Luận văn: Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất

Bộ GIÁO DụC VÀ ĐÀO TạO
ĐạI HọC QUốC GIA TP. Hồ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA : ĐIỆN _ ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN : ĐIỆN Tử

LUậN VĂN TốT NGHIệP
Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ
THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

`

Sinh viên thực hiện : TRẦN DŨNG
HUỲNH ĐĂNG TUẤN
Lớp
: 95KĐĐ
Giáo Viên hướng dẫn : VŨ ĐỖ CƯỜNG


LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang bước vào thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật. Sự
tiến bộ của kỹ thuật sẽ giúp thay đổi toàn bộ cuộc sống của chúng ta. Trong giai đoạn công
nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, VIỆT NAM muốn phát triển một cách vững mạnh thì phải
chú trọng đến việc đầu tư cho giáo dục. Trong đó, nghành giáo dục cần phải nâng cao chất
lượng lẫn số lượng đào tạo.
Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi chúng ta phải đầu tư, phát triển các mô hình
dạy học. Mô hình dạy học giúp giảm chí phí đào tạo và nâng cao chất lượng giảng dạy. Học
sinh có dịp làm quen với các mô hình giống với các hệ thống điều khiển trong thực tế, do đó

có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế.
Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng đang
đầu tư, phát triển các công cụ dạy học mang tính chất mô phỏng nhằm giúp cho sinh viên lĩnh
hội kiến thức một cách thấu đáo thông qua phương pháp trực quan. Qua đó, người học có thể
phát triển và vận dụng các kiến thức đã học một cách hiệu quả nhất theo những yêu cầu cụ thể
hiện nay trong những khu chế xuất, các nhà máy cũng như trong các lĩnh vực có liên quan về
điện.
Để đáp ứng phần nào nhu cầu trên, trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm
thực hiện xin tiến hành đề tài : "THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN
TỬ CÔNG SUẤT". Mục đích của đề tài là xây dựng mô hình thí nghiệm giúp sinh viên hiểu
rõ hơn về các linh kiện bán dẫn công suất cũng như các ứng dụng của nó thông qua việc tiến
hành các thí nghiệm trên bộ thí nghiệm này. Đồng thời, trên cơ sở mô hình dụng cụ dạy học,
nhóm thực hiện cố gắng xây dựng các bài thực tập để sinh viên cũng cố lại các bài học lý
thuyết. Nội dung của mô hình là sử dụng các linh kiện điện tử công suất như thyristor, diode
… làm thay đổi điện áp một chiều để điều khiển tải dùng trong công suất lớn. Trong thực tế
kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển, vấn đề thay đổi điện áp một chiều là một vấn đề
thường gặp. Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ động cơ một chiều, điều khiển
độ sáng của đèn điện .v.v… Khi nắm được các ứng dụng trên, sinh viên sẽ thấy được tầm
quan trọng trong bài học để có thể vận dụng chúng vào thực tiễn sau khi học xong.
Với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực hiện cố gắng
thực hiện tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, thời gian và kinh phí
thực hiện còn quá hạn hẹp nên nhóm thực hiện sẽ không tránh khỏi những nhầm lẫn và thiếu
sót, kính mong được sự góp ý của quý thầy cô cũng như các bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện
hơn.


PHẦN DẪN NHẬP
I.

ĐẶT VẤN ĐỀ .

Như chúng ta đã biết, lĩnh vực Giáo Dục và Đào Tạo nói chung, Đào Tạo Kỹ Thuật nói
riêng, chất lượng đào tạo là vấn đề hàng đầu trong xu thế phát triển hiện nay. Ngoài ra loài
người đang bước sang niên kỷ mới chắc chắn cần thiết sản phẩm đào tạo có nhiều chất xám.
Muốn được vậy, Ngành Đào Tạo cần phải đầu tư những thiết bị dạy học, mô hình dạy học phù
hợp cho từng đối tượng đào tạo.
Đứng trước những yêu cầu thực tiễn trên, Nhóm sinh viên chúng em xin thực hiện đề tài
mô hình dạy học :’’BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ’’.
Mục đích của Nhóm thực hiện là xây dựng dụng cụ dạy học ,bài học thực tập cho sinh
viên của Khoa Điện. Qua đó giúp cho sinh viên hiểu rỏ về các linh kiện điện tử công suất và
các ứng dụng của nó.
II.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .
Với đề tài mang tính thực tiễn ,vấn đề thực hiện việc thiết kế ,thi công và xây dựng mô
hình cũng như bài thực tập của nhóm hoàn chỉnh thật sự có những ứng dụng rộng rãi trong
các Trường Kỹ Thuật. Đó là điều mà nhóm thực hiện mong muốn đạt được.
Tuy nhiên thời gian, kiến thức có hạn cũng như những hạn chế khách quan khác nên đề
tài không đi sâu điều khiển động cơ một chiều bằng tất cả các phương pháp mà chỉ tập trung
điều khiển động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp. Đồng thời xây dụng một mô hình dạy học
sao cho vừa an toàn vừa đảm bảo đúng phương pháp sư phạm kỹ thuật.
Tóm lại nội dung thực hiện bao gồm ;
 Khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung.
 Thiết kế và thi công mạch điều khiển điện áp một chiều bằng phương pháp thay
đổi biến đổi độ rộng xung.
 Thiết kế và thi công mô hình dạy học, xây dựng các bài thực tập dựa trên mô hình.
Ngoài ra nhóm thực hiên chưa thực hiện mô hình điều khiển cho một đối tượng tải bất
kỳ bằng vòng kín để nâng hiệu quả trong ứng dụng thực tế.
III.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .
Việc vận dụng môn điện tử ứng dụng để điều chỉnh bằng phương pháp trên cho động
cơ một chiều là vấn đề không còn mới mẻ nhưng tính mới mẻ của đề tài được thể hiện ở chổ :

XÂY DỰNG ĐƯỢC MÔ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CÁC LINH KIỆN BÁN
DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC QUAN GIÚP CHO SINH VIÊN
KHOA ĐIỆN THÍ NGHIỆM.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Bính
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội năm 1996
2. Phạm Quốc Hải
Dương Văn Nghi
PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
3. Nguyễn Việt Hùng
BÀI GIảNG Kỹ THUậT XUNG VÀ Số
Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Năm 1998.
4.

Bùi Đình Tiếu
Nguyễn Trọng Thuần

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ, ĐIỆN TỬ VÀ BÁN DẪN
TRONG MÁY SẢN XUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
5. Raymond M.Marston
Người Dịch : Ngô Đức Hoàng
110 MạCH ỨNG DụNG 0P –AMP
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Năm 1990
6. R.H.Warring
SỔ TAY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHO NGƯỜI THIẾT KẾ MẠCH

Nhà Xuất Bản Thống Kê
7. Joseph Vithayathil
POWER ELECTRONICS Principles and Application
McGraw-Hill, Inc
C.J.SAVANT,Jr
MARTIN S.RODEN
GORDON L. CARPENTER
ELECTRONIC DESIGN


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM TẠ.
LỜI NÓI ĐẦU.
PHẦN DẪN NHẬP.
I. Đặt vấn đề.
II. Giới hạn vấn đề.
III. Mục đích nghiên cứu.
PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN.
I. Thể thức nghiên cứu.
II. Cơ sở lý luận.

1
1

2
3

PHẦN NỘI DUNG
Chương I :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT.

I. Diode.
II. Transistor.
III. Thyristor.
Chương II: KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC.
I. Giới thiệu về động cơ điện một chiều.
II. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều.
Chương III: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG
CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG.

5
7
11
15

15
18
20

I. Bộ băm xung một chiều dùng SCR.

20

II. Bộ tạo xung kích cho SCR.
Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH.
I. Thiết kế mạch.
II. Thi công mạch.
Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH.
I. Thiết kế.
II. Thi công.

Chương VI: SOẠN BÀI THỰC TẬP.
I. Giới thiệu mô hình.
II. Các bài thí nghiệm.
KẾT LUẬN
MỤC LỤC

29
33

33
40
42

42
44
46

46
46

5


THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

CHƯƠNG VI

KếT LUậN
Qua thời gian thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Vũ Đỗ Cường cùng sự
giúp đỡ rất nhiều của quý thầy cô trong khoa, chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn đúng

theo yêu cầu và thời gian quy định. Trong luận văn chúng em đã thực hiện được những công
việc sau :








Khảo sát phần lý thuyết :
-

Khảo sát về các linh kiện bán dẫn công suất : diode, transistor, SCR(thyristor).

-

Khảo sát về động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Thiết kế và thi công mạch điện cho bộ thí nghiệm :
-

Thiết kế và thi công mạch băm xung chính dùng SCR.

-

Thiết kế và thi công mạch tạo xung kích cho SCR.

Thiết kế và thi công mô hình cho bộ thí nghiệm :
-

Thiết kế vị trí các linh kiện trên bàn thí nghiệm.

-

Lắp đặt các linh kiện và các mạch tạo xung kích vào bàn thí nghiệm.

Soạn các bài thí nghiệm dựa vào mô hình trên thông qua việc điều khiển các loại tải khác
nhau : tải cảm, tải trở thuần, tải động cơ.

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên có những phần
chúng em chưa làm được như : đưa vào mô hình cách điều khiển tải vòng kín để tăng mức độ
ổn định trong quá trình vận hành, thay đổi điện áp dùng phương pháp thay đổi tần số và
phương pháp thay đổi tần số lẫn tỷ số chu kỳ. Và chúng em sẽ không tránh khỏi những điều
thiếu sót, nhầm lẫn khác, kính mong quý thầy cô thông cảm bỏ qua.
Nhóm sinh viên thực hiện cũng mong mỏi các bạn sinh viên khoa điện ở những khóa
sau bổ xung cho bộ thí nghiệm này hoàn chỉnh hơn. Đồng thời thiết kế thêm phần mạch giao
tiếp với máy tính để ghi nhận các dạng sóng, kết quả các giá trị trên máy vi tính. Qua đó, ta có
thể điều khiển tải thông qua việc lập trình trên máy tính, rất thuận tiện trong việc thực tập của
các bạn sinh viên.
Nhóm sinh viên thực hiện.