báo-cáo-điện-tử-công-suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN

BÁO CÁO THỰC HÀNH
HỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
MÃ HỌC PHẦN: 13350

Sinh viên:

NGUYỄN THANH TÙNG

Mã sinh viên:

80300

Nhóm:

N04-TH2

Giảng viên: ĐẶNG HỒNG HẢI

HẢI PHỊNG - 2020


Bài 1: Các phần tử bán dẫn cơ bản
Mục tiêu
- Tìm kiếm 1 datasheet về van bán dẫn (Lựa chọn một trong các loại sau: Điot,
Thysistor, GTO, Triac, Mosfet, BJT, IGBT) thỏa mãn Iv >50A, Uv > 300V
1

- Phân tích về datasheet van bán dẫn đã tìm được.

2 Cơng tác chuẩn bị của sinh viên
- Nghiên cứu nội dung bài thí nghiệm để hiểu rõ mục đích, yêu cầu của bài thí
nghiệm.
- Phải thuộc và trả lời các câu hỏi lý thuyết liên quan tới bài thí nghiệm
- Tìm kiếm datasheet về 1 van bán dẫn trên mạng
- Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thí nghiệm

3 Trang thiết bị cần thiết
- Máy tính PC hoặc laptop có kết nối internet

4 Nội dung, quy trình
4.1, Van bán dẫn IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
a, Hình ảnh van, ký hiệu van đã tìm được:

Hình 1:IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

b, Datasheet của van bán dẫn đã tìm được:



-

Nhìn vào datasheet ta biết được các thơng số cơ bản sau:

+Tên van: TOSHIBA GT10J312, GT10J312(SM)
+Thương hiệu: TOSHIBA
+Loại van: IGBT kiểu kênh N
+Thời gian đóng cắt tối đa: tf (Max)= 0.3us

+Dòng tải Collector tối đa mà van chịu được: IC = 10A
+Điện áp bão hòa thấp: VCE(sat) = 2.7V
+Điện áp UCE tối đa: VCES = 600(V)
+Điện áp UGE tối đa VGES = +- 20(V)
+Dải nhiệt độ hoạt động cho phép: Tstg = -55 – 150 (*C)
+Thời gian chuyển mạch: ton =
tof =
trise =
tfall = 0.3us


BÀI 2: CHỈNH LƯU
1.Mục tiêu:
1.1.Vẽ sơ đồ mạch và phân tích mạch chỉnh lưu điều khiển tia ba
pha và cầu ba pha
1.2. Thực hiện mơ phỏng trên máy tính bởi phần mềm matlab –
simulink với tải Rd, RdLd
1.3.Bình luận các kết quả mô phỏng nhận được
2.Công tác chuẩn bị của sinh viên
2.1.Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực hành, đối chiếu với thiết bị tại
phịng thí nghiệm
2.2.Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm Matlab - Simulink
3.Trang thiết bị cần thiết
3.1.Máy tính, PC và phần mềm có liên quan
4.Các nội dung, quy trình
4.1.Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tia 3 pha có tải là tải thuần trở:

4.1.a.Phân tích cấu trúc mạch van
-Mạch gồm có: Nguồn 3 pha có điểm trung tính, 3 thyristor T 1,T2,T3,
tải thuần trở Rd

-3 pha A,B,C nối vào cực anot của 3 thyristor tương ứng, katot của 3
thyristor nối ra tải Rd rồi về điểm trung tính
4.1.b.Phân tích nguyên lý hoạt động(góc a = 30)


-Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
U A = 220 2 sin(φt )
U B = 220 2 sin(φt + 120)
U C = 220 2 sin(φt + 240)

-Trong khoảng từ 0 – 120 độ:
+T1 dẫn; T2,T3 khóa  UA = 1.17Ud; UB=UC=0
-Trong khoảng từ 120 – 240 độ:
+T2 dẫn; T1, T3 khóa  UB = 1.17Ud; UA=UC=0
-Trong khoảng từ 240 – 360 độ:
+T3 dẫn; T1, T2 khóa  UC = 1.17Ud; UB=UA=0
+Nếu a>=30 độ, điện áp Ud sẽ có đoạn bằng 0, vì vậy khi tải thuần
trở, dịng tải Id sẽ gián đoạn, tức là có những đoạn Id =0 , và dịng
điện qua van ln kết thúc khi điện áp pha về 0.Đồ thị có dạng ở
hình 2.17a
U dα = U d 0

1 + cos(α + 30°)
3

+Nếu a<30 độ, điện áp Ud như hình 2.17b. Ta thấy rằng điện áp Ud
ln lớn hơn 0. Như vậy dạng dịng này gọi là dòng điện liên tục, mỗi
van dẫn một khoảng 2pi/3
U dα =

3 6
U 2 cosα = U d 0 cosα
2π

4.1.c.Mơ phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
+Lựa chọn thơng số nguồn 3 pha có điểm trung tính:
380
U2 =
≈ 220(V )
3


-Điện áp:380V 
-Góc lệch pha:120 độ
-Tần số: 50Hz
+Lựa chọn thơng số điện trở, cuộn cảm:
-R=500 Ohm ; L=1000mH
+Lựa chọn tín hiệu điều khiển cho thyristor:
-Biên độ: 1
-Chu kỳ:1/50 = 0.02 (s)
-Duty cycle:50%
-Góc lệch pha:a<30 độ
**)Tiến hành mơ phỏng
-Với tải thuần trở:

-Đồ thị dạng sóng điện áp vào U2:


+Đồ thị dạng sóng điện áp ra Ud, dịng điện ra Id:

+Đồ thị dạng sóng khoảng dẫn của van T1, T2, T3


+Đồ thị điện áp vào U2 có dạng 3 sóng hình sin lệch pha nhau 1 góc
là 120 độ, biên độ 220V, chu kỳ là 0.02 s
+Đồ thị điện áp ra Ud và đồ thị dịng điện ra Id có dạng nửa dương
của hình sin và được tính bằng cơng thức: U d = 1.17U2
I d = I2/3
+Đồ thị khoảng dẫn của van T1, T2, T3 có dạng xung vng, dòng
điện và điện áp trên mỗi van này lệch pha so với van kia một góc
120 độ

-Với tải trở - cảm:

+Đồ thị điện áp vào U2:


+Đồ thị dạng sóng điện áp ra Ud, dịng điện Id:

+Đồ thị dạng sóng khoảng dẫn của van T1 ,T2, T3:


+Đồ thị điện áp vào U2 có dạng 3 sóng hình sin lệch pha nhau 1 góc
là 120 độ, biên độ 220V, chu kỳ là 0.02 s
+Đồ thị điện áp ra Ud có dạng nửa dương của hình sin và được tính
bằng cơng thức: Ud = 1.17U2
+Đồ thị dịng điện ra Id có dạng tương đối phẳng được tính bằng
cơng thức:
I d = I2/3
+Đồ thị khoảng dẫn của van T1, T2, T3 có dạng xung vng, dịng

điện và điện áp trên mỗi van này lệch pha so với van kia một góc
120 độ

4.2.Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha có tải là tải thuần trở:


4.2.a.Phân tích cấu trúc mạch van
-Mạch gồm có: Nguồn 3 pha có điểm trung tính, 6 thyristor T 1,T2,T3,
T4,T5,T6 tải thuần trở Rd
-3 pha A,B,C nối vào cực anot của 3 thyristor T1,T3,T5 và nối vào cực
katot của 3 thyristor T4,T6,T2 tương ứng. Cực Anot và Katot còn lại của
6 thyristor nối ra tải Rd
4.2.b.Phân tích nguyên lý hoạt động

+Khoảng dẫn của các van T1  T6 được xác định:
561612123234345456
+Như vậy khi phát xung mở van cho mạch hoạt
động cũng phải đồng thời cho hai thyristor cần
dẫn. Trên đồ thị 2.21 thể hiện điều này ở chỗ mỗi
thyristor được phát hai xung xung đầu tiên xác định
góc a, xung thứ hai đảm bảo thông mạch tải
Nếu a <= 60 độ ta có:
U dα = U d 0 cosα = 2,34U 2 cosα


Nếu a > 60 độ thì dịng điện sẽ gián đoạn.Điện áp chỉnh lưu nhận
được là:
U dα = U d 0

1 + cos(α + 60°)

2

4.1.c.Mơ phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
+Lựa chọn thơng số nguồn 3 pha có điểm trung tính:
380
-Điện áp:380V U 2 =
≈ 220(V )
3
-Góc lệch pha:120 độ
-Tần số: 50Hz
+Lựa chọn thông số điện trở, cuộn cảm:
-R=500 Ohm ; L=1000mH
+Lựa chọn tín hiệu điều khiển cho thyristor:
-Biên độ: 1
-Chu kỳ:1/50 = 0.02 (s)
-Duty cycle:50%
-Góc lệch pha:a <= 60 độ ; a > 60 độ
**)Tiến hành mô phỏng
-Với tải thuần trở:


-Đồ thị điện áp vào U2:

+Đồ thị điện áp ra Ud:
a)Góc a <= 60 độ:

-dịng điện, điện áp ra Ud :


-Khoảng dẫn của 6 thyristor T1 – T6:

b)Góc a > 60 độ:
-dòng điện, điện áp ra Ud :


-Khoảng dẫn của 6 thyristor T1  T6:

+Đồ thị điện áp vào U2 có dạng 3 sóng hình sin lệch pha nhau 1 góc
là 120 độ, biên độ 220V, chu kỳ là 0.02 s
+Đồ thị điện áp ra Ud có dạng nửa dương của hình sin và được tính
bằng cơng thức: Ud = 2.34U2
+Khi góc a <= 60, đồ thị dịng điện ra Id có dạng nửa dương hình sin
liên tục được tính bằng cơng thức:Id = I2/3
+Khi góc a > 60, đồ thị dịng điện ra Id có dạng nửa dương hình sin
gián đoạn được tính bằng cơng thức:Id = I2/3
+Đồ thị khoảng dẫn của van T1, T2, T3 có dạng xung vng, dịng
điện và điện áp trên mỗi van này lệch pha so với van kia một góc
120 độ


BÀI 3: BĂM XUNG MỘT CHIỀU
1.Mục tiêu:
1.1.Vẽ sơ đồ mạch và phân tích mạch băm xung kiểu nối tiếp, song
song
1.2.Thực hiện mơ phỏng trên máy tính bởi phần mềm matlab –
simulink
1.3.Bình luận các kết quả mơ phỏng thu được
2.Cơng tác chuẩn bị của sinh viên
2.1.Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực hành băm xung một chiều, đối
chiếu với thiết bị tại phịng thí nghiệm

2.2.Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm Matlab - Simulink
3.Trang thiết bị cần thiết
3.1.Máy tính, PC và phần mềm có liên quan
4.Các nội dung, quy trình
4.1.Sơ đồ mạch lực băm xung một chiều kiểu nối tiếp:


4.1.a.Phân tích cấu trúc mạch van
-Mạch BXMC kiểu nối tiếp gồm có một van bán dẫn (MOSFET),
Nguồn một chiều DC, Diode D1, cuộn cảm L, tải R
-dương nguồn nối vào cực D của van, nối tiếp với cuộn cảm L rồi ra
tải
-Tải R nối về âm nguồn, Diode D1 mắc song song với tải

4.1.b.Phân tích nguyên lý hoạt động
-Trong khoảng từ 0 đến T0, khi van dẫn điện, năng lượng nguồn sẽ
được cấp cho phụ tải, nếu coi van là lý tưởng có: Ut = E; vì dịng điện
từ nguồn it cấp cho tải Rt phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này
sẽ được nạp năng lượng trong giai đoạn Tr dẫn
-Trong khoảng từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển, van Tr khóa, điện cảm
L phóng năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước, dịng điện qua L vẫn
theo chiều cũ và chảy qua van đệm D (dòng i 2), lúc này Ut = -UD =0


4.1.c.Tính tốn thơng số của mạch
+Chọn tham số nguồn DC: Uv max= 28V ; Iv max = 5A
-Chọn tần số băm xung là 5KHz ; R = 5 Ohm
+Chọn tham số van:
-Duty cycle D = (0.1 – 0.9)
-ITđm = 0.9*5 = 4.5(A)

-UTđm = 50(V)
+Chọn tham số diode:
-IDđm = (1 - 0.1)*5 = 4.5(A)
-UDđm = 50(V)
+Tính tốn tham số cuộn cảm:

-Chọn độ dao động theo chỉ tiêu độ dao động dòng
∆I điện . Chọn độ
dao động dòng điện 10% tương ứng với dòng tải lớn nhất là:
∆I = 0,1.5 = 0.5( A)

ADCT: L =

E
28
=
= 2,8.10−3 ( H ) = 2,8(mH )
4∆I . f 4.0,5.5000

+Công thức liên hệ giữa điện áp đầu vào – ra: U t = E.D
**)Tiến hành mô phỏng
+Với D = 0.1  Ut = 28.0.1 = 2.8V

-Đồ thị dòng điện ra It, điện áp ra Ut


-Đồ thị dòng điện – điện áp của van

+Với D = 0.5  Ut = 28.0.5 = 14V
-Đồ thị điện áp ra It, dòng điện ra Ut

+Đồ thị dịng điện – điện áp của van

4.1.d.Bình luận các kết quả thu được
+Với D = 0.1, ta thu được dịng điện và điện áp ra có dạng răng cưa
có giá trị Ut = 2,8V ; It = 0,32A


+ Với D = 0.5, ta thu được dòng điện ra và điện áp ra có dạng răng
cưa có giá trị Ut = 14V ; It = 3A
+ Qua kết quả mô phỏng, ta thấy mức điện áp ra luôn nhỏ hơn điện
áp vào  mạch BXMC kiểu nối tiếp là mạch giảm áp (Buck converter)

4.2.Sơ đồ mạch lực băm xung một chiều kiểu song song:

4.2.a.Phân tích cấu trúc mạch van
-Mạch BXMC kiểu song song gồm có nguồn một chiều DC, van bán
dẫn(MOSFET), cuộn cảm L, tụ C, tải R, điện trở Rng, diode D1


-Cực Katot của van nối tiếp với cuộn cảm L, điện trở Rng rồi nối với
dương nguồn
-Van được mắc nối tiếp với diode D1,song song với tải R, tụ điện C

4.2.b.Nguyên lý hoạt động của mạch
-Khi van Tr dẫn, toàn bộ điện áp nguồn được đặt vào cuộn cảm L và
dòng điện từ nguồn(dòng i1) chảy qua điện trở và cuộn cảm được
nạp năng lượng. Trong giai đoạn này diode D khóa và tải bị cắt hẳn
khỏi nguồn, do đó năng lượng cấp ra tải là nhờ điện dung C, vì vậy

tụ điện C là nhất thiết phải có ở BXMC kiểu song song

-Khi van Tr bị khóa, năng lượng của cuộn kháng và của nguồn sẽ cấp
ra tải (dòng I2). Nhờ nhận thêm năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước
trong điện cảm nên điện áp trên tải sẽ lớn hơnđiện áp nguồn E. Tụ C
dùng để tích năng lượng và cấp cho Rt trong giai đoạn van Tr dẫn

4.1.c.Tính tốn thơng số của mạch
+Chọn tham số nguồn DC: Uv max= 28V ; Iv max = 2A
-Chọn tần số băm xung là 5KHz
+Chọn tham số van:


-Duty cycle D = (0.1 – 0.9)
-ITđm = 0.9*2 = 1.8(A)
-UTđm = 50(V)
+Chọn tham số diode:
-IDđm = (1 - 0.1)*2 = 1.8(A)
-UDđm = 50(V)
+Chọn tham số tải R = 50 Ohm ; Rng = 0,5 Ohm
+ Tính tốn tham số điện cảm
-Có giá trị điện cảm tối thiểu tương ứng D = Dmin
-L >

U t − E (1 − D ) 2 29,9 − 28 (1 − 0.1) 2
.
=
.
= 1,52.10−3 = 1,52mH
It

D. f
2
0,1.5000

-Có điện cảm cần thiết để đảm bảo độ giao động dòng điện tải với D
= 0,8 ở mức 15%∆Idòng
= 0,15tải
.2 = 0.3 A
L=D

E
28
= 0,9
= 0,0168 = 16,8mH
∆I . f
0,3.5000

-Ta chọn điện cảm cỡ 17mH
+Tính thơng số tụ điện C:
-Với D = 0,9 và độ dao động điện áp bằng 10%Ut = 0,1.180 = 18V
C=

D.I t
0,9.2
=
= 2.10−5 = 20µF
∆U C . f 18.5000

-Ta chọn tụ C = 20uF điện áp Uđm = 250V
**)Tiến hành mô phỏng

I .r
-Với D =0.1 U t = E − t ng 2 = 28 − 2.0,5 2 = 29,87V
1 − D (1 − D)
1 − 0.1 (1 − 0,1)
-Đồ thị điện áp ra Ut – dòng điện ra It


-Đồ thị dòng điện – điện áp qua van

I .r
+Với D = 0.6 U t = E − t ng 2 = 28 − 2.0,5 2 = 63,75V
1 − D (1 − D )
1 − 0.6 (1 − 0,6)

-Đồ thị điện áp ra Ut – dòng điện ra It