bài tập lớn điện tử công suất

Lời nói đầuNgày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị đện tử có công suất lớn c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

Khoa Điện - Điện tử

3 Lê Trí Hạnh

4 Nguyễn Văn Tồn

5 Đỗ Huy Khánh Lớp: DHDI5LTTB

Thái Bình, ngày 18 tháng 10 năm 2010

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ

thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị đện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ.

Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì các ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu và tìm ra giải pháp tối ưu nhất Đặc biệt với chủ trương CNH- HĐH của nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an

toàn chính xác Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết.

Để giải quyết vấn đề này thì nước ta cần phải đội ngũ thiết kế đông đảo

và tài năng.Do đó bài tập lớn điện tử công suất là một bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên và là điều kiện cho sinh viên ngành Điện- Điện

tử tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất …do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lên khi làm bài tập lớn cần có sự hướng dẫn nhiệt tình của giảng viên giúp chúng em hòan thành bài tiểu luận này

Qua bài tiểu luận này giúp chúng em hiểu thêm rất nhiều kiến thức về bộ

môn này

Chúng em xin cân thành cảm ơn!

Bài tiểu luận gồm 6 chương:

Chương 1: Mạch chỉnh lưu không điều khiển

Chương 2: Mạch chỉnh lưu có điều khiển

Chương 3: Biến đổi điện áp một chiều ( bộ băm điện áp” HACHEUR” một chiều)

Chương 4: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Chương 5: Nghịch lưu

Chương 6: Biến tần

Chương 1: Mạch chỉnh lưu không điều khiển

- Điện áp trung bình trên tải:

- Dòng trung bình qua tải:

- Điện áp ngược cực đại trên diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp

MBA:

 2

U  

R

U I

u2

2π π

E

Um

-Um0

-Dòng trung bình qua tải:

-Điện áp ngược cực đại trên diod:

-Trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp MBA:

R

E u

(

2

1 1





T R

U



E U

2 1 I

uN

0 -Um

- Điện áp trung bình trên tải:

- Dòng trung bình qua tải:

- Dòng trung bình qua mỗi diod:

- Điện áp ngược cực đại trên diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi cuộn thứ cấp MBA:

N 2 2 U

U  

R

U I

2

2

2 







- Dòng trung bình qua tải:

- Dòng trung bình qua mỗi diod:

- Điện áp ngược cực đại trên diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi cuộn dây thứ cấp MBA

) sin T

cos ( R

U 2 2 I

T

2 R

E cos R

U 2 2 I

sin U 2 E

T 2

d R

E sin U 2 1 I

d R

E sin U 2 2

1 I

1 1

2 d

1

2 d

1 2

1 2

1 2

2 d

2

0

2 d

2 1 I

uN

0 -Um

1.1.3.Mạch chỉnh lưu cầu

1.1.3.1.Tải R

- Giá trị trung bình và dòng trung bình chỉnh lưu cũng như trường

hợp chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

- Dòng trung bình chảy qua tải:

- Trị trung bình của dòng chảy qua mỗi diod :

- Điện áp ngược cực trên mỗi diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp MBA :

2 d

0 2 d

U 2 2 U

d sin U 2

1 U

d sin R

U

2 2

1 I

d D

0

2 D

max

N U 2U

U  

d 2

0

2 2

2

2

0

2 2

I I

d sin

1 R

U 2 I

d R

sin U 2 1 I

u2

2π π

E

Um

-Um0

- Trị trung bình dòng điện chạy qua tải:

- Dòng trung bình qua mỗi diod:

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi cuộn thứ cấp MBA:

2 d

2 d

2

0 d d

sin T

cos R

U 2 2 I

d R

E sin U 2 1 I

d i 2

1 I

2

1 I

E U

2 2

1 I

2 2

2

T R

E U 2

θ1 θ2

ud

θ E

θ

u2

2π π

E

Um

-Um0

0

ωτ

θ 0

id

θ 0

iD

1.1.3.3.Tải RLE

Điện cảm L sinh sức điện động tự cảm mỗi khi có sự biến

thiên của dòng tải.

Nếu dời gốc tọa độ từ O đến O’,thì ta có: là một hàm

chẳn với chu kỳ là 2L ,trường hợp này , chỉ số đập mạch p

= 2.

Khai triễn chuỗi Fourier của u d từ công thức tổng quát:

- Khi dùng điện cảm L nối với phần ứng động cơ điện ,điện áp đặt lên

phần ứng động cơ điện là điện áp hằng.

U d = E + IdR

- Thành phần xoay chiều ua của điện áp ud được đặt lên cuộn cảm L:

-Đối với trường hợp đang xét:

-Dòng tải i d được coi như dòng hằng I d

dt

di L

dt

diL

U24u

U22U

2 a

2 d

- Trị trung bình của dòng qua tải:

- Trị trung bình của dòng chảy qua mỗi diod :

- Trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn thứ cấp máy biến áp:

R

EU

1

0 d

Um

θ 0

Trường hợp 0 < E < U m / 2 nên dòng qua tải i d liên tục

Điện áp trung bình trên tải U d :

Do trong mạch chỉ có 1 trong 3 diod luân phiên dẫn,

khi điện áp ở anod pha nào dương nhất Nên dạng sóng điện áp ngõ ra trong một chu kỳ sẽ có 3 đọan cong hình sin giống nhau Do đó công thức tính điện

áp trung bình là:

3

π2+θsinU2

=u

3

π2θsinU2

=u

θsinU2

=u

2 c

2 b

2 a

R

Eu

d u dθπ

2

1U

π2

U63U

θdθsinU2π2

3U

2 d

6 π

6 π

2 d



R E

Um 

Dòng trung bình qua tải Id :

Dòng trung bình qua mỗi diod:

Điện áp ngược cực đại trên mỗi diod:

R

EU

U 

Trường hợp nên dòng qua tải i d gián đọan

Dòng trung bình qua tải:

Các diod trong mạch chỉ dẫn khi điện áp trên các cực anod lớn hơn

E và ngưng dẫn khi nhỏ hơn E Nên dạng sóng dòng điện qua tải

trong một chu kỳ sẽ có 3 đọan cong hình sin giống nhau và không

liên tục Do đó công thức tính dòng điện trung bình được viết lại là:

Dòng trung bình qua mỗi diod:

Trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi cuộn thứ cấp máy biến áp:

m

m E U2

d i dθπ

2

1I

2 d

1 2

θ

θ

2 d

θsinT

τπ

θcosR

U23I

θsinU2E

θdR

EθsinU2π2

2 i dθ

π21I

θ 0

Um

-Um

θ 0

iD1

2π

Id

1.2.1.2.TẢI RLE

Biểu thức giải tích của điện áp tải u d :

Chuyển gốc tọa độ từ O sang O’

πθ2cosaL

πθcosa2

2

a

L

0 d

n  



3 π

0

2 2

o

π

U63θdθcosU2π

6a

d 2

π2

U632

a





π8

U63a

θdL

πθcosθcosU2π

6a

2 1

3 π

0

2 1



Nếu dừng lại ở 2 số hạng đầu của chuỗi ta có:

Nếu dùng 1 điện cảm L nối tiếp vào mạch tải ,thì dòng tải sẽ xem như được nắn thẳng, i d = I d

2

4

θ3cos1π2

U63

=

d d

dt

diLRiRIEθ3cosπ

8

U63

d d

2

θ3cosπ

8

U63

a 

R

EU

d





- Trị trung bình của dòng điện chảy trong diod:

- Trị hiệu dụng của dòng chảy trong mỗi cuộn dây thứ cấp máy biến áp :

3

I θ d

I π 2

I π 2

1

π

6 π

2 d

1.2.2.Mạch chỉnh lưu hình cầu

Trong sơ đồ này nếu ta chọn điện áp thứ cấp u2a làm góc

pha ,ta có :

Trong đó : θ = ωt

Để chỉnh lưu điện áp này người ta dùng hai nhóm diod :

nhóm diod catod chung gồm 3 diod D 1 ,D 2 ,D 3 và nhóm diod anod chung gồm 3 diod D 4 ,D 5 ,D 6

) 3

2 sin(

2

) 3

2 sin(

2

sin 2

2 2

2 2

2 2

U u

U u

c b a

Trong khoảng : u 2a dương nhất và u 2b âm nhất

nên hai diod D 1 và D 5 dẫn Dòng điện đi từ u 2a → D 1 → tải R

→ D 5 → u 2b Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2a – u 2b

Trong khoảng : u 2a dương nhất và u 2c âm nhất

nên hai diod D 1 và D 6 dẫn Dòng điện đi từ u 2a → D 1 → tải R

→ D 6 → u 2c Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2a – u 2c

Trong khoảng : u 2b dương nhất và u 2c âm nhất

nên hai diod D 2 và D 6 dẫn Dòng điện đi từ u 2b → D 2 → tải R

→ D 6 → u 2c Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2b –

u 2c

Trong khỏang : u 2b dương nhất và u 2a âm nhất

nên hai diod D 2 và D 4 dẫn Dòng điện đi từ u 2b → D 2 → tải R

→ D 4 → u 2a Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2b –

u 2a

26

m

U 3

Trong khỏang : u 2c dương nhất và u 2a âm nhất nên

hai diod D 3 và D 4 dẫn Dòng điện đi từ u 2c → D 3 → tải R → D 4 → u 2a Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2c – u 2a

Trong khỏang : u 2c dương nhất và u 2b âm nhất nên

hai diod D 3 và D 5 dẫn Dòng điện đi từ u 2c → D 3 → tải R → D 5 → u 2b Lúc này điện áp trên tải là: u d = u 2c – u 2b

Như vậy trong một thời điểm chỉ có 2 trong 6 diod dẫn cho dòng qua tải.

- Trị trung bình điện áp trên tải :

- Trị trung bình của dòng qua tải:

- Trị trung bình của dòng qua mỗi diod:

- Điện áp ngược cực đại trên diod:

6

112

U U

d u U

d

d d

U 

Để có dòng tải i d là dòng lien tục phải thoả mãn điều kiện u d > E

Để chỉnh lưu các điện áp này người ta dung hai nhóm diod :

Nhóm diod catod chung gồm D 1 , D 2 , D 3 và nhóm diod anod

chung gồm D 4 , D 5 , D 6

- Trị trung bình điện áp trên tải :

- Dòng chảy trong diod bằng dòng tải: i D = i d

- Dòng chảy trong mỗi cuộn dây thứ cấp máy biến áp là dòng

xoay chiều

i 2a = i 1 – i 4

i 2b = i 2 – i 5

i 2c = i 3 – i 6

- Trị trung bình của dòng qua tải:

- Trị trung bình của dòng chảy qua mỗi diod:

- Điện áp ngược cực đại trên diod:

R

Eu

U U

d u U

d

d d

I d d





3

d D

I

I 

2 max

U 

θ 0

ud

0 ’

2L

1.2.2.3.Tải RLE

Các đại lượng đặc trưng với điều kiện u d > E

Trị trung bình của dòng điện chảy trong diod:

Trị hiệu dụng của dòng chảy trong mỗi cuộn dây thứ

cấp máy biến áp:

π

U 6 3

d 

R

E U

I d d

I π 2

1.3.CHỈNH LƯU VỚI TỤ LỌC

Ta xem lại mạch chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữa Như kết qủa phần trên:

- Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu R L là: V dcm =V m -0,7V

- Ðiện thế trung bình ở 2 đầu R L là: V DC =0,637Vdcm Nếu ta thay R L bằng 1 tụ điện có điện dung C Trong thời

điểm từ t=0 đến t=T/4, tụ C sẽ nạp nhanh đến điện thế đỉnh V dcm Nếu dòng rỉ của tụ điện không đáng kể, tụ C

sẽ không phóng điện và điện thế 2 đầu tụ được giữ không đổi là V dcm Ðây là trường hợp lý tưởng Thực tế, điện thế trung bình thay đổi từ 0,637V dcm đến V dcm Thực ra nguồn điện phải cung cấp cho tải, thí dụ R L mắc song song với tụ C

Ở bán ký dương tụ C nạp điện đến trị V dcm Khi nguồn điện bắt đầu giảm, tụ C phóng điện qua R L cho đến khi gặp bán kỳ kế tiếp tụ C mới nạp điện lại đến V dcm và chu kỳ này cứ lặp đi lặp lại Hình 1.16 mô tả chi tiết dạng sóng ở 2 đầu tụ C (tức R L ) Hiệu thế sóng dư đỉnh đối đỉnh được ký hiệu là Vr(p-p) Do điện thế đỉnh tối đa là V dcm nên điện thế trung bình tối thiểu là V dcmin =V dcm -Vr(p-p)

Do điện thế đỉnh tối đa là V dcm nên điện thế trung bình tối thiểu làV dcmin = V dcm – Vr(p-p)

- Khi chưa mắc tụ C vào trị trung bình là :