Lý Thuyết Điện Tử Công Suất

分类号： 学号： D200802 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Tài liệu giúp bản thân hiểu hơn về điện tử công suất. Đi sâu hơn về các mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -***** GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT (Lưu hành nội bộ) Biên soạn: TS Nguyễn Viết Ngư Ths Nguyễn Đình Hùng Hưng yên, tháng năm 2014 Lời giới thiệu LỜI GIỚI THIỆU Nhằm thống nội dung giảng dạy hệ đào tạo, tác giả xây dựng giáo trình đào tạo áp dụng cho chuyên nghành kỹ thuật điện, kỹ thuật điện tử, điện tử thuộc lĩnh vực đào tạo theo định hướng công nghệ ứng dụng Nội dung giáo trình xây dựng sở thừa kế nội dung giảng dạy giảng viên trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên kết hợp với tài liệu tham khảo nước Giáo trình nhà giáo có nhiều năm kinh nghiệm tham gia giảng dạy đóng góp ý kiến Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, định hướng kiến thức theo quan điểm phát triển công nghệ ứng dụng không nghiên cứu sâu kiến thức hàn lâm mà chủ yếu nghiên cứu hệ q trình phân tích mạch cơng suất Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình khơng tránh khỏi khiếm khuyết Hy vọng nhận góp ý bạn đọc Mọi góp ý xin liên hệ tác giả theo địa mail: ngunguyenviet77@gmail.com thphungyen@gmail.com xin chân thành cảm ơn! I MỞ ĐẦU Giáo trình điện tử cơng suất biên soạn dựa theo đề cương trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Nội dung giáo trình biên soạn ngắn gọn, đơn giản giúp người học nhanh chóng tiếp cận mơn học Để tìm hiểu sâu q trình lượng van công suất phép biến đổi chi tiết với dạng tải khác tác giả tham khảo giáo trình khác giáo trình ĐTCS - tác giả Khi biên soạn giáo trình tác giả cố gắng cập nhật thơng tin mang tính chất thời đảm bảo kiến thức cho học viên đáp ứng kiến thức thực tiễn lý thuyết GIỚI THIỆU MỘT SỐ NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Điện tử công suất chuyên ngành kỹ thuật điện - điện tử, nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất Nhằm khống chế nguồn lượng điện với tham số không thay đổi thành nguồn lượng điện với tham số thay đổi để cung cấp cho phụ tải Như biến đổi bán dẫn công suất đối tượng nghiên cứu môn học điện tử công suất Trong biến đổi phần tử bán dẫn công suất sử dụng khóa bán dẫn, cịn gọi van bán dẫn, van bán dẫn mở dẫn dịng nối tải vào nguồn cịn khố khơng cho dịng điện chạy qua van Khác với phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn thực đóng cắt dịng điện mà khơng gây tia lửa điện, khơng bị mài mịn theo thời gian, khơng gây tiếng ồn có khả đóng cắt với tần số lớn Không van bán dẫn cịn đóng cắt dịng điện lớn với điện áp cao phần tử điều khiển chúng lại tạo mạch điện tử công suất nhỏ, nên công suất tiêu thụ nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn biến đổi công suất phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển van biến đổi Quá trình biến đổi lượng sử dụng van công suất thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất khố II điện tử, khơng đáng kể so với công suất điện cần biến đổi Các biến đổi công suất đạt hiệu suất cao mà cịn có khả cung cấp cho phụ tải nguồn lượng với đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng trình điều chỉnh, điều khiển thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp hệ thống tự động Đây đặc tính trội biến đổi bán dẫn cơng suất mà biến đổi có tiếp điểm kiểu điện tử thơng thường khơng thể có Chương 1: Các phần tử bán dẫn công suất Phần tác giả chủ yếu giới thiệu cấu trúc, ký hiệu, nguyên lý, đặc tính, tham số phạm vi áp dụng van công suất Chương 2: Chỉnh lưu Tác giả giới thiệu sơ đồ, nguyên lý, dạng sóng, biểu thức tính tốn mạch chỉnh lưu pha ba pha khơng điều khiển, có điều khiển bán điều khiển Chương 3: Mạch xung áp DC Giới thiệu sơ đồ, nguyên lý, dạng sóng, biểu thức tính tốn mạch xung áp đơn nối tiếp, xung áp song song, xung áp đảo dòng mạch xung áp kép Chương 4: Mạch điều áp xoay chiều Phần giới thiệu sơ đồ, nguyên lý, dạng sóng, biểu thức tính tốn mạch điều áp xoay chiều pha ba pha Chương 5: Biến tần nghịch lưu Phần giới thiệu sơ đồ, ngun lý, dạng sóng, biểu thức tính toán mạch biến tần – nghịch lưu pha ba pha Chương 6: Bảo vệ, tính tốn tổn hao, ghép nối van bán dẫn Giới thiệu sơ đồ bảo vệ ngắn mạch, áp, chống nhiễu tính tốn tổn hao van cơng suất phương pháp ghép nối van công suất Chương 7: Các nguyên tắc điều khiển sơ đồ điều khiển Giới thiệu nguyên tắc điều khiển sơ đồ điều khiển chỉnh lưu, xung áp, nghịch lưu III Chương Các phần tử bán dẫn công suất Chương 1: CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng điện tử công suất 1.1.1 Lịch sử phát triển điện tử công suất Trong thời gian dài ứng dụng kỹ thuật điện tử chủ yếu sử dụng lĩnh vực biến đổi tần số cao dân dụng Sự phát triển truyền động điện thúc đẩy đời điện tử công nghiệp từ năm 1950 Tuy nhiên, ứng dụng chúng bị hạn chế thiếu linh kiện điện tử cơng suất có hiệu suất cao, kích thước nhỏ đặc biệt có độ tin cậy cao Các đèn điện tử chân khơng có khí, đèn thủy ngân không đáp ứng yêu cầu khắt khe điều khiển công nghiệp Sự phát minh tranzitor vào năm 1948 Bardeen, Brattain Schockly phịng thí nghiệm Bell Telephone_Giải thưởng Nobel năm 1956_nó đánh dấu bước phát triển cách mạng kỹ thuật điện tử Đến năm 1960 hoàn thiện kỹ thuật bán dẫn, loạt linh kiện bán dẫn công suất diode, Thyritstor, tranzitor công suất đời Đến năm 1970 kỹ thuật vi mạch tin học ngày phát triển tạo nên thiết bị điện tử cơng suất có điều khiển với tính ngày phong phú làm thay đổi tận gốc ngành kỹ thuật điện Kể từ đây, kỹ thuật điện điện tử hội nhập thúc đẩy phát triển Điện tử công suất với đặc điểm chủ yếu chuyển mạch (đóng – cắt) với dịng điện lớn, điện áp cao thay đổi với tốc độ lớn 1.1.2 Ứng dụng điện tử công suất Cho đến ngày điện tử công suất hầu hết ứng dụng nhiều ngành công nghiệp đại dân dụng Có thể kể nghành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất truyền động điện tự động, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, q trình điện phân cơng nghiệp hóa chất nhiều thiết bị công nghiệp dân Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử dụng ngày sử dụng rộng rãi điều khiển ánh sáng, chuyển đổi điện DC sang AC hay băm xung áp…Những năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn cơng suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện, dẫn đến việc chế tạo biến đổi ngày gọn nhẹ, nhiều tính ưu việt sử dụng ngày dễ dàng Trong thực tế biến đổi chế tạo đa dạng để hiểu phân tích nguyên lý biến đổi, trước hết ta phải tìm hiểu phần tử bán dẫn công suất 1.2 Các phần tử bán dẫn công suất 1.2.1 Chất bán dẫn Về phương diện dẫn điện, chất chia thành hai loại: chất dẫn điện (có điện trở suất nhỏ) chất khơng dẫn điện (có điện trở suất lớn) Chất khơng dẫn điện gọi chất cách điện chất điện mơi Giữa hai loại chất có chất trung gian mà điện trở suất thay đổi phạm vi rộng nhiệt độ thay đổi (theo quy luật hàm mũ) Nói cách khác, chất dẫn điện tốt nhiệt độ cao dẫn điện không dẫn điện nhiệt độ thấp Đó chất bán dẫn (hay chất nửa dẫn điện) Trong bảng tuần hoàn (Mendeleep) nguyên tố bán dẫn chiếm vị trí trung gian (Hình 1.1) kim loại kim Điển hình Ge, Si… Vì phân nhóm IV, lớp ngồi Ge, Si có điện tử (electron) chúng liên kết đồng hoá trị với tạo thành mạng bền vững (hình 1.2a) III IV V VI VII B C 14 16 15 Si 32 34 33 Ge 50 Se As 52 51 Sn S P Sb 53 Sb I Hình 1.1 Các ngun tố bán dẫn Khi có tâm không khiết (nguyên tử lạ, nguyên tử thừa không liên kết Chương Các phần tử bán dẫn công suất bán dẫn, dẫn đến khuyết tật mạng tinh thể, nút chân không, nguyên tử hay ion nút mạng, phá vỡ tinh thể, rạn vỡ…) trường điện tuần hồn tinh thể bị biến đổi chuyển động điện tử bị ảnh hưởng, tính dẫn điện bán dẫn thay đổi Nếu trộn vào Ge đơn chất thuộc phân nhóm III chẳng hạn In, lớp điện tử ngồi In có ba điện tử nên thiếu điện tử để tạo cặp điện tử đồng hoá trị Nguyên tử In lấy diện tử nguyên tử Ge lân cận làm xuất lỗ trống (hole) dương (Hình 1.2b) Ion Ge lỗ trống lại lấy điện tử nguyên tử Ge khác để trung hoà biến nguyên tử Ge sau thành lỗ trống Quá trình tiếp diễn bán dẫn Ge gọi bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn dương (bán dẫn loại P – Positive) Tương tự, trộn vào Ge đơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn As, lớp điện tử ngồi As có điện tử nên sau tạo cặp điện tử đồng hoá trị với nguyên tử Ge xung quanh, As thừa điện tử Điện tử dễ dàng rời khỏi nguyên tử As trở thành điện tử tự Bán dẫn Ge trở thành bán dẫn điện tử hay bán dẫn âm (bán dẫn loại N – Negative) Khi nhiệt độ chất bán dẫn tăng hay bị ánh sáng chiếu vào nhiều chuyển động phần tử mang điện mạnh lên nên chất bán dẫn dẫn điện tốt Ge Ge Ge Ge - Ge Ge As In Ge Ge a, Ge Ge Ge Ge b, Ge c, Hình 1.2 Sự tạo bán dẫn P N Các chất bán dẫn đơn chất B, C, Si, Ge, S, Se…các hợp chất ZnS, CdSb, AlSb…các ôxyt Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2…các sulfua ZnS, CdS… Hiện nay, chất bán dẫn dùng nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật đời sống Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử 1.2.2 Diode công suất 1.2.2.1 Cấu tạo đặc điểm phân loại Diode công suất phần tử bán dẫn có tiếp giáp PN Diện tích bề mặt tiếp giáp chế tạo lớn so với diode thơng thường, đạt tới hàng trục mm2 Mật độ dòng điện cho phép tiếp giáp cỡ 10A/mm2 Do dòng điện định mức số loại diode đạt tới hàng trăm ampe, PK200, chí hàng nghìn ampe BB2-1250 Cấu tạo ký hiệu diode công suất mô tả hình 1.3 A A A P J N K K K Hình 1.3 Cấu trúc, hình dạng ký hiệu diode cơng suất Diode có loại thường dùng mạch chỉnh lưu công suất lớn: a) Diode chỉnh lưu Gecmani (Ge): - Tiếp giáp diode Ge phần lớn chế tạo phương pháp làm nóng chảy IN (indi) với nhiệt độ thích hợp, bán dẫn Ge loại N Miếng bán dẫn Ge hàn với thép Tinh thể Ge đặt vỏ bọc hợp kim cova để bảo vệ liên kết với phận tản nhiệt - Đặc điểm Diode Ge điện áp chịu đựng khoảng 400V, sụt áp Diode nhỏ nên sử dụng chỉnh lưu điện áp thấp Diode Ge thường bị đánh thủng nhiệt độ Nhiệt độ cho phép Diode Ge 750C, nên làm việc nhiệt độ cao dòng điện ngược tăng lên đáng kể dẫn đến chất lượng chỉnh lưu thấp, ta coi nhiệt độ cho phép nhiệt độ tới hạn Diode Ge b) Diode chỉnh lưu Silic(Si) - Diode chỉnh lưu Si chế tạo cách làm nóng chảy nhơm Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử ud  2  2  3 t Hình 7.12 Dạng sóng điện áp tải - Trong sơ đồ tụ điện C tính gần theo công thức C ; (F ) mđm.1.Rt K đm + mđm: số đập mạch +  1: tần số góc lưới điện xoay chiều + Rt: điện trở tải + Kđm: hệ số đập mạch K đm  U1m  (mđm tg )  cos[ mđm (   )  1 ] U d mđm  tg1  mđmtg Theo biểu thức hệ số đập mạch xác định cho mạch chỉnh lưu dùng diode sau: * Kđm = 0,667 mđm = 2; mạch cầu pha * Kđm = 0,25 mđm = 3; mạch tia ba pha * Kđm = 0,057 mđm = 6; mạch cầu ba pha Thông thường Kđmra = 0,02  0,1 Với mạch lọc L; L+C; hình  giá trị L C xác định: * Với mạch lọc dùng cuộn cảm L K sb2  L Rt ; ( H ) mđm 1 Trong đó: K sb  K đm vào K đm * Với mạch lọc L + C L C  K sb  ; ( H F ) mđm 12 Sau xác định LC ta chọn tham số thích hợp suy tham 172 Chương 7: Tính tốn tổn hao, mạch bảo vệ, mạch lọc ghép nối bán dãn số lại 173 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử BÀI TẬP CHƯƠNG CHƯƠNG1 Bài 1.1 So sánh khả hoạt động van công suất Bài 1.2 So sánh Transistor Bipolar với Mosfet Bài 1.3 So sánh SCR với GTO Bài 1.3 Liệt kê tham số Transistor công suất Bài 1.4 Hãy tra cứu, phân tích thơng số kỹ thuật van cơng suất IRF150; NEC 5P4M; BTA41-600B; 6MBI100S-060; 4MBI100T-060 Bài 1.5 Trình bày phương pháp mở khoá thyritor GTO CHƯƠNG2 Bài 2.1 Bộ chỉnh lưu mạch tia pha có điều khiển mắc vào tải có L lớn, R = 0,1, dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều pha có trị hiệu dụng pha U =220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.2 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha điều khiển hồn tồn mắc vào tải có R = 0,5, L lớn, dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều pha có trị hiệu dụng pha U =220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, 174 Bài tập chương dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dòng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số công suất nguồn Bài 2.3 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha có điều khiển mắc vào tải có R = 1 , L >>R, dịng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U =220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 90 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số công suất nguồn Bài 2.4 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha điều khiển mắc vào tải có R = , L lớn, dòng tải liên tục phẳng, có diode đệm mắc song song ngược với tải Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U =220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 90 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn 175 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử Bài 2.5 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha bán điều khiển không đối xứng mắc vào tải có R = 0,2 , L =  Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U =110V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.6 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha bán điều khiển đối xứng mắc vào tải có R = , L lớn, dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U =220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.7 Bộ chỉnh lưu mạch tia pha khơng điều khiển mắc vào tải có R = 7m , E = 12V.Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U = 14V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu.lưu Tính cơng suất trung bình tải 176 Bài tập chương Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.8 Bộ chỉnh lưu mạch cầu pha không điều khiển mắc vào tải có R = 7m, E = 12V.Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng pha U = 14V Mạch trạng xác lập, với góc kích xung 90 độ điện thái Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu.lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.9 Bộ chỉnh lưu mạch tia pha điều khiển mắc vào tải có L lớn, R = 0,1 , dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều pha có trị hiệu dụng pha U = 220V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.10 Bộ chỉnh lưu mạch tia pha điều khiển mắc vào tải có R = 1 , L lớn, dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều pha có trị hiệu dụng pha U = 45V Mạch trạng thái xác lập, với góc kích xung 120 độ điện 177 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van bán dẫn, điện áp rơi van bán dẫn, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số công suất nguồn Bài 2.11 Bộ chỉnh lưu mạch tia pha điều khiển mắc vào tải có R = 10, E = 50V dòng tải liên tục phẳng Nguồn xoay chiều pha có trị hiệu dụng U=220 V Mạch trạng thi xác lập Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu góc điều khiển 60 độ điện Tính cơng suất trung bình tải Tính trị trung bình dịng qua linh kiện Tính trị hiệu dụng dịng qua pha nguồn Tính hệ số cơng suất nguồn Bài 2.12 So sánh hệ số công suất chỉnh lưu cầu pha điều khiển toàn phần chỉnh lưu cầu pha điều khiển bán phần Cho biết áp nguồn xoay chiều, cơng suất tải dịng tải hai trường hợp U = 220V, Pd= 10kW Dòng tải id liên tục phẳng id = Id = 100A Bài 2.13 Một mạch chỉnh lưu hình cầu pha không điều khiển dùng để nạp điện cho Acquy có sức điện động E = 12V; dịng nạp Id = 20A Giá trị hiệu dụng điện áp nguồn cấp vào mạch chỉnh lưu 14V tần số f = 50HZ Tính thời điểm thiết bị chỉnh lưu bắt đầu nạp điện cho Acquy nửa chu kỳ Điện trở mắc vào mạch phải để đảm bảo dòng nạp theo yêu cầu; bỏ qua điện trở cuộn dây máy biến áp Tính gi trị hiệu dụng dòng điện qua tải Tính hiệu suất làm việc thiết bị 178 Bài tập chương Bài 2.14 Mạch chỉnh lưu pha hình tia dùng diode cấp điện cho tải có: E = 24V, R = 5 Giá trị hiệu dụng điện áp pha 25V, tần số nguồn xoay chiều 50HZ Vẽ đường cong dòng điện chảy qua tải qua diode Tính gi trị trung bình dịng điện chảy qua tải qua mối diode Tính giá trị dịng hiệu dụng chảy qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp Bài 2.15 Cho mạch chỉnh lưu hình tia pha hai nửa chu kỳ có điều khiển có tham số: U2 = 100V; f = 50HZ; L = 1mH; góc kích mở  = 2/3 [rad] a> Vẽ sơ đồ nguyên lý b> Viết biểu thức dòng điện tải id c> Xác định góc tắt dịng  d> Vẽ đường cong biểu diễn id e> Tính giá trị dịng trung bình qua tải qua Thyritstor Bài 2.16 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển nuôi từ nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp dây sơ cấp 380V thông qua máy biến áp ba pha đấu /Y Giả thiết điện áp rơi van làm việc 0.7V; dòng điện tải nắn thẳng Id = 60A; điện áp trung bình tải 300V a> Tính gi trị trung bình dịng điện qua diode b> Tính điện áp ngược lớn diode phải chịu c> Tính thơng số dịng điện hiệu dụng sơ cấp thứ cấp I1; I2; tỷ số điện áp m; công suất biểu kiến S máy biến áp CHƯƠNG Bài 3.1 Bộ biến đổi áp xoay chiều pha cấp nguồn cho tải trở R=10 Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng 220V, 50Hz Góc điều khiển  = /2 [rad] a Tính trị hiệu dụng áp tải b Tính cơng suất tiêu thụ tải c Tính hệ số công suất 179 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử d Để đạt cơng suất tải kW, tính độ lớn góc kích e Tính thơng số định mức linh kiện sử dụng Bài 3.2 Công tắc xoay chiều ba pha dạng đầy đủ mắc vào tải theo cấu hình Công suất tải P= 20kW, hệ số công suất 0,707 Tính thơng số định mức áp dịng cho linh kiện Biết áp nguồn có trị hiệu dụng áp dây 440V Bài 3.3 Bộ biến đổi áp xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp tỉ lệ thời gian Cho biết áp nguồn xoay chiều có U = 220V,  = 314 rad/s Thời gian đóng 1s, thời gian ngắt 0,5s Tải trở R = 50  Bài 3.4 Một mạch điều áp xoay chiều pha dùng triac với tải trở Biết điện áp đặt vào mạch u  2.U sin t ; U = 220V; f = 50HZ; R = 31  a> Vẽ sơ đồ nguyên lý đường biểu diễn điện áp tải góc mở  = 600 điện b> Tính giá trị hiệu dụng điện áp tải theo góc mở Bài 3.5 Một mạch điều chỉnh điện áp pha dùng Triac để điều khiển cho tải trở Biết tải có cơng suất 15KW, giá trị hiệu dụng điện áp dây nguồn xoay chiều 415V Hãy xác định: a> Giá trị dòng điện hiệu dụng chảy qua Triac b> Nếu thay triac thành cặp thyritstor đấu song song ngược, tính dịng điện hiệu dụng chảy qua Thyritstor Bài 3.6 Thiết bị điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng Thyritstor cấp nguồn cho tải cảm Cho trị hiệu dụng điện áp nguồn U=220v; f=50Hz, tải L =1mH; α =60o; α = 90o; α =120o a) Vẽ dạng sóng biểu diễn điện áp, dòng điện tải điện áp Thyritstor uT b) Tính trị trung bình trị hiệu dụng dòng điện tải dòng thyritstor Bài 3.7 Cho điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha dùng thyritstor cấp cho lị điện trở có công suất định mức 20kW Cho điện áp dây hiệu dụng nguồn 380 V Hãy xác định: a) Vẽ dạng sóng dịng điện, điện áp pha a tải biết α=30o; α=60o; α=90o; 180 Bài tập chương b) Trị hiệu dụng dòng điện chảy van c) Biểu thức tính cơng suất P tải theo góc α Biết α = 45o tính P Bài 3.8 Thiết bị điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng Thyritstor cấp nguồn cho tải trở cảm R=4Ohm, L=9,55mH; α=90o Cho trị hiệu dụng điện áp nguồn U=110V; f=50Hz a) Vẽ dạng sóng biểu diễn điện áp, dòng điện tải điện áp Thyritstor uT b) Tính trị trung bình trị hiệu dụng dòng điện tải dòng Thyritstor Bài 3.9 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải R với thông số : nguồn ac có trị hiệu dụng áp pha 240V, f=50Hz, điện trở tải R=45 Xác định góc kích để cơng suất tải 800W CHƯƠNG Bài 4.1 Một mạch xung áp đơn chiều nối tiếp hình vẽ Mạch tải gồm điện trở R U + ic L mắc nối tiếp với điện cảm L sức điện Uc E động E Diode hoàn lượng mắc song song ngược với tải Biết U = 750V; L = 5mH; H R + - Dr iD - E = 600V; R = 0.1 , tỷ số chu kỳ  = 0,866, tần số băm xung f = 200HZ a> Tính giá trị trung bình dịng điện tải IC, dòng điện qua diode ID độ nhấp nhơ dịng tải IC b> Do cố nên điện áp nguồn chiều giảm xuống 675V, phải chỉnh ’ để giữ giá trị trung bình đặt tải cũ c> Nếu giữ nguyên khoảng thời gian đóng cắt thiết bị tần số f’ phải để giữ giá trị trung bình đặt tải cũ Bài 4.2 Bộ giảm áp cấp nguồn áp cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Nguồn chiều U = 220V, tần số đóng ngắt f = 500Hz Tải động có Rư = Lư lớn sức điện động E = 1,253 [V; rad/s] Moment động 181 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử định mức, tức Iưdm=11,6 [A] a Tính tỉ số T1/T vận tốc động 1000 vịng/phút b Tính điện áp tải nhỏ chế độ dòng tải liên tục, từ xác định thời gian đóng tối thiểu T1 chế độ dòng liên tục Bài 4.3 Một mạch xung áp đơn chiều nối U + H ic tiếp hình vẽ Mạch tải gồm điện trở R mắc L Uc nối tiếp với điện cảm L sức điện động E Diode hoàn lượng mắc song E + - R Dr iD - song ngược với tải Biết U = 750V; L = 5mH; E = 600V; R = 0.1, tỷ số chu kỳ  = 0,866, tần số băm xung f = 200HZ Tính độ nhấp nhơ dịng tải IC theo cơng thức xác Chương 5,6,7 Bài 5.1 Phân tích ngun lý vẽ dạng sóng điện áp, dịng điện mạch nghịch lưu nguồn áp pha cầu H, mạch nguồn dòng ba pha, mạch nguồn áp ba pha, mạch dải điều chỉnh rộng viết biểu thức dòng điện, điện áp mạch với tải cảm L Bài 5.2 Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha dùng TCA785 Bài 5.3 Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển mạch điều áp xoay chiều pha dùng TCA785 Bài 5.4 Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển xung áp DC dùng KĐTT Bài 5.5 Phân tích phần tử logic (AND, OR, NOR, NOT, NAND, TRIGER) Bài 5.6 Phân tích mạch tạo xung vng, tam giác, xung đồng bộ? Bài 5.7 Trình bày phương pháp tính chọn cánh tản nhiệt cho van bán dẫn 182 Bài tập chương Bài 5.8 Phân tích trình bày phương pháp tính chọn phần tử điều khiển mạch chỉnh lưu kênh điển hình? Bài 5.9 Một thyristor làm việc mạch điện có đặc tính V – A hình vẽ, tính cơng suất tổn thất trung bình qua van trường hợp: a> Có dịng chiều 20A qua van ( 2đ) b> Khi làm việc mạch chỉnh lưu pha I(A) 50 nửa chu kỳ có dịng điện xoay chiều i = 14.sint qua ( 2đ) a U(V) Bài 5.10 Công suất tổn thất thiritstor P  30 W Nhiệt độ giới hạn mặt ghép TJ = 1250C Nhiệt độ môi trường 400C Biết điện trở nhiệt mặt ghép cánh tản nhiệt R jr  0,80 C / W Hãy tính: a> Điện trở nhiệt cánh tản nhiệt môi trường (2.5đ) b> Nhiệt độ vỏ thyritstor (2đ) Bài tập mở rộng Bài 6.1 Thiết kế sơ đồ mạch điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều dùng hệ T-Đ Bài 6.2 Thiết kế sơ đồ mạch điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều dùng hệ X-Đ Bài 6.3 Cho động DC kích từ độc lập 220V,970v/ph,100A, Rư=0,05 Ω Động bị hãm ngược chạy với vận tốc 1000 v/ph -xác định điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng để dòng hãm lần dòng định mức -Xác định moment hãm -Xác định moment động tốc độ động triệt tiêu Bài 6.4 Một biến đổi điện áp xoay chiều ba pha sử dụng để khởi động điều chỉnh vận tốc động không đồng máy bơm ly tâm, đấu theo cấu hình tam giác Thông số động 3pha ,100Hp,460V, cực Hệ số công suất đầy tải 0,85 hiệu suất làm việc 80% Dòng điện qua motor 183 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử có dạng sin Xác định trị hiệu dụng dịng qua SCR Xác định áp cực đại SCR Xác định phạm vi điều khiển góc kích Bài 6.5 Cho giảm áp cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập Nguồn chiều U = 220V Tải có Rư nhỏ khơng đáng kể Lư = 32,5 mH Sức điện động E =1,253 với [rad/s] vận tốc động Tần số đóng ngắt giảm áp f = 500Hz Cho biết dòng tải liên tục mạch xác lập Tính tỉ số = T/T1 vận tốc động n = 1500 v/ph Gọi ittmin itmax trị nhỏ lớn dịng điện qua tải Tính hiệu it = itmax - itmin Để giảm bớt độ nhấp nhô dòng điện it cho it < 1A cần phải thêm cảm kháng phụ Trong trường hợp không sử dụng thêm cảm kháng phụ, cần phải điều chỉnh tần số đóng ngắt để it < 1A Một cách tổng quát, E thay đổi khoảng (0, +U), tìm điều kiện f L để độ nhấp nhơ dịng xác lập thỏa điều kiện it < itmax Bài 6.6 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động khơng đồng ba pha Bài 6.7 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Bài 6.8 Cho động DC kích từ độc lập với tham số: R= () ; I = 5.0A K ktđm = 3.0V.sec ; Uđm = 600V 184 Bài tập chương a Xác định tham số Mđm, Mkđ, Iưđm, Iưkđ nguồn điện cấp định mức b Xác định điện áp nguồn điện cấp để dòng khởi động lần giá trị định mức c Trong trường hợp giảm dòng khởi động điện trở phụ nối tiếp với phần ứng, xác định độ lớn điện trở phụ để đạt giá trị dòng câu b Bài 6.9 Cho động điện chiều kích từ song song với tham số sau: Uđm = 220v; Iđm = 10,5A; nđm = 2000v/p; Rư = 0,5 ohm; Rkt = 400 ohm; MĐ = Mt Tính tốn vận tốc động nguồn điện cung cấp Ud=175V Giả thiết mạch từ tuyến tính moment tải khơng đổi Bài 6.10 Cho động DC kích từ độc lập Ưđm=220V, Iưđm = 200A, nđm = 800v/ph Điện trở Rư = 0,06 Ω Nguồn điện cấp cho phần ứng nguồn thay đổi với điện trở Rd = 0,04 Ω Xác định điện áp nguồn họat động chế độ hãm tái sinh tải có giá trị 80% định mức vận tốc 600v/ph 185 Trường ĐH SPKT Hưng Yên – Khoa Điện - Điện Tử 186 ... thức thực tiễn lý thuyết GIỚI THIỆU MỘT SỐ NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Điện tử cơng suất chuyên ngành kỹ thuật điện - điện tử, nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất Nhằm khống... III Chương Các phần tử bán dẫn công suất Chương 1: CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng điện tử công suất 1.1.1 Lịch sử phát triển điện tử công suất Trong thời gian... chẳng hạn As, lớp điện tử ngồi As có điện tử nên sau tạo cặp điện tử đồng hoá trị với nguyên tử Ge xung quanh, As thừa điện tử Điện tử dễ dàng rời khỏi nguyên tử As trở thành điện tử tự Bán dẫn Ge