BÀI TẬP CHƯƠNG 4: BỘ NGHỊCH LƯU BỘ NGHỊCH LƯU PHA Bài 1: Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho nghịch lưu Với Vo1, rms = 220V, biên độ hài bậc là: Vo1,m Vo1,rms 220V 311V Ngoài ra, với nghịch lưu pha điều khiển kiểu sóng vng, biên độ hài bậc tính cơng thức: Vo1,m 4Vd Từ suy giá trị cần thiết Vd là: Vd Vo1,m 311V 244V Tính điện áp dòng ngõ nghịch lưu tương ứng với hài (bậc 1) sóng hài đáng kể gần với hài bậc Từ đó, tính cơng suất điện trở R tương ứng với hài (a) (b) Hình Mạch tương đương điện áp vo dòng io ngõ nghịch lưu với tải R+L hình 1(a), vo1 vo(n) hài bậc hài bậc n điện áp vo Vì tải R+L tuyến tính nên áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch hình 1(a) Do đó, dịng io xem tổng dòng thành phần mạch 1(b) Từ đây, suy trị hiệu dụng dịng điện tính công thức: I o ( n ),rms Vo ( n ),rms Zn Vo ( n ),rms R (2 nf1L) , n 1 Trong đó: Vo ( n ),rms trị hiệu dụng điện áp hài bậc n f1 tần số hài bậc (Hz) Trị hiệu dụng sóng hài điện áp tính theo cơng thức (SV xem lại phần lý thuyết): Vo ( n ),rms 2Vd n ( n 1,3,5, ) Vo ( n ),rms Vo (1),rms n ( n 1,3,5, ) Cơng suất dịng hài tạo tải: Pn RI o2( n ),rms Do tính bảng sau: Bậc n Vo(n),rms (V) 220 73.3 44 31.4 24.4 Z n (Ω) 12.7 25.6 40.5 55.9 71.4 Io(n),rms (A) 17.3 2.86 1.08 0.56 0.34 Pn (W) 2993 81.8 11.7 3.14 1.16 Tính hệ số méo dạng (THD) dịng ngõ nghịch lưu Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h ,rms 2.862 1.082 0.562 0.34 3.11 A Có thể thấy mạch tải có điện cảm đủ lớn, đóng góp sóng hài dịng có bậc cao vào dịng hài tổng khơng đáng kể Vì vậy, trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao trường hợp cần kể tới vài sóng hài gần với hài bậc Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 3.11 0.18 18% I o1,rms 17.3 Xét trường hợp Vo1, rms 110V tần số f1 = 25Hz Tính tốn tương tự câu 1, ta có biên độ hài bậc là: Vo1,m Vo1,rms 110V 155.6V Từ suy giá trị cần thiết Vd là: Vd Vo1,m 155.6V 122V Tần số xung điều khiển transsitor là: 25Hz Tính tốn tương tự câu 2, lưu ý: Vo ( n ),rms Vo (1),rms n ( n 1,3,5, ) , ta bảng sau: Bậc n Vo(n),rms (V) 110 36.7 22 15.7 12.2 Z n (Ω) 10.7 15.5 22 29.3 36.7 Io(n),rms (A) 10.3 2.37 0.54 0.33 Pn (W) 1060.9 56.2 10 2.92 1.09 Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h ,rms 2.372 12 0.54 0.332 2.65 A Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 2.65 0.26 26% I o1,rms 10.3 Sinh viên tự giải thích THD% dịng điện trường hợp lớn giá trị tương tự câu Bài 2: Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho nghịch lưu Với nghịch lưu pha điều khiển kiểu PWM, biên độ hài bậc tính cơng thức: Vo1,m maVd Từ suy điện áp nguồn cần cung cấp cho nghịch lưu là: Vd Vo1,m ma 311V 311V Lưu ý nghịch lưu (BNL) điều khiển kiểu PWM cần cung cấp điện áp Vd cao so với BNL điều khiển kiểu sóng vuông Tuy nhiên biên độ điện áp ngõ BNL kiểu PWM điều khiển dễ dàng từ mạch điều khiển cách thay đổi tỉ số điều chế ma giữ Vd không đổi, để thay đổi điện áp ngõ ra, BNL kiểu sóng vuông cần thay đổi điện áp cung cấp Vd Tính điện áp dịng ngõ nghịch lưu tương ứng với hài (bậc 1) sóng hài đáng kể gần với hài bậc Từ đó, tính cơng suất điện trở R tương ứng với hài Mạch tương đương điện áp vo dòng io ngõ nghịch lưu với tải R+L trường hợp giống hình 1, cách tính tốn dòng hài thành phần giống 1, nhiên bậc biên độ sóng hài tương ứng cần tra bảng phần lý thuyết (SV xem lại file giảng, bảng 4.2) Với nghịch lưu điều khiển kiểu PWM với điện áp đóng ngắt lưỡng cực, sóng hài đáng kể quanh bậc mf, bao gồm: n m f 21 ; Vo (21),rms 0.601 Vd 0.601 311 132V 2 n m f 19 ; Vo (19),rms 0.318 Vd 0.318 311 70V 2 n m f 23 ; Vo (23),rms 0.318 Vd 0.318 311 70V 2 Từ tính bảng sau: Bậc n 19 21 23 Vo(n),rms (V) 220 70 132 70 Z n (Ω) 12.7 149.5 165.2 180.8 Io(n),rms (A) 17.3 0.47 0.8 0.39 Pn (W) 2993 2.2 6.4 1.52 Sinh viên tự tính thêm vài dịng hài quanh bậc cao (như 2mf 3mf), để thấy dịng khơng đáng kể so với dịng hài quanh bậc mf vừa tính Sinh viên so sánh công suất sinh R hài bậc hài bậc cao với kết rút kết luận ? Cơng suất sóng hài bậc >1 mf tăng lên (nghĩa đóng cắt với tần số cao hơn)? Tính hệ số méo dạng (THD) dòng ngõ nghịch lưu Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h ,rms 0.47 0.82 0.39 A Có thể thấy trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao trường hợp nhỏ đáng kể so với kết Giá trị dòng hài tăng mf cao ? Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 0.058 5.8% I o1,rms 17.3 Bài 3: Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho nghịch lưu Với nghịch lưu kiểu PWM, để Vo1, rms = 220V ma = 1, điện áp nguồn cung cấp Vd = 311V (xem 2) Cách tính dịng hài tương tự 2, nhiên bậc biên độ sóng hài tương ứng cần tra bảng phần lý thuyết (SV xem lại file giảng) Với nghịch lưu điều khiển kiểu PWM với điện áp đóng ngắt kiểu đơn cực, sóng hài quanh 2mf, 4mf , v.v…Do đó, với kiện đề bài, sóng hài đáng kể bao gồm: n 2m f n 43, 45 ; Vo (43),rms Vo (45),rms 0.181 Vd 0.181 311 39.8V 2 n 2m f n 41, 47 ; Vo (41),rms Vo (47),rms 0.212 Vd 0.212 311 46.6V 2 Từ tính bảng sau: Bậc n 41 43 45 47 Vo(n),rms (V) 46.6 46.6 39.8 39.8 46.6 Z n (Ω) 12.7 322 337.7 353.4 369.1 Io(n),rms (A) 17.3 0.14 0.12 0.11 0.13 Pn (W) 2993 0.2 0.14 0.12 0.17 Sinh viên tự tính thêm vài dịng hài quanh bậc cao (như 4mf chẳng hạn), để thấy dịng khơng đáng kể so với dòng hài quanh bậc 2mf vừa tính Tính hệ số méo dạng (THD) dòng ngõ nghịch lưu Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h ,rms 0.14 0.12 0.112 0.132 0.25 A Có thể thấy trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao trường hợp nhỏ đáng kể so với kết 2, tỉ số điều chế tần số gần giống với Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 0.25 0.0145 1.45% I o1,rms 17.3 BỘ NGHỊCH LƯU PHA Bài Hình dạng sóng vAn, iA, iT1/D1, iT1/D1 dịng chạy qua khóa bán dẫn gồm T1 D1 (xem hình 3) Từ dạng dịng iT1/D1 hình 2c định nghĩa chiều dịng điện iT1 iD1 hình 3, sinh viên tự vẽ dòng điện iT1 qua transistor T1, dòng điện iD1 qua diode D1 Kích T1 Kích T4 vAn t iA t (a) (b) iT1 / D1 t Hình (c) Hình Bài 5: Hình dạng sóng vAn, iA, iT1/D1, iT1/D1 dịng chạy qua khóa bán dẫn gồm T1 D1 (xem hình 3) Từ dạng dịng iT1/D1 hình 4c định nghĩa chiều dòng điện iT1 iD1 hình 3, sinh viên tự vẽ dịng điện iT1 qua transistor T1, dòng điện iD1 qua diode D1 Kích T1 Kích T4 vAn t iA t (a) (b) iT1 / D1 t (c) Hình Bài 6: Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho nghịch lưu Với tải đấu Y áp pha Vo1, rms = 220V, biên độ hài bậc (áp pha) là: Vo1,m Vo1,rms 220V 311V Ngoài ra, với nghịch lưu pha điều khiển kiểu sóng vng, biên độ hài bậc (áp pha) tính cơng thức: Vo1,m 2Vd Từ suy giá trị cần thiết Vd là: Vd Vo1,m 311V 488.7V Tính điện áp dịng ngõ nghịch lưu tương ứng với hài (bậc 1) sóng hài đáng kể gần với hài bậc Từ đó, tính công suất điện trở R tương ứng với hài Mạch tương đương pha ngõ nghịch lưu tải giống hình 1a, vo điện áp ngõ pha tải Do đó, cách tính dịng hài (dịng pha) tương tự cách tính (hình 1b) Các điện áp hài đáng kể gần với hài bậc bậc n =h 5, 7, 11 (SV xem lại phần lý thuyết) Trị hiệu dụng hài bậc n áp pha tải: V p ( n ) 4Vd n sin 6n Dòng pha hài bậc n tính theo cơng thức: I o ( n ),rms V p ( n ),rms n L V p ( n ),rms 2 nf1L Công suất tải tương ứng với dòng hài bậc n: Pn 3RI o2( n ),rms Từ tính bảng sau: Bậc n 11 Vo(n),rms (V) 220 44 31.2 23 Z n (Ω) 12.7 40.5 55.8 87 Io(n),rms (A) 17.3 1.09 0.56 0.26 Pn (W) 8979 35.6 9.4 2.03 Tính hệ số méo dạng (THD) dòng ngõ (dòng pha) nghịch lưu Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h,rms 1.09 0.562 0.262 1.57 A Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 1.57 0.091 9.1% I o1,rms 17.3 Bài 7: Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho nghịch lưu Với nghịch lưu pha điều khiển kiểu PWM tải đấu Y, biên độ hài bậc (áp pha) tính cơng thức: Vo1,m ma Vd Từ suy điện áp nguồn cần cung cấp cho nghịch lưu là: Vd 2Vo1,m ma , với ma Vd 2Vo1,m 622V Tính điện áp dịng ngõ nghịch lưu tương ứng với hài (bậc 1) sóng hài đáng kể gần với hài bậc Từ đó, tính công suất điện trở R tương ứng với hài Cách tính tương tự 6, với sóng hài suy từ bảng 4.3 (slides giảng chương 4) Từ bảng thấy sóng hài đáng kể có bậc mf 2mf Do tính điện áp hài sau (mf = 39): n m f n 37, n 41 ; V p (37),rms V p (41),rms 0.195 Vd 0.195 622 70V 3 n 2m f n 77, n 79; V p (77),rms V p (79),rms 0.111 Vd 0.111 622 40V 3 Từ kết tính bảng sau: Bậc n 37 41 77 79 Vo(n),rms (V) 220 70 70 40 40 Z n (Ω) 12.7 290.6 322 604.5 620 Io(n),rms (A) 17.3 0.24 0.22 0.066 0.064 Pn (W) 8979 1.73 1.45 0.13 0.12 Từ kết bảng trên, thấy cần tính sóng hài quanh bậc mf đủ, sóng hài quanh bậc 2mf, 3mf, …khơng đóng góp đáng kể vào dịng hải tổng cơng suất tạo Tính hệ số méo dạng (THD) dòng ngõ (dòng pha) nghịch lưu Trị hiệu dụng tổng dòng hài bậc cao (n>1): I h ,rms 0.242 0.22 0.33 A Hệ số méo dạng dòng ngõ nghịch lưu: THD I h,rms 0.33 0.019 1.9% I o1,rms 17.3 Ta thấy trị hiệu dụng sóng hài bậc cao nhỏ nhiều so với phương pháp điều chế kiểu sóng vng (sixstep) 6, giảm nhiều tăng mf (nghĩa đóng cắt với tần số cao hơn) ... (41 ),rms Vo (47 ),rms 0.212 Vd 0.212 311 46 .6V 2 Từ tính bảng sau: Bậc n 41 43 45 47 Vo(n),rms (V) 46 .6 46 .6 39.8 39.8 46 .6 Z n (Ω) 12.7 322 337.7 353 .4 369.1 Io(n),rms (A) 17.3 0. 14 0.12... quanh 2mf, 4mf , v.v…Do đó, với kiện đề bài, sóng hài đáng kể bao gồm: n 2m f n 43 , 45 ; Vo (43 ),rms Vo (45 ),rms 0.181 Vd 0.181 311 39.8V 2 n 2m f n 41 , 47 ; Vo (41 ),rms... tính bảng sau: Bậc n Vo(n),rms (V) 220 73.3 44 31 .4 24. 4 Z n (Ω) 12.7 25.6 40 .5 55.9 71 .4 Io(n),rms (A) 17.3 2.86 1.08 0.56 0. 34 Pn (W) 2993 81.8 11.7 3. 14 1.16 Tính hệ số méo dạng (THD) dịng ngõ