GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử CẦN THƠ, tháng năm 2015 MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHƯƠNG III: CHỈNH LƯU NỬA SÓNG 11 33 CHƯƠNG IV: CHỈNH LƯU TOÀN SÓNG CHƯƠNG V: BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP AC PHA 49 69 CHƯƠNG VI: DC – DC CONVERTER CHƯƠNG VII: NGUỒN CUNG CẤP DC 77 96 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Định nghĩa: Điện tử công suất đề cập đến điều khiển (Control) chuyển đổi (Converter) lượng điện linh kiện bán dẫn linh kiện hoạt động công tắc khóa (Switch) Nhiệm vụ ĐTCS: điều khiển chuyển đổi lượng từ dạng sang dạng khác Các ứng dụng chiếm toàn lĩnh vực hệ thống điện với khoảng công suất từ vài VA/W đến vài MVA/MW Có dạng chuyển đổi chính: - AC/DC (bộ chỉnh lưu Rectifier): Chuyển đổi lượng dạng xoay chiều thành lượng dạng chiều - DC/AC (bộ nghịch lưu Inverter): Chuyển đổi lượng dạng chiều thành lượng dạng xoay chiều Ví dụ: UPS chuyển điện áp 12V DCtừ acquy sang 220V AC/50Hz - DC/DC (Chopper): Chuyển đổi áp chiều ngõ vào có giá trị không đổi thành dạng điện áp chiều điều khiển Ví dụ: Tạo điện áp 5V từ 12V DC - AC/AC (Cycloconverter): Biến đổi áp xoay chiều tần số không đổi ngõ vào thành điện áp xoay chiều có tần số khác (hoặc điều khiển được) ngõ ra, song song có khả điều khiển giá trị hiệu dụng áp hài ngõ Ví dụ: Mạch Dimmer điều khiển ánh sáng đèn, điều khiển tốc độ mô tơ 1.2 Khái niệm ĐTCS: Ta xem xét vấn đề: Thiết kế mạch tạo điện áp DC 3V từ acquy 9V - Đặt vấn đề: Cung cấp điện áp 3V đến điện trở tải - Giải vấn đề: Để cho đơn giản ta dùng cầu chia điên áp Hình 1-1 Mạch có nhược điểm: i Công suất hấp thụ 2RL lần tải RL, dẫn đến hiệu suất mạch đạt 33% ii Khi giá trị RL thay đổi, điện áp ngỏ thay đổi Hình 1-1: Cầu chia điện áp Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân Để khắc phục nhược điểm thứ ta sử dụng mạch Hình 1-2 2N3055 Q BAT R1 9V RL 2.2K 3.6V 3V D Hình 1-2: Thay 2RL cụm linh kiện Q, D, R1 Transistor Q điều khiển để điện áp ngang qua 6V nên ngỏ trì 3V Mạch khắc phục nhược điểm thứ 2, hiệu suất đạt 33% Để đạt hiệu suất mong muốn ta xem xét mạch Hình 1-3 SW Hình 1-3: (a) Mạch Switching (b) Dạng sóng ngỏ Khi SW đóng  vx = 9V SW hở  vx = 0V Nếu thời gian SW đóng 1/3 chu kỳ ta có dạng sóng Hình 1-3b Điện áp trung bình qua tải: T T 1 Vx   vx  t  dt  T0 T  T 1 T 9dt   dt  9t  3V TT T Tính hiệu suất mạch:  SW đóng: VSW = 0V  pSW = IVSW =  SW hở: I = 0A  pSW = IVSW =  Tải hấp thụ hoàn toàn công suất nên mạch có hiệu suất 100% Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân Tuy nhiên mạch chưa tạo điện áp DC 3V Dạng sóng biểu diễn thành chuổi Fourier chứa thành phần DC hài hình sin Do để 3V, mạch phải qua lọc hạ thông (Low Pass Filter) Hình 1-4 Hình 1-4: Thêm lọc LPF cho Hình 1-3 Nếu lọc lý tưởng, không suy hao hiệu suất mạch 100% Nhưng thực tế, lọc hấp thụ số công suất linh kiện SW không lý tưởng nên hiệu suất mạch giảm xuống > 90% Quá trình chuyển đổi công suất thường bao gồm hệ thống điều khiển Các đại lượng ngỏ chuyển đổi điện áp, dòng điện đo kiểm thông số hoạt động điều chỉnh để đạt ngỏ mong muốn Ví dụ, điện áp 9V Hình 1-4 giảm 6V, thời gian đóng SW phải ½ chu kỳ Vx 3V Một hệ thống điều khiển hồi tiếp phát Vx < 3V điều khiển thời gian đóng mở SW cho phù hợp Hình 1-5 Hình 1-5: Đường hồi tiếp điều khiển SW trì điện áp 1.3 Các loại khóa bán dẫn SW (Switch): Một khóa bán dẫn đặc trưng hai trạng thái ON (đóng) OFF (ngắt) (dựa vào tính chất bán dẫn : làm việc chất cách điện tương đương trạng thái OFF, làm việc chất dẫn điện tương đương trạng thái ON) Điện Tử Công Suất 1.2.1 Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân Diode: Kí hiệu đặc tuyến V-A cho Hình 1-6 (b) (c) (a) Hình 1-6: a) Đặc tuyến V-I b) Kí hiệu Diod c) Đặc tuyến V-I lý tưởng - Cấu tạo gồm lớp chuyển tiếp p-n, điện cực - Cực Anode nối với lớp p, Cathode nối với lớp n Từ đặc tuyến, diode có vùng hoạt động: - Dẫn (trạng thái ON): Diode phân cực thuận VAK > (Forward-bias) - Ngưng (trạng thái OFF): Diode phân cực nghịch VAK ≤ (Reverse-bias) - Bị đánh thủng (Breakdown): Điện áp phân cực nghịch lớn điện áp nghịch đỉnh (PIV) diode Lúc diode bị hỏng Có thông số quan trọng chọn diode: - Điện áp nghịch đỉnh PIV (Peak Inverse voltage) - Dòng điện trung bình tối đa 1.2.2 Thyristor: 1.2.2.1 SCR: Cấu tạo, kí hiệu sơ đồ tương đương cho Hình 1-7 Hình 1-7: Cấu tạo, kí hiệu sơ đồ tương đương SCR Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân - Cấu tạo gồm bốn lớp p, n với cực Anode (A), Cathode (K) Gate (G) - Mạch điều khiển nối cực G&K Mạch công suất nối A&K Các trạng thái hoạt động: - Trạng thái khóa áp ngược (SCR ngắt) (Hình 1-8a) - Trạng thái khóa áp thuận (SCR ngắt) (Hình 1-8b) - Trạng thái đóng (ON) dẫn thuận (Hình 1-8c) (b) (a) (c) Hình 1-8 Đặc tuyến V-A cho Hình 1-9 Hình 1-9: Đặc tuyến V-A SCR 1.2.2.2 GTO: Thyritor GTO (Hình 1-10) giống SCR, đóng xung dòng cổng Gate điện áp AnodeCathode dương Tuy nhiên, khác với SCR, GTO có khả điều khiển ngắt dòng cổng Gate giá trị âm Vì vậy, GTO thích hợp cho số ứng dụng yêu cầu điều Hình 1-10 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân khiển hai trình đóng ngắt khóa bán dẫn Dòng âm ngắt GTO cần phải ngắn (vài µs), biên độ phải lớn so với dòng đóng GTO thông thường dòng kích ngắt GTO khoản 1/3 dòng anode trạng thái dẫn 1.2.2.3 Triac: Hình 1-11: Sơ đồ tương đương kí hiệu Triac Sơ đồ tương đương kí hiệu Triac cho Hình 1-11 Triac dùng mạch AC Kích đóng xung dòng điều khiển giống SCR Ngắt tự nhiên áp ngược 1.2.2.4 Diac: Diac (Hình 1-12) giống Triac cổng G Diac dẫn hướng tùy thuộc vào điện áp nối vào cực Khi điện áp cực lớn điện áp đánh thủng, Diac dẫn dòng điện từ điện áp cao đến điện áp thấp Đặc tuyến V-A cho Hình 113 Hình 1-12: Cấu tạo Diac kí hiệu Hình 1-13: Đặc tuyến V-A Diac Điện Tử Công Suất Chương VII iL  m Huỳnh Gia Danh Nhân VS DT Lm (7.23) Biểu thức (7.22) (7.23) cho thấy dòng điện tăng tuyến tính Lx Lm SW đóng Dòng điện qua SW: iSW  i1  iL (7.24) m Khi SW mở: Ta có Hình 7-5c Hình 7-5c Dòng điện Lx Lm không thay đổi tức thời SW mở Sự liên tục iL m thiết lập: i1  iL Dòng điện cảm ứng từ đầu chấm cuộn thiết lập dòng m điện vào đầu chấm cuộn diod D1 ngăn chặn dòng theo hướng Tương tự cuộn 3, diod D3 tạo đường dẫn cho dòng điện cuộn trở nguồn Diod D3 dẫn, điện áp ngang qua cuộn 3: v3  VS N  N  v1  v3    VS    N3   N3  Từ suy ra: (7.25) N  N  v2  v3    VS    N3   N3  Với diod D1 ngưng dòng điện dương Lx, diod D2 phải dẫn, điện áp ngang qua Lx: vL  V0  Lx x → diL x dt →  i  Lx diL open x dt   iL V0 iL   Lx t 1  D  T x V0 1  D  T Lx 106 x (7.26) Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân → Dòng điện Lx giảm tuyến tính SW mở Với trạng thái ổn định, thay đổi dòng điện cuộn dây chu kỳ Từ (7.22) (7.26):  i  Lx closed    iL x  open 0 V N  DT  V0 1  D  T   V S   L N1 Lx x  →  N  V0  VS D    N1  → (7.27) Ta thấy mối liên hệ điện áp vào tương tự mach Buck ngoại trừ thêm hệ số tỉ lệ dây quấn dòng điện Lx phải liên tục Trong đó, điện áp ngang qua Lm: diL diL N  V N   S  1 vL  v1  VS    Lm → (7.28) dt L N N dt m     Dòng điện Lm quay trước bắt đầu chu kỳ để reset lõi biến áp (từ m m m thông 0) Biểu thức (6.28) cho thấy iL giảm tuyến tính SW mở Khi iL < , m m diod D3 chặn lại, (7.28) iL > Từ (7.28): m iL m t  VS  N1    Lm  N  (7.29) Với iL quay sau SW mở nên giảm dòng điện phải lúc tăng m cho (7.23) Đặt Tx thời gian iL giảm từ đỉnh trở 0: m iL m Tx  VS DT V N   S  1 Lm Tx Lm  N  N  Tx  DT    N1  → (7.30) (7.31) N   N  Gọi t0 thời điểm iL  : t0  DT  Tx  DT  DT    DT 1   N1   N1   m t0 < T ( iL  trước chu kỳ bắt đầu) m  N  DT 1   < T N1   →  N  D 1   < N1   (7.33) Ví dụ, N3/N1 = 1, tỉ lệ dẫn D < 0.5 Điện áp ngang qua SW mở là: 107 (7.32) Điện Tử Công Suất vSW Chương VII    N1  N1  VS  v1  VS   VS   VS    DT < t < t0  N N      VS t0 < t < T  Các dạng sóng điện áp dòng điện cho Hình 7-6 Hình 7-6 108 Huỳnh Gia Danh Nhân (7.34) Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân Cấu hình mạch ngỏ tương tự mạch Buck, độ gợn điện áp nhau: V0 1 D  V0 8LxCf (7.35) Trở kháng nối tiếp tương đương (ESR) tụ thường ảnh hưởng độ gợn điện áp Sự thay đổi đỉnh-đỉnh ESR là:  V 1  D   V0, ESR  iC rC  iL rC    rC  Lx f  x (7.36) Ví dụ 7.4: Bộ chuyển đổi Forward hình vẽ, có thông số: VS = 48V R = 10Ω Lx = 0.4mH Lm = 5mH C = 100µF f = 35kHz N1/N2 = 1.5 N1/N3 = D = 0.4 Xác định: (a) điện áp ra, dòng điện Lx lớn nhấn nhỏ nhất, (b) dòng điện đỉnh cuộn sơ cấp Xem xét dòng điện lõi từ có bị reset chu kỳ Giả sử linh kiện lý tưởng Giải: (a) Điện áp ra: N    V0  VS D    48  0.4     12.8V  1.5   N1  Dòng điện trung bình Lx với dòng điện tải: I L  I0  x V0 12.8   1.28 A R 10 Sự thay đổi iL xác định từ (7.22) (7.26) Sử dụng (7.26) ta có: x iL  x V0 1  D  12.8 1  0.4    0.55 A Lx f 0.4 103   35000  Dòng điện lớn nhỏ Lx là: I L ,max  I L  x x iL x  1.28  0.55  1.56 A 109 Điện Tử Công Suất Chương VII iL Huỳnh Gia Danh Nhân 0.55  1.01A 2 (b) Dòng điện cuộn sơ cấp tổng dòng điện cảm ứng từ cuộn thứ cấp lõi I L ,min  I L  x  1.28  x x từ Dòng đỉnh cuộn thứ cấp với I L ,max Dòng điện đỉnh lõi từ đạt x từ (7.23): IL m ,max  iL  m 48  0.4  VS DT   0.11A Lm 10 3   35000  Dòng điện đỉnh cuộn sơ cấp là: N  I max  I L ,max    I L  N1  m ,max x    1.56    0.11  1.15 A  1.5  Thời gian cho dòng điện lõi từ trở sau SW mở xác định từ (7.31): N  0.4 Tx  DT    1  11.4 s  N1  35000 Thời điểm iL  : m t0  DT  Tx  Ta thấy: 0.4  11.4  22.8 s 35000 T 1   28.6 s > t0 f 35000 Ví dụ 6.5: Thiết kế chuyển đổi Forward với điện áp 5V điện áp vào 170V Dòng điện 5A Độ gợn điện áp không vượt 1% Chọn tỉ lệ dây quấn, tỉ lệ dẫn tần số switching Chọn Lx để dòng điện liên tục Chọn tụ có ESR, với rC = 10-5/C Giải: Ta chọn N1/N3 =1 → D  0.5 Để thuận lợi chọn D = 0.35 Từ (6.27): N  V0  VS D    N1  → N1 VS D 170  0.35     11.9 N2 V0 Làm tròn tỉ lệ N1/N2 = 12 Tính toán lại giá trị D: D V0  N1  12   0.353   VS  N  170 Việc chọn cuộn dây Lx tụ điện tiêu chuẩn thiết kế mạch Buck Với thiết kế cho f = 300kHz Dòng điện trung bình Lx = 5A với dòng điện trung bình qua tải dòng trung bình tụ Độ thay đổi dòng điện cuộn Lx: 110 Điện Tử Công Suất Chương VII iL  0.4 I L  0.4    A x x Huỳnh Gia Danh Nhân (40% I L ) x Tính Lx từ (7.26): iL  x V0 1  D  T Lx → Lx  V0 1  D  1  0.353   5.39 H iL f  300000  x Giá trị tiêu chuẩn 5.6µH phù hợp cho thiết kế dẫn đến iL giảm x Với độ gợn điện áp 1%: V0  0.01   0.05V Giả sử ESR nguyên nhân tạo độ gợn điện áp ra: V0  V0, ESD  iC rC  iL rC → rC  x V0 0.05   0.025  25m iL x -5 Theo đề rC = 10 /C: → 105 105 C   400  F rC 0.025 Giá trị tiêu chuẩn 470µF phù hợp 7.5 Bộ chuyển đổi Forward SW (Double-Ended): Bộ chuyển đổi Forward có Transistor SW gọi chuyển đổi Singleended Bộ chuyển đổi Double-ended cho Hình 7-7 Hình 7-7a Ở mạch Transistor SW ON OFF cách đồng thời Khi ON, điện áp ngang qua cuộn sơ cấp VS Điện áp ngang qua cuộn thứ cấp dương lượng truyền tới tải tương tự Single-ended Lúc iL lõi từ tăng m 111 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân Khi OFF, diod D1 chặn iL cảm ứng qua cuộn thứ cấp đẩy dòng điện lõi từ chảy qua m diod D3, D4 trở nguồn Điều thiết lập điện áp cuộn sơ cấp –VS, tạo việc giãm tuyến tính dòng điện lõi từ Nếu D < 0.5, lõi từ biến áp bị reset chu kỳ Hình 7-7b,c Điện áp tương tự chuyển đổi Forward Single-ended (7.27) Một ưu điểm chuyển đổi Forward Double-ended điện áp ngang qua transistor OFF VS thay VS(1+N1/N3) Đây đặc tính quan trọng cho ứng dụng điện áp cao 7.6 Bộ chuyển đổi đẩy-kéo (Push-Pull): Mạch cho Hình 7-8a Cũng giống chuyển đổi Forward, cảm kháng từ biến áp không thông số thiết kế Giả sử biến áp lý tưởng Các SW đóng mở Hình 7-8b 112 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân Hình 7-8a Hình 7-8b,c,d Khi SW1 đóng: Điện áp ngang qua cuộn sơ cấp P1: vP  VS (7.37) Điện áp cảm ứng qua cuộn khác: 113 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân N  vS  VS  S   NP  N  vS  VS  S   NP  vP  VS vSW  2VS 2 (7.38) Diod D1 dẫn, D2 ngưng và: N  vx  vS  VS  S   NP  N  vL  vx  V0  VS  S   V0  NP  (7.39) x Giả sử V0 = const → vL  const → dòng điện tăng tuyến tính Lx Trong x khoảng thời gian SW1 đóng, thay đổi dòng điện Lx là: N  V VS  S  N  P   t DT Lx iL x →  i  Lx iL x SW1 ,closed   NS  V  VS  N P     DT L x     (7.40a) Khi SW2 đóng: Điện áp ngang qua cuộn sơ cấp P2: vP  VS (7.41) Điện áp cảm ứng qua cuộn khác: N  vS  VS  S   NP  N  vS  VS  S   NP  vP  VS vSW  2VS 1 (7.42) Diod D2 dẫn, D1 ngưng và: N  vx  vS  VS  S   NP  N  vL  vx  V0  VS  S   V0  NP  x 114 (7.43) Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân vL  const → dòng điện tăng tuyến tính Lx Trong khoảng thời gian SW2 x đóng, thay đổi dòng điện Lx là:  i  Lx SW2 , closed   NS  V  VS  N P     DT L x     (7.40b) Khi SW mở: Dòng điện qua cuộn sơ cấp = Dòng điện Lx trì liên tục dẫn đến diod D1 D2 dẫn → dòng điện chia dều qua cuộn thư cấp Điện áp ngang qua cuộn thứ 0: vx  vL  vx  V0  V0 (7.44) x → Dòng điện giảm tuyến tính Lx Sự thay đổi dòng SW mở là: iL x t →   i  Lx iL  x T  DT V0 Lx  V        D  T   Lx   open (7.45) Vì thay đổi dòng điện cuộn dây = chu kỳ hoạt động trạng thái ổn định, nên:  i  Lx closed    iL x  open 0   NS  V   VS  N P    V0      DT     D  T  Lx   Lx       → N  V0  2VS  S  D  NP  (7.46) (7.47) D tỉ lệ dẫn SW Các phân tích giả sử dòng điện cuộn Lx liên tục Tính toán độ gợn điện áp tương tự mạch Buck ta được: V0  2D  V0 32 LxCf (7.48) Cũng chuyển đổi trước, ESR tụ điện nguyên nhân độ gợn điện áp Ta có: 115 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân iC  iL x V0, ESD  1  V0   D    r  iC rC  iL rC    C Lx f     x (7.49) Ví dụ 7.6: Bộ chuyển đổi Push-pull có thông số: VS = 30V NP/NS =2 D = 0.3 R = 6Ω Lx = 0.5mH f = 10kHz C = 60µF Xác định V0, giá trị lớn nhỏ iL , độ gợn điện áp Giả sử linh kiện x lý tưởng Giải: N  1 Điện áp ra: V0  2VS  S  D   30     0.3  9V  2  NP  Dòng điện trung bình cuộn dây dòng trung bình tải: I L  I0  x V0   1.5 A R Sự thay đổi iL xác định từ (7.45) x    V     iL     D  T      0.3    0.36 A   0.5 10    10000     Lx     x Dòng điện lớn nhỏ iL : x I L ,max  I L  x x I L ,min  I L  x iL x  1.5  0.36  1.68 A x  1.5  0.36  1.32 A 2 iL x Độ gợn điện áp ra:   0.3 V0  2D    0.005  0.5% V0 32 LxCf 32 100002   0.5  10 3   50  10 6  116 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân 7.7 Bộ chuyển đổi DC-DC cầu bán cầu (Full-Bridge and Half-Bridge) Bộ chuyển đổi DC-DC Full-Bridge Half-Bridge cho Hình 7-9 7-10 Mạch hoạt động tương tự chuyển đổi Push-pull Giả sử biến áp lý tưởng, với FullBridge có: - Các cặp SW1,2 SW3,4 đóng luân phiên - SW1 SW2 đóng, điện áp ngang qua cuộn sơ VS - SW3 SW4 đóng, điện áp ngang qua cuộn sơ -VS - Các SW mở vP = - Với chuổi chuyển đổi căp SW, vP có dạng sóng Hình 7-9c - Các diod D1 D2 bên cuộn thứ cấp chỉnh lưu vP để tạo điện áp vx Hình 7-9d Điện áp tương tự mạch Push-pull Như vậy, ngỏ chuyển đổi Full-Bridge phân tích tương tự Push-pull, nên ta có: N  V0  2VS  S  D  NP  (7.50) D tỉ lệ dẫn cặp SW - Điện áp ngang qua SW mở VS Đây ưu điểm quan trọng ngỏ vào điện áp cao 117 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân (a) (d) Hình 7-9: Bộ chuyển đổi DC-DC Full-Bridge 118 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân (a) (d) Hình 7-10: Bộ chuyển đổi DC-DC Half-Bridge 119 Điện Tử Công Suất Chương VII Huỳnh Gia Danh Nhân Với Half-Bridge có: - C1 = C2 có giá trị lớn Điện áp vào điện chia qua tụ - SW1 SW2 đóng tạo điện áp vP cuộn sơ cấp Điện áp thứ cấp vx chỉnh lưu có dạng sóng Hình 7-10d vx dạng sóng với mạch Pushpull Full-Bridge biên độ ½ Mối liên hệ điện áp vào ra: N  V0  VS  S  D  NP  (7.51) D tỉ lệ dẫn SW - Điện áp ngang qua SW mở VS 120 [...]... hấp thụ công suất p  t  < 0 : thiết bị đang cung cấp công suất Điện năng hoặc năng lượng: t2 t2 W   p  t  dt   v  t  i  t  dt t1 (2.2) t1 Đơn vị của điện năng là J (Joule), Wh (Watt giờ) Bội số của nó là kWh, đây chính là đơn vị để tính tiền điện Công suất tác dụng hoặc công suất trung bình: Các hàm điện thế và dòng điện tuần hoàn sinh ra Công suất tức thời tuần hoàn Công suất tác dụng... niệm công suất cơ bản được xem xét trong chương này, với sự nhấn mạnh đặc biệt vào tính công suất cho các mạch điện với điện áp và dòng điện không Sin Xử lý thêm cho một số trường hợp đặc biệt có thể bắt gặp thường xuyên trong ĐTCS 2.2 Công suất và Điện năng: Công suất tức thời: p t   v t  i t  (2.1) Công suất tức thời là 1 đại lượng thay đổi theo thời gian p  t  > 0 : thiết bị đang hấp thụ công. .. (2.2), (2.3) ta có: P W T (2.4) Ví dụ 2.1: Cho mạch ở Hình 2-1, điện thế và dòng điện ở Hình 2-2a,b (a) Xác định Công suất tức thời p  t  được hấp thụ bỡi thiết bị (b) Xác định điện năng hấp thụ trong 1 chu kỳ (c) Xác định Công suất tác dụng 11 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân Giải: Hình 2-1 Hình 2-2 (a) Điện thế và dòng điện được biểu diễn như sau: 0  t  10ms 20V v t     0 10ms...  3 I rms  Im 3 Đây là công thức chung cho dạng tam giác b Gọi dòng điện ở câu (a) là i1  t  và I1m  2 A , ta viết biểu thức cho dòng điện ở câu (b): i  t   3  i1  t  2 Từ (2.38), ta có: I rms 31  2   3    3  3.21A  3 2 2.6 Công suất biểu kiến và hệ số công suất: Công suất biểu kiển (còn được gọi là công suất toàn phần): S  Vrms I rms (2.39) Hệ số công suất của tải: pf  P P ... chuỗi các điện thế của chuỗi Fourier như ở Hình 213 Dòng điện trong tải có thể xác định bằng nguyên lý chồng chập và công thức (2.53) được áp dụng để tính công suất trung bình Chú ý khi các nguồn có cùng tần số, không sử dụng nguyên lý chồng chập để tính công suất 29 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân Hình 2-14 Hình 2-13: Mạch tương đương cho phân tích Fourier Ví dụ 2.8: Một điện áp tuần... 20 Ω, t1 = 10 ms và T = 100 ms Xác định: (a) Dòng điện đỉnh và năng lượng lưu trữ đỉnh trong cuộn cảm 20 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân (b) Công suất trung bình hấp thụ bỡi điện trở (c) Công suất trung bình và đỉnh của nguồn (d) So sánh kết quả với Hình 2-8a Giải: (a) Từ biểu thức (2.18): VCC t 90t =  450t A , 0 < t < 10ms L 0.2 Dòng điện và năng lượng lưu trữ đỉnh của cuộn cảm: iL... cao, điện áp và dòng điện thấp (24V/2A) nên ta chọn MOSFET  Điểm hoạt động của S2 nằm ở góc phần tư thứ II của hệ trục tọa độ (v2,i2): v20 Đặc tuyến V-A của Diod ở Hình 1-6c thỏa mãn điều kiện  chọn Diod cho S2  Mạch được trình bày ở Hình 1-20 Hình 1-20: Chọn Diod cho S2 10 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT 2.1 Giới thiệu: Tính toán công suất là... t  dt  0 (2.15) t0 PC  0 Công suất trung bình: (2.16) Ví dụ 2.2: Dòng điện trong 1 cuộn cảm 5mH ở Hình 2-5a là sóng tam giác tuần hoàn ở Hình 2-5b Xác định điện áp, công suất tức thời và công suất trung bình của cuộn cảm Giải: Hình 2-5: (a) Sơ đồ mạch (b) Dòng điện cuộn cảm (c) Điện áp cuộn cảm (d) Công suất tức thời Dòng điện của cuộn cảm có thể được biểu diễn như sau: 0  t  1ms  4 x103 t (... định: (a) công suất hấp thụ bỡi tải, (b) hệ số công suất của tải, (c) DF, (d) THD Giải: (a) Công suất hấp thụ: P   0 8   P 100 15 cos 2 100 15 cos 0 6 0 2  30    2  cos  45    2  cos  60  0 0 0  30   649.5W 0 2 (b) Hệ số công suất: Vrms  Điện thế rms: 100  70.7V 2 2 2 2  15   6   2   8        14 A  2  2  2 2 Dòng rms: I rms Hệ số công suất: ... I Z * Z 2 rms (2.44) ở đó Vrms , I rms là các đại lượng phức biểu diễn bằng biên độ và pha, Irms là liên hiệp phức của I rms Công suất biểu kiến là độ lớn của công suất phức: S  S  P2  Q2 (2.45) 27 Điện Tử Công Suất Chương I Huỳnh Gia Danh Nhân 2.8 Tính toán công suất cho tín hiệu không Sin: Chuỗi Fourier: Một hàm tuần hoàn f  t  bất kỳ có thể biểu diễn dạng lượng giác như sau:  f  t  