BÀI GIẢI bài tập CHƯƠNG 1 điện tử công suất

BÀI GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 1: a Công suất tức thời tải R: p(t )  v (t ).i (t )  v (t ) 1702.sin (100 t )  R 10 Dạng sóng v(t), i(t) p(t) vẽ hình i(t) v(t) (a) p(t) PAV Hình b Cơng suất tức thời lớn xảy sin(100 t )  , tương ứng với: Pmax  1702 10  2890W c Cơng suất trung bình tải tính theo định nghĩa trị trung bình là: P  PAV  2 2  1702 p(t ).d (t )   1445W , đó: t  100 t 2.10 Cơng suất trung bình cơng suất thực P, đường thẳng màu đỏ PAV hình SV kiểm chứng lại công thức học: P  Vrms (trong Vrms ?) R (b) Bài 2: Sinh viên tự vẽ dạng sóng v(t), i(t) để xác định chu kỳ (từ 0 100ms) công suất tức thời p  v.i có biểu thức sau: p(t )  0,  t  50ms p(t )  20W , 50ms  t  70ms 70ms  t  100ms p(t )  0, Từ suy cơng suất trung bình P là: P  T T 70 0 p(t )dt  100 50 20dt  4W Năng lượng tiêu thụ tải chu kỳ: W = P.T = 4W x 0.1s = 0.4W.s = 0.4 J (Hoặc: W  t2 0.07 t1 0.05  p(t )dt   20dt  20  (0.07  0.05)  0.4 J ) Bài 3: Sinh viên tự vẽ dạng sóng suy cơng suất tức thời p  v.i có biểu thức sau: p (t )  0,  t  50ms p (t )  48W , 50ms  t  100ms Từ suy cơng suất trung bình P là: P  T T 0 p(t )dt  100 100  48dt  24W 50 Bài 4: Với i (t )  20sin(100 t) [A], a Công suất thực (hoặc cơng suất trung bình) R: T 1 P   Ri dt  2 T 2  20sin( t) d (t )  1000W , với t  100 t Có thể so sánh kết với cơng thức thường áp dụng cho sóng sin: PR  RI b Công suất tức thời L: pL (t )  vL i  L di i  ( L)202.2.sin(2t ) với t  100 t dt 2 rms I m2 202 R 5  1000W 2 Từ suy cơng suất trung bình L: PL  2 2  p (t )dt  (Sinh viên tự tính tích phân để tìm kết quả) L Ý nghĩa vật lý: L (hoặc C) không tiêu thụ công suất thực c Công suất trung bình dịng i(t) cho gây nguồn E zero (sinh viên tự chứng minh) Bài 5: Dịng điện cho xem tổng nguồn dòng: nguồn dòng chiều Idc, nguồn dòng xoay chiều hình sin iac1: i (t )   20sin(100 t )  I dc  iac1 (t ) Mạch tương đương hình 2a, áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch này, ta mạch tương đương với nguồn dịng hình 2b (Sinh viên tự kiểm chứng) (a) (b) Hình Từ suy công suất R: PR  RI  RI dc ac1,rms   20    3      612 W      Công suất nguồn sức điện động E: PE  E I dc  12.2  24 W (công suất nguồn E >  nguồn E nhận công suất) Lưu ý là: thành phần dịng xoay chiều khơng tạo công suất thực E (SV tự chứng minh cách tính cơng suất tức thời dịng xoay chiều gây nên nguồn E, từ tính cơng suất trung bình E = zero) Cơng suất thực (cơng suất trung bình) L = zero Bài 6: Tương tự 5, dòng điện cho xem tổng nguồn dịng: nguồn dịng chiều Idc, nguồn dịng xoay chiều hình sin iac1 iac2: i (t )  1.5  cos(100 t )  1.1cos(200 t   3)  I dc  iac1 (t )  iac (t ) Mạch tương đương hình 3a, áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch này, ta mạch tương đương với nguồn dịng hình 3b (Sinh viên tự kiểm chứng) (a) (b) Hình Từ đây, SV tự tính ra: PR  PR ,dc  PR ,ac1  PR ,ac  225W  57.7W  5.56W  288.3W ; PC  Bài 7: Tương tự 6, nguồn điện áp cho xem tổng nguồn áp: nguồn áp chiều Vdc, nguồn áp xoay chiều hình sin vac1 vac2: v (t )  2.5  10cos(100 t )  cos(200 t   3)  Vdc  vac1 (t )  vac (t ) Idc Iac1 R vAC1 E (a) Iac2 L L R R vAC2 (b) Hình Mạch tương đương hình 4a, áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch này, ta mạch tương đương với nguồn áp hình 4b (Sinh viên tự kiểm chứng) Dịng tạo nguồn nguồn điện áp nói tính sau: I dc  Vdc  E 2.5  12    2.375 A R I ac1,rms  Vac1,rms  R  (1L) I ac 2,rms  Vac 2,rms R  (2 L)  10 /  42  (100 0.01) 3 2/   (200 0.01) 2  1.39 A  0.4 A Từ suy ra: PR  PR ,dc  PR ,ac1  PR ,ac  R  I dc2  I ac2 1, rms  I ac2 2, rms   30.94W PE  E I dc  28.5W PL  Công suất nguồn E < E phía tải  nguồn E phát cơng suất Cơng suất nguồn v(t): Pu  PR  PE  30.94  ( 28.5)  2.44W (Công suất nguồn v(t) >  nguồn v(t) phát công suất) Bài 8: Sinh viên tự vẽ dạng sóng v(t) i(t), sau áp dụng định nghĩa trị trung bình trị hiệu dụng để tính ra: VAV  3.5V Vrms  4.18V I AV  A I rms  2.82 A Bài 9: Sinh viên xem lại (phần lý thuyết) cơng thức tính trị hiệu dụng biết thành phần chiều xoay chiều dòng (áp), từ tính được:    3    1.1 /   1.5 /  Vrms  2.52  10 / I rms  1.52  / 2 2/ 2   8.07V  2.45 A Sinh viên kiểm tra lại phần lý thuyết để thấy công suất thực tạo kết hợp thành phần áp dịng có tần số, từ suy công suất thực tải với dạng sóng áp dịng giả thiết là:  10   1.1  1.5  P   2.5 1.5  cos(0o )  cos(0o )    16.08 W 2   Bài 10: Cách giải giống 9, lưu ý khai triển công thức tính v(t) i(t) đề đến n  , ta có: 20 20 20 20 cos( t )  cos(2 t )  cos(3 t )  cos(4 t )  20  20cos( t )  10 cos(2 t )  6.67 cos(3 t )  5cos(4 t ) [V] v (t )  20  5 5 cos( t )  cos(2 t )  cos(3 t )  cos(4 t ) 2   5cos( t )  1.25cos(2 t )  0.56cos(3 t )  0.31cos(4 t ) [A] i (t )   Từ công thức trên, với lưu ý công suất thực tạo kết hợp thành phần áp dịng có tần số, sinh viên tự tính kiểm chứng cơng suất tải là: P  158.9W Bài 11: Lưu ý nguồn v(t) khai triển theo n có dạng: v (t )  20  20 20 sin(1  100 t )  sin(2  100 t )  [V] Cách giải giống trên, sinh viên tự vẽ mạch tương đương Từ suy dòng điện chiều thành phần Vdc = 20V gây là: I dc  Vdc  E 20  36    0.8 A R 20 Nếu tính đến n=3, dịng hài (SV tự tìm cơng thức tính dịng hài này): I ac1,rms  0.18 A ; I ac 2,rms  0.044 A ; I ac 3,rms  0.02 A Suy cơng suất trung bình (hoặc cơng suất thực) R là: PR  PR ,dc  PR ,ac1  PR ,ac  PR ,ac  R  I dc2  I ac2 1, rms  I ac2 2, rms  I ac2 3, rms   13.46W Công suất nguồn sức điện động E: PE  E I dc  28.8W (PE < E phía tải  E phát cơng suất) Cơng suất thực L = zero Từ đó, tính công suất nguồn v(t): PS  PR  PE  13.46  ( 28.8)   15.3W (PS  nguồn E nhận công suất) Lưu... )dt  10 0 10 0  48dt  24W 50 Bài 4: Với i (t )  20sin (10 0 t) [A], a Công suất thực (hoặc công suất trung bình) R: T 1 P   Ri dt  2 T 2  20sin( t) d (t )  10 00W , với t  10 0 t