Tải bản đầy đủ

BÁO cáo THÍ NGHIỆM CHUYÊN môn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
PHÂN HIỆU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN
Giáoviên:Lê Mạnh Tuấn

Họ và tên:
Mssv

:

Lớp

: Tự Động Hóa K56


MỤC LỤC

Phần I : Điện tử công suất
Bài 1.Mạch kích Thyristor và Triac

Bài 2.Chỉnh lưu công suất 1 pha
Bài 3.Chỉnh lưu công suất 3 pha
Bài 4.Biến đổi điện áp xoay chiều
Bài 5.Biến tần kiểu điều rộng xung
Phần II : Đo lường cảm biến
Bài 1.Đo nhiệt độ
Bài 2.Đo độ dịch chuyển
Bài 3.
Bài 4.Cảm biến ( điện dung ,điện cảm)
Phần III : Hệ thống nhúng (PIC)
Bài 1.Phối ghép các ngoại vi cơ bản
Bài 2.Lập trình truyền thông
Bài 3.Lập trình thời gian lấy mẫu xử lý nhiễu ADC
Bài 4.Lập trình hệ thống thời gian thực nhúng led ở RTOS


PHẦN I: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BÀI 1: MẠCH KÍCH THYRISTOR VÀ TRIAC
I: Phần lý thuyết
1. Thyristor(SCR)
Thyristor (tên ghép từ Thyratron và Transistor) được cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn p-np-n (hình 1a), có
các điện cực ra Anod (A), Catod (K) và điện cực điều khiển (G).

d
Hình 1 Cấu trúc và hình dáng thyristor
Ký hiệu quy ước cho hình 1b và hình dáng bên ngoài hình 1c
Khi nối Anode với cực “+” và Cathode với cực “-” của nguồn một chiều, J1 và J3 được phân cực
thuận và J2 phân cực ngược. Kết quả là gần như toàn bộ điện thế nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2.
Nếu tác động vào cực G một điện thế dương so với K (tín hiệu xung kích) thì Thysistor nhận năng
lượng đủ lớn của điện trường tổng cộng. Các điện trường này sẽ ion hóa các nguyên tử bán dẫn,
tạo ra các điện tử mới (thứ cấp). Các điện tử thứ cấp nhận năng lượng và gây ion hóa tiếp theo.
Kết quả là một thác lũ điện tử được tạo ra trong lớp tiếp xúc J2 và chảy vào N1, sau đó qua P1 để
tới cực A tạo thành dòng qua Thyristor. Thyristor làm việc trong chế độ này là chế độ mở, có điện
trở thuận nhỏ và dòng dẫn I lớn. Để đưa Thyristor về trạng thái cấm (khóa), cần tiến hành theo 2
cách sau:
- Giảm dòng I xuống giá trị duy trì dẫn.
- Đảo chiều thế phân áp U hoặc tạo thế phân cực ngược cho Thyristor.
Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor đang dẫn (A nối “-“ , K nối “+”), hai lớp tiếp xúc J1 Và
J3 bị phân cực ngược ,J2 phân cực thuận. Các điện tử đang hiện diện trong Thyristor sẽ đảo chiều



hành trình , tạo dòng điện ngược từ K về A và về cực “-“ của nguồn .Tại thời điểm chuyển từ mở
sang cấm ,
Một số đặc điểm cần lưu ý khi sử dụng Thyristor:
Mỗi loại Thyristor chế tạo có các đặc trưng khác nhau, cần lựa chọn loại thích hợp với yêu
cầu sử dụng:
- Dòng điện định mức In: (tùy loại)  A  1000A.
- Dòng điện rò  mA.
- Điện áp ngược cực đại Uin.max : ( Tùy loại) vài trăm Volt  vài kV.
- Dòng điện điều khiển IG.
- Tốc độ tăng dòng điện dI/dt: A/s.
- Tốc độ tăng điện áp dV/dt: V/s.
- Thời gian khóa: vài chục s.
- Thời gian mở: vài s.
- Quá trình chuyển từ mở sang cấm không xảy ra tức thời. Nếu khi Thyristor chưa cấm hẳn
mà đã xác lập thế U để UA-K dương, sẽ làm đoản mạch nguồn và hỏng Thyristor.
2. Triac (Triode Alternative Current):
Triac là dụng cụ tương đương với 2 Thyristor song song ngược chiều nhau có chung
một cực điều khiển. Do làm việc với cả nguồn phân cực dương và âm, khái niệm Anode và
Cathode của Triac không phù hợp. Được quy ước sử dụng ký hiệu T2 (hoặc B2) và T1
(hoặc B1) cho các cực lối ra và cực điều khiển G ở gần T1.

Hình 2. Cấu trúc (a) và Ký hiệu (b) của Triac
Cấu trúc bán dẫn của Triac có thể mô tả bằng 2 cấu trúc 4 lớp tiếp xúc bán dẫn Ta và Tb.
Trong trường hợp nối T2 với nguồn “+” và T1 với nguồn ”-“, G với “+”, nửa Ta của Triac
làm việc như một Thyristor thông thường. Nếu phân cực nguồn ngược lại, điện tử từ N3 sẽ
phóng vào P2, gây ra quá trình thác lũ do va chạm làm dẫn Tb.
Khác với Thyristor, Triac có thể làm việc với điện thế điều khiển âm và không đổi trạng thái
khi đảo cực nguồn thế nuôi.


Hình 2.1 Đặc trưng V-A của Triac
3.Sơ đồ điều khiển (kích) Thyristor và Triac:
Thyristor và Triac có thể được kích bằng nguồn một chiều. Thời gian kích để chuyển
trạng thái Thyristor và Triac không lớn. Sau khi được kích dẫn, tín hiệu điều khiển mất tác
dụng. Chính vì vậy có thể điều khiển các linh kiện này bằng xung có biên độ và thời gian
kéo dài tương ứng với từng loại sử dụng.

Hình 3
Kiểu sơ đồ điều khiển đồng bộ pha thyristor & triac
4. Tiến trình thí nghiệm: Điều khiển đồng bộ SCR & TRIAC
a. Thiết bị sử dụng: chứa các phần tử chức năng:
- Bảng nguồn PE-500PS ,chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, Aptomat chính 3
pha cấp nguồn (~24VAC) cho thí nghiệm, cầu chì, đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn
~24VAC/10A 3 pha, nguồn DC 12V/1.5A.
- Module nguồn kích DC và máy phát :PEC-501A.
- Module liên kết quang và biến thế: PEC-501B.
- Module tạo khung điều khiển đồng bộ:PEC-502.
- Module linh kiện CS chứa Diode, Transistor, SCR, Triac, MOSFET: PE-511
- Module tải:PEL-521
- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo.


- Phụ tùng: Dây có chốt cắm hai đầu.
- Lưu ý ký hiệu thống nhất cho các khối để dễ xác định khi lắp ráp:
- PE: Power Electronics-ký hiệu cho khối công suất, ví dụ PE-511,PE-512, …
- PEC: Power Electronics Controller-ký hiệu cho các khối điện tử điều khiển, ví dụ PE501A,B,PEC-502,PEC-503,… - PEL: Power Electronics Load-ký hiệu cho khối tải.

Hình 4 Sơ đồ mạch nguồn 3 pha (24VAC) và mạch nguồn DC( 12V)

Hình 5: Mô hình bộ nguồn công suất

BÀI 2: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 1 PHA


I.

PHẦN LÝ THUYẾT:

Bộ chỉnh lưu công suất thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Bộ chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi để cung cấp nguồn một chiều công suất lớn cho các
thiết bị công nghiệp như động cơ điện một chiều công suất tới MW, mạch kích từ máy phát
điện, nguồn điện một chiều cho các máy hàn, mạ điện, nạp điện, nguồn cho các bộ biến tần
và hàng loạt các ứng dụng khác.

Hình 6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu diode
1. Chỉnh lưu điều khiển bán phần:
Cân Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 7
Các Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn các diode D1 và D2 tạo thành nhóm
Cathode.

Hình7 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần
Do tác dụng của diode D1 và D2, điện áp tạo ra trên tải không âm. Do vậy, bộ chỉnh lưu cầu
điều khiển bán phần không được sử dụng khi tải đòi hỏi hoạt động trong chế độ nghịch lưu có
hoàn trả năng lượng về nguồn xoay chiều.
a) Trường hợp tải thuần trở R:


Hình 8: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải R
Trong đó:
- UAC , IAC là điện áp và đong điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu.
- UDC và IDC là điện áp trên tải và dòng chỉnh lưu qua tải.
- USCR1, ISCR1 là điện áp và dòng điện trên Thyristor SCR1.


- UD1, ID1 là điện áp và dòng điện trên D

iode D1.
Hình 9: Sự phụ thuộc giữa điện áp chỉnh lưu điều khiển bán phần với giá trị góc điều khiển
b) Trường hợp tải là thuần trở mắc nối tiếp với tải cảm RL:
Dạng tín hiệu trên mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần được trình bày trên hình 2.5, trong
đó:
- UAC, IAC là điện áp và dòng điện xoay chiều cấp cho sơ đồ cầu. - UDC, IDC là điện áp
và dòng điện trên tải RL. Điện áp trên tải có dạng không âm, gián đoạn và giống như trường
hợp tải là thuần trở R.


Hình 10: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL
2. Chỉnh lưu điều khiển toàn phần:
Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần dạng đối xứng được trình bày trên hình 11 Các
Thyristor SCR1 và SCR2 tạo thành nhóm Anode, còn Thyristor SCR3 và SCR4 tạo thành
nhóm Cathode.

Hình 11 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần
a) Trường hợp tải là thuần trở R:


Hình 12 Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải R
b) Trường hợp tải là trở thuần mắc nối tiếp với tải cảm RL:
Phụ thuộc vào tham số góc điều khiển, giá trị R, L và giá trị hiệu dụng của điện áp
nguồn dòng qua tải có thể có giá trị liên tục hoặc gián đoạn.
 Trường hợp dòng qua tải liên tục (quan sát khi góc mở  = 0):


Hình 13: Giản đồ tín hiệu chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải RL dòng tải liên tục
 Trường hợp dòng qua tải gián đoạn :


Hình 14: Giản đồ tín hiệu mạch chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải RL – dòng tải
gián đoạn.
II.TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM
1.Thiết bị sử dụng:
- - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấp
nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn ~24VAC/10A
3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A.
- Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502.
- Module Diode công suất: PE-512.
- Module Thyristor công suất: PE-513 (2 khối).
- Module tải: PEL-521
- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo.


-Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu.
2. Các bài thực hành:
a. Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển bán phần với diode và Thyristor, tải trở R.
* Nối sơ đồ thí nghiệm như hình15.
- Kiểm tra việc cấp nguồn 12V và đất cho module điện tử PEC-502.
- Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điều khiển PEC-502.
- Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC502.
- Nối các lối ra OUT1/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng.
- Nối các diode D1, D2 (PE-512), SCR1 và SCR2 (PE-513) thành sơ đồ cầu. Cấp nguồn 24VAC
theo thứ tự X-Y tương ứng với nguồn đã cấp cho lối vào PEC-502.
- Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu.

Hình 15 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải trở R


*Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R. Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng
bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển . Quan sát sự thay đổi vị trí tín hiệu ra theo giá trị P3
tương ứng với vị trí 24V lối vào. Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDC
vào báo cáo.
- Chuyển đầu dao động ký để quan sát:
- Dạng sóng trên R01(thuần trở) là dạng dòng IAC (UAC=IAC.R01) và vẽ dạng sóng vào báo
cáo.
- Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo.
- Dạng sóng trên R02 là dòng I SCR1(UR02 =ISCR1.R02), vẽ vào báo cáo.
*Đo đặc tuyến điều khiển:
- Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu UDC.
- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều
khiển và giá trị VOM tương ứng. Ghi kết quả đo bảng số liệu trong báo cáo.
b) Sơ đồ chỉnh lưu cầu bán phần với Diode và Thyristor, tải RL:
- Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 16. Thay tải trở R bằng tải R+L/PEL-522 và thực hiện các bước
như với tải R.


Hình 16: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển bán phần với tải RL
-So sánh giải thích sự khác nhau về dạng tín hiệu trên tải cho hai trường hợp tải R và tải RL.
c) Sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển toàn phần với Thyristor, tải trở R.
-Nối sơ đồ thí nghiệm như hình 17.
- Kiểm tra việc cấp nguồn 12 và đất cho module điện tử PEC-502.
- Cấp nguồn 24VAC cho lối vào X-Y của sơ đồ điểu khiển PEC-502.
-Nối chốt Vrefo với Vrefi để đưa thế điều khiển góc cắt cho các bộ so sánh của PEC502.
- Nối các lối ra OUT1/A-B và OUT2/A-B với cực G và K của SCR1 và SCR2 tương ứng.
- Nối trở đo R01, R02 và tải trở R/PEL-522 cho lối ra mạch cầu.

Hình 17: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển toàn phần với tải R
* Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R. Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng đồng
bộ – tương ứng, thay đổi góc điều khiển . Quan sát sự thay đổi vị trí tín hiệu ra theo giá trị P3


tương ứng với vị trí thế 24V lối vào. Xác định vị trí với  = /2, vẽ lại dạng sóng chỉnh lưu UDC
vào báo cáo.
* Chuyển đầu đo dao động ký để quan sát:
- Dạng sóng trên R01 là dạng dòng IAC, vẽ dạng sóng vào báo cáo.
- Dạng sóng trên SCR1 là dạng thế USCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo.
- Dạng sóng trên R02 là dòng ISCR1, vẽ dạng sóng vào báo cáo.
* Đo đặc tuyến điều khiển:
- Mắc đồng hồ đo VOM, thang đo 200V để đo thế chỉnh lưu UDC.
- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu trên tải R, chỉnh biến trở P3 để ghi nhận góc điều
khiển và giá trị VOM tương ứng. Ghi kết quả đo vào bảng kết quả trong báo cáo.


BÀI 3: THÍ NGHIỆM BỘ CHỈNH LƯU CẦU CÔNG SUẤT 3 PHA
I. PHẦN LÝ THUYẾT
Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha (hình 18) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Sơ đồ gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm : nhóm dương ( SCR1, SCR3, SCR5) và nhóm âm
( SCR2, SCR4, SCR6 ). Sơ đồ điều khiển đồng bộ 3 pha cho phép mở từng cặp Thyristor tương
ứng để tạo thế chỉnh lưu Udc trên tải Z. Gian đồ thời gian của mạch trên hình 2

V là giá trị thế hiệu dụng nguồn cấp.
Góc mở tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
Trên giản đồ thời gian các tín hiệu kích SCR tương ứng được tô đậm. Các tín hiệu kích kèm là
các xung vuông để trắng.
Giả sử thời điểm khảo sát ban đầu, SCR5 và SCR 6 đang dẫn.
Khi
cho xung điều khiển mở SCR1. Thyristor SCR1 được mở vì Va>0. SCR1 mở
đưa thế Va ra chốt F, làm cấm SCR5. Tại thời điểm này SCR6 và SCR1 cho dòng chảy qua điện
áp Udc = Va - Vb.


Khi
cho xung điều khiển mở SCR2. Thyristor SCR2 được mở SCR6 đang mở, đưa
Vb ra anod SCR2. SCR2 mở đưa thế Vc ra chốt G, làm cấm SCR6. Tại thời điểm này SCR2 và
SCR1 cho dòng chảy qua điện áp Udc = Va - Vc.
Tương tự, SCR3 được kích dẫn làm cấm SCR1, rồi SCR4 được kích dẫn làm cấm SCR2.Trong
bảng 1 trình bày thời điểm kích dẫn SCR và tương ứng làm khóa SCR liên quan.

Gía trị trung bình của điện áp ra trên tải Udc = VF - VG là giá trị trung bình giữa hai đương bao


Cũng có thể tính U dc = Ud1 - Ud2. Với Ud1 và Ud2 là giá trị trung bình của điện thế do nhóm SCR
dương và âm tạo nên
II. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1. Thiết bị sử dụng:
- Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, aptomat chính 3 pha cấp
nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24VAC), đèn báo nguồn, các lối ra cho các nguồn ~24VAC/10A
3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A.
- Module tạo khung điều khiển đồng bộ: PEC-502. ( 3 khối )
- Module Thyristor công suất: PE-513 (3 khối).
- Module tải: PEL-521
- Dao động ký 2 tia, Đồng hồ đo.
-Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu.


Bài 4. Biến đổi điện áp xoay chiều
I. PHẦN LÝ THUYẾT
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để điều khiển giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều. Việc
điều khiển diễn ra liên tục và cho đáp ứng nhanh . Hiện tượng chuyển mạch giữa các linh kiện
không xảy ra vì dòng điện qua tải có dạng xoay chiều. Do đó dòng giảm về 0 trước khi đổi chiều.
Bộ biến đổi điện á xoay chiều thường gặp ở dạng 1 pha và 3 pha.
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để điều khiển bếp điện, lò điện , điều khiển ánh sáng,
truyền động cầu trục, máy quạt , máy bơm , các dụng cụ điện. Điều khiển nguồn cấp cho các bể
mạ, thiết bị hàn..
BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều một pha trình bày trên hình. Các Thyristor SCR1-SCR2 ( hinh
4.1a) tạo thành công xoay chiều được vận hành theo phương pháp điều khiển pha. Cặp công tắc
này có thể thay bằng một Triac ( hình 4.1b).
SCR1

TRIAC

SCR2

UAC

Z

UAC

Hình 4.1 : Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều
1. Trường hợp tải R

Z


Hình 4.2: Gian đồ tín hiệu bộ biến đổi điện áp xoay chiều tải trở R

2.Trường hợp tải RL:
Qúa trình điện áp và dòng qua sơ đồ được biểu diễn trên hình 4.

Hình 4.3: Gian đồ tín hiệu bộ biến đổi điện áp xoay chiều tải trở RL


1. Thit b s dng:
- Bng ngun PE-500PS, cha Aptomat 1 pha cho cỏc in 220 VAC, aptomat chớnh 3 pha cp
ngun cho thớ nghim, cu chỡ (~24VAC), ốn bỏo ngun, cỏc li ra cho cỏc ngun ~24VAC/10A
3 pha, ngun 1 chiu +12V/1.5A v 12V/1.5A.
- Module to xung iu khin ng b: PEC-502.
- Module Thyristor cụng sut: PE-514
- Module ti: PEL-521 , PEL-522
- Dao ng ký 2 tia, ng h o.
-Ph tựng: dõy cú cht cm hai u.
II. CC BI THC TP:
1.S bin i th AC mt pha s dng Triac vi ti R
a. Ni s thớ nghim nh hỡnh 4.6
- Kim tra vic cp ngun 12VAC v GND cho module iu khin.
- Cõp ngun 24VAC cho li vo s iu khin PEC-502.Chỳ ý chiu ni X-Y tng ng vi chiu
ni trờn ti..
-Ni cht Vrefo vi Vrefo a th iu khin gúc ct Vrefo vo cỏc b so sỏnh ca PEC-502.
- Ni cỏc li ra OUT1/A-B vi cỏc cc G v T1 ca Triac 1(PE-514).
- Ni ti tr R/PEC-522 vi Triac 1 v ngn AC theo hỡnh 4.6
-

-

Hỡnh 4.6: S bin i in th AC vi ti tr
Hỡnh 4.6: Sụ ủo bieỏn ủoồi ủieọn theỏ AC vụựi


b. Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu tại lỗi vào và trên tải R.
Vặn biến trở P3 để thay đổi góc điều khiển. Quan sát sự thay đổi tín hiệu ra trên tải trở theo giá trị
P3/Vref. Xác lập P3 tương ứng với
. Vẽ dạng tín hiệu Uz và Iz và báo cáo.
c. Vặn biến trở P3 để thay đổi . Unwgs với mỗi góc điều khiển, ghi giá trị Uz và Iz.R vào bảng
số liệu trong báo cáo.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×