THI HOC KY- CSĐTCS – 05/06/2018 ĐÁP ÁN ĐỀ KIỂM TRA CUỐI KỲ MÔN CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THỜI GIAN LÀM BÀI: 120 phút (Sinh viên vẽ hình trực tiếp vào đề thi (các câu hỏi in đậm) & trình bày lời giải cho câu cịn lại giấy thi Sinh viên cần nộp làm giấy thi + đính kèm đề thi trình bày câu vẽ hình trang 3,4 Đề thi gồm 04 trang Sinh viên KHÔNG sử dụng tài liệu cán coi thi khơng giải thích thêm) Câu (2.5đ): Xét nguồn đóng cắt dạng Buck hình 1a Nguồn áp chiều ngõ vào Ud thay đổi khoảng 45V 55V Tải nguồn R= 10 Mạch thiết kế để ln hoạt động chế độ dịng liên tục điện áp ngõ điều khiển cho xem phẳng khơng đổi: Uo = 40V Gọi D tỷ số đóng (D=Ton/Ts) f s Ts 20 kHz tần số làm việc (đóng cắt) S Mạch hoạt động chế độ xác lập 1.1 Biết dạng xung kích transistor S hình 1b dạng dịng qua cuộn dây L hình 1c, vẽ dạng điện áp uL vào hình 1d Ghi rõ giá trị điện áp dạng sóng (0.5đ) 1.2 Thiết lập cơng thức tính giá trị iLmin theo Ud, D, R, L fs (0.5đ), từ tính giá trị cần thiết L để mạch ln chế độ dịng liên tục điện áp nguồn Ud thay đổi (0.5đ) 1.3 Vẽ dạng dịng iS qua transistor S vào hình 1e (0.5đ) tính trị trung bình dịng trường hợp Ud = 50V (0.5đ) Giải: 1.1 Dạng sóng vẽ hình Lưu ý SV ghi giá trị điện áp dạng sóng (U d – Uo) –Uo hình vẽ, SV ghi giá trị số tương ứng với giá trị cho đề 1.2 Giả thiết mạch chế độ dòng liên tục, ta có quan hệ điện áp ngõ ngõ vào mạch là: U o DU d Gọi iL iL max iL độ biến thiên dòng qua cuộn dây L Lưu ý: diL uL , xét biến thiên dòng iL khoảng thời gian Ton DTs , ta có: dt L diL iL iL (U d U o ) dt t DTs L Do đó: Uo U Uo iL d DTs (1 D )Ts L L Dịng trung bình qua cuộn dây L = dịng trung bình ngõ Io qua tải R, nghĩa là: I L Io Uo R Từ suy ra: iL I L (1 D ) iL Uo 2 Lf s R Để mạch hoạt động chế độ dòng liên tục, cần thỏa điều kiện là: iL , từ ta suy giá trị cần thiết L để mạch ln chế độ dịng liên tục là: 1/5 THI HOC KY- CSĐTCS – 05/06/2018 L (1 D ) R (1 U o U d ) R 2 fs Với điều kiện cho đề bài, giá trị Uo, R, fs khơng đổi, cịn Ud thay đổi khoảng 45V 55V Từ suy để mạch ln hoạt động chế độ dịng liên tục, giá trị nhỏ L cần tính với trường hợp Ud lớn (Ud = 55V), nghĩa là: L Lmin (1 40 / 55)10 68.2 106 H 68.2 H 20 1000 1.3 Dạng sóng vẽ hình Từ hình 1a, ta có dịng qua transistor = dịng qua nguồn Ud Từ suy dịng trung bình qua transistor dịng trung bình qua nguồn Ud, đó: IT I d Io D U o U o 40 40 3.2 A R U d 10 50 Câu (1.5đ): Xét biến đổi chiều kiểu hình 2a Xung kích khóa bán dẫn S1S4 có dạng hình 2b Nguồn áp chiều ngõ vào có giá trị không đổi Ud = 200V Tải biến đổi động chiều có mạch tương đương bao gồm: sức điện động chiều E=100V, điện cảm L điện trở R = 1Ω Gọi D tỷ số đóng (D = T1/Ts) f s Ts tần số đóng cắt transistor Mạch hoạt động chế độ xác lập giả thiết điện cảm L tần số đóng cắt fs đủ lớn để dịng tải it xem phẳng Chiều dương điện áp, sức điện động dịng điện chọn hình 2.1 Vẽ hình 2c dạng sóng điện áp tải ut, lưu ý ghi rõ giá trị điện áp (ví dụ: Ud, …) (0.5đ) Tìm quan hệ trị trung bình điện áp ngõ Ut, điện áp nguồn Ud tỉ số đóng D (0.5đ) 2.2 Nếu muốn động hoạt động chế độ hãm tái sinh (năng lượng đưa từ động nguồn) với dòng tải trung bình It = 10A, tỉ số đóng cần thiết phải bao nhiêu? (0.5đ) iS + S uL L Ud D iL + U0 C R - (a) Hình 2a) Hình 1a) Giải: 2.1 Dạng sóng vẽ hình 2c Từ dạng sóng ta tính quan hệ trị trung bình điện áp ngõ Ut điện áp nguồn Ud sau: T Ut s ut dt Ts Ts Ts T1 U T (T T )U s d U d D 1 U d dt U d dt d Ts T1 2.2 Xét mạch tương đương bao gồm trị trung bình dịng áp ngõ biến đổi (Ut, It) với tải cho, ta có phương trình: 2/5 THI HOC KY- CSĐTCS – 05/06/2018 U t RI t E Với chiều dương dịng it chọn hình vẽ, để mạch tải (động cơ) hoạt động chế độ hãm tái sinh (năng lượng đưa từ tải nguồn), giá trị đại số dòng It -10A Từ ta tính được: U t ( 10) 100 90V Suy giá trị tỉ số đóng cần thiết là: 90 1U D t 1 1 0.725 Ud 200 Câu (2.5đ): Cho nghịch lưu áp cầu pha – hình 3a Khóa Sj gồm transistor Tj diode Dj, j=1,2,3,4 Các khóa nhánh điều khiển theo quy tắc kích đối nghịch (một đóng, ngắt) Nguồn DC khơng đổi Ud Áp tải ut có đồ thị mô tả chu kỳ 2π, [rad] (T=20ms) sau: Ud ut U d pham vi ( ) 2 3 3 pham vi ( , ) ,[ rad ] 2 2 pham vi khác , Đáp án: 3.1 Cho biết = /4, [rad] Vẽ đồ thị áp tải vào hình 3b (0.5đ) Đồ thị áp tải trình bày hình 3b 3.2 Vẽ tổ hợp xung điều khiển đóng ngắt cho khóa S 1, S2, S3, S4 để tạo nên dạng áp tải ut mô tả vào hình 3c (1đ) Giải: Có nhiều phương án tổ hợp xung điều khiển đóng ngắt khóa S 1, S2, S3, S4 để tạo nên dạng áp tải ut mô tả, với điều kiện sau: - Để ut = Ud => điều khiển đóng S1, S2 - Để ut = -Ud => điều khiển đóng S3, S4 - Để ut = => có phương án: điều khiển đóng S1, S3 S2, S4 Ví dụ tổ hợp trình bày hình 3c 3.3 Giải tích cơng thức tính trị hiệu dụng áp tải theo Ud Áp dụng tính giá trị này, cho biết Ud=400V, = /4, [rad] (1đ) Giải: Ut U 2 d d t U d 3/5 THI HOC KY- CSĐTCS – 05/06/2018 Thay giá trị cho, ta có: U t 400 /4 200V Câu (2.0đ): Cho nghịch lưu áp cầu pha hình 3a Khóa S j gồm transistor Tj diode Dj, j=1, 2, 3, Nguồn DC ngõ vào nghịch lưu: Ud=350V Các khóa điều khiển theo nguyên lý điều rộng xung sin (Sine PWM), với xung kích tạo cách so sánh sóng mang utri với sóng điều khiển uđk hình 4b Điều khiển kích đóng S1 S2 sóng điều khiển lớn sóng mang, điều khiển kích đóng S 3, S4 sóng điều khiển nhỏ sóng mang 4.1 Với trục thời gian, vẽ dạng xung kích cho khóa vào hình 4c (0.5đ) Giản đồ xung điều khiển khóa trình bày hình 4c 4.2 Giả sử tải trở R=1Ω (L=0H), vẽ theo trục thời gian đồ thị dịng điện qua transistor T vào hình 4d, ghi rõ giá trị dịng (0.5đ) Giản đồ dịng điện trình bày hình 4d 4.3 Giả sử tải có R = 1Ω, L = 0.01H Giả thiết tần số sóng mang lớn so với tần số sóng điều khiển, tỉ số điều U chế biên độ: ma dk 0.8 , tần số sóng điều khiển f = 50Hz Hãy tính trị hiệu dụng hài bậc (hài bản) U t(1) U tri áp tải (0.5đ) trị hiệu dụng hài bậc (hài bản) It1 dòng tải (0.5đ) Giải: Trị hiệu dụng hài áp tải : U t (1) m U d Trị hiệu dụng hài dòng tải : I t (1) 0.8 350 U t (1) R 1 L 198V 198 100 0.01 60 A Hình 5a) Hình 3a) cho câu Câu (1.5đ): Cho biến đổi điện áp xoay chiều pha (Hình 5a), nguồn áp xoay chiều có phương trình u t 2U sin t [V] Tải trở R Mạch sử dụng phương pháp điều khiển pha với góc điều khiển biến đổi [rad] 4/5 THI HOC KY- CSĐTCS – 05/06/2018 5.1 Vẽ giản đồ áp tải uz hình 5b 2 [rad] (0.5đ) Giản đồ áp tải trình bày hình 5b 5.2 Dẫn giải công thức xác định trị hiệu dụng dòng áp tải (U z) theo U Áp dụng cơng thức tìm để tính 2 giá trị Uz khi: U=220V, f=50Hz, rad (1đ) Giải: Trị hiệu dụng áp tải tính dựa cơng thức: Uz 2U sin t d t U sin 2 2 Thay giá trị vào, ta được: 4 sin 183.22V U z 220 2 oOo 5/5 THI HOC KY- CSDTCS - 0510612018 PHA.NVEHINH T Kfch ~ Kfch I' _,If +_ : S1, S2 f -, [.t _T1 ~ ~,f -~-I S3, S4 (b) I I I ,~ (c) -Ud r t (e) Hinh2 Hinh o; rr t I ~ -U~f -:, - - -: - o (b) 3rt J'1,.1T! (\ o t:-ft J-+-.j-,-I.-\ -I+-4 =>k-+ + + + + + *-_ I I S1 t t I ~I 0( I I : I ' c -'; ~ h., I I 51 52 53 (c) {?1I "1 ( t-(~Ly 1P ~ a-:., C4 [_ Id oc/ 1'1 7ft.;- (jig;; I iI I I I I I I , ,l h 1=1 ~ I q ' 'i' 11 I r Hinh4 ~t " I i I=:-L;;; 4/5 h ' IZ ) I I 54! ~ h p hi=i:=i H 1_T3 14ft I -, I G'-f I Hinh3 (b) t(ms) g.r"oA (c) THI HOC KY- CSDTCS - 0510612018 u 400 \fi (5 - - - - _ zoo //// o -200 -400 0.004 0.008 0.012 Time (s) Hinh 5b) -000 - 5/5 0.016 0.02 ... giả thi? ??t điện cảm L tần số đóng cắt fs đủ lớn để dịng tải it xem phẳng Chiều dương điện áp, sức điện động dịng điện chọn hình 2.1 Vẽ hình 2c dạng sóng điện áp tải ut, lưu ý ghi rõ giá trị điện. .. bán dẫn S1S4 có dạng hình 2b Nguồn áp chiều ngõ vào có giá trị khơng đổi Ud = 200V Tải biến đổi động chiều có mạch tương đương bao gồm: sức điện động chiều E=100V, điện cảm L điện trở R = 1Ω... trục thời gian đồ thị dòng điện qua transistor T vào hình 4d, ghi rõ giá trị dịng (0.5đ) Giản đồ dịng điện trình bày hình 4d 4.3 Giả sử tải có R = 1Ω, L = 0.01H Giả thi? ??t tần số sóng mang lớn