Tài Liệu Thực Hành Điện Tử Công Suất Tại Trường Đại Học Vinh

Tài liệu nghiên cứu Tài liệu thực hành điện tử công suất, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: TS. Dương Đình Tú
• Trường học: Trường Đại Học Vinh
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Suất
• Đề tài: Hướng Dẫn Thực Hành Điện Tử Công Suất Tại Trường Đại Học Vinh
• Loại tài liệu: tài liệu thực hành
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Nghệ An

Mục lục chi tiết

• 1. Bài 1: Bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển
• 2. Bài 2: Bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển
• 3. Bài 3: Bộ chỉnh lưu một pha cả chu kỳ không điều khiển
• 4. Bài 4: Bộ chỉnh lưu một pha cả chu kỳ có điều khiển
• 5. Bài 5: Bộ chỉnh lưu ba pha
• 6. Bài 6: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha
• 7. Bài 7: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha
• 8. Bài 8: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại giảm áp
• 9. Bài 9: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại tăng áp
• 10. Bài 10: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại tăng-giảm áp
• 11. Bài 11: Bộ biến tần một pha
• 12. Bài 12: Bộ biến tần ba pha
• HƯỚNG DẪN BÁO CÁO VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC HÀNH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thực Hành Điện Tử Công Suất Tại Trường Đại Học Vinh

Thực hành điện tử công suất là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo ngành điện tử tại Trường Đại Học Vinh. Chương trình này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên áp dụng vào thực tế thông qua các bài thực hành. Các linh kiện điện tử như diode, transistor, và mạch chỉnh lưu được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và hiểu biết của sinh viên về hệ thống điện.

1.1. Mục Tiêu Của Chương Trình Thực Hành

Chương trình thực hành nhằm mục đích trang bị cho sinh viên những kỹ năng cần thiết để thiết kế và phân tích các mạch điện tử công suất. Sinh viên sẽ được làm quen với các thiết bị đo lường và phần mềm mô phỏng như PSIM.

1.2. Các Linh Kiện Điện Tử Thường Sử Dụng

Trong thực hành, sinh viên sẽ làm việc với các linh kiện như diode, transistor, và các bộ chỉnh lưu. Những linh kiện này là cơ sở để xây dựng các mạch điện tử công suất hiệu quả.

II. Những Thách Thức Trong Thực Hành Điện Tử Công Suất

Thực hành điện tử công suất tại Trường Đại Học Vinh đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là việc sinh viên chưa có đủ kinh nghiệm thực tế để áp dụng lý thuyết vào thực hành. Ngoài ra, việc sử dụng thiết bị đo lường và phần mềm mô phỏng cũng đòi hỏi sinh viên phải có kỹ năng nhất định.

2.1. Thiếu Kinh Nghiệm Thực Tế

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực hành do thiếu kinh nghiệm thực tế. Điều này có thể dẫn đến những sai sót trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Sử Dụng Thiết Bị

Việc làm quen với các thiết bị đo lường và phần mềm mô phỏng như PSIM là một thách thức lớn. Sinh viên cần thời gian để nắm vững cách sử dụng và ứng dụng chúng vào các bài thực hành.

III. Phương Pháp Thực Hành Điện Tử Công Suất Hiệu Quả

Để nâng cao hiệu quả thực hành điện tử công suất, Trường Đại Học Vinh đã áp dụng nhiều phương pháp giảng dạy hiện đại. Các bài thực hành được thiết kế theo hướng thực tế, giúp sinh viên có thể dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng

Phần mềm mô phỏng như PSIM được sử dụng để giúp sinh viên hình dung rõ hơn về các mạch điện. Điều này giúp sinh viên có thể thử nghiệm và điều chỉnh các tham số mà không cần phải thực hiện trên thực tế.

3.2. Thực Hành Theo Nhóm

Thực hành theo nhóm giúp sinh viên học hỏi lẫn nhau và phát triển kỹ năng làm việc nhóm. Điều này cũng tạo ra môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự sáng tạo.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Điện Tử Công Suất

Các kiến thức và kỹ năng từ thực hành điện tử công suất có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Sinh viên có thể làm việc trong các công ty sản xuất thiết bị điện tử, công ty năng lượng, hoặc các lĩnh vực liên quan đến tự động hóa.

4.1. Ngành Công Nghiệp Điện Tử

Sinh viên có thể tham gia vào ngành công nghiệp điện tử, nơi mà các mạch điện tử công suất được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thiết bị điện tử.

4.2. Ngành Năng Lượng

Kiến thức về điện tử công suất cũng rất quan trọng trong ngành năng lượng, đặc biệt là trong việc phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo.

V. Kết Luận Về Thực Hành Điện Tử Công Suất Tại Trường Đại Học Vinh

Thực hành điện tử công suất tại Trường Đại Học Vinh đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo sinh viên. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng với các phương pháp giảng dạy hiện đại và sự hỗ trợ từ giảng viên, sinh viên có thể vượt qua và phát triển kỹ năng cần thiết cho sự nghiệp tương lai.

5.1. Tương Lai Của Chương Trình

Chương trình thực hành điện tử công suất sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động.

5.2. Khuyến Khích Sinh Viên Tham Gia

Khuyến khích sinh viên tham gia vào các dự án thực tế và nghiên cứu để nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm của bản thân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TS. Dương Đình Tú Nghệ An, 9/2022 MỤC LỤC Bài 1: Bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển. Cấu trúc chung của bộ chỉnh lưu. Tải điện trở.

Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp. Tải điện trở-cuộn cảm-nguồn một chiều mắc nối tiếp. Sử dụng bộ lọc tụ điện. Các bước thực hành.12 Bài 2: Bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển.

Tải điện trở. Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp. Tải điện trở-cuộn cảm-nguồn một chiều mắc nối tiếp. Các bước thực hành.16 Bài 3: Bộ chỉnh lưu một pha cả chu kỳ không điều khiển.

Chỉnh lưu một pha cả chu kỳ không điều khiển. Tải điện trở. Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp. Tải điện trở-cuộn cảm-nguồn một chiều mắc nối tiếp.

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ sử dụng bộ lọc cuộn cảm-tụ điện. Các bước thực hành.22 Bài 4: Bộ chỉnh lưu một pha cả chu kỳ có điều khiển. Tải điện trở. Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp.

Tải điện trở-cuộn cảm-nguồn một chiều mắc nối tiếp. Các bước thực hành.28 Bài 5: Bộ chỉnh lưu ba pha. Mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển. Mạch chỉnh lưu ba pha có điều khiển.

Các bước thực hành.32 Bài 6: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha. Tải điện trở. Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp. Các bước thực hành.36 Bài 7: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha.

Tải điện trở mắc theo sơ đồ hình sao. Tải điện trở mắc theo sơ đồ hình tam giác. Các bước thực hành.39 Bài 8: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại giảm áp. Các bước thực hành.41 Bài 9: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại tăng áp.

Các bước thực hành.43 Bài 10: Bộ biến đổi điện áp một chiều loại tăng-giảm áp. Các bước thực hành.46 Bài 11: Bộ biến tần một pha. Bộ biến tần dạng cầu tạo điện áp xung vuông. Bộ biến tần dạng bán cầu.

Phương pháp điều chế độ rộng xung. Các bước thực hành.52 Bài 12: Bộ biến tần ba pha. Bộ biến tần ba pha sáu mức. Bộ biến tần ba pha điều chế độ rộng xung.

Bộ biến tần ba pha nhiều mức. Các bước thực hành.55 HƯỚNG DẪN BÁO CÁO VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC HÀNH.56 TÀI LIỆU THAM KHẢO.60 Bài 1: Bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển 1. Cấu trúc chung của bộ chỉnh lưu Ps~ P~ P= Po= Biến áp Mạch van Us U~ U=,I= ~ Mạch lọc Uo=,Io= Hình 4. Sơ đồ cấu trúc chung của bộ chỉnh lưu.

Tải điện trở us Um D 0 π 2π ωt io -Um us=Umsin(ωt) R uo uo Um (b) 0 π 2π ωt (b) Hình 1. (a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ tải điện trở; (b) dạng sóng điện áp nguồn và tải. Dòng điện tải 𝑈𝑜 𝑈𝑚 𝐼𝑜 = =. Công suất bị tiêu thụ trên tải 𝑃 = 𝐼2 𝑅 = 𝑈2 /𝑅, trong đó , là giá trị hiệu dụng của điện áp 𝑈 𝐼 𝑜,𝑟𝑚𝑠 𝑜,𝑟𝑚𝑠 𝑜,𝑟𝑚𝑠 𝑜,𝑟𝑚𝑠 và dòng điện tải.

Các giá trị này được tính: 5 𝜋 1 𝑈𝑚 ∫[𝑈𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)] 𝑑(𝜔𝑡) = , 2 𝑈𝑜,𝑟𝑚𝑠 = √ 2𝜋 2 (1. Tải điện trở-cuộn cảm mắc nối tiếp us,io us Um io 0 π β 2π ωt uo D io 0 ωt π β 2π ud R uR uR uo 0 us=Umsin(ωt) π β 2π ωt uL uL 0 πβ 2π ωt (a) ud 0 π β 2π ωt -Um (b) Hình 1. Dòng điện tải 𝑈𝑚 𝜔𝑡 [𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 − 𝜃) + 𝑠𝑖𝑛(𝜃) 𝑒 𝜔𝜏] nếu 0 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝛽 𝑖𝑜 (𝜔𝑡) = { 𝑍 , (1.4) 0 nếu 𝛽 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝑇 trong đó: 𝑍 = √𝑅2 + (𝜔𝐿)2, 𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1(𝜔𝐿/𝑅) và 𝜏 = 𝐿/𝑅. Công suất tiêu thụ trên tải 2 𝑃 = 𝐼𝑜,𝑟𝑚𝑠 𝑅, 2𝜋 𝛽 1 1 𝐼𝑜,𝑟𝑚𝑠 = √ ∫ 𝑖(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡) = √ ∫ 𝑖(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡).

Tải điện trở-cuộn cảm-nguồn một chiều mắc nối tiếp D R L R L i if,1 us=Umsin(ωt) Udc us=Umsin(ωt) (a) (b) us Udc R u,i if,2 0 Udc α π β 2π ωt io (c) (d) Hình 1. (a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ với tải 𝑅-𝐿-𝑈𝑑𝑐; (b) mạch tương đương khi năng lượng được cung cấp từ nguồn tới tải; (c) mạch tương đương khi năng lượng được đưa từ tải về nguồn; (d) dạng sóng điện áp và dòng điện. Diode chỉ bật bắt đầu từ thời điểm 𝛼: 𝑈𝑑𝑐 𝛼 = 𝑠𝑖𝑛−1 ( ). Dòng điện tải 𝑈𝑚 𝑈𝑑𝑐 𝜔𝑡 + 𝐴𝑒 −𝜔𝜏 𝑖𝑜 (𝜔𝑡) = { 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 − 𝜃) − 𝑅 nếu 𝛼 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝛽 , (1.8) 0𝑍 nếu 𝜔𝑡 < 𝛼 hoặc 𝜔𝑡 > 𝛽 Giá trị 𝛽 được xác định: 7 𝑠𝑖𝑛(𝛽 − 𝜃) + 𝑠𝑖𝑛(𝜃) 𝛽 −𝜔𝑐 = 0.

𝑒 Hệ số 𝐴 được xác định: 𝑈𝑚 𝑈𝑑𝑐 𝐴 = [− 𝑠𝑖𝑛(𝛼 − 𝛽) + ] 𝑒𝛼/𝜔𝑐. Công suất tiêu thụ trên tải Giá trị trung bình của công suất tiêu thụ trên điện trở là 𝑃𝑅 = 𝐼𝑅,𝑟𝑚𝑠 2 𝑅= 2 𝐼𝑜,𝑟𝑚𝑠 𝑅, trong đó: 𝛽 1 𝐼𝑜,𝑟𝑚𝑠 = √ ∫ 𝑖2𝑜(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡).10) 2𝜋 𝛼 Giá trị trung bình của công suất tiêu thụ của nguồn một chiều trên tải là: 𝑃𝑑𝑐 = 𝐼𝑜𝑈𝑑𝑐, (1.11) trong đó 𝐼𝑜 là giá trị trung bình của dòng điện tải: 𝛽 1 𝐼𝑜 = ∫ 𝑖𝑜(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡).12) 2𝜋 𝛼 Giả thiết diode và cuộn cảm là lý tưởng, công suất cung cấp bởi nguồn xoay chiều sẽ bằng tổng công suất bị tiêu thụ bởi điện trở và nguồn một chiều: 𝑃𝑜 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑑𝑐 = 𝐼2 𝑅 + 𝐼𝑜𝑈𝑑𝑐 𝑜,𝑟𝑚𝑠. Sử dụng bộ lọc tụ điện iD us Um iR uo AUo iC us us=Umsin(ωt) CR uo π 2π+α 0 π/2 ωt (a) -Um α (b) Hình 1. (a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ tải điện trở với bộ lọc tụ điện; (b) dạng sóng điện áp đầu vào và đầu ra.

Điện áp tải 𝑈𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 nếu diode 𝑢𝑜(𝜔𝑡) = { bật , (1.14) 𝜔𝑡−𝜃 − 𝑈𝜃𝑒 𝜔𝑅𝐶 nếu diode tắt 2. Thời điểm 𝜃 khi diode tắt ở nửa chu kỳ dương đầu tiên 𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1(−𝜔𝑅𝐶) = −𝑡𝑎𝑛−1(𝜔𝑅𝐶) + 𝜋.15) Trong các mạch thực tế, khi mà hằng số thời gian là lớn hơn nhiều lần so với chu kỳ của điện áp nguồn 𝑇, chúng ta có thể lấy gần đúng giá trị của 𝜃: 𝑅𝐶 𝜋 𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1 (2𝜋. Góc 𝛼 mà tại đó diode bật trong nửa chu kỳ dương thứ hai (2𝜋+𝛼−𝜃) 𝑠𝑖𝑛 𝛼 − 𝑠𝑖𝑛 𝜃. Các dòng điện trong mạch 𝑢𝑜 𝑖𝑅 =.

Độ biến thiên đỉnh-đỉnh của điện áp đầu ra 𝛥𝑈𝑜 = 𝑈𝑚 − 𝑈𝑚𝑠𝑖𝑛𝛼 = 𝑈𝑚(1 − 𝑠𝑖𝑛𝛼).42) Trong điều kiện đang xét 𝑅𝐶 ≫ 𝑇, hay 𝑇 𝑅𝐶 → 0, độ biến thiên đỉnh-đỉnh của điện áp đầu ra xấp xỉ gần đúng là: 𝑈𝑚 ∆𝑈𝑜 ≈. Các bước thực hành 9 Bài 1. Cho mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển tải 𝑅 có các tham số như sau: Nguồn xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑟𝑚𝑠 = 120 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝑅 = 5 Ω. Mô phỏng mạch điện trên PSIM.

Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn. Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3. Xác định giá trị trung bình của dòng điện tải và điện áp tải. Xác định công suất trung bình bị tiêu thụ bởi tải.

Xác định hệ số công suất của mạch. Cho mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ không điều khiển tải 𝑅-𝐿 có các tham số: Nguồn xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑟𝑚𝑠 = 100 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝑅 = 100 Ω, 𝐿 = 0,1 H. Mô phỏng mạch điện trên PSIM. Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn.

Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3. Xác định giá trị trung bình của dòng điện tải và điện áp tải. Xác định công suất trung bình bị tiêu thụ bởi tải. Xác định hệ số công suất của mạch.

Cho mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển tải 𝑅- 𝐿-𝑈𝑑𝑐 có các tham số như sau: Nguồn xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑟𝑚𝑠 = 120 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝑅 = 2 Ω, 𝐿 = 20 mH, 𝑈𝑑𝑐 = 100 V. Mô phỏng mạch điện trên PSIM. Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn. Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3.

Xác định giá trị trung bình của dòng điện tải và điện áp tải. Xác định công suất trung bình bị tiêu thụ bởi điện trở. Xác định công suất trung bình bị tiêu thụ bởi nguồn 1 chiều trên tải. Xác định hệ số công suất của mạch.

Mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển có tụ lọc có các tham số: Điện áp xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑟𝑚𝑠 = 120 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝑅 = 500 Ω và 𝐶 = 100 μF. Mô phỏng mạch điện trên PSIM. Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn. Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3.

Xác định giá trị trung bình của dòng điện tải và điện áp tải. Xác định độ biến thiên đỉnh-đỉnh của điện áp đầu ra. Xác định giá trị cực đại của dòng điện trong diode. Tăng/ giảm giá trị tụ điện lên/ xuống là 20 μF và 400 μF.

Cho biết kết quả dạng sóng điện áp và dòng điện tải thay đổi như thế nào? Xác định độ biến thiên đỉnh- đỉnh của điện áp đầu ra trong 2 trường hợp trên. Cho mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển tải 𝐿-𝑈𝑑𝑐 có các tham số như sau: Nguồn xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑟𝑚𝑠 = 120 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝐿 = 50 mH, 𝑈𝑑𝑐 = 72 V. Mô phỏng mạch điện trên PSIM. Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn.

Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3. Xác định giá trị trung bình của dòng điện tải và điện áp tải. Xác định công suất trung bình bị tiêu thụ trên tải. Xác định hệ số công suất của mạch.

Cho mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển với diode tự do (như hình dưới) có các tham số như sau: Nguồn xoay chiều đầu vào có 𝑈𝑠,𝑚 = 100 V và 𝑓 = 60 Hz, 𝐿 = 25 mH, 𝑅 = 2 V. Mô phỏng mạch điện trên PSIM. Đưa ra dạng sóng của điện áp nguồn; dạng sóng của dòng điện tải và điện áp tải; dạng sóng của dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn. Giải thích vì sao lại xuất hiện các dạng sóng như vậy? 3.