Mẫu ĐT05/BTN

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM

HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CƠ SỞ NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ HỌC PHẦN:
SỐ TÍN CHỈ: 01 TC

THÁI NGUYÊN – 2011
1
Mẫu ĐT05/BTN

2

3
MỤC LỤC

STT Tên bài thí nghiệm Trang
1
Bài 11:
Thí nghiệm điện tử công suất

Mẫu ĐT05/BTN

5
NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM 11
Phần I. THÍ NGHIỆM
1.1. Mục đích thí nghiệm:
+ Là phần thực nghiệm nhằm chứng minh và làm sáng tỏ thêm những vấn đề lý
thuyết đã được trình bày. Đồng thời góp phần nâng cao hiểu biết thực tế về ngành
nghề cho sinh viên.
+ Giúp cho sinh viên được trực tiếp làm quen và tiếp xúc với các loại máy điện,
thiết bị điện, các thiết bị đo, các hệ thống truyền động điện cũng như các mạch điện cụ
thể.
+ Giúp sinh viên đo, kiểm điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu, điện áp của các khâu
trong mạch tạo xung điều khiển. Khảo sát 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược.
1.2. Cơ sở lý thuyết:
Trên cơ sở nội dung của bài thí nghiệm là tìm hiểu 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song
song ngược và tiến hành đo dạng điện áp, dòng điện của một số khâu trong mạch điều khiển do
vậy sinh viên cần phải nắm vững một số cơ sở lý thuyết sau:
A. Các phương pháp điều khiển 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược
* Phương pháp điều khiển phối hợp (phương pháp điều khiển chung)
Ta tìm hiểu về bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, cụ thể bài thí nghiệm này gồm có 2 bộ cầu 3 pha
mắc song song ngược mạch điều khiển xây dựng theo nguyên tắc khống chế phụ thuộc (phương
pháp điều khiển chung).
Đặc điểm của phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là
cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, là bộ
xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ, còn bộ kia chạy ở

I
+ 
II
=  (1.2)
Mẫu ĐT05/BTN

6
Hình 1.1b là đồ thị điện áp u
dI
và u
dII
khi bộ CL
I
ở chế độ chỉnh lưu, bộ CL
II
ở
chế độ nghịch lưu.
T
1
T
3
T
5
T
2
T
4
T
6
u

T
4
’T
6
’
R
d
L
d
E
d
L
cb1
L
cb2
u
1
u
2
CLI
CLII
a)
d
u
Lcb
u


1I
T

1
T
6
T
2
T
1
T
3
T
2
T
4
T
3
1

2

34
T
′
T
′
45
TT

56
TT


cùng số thứ tự; thí dụ van T
1
và T
1
’
có cùng điểm mốc tính góc điều khiển
1
T

và
1
T


.
Luật phối hợp điều khiển theo (1.2) mới chỉ đảm bảo trị số trung bình của hai bộ
chỉnh lưu bằng nhau theo (1.1). Song giá trị tức thời của chúng là khác nhau, tức là:
u
dI
 u
dII
(1.3)
Mẫu ĐT05/BTN

7
Điều này dẫn đến buộc phải dùng cuộn kháng cân bằng để chống dòng ngắn
mạch chảy xuyên qua hai bộ chỉnh lưu. Thí dụ, trong khoảng 
1
 
2

5
’ dẫn, tạo thành đường ngắn mạch: pha a – T
1
– T
6
’ –
pha b. Điện cảm L
cb1
là để chống ngắn machcj theo đường phía trên của mạch.
Như vậy mạch phải dùng hai cuộn kháng cân bằng. Dạng điện áp trên cả hai
cuộn này ở hình 1.2b, dựng theo biểu thức:
u
dI
+ u
dII
= u
Lcb
= u
1
+ u
2

Bây giờ ta xem xét quá trình đảo chiều điện áp tải U
d
. Do bộ I đang ở chế độ
chỉnh lưu nên dòng điện tải là dòng của bộ CL
I
: I
d
= I






tức là dòng tải sẽ đảo chiều. Nhưng bộ CL
I
không thể cho dòng i
dI
đảo chiều, nên dòng
id sẽ chuyển sang chảy qua bộ CL
II
. Mạch vòng giữa CL
II
và E
d
là đúng các điều kiện
chạy ở chế độ nghịch lưu, nên lúc này CL
II
thực hiện việc trả năng lượng của sức điện
động E
d
về nguồn làm E
d
giảm.
Khi 
I
tăng đến bằng 90
0
, 

8
Đặc điểm của phương pháp này là các bộ chỉnh lưu làm việc không đồng thời.
Với mỗi chiều của điện áp ra chỉ có một bộ chỉnh lưu được phát xung và chạy ở chế độ
chỉnh lưu; còn bộ kia được nghỉ, không được phát xung điều khiển. Như vậy không thể
có dòng điện chảy xuyên thông giữa hai mạch, do đó hoàn toàn không cần các cuộn
cảm cân bằng và hai bộ chỉnh lưu được đấu song song ngược nhau một cách trực tiếp.
Tuy nhiên điều này dẫn đến buộc phải loại trừ khả năng hai bộ cùng hoạt động, vì lập
tức sẽ xuất hiện dòng ngắn mạch xuyên thông gây sự cố cho thiết bị. Do đó quá trình
đảo chiều phải thực hiện theo trình tự chặt chẽ. Thí dụ, cần chuyển sự hoạt động từ
CL
I
dnag CL
II
, phải làm như sau:
1. Ngắt xung điều khiển bộ đang chạy, ở đây là bộ CL
I
. Do tải có tính chất điện
cảm và tiristo là phần tử bán điều khiển nên nó vẫn tiếp tục dẫn mặc dù đã ngắt xung
mở van. Lúc này không thể phát xung ngay cho CL
II
, vì sẽ xảy ra ngắn mạch xuyên
thông do bộ CL
I
vẫn còng đang dẫn dòng id.
2. Theo dõi dòng điện id để xác định thời điểm i
d
= 0. Lúc đó có nghĩa van của
CL
I
đã khoá lại.

d
(nếu là động cơ
điện nó chính là cơ năng trên trục động cơ).
Tốc độ giảm góc 
II
được khống chế bằng cách đo dòng tải, sao cho dòng này
không vượt quá trị số cho phép.
Quy trình 4 bước để đảm bảo chiều thường do một mạch điều khiển logic có độ
tin cậy cao đảm nhiệm. Quy trình này cho thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc
độ đảo chiều thấp hơn phương pháp điều khiển chung, song bù lại không cần đảm bảo
yêu cầu (1.2) nên dễ thực hiện hơn. Vì vậy khi không có yêu cầu về độ tác động nhanh
hoặc tần suất đảo chiều thấp, trong thực tế đều dùng phương pháp điều khiển riêng.
B. m¹ch t¹o xung
* S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo pha ®øng (h×nh )
Mẫu ĐT05/BTN

9

Sơ đồ khối bao gồm:
 Khối 1: Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa ( ĐBH & SRC) :
 Khối 2: Khối so sánh (SS)
 Khối 3: Khối tạo xung( TX)
 U
1
: Là điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu
 U
rc
: Là điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ khối ĐBH- FSRC
 U
đk

®k

U
rc

U
1

U
®k
T

Mẫu ĐT05/BTN

10
trị tuyệt đối bằng nhau thì đấu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so
sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự - số
Do tín hiệu ra mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị là 0 và1. Tín
hiệu ở đầu ra khối so sánh là các xung suất hiện với chu kỳ bằn chu kỳ của tín hiệu của
xung răng cưa. Nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn nào
của Urc thì sườn xung ấy của Urc được gọi là sườn sử dụng , điều này có nghĩa rằng :
Tại thời điểm
UdkUrc 
ở sừơn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa thì trên
đầu ra khối so sánh sẽ xuất hiện một xung điện áp . Từ đó ta thấy có thể thay đổi thời
điểm xuất hiện của xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá tri của U
đk
khi giữ
nguyên dạng Urc Trong một số trương hợp thì xung ra của khối so sánh được đưa tới
cực điều khiển của T,nhưng trong đa số trường hợp khi thì tín hiệu ra khối so sánh chưa

*Giới thiệu sơ đồ:
M¹ch ®ång bé vµ FSRC
+15V
-15V
R
1
R
2
R
3
WR
D
Tr
C
K§TT
u
rc
u
c
i
v-
i
v+
i
1
u
v
u
1
u

1
, mặt khác i
1
=-U
cc
/(WR+R
3
)=I=const. Điều này có nghĩa rằng khi Tr
khoá thì tụ C được nạp bởi dòng không đổi có giá trị I.
Vậy ta có: Từ t=0 thì u
đb
=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương,dẫn đến
D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược , Tr khoá, tụ C được nạp điện bởi
dòng không đổi. Điện áp trên tụ tăng dần theo qui luật tuyến tính. Đến t= và bắt đầu
chuyển sang âm , D khoá , Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp bằng
không và giữ nguyên giá trị bằng không cho đến t=2. Tại t=2, điện áp đồng bộ
bằng không và bắt đầu chuyển sang dương , D lại mở , Tr lại khoá , tụ C lại được nạp
điện như từ t=0.
Với giả thiết KĐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch là vô cùng lớn, vậy nếu KĐTT
đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện giữa hai đầu vào được xem là bằng không
(u
v
=0). Từ sơ đồ ta có : u
rc
=u
c
+u
v
=u
c

12
+
-
KĐTT

R
1
1
u
rc
R
2

u
ra
+15V
U
đk
tạo ra khối này ta có thể dùng Tranzitor hoặc KĐTT. Trong mạch so sánh thì tín hiệu
vào là điện áp răng cưa và điện áp điều khiển một chiều U
đk
. Nhưng vì U
rc
từ mạch
phát sóng răng cưa không đúng quy luật điều khiển U
đkmax
tăng thì U
d
tăng, nên ta mắc
thêm một khâu tỷ lệ như hình vẽ. Do đó, tín hiệu điều khiển đưa vào so sánh với U

+ | U’
đk
| < U
rc
 U
ra
=- U
cc

Như vậy, ta có thể thay đổi thời điểm lật trạng thái của điện áp bộ so sánh bằng
cách cho U’
đk
thay đổi từ 0  U
rcmax
, để thay đổi U’
đk
ta thay đổi giá trị biến trở WR.

3.3.3. khối tạo xung và phân chia
xung
- Xung ra của khâu so sánh chưa đủ
các thông số yêu cầu của cực điều
khiển. Để đáp ứng yêu cầu thì ta phải
khuyếch đại xung,thay đổi độ rộng
của xung, trong một số trương hợp
phải phân chia lại xung và cuối cùng
truyền xung từ đầu ra của mạch phát
xung tới cực điều khiển của Thyristor.
* Mạch sửa xung:
-Khi thay đổi U

u
rc
u
®k
Mẫu ĐT05/BTN

13
Sơ đồ mạch sửa xung:

R
2
R
3
C
2
R
1
D
Tr

0
0
t
t
t'
3
t
3
t
1

vào ra của khâu so sánh lật trạng thái tụ C 2 phóng điện theo chiều:
+C  R
1
 nội trở nguồn so sánh D -C .
Tr bị đặt điện áp ngược nên bị khoá lại Ur = +Ucc. khi tụ C
2
phóng hết điện tích
nó sẽ được nạp lại theo chiều:
+Ucc  R
2
 C
2
.
Khi đó Tr lại mở bão hoà và Ur=0
- Tại t=v
1
’,U
ss
lật trạng thái (xung dương), tụ C phóng qua Trnội trở của nguồn
 -C
Tr vẫn mở bão hoà. Khi C
2
phóng hết điện tích nó được nạp lại nhờ xung dương
của U
ss
,tụ C coi như hở mạch Tr vẫn mở.
- Đến t= v
2
U
ss

1
*
*
BAX
U
V

Giản đồ điện áp khi t
bh
> t
xv
và t
bh
< t
xv

Với t
xv
:là thời gian tồn tại xung vào
t
xr
:là thời gian tồn tại xung ra
t
xr
:là thời gian tính từ khi đóng điện áp U
cc
đến khi từ thông BAX đạt bão

tiếp theo.
+ khi t < t
bh

Khi chua có xung U
dk
=0
Khi t=t
1
thì Tr
1
,Tr
2
mở  có U
dk
.
Đến t= t
1
+ t
bh
thì mạch từ của BAX bị bão hoà làm mất xung cảm ứng trên các
cuộn dây làm U
dk
=0
Ta được một chu kì xung điều khiển,chu kì tiếp theo bắt đầu khi có xung vào
tiếp theo.
Ta có sơ đồ tạo xung cho một kênh:

t
1

15
**
BAX
R
2
R
3
WR
C
u
c
-
+
*
*
+
-
u
rc
C
-Udk

Nguyên lý làm việc thể hiện qua các giản đồ điện áp:








+ Đo điện áp phần mạch lực bằng máy hiện sóng.
1.3.3. Phương pháp và cách thức thí nghiệm:
A. Bộ biến đổi cầu 3 pha mắc song song ngược điều khiển phối hợp
1. Giới thiệu:
Module được thiết kế cho hệ thống bài thí nghiệm điện tử công suất với dải công
suất từ 0.75 – 3KW, có khả năng làm việc với tải R hay động cơ điện một chiều kích
từ độc lập.
1.1. Các thiết bị chính:
- Máy biến áp nguồn động lực 3 pha có cách ly
- Bộ biến đổi (BBĐ) xoay chiều - một chiều xây dựng trên mạch chỉnh lưu cầu 3
pha có đảo chiều dùng Tiristor. Thực chất là hai bộ cầu 3 pha mắc song song ngược
thông qua kháng cân bằng, có kháng san phẳng trước khi đưa ra tải.
- Mạch điều khiển: phần phát xung xây dựng trên nguyên lý khống chế phụ thuộc
với góc mở cấp cho hai bộ cầu thoả mãn: α
1
+ α
2
= 180
0
. Phần điều khiển là hệ kín với
phản hồi âm tốc độ, có khâu ngắt dòng, bảo vệ mất pha, ngược thứ tự pha, quá dòng,
mất kích từ động cơ.
- Hệ thống đèn báo trạng thái, đồng hồ giám sát các tín hiệu dòng áp vào ra trên
module.
- Các mạch phụ trợ: cấp nguồn kích từ, nguồn đồng bộ, đóng ngắt …
1. 2. Đặc điểm:
- Có thể quan sát dạng xung trên các khâu trong mạch phát xung mở các Tiristor
động lực, quan sát dạng điện áp ra của bộ biến đổi.
Mẫu ĐT05/BTN



Hình 1: Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha
Mẫu ĐT05/BTN

18
2. 2. Bố trí thiết bị trên Module:

Hình 2: Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha

*Chức năng thiết bị trên module
Tên Chức năng Chú giải
V1 Đồng hồ đo điện áp xoay chiều đầu vào
V2 Đồng hồ đo điện áp một chiều đầu ra
A1 Đồng hồ đo dòng điện xoay chiều đầu vào Đo trực tiếp, dải đo: 0
÷ 10A
A2
Mẫu ĐT05/BTN

19
A3
A4 Đồng hồ đo dòng điện một chiều đầu ra Đo trực tiếp, dải đo:
10A ÷ 0 ÷ 10A
Q1 Aptomat cấp nguồn cho toàn bộ module
A Đèn báo nguồn 3 pha cấp cho module Được lắp ngay sau

TU2
TU3
I1 Biến dòng lấy tín hiệu dòng sơ cấp biến áp động lực,
từ đó suy ra dòng tải để cấp cho mạch điều khiển

TI2
TI3
K1 Khởi động từ đóng ngắt nguồn cho biến áp động lực
K2 Rơ le báo trạng thái sự cố quá dòng
F11 Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cầu chỉnh lưu1 và Được mắc đầu ra máy
biến áp
động lực
F21
F31
F32 Cầu chì bảo vệ ngắn mạch nguồn nuôi mạch khiển
F33 Cầu chì bảo vệ ngắn mạch phần mạch thao tác
Mẫu ĐT05/BTN

20
TR Máy biến áp động lực cấp nguồn cho cầu chỉnh lưu 1
và 2

CRM1 Cầu chỉnh lưu 1 Cầu chỉnh lưu có điều
khiển dùng tiristor
CRM2 Cầu chỉnh lưu 2
LD11 Cuộn kháng cân bằng, hạn chế dòng tức thời khép
mạch giữa hai cầu chỉnh lưu
Cả 4 cuộn đều có
cùng một thông số,
mạch từ kín

Derivation
Switch
Công tắc đóng ngắt khâu vi phân mạch điều chỉnh
Proportion

Biến trở điều chỉnh hệ số tỉ lệ P
Integral Biến trở điều chỉnh hệ số tích phân I
Derivative

Biến trở điều chỉnh hệ số vi phân D
Mẫu ĐT05/BTN

21
 Khảo sát dạng điện áp của các khâu trong mạch điều khiển, điện áp
mạch lực:
1. Điều kiện vận hành
Sau khi bật aptomat Q1 cấp nguồn cho module ta thực hiện kiểm tra các đồng hồ đo và
trạng thái các đèn báo thoả mãn các điều kiện sau thì mới đưa vào làm việc:
- Đèn A, B, C sáng, báo có nguồn ba pha cấp cho module.
- Điện áp dây báo trên V1 nằm trong dải: 350V ÷ 420V.
- Đèn led X1, X2 sáng, báo có nguồn trên mạch điều khiển.
- Đèn led mầu vàng trên mạch cấp nguồn kích từ sáng.
2. Trình tự thao tác chạy
1. Cắm cáp nguồn, cáp ra tải, cáp phản hồi vào module theo đúng sơ đồ nguyên
lý.
2. Bật aptomat cấp nguồn Q1.
3. Kiểm tra điều kiện vận hành.
4. Đặt chế độ điều khiển trên chuyển mạch F/R
5. Giảm lượng chủ đạo về min: trong chế độ LOCAL ta đưa SPEED CONTROL
về hết bên trái.

Điện áp này đồng pha với điện áp đặt lên các Tiristor
mắc vào pha C
TP_2A u
đb1
Điện áp này đồng bộ xung đến T1
TP_2B u
đb3
Điện áp này đồng bộ xung đến T3
TP_2C u
đb5
Điện áp này đồng bộ xung đến T5
TP_3A u
đb4
Điện áp này đồng bộ xung đến T4
TP_3B u
đb6
Điện áp này đồng bộ xung đến T6
TP_3C u
đb2
Điện áp này đồng bộ xung đến T2
TP_4A u
đbA0
Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha A
TP_4B u
đbB0
Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha B
TP_4C u
đbC0
Điện áp kích hoạt khâu phát sóng răng cưa pha C
TP_5A u

TP_7A u
ss2A
Sườn xuống của điện áp thể hiện thời điểm mở T
21
hoặc T
24
a T
24

TP_7B u
ss2B
Sườn xuống của điện áp thể hiện thời điểm mở T
23
hoặc T
26

Mẫu ĐT05/BTN

23
TP_7C u
ss2C
Sườn xuống của điện áp thể hiện thời điểm mở T
25
hoặc T
22

TP_8A u
sx1A
Độ rộng xung thể hiện thời gian tồn tại xung kích mở
Tiristor


TP_12A u
sx14
Xung điều khiển chính của T
14

TP_12B u
sx16
Xung điều khiển chính của T
16

TP_12C u
sx12
Xung điều khiển chính của T
12

TP_14A u
sx21
Xung điều khiển chính của T
21

TP_14B u
sx23
Xung điều khiển chính của T
23

TP_14C u
sx25
Xung điều khiển chính của T
25

- Xung điều khiển T
12
gửi cho T
11

- Xung điều khiển T
13
gửi cho T
12

- Xung điều khiển T
14
gửi cho T
13

- Xung điều khiển T
15
gửi cho T
14

Mẫu ĐT05/BTN

24
TP_11B u
đkT13
- Xung điều khiển T
16
gửi cho T
15



- Xung điều khiển T
24
gửi cho T
23

- Xung điều khiển T
25
gửi cho T
24

- Xung điều khiển T
26
gửi cho T
25

TP_15B u
đkT23

TP_15C u
đkT25

TP_17A u
đkT26

TP_17B u
đkT24

TP_17C u
đkT22

Mạch tạo nguồn
nuôi kích từ
Biến áp đồng bộ
và biến dòng
Phân áp đo lường
điểm đo điện áp tải
Thiết bị đóng cắt
mạch lực
Cầu chỉnh lưu tiristor
Các thiết bị đo lường
Các thiết bị đóng
ngắt mạch thao tác
Mạch điều khiển
Zắc lấy tín hiệu