Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất

>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