Nghiên cứu, xây dựng phương pháp giảng dạy môn điện tử công suất hiệu quả
- 87 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=========================
TRẦN THỊ THU HƯỜNG
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HIỆU QUẢ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN
Hà Nội – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=========================
TRẦN THỊ THU HƯỜNG
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HIỆU QUẢ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN THẾ CÔNG
Hà Nội – Năm 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu
và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác
giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ
luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây.
\
Hà Nội, tháng 09 năm 2014
Học viên
Trần Thị Thu Hƣờng
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Khoa sư phạm kỹ thuật, Viện đào tạo
sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để tác giả hoàn
thành luận văn này.
Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy
Nguyễn Thế Công người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn này.
Xin cảm ơn thầy cô, đồng nghiệp tạo mọi điều kiện, giúp đỡ, cộng tác, động
viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của Hội đồng chấm luận
văn tốt nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Trần Thị Thu Hƣờng
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ...............3
1.1Giới thiệu môn học Điện tử công suất ...............................................................3
1.1.1 Mục đích môn học: ....................................................................................3
1.1.2 Phân bố thời gian. ......................................................................................3
1.1.3 Nội dung chi tiết .......................................................................................4
1.2.Đánh giá chung về nội dung môn học ĐTCS trong dạy nghề ..........................6
1.3 Ứng dụng của điện tử công suất trong thực tiễn sản xuất ................................9
Kết luận chƣơng 1: ..................................................................................................10
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG PHẦN MỀM
TRONG GIẢNG DẠY LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH MÔN ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT ...........................................................................................................11
2.1 Đặc điểm của môn học và những phương pháp giảng dạy đặc trưng.............11
2.1.1 Đặc điểm của môn học ............................................................................11
2.1.2 Các phương pháp giảng dạy đặc trưng ....................................................12
2.1.3 Cơ sở vật chất ..........................................................................................16
2.1.4 Thực trạng về thái độ của sinh viên .........................................................16
2.2 Trang bị phần mềm giảng dạy lý thuyết và mô phỏng module ĐTCS trong
dạy học. .................................................................................................................18
2.2.1 Tổng quan về mô phỏng ..........................................................................18
2.2.2 Phần mềm giảng dạy lý thuyết powerpoint .............................................21
2.2.3 Lựa chọn phần mềm mô phỏng trong dạy học module Điện tử công suất.
..........................................................................................................................22
2.2.3.1 Electronics Workbench ....................................................................22
2.2.3.2 Phần mền Matlap/ Simulink .............................................................23
2.2.3.3 Phần mềm PSPICE ...........................................................................25
2.2.3.4 Phần mềm Tina ................................................................................26
2.2.3.5 Phần mềm PSIM ..............................................................................27
Kết luận chƣơng 2: ..................................................................................................28
CHƢƠNG 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CÁC
BỘ BIẾN ĐỔI TĨNH ..............................................................................................29
3.1 Giới thiệu ........................................................................................................29
3.1.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm: .............................................................29
3.1.2.Các đối tượng của phần mềm: .................................................................30
3.2 Hướng dẫn cơ bản sử dụng phần mềm. ..........................................................30
3.2.1 Giao diện chính của phần mềm: ..............................................................30
3.2.2 Thao tác với linh kiện trong PSIM: .........................................................33
3.2.3 Các đơn vị đo trong PSIM: ......................................................................35
3.2.4 Hàm toán học trong PSIM: ......................................................................35
3.3 Thực hành mô phỏng ĐTCS ...........................................................................36
3.3.1 Mô phỏng mạch ch nh lưu cầu một pha. .................................................36
3.3.2 Mô phỏng mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ.
..........................................................................................................................49
3.3.3 Mô phỏng mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha. .......................58
3.4 Thực nghiệm sư phạm ....................................................................................62
3.4.1 Mục đích và đối tượng thực nghiệm .......................................................62
3.4.1.1 Mục đích ...........................................................................................62
3.4.1.2 Đối tượng .........................................................................................62
3.4.2 Nội dung và tiến trình thực nghiệm .........................................................62
3.4.2.1 Nội dung thực nghiệm ......................................................................62
3.4.2.2 Tiến trình thực nghiệm .....................................................................63
3.4.2.3 Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm ...........................................64
3.5 Kết quả nhận được qua phương pháp chuyên gia ...........................................65
3.5.1 Mục đích ..................................................................................................65
3.5.2 Đối tượng xin ý kiến chuyên gia .............................................................66
3.5.3 Nội dung và phương pháp tiến hành .......................................................66
3.5.4 Đánh giá kết quả ......................................................................................66
3.5.4.1 Định tính ...........................................................................................66
3.5.4.2 Định lượng. ......................................................................................67
Kết luận chƣơng 3: ..................................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ...............................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71
PHỤ LỤC .................................................................................................................72
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
BT Biến tần
CSSX Cơ sở sản xuất
CĐ Cao đẳng
ĐTCS Điện tử công suất
ĐT Đào tạo
GV Giáo viên
HS Học sinh
HT Học tập
NDDH Nội dung dạy học
NL Nghịch lưu
NCKH Nghiên cứu khoa học
PMMP Phần mềm mô phỏng
PPMPDH Phương pháp mô phỏng dạy học
PP Phương pháp
PPDH Phương pháp dạy học
SV Sinh viên
TX Thường xuyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Nội dung kiến thức môn học qua sự trình bày của giáo viên .....................6
Hình 1.2: Tầm quan trọng của môn học Điện tử công suất ........................................7
Hình 1.3: Khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sản xuất .................................8
Hình 2.1: Mức độ sử dụng phương pháp dạy học .....................................................14
Hình 2.2: Mức độ sử dụng phương tiện dạy học ......................................................15
Hình 2.3: Mức độ hứng thú với môn học của sinh viên............................................17
Hình 2.4: Giao diện của phần mềm Microsoft Office PowerPoint 2007 ..................21
Hình 2.5: Giao diện của phần mềm Wordbend 5.12 .................................................23
Hình 2.6: Giao diện của phần mềm Matlap5.3 .........................................................24
Hình 2.7: Giao diện của phần mềm Simulink ...........................................................25
Hình 2.8: Giao diện của phần mềm Pspice ...............................................................26
Hình 2.9: Giao diện của phần mềm Tina 7 ...............................................................26
Hình 2.10: Giao diện của phần mềm PSIM 9.0 ........................................................27
Hình 3.1: Các chương trình PSIM ............................................................................29
Hình 3.2: Cấu trúc các khối chương trình PSIM ......................................................30
Hình 3.3: Giao diện thiết kế của chương trình PSIM ...............................................31
Hình 3.4: Chọn linh kiện điện trở trong thực đơn Element ......................................34
Hình 3.5: Hộp thoại cài đặt linh kiện ........................................................................35
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch ch nh lưu cầu một pha ..........................................37
Hình 3.7: Khởi động phần mềm ................................................................................37
Hình 3.8: Mở cửa sổ soạn thảo .................................................................................37
Hình 3.9: Tạo trang soạn thảo mới ............................................................................38
Hình 3.10: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element ........38
Hình 3.11: Xoay phần tử nguồn ................................................................................39
Hình 3.12: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin ............................39
Hình 3.13: Chọn Diode trong thực đơn Element ......................................................39
Hình 3.14: Đặt vị trí Diode .......................................................................................40
Hình 3.15: Đặt thông số cho Diode ...........................................................................40
Hình 3.16: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt nguồn và diode .........................................40
Hình 3.17: Chọn tải RL trong thực đơn Element ......................................................41
Hình 3.18: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt tải RL ........................................................41
Hình 3.19: Đặt thông số cho tải RL ..........................................................................41
Hình 3.20: Chọn bút vẽ trong thực đơn Edit .............................................................42
Hình 3.21: Sơ đồ soạn thảo sau khi kết nối...............................................................42
Hình 3.22: Chọn nối đất trong thực đơn Elements ...................................................42
Hình 3.23: Sơ đồ mạch sau khi nối đất .....................................................................43
Hình 3.24: Chọn đồng hồ đo điện áp trong thực đơn Elements ................................43
Hình 3.25: Sơ đồ mạch sau khi đặt đồng hồ đo điện áp............................................44
Hình 3.26: Gán thông số cho các đồng hồ đo điện áp ..............................................44
Hình 3.27: Mạch soạn thảo sau khi đặt thông số ......................................................45
Hình 3.28: Chọn chế độ mô phỏng ...........................................................................45
Hình 3.29: Đặt thời gian chạy mô phỏng ..................................................................45
Hình 3.30: Chọn mô phỏng từ thực đơn Simulate ....................................................46
Hình 3.31: Cửa sổ chọn sóng muốn hiển thị .............................................................46
Hình 3.32: Chọn sóng Vn muốn hiển thị ..................................................................46
Hình 3.33: Giản đồ sóng điện áp nguồn Vn ..............................................................47
Hình 3.34: Chọn sóng điện áp Va, Vk, Vtai và I ......................................................47
Hình 3.35: Giản đồ điện áp Va, Vk ...........................................................................48
Hình 3.36: Giản đồ dòng điện và điện áp tải ............................................................48
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½
chu kỳ ........................................................................................................................49
Hình 3.38: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element ........49
Hình 3.39: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin ............................50
Hình 3.40: Chọn tải RL trong thực đơn Element ......................................................50
Hình 3.41: Đặt thông số cho tải RL ..........................................................................50
Hình 3.42: Chọn Thyristor trong thực đơn Element .................................................51
Hình 3.43: Chọn nguồn DC trong thực đơn Element ...............................................51
Hình 3.44: Gán thông số cho nguồn sin, THY, RL và nguồn DC ............................51
Hình 3.45: Mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ sau khi kết
nối ..............................................................................................................................52
Hình 3.46: Chọn cảm biến điện áp trong thực đơn Element .....................................52
Hình 3.47: Chọn bộ so sánh trong thực đơn Element ...............................................52
Hình 3.48: Chọn bộ điều khiển góc mở cho Thyristor trong thực đơn Element ...53
Hình 3.49: Chọn nguồn áp một chiều trong thực đơn Element ................................53
Hình 3.50: Chọn bộ tạo tín hiệu cho phép bộ điều khiển góc mở của thyristor trong
thực đơn Element ......................................................................................................53
Hình 3.51: Đặt thông số cho bộ điều khiển và góc mở VDC ...................................54
Hình 3.52: Lấy tín hiệu nối đất GROUND ...............................................................54
Hình 3.53: Giao diện sau khi kết nối bộ so sánh, cảm biến ......................................54
Hình 3.54: Giao diện sau khi thêm các đồng hồ đo điện áp .....................................55
Hình 3.55: Chọn chế độ mô phỏng ...........................................................................55
Hình 3.56: Đặt thời gian mô phỏng ..........................................................................55
Hình 3.57: Chọn chế độ mô phỏng trong Simulate...................................................56
Hình 3.58: Chọn sóng Vs cần hiển thị ......................................................................56
Hình 3.59: Giản đồ sóng nguồn và điện áp tải ..........................................................57
Hình 3.60: Giản đồ sóng điện áp ra trên tải ..............................................................57
Hình 3.61: Đặt lại thông số cho nguồn 1 chiều .........................................................57
Hình 3.62: Giản đồ sóng điện áp và dòng ra trên tải sau khi thay đổi giá trị nguồn 1
chiều ..........................................................................................................................58
Hình 3.63: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha ..............58
Hình 3.64: Đặt thông số cho nguồn sin, T1, T2 ........................................................59
Hình 3.65: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối ......59
Hình 3.66: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối cảm
biến điện áp, bộ so sánh, bộ điều khiển góc mở ....................................................60
Hình 3.67: Chọn sóng điện áp nguồn và điện áp tải muốn hiển thị ..........................60
Hình 3.68: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải ......................61
Hình 3.69: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải sau khi thay đổi
L ................................................................................................................................61
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng phân bố thời gian nội dung môn học ĐTCS .....................................3
Bảng 1.2: Mức độ khó của môn học ...........................................................................6
Bảng 1.3: Mức độ quan trọng của môn học ................................................................7
Bảng 1.4: Mức độ vận dụng kiến thức ........................................................................8
Bảng 1.5: Mức độ phù hợp của môn học với thực tiễn ...............................................9
Bảng 2.1: Mức độ sử dụng phương pháp dạy học ....................................................13
Bảng 2.2: Mức độ sử dụng phương tiện dạy học ......................................................15
Bảng 2.3: Mức độ hứng thú với môn học của SV.....................................................17
Bảng 2.4: Thái độ tham gia vào việc xây dựng bài giảng với môn học của SV .......17
Bảng 3.1: Biểu đồ kết quả điểm kiểm tra lớp thực nghiệm và đối chứng ................65
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, hàng ngày, hàng giờ đã
làm thay đổi bộ mặt sản xuất, kinh tế tri thức có vai trò ngày càng nổi bật trong quá
trình phát triển lực lượng sản xuất. Học tập, cập nhật những tri thức mới đã trở
thành nhu cầu cần thiết cho mọi người và cho sự phát triển của xã hội. Thực hiện
“học để làm việc”, “học để cống hiến”, “học để hành nghề”, và học để nâng cao
trình độ đáp ứng nhu cầu luôn luôn biến đổi và đòi hỏi khắt khe của thị trường lao
động trong và ngoài nước là đòi hỏi, là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Quá trình đào tạo
theo niêm chế với kế hoạch cứng nhắc đã trở nên lỗi thời và kém hiệu quả. Để thực
hiện được vấn đề này cần phải quan tâm, đổi mới phương pháp sư phạm dạy nghề,
đổi mới nội dung dạy và học phù hợp với yêu cầu thực tế sản xuất, phù hợp với sự
phát triển của khoa học kỹ thuật. Cụ thể là phải chọn lọc những nội dung môn học,
bài học sát thực với mục tiêu đào tạo theo ngành nghề đã chọn, đó là đổi mới nội
dung môn học, đó là luôn cập nhập mới những tri thức của nhân loại vào dạy học.
Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho người học tiếp thu được tri thức phục vụ cho công
việc, không ngừng nâng cao phát triển tư duy mới, năng lực nghề nghiệp mà không
tụt hậu so với sự phát triển của xã hội.
Trong những năm gần đây, nhà nước ta cũng đã nỗ lực thực hiện thay đổi, bổ
sung, ch nh sửa chương trình khung, giáo trình, đề cương môn học. Nghị quyết
Trung Ương 2 khoá VIII đã xác định phát triển giáo dục và đào tạo là quốc sách
hàng đầu[13]. Đại hội đại biểu toàn quốc của Đảng lần thứ IX đã xác đinh rõ nhiệm
vụ của ngành giáo dục là: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học, khắc phục lối
truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp
dụng các phương pháp dạy học tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy
học…”[11, 12].
ti nhận thấy chất lượng đào tạo có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến sự tồn tại và
phát triển của nhà trường. Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo
1
Nguyễn Thế Công, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng phương pháp
dạy môn Điện tử công xuất hiệu quả” làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp
thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành “Sư phạm kỹ thuật” với mong muốn đóng góp một
phần sức lực nhỏ bé của mình vào sự phát triển chung của nhà trường Cao đẳng
công nghiệp Phúc Yên – Vĩnh Phúc.
2. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng cho
môn học Điện tử công suất.
3. Đối tƣợng nghiên cứu: Môn học Điện tử công suất.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về môn học Điện tử công suất.
- Giới thiệu phương pháp sử dụng phần mềm trong giảng dạy lý thuyết và
thực hành môn Điện tử công suất.
- Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng trong thiết kế và mô phỏng
các bộ biến đổi tĩnh.
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu, xây dựng phương pháp giảng dạy môn Điện tử công suất hiệu
quả.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận
Phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu để
xây dựng cơ sở lý luận của đề tài.
7. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận nội dung của luận văn bao gồm 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan về môn học Điện tử công suất
- Chương 2: Giới thiệu phương pháp sử dụng phần mềm trong giảng
dạy lý thuyết và thực hành môn Điện tử công suất.
- Chương 3: Giới thiệu một phần mềm chuyên dụng trong thiết kế và
mô phỏng các bộ biến đổi tĩnh
2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐTCS là môn học lý thuyết chuyên ngành bắt buộc và là môn học quan trọng
của ngành Điện. Môn học này giúp cho SV có khả năng nhận thức thực tế về lĩnh
vực điều khiển, các bộ biến đổi, khả năng thực hành và ứng dụng công nghệ bán
dẫn trong nghề nghiệp sau này.
1.1Giới thiệu môn học Điện tử công suất
Chuyên ngành: Trang bị điện - điện tử
Số tiết học : 60
1.1.1 Mục đích môn học:
Cung cấp các kiến thức về các bộ biến đổi công suất, gồm mạch ch nh lưu, biến đổi
xung áp, nghịch lưu. Giúp sinh viên hiểu nguyên lý, tính chọn các van bán dẫn
trong cả mạch lực và mạch điều khiển của bộ biến đổi công suất.
1.1.2 Phân bố thời gian.
Chương Nội dung LT BT TN ST
1 Các phần tử bán dẫn công suất cơ bản 10 0 0 10
2 Ch nh lưu 12 2 0 14
3 Bộ biến đổi xung áp 8 2 0 10
4 Nghịch lưu độc lập và biến tần 8 0 0 8
5 Điều ch nh và nâng cao chất lượng điện áp của 8 0 0 8
bộ biến đổi
6 Hệ thống điều khiển bộ biến đổi 10 0 0 10
Bảng 1.1 Bảng phân bố thời gian nội dung môn học ĐTCS
3
1.1.3 Nội dung chi tiết
Chƣơng 1: Các phần tử bán dẫn công suất cơ bản
1.1. Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất
1.2. Điốt
1.3. Tiristo
1.4. Triac
1.5. Tiristo khoá học bằng cực điều khiển GTO
1.6. Tranzito công suất BJT
1.7. Tranzito trường MOSFET
1.8. Tranzito có cực điều khiển cách ly IGBT
1.9. Vấn đề làm mát van bán dẫn
1.10 Tính chọn và kiểm tra van bán dẫn
Chƣơng 2: Chỉnh lƣu
2.1. Giới thiệu chung
2.2. Các mạch ch nh lưu cơ bản
2.3. Biến áp nguồn cho mạch ch nh lưu
2.4. Ch nh lưu điều khiển dùng tiristo
2.5. Ch nh lưu với tải một chiều có tính điện cảm Ld
2.6. Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm xoay chiều
2.7. Ch nh lưu với tải có sức điện động Ed
2.8. Sóng hài điện áp ch nh lưu và hệ số đập mạch
2.9. Bộ lọc một chiều
2.10. Ch nh lưu bán điều khiển và ch nh lưu có điôt đệm
2.11. Đấu ghép các mạch ch nh lưu với nhau và ch nh lưu 6 pha có cuộn kháng cân
bằng
2.12. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị ch nh lưu
Chƣơng 3: Bộ biến đổi xung áp
3.1. Cấu trúc và phân loại các bộ biến đổi xung áp một chiều
4
3.2. Bộ biến đổi xung áp một chiều không đảo chiều có điện áp ra thấp hơn điện áp
vào
3.3. Phương pháp tính toán bộ biến đổi xung áp
3.4. Bộ biến đổi xung áp một nhịp làm việc với phụ tải là động cơ
3.5. Bộ biến đổi xung áp hai nhịp với điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào
3.6. Bộ biến đổi xung áp song song có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào
3.7. Bộ biến đổi xung áp một chiều có điện áp ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào
3.8. Bộ biến đổi xung áp một chiều có đảo chiều
3.9. Bộ điều ch nh xung áp xoay chiều một pha
3.10. Bộ điều ch nh xung áp xoay chiều ba pha
3.11. Bộ biến đổi xung áp xoay chiều chuyển mạch cưỡng bức
Chƣơng 4: Nghịch lƣu độc lập và biến tần
4.1. Phân loại nghịch lưu
4.2. Nghịch lưu dòng một pha
4.3. Nghịch lưu dòng ba pha
4.4. Nghịch lưu áp một pha
4.5. Nghịch lưu áp ba pha
4.6. Nghịch lưu cộng hưởng song song
4.7. Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp
4.8. Biến tần
Chƣơng 5: Điều chỉnh và nâng cao chất lƣợng điện áp của bộ biến đổi
5.1. Điều ch nh và ổn định điện áp của nghịch lưu dòng
5.2. Điều ch nh bằng cách cộng điện áp
5.3. Cải thiện chất lượng điện áp của nghịch lưu áp bằng cách tăng số lần chuyển
mạch
5.4. Phương pháp điều chế kinh điển (PWM1)
5.5. Phương pháp điều chế PWM trong nghịch lưu ba pha
5.6. Phương pháp điều chế vectơ chuyển mạch (PWM2)
Chƣơng 6: Hệ thống điều khiển bộ biến đổi
5
6.1. Khái quát và phân loại
6.2. Một số mạch thông dụng trong hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc
6.3. Một số mạch điều khiển ch nh lưu thông dụng
6.4. Mạch điều khiển số
6.5. Cấu trúc của hệ thống điều khiển nghịch lưu
6.6. Các phần tử thường dùng trong mạch nghịch lưu
6.7. Một số mạch điều khiển nghịch lưu đơn giản
1.2.Đánh giá chung về nội dung môn học ĐTCS trong dạy nghề
Trên đây là toàn bộ chương trình môn học ĐTCS được đưa vào giảng dạy, sau
khi tiến hành điều tra ý kiến (*) về nội dung môn học là dễ, khó, trung bình thì
kết quả như bảng sau:
Bảng 1.2: Mức độ khó của môn học
Mức độ Khó Trung bình Dễ
Đối tượng (%) (%) (%)
HS – SV 18 44 38
GV 10 50 40
(* Ghi chú: phiếu điều tra theo mẫu trong phụ lục 2,3,4).
%
50
45
40
35
30
25
20
15 HS - SV GV
10
5
0
Khó Trung bình Dễ
Mức độ
Hình 1.1: Nội dung kiến thức môn học qua sự trình bày của giáo viên
6
Khi được hỏi về tầm quan trọng của môn học, kết quả thu được:
Bảng 1.3: Mức độ quan trọng của môn học
Mức độ Rất quan trọng Quan trọng Bình thường Không quan trọng
Đối tượng (%) (%) (%) (%)
HS – SV 62 22 11 5
GV 70 20 10 0
CSSX 65 15 10 10
%
Mức độ
Hình 1.2: Tầm quan trọng của môn học Điện tử công suất
Tiến hành điều tra về sự vận dụng kiến thức học được của chương trình môn học
Điện tử công suất với thực tiễn xản xuất và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các
kết quả thu được kết quả:
7
Bảng 1.4: Mức độ vận dụng kiến thức
Mức độ Tốt Khá TB Yếu Kém
Đối tượng (%) (%) (%) (%) (%)
HS – SV 0 12 37 38 23
GV 0 10 40 30 20
CSSX 5 15 35 25 20
%
Hình 1.3: Khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sản xuất
Như vậy, khả năng áp dụng kiến thức môn học của SV vào thực tiễn sản xuất
qua đánh giá là rất thấp, không đáp ứng được nhiệm vụ của trường dạy nghề.
8
Tìm hiểu mức độ bám sát, phù hợp của chương trình môn học với thực tiễn sản
xuất qua phiếu điều tra lấy ý kiến, thu được kết quả:
Bảng 1.5: Mức độ phù hợp của môn học với thực tiễn
Mức độ Phù hợp, không Chưa phù hợp, cần bổ Xa rời thực tế, cần xây
cần thay đổi sung nội dung mới dựng lại chương trình
Đối tượng (%) (%) (%)
GV 20 60 20
SV 16 67 17
Theo thống kê trên, thấy được cần phải đổi mới nội dung môn học Điện tử công
suất theo hướng bám sát thực tế, bổ sung thêm các nội dung học phần mới theo
sự phát triển khoa học công nghệ và thực tiễn sản xuất. Điều đó rất cần thiết và
đáp ứng được mục tiêu giảng dạy, nâng cao chất lượng ĐT của nhà trường. Đây
cũng là ý kiến đề xuất của nhiều GV, CSSX đối với môn học.
1.3 Ứng dụng của điện tử công suất trong thực tiễn sản xuất
Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất
đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo
các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng
hơn. Do đó ứng dụng của ĐTCS là rất phong phú, đa dạng.
Trong các ngành công nghiệp: Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi
trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà
trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như
truyền động điện (điều ch nh tốc độ động cơ, mở máy động cơ không đồng bộ…),
giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng
mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị
công nghiệp và dân dụng khác nhau...[4].
Trong hệ thống điện: Điện tử công suất được ứng dụng tiêu biểu trong truyền
tải điện một chiều (ch nh lưu, nghịch lưu…), trong các trạm nối (trạm có nhiệm vụ
liên lạc, nối giữa hai hệ thống điện có tần số khác nhau trong truyền tải điện), trong
xây dựng và đảm bảo nguồn điện một chiều thao tác, bảo vệ tại các trạm biến áp,
9
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=========================
TRẦN THỊ THU HƯỜNG
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HIỆU QUẢ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN
Hà Nội – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=========================
TRẦN THỊ THU HƯỜNG
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HIỆU QUẢ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN THẾ CÔNG
Hà Nội – Năm 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu
và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác
giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ
luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây.
\
Hà Nội, tháng 09 năm 2014
Học viên
Trần Thị Thu Hƣờng
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Khoa sư phạm kỹ thuật, Viện đào tạo
sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để tác giả hoàn
thành luận văn này.
Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy
Nguyễn Thế Công người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn này.
Xin cảm ơn thầy cô, đồng nghiệp tạo mọi điều kiện, giúp đỡ, cộng tác, động
viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của Hội đồng chấm luận
văn tốt nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Trần Thị Thu Hƣờng
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ...............3
1.1Giới thiệu môn học Điện tử công suất ...............................................................3
1.1.1 Mục đích môn học: ....................................................................................3
1.1.2 Phân bố thời gian. ......................................................................................3
1.1.3 Nội dung chi tiết .......................................................................................4
1.2.Đánh giá chung về nội dung môn học ĐTCS trong dạy nghề ..........................6
1.3 Ứng dụng của điện tử công suất trong thực tiễn sản xuất ................................9
Kết luận chƣơng 1: ..................................................................................................10
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG PHẦN MỀM
TRONG GIẢNG DẠY LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH MÔN ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT ...........................................................................................................11
2.1 Đặc điểm của môn học và những phương pháp giảng dạy đặc trưng.............11
2.1.1 Đặc điểm của môn học ............................................................................11
2.1.2 Các phương pháp giảng dạy đặc trưng ....................................................12
2.1.3 Cơ sở vật chất ..........................................................................................16
2.1.4 Thực trạng về thái độ của sinh viên .........................................................16
2.2 Trang bị phần mềm giảng dạy lý thuyết và mô phỏng module ĐTCS trong
dạy học. .................................................................................................................18
2.2.1 Tổng quan về mô phỏng ..........................................................................18
2.2.2 Phần mềm giảng dạy lý thuyết powerpoint .............................................21
2.2.3 Lựa chọn phần mềm mô phỏng trong dạy học module Điện tử công suất.
..........................................................................................................................22
2.2.3.1 Electronics Workbench ....................................................................22
2.2.3.2 Phần mền Matlap/ Simulink .............................................................23
2.2.3.3 Phần mềm PSPICE ...........................................................................25
2.2.3.4 Phần mềm Tina ................................................................................26
2.2.3.5 Phần mềm PSIM ..............................................................................27
Kết luận chƣơng 2: ..................................................................................................28
CHƢƠNG 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CÁC
BỘ BIẾN ĐỔI TĨNH ..............................................................................................29
3.1 Giới thiệu ........................................................................................................29
3.1.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm: .............................................................29
3.1.2.Các đối tượng của phần mềm: .................................................................30
3.2 Hướng dẫn cơ bản sử dụng phần mềm. ..........................................................30
3.2.1 Giao diện chính của phần mềm: ..............................................................30
3.2.2 Thao tác với linh kiện trong PSIM: .........................................................33
3.2.3 Các đơn vị đo trong PSIM: ......................................................................35
3.2.4 Hàm toán học trong PSIM: ......................................................................35
3.3 Thực hành mô phỏng ĐTCS ...........................................................................36
3.3.1 Mô phỏng mạch ch nh lưu cầu một pha. .................................................36
3.3.2 Mô phỏng mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ.
..........................................................................................................................49
3.3.3 Mô phỏng mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha. .......................58
3.4 Thực nghiệm sư phạm ....................................................................................62
3.4.1 Mục đích và đối tượng thực nghiệm .......................................................62
3.4.1.1 Mục đích ...........................................................................................62
3.4.1.2 Đối tượng .........................................................................................62
3.4.2 Nội dung và tiến trình thực nghiệm .........................................................62
3.4.2.1 Nội dung thực nghiệm ......................................................................62
3.4.2.2 Tiến trình thực nghiệm .....................................................................63
3.4.2.3 Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm ...........................................64
3.5 Kết quả nhận được qua phương pháp chuyên gia ...........................................65
3.5.1 Mục đích ..................................................................................................65
3.5.2 Đối tượng xin ý kiến chuyên gia .............................................................66
3.5.3 Nội dung và phương pháp tiến hành .......................................................66
3.5.4 Đánh giá kết quả ......................................................................................66
3.5.4.1 Định tính ...........................................................................................66
3.5.4.2 Định lượng. ......................................................................................67
Kết luận chƣơng 3: ..................................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ...............................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71
PHỤ LỤC .................................................................................................................72
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
BT Biến tần
CSSX Cơ sở sản xuất
CĐ Cao đẳng
ĐTCS Điện tử công suất
ĐT Đào tạo
GV Giáo viên
HS Học sinh
HT Học tập
NDDH Nội dung dạy học
NL Nghịch lưu
NCKH Nghiên cứu khoa học
PMMP Phần mềm mô phỏng
PPMPDH Phương pháp mô phỏng dạy học
PP Phương pháp
PPDH Phương pháp dạy học
SV Sinh viên
TX Thường xuyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Nội dung kiến thức môn học qua sự trình bày của giáo viên .....................6
Hình 1.2: Tầm quan trọng của môn học Điện tử công suất ........................................7
Hình 1.3: Khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sản xuất .................................8
Hình 2.1: Mức độ sử dụng phương pháp dạy học .....................................................14
Hình 2.2: Mức độ sử dụng phương tiện dạy học ......................................................15
Hình 2.3: Mức độ hứng thú với môn học của sinh viên............................................17
Hình 2.4: Giao diện của phần mềm Microsoft Office PowerPoint 2007 ..................21
Hình 2.5: Giao diện của phần mềm Wordbend 5.12 .................................................23
Hình 2.6: Giao diện của phần mềm Matlap5.3 .........................................................24
Hình 2.7: Giao diện của phần mềm Simulink ...........................................................25
Hình 2.8: Giao diện của phần mềm Pspice ...............................................................26
Hình 2.9: Giao diện của phần mềm Tina 7 ...............................................................26
Hình 2.10: Giao diện của phần mềm PSIM 9.0 ........................................................27
Hình 3.1: Các chương trình PSIM ............................................................................29
Hình 3.2: Cấu trúc các khối chương trình PSIM ......................................................30
Hình 3.3: Giao diện thiết kế của chương trình PSIM ...............................................31
Hình 3.4: Chọn linh kiện điện trở trong thực đơn Element ......................................34
Hình 3.5: Hộp thoại cài đặt linh kiện ........................................................................35
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch ch nh lưu cầu một pha ..........................................37
Hình 3.7: Khởi động phần mềm ................................................................................37
Hình 3.8: Mở cửa sổ soạn thảo .................................................................................37
Hình 3.9: Tạo trang soạn thảo mới ............................................................................38
Hình 3.10: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element ........38
Hình 3.11: Xoay phần tử nguồn ................................................................................39
Hình 3.12: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin ............................39
Hình 3.13: Chọn Diode trong thực đơn Element ......................................................39
Hình 3.14: Đặt vị trí Diode .......................................................................................40
Hình 3.15: Đặt thông số cho Diode ...........................................................................40
Hình 3.16: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt nguồn và diode .........................................40
Hình 3.17: Chọn tải RL trong thực đơn Element ......................................................41
Hình 3.18: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt tải RL ........................................................41
Hình 3.19: Đặt thông số cho tải RL ..........................................................................41
Hình 3.20: Chọn bút vẽ trong thực đơn Edit .............................................................42
Hình 3.21: Sơ đồ soạn thảo sau khi kết nối...............................................................42
Hình 3.22: Chọn nối đất trong thực đơn Elements ...................................................42
Hình 3.23: Sơ đồ mạch sau khi nối đất .....................................................................43
Hình 3.24: Chọn đồng hồ đo điện áp trong thực đơn Elements ................................43
Hình 3.25: Sơ đồ mạch sau khi đặt đồng hồ đo điện áp............................................44
Hình 3.26: Gán thông số cho các đồng hồ đo điện áp ..............................................44
Hình 3.27: Mạch soạn thảo sau khi đặt thông số ......................................................45
Hình 3.28: Chọn chế độ mô phỏng ...........................................................................45
Hình 3.29: Đặt thời gian chạy mô phỏng ..................................................................45
Hình 3.30: Chọn mô phỏng từ thực đơn Simulate ....................................................46
Hình 3.31: Cửa sổ chọn sóng muốn hiển thị .............................................................46
Hình 3.32: Chọn sóng Vn muốn hiển thị ..................................................................46
Hình 3.33: Giản đồ sóng điện áp nguồn Vn ..............................................................47
Hình 3.34: Chọn sóng điện áp Va, Vk, Vtai và I ......................................................47
Hình 3.35: Giản đồ điện áp Va, Vk ...........................................................................48
Hình 3.36: Giản đồ dòng điện và điện áp tải ............................................................48
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½
chu kỳ ........................................................................................................................49
Hình 3.38: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element ........49
Hình 3.39: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin ............................50
Hình 3.40: Chọn tải RL trong thực đơn Element ......................................................50
Hình 3.41: Đặt thông số cho tải RL ..........................................................................50
Hình 3.42: Chọn Thyristor trong thực đơn Element .................................................51
Hình 3.43: Chọn nguồn DC trong thực đơn Element ...............................................51
Hình 3.44: Gán thông số cho nguồn sin, THY, RL và nguồn DC ............................51
Hình 3.45: Mạch ch nh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ sau khi kết
nối ..............................................................................................................................52
Hình 3.46: Chọn cảm biến điện áp trong thực đơn Element .....................................52
Hình 3.47: Chọn bộ so sánh trong thực đơn Element ...............................................52
Hình 3.48: Chọn bộ điều khiển góc mở cho Thyristor trong thực đơn Element ...53
Hình 3.49: Chọn nguồn áp một chiều trong thực đơn Element ................................53
Hình 3.50: Chọn bộ tạo tín hiệu cho phép bộ điều khiển góc mở của thyristor trong
thực đơn Element ......................................................................................................53
Hình 3.51: Đặt thông số cho bộ điều khiển và góc mở VDC ...................................54
Hình 3.52: Lấy tín hiệu nối đất GROUND ...............................................................54
Hình 3.53: Giao diện sau khi kết nối bộ so sánh, cảm biến ......................................54
Hình 3.54: Giao diện sau khi thêm các đồng hồ đo điện áp .....................................55
Hình 3.55: Chọn chế độ mô phỏng ...........................................................................55
Hình 3.56: Đặt thời gian mô phỏng ..........................................................................55
Hình 3.57: Chọn chế độ mô phỏng trong Simulate...................................................56
Hình 3.58: Chọn sóng Vs cần hiển thị ......................................................................56
Hình 3.59: Giản đồ sóng nguồn và điện áp tải ..........................................................57
Hình 3.60: Giản đồ sóng điện áp ra trên tải ..............................................................57
Hình 3.61: Đặt lại thông số cho nguồn 1 chiều .........................................................57
Hình 3.62: Giản đồ sóng điện áp và dòng ra trên tải sau khi thay đổi giá trị nguồn 1
chiều ..........................................................................................................................58
Hình 3.63: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha ..............58
Hình 3.64: Đặt thông số cho nguồn sin, T1, T2 ........................................................59
Hình 3.65: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối ......59
Hình 3.66: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối cảm
biến điện áp, bộ so sánh, bộ điều khiển góc mở ....................................................60
Hình 3.67: Chọn sóng điện áp nguồn và điện áp tải muốn hiển thị ..........................60
Hình 3.68: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải ......................61
Hình 3.69: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải sau khi thay đổi
L ................................................................................................................................61
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng phân bố thời gian nội dung môn học ĐTCS .....................................3
Bảng 1.2: Mức độ khó của môn học ...........................................................................6
Bảng 1.3: Mức độ quan trọng của môn học ................................................................7
Bảng 1.4: Mức độ vận dụng kiến thức ........................................................................8
Bảng 1.5: Mức độ phù hợp của môn học với thực tiễn ...............................................9
Bảng 2.1: Mức độ sử dụng phương pháp dạy học ....................................................13
Bảng 2.2: Mức độ sử dụng phương tiện dạy học ......................................................15
Bảng 2.3: Mức độ hứng thú với môn học của SV.....................................................17
Bảng 2.4: Thái độ tham gia vào việc xây dựng bài giảng với môn học của SV .......17
Bảng 3.1: Biểu đồ kết quả điểm kiểm tra lớp thực nghiệm và đối chứng ................65
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, hàng ngày, hàng giờ đã
làm thay đổi bộ mặt sản xuất, kinh tế tri thức có vai trò ngày càng nổi bật trong quá
trình phát triển lực lượng sản xuất. Học tập, cập nhật những tri thức mới đã trở
thành nhu cầu cần thiết cho mọi người và cho sự phát triển của xã hội. Thực hiện
“học để làm việc”, “học để cống hiến”, “học để hành nghề”, và học để nâng cao
trình độ đáp ứng nhu cầu luôn luôn biến đổi và đòi hỏi khắt khe của thị trường lao
động trong và ngoài nước là đòi hỏi, là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Quá trình đào tạo
theo niêm chế với kế hoạch cứng nhắc đã trở nên lỗi thời và kém hiệu quả. Để thực
hiện được vấn đề này cần phải quan tâm, đổi mới phương pháp sư phạm dạy nghề,
đổi mới nội dung dạy và học phù hợp với yêu cầu thực tế sản xuất, phù hợp với sự
phát triển của khoa học kỹ thuật. Cụ thể là phải chọn lọc những nội dung môn học,
bài học sát thực với mục tiêu đào tạo theo ngành nghề đã chọn, đó là đổi mới nội
dung môn học, đó là luôn cập nhập mới những tri thức của nhân loại vào dạy học.
Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho người học tiếp thu được tri thức phục vụ cho công
việc, không ngừng nâng cao phát triển tư duy mới, năng lực nghề nghiệp mà không
tụt hậu so với sự phát triển của xã hội.
Trong những năm gần đây, nhà nước ta cũng đã nỗ lực thực hiện thay đổi, bổ
sung, ch nh sửa chương trình khung, giáo trình, đề cương môn học. Nghị quyết
Trung Ương 2 khoá VIII đã xác định phát triển giáo dục và đào tạo là quốc sách
hàng đầu[13]. Đại hội đại biểu toàn quốc của Đảng lần thứ IX đã xác đinh rõ nhiệm
vụ của ngành giáo dục là: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học, khắc phục lối
truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp
dụng các phương pháp dạy học tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy
học…”[11, 12].
ti nhận thấy chất lượng đào tạo có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến sự tồn tại và
phát triển của nhà trường. Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo
1
Nguyễn Thế Công, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng phương pháp
dạy môn Điện tử công xuất hiệu quả” làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp
thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành “Sư phạm kỹ thuật” với mong muốn đóng góp một
phần sức lực nhỏ bé của mình vào sự phát triển chung của nhà trường Cao đẳng
công nghiệp Phúc Yên – Vĩnh Phúc.
2. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng cho
môn học Điện tử công suất.
3. Đối tƣợng nghiên cứu: Môn học Điện tử công suất.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về môn học Điện tử công suất.
- Giới thiệu phương pháp sử dụng phần mềm trong giảng dạy lý thuyết và
thực hành môn Điện tử công suất.
- Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng trong thiết kế và mô phỏng
các bộ biến đổi tĩnh.
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu, xây dựng phương pháp giảng dạy môn Điện tử công suất hiệu
quả.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận
Phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu để
xây dựng cơ sở lý luận của đề tài.
7. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận nội dung của luận văn bao gồm 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan về môn học Điện tử công suất
- Chương 2: Giới thiệu phương pháp sử dụng phần mềm trong giảng
dạy lý thuyết và thực hành môn Điện tử công suất.
- Chương 3: Giới thiệu một phần mềm chuyên dụng trong thiết kế và
mô phỏng các bộ biến đổi tĩnh
2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐTCS là môn học lý thuyết chuyên ngành bắt buộc và là môn học quan trọng
của ngành Điện. Môn học này giúp cho SV có khả năng nhận thức thực tế về lĩnh
vực điều khiển, các bộ biến đổi, khả năng thực hành và ứng dụng công nghệ bán
dẫn trong nghề nghiệp sau này.
1.1Giới thiệu môn học Điện tử công suất
Chuyên ngành: Trang bị điện - điện tử
Số tiết học : 60
1.1.1 Mục đích môn học:
Cung cấp các kiến thức về các bộ biến đổi công suất, gồm mạch ch nh lưu, biến đổi
xung áp, nghịch lưu. Giúp sinh viên hiểu nguyên lý, tính chọn các van bán dẫn
trong cả mạch lực và mạch điều khiển của bộ biến đổi công suất.
1.1.2 Phân bố thời gian.
Chương Nội dung LT BT TN ST
1 Các phần tử bán dẫn công suất cơ bản 10 0 0 10
2 Ch nh lưu 12 2 0 14
3 Bộ biến đổi xung áp 8 2 0 10
4 Nghịch lưu độc lập và biến tần 8 0 0 8
5 Điều ch nh và nâng cao chất lượng điện áp của 8 0 0 8
bộ biến đổi
6 Hệ thống điều khiển bộ biến đổi 10 0 0 10
Bảng 1.1 Bảng phân bố thời gian nội dung môn học ĐTCS
3
1.1.3 Nội dung chi tiết
Chƣơng 1: Các phần tử bán dẫn công suất cơ bản
1.1. Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất
1.2. Điốt
1.3. Tiristo
1.4. Triac
1.5. Tiristo khoá học bằng cực điều khiển GTO
1.6. Tranzito công suất BJT
1.7. Tranzito trường MOSFET
1.8. Tranzito có cực điều khiển cách ly IGBT
1.9. Vấn đề làm mát van bán dẫn
1.10 Tính chọn và kiểm tra van bán dẫn
Chƣơng 2: Chỉnh lƣu
2.1. Giới thiệu chung
2.2. Các mạch ch nh lưu cơ bản
2.3. Biến áp nguồn cho mạch ch nh lưu
2.4. Ch nh lưu điều khiển dùng tiristo
2.5. Ch nh lưu với tải một chiều có tính điện cảm Ld
2.6. Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm xoay chiều
2.7. Ch nh lưu với tải có sức điện động Ed
2.8. Sóng hài điện áp ch nh lưu và hệ số đập mạch
2.9. Bộ lọc một chiều
2.10. Ch nh lưu bán điều khiển và ch nh lưu có điôt đệm
2.11. Đấu ghép các mạch ch nh lưu với nhau và ch nh lưu 6 pha có cuộn kháng cân
bằng
2.12. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị ch nh lưu
Chƣơng 3: Bộ biến đổi xung áp
3.1. Cấu trúc và phân loại các bộ biến đổi xung áp một chiều
4
3.2. Bộ biến đổi xung áp một chiều không đảo chiều có điện áp ra thấp hơn điện áp
vào
3.3. Phương pháp tính toán bộ biến đổi xung áp
3.4. Bộ biến đổi xung áp một nhịp làm việc với phụ tải là động cơ
3.5. Bộ biến đổi xung áp hai nhịp với điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào
3.6. Bộ biến đổi xung áp song song có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào
3.7. Bộ biến đổi xung áp một chiều có điện áp ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào
3.8. Bộ biến đổi xung áp một chiều có đảo chiều
3.9. Bộ điều ch nh xung áp xoay chiều một pha
3.10. Bộ điều ch nh xung áp xoay chiều ba pha
3.11. Bộ biến đổi xung áp xoay chiều chuyển mạch cưỡng bức
Chƣơng 4: Nghịch lƣu độc lập và biến tần
4.1. Phân loại nghịch lưu
4.2. Nghịch lưu dòng một pha
4.3. Nghịch lưu dòng ba pha
4.4. Nghịch lưu áp một pha
4.5. Nghịch lưu áp ba pha
4.6. Nghịch lưu cộng hưởng song song
4.7. Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp
4.8. Biến tần
Chƣơng 5: Điều chỉnh và nâng cao chất lƣợng điện áp của bộ biến đổi
5.1. Điều ch nh và ổn định điện áp của nghịch lưu dòng
5.2. Điều ch nh bằng cách cộng điện áp
5.3. Cải thiện chất lượng điện áp của nghịch lưu áp bằng cách tăng số lần chuyển
mạch
5.4. Phương pháp điều chế kinh điển (PWM1)
5.5. Phương pháp điều chế PWM trong nghịch lưu ba pha
5.6. Phương pháp điều chế vectơ chuyển mạch (PWM2)
Chƣơng 6: Hệ thống điều khiển bộ biến đổi
5
6.1. Khái quát và phân loại
6.2. Một số mạch thông dụng trong hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc
6.3. Một số mạch điều khiển ch nh lưu thông dụng
6.4. Mạch điều khiển số
6.5. Cấu trúc của hệ thống điều khiển nghịch lưu
6.6. Các phần tử thường dùng trong mạch nghịch lưu
6.7. Một số mạch điều khiển nghịch lưu đơn giản
1.2.Đánh giá chung về nội dung môn học ĐTCS trong dạy nghề
Trên đây là toàn bộ chương trình môn học ĐTCS được đưa vào giảng dạy, sau
khi tiến hành điều tra ý kiến (*) về nội dung môn học là dễ, khó, trung bình thì
kết quả như bảng sau:
Bảng 1.2: Mức độ khó của môn học
Mức độ Khó Trung bình Dễ
Đối tượng (%) (%) (%)
HS – SV 18 44 38
GV 10 50 40
(* Ghi chú: phiếu điều tra theo mẫu trong phụ lục 2,3,4).
%
50
45
40
35
30
25
20
15 HS - SV GV
10
5
0
Khó Trung bình Dễ
Mức độ
Hình 1.1: Nội dung kiến thức môn học qua sự trình bày của giáo viên
6
Khi được hỏi về tầm quan trọng của môn học, kết quả thu được:
Bảng 1.3: Mức độ quan trọng của môn học
Mức độ Rất quan trọng Quan trọng Bình thường Không quan trọng
Đối tượng (%) (%) (%) (%)
HS – SV 62 22 11 5
GV 70 20 10 0
CSSX 65 15 10 10
%
Mức độ
Hình 1.2: Tầm quan trọng của môn học Điện tử công suất
Tiến hành điều tra về sự vận dụng kiến thức học được của chương trình môn học
Điện tử công suất với thực tiễn xản xuất và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các
kết quả thu được kết quả:
7
Bảng 1.4: Mức độ vận dụng kiến thức
Mức độ Tốt Khá TB Yếu Kém
Đối tượng (%) (%) (%) (%) (%)
HS – SV 0 12 37 38 23
GV 0 10 40 30 20
CSSX 5 15 35 25 20
%
Hình 1.3: Khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sản xuất
Như vậy, khả năng áp dụng kiến thức môn học của SV vào thực tiễn sản xuất
qua đánh giá là rất thấp, không đáp ứng được nhiệm vụ của trường dạy nghề.
8
Tìm hiểu mức độ bám sát, phù hợp của chương trình môn học với thực tiễn sản
xuất qua phiếu điều tra lấy ý kiến, thu được kết quả:
Bảng 1.5: Mức độ phù hợp của môn học với thực tiễn
Mức độ Phù hợp, không Chưa phù hợp, cần bổ Xa rời thực tế, cần xây
cần thay đổi sung nội dung mới dựng lại chương trình
Đối tượng (%) (%) (%)
GV 20 60 20
SV 16 67 17
Theo thống kê trên, thấy được cần phải đổi mới nội dung môn học Điện tử công
suất theo hướng bám sát thực tế, bổ sung thêm các nội dung học phần mới theo
sự phát triển khoa học công nghệ và thực tiễn sản xuất. Điều đó rất cần thiết và
đáp ứng được mục tiêu giảng dạy, nâng cao chất lượng ĐT của nhà trường. Đây
cũng là ý kiến đề xuất của nhiều GV, CSSX đối với môn học.
1.3 Ứng dụng của điện tử công suất trong thực tiễn sản xuất
Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất
đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo
các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng
hơn. Do đó ứng dụng của ĐTCS là rất phong phú, đa dạng.
Trong các ngành công nghiệp: Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi
trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà
trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như
truyền động điện (điều ch nh tốc độ động cơ, mở máy động cơ không đồng bộ…),
giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng
mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị
công nghiệp và dân dụng khác nhau...[4].
Trong hệ thống điện: Điện tử công suất được ứng dụng tiêu biểu trong truyền
tải điện một chiều (ch nh lưu, nghịch lưu…), trong các trạm nối (trạm có nhiệm vụ
liên lạc, nối giữa hai hệ thống điện có tần số khác nhau trong truyền tải điện), trong
xây dựng và đảm bảo nguồn điện một chiều thao tác, bảo vệ tại các trạm biến áp,
9