Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất

=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].