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001.
[6]. M. BIALKO, R. CRAMPAGNE, D. ANDREU – BASIC METHODS FOR
MICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –Prentice
Hall – 1995.
[7].
[8].
[9].
[10].
www.mathworks.com[11]. http://
[12]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –
UTM.JB – 2003
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 23
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Tham gia thực hiện: KS Ngô Trúc Hưng
3.1. MỤC ĐÍCH
- Khảo sát mạch chỉnh lưu không điều khiển dùng Diode công suất.
- Khảo sát mạch chỉnh lưu dùng SCR.
- Kết hợp SCR và Diode để chỉnh lưu và điều khiển công suất ở ngõ ra bằng cách
thay đổi góc mở (góc trễ) α.
3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN
3.2.1. Sinh viên ôn lại:
- Các nguyên tắc cấu tạo của diode và SCR, các mạch chỉnh lưu dùng diode và
SCR.
- Nguyên tắc điều khiển góc mở.
- Chỉnh lưu một pha bán điều khiển.
- Chỉnh lưu một pha điều khiển hoàn toàn.
3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:
Board tạo xung kích dùng để tạo và cấp xung kích cho board công suất tại những thời
điểm mong muốn.
Hoạt dộng của nó được mô tả bằng giản đồ dạng sóng tín hiệu trong hình 3.1.
Sơ đồ mạch thí nghiệm được trình bày trong hình 3.2 ở cuối bài thí nghiệm này.
3.3. THỰC HÀNH:
3.3.1. Khảo sát Board mạch tạo xung kích:
Nối board mạch kích xung vào Board công suất bằng dây BUS 4 sợi.
a. Quan sát và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP6 trên cùng một đồ thị. Điều chỉnh
VR1, cho nhận xét.
b. Quan sát và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP8 trên cùng đồ thị, điều chỉnh VR1,
cho nhận xét.
c. Đo và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP9 trên cùng đồ thị. Điều chỉnh VR2, cho
nhận xét.
d. Trường hợp câu c. khác với trường hợp câu b. về thời điểm kích xung như thế nào?
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 24
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
TP3
Tín hiệu ngõ vào
TP4
Qua so sánh
TP5
Qua mạch vi phân
TP6
Qua đa hài đơn ổn
TP7
Qua mạch tạo xung
Cổng EXOR
TP8
Qua mạch chọn xung,
Xung kích bán kỳ dương
TP9
Xung kích bán kỳ âm
Hình 3.1: Giản đồ dạng sóng tạo tín hiệu
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 25
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
Hình 3.2: Mạch tạo xung kích TRAC
3.3.2. Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở:
Ráp mạch như hình 3.3:
R6
R1
U3
MOC3021
1
2
6
4
R4
R1
D
U1
MOC3021
1
2
6
4
Q1
SCR
Q4
SCR
D
D
U2
MOC3021
1
2
6
4
U4
MOC3021
1
2
6
4
R3
E
C
R2
R2
R5
TP2
1
Q2
SCR
D
TP1
1
R1
Board Taûi
C
R2
Q3
SCRE
D3
Dm
Hình 3.3
a. Điều chỉnh góc mở α = π/2
- Vẽ lại dạng sóng điện áp AC ( nên lấy ở ngõ vào trên mạch tạo xung, tại điểm TP3),
xung kích và ngõ ra Vo theo cùng trục thời gian.
- Tính công suất trên tải.
b. Thay đổi góc mở α bằng cách chỉnh biến trở VR1, quan sát độ sáng của đèn, cho
nhận xét về công suất trên tải theo góc mở α.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 26
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
3.3.3. Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng 4 diode công suất:
Mắc mạch như hình 3.4:
Board tải
A
B
•
•
•
•
•
•
TP1
TP2
5K
220K
Vo
Vin
Hình 3.4
Dùng Oscilloscope quan sát dạng sóng trên TP1 và TP2
- Vẽ lại dạng sóng V và Vin o theo cùng trục thời gian.
- Tính công suất trên tải, so sánh công suất với câu 2.3.1.
3.3.4. Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển
Mắc mạch như hình 3.5 :
a. Để hở Dm, nối tải R (bóng đèn 75W)
bằng π/3 và π/3+π (tương ứng với xung kích
-
b. 1 và T2 là 2π/3 và π+2π/3
c. ộn cảm nối tiếp).
rên tải).
và T2. Quan sát dạng sóng
trên t
g của Dm.
D1
R6
R1 R4
D
U1
MOC3021
1
2
6
4
Q1
SCR
U2
MOC3021
1
2
6
4
R3
E
R2
R5
TP2
1
D2
Q2
SCR
TP1
1
Board Taûi
C
D
D3
Dm
Hình 3.5
- Điều chỉnh góc mở α của T1 và T2
tại TP8 và TP9). Vẽ lại dạng sóng điện áp AC ( nên lấy ở ngõ vào trên mạch tạo
xung, tại điểm TP3), xung kích của T1 và T2, và điện áp ngõ ra Vo
Tính công suất trên tải.
Thay đổi góc mở α của T
- Cho nhận xét về độ sáng của đèn.
- Tính lại công suất trên tải.
Mắc tải R-L (gồm đèn và cu
- Lập lại câu a và b ( không cần tính công suất t
-Nối Dm vào mạch, thay đổi thời điểm kích xung của T1
ải và nêu nhận xét.
- Cho biết công dụn
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 27
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
3.3.5. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Mắc mạch như hình 3.6 :
R6
R1
U3
MOC3021
1
2
6
4
R4
R1
D
U1
MOC3021
1
2
6
4
Q1
SCR
Q4
SCR
D
D
U2
MOC3021
1
2
6
4
U4
MOC3021
1
2
6
4
R3
E
C
R2
R2
R5
TP2
1
Q2
SCR
D
TP1
1
R1
Board Taûi
C
R2
Q3
SCRE
D3
Dm
Hình 3.6
a. Mắc tải R ( bóng đèn):
a.1. Chỉnh góc mở α của T1, T2 là π/3 và π+π/3
, xung kích T- Vẽ lại dạng sóng Vin 1, T2 và Vo. Tính công suất.
a.2. Thay đổi góc mở α là 2π/3 và π+2π/3
- Lập lại câu a.1. Nhận xét độ sáng của đèn
b. Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp):
Để hở Dm,
b.1. Lập lại câu a.1. Cho nhận xét dạng sóng vừa vẽ có gì khác với câu a.1, cho
biết ảnh hưởng của cuộn cảm vừa mắc vào?
b.2. Lập lại câu a.2. Cho nhận xét so với câu b.1
b.3. Nối Dm vào mạch, thay đổi thời điểm kích xung của cả 2 bán kỳ (thay đổi góc mở),
dùng Oscilloscope quan sát dạng sóng trên tải, cho nhận xét . Dạng sóng trên tải có gì khác so
với trường hợp để hở Dm? Giải thích? (Dùng thêm hình vẽ).
3.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1) 01 mạch tạo xung điều khiển (board nhỏ).
2) 01 mạch công suất (board lớn).
3) 01 board tải.
4) 01 oscilloscope.
5) 01 VOM.
6) Dây nối mạch.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 28
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
3.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông &
Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại
học Quốc gia TP HCM – 2002.
[3]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ– Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông –
ĐHCT – 2001.
[4]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông
& Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT
– 2001.
[5]. CYRIL W. LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London –
1987.
[6]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –
UTM.JB – 2003
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 29
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG
MATLAB
4.1. MỤC ĐÍCH
- Biết cách xây dựng mô hình tóan học để mô phỏng mạch điện tử, đặc biệt là
mạch điện tử công suất.
- Nắm vững nguyên tắc họat động của mạch chỉnh lưu không điều khiển và có
điều khiển.
- Thấy rõ dạng điện áp và dòng điện ở ngã ra, đặc biệt khi tải có cảm kháng.
- Rèn luyện kỷ năng xây dựng phần mềm mô phỏng.
- Củng cố các kiến thức và kỹ năng đã học trong bài 2.
4.2. KIẾN THỨC NỀN
- Sinh viên tự ôn tập lý thuyết về mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều
khiển; một pha và 3 pha.
- Giả sử các linh kiện công suất được dùng là lý tưởng và đóng vai trò của một công
tắc (khi đóng điện thế giữa 2 cực chính bằng 0, khi ngắt dòng điện qua nó bằng 0).
- Khi mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng MATLAB, ta không thể sử dụng các khối dựng
sẵn trong thư viện SIMULINK. Vì vậy, ta phải xây dựng mô hình toán học cho mạch
điện (các phương trình của dòng điện và điện áp), từ đó viết chương trình mô phỏng.
4.3. THỰC HÀNH
Trong bài này, sinh viên sẽ mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha, với nguồn điện 3 pha
lý tưởng có các điện áp pha lệch nhau 1200, như sau:
u1 = um sin(x), với x = Ωt = 2πFt
u2 = um sin(x-2π/3)
u3 = um sin(x-4π/3)
Các linh kiện công suất được giả thiết là lý tưởng, hoạt động ở 2 trạng thái: đóng (điện
trở giữa 2 cực chính bằng 0, điện áp rơi bằng 0), ngắt (điện trở giữa 2 cực chính bằng ∞).
4.3.1. Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển
Xét trường hợp tải R-L-E và giả sử có thể bỏ qua tổng trở của nguồn
Hình 4.1: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển tải thuần trở.
Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + → -
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 30
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
a. Chương trình mẫu 1:
function [i_d,u_d]=cl_diode_RLE(u,r,l,e,F)
% cl_diode_RLE(u,r,l,e,F) mô phỏng mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển dùng
% diode, tải R-L-E, tính điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải, vẽ đồ thị của các đại lượng
% này với cùng thang đo trên trên trục góc pha x = wt = 2πFt, w là tần số góc của nguồn 3
% pha. Đối số vào (input argument) u là giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn, r và l giá trị
% của điện trở và cuộn dây trên tải, e sức điện động trên tải hoặc nguồn dc trên tải, F là tần
% số của điện áp nguồn. Đối số ra (Output argument) i_d là dòng điện qua tải , u_d là điện
% áp trên tải. Các đồ thị được vẽ theo biến x = wt . Vì giá trị của dòng điện rất nhỏ so với
% điện áp, nên để có thể quan sát dạng sóng của dòng điện tốt hơn, trước khi vẽ đồ thị, dòng
% điện đã được nhân lên từ 3 đến 10 lần so với giá trị thật.
global R L E f u_m % Khai báo biến toàn cục.
if nargin < 4
error('Requires 4 or 5 input arguments.')
elseif nargin >= 4
R=r;L=l;E=e; % Gán đối số vào cho các biến toàn cục.
u_m=sqrt(2)*u; % Tính biên độ điện áp nguồn 3 pha.
% Khai báo vector biến góc pha x, x=wt.
x1=[0:0.01:pi/6];x2=[pi/6+0.01:0.01:5*pi/6];
x3=[5*pi/6+0.01:0.01:9*pi/6];x4=[9*pi/6+0.01:0.01:13*pi/6];
x=[x1 x2 x3 x4];
% Khai báo điện áp nguồn điện 3 pha.
u_1=u_m*sin(x);
u_2=u_m*sin(x-2*pi/3);
u_3=u_m*sin(x-4*pi/3);
% Mặc định biến tần số f =50, khi không có đối số vào F.
if nargin==4
f=50;
else
f=F;
end
% Tính dòng điện tải bằng cách sử dụng hàm ode15s để giải phương
dt
did % trình vi phân ud = Rid + L + E, nếu L khác 0.
if L==0
i_d1=(u_m*sin(x1-4*pi/3)-E)/R;i_d2=(u_m*sin(x2)-E)/R;
i_d3=(u_m*sin(x3-2*pi/3)-E)/R;i_d4=(u_m*sin(x4-4*pi/3)-E)/R;
i_d=[i_d1 i_d2 i_d3 i_d4];
else
[k_1,id1]=ode15s('phuongtrinh3',[0:0.01:pi/6],u_m/(R+2*pi*f*L));
[k_1,id2]=ode15s('phuongtrinh1',[pi/6+0.01:0.01:5*pi/6],
id1(length(id1)));
[k_1,id3]=ode15s('phuongtrinh2',[5*pi/6+0.01:0.01:9*pi/6],
id2(length(id2)));
[k_1,id4]=ode15s('phuongtrinh3',[9*pi/6+0.01:0.01:13*pi/6],
id3(length(id3)));
i_d=[id1' id2' id3' id4'];
end
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 31
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
i_d3=3*i_d; %Tăng thang đo của dòng điện lên từ 3 đến 10 lần.
for n=1:length(x)
if (x(n)<=pi/6) % Giả sử tại thời điểm t=0, D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
elseif (x(n)>pi/6)&(x(n)<=5*pi/6) % D1 đóng.
u_v1(n)=0;
u_d(n)=u_1(n);
i_v1(n)=i_d(n);
elseif (x(n)>5*pi/6)&(x(n)<=9*pi/6) % D2 đóng.
u_v1(n)=u_1(n)-u_2(n);
u_d(n)=u_2(n);
i_v1(n)=0;
elseif (9*pi/6<x(n)&x(n)<=13*pi/6) % D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
end
end;
% Vẽ đồ thị của điện áp nguồn 3 pha, điện áp và dòng điện tải, điện áp và % dòng điện
trên diode D1
subplot(311);
plot(x,u_1,'r',x,u_2,'g',x,u_3,'b');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u');
legend('u_1','u_2','u_3');
subplot(312);
plot(x,u_d,'b',x,i_d3,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_d i_d');
legend('u_d','3*i_d');
subplot(313);
plot(x,u_v1,'b',x,10*i_v1,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_v_1 i_v_1');
legend('u_v_1','10*i_v_1');
% Vẽ lại dạng sóng điện áp và dòng điện tải trên một cửa sổ đồ họa
% riêng.
figure('Color','w');
plot(x,u_d,'b',x,i_d3,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_d i_d');
legend('u_d','3*i_d');
end;
function ham=phuongtrinh1(x,i)
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 32
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s.
global u R L E f u_m
ham=(-i(1)*R/L+ u_m*sin(x)/L-E/L)/(2*pi*f);
function ham=phuongtrinh2(x,i)
% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s
global u R L E f u_m
ham(1)=(-i(1)*R/L+ u_m*sin(x-2*pi/3)/L-E/L)/(2*pi*f);
function ham=phuongtrinh3(x,i)
% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s
global u R L E f u_m
ham(1)=-i(1)*R/(2*pi*f*L)+ u_m*sin(x-4*pi/3)/(2*pi*f*L)-E/(2*pi*f*L);
b. Câu hỏi:
1. Hoàn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mô tả trạng thái mạch điện
(hình 4.1) sau đây:
+ Khi 0 < x ≤ π/6 và 9π/6 <x ≤ 2π (D3 dẫn, D1, D2 ngắt):
i = ; id D1 = .; iD2 =.; ud = .
+ Khi π/6 < x ≤ 5π/6 ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt):
id = ; iD3 = .; iD2 =.; u = ..d
+ Khi 5π/6 < x ≤ 9π/6 ( D2 dẫn, D , D1 3 ngắt):
id =.. ; iD1 = ..; iD3 = .; ud = ..
Quan hệ giữa dòng điện tải id và điện áp trên tải ud: i = d
Điện áp trên các diode, ví dụ D1:
+ uD1 = .. khi D1 dẫn ( π/6 < x ≤ 5π/6)
+ uD1 = ... khi D1 ngưng dẫn.
2. Vẽ lưu đồ thuật toán của chương trình mô phỏng cl_diode_RLE (chương
trình mẫu 1).
3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE với điện áp hiệu dụng của nguồn 3
pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, F=50Hz, lần lượt với các giá trị L khác nhau:
L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các trường hợp L khác nhau
và so với lý thuyết).
4. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.1 và chạy chương trình mô phỏng trên PSIM
lần lượt với các thông số của R-L-E như câu 4.1.3. So sánh kết quả với câu 3.1.3 và cho
nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dòng điện và
điện áp).
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 33
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Xét trường hợp tải R_L_E và giả sử có thể bỏ qua tổng trở của nguồn.
Hình 4.2: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia có điều khiển tải R_L_E.
Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + → -
a. Chương trình mẫu 2:
function [i_d,u_d]=cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F)
% cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F) mô phỏng mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển dùng
% diode, tải R-L-E, tính điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải, vẽ đồ thị của các đại lượng
% này với cùng thang đo trên trên trục góc pha x = wt = 2*pi*f*t, w là tần số góc của
% nguồn điện 3 pha. Đối số vào (input argument) u là giá trị hiệu dụng của điện áp
nguồn, r
% và l là giá trị của điện trở và cuộn dây trên tải, e sức điện động trên tải hoặc nguồn dc
% trên tải, F là tần số của điện áp nguồn. Đối số ra (Output argument) i_d là dòng điện qua
% tải , u_d là điện áp trên tải. Các đồ thị được vẽ theo biến x . Vì giá trị của dòng điện rất
% nhỏ so với điện áp, nên để có thể quan sát dạng sóng của dòng điện tốt hơn, trước khi vẽ
% đồ thị, dòng điện đã được tăng lên từ 3 đến 10 lần so với giá trị thật.
global R L E a f u_m % Khai báo biến toàn cục.
if nargin < 5
error('Requires 5 or 6 input arguments.')
elseif nargin >= 5
R=r;L=l;E=e;a=al; %Gán giá trị các biến theo giá trị của các đối số vào.
u_m=sqrt(2)*u; % Tính biên độ của điện áp nguồn.
% Khai báo biến góc pha x=wt=2*pi*t, t là thời gian.
x1=[0:0.01:pi/6+a];x2=[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a];
x3=[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a];x4=[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6];
x=[x1 x2 x3 x4];
% Khai báo điện áp nguồn 3 pha.
u_1=u_m*sin(x);
u_2=u_m*sin(x-2*pi/3);
u_3=u_m*sin(x-4*pi/3);
% Gán giá trị mặc định cho biến tần số .
if nargin==4
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 34
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
f=50;
else
f=F;
end
% Tính dòng điện qua tải.
if L==0
i_d1=(u_m*sin(x1-4*pi/3)-E)/R;i_d2=(u_m*sin(x2)-E)/R;
i_d3=(u_m*sin(x3-2*pi/3)-E)/R;i_d4=(u_m*sin(x4-4*pi/3)-E)/R;
i_d=[i_d1 i_d2 i_d3 i_d4];
else
[k_1,id1]=ode23s('phuongtrinh3',[0:0.01:pi/6+a],u_m/(R+2*pi*f*L));
[k_1,id2]=ode23s('phuongtrinh1',[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a],id1(length(id1)));
[k_1,id3]=ode23s('phuongtrinh2',[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a],id2(length(id2)));
[k_1,id4]=ode23s('phuongtrinh3',[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6],id3(length(id3)));
i_d=[id1' id2' id3' id4'];
end
for k=1:length(i_d) % Nếu giá trị âm thì cho bằng zero.
if i_d(k)<0
i_d(k)=0;
end
end
i_d3=3*i_d; %Tăng thang đo của dòng điện lên 3 lần, để dễ nhìn thấy trên đồ thị.
for n=1:length(x)
if (x(n)<=pi/6+a) % Giả sử tại thời điểm t=0, D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
elseif (x(n)>pi/6+a)&(x(n)<=5*pi/6+a) % D1 đóng.
u_v1(n)=0;
u_d(n)=u_1(n);
i_v1(n)=i_d(n);
elseif (x(n)>5*pi/6+a)&(x(n)<=9*pi/6+a) % D2 đóng.
u_v1(n)=u_1(n)-u_2(n);
u_d(n)=u_2(n);
i_v1(n)=0;
elseif (9*pi/6+a<x(n)&x(n)<=13*pi/6) % D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
end
end;
% Vẽ đồ thị
subplot(311);
plot(x,u_1,'r',x,u_2,'g',x,u_3,'b');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u');
legend('u_1','u_2','u_3');
subplot(312);
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 35
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
plot(x,u_d,'b',x,i_d3,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_d i_d');
legend('u_d','3*i_d');
subplot(313);
plot(x,u_v1,'b',x,10*i_v1,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_D_1 i_D_1');
legend('u_D_1','10*i_D_1');
end;
b. Câu hỏi:
1. Hoàn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mô tả trạng thái mạch điện
(hình 3.1) sau đây:
+ Khi 0 < x ≤ π/6 + α và 9π/6 + α <x ≤ 13π/6 (D3 dẫn, D1, D2 ngắt):
i = ; id D1 = .; iD2 =.; ud = .
+ Khi π/6 + α < x ≤ 5π/6 + α ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt):
id = ; iD3 = .; iD2 =.; u = ..d
+ Khi 5π/6 + α < x ≤ 9π/6 + α ( D2 dẫn, D1 , D3 ngắt):
id =.. ; iD1 = ..; iD3 = .; ud = ..
Quan hệ giữa dòng điện tải id và điện áp trên tải ud: i = d
Điện áp trên các diode, ví dụ D1:
+ uD1 = .. khi D1 dẫn ( π/6 + α < x ≤ 5π/6 + α )
+ uD1 = ... khi D1 ngưng dẫn.
2. Chương trình mẫu 1 cl_diode_RLE khác với chương trình mẫu 2 phần nào?
3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của
nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, α = π/4 rad, F=50Hz, lần lượt với
các giá trị L khác nhau: L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các
trường hợp L khác nhau và so với lý thuyết).
4. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của
nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, L=0.01H, F=50Hz, lần lượt với các
giá trị α khác nhau: α = 0 rad, α = π/4 rad, α = π/3 rad . Nhận xét (so sánh các trường
hợp α khác nhau và so với lý thuyết).
5. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.2 (phải thêm vào mạch tạo xung kích) và chạy
chương trình mô phỏng trên PSIM lần lượt với các thông số của R-L-E như câu 4.2.4. So
sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào
các vị trí cần đo điện áp và dòng điện).
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 36
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
Trường hợp có hiện tượng trùng dẫn tải R_L và cảm kháng của nguồn LC không thể
bỏ qua (LC ≠ 0).
Hình 4.3: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia có điều khiển tải R_L, L ≠ 0. C
Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + → -
Câu hỏi:
6. Hiện tượng trùng dẫn là gì?
7. Mở PSIM, lắp ráp mạch như hình 4.3 (phải thêm vào mạch tạo xung kích mắc
thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dòng điện và điện áp) và chạy
chương trình mô phỏng trên PSIM lần lượt với các thông số:
= 0.001 H. R=10, L= 0.01 H, α = π/3 rad, LC
So sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 37
Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển -
Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[3]. NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH
IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền
thông – ĐHCT – 2003.
[4]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại học
Quốc gia TP HCM – 2002.
[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
[6].M. BIALKO, R. CRAMPAGNE, D. ANDREU – BASIC METHODS FOR
MICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –Prentice
Hall – 1995.
www.powersimtech.com[7]. http://
[8]. http:// www.mathworks.com
[9].
[10].
[11].
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 38
Bài 5: Mô phỏng mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển bằng Psim
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU
KHIỂN BẰNG PSIM
5.1. MỤC ĐÍCH:
Dùng phần mềm PSIM để mô phỏng mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ
và mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ. So sánh với kết quả trong bài 3 và
bài 4. Từ đó củng cố được kiến thức về việc điều khiển đóng ngắt các linh kiện công suất
nói chung và mạch chỉnh lưu có điều khiển nói riêng. Đồng thời hình thành được
phương pháp và kỹ năng viết chương trình mô phỏng cũng như sử dụng các phần mềm
mô phỏng có sẵn.
5.2. KIẾN THỨC NỀN:
- Sinh viên tự ôn tập lý thuyết về mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều
khiển; một pha và ba pha [1], [4].
- Giả sử các linh kiện công suất được dùng là lý tưởng và đóng vai trò của một công
tắc (khi đóng điện thế giữa 2 cực bằng 0, khi ngắt dòng điện qua nó bằng 0).
- Phần mềm PSIM của Powersim Inc [6].
PSIM là một phần mềm đóng gói chuyên dùng cho việc mô phỏng mạch điện tử
công suất và điều khiển mô tơ. Nó có các ưu điểm là tốc độ nhanh, giao diện thân
thiện với người dùng và có chức năng xử lý hiển thị dạng sóng của tín hiệu. Bao
gồm 03 chương trình: chương trình vẽ sơ đồ mạch điện SIMCAD; chương trình
mô phỏng PSIM; chương trình xử lý và hiển thị dạng sóng SIMVIEW.
Một mạch điện được trình bày bởi PSIM gồm 04 khối: mạch công suất, mạch điều
khiển, cảm biến và các bộ điều khiển switch.
- Để mô phỏng một mạch điện hoặc một hệ thống điều khiển, ta tiến hành các bước sau:
Khởi động PSIM (Theo sự chỉ dẫn của giảng viên): Một giao diện mô phỏng
SIMCAD xuất hiện, như hình 5.1:
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 39
Bài 5: Mô phỏng mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển bằng Psim
Hình 5.1
Trên menu, từ File ta chọn New (thực hiện mạch điện mới) hoặc Open (để mở
project cũ đã lưu dưới dạng file có phần mở rộng là “.sch”).
Các thao tác cơ bản để thực hiện một mạch điện mới:
o Chọn linh kiện, nguồn tín hiệu và các thành phần khác từ Elements trên
menu hoặc trên thanh công cụ ở phía dưới màn hình ( nhấp chuột trái vào
phần tử muốn chọn. Sau đó nhấp chuột vào vị trí muốn đặt phần tử đó trên
cửa sổ thiết kế, có thể quay phần tử đã chọn từ Rotate trên menu Edit hoặc
nhấp chuột trái vào biểu tượng tương ứng trên menu bar).
o Thực hiện các đường mạch nối các linh kiện và các thành phần khác: chọn
Wire trên menu Edit hoặc biểu tượng tương ứng trên menu bar, sau đó rê
chuột giữa
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- giao_trinh_thi_nghiem_dien_tu_cong_suat.pdf