Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN HỆ THỐNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG
GIÁO TRÌNH
THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BIÊN SOẠN: ĐOÀN HÒA MINH
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
Họ và tên: ĐOÀN HÒA MINH
Sinh năm: 1956
Cơ quan công tác:
Bộ môn: Hệ thống máy tính và truyền thông (HTMT&TT)
(Đã giảng dạy trên 15 năm ở bộ môn Viễn thông & Tự động hóa, chuyển sang bộ môn HTMT&TT từ 2008)
Khoa: Công nghệ thông tin và truyền thông.
Trường: Đại học Cần Thơ
Địa chỉ email để liên hệ: dhminh@cit.ctu.edu.vn
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
ƒ	Giáo trình có dùng để tham khảo ở những ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự động hóa của các trường đại học kỹ thuật.
ƒ	Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lưu, ổn áp một chiều, điều khiển công suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB, PSIM, mạch tạo xung kích.
ƒ	Yêu cầu kiến thức trước khi học về môn này: đã học lý thuyết về Điện tử công suất.
ƒ	Chưa xuất bản
CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN
Tất cả các mạch thí nghiệm đều sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V. Do đó khi thực tập sinh viên phải luôn cảnh giác giữ an toàn về người lẫn thiết bị thí nghiệm.
Để bảo đảm an toàn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành các qui định sau đây:
1. Không được chạm vào mạch điện khi đã mở nguồn cấp điện.
2. Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán bộ hướng dẫn kiểm tra, có sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn mới được mở nguồn cấp điện.
3. Khi đo điện áp, dòng điện hoặc xem dạng sóng cần phải:
−	Sử dụng đúng giai đo.
−	Đặt que đo đúng chỗ, đúng cực.
−	Khi xem dạng sóng ở những điểm có điện thế cao phải dùng bộ điện cực
(probe) có giảm áp.
4. Sắp xếp thiết bị và dây dẫn điện ngăn nắp, gọn gàng, thao tác chính xác, tập trung làm bài, không đùa giỡn.
5. Không được di dời các thiết bị thí nghiệm từ bài này sang bài khác.
6. Khi thực tập xong phải tắt điện, sắp xếp gọn gàng các thiết bị trước khi ra về.
Sinh viên sẽ chịu trách nhiệm về các sự cố và bồi thường thiết bị hư hỏng nếu không chấp hành đúng các qui định trên.
MỤC LỤC
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 ĐẦU ................................................................................................................................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
2.2.1.1. 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
b. 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
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 .............................. ... n cho phép thay đổi tần số như mong muốn để điều khiển
động cơ AC 3 pha. Hiện dòng sản phẩm có nhiều model với công suất từ 120W đến
3KW. Model sử dụng trong bài thí nghiệm có công suất 2.2KW.
- Biến tần G110 là một hệ vi xử lý và điều khiển dùng công nghệ IGBT ( Isolated Gate Bipolar Transistor). Sản phẩm có độ tin cậy cao và linh hoạt trong các ứng dụng. Việc sử dụng phương pháp biến điệu độ rộng xung đặc biệt, với tần số xung có thể lựa chọn cho phép motor hoat động thật yên tĩnh và nhẹ nhàng. Bên cạnh đó, với các tính năng bảo vệ toàn diện giúp bảo vệ an toàn cho chính biến tần G110 và motor kết nối khi sử dụng.
- G110 có thể sử dụng theo hai phương thức điều khiển:
+ Điều khiển Analog – dùng mạch tương tự kết nối với các ngõ vào của G110.
+ Điều khiển USS – dùng chuẩn RS485.
b. Sơ lược cấu tạo.

L1,L2/N
BOP
DIN10
U,V,W,PE
Hình 8.5: Hình dạng biến tần G110
- G110 với góc nhìn từ đỉnh (Hình 8.
+ L1, L2: nối với nguồn điện 220
+ PE (Protect Circuit): thường đượ
mass của biến tần G110.
6). V.
c nối với sử dụng
u. pha.
+ Led: dùng để hiện thị giúp người biết được trạng thái của G110.
+ DC+, DC-: ngõ ra điện thế 1 chiề
+ U, V, W: Kết nối với động cơ 3
+ DIN 10: Các ngõ vào của G110.

DIN10
Hình 8.6
- Sơ đồ khối của G110 (Hình 8.7):
c. Sử dụng
Hình 8.7
G110 có thể điều khiển động cơ bằng nhiều cách:
+ Thông qua các DIP trên G110
+ Keypad
+ PC (mode USS).
- Để điều khiển hoạt động của G110, người điều khiển phải nhập vào các tham số (Parameter). G110 sẽ lấy giá trị các tham số này, tính toán và thực hiện điều khiển tương ứng ở ngõ ra.
Các tham số điều khiển:
- P0003: Cấp độ truy nhập các thông số.
1: Standard.
2: Extended.
3: Expert
4: Reserved
- P0010: Cài đặt chế độ chấp hành cho G110.
0: Ready
1: Quick Commissioning.
2: Inverter.
29: Download
30: Factory setting
- P0100: Europe / North America.
0: kw/50hz.
1: Hp/60hz.
2: kw/60hz.
- P0700: Chọn bộ điều khiển:
1: BOP (Basic Operation Panel)
2: Terminal / Digital input
3: USS Interface
Tên	Chức năng
P0304	 Điện thế định mức của động cơ P0305	Dòng điện định mức của động cơ P0307	Công suất định mức của động cơ P0308	 Hệ số công suất
P0310	Tần số hoạt động
P0311	Số vòng quay trong 1 phút P0335	Chọn chế độ làm mát cho motor P0640	Tham số về dòng quá tải cho phép P1000	Lựa chọn tần số đặt trước
P1080	Tần số nhỏ nhất
P1082	Tần số lớn nhất
P1120	Thời gian tăng đến tần số lớn nhất
P1121	Thời gian giảm từ tần số lớn nhất về
0
P1300	Chọn chế độ điều khiển
P3900	Chọn	kết	thúc	Quick
Commissioning
Sử dụng BOP để truy nhập vào các tham số tương đối đơn giản:
1. Nhấn	để vào chọn các tham số.
2. Nhấn	đến khi tham số cần hiệu chỉnh hiển thị trên màn hình.
3. Nhấn	để hiển thị giá trị hiện tại của tham số.
4. Nhấn	hoặc để chọn giá trị cần thiết lập.
5. Nhấn	để chấp nhận giá trị vừa thay đổi.
6. Lặp lại từ bước 2 cho các thông số kế tiếp.
8.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH A. Câu hỏi lý thuyết
1. Công suất của một dòng điện hình sin phụ thuộc vào tần số của nó như thế nào?
2. Tốc độ quay của một motor AC thay đổi theo tần số của nguồn cấp điện như thế nào?
3. Từ sơ đồ mạch hãy cho biết các xung điều khiển S1, S2, S3, S4, S5, S6 lệch pha nhau như thế nào ?
4. Bộ biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu áp khác với biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu dòng ở điểm nào?
B. Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT công suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều khiển 89C51.
1. Mắc tải R(bóng đèn) vào mạch biến tần theo kiểu Y (đấu hình sao):
a. Chọn tần số 40Hz, dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sóng xung điều khiển S1 ( tại JH1), S3 (tại JH9) và S5 (tại JH4) từ đó cho biết phương pháp điều khiển là phương pháp gì?
b. Thay đổi tần số (theo trình tự như sau: ngắt điện nguồn, ấn nút xả điện X, mở nguồn điện lại, ấn nút chọn tần) đo điện áp hiệu dụng trên tải (trên một pha xác định). Lập bảng :
Tần số (Hz)	40Hz	50Hz	100Hz
Vtải(V)
Ptải= V2tải/R
Cho nhận xét về sự phụ thuộc của công suất vào tần số.
c. Dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sóng điện áp ra trên tải trên một pha xác định (chú ý : dùng dây lấy tín hiệu cho oscilloscope có mạch giảm áp) , nhận xét.
2. Mắc tải R_L vào mạch biến tần theo kiểu Y, chọn tần số 40Hz, dùng
Oscilloscope xem và vẽ lại dạng sóng điện áp trên tải (trên một pha xác định)
3. Thay tải R_L bằng motor 3 pha, thay đổi tần số và quan sát tốc độ quay của motor. Suy ra sự phụ thuộc của tốc độ quay vào tần số của nguồn điện cấp cho motor. Lúc khởi động motor, nguồn cấp điện cho motor có tần số thấp hay cao? Tại sao?
C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110.
1. Điều khiển G110 từ các DIN
Điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ từ mạch điện kết nối từ bên ngoài:
- Cài đặt các tham số:
+ P0700=2
+ P1000=2
- Tác động lên các SW ta sẽ điều khiển on/off và chiều quay của động cơ. Thay
đổi tần số bằng cách điều chỉnh biến trở.
* Sau khi motor hoạt động, nhấn giữ phím trong khoảng 2s để xem các thông
số của tải đang hoạt động: điện thế, tần số, dòng diện.
Yêu cầu:
Lập bảng thống kê sau:
Tần số	0	20	30	40	50
Điện áp
Cho nhận xét về mối quan hệ giữa điện áp ngõ ra, tốc độ động cơ với tần số được điều chỉnh.
2. Điều khiển G110 từ BOP
Thực hiện cài đặt các thông số cho biến tần như sau: P0003=1 // Cấp độ truy cập các tham số
P0010=1
P0100=0
P0304=220V P0305=2.00A P0307=0.75kw P0310=50Hz P0311=1390
P0700=1
P1000=1Æ chọn tần số setpoint từ MOP P1080=0 Hz
P1082=50 Hz
P1120=10
P1121=10
P3900=1
: Khởi động motor ( ON) Æ Motor chạy với tần số 5Hz.
: Dừng Motor (OFF).
: Đảo chiều quay Motor.
: Nhấn giữ Motor sẽ tăng dần đến tần số đã đặt.( P1058 )Æ tần số hoạt động motor tăng dần đến 5Hz.
- Vẫn giữ các thông số về motor trên nhưng ta thay đổi thêm một số tham số: P0003=3
P0010=0
P1040=30 Æ thay đổi tần số MOP. P1058 = 20 Æ thay đổi tần số JOG.
Thực hiện cài đặt lại 3 tham số: P0700=1
P0719=0
P1000=1
: Khởi động motor ( ON) Æ Motor chạy với tần số 30Hz.
: Dừng Motor (OFF).
: Đảo chiều quay Motor.
: Nhấn giữ Motor sẽ tăng dần đến tần số đã đặt.( P1058 )Æ tần số hoạt động motor tăng dần đến 20Hz.
- Nhấn giữ trong khoảng 2-3s, sau đó nhấn tiếp từng lần để xem các thông số
hoạt động của motor. Muốn trở về mode các tham số thì ấn giữ trong khoảng 2-3s.
Yêu cầu:
- Cho nhận xét về hoạt động của động cơ, khi ta thay đổi tần số MOP và JOP.
- Cho biết ý nghĩa của 2 tham số MOP và JOP.
8.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1. Bộ biến tần dùng BJT và mạch kích dùng vi điều khiển 89C51.
2. Bộ biến tần Siemens G110.
3. 01 Osciloocope
4. 3 tải R_L
5. 01 VOM ( hoặc Ampere kiềm)
6. 01 motor 3 pha
8.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001.
[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 VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại học
Quốc gia TP HCM – 2002.
[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
[7].  [8]. Tài liệu kèm theo thiết bị biến tần Siemens G110.
BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP
Tham gia thực hiện: ThS. Trần Thanh Hùng - 2001
9.1. MỤC ĐÍCH
Bộ biến tần trực tiếp (cycloconverter) tạo ra điện áp xoay chiều ở ngõ ra với trị hiệu dụng và tần số điều khiển được, trị hiệu dụng và tần số điện áp ngõ ra luôn nhỏ hơn hiệu dụng và tần số của điện áp nguồn. Bộ biến tần loại này được ứng dụng trong điều khiển truyền động động cơ điện xoay chiều.
Bài thí nghiệm này khảo sát biến tần trực tiếp với nguồn điện xoay chiều một pha bao gồm:
-	Khảo sát mạch tạo xung điều khiển, thông qua đó sinh viên nắm được phương pháp và kỹ thuật tạo xung kích có thể thay đổi góc điều khiển.
-	Khảo sát mạch công suất, thông qua đó sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp, hoạt động của linh kiện công suất (trong bài này ta dùng SCR); xác định mối quan hệ giữa tần số và công suất, dạng sóng điện áp ra, trên các loại tải khác nhau: tải thuần trở, tải R-L, tải R-L-C.
9.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT
Từ điện thế cung cấp xoay chiều hình sin với tần số 50Hz/60Hz, ta có thể tạo được điện thế xoay chiều hình sin với tần số thay đổi được bằng cách “cắt từng đoạn” điện thế cung cấp ghép lại sao cho điện thế trung bình có dạng hình sin. Biến tần hoạt động dựa vào nguyên tắc này được gọi là biến tần trực tiếp.
Dựa vào hình 9.1 ta có thể thấy nếu điện thế cung cấp cho biến tần trực tiếp càng có nhiều pha, thì điện thế ‘cắt được’ có giá trị trung bình càng gần với sóng sin mong muốn.
Để khảo sát, ta có thể chia biến tần thành 2 bộ phận: mạch công suất và mạch điều khiển.
9.2.1. Mạch công suất:
Hình 9.2 trình bày sơ đồ chi tiết mạch công suất của một biến tần trực tiếp hai pha. Hai pha điện thế lệch pha nhau 1800 được tạo ra từ điện thế 1 pha bằng một biến thế có điểm giữa. Hai SCR Q1 và Q2 hoạt động như 2 công tắc ”cắt” điện thế của 2 pha để tạo thành bán kì dương của điện thế hình sin mong muốn (cung cấp cho tải). Ngược lại, 2 SCR Q3 và Q4 sẽ tạo bán kì âm của điện thế mong muốn. Góc mở của các SCR phải thích hợp để điện thế tạo ra có giá trị trung bình thay đổi theo qui luật hình sin (xem hình 9.1.b).
9.2.2. Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích):
Để các SCR “cắt” điện thế cung cấp đúng vị trí, cần phải có một mạch điều khiển để
tạo nên các xung kích các SCR (các tín hiệu g1, g2, g3, và g4 trên hình 9.2).
Để điều khiển các SCR Q1 và Q2 cắt 2 pha điện thế tạo bán kì dương của điện áp ngõ ra, ta có thể dùng mạch như trên hình 9.3. Đầu tiên một điện áp cùng pha với pha 1 được đổi thành xung vuông đảo. Điện áp này được dùng để điều khiển một mạch tích phân để tạo thành một điện thế răng cưa có cùng tần số với điện thế pha 1. Điện thế răng cưa này được đưa vào so sánh với điện thế răng cưa khác (ta khảo sát trong một chu kỳ, 1
cạnh xuống và 1 cạnh lên) được tạo ra từ một mạch dao động tạo sóng sin có tần số rất thấp gọi là tín hiệu điều khiển.
Điện thế cung cấp
Điện thế ‘cắt’ được
V

Điện thế mong muốn
a) Nguyên tắc hoạt động biến tần trực tiếp 1 pha
Điện thế pha1	Điện thế mong muốn
V	Điện thế pha2
Điện thế ‘cắt’ được
b) Nguyên tắc hoạt động biến tần trực tiếp 2 pha
Hình 9.1. Nguyên tắc hoạt động của biến tần trực tiếp bằng cách ‘cắt từng đoạn’ điện thế cung cấp.
Ngõ ra của mạch so sánh thứ 1 được dùng để điều khiển Q1 trong khi ngõ ra của mạch so sánh thứ 2 dùng để điều khiển Q2. Kết quả là góc mở các SCR Q1 và Q2 sẽ giảm dần từ giá trị lớn nhất (ứng với điểm đầu của cạnh lên tín hiệu điều khiển, tín hiệu ở TP3) đến giá trị nhỏ nhất (ứng với điểm cuối của cạnh lên) rồi sau đó tăng dần đến giá trị lớn nhất (ứng với điểm cuối của cạnh xuống tín hiệu điều khiển). Như vậy điện thế ngõ ra sẽ tăng dần từ giá trị nhỏ nhất, đạt cực đại ở điểm giữa tín hiệu răng cưa rồi giảm dần đến giá trị thấp nhất.
Như vậy mạch ở hình 9.3 tạo được 1 bán kì dương của điện thế ngõ ra. Để điều khiển bán kì còn lại, sinh viên tự tìm hiểu (xem phần CÂU HỎI và thực hành)
Q1
T2
 	1 	

5Pha1
Q2 	g1
g2

R_Load
220V AC in
 	4 	

6 Giua
8 Pha2 	Q3
g3 	Q4
g4
Hình 9.2. Mạch công suất biến tần trực tiếp 2 pha
+
3
∫
1 pha1 	2
-
3 +
∫
1
Pha2	2
-
3 +
1
2 -

TP4

+
-
So sánh 1
+
-

Tới g1
Tới g2
∫
TP2	TP3

So sánh 2
Mạch dao động tạo sóng sin
TP1

Chỉnh tần số
9.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH
V0	Hình 9.3 Mạch điều khiển biến tần trực tiếp
VTB=?
á	ð
A. Câu hỏi lý thuyết:
1. Tính điện thế trung bình của 1 chu kì	sóng sin ‘cắt được’ nếu góc mở là á .
2. Tìm quy luật thay đổi của góc mở á để tạo được điện thế ngõ ra có giá trị trung bình thay đổi theo quy luật hình sin (Dựa vào biểu thức tính điện thế trung bình theo góc mở á) .
3. Giải thích nguyên tắc hoạt động của bộ điều khiển biến tần trực tiếp bằng cách vẽ các tín hiệu sin, tam giác, tín hiệu điều khiển, và điện thế trên tải theo cùng một trục thời gian, theo dạng sau:
Ä từ pha1	Ä từ pha2
Ä từ sóng sin
Pha1 Pha2
g1
sóng sin điều khiển tần số biến tần
t
g2
t
VL
t
Nhận xét về trị trung bình của điện thế trên tải VL.
Để tạo chu kì âm của điện thế trên tải, thì mạch điều khiển phải cải tiến như thế nào?
B. Câu hỏi thực hành
1. Khảo sát mạch tạo xung kích:
Cấp điện cho mạch tạo xung kích,
a. Để các biến trở chỉnh tần số mạch dao động ở khoảng giữa, điều chỉnh biến trở VR sao cho sóng tam giác ở TP6 có biên độ lớn hơn sóng tam giác ở TP4 chút ít. Quan sát và vẽ lại dạng sóng ở các điểm TP1, TP2, TP3, TP4 và g1, g2 theo cùng một trục thời gian.
b. Giảm tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR như trên, quan sát tín hiệu tại các điểm trên. Cho nhận xét.
c. Tăng dần tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR như trên, quan sát tín hiệu tại các điểm trên. Cho nhận xét.
d. Giải thích tại sao phải điều chỉnh biến trở VR như trên?
2. Khảo sát mạch công suất:
Nối mạch điều khiển vào mạch công suất,
R1
1 	2
Nối tải thuần trở (bóng đèn) vào mạch công suất. Cấp điện mạch công suất.
- Để các biến trở chỉnh tần số mạch dao động trên mạch điều khiển ở mức giữa, điều chỉnh lại biến trở VR, chỉnh thang biên độ máy hiện sóng về vị trí lớn nhất. Quan sát tín hiệu điện thế trên 2 đầu tải. Vẽ lại dạng sóng điện thế trên tải. Dòng điện qua tải có dạng thế nào?
- Chỉnh biến trở về vị trí thấp nhất, quan sát dạng tín hiệu trên tải. Nhận xét.
R1 2,2K
1 	2
C2
- Tăng dần tần số sóng sin, điều chỉnh lại biến trở VR như phần trên, quan sát tín hiệu trên tải, nhận xét.
a. Ngắt điện mạch công suất. Nối tụ C2 song song với tải R1. Lập lại thí nghiệm như phần II.1. Điện thế trên tải thay đổi thế nào so với phần II.1.
R1
1 	2 	L2
C2

2,2K
b. Ngắt điện mạch công suất. Mắc tải như hình bên. Lập lại	thí nghiệm như
phần II.1. Điện thế trên tải thay đổi thế nào so với 2 trường hợp trên.
Trường hợp nào tín hiệu tốt nhất (gần sin nhất).
c. Cho biết công dụng của 2 tụ C1, C2 nối giữa G và K của Q1 & Q2?
d. Mắc tải R&L nối tiếp, R=2,2K, quan sát tín hiệu ra, nhận xét?
e. Mắc tải motor, thay đổi tần số, quan sát tốc độ quay của motor, cho nhận xét về sự phụ thuộc của tốc độ quay và công suất vào tần số điện áp ra.
f. Sinh viên cho biết mạch thí nghiệm thích hợp sử dụng với loại tải nào ? Không thích hợp với loại tải nào? Giải thích tại sao? Nêu hướng khắc phục để mạch có thể sử dụng trong thực tế?
9.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:
1) 01 mạch thí nghiệm (board lớn).
2) 01 tải motor.
3) 01 oscilloscope.
4) 01 VOM.
9.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001.
[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 VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại học
Quốc gia TP HCM – 2002.
[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
[7].