Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo. Giáo trình kết cấu gồm 5 bài và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: các khái niệm cơ bản; mạch biến đổi AC/DC; mạch biến đổi điện áp xoay chiều;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN- ĐTĐH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-... ngày ..... tháng.... năm 20 …….. của ……………… Ninh bình 2019 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo Mô đun này được thiết kế gồm 06 bài: Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều Bài 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC Bài 5: Mạch biến tần Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn Ninh Bình, ngày tháng năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Phạm Việt Anh : Chủ biên 2. ……………………… 3. ……………… ……… 2
MỤC LỤC Trang Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản 7 1. Khái niệm về điện tử công suất 8 2. Ứng dụng 9 3.Trị trung bình của một đại lượng 9 4. công suất trung bình 9 5. Trị hiệu dụng của một đại lượng 10 Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC 11 1. Khái quát chung 11 2. Mạch chỉnh lưu không điều khiển 11 3. Mạch chỉnh lưu có điều khiển 30 Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều 56 1. Khái quát chung 56 2.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha 56 3.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 58 Bài 3:Mạch biến đổi điện áp một chiều 64 1. Khái quát chung 64 2. Mạch giảm áp 64 3. Mạch tăng áp 67 Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC 1.Khái quát chung 71 2. Bộ nghịch lưu 1 pha 72 3.Mạch ngịch lưu ba pha 78 Bài 5: Mạch biến tần 90 1. Khái quát chung 90 2. Bộ biến tần 1 pha 91 3. Bộ biến tần 3 pha 98 3
MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã mô đun: MĐ21 Vị trí, tính chất, Ý nghĩa và vai trò của mô đun - Vị trí: Mô đun Điện tử công suất học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện... - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Điện tử công suất đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành Điện,Điện tử, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của qui luật biến đổi năng lượng, kích thước nhỏ gọn, khả năng đóng cắt cao, tổn hao công suất giảm Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của Điện tử công suất Mục tiêu của mô đun: - Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO. - Giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biến đổi AC-AC. - Giải thích được nguyên lý làm việc và tính toán những bộ biến đổi DC-DC. - Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung và biến đổi dạng xung. - Vận dụng được các loại mạch điện tử công suất trong thiết bị điện công nghiệp. - Chủ động, nghiêm t c trong học tập và công việc. Nội dung của mô đun: Thời gian Tổng Lý Thực Kiểm TT Tên các bài trong mô đun số thuyết hành, thí tra* nghiệm, bài tập, thảo luận 1 Bài mở đầu 1 1 2 Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC 27 10 15 2 1. Khái quát chung 1 1 2. Mạch chỉnh lưu không điều khiển 16 5 11 8 3 5 2.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha 2 2 2.1.1. Các mạch chỉnh lưu 6 1 5 2.2.2. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch 8 4 6 2.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha 8 2 6 2.2.1. Các mạch chỉnh lưu 1 1 7 1 6 4
2.2.2. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch 1 3. Mạch chỉnh lưu có điều khiển 8 4 4 3.1. Các sơ đồ mạch điện 1 2 2 1 3.2. Kết quả chỉnh lưu 5 1 4 3.3. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch 2 Kiểm tra 3 Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay 8 4 4 chiều 1. Khái quát chung 1 1 1.1. Khái niệm 1.2. Ứng dụng 4 2 2 2. Mạch biến đổi điện áp XC 1 pha 2.1. Sơ đồ mạch điện 2.2. Nguyên lý làm việc 2.3. Khảo sát mạch 3 1 2 3. Mạch biến đổi điẹn áp XC 3 pha 3.1. Sơ đồ mạch điện 3.2. Nguyên lý làm việc 3.3. Khảo sát mạch 4 Bài 3: Mạch biến đổi điện áp một 8 3 5 chiều 1 1 1. Khái quát chung 1.1. Khái niệm 4 1 3 1.2. Ứng dụng 2. Mạch giảm áp 2.1. Sơ đồ mạch điện 2.2. Nguyên lý làm việc 3 1 2 2.3. Lắp ráp, khảo sát mạch điện 3. Mạch tăng áp 3.1. Sơ đồ mạch điện 3.2. Nguyên lý làm việc 3.3. Lắp ráp và khảo sát mạch điện 5 Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC 8 4 4 1. Khái quát chung 1 1 1.1. Khái niệm 1.2. Ứng dụng 4 1 3 2. Mạch nghịch lưu 1 pha 2.1. Mạch nghịch lưu 1 pha điện áp 5
2.2. Mạch nghịch lưu 1 pha dòng điện 3. Mạch nghịch lưu 3 pha 3 2 1 3.1 Sơ đồ mạch điện 3.2. Nguyên lý làm việc 6 Bài 5: Mạch biến tần 8 2 4 2 1. Khái quát chung 1 1 1.1. Khái niệm 1.2. Phân loại 1.3. Ứng dụng 1 0.5 0.5 2. Bộ biện tần 1 pha 2.1. Sơ đồ khối 2.2. Nguyên lý làm việc 2.3. Các thông số kỹ thuật 4 0.5 3.5 3. Bộ biến tần 3 pha 3.1. Sơ đồ khối 3.2. Nguyên lý làm việc 2 3.3. Các thông số kỹ thuật Kiểm tra định kỳ 2 Cộng: 60 24 32 4 6
BÀI 1 BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: MĐ 21.MĐ Giới thiệu Hiểu và nắm được các khái niệm của một lượng là rất cần thiết, từ đó có thể tư duy tính toán các đại lượng để áp dụng cho từng mạch cụ thể Vì vậy bài này cung cấp cho học viên các khái niệm cơ bản của các đại lượng Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm cơ bản trong điện tử công suất - Tính toán được các đại lượng trong điện tử công suất. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học. 1. Khái niệm về điện tử công suất Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện tử nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các thông số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện. Như vậy : Điện tử công suất là công nghệ dùng để biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác, trong đó các phần tử bán dẫn công suất sẽ đóng vai trò trung tâm. Bộ biến đổi điện tử công suất chính là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống, thường biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi dòng điện từ trường. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn đóng cắt không gây ra tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian. Tuy có thể đóng cắt với dòng điện lớn nhưng lại được điều khiển bằng các tin hiệu điện công suất nhỏ. Quy luật nối nguồn vào tải phụ thuộc các bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi. Bằng cách như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các van, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi. Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. 2. Ứng dụng của ĐTCS: Trong những năm gần đây công nghệ sản xuất, chế tạo điện tử công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện để tạo ra các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, với nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn. 7
Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể đến ở đây là các ngành kỹ thuật như truyền động điện, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, giao thông đường sắt, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, ứng dụng trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và thiết bị dân dụng khác nhau… 3.Trị trung bình của một đại lƣợng 3.1.Trị trung bình của điện áp Trị trung bình của điện áp là tổng giá trị điện áp đo được chia cho tổng thời Gian làm việc. T 2 u t dt   ut dt 1 1 U dc   T 0 2 0 (a) Với: t0 – là thời điểm đầu của chu kỳ lấy tích phân. 3.2. Trị trung bình của dòng điện Trị trung bình của dòng điện là tổng giá trị dòng điện đo được chia cho tổng thời gian làm việc. T 2 it dt   it dt 1 1 I dc  T0 2 0 (b) 4. Công suất trung bình Công suất trung bình là tổng công suất đo được chia cho tổng thời gian làm việc. Công suất tức thời: P(t) = u(t).i(t) (1.3) Công suất trung bình: T T pt dt   u t .it dt 1 1 PAV  T0 T0 (c) Nếu dòng tải không đổi theo thời gian: PAV = UAV.I (d) Nếu điện áp trên tải không đổi theo thời gian: (e) PAV = U.IAV 5. Trị hiệu dụng của một đại lƣợng 5.1.Trị hiệu dụng của dòng điện Trị số hiệu dụng của dòng điện là dòng một chiều I sao cho khi chạy qua cùng một điện trở thì sẽ tạo ra cùng công suất. Trị số hiệu dụng dòng điện được tính: √ (f) 5.2.Trị hiệu dụng của điện áp Tương tự trị số hiệu dụng của điện áp cũng được tính: 8
√ (g) 6. Hệ số công suất Trong biểu thức công suất tác dụng P = UIcosφ, cosφ được gọi là hệ số công suất. Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số của mạch điện và là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, có ý nghĩa rất lớn về kinh tế như sau: - Nâng cao hệ số công suất sẽ tận dụng tốt công suất nguồn cung cấp cho tải. - Khi cần truyền tải một công suất P nhất định trên đường dây thì dòng điện - chạy trên đường dây là: I = P/ U cosφ (h) Nếu cosφ cao thì dòng điện I sẽ giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi trên đường dây và có thể chọn dây dẫn tiết diện nhỏ hơn. 9
BÀI 1: MẠCH BIẾN ĐỔI AC/DC Mã bài : MĐ 21.01 Giới thiệu: Các bộ 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.... Bài học này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dòng điện của các bộ chỉnh lưu. Mục tiêu: - Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng khối của bộ chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển. - Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch chỉnh lưu AC - DC 1 pha và 3 pha theo đ ng yêu cầu kỹ thuật. - Trình bày được mục tiêu tính toán các thông số kỹ thuật của mạch chỉnh lưu. - Thiết kế được biến áp cung cấp mạch chỉnh lưu. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. 1. Khái quát chung 1.1 khái niệm - Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1 chiều BỘ CHỈNH LƯU AC DC Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu - Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt, tiristor…). Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành: * Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điôt) * Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor) 1.2 Ứng dụng Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp, … 2. Mạch chỉnh lƣu không điều khiển Mục tiêu: -Trình bày được nguyên lý hoạt động, nhiệm vụ và chức năng của bộ chỉnh lưu một pha - Lắp ráp được bộ chỉnh lưu một pha. 10
2.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha Phân loại linh kiện điện tử công suất - Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức năng cơ bản là ĐÓNG và NGẮT dòng điện đi qua nó. - Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐÓNG): linh kiện giống như một điện trở có giá trị rất bé (gần bằng không). - Trạng thái linh kiện không dẫn điện (NGẮT): linh kiện giống như một điện trở có giá trị rất lớn. - Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái không dẫn điện và ngược lại thông qua tín hiệu kích thích tác động lên cực điều khiển của linh kiện. Ta gọi linh kiện có điều khiển được. Tín hiệu điều khiển có thể là dòng điện, điện áp hay ánh sáng với công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất của nguồn và tải. - Nếu linh kiện không có cổng điều khiển và quá trình chuyển trạng thái làm việc xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ ra, ta gọi linh kiện thuộc loại không điều khiển được. - Đối với các linh kiện điều khiển được, nếu tín hiệu điều khiển chỉ là cho nó dẫn dòng điện mà không thể tác động ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh kiện không có khả năng kích ngắt (SCR, TRIAC). Ngược lại, nếu linh kiện có thể chuyển trạng thái làm việc từ đóng sang ngắt hay từ ngắt sang đóng thông qua tín hiệu kích thích tác động lên cổng điều khiển gọi là linh kiện có khả năng kích ngắt (BJT, MOSFET, IGBT, GTO…). Ta có thể phân ra thành ba nhóm linh kiện như sau : - Nhóm các linh kiện không điều khiển như Diode, DIAC. - Nhóm các linh kiện điều khiển kích đóng được như SCR, TRIAC. - Nhóm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như BJT, MOSFET, IGBT, GTO. Diode Công Suất * Nguyên lý cấu tạo và làm việc Hình H1.2 Cấu trúc Diode (a) và ký hiệu (b) 11
Diode được cấu tạo bằng mối nối P-N, lớp N thừa điện tử, lớp P thiếu điện tử đồng thời chứa các phần tử mang điện dạng l trống tạo ra hàng rào điện thế vào 0.6v với bán dẫn Silic 0.2V với Ge - Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng if đi qua, diode được phân cực thuận. - Nếu diode ngắt, ta có dòng ir rất bé. - Diện tích, tiết diện phiến bán dẫn qui định khả năng chịu dòng. - Điện trở nguyên liệu ban đầu và bề dày của phiến bán dẫn quyết định khả năng chịu áp. - Dòng: từ vài A đến vài kA. - Áp: từ vài chục V đến vài kV. - Thời gian phục hồi tính nghịch trr: để diode phục hồi khả năng khóa sau khi dẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh và chậm tương ứng với tần số cao và thấp. *Đặc tính Volt – Ampere (V – A) if VBR Vr 0,6 vf ir Hình H1.3. Đặc tính V – A của Diode Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện (nằm ở góc phần tư I) và nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm ở góc phần tư III) như trên hình H1.3. Trong đó, hình H1.3a là đặc tính V – A thực tế, hình H1.3 b là đặc tính lý tưởng. Giải thích các ký hiệu : - U0: điện áp khóa của diode, U0 = 0,3V  0,6V tùy theo chất bán dẫn. - Uf: điện áp thuận của diode - Ur: điện áp ngược của diode (điện áp đánh thủng) - IF: dòng điện thuận chạy qua diode. 12
* Trạng thái đóng ngắt Khi điện áp đặt vào anode và cathode lớn hơn điện áp khóa của diode thì diode sẽ dẫn điện, ngược lại thì diode sẽ khóa (không dẫn điện). UAK > U0: diode dẫn điện. UAK < U0: diode ngưng dẫn. Ta xét với trường hợp diode lý tưởng : UAK > 0: diode dẫn điện. UAK < 0: diode ngưng dẫn. * Mạch bảo vệ diode Hình H1.4 Mạch bảo vệ diode Để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho diode công suất, ta mắc song song với diode mạch lọc RC. Tuy nhiên, các diode công suất trên thực tế đã tích hợp sẳn mạch RC. * Các đại lƣợng định mức của diode - Điện áp định mức: là điện áp ngược lớn nhất (URM) có thể lặp lại tuần hoàn trên diode. - Dòng điện định mức: là dòng điện thuận lớn nhất (I FM) chạy qua diode mà không làm cho diode bị hỏng. Để tăng khả năng chịu áp tải ta ghép nối tiếp các diode, để tăng khả năng chịu dòng tải ta ghép song song các diode. Hình dạng của một số diode trên thực tế nhƣ trên hình H1.5. Hình H1.5 Một số diode trên thực tế. 13
2.1.1. Các mạch chỉnh lưu 2.1.1.1 Mạch chỉnh một pha nửa chu kỳ dùng điốt a. Trường hợp tải thuần trở Hình 1.6. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải thuần trở: Sơ đồ mạch(a), dạng dòng điện và điện áp trên tải(b) Sơ đồ và dạng điện áp của chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải thuần trở cho trên (hình 1.6) Sơ đồ gồm có máy biến áp với điện áp với điện áp thứ cấp : u = u2  2.U 2 . sin t  2.U 2 . sin . (1.1) θ : Góc pha của dòng điện xoay chiều Trong khoảng 0     : điện áp ra u2 giá trị dương, điôt được phân cực thuận dẫn để cho dòng điện chạy qua. Nếu xem sụt áp trên điôt uD=0 ta có: ud  2.U 2 .Sin (1.2) 2 .U 2 i .Sin R (1.3) Trong khoảng     2 , Uo có giá trị âm, điôt ngưng dẫn: i=0, ud=0 Điôt phải chịu điện áp ngược cực đại U max  2.U 2 . Điện áp trung bình của điện áp chỉnh lưu:  1 2.U 2 2 0 Ud  . 2.U 2 .Sin .d   0,45U 2  (1.4) Dòng điện trung bình qua tải: U2 2 .U 2 Id   r  .R (1.5) 14
Dòng điện hiệu dụng trung bình của thứ cấp biến áp trên tải: 1  2.U 2 .Sin   2 U2 I .   d  2 0  r  2.R (1.6) b. Trường hợp tải R – L Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải R- L cho trên (hình 1.7). Cuộn cảm sinh ra sức điện động tự cảm m i khi có từ trường biến thiên của dòng dI điện, E   L . Theo định luật Ohm, có thể viết phương trình của mạch điện: dt u 2  E  r.Io (1.7) di Hoặc: L  R.I  2.Vo. sin t  u 2 , (1.8) dt Có thể chứng minh: trong một chu kỳ, năng lượng cuộn L tích luỹ được khi I tăng vừa bằng năng lượng nó hoàn lại khi I giảm, sử dụng phương trình: di L  R.I  2.Vo. sin t  u 2 dt (1.9) L 2 Năng lượng tích luỹ = Năng lượng hoàn lại = . m (Im: dòng điện cực đại) 2 I D i T R u2 L Ud Hình1.7. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải R - L c. Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch - Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị(Mô đun thực hành điện tử công suất) + Mudun chứa Điốt công suất. + Tải đèn và tải cảm. + 1 biến áp + Dây có chốt cắm hai đầu. + Đồng hồ vạn năng. + Máy hiện sóng. - Qui trình thực hiện. * Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6a). + Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và trên bóng đèn.Nhận xét. + Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id). 15
* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6b). + Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và trên bóng đèn.Nhận xét. + Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id). Bảng 1-1. Kết quả thí nghiệm Tải Giá trị Ud Ud TT Ung đo Ung TT Id đo Id TT ID đo ID TT đo R R1= R2= R3= R- L R1= L = R2= R3= - Kết luận hoạt động của mạch Báo cáo thí nghiệm. Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: +Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn + Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. + Giải thích các kết quả thu được. + Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 2.1.1.2. Mạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia a. Trường hợp tải trở thuần Sơ đồ chỉnh lưu cho điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở trên (hình 1.6) Hình 1.8. Chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở a, sơ đồ mạch b, giản đồ điện áp 16
Mạch gồm một máy biến áp dây quấn có điểm giữa, u21, u22 bằng nhau nhưng ngược pha nhau. U21 = √ (1.10) U22 = -√ (1.11) Trong khoảng 0     , U21 dương, U22 âm, D1 dẫn cho dòng điện chạy qua, D2 ngưng dẫn do bị phân cực ngược. 2.U 2 i21  .Sin (1.12) R u D2  u 22  u 21  2 2.U 2 Sin (1.13) Um  2 2.U 2 (1.14) Trong khoảng     2 , v1 âm, v2 dương D2 dẫn, D1 ngưng dẫn do bị phân cực ngược u D1  2. 2.U 2 Sin (1.15) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:   1 1 2. 2 UD   2 0 u 2 .d   2.U 2 .Sin .d   0  .U 2 (1.16) Giá trị trung bình của dòng tải: U 2 2 I  .U 2 (1.17) r  .r Giá trị trung bình của dòng chảy qua điôt:  1 2.U 2 I Id  2  0 r .Sin .d  D 2 (1.18) b. Trường hợp tải R- L (trở cảm) Giả sử coi giá trị của điện áp vô cùng lớn Lt =  nhằm mục đích đơn giản các quá trình tính toán. Với Lt =  thì dòng tải coi như đựoc là phẳng hoàn toàn và dòng qua điốt có dạng xung chữ nhật với biên độ dòng Id.. Điều này dẫn đến sai số trong tính toán khoảng 15  20% so với thực tế nhưng các kết quả tính toán là vẫn chấp nhận được. Điện áp chỉnh lưu vẫn có dạng giống như trường hợp tải thuần trở, do đó Ud vẫn được tính như sau: 2 2U 2 Ud=  0,9U 2  (1.19) Id = Iđiốt (1.20) Dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp có dạng xung chữ nhật đối xứng. Id I1  (1.21) Rba Id I2  2 (1.22) 17
Công suất MBA: S1  S 2 S ba  2 (1.23) Với:  Id  S 2  2U 2 I 2 2 Ud  Pd 2 2 2 2 (1.25)  S1  U 1 I 1  K baU 2 I 1  Pd 2 2 (1.26)  S ba  1,34Pd (1.27) c. Khảo sát hoạt động của mạch * Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Mudun chứa 2 Điốt công suất. - Tải đèn và tải cảm. - 1 biến áp có điểm trung tính - Dây có chốt cắm hai đầu. - Đồng hồ vạn năng. - Máy hiện sóng. * Qui trình thực hiện. - Nối sơ đồ mạch (hình1.8a) - Qui trình thực hiện. * Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.8a). + Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và trên bóng đèn.Nhận xét. + Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id). - Hoàn thành kết quả vào bảng. Bảng 1-2. Kết quả thí nghiệm Tải Giá trị Ud Ud TT Ung đo Ung TT Id đo Id ID đo ID đo TT TT R R1= R2= R3= R- L R1= L = R2= R3= - Kết luận hoạt động của mạch * Báo cáo thí nghiệm. Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: - Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. - Giải thích các kết quả thu được. 18
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 2.1.1.3. Mạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình cầu a. Trường hợp tải thuần trở Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải thuần trở cho trên (hình 1.9) D1 D2 T A i2 u i1 R i4 i3 D3 id D4 Hình 1.9. Chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải thuần trở Hoạt động của mạch được thực hiện như sau: Cho điện áp u: u=√ (1.28) - Trong khoảng thời gian 0     điôt D2 và D4 dẫn điện do được phân cực thuận. Điôt D1 và D3 ngưng dẫn do bị phân cực ngược.Ta có: 2.U 2 . sin   E id  i1  i3  ( E =0 ) (1.29) R 2.U 2  E idm  với ( E =0 ) (1.30) R - Trong khoảng thời gian     2 điốt D2 và D4 ngưng dẫn do bị phân cực ngược, điôt D1 và D3 dẫn do được phân cực thuận.  2.U 2 .Sin  E id  i2  i4  với ( E =0 ) (1.31) R -Giá trị trung bình dòng tải: 1   1  2.U 2 . sin   E  2. 2.U 2  cos 1 t   .d  Id   .   R  R .    . sin  1 (1.32) T  1   với( E =0 ) - Giá trị trung bình của dòng chảy qua điôt 19
1   1  2U 2 . sin   E   .d  Id (1.33) ID  2   R  2 ( trong đó Id là dòng 1   điện chạy qua tải) với ( E =0 ) - Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp: 1 2U 2  E  I2  .i12 d  . với ( E =0 ) (1.35)  R T - Điện áp ngược lớn nhất m i điôt phải chịu: U m  2.U 2 (1.36) b.Trường hợp tải R – L Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải R – E - L được vẽ tương tự như hình 2.4 ở đây ta mắc thêm L mắc nối tiếp với tải R. Hoạt động của mạch như sau: - Khi tải là R+E, dòng id là dòng gián đoạn. Điện áp Ud = E+ R.id, đặt trên phần ứng động cơ, là điện áp gợn sóng nhấp nhô làm ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ điện một chiều. - Để cho động cơ điện làm việc được ổn định tốt, trong công nghiệp với dòng tiêu thụ lớn người ta thường dùng một cuộn cảm mắc nối tiếp với mạch tải. di Điện cảm L sinh ra sức điện động tự cảm e   L m i khi có sự biến thiên dt của dòng tải. ud có dạng: 2 2.U 2  2  ud  .1  cos 2t   U d  U a (1.37)   3  Phương trình mạch tải: u d  e  E  R.id(1.38) Người ta thấy rằng, dòng tải id biến thiên xung quanh giá trị trung bình của nó. Vậy có thể viết: id  I d  ia R.id  R.I d  Ri a Trong đó ia là thành phần xoay chiều của dòng id Bằng cách đặt vấn đề như trên, có thể viết phương trình mạch tải như sau: dia U d  u a  E  R.I d  R.ia  L (1.39) dt Khi làm cân bằng các dòng hằng với nhau và các thành phần xoay chiều, ta được: Ud = E + RId (1.40) ua = R.i a + (1.41) vì thông thường R.ia