Điện tử công suất (bài tập bài giải ứng dụng) nguyễn bính

NGUYỄN BÍNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ cùa kỹ thuật công nghệ dẫn điện, ngày diện tử công suất dã giữ vai trò quan trọng kỹ thuật diện nói chung Môn họ c Điện tủ công suất dã trỏ thành môn học bắt buộc dổi với sinh viên ngành kỹ thuật điện, tự động hóa "Điện tử công suất" vốn dược coi môn sờ kỹ thuật khó tiếp thu liên quan chặt chẽ với môn học khác lí thuyết mạch, kỹ thuật diện tủ, toán cao cáp: phương trinh vi phân, chuỗi, toán tử, V.V Thế "biết cách" gỉ khó cả: sau nghe giảng lí thuyết, ta "hành" vài tập có lời giải chi tiết với sổ liệu cụ thể thi hiểu biết vắn đ'ê tháu dáo Cuốn sách gôm 73 tập chọn lọc, mức độ trung binh trở lên, toán thường nhiều gây khó khăn cho sinh viên Nội dung dược chia thành phân, bao trùm phần môn học Điện tử công suốt Phân I: ('hĩnh lưu diôt, 17 Phàn II: Chinh lưu tiristor, 29 Phàn III: Băm điện áp chiều (hacheur, chopper), Phàn IV: Điêu chinh diện áp xoay chiêu (gradateur), 10 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI Phàn V: Biến tần (onduleur), 12 học kỹ thuật uà, bạn làm việc ngành kỹ thuật diện nói chung Tác giả bày tỏ lòng biết ơn dối với Phòng đào tạo, đồng nghiệp môn Tự dộng hóa xí nghiệp công nghiệp, khoa Diện, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật dã khích lệ, dộng viên nhiêu dề sách sớm dến tay bạn dọc Tác giả chân thành cảm ơn ý kiến, nhận xét cạc bạn dồng nghiệp, bạn O-Xu t -tì -Ị \T MỤC LỤC \ JDm *-r Lời nói dâu BÀI SỐ PHẦN ỉ 1Ị CHỈNH LƯU ĐIÔT PHẦN I CHỈNH LƯU ĐIÔT Chỉnh lưu điôt pha: Bài số -T- 10 Chỉnh lưu điôt ba pha: Bài 11 T 17 PHẦN II CHÌNH HƯU TIRISTOR Cho sơ đõ chinh lưu điôt pha, nửa chu kỳ, hình Chỉnh lưu tiristor pha: Bài 18 -T- 31 Dòng điện tải id dòng Chỉnh lưu tiristor ba pha: Bài điện 32 -ỉ-chảy 46 điôt iD cd dạng trình bày hình lb Khi điôt dẫn dòng, điện áp rơi thân nd mô tả biểu thức: PHẦN ¡II BĂM -:? ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Uịj = 0,85 + 0,9.10 i|:) Bài 47 - 51 PHẦN IV DIÊU CHỈNH ĐIỆN ẮP XOAY CHIỀU Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha: Bài 52 -T- 57 Điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha: Bài 58 -ỉ- 61 R th = Rjv + Rvr + Rra th Px 30 đo' Ir), I trị trung bình trị hiệu dụng dòng chảy điôt Trong sơ đồ xét ID = Id theo định nghĩa, ta co': Id = — / Wsin Odd = ^ 2ír o Tí /1*" ’ ’ IDm 71.200 = V —— / (IDm.sinớ)2.dớ = — = ——— = 314 A I 2ĩt o um R R R = bình th - jr = công - °> suất = 2,2°c/w Vậy trị trung tổn thất điôt là: BÀI SỐ Nhiệt độ vỏ thiết bị: T; - T„ 125 - 35 Nhiệt trở mặt ghép cánh tản nhiệt: Tv Ta + Rra P Rth ==-i -T = - = 3°c/w Rjr = Rjv + Rw = 0,8°CAV Nhiệt trở = 35 + 2,2 30 = 101°c cánh tản nhiệt môi trường: Công suất tổn thất tiristor PT = 30 w Nhiệt độ giới hạn mặt ghép Tj = 125°c Nhiệt độ môi trường Ta = 35°c Cho biết điện trỏ nhiệt mặt ghép cánh tản nhiệt Rjr = 0,8°c/w Hãy tính: a Điện trở nhiệt cánh tản nhiệt môi trưồng, Rra b Nhiệt độ a) vỏ thiết bị no'i b) Hình Bài giải Tổng Bảinhiệt ỊỊÌÙÌtrở thiết bị: Trị trung bình công suất tổn thất điôt, theo định nghỉa, mô tả bàng hiểu thức: / 1T P|, = — / Uiyi^.dt = ——/ (0,85 + 0,0009.i|5).iI5.dt T ( T o = BÀI SÔ 0,85 T 0,0009 T , indt + ^—/ ir, dt = 0,85In + 0,0009I2, R p= thqt 300 w Tổng nhiệt trở Rlh = 0,2°c/w, Nhiệt độ môi trường T = 40°c Nhiệt đ ộ mặt ghép không vượt T = ° c Hãy tính công suất tổn thất lớn cho phép P T làm việc tải thời Bài ỊỊÌải Nhiệt suất độ mặt việcquá chế định mức: Công tổnghép thất lớn tiristor cholàm phép tải độ thời gian ngắn FT = PT + APT = 300 + 500 = 800 w T j = T;1 + Rth.PT = 40 + 0,2 300 = 100°c Nhiệt độ cho phép tảng thêm thời gian làm việc tải ATj = T j m - T j = - 100 = C Công suất tổn thất cho phép tăng thêm thời gian làm việc AT: 25 APT = —= 500 w BÀI SỐ Cho sơ đồ chỉnh lưu điôt pha, nửa chu kỳ, trình bày hình 2a Trị hiệu dụng điện áp nguồn 240 V, tần số f = 50 Hz, Mạch tải gôm điện cảm L = 0,1 H nối tiếp với điện trở R = 10 Q m VR2 + X2 m 32,97 a Xác Biểu thức định củadạng i p sóng dòng điện tải ij b Tỉnh trung bình-của điện +áp9,81.e" tải u °và3l83tí dòng tảicủa Ij điôt, ký hiệu id =trị 10,295.sin(ớ 1,2626) Góc dẫnđiện dòng Bùixác giảiđịnh bàng cách giải phương trình siêu việt (11.3): A, 1,2626) 0,9528.é" ’3lH3A a Xácsin(A dinh-biểu thức- dòng diện0tải ij.Ả = 4,6251 rad = 265° Khi đóng nguồn điện xoay chiều, xem điôt D phần tử lí tưởng, viết phương trình sau: Dòng điện tải id đạt trị cực đại = bị ứng với giao điểm đường cong R.i I đường cong biểu diễn didđiện áp nguồn Dê’ xác _ định 8ị ta giải phương trình: L -R.i.i = u = v^Usintut R.Imsin(0, - f) ++ R.I = ^2U.sinớ, m.e-Ve»’ u dt = 2,7052 rad = 155° Vận dụng công thức (II.2), nghiệm phương trình là: id = Trị cực đại dòng điện tải: Imsin(ớ - .e- **ct^yi.d$ u = ^2.U.sinwt; u = 70,71 V; R = 300 Q; f = 50 Hz; c = 333 juF Jĩ — tf1 2JI > a Viết biểu thức (trị tức thời) của—iR— , ir1,-—— i|v t cos

)] (e~ — 1) = 5,87 A JỈ t2 thời điểm điôt Dị bị khóa2ĩi.ctg

n = 0,8; r¡ = 0,8; f = 50 Hz; n = 1,1 Tính điện dung tụ V điện chuyển mạch X = oiL = 4,22 £2 (điện kháng tản) Tính số liệu cằn thiết để chọn phàn tử bán dẫn công suất, đ Xác định Vẽ dòng điện iK, is, i| điện cảm Ls nối tiếp với tiristor đê’ hạn chế biến đổi Tính trị định mức dòng điện chiều khâu trung gian cung dòng điên tiristor -7- dt I m:ix = 0 A///S Ọ o 189 Bài giải Khoảng dân dòng tiristor dòng điện pha tải trình bày hỉnh 98 Xác định trị định mức dòng điện chiều khâu trung gian cung cấp Id Cõng suất trục động cơ: Pn = 1100 w Công suất động lấy từ nguồn cung cấp: p> = ^3UnIncosy,n Trị hiệu dụng dòng điện pha tải: pn 1100 ° = vV3Uncospn = 0,8.^3.190 0,8 = ’ Dòng điện pha tải hàm có chu kỳ 2L = 2n\ có dạng "gàn sin chữ nhật" Xét dòng tải iR Ềiểu thức giải tích iR chuỗi Fourier Việc xác định số hạng Fourier thuận tiện ta chọn gốc tọa độ hình 97 H)nh 97 Khai triển Fourier dòng điện pha không chứa thành phàn diện tích nửa chu kỳ dương diện tích nửa chu kỳ âm, không chứa số hạng bậc chẵn vi f(0) = — í{ĩi /f ớ) Tóm lại: iR = bjSin# + b.,sin3fl + + bnsinnớ + ) đo' bn =—— 190 / Id.sinnớdỡ D 2\^3 ° Id = ± ——-Iu» n = 1, 5, 7, 11, 13, pha đối xứng Chúng tạo tìí trường quay stato động Từ sóng co' thể vẽ UR, us U.J., xem hình 99: ĨUT = UR " = +V^Usin ( t ì n+=j1, i / 611, ) 13, lấy dấu " 28 1^3 A (tì us = \/2Usin(ô =—!’Jil• 5,22 2) u.|==6,7 '/2Usin — 7JI/6), đo’ u trị hiệu dụng điện áp JĨ.\Ỉ2 -pha ! ait- & 7[ t !* ! hình 96) Tiristor mở, đặt điện áp U = ! Khi tì = t ì ị , cấp xung mở T3 (xem — u lẽn Tị, khiến Tị bị khóa lại Dòng điện I, chuyển sang T v rẽ thành hai nhánh: RA 7t rr 'í “I nhánh thứ icl = — Id nạp điện cho Cị theo chiêu ngược -u _L M n 27[ nhánh thứ hai ic2 = icí = — Id nạp điện cho C2 C3 (ngược) 27[ n Dòng điện hai nhánh hợp lại chảy qua D ! vào pha R tải pha T qua ZJ D, T-, Hình 98 n.í = C1 u U +U RS = - U, Tính diện dung tụ diện chuyền mạch Dưới xét trình chuyển mạch, ví dụ trình chuyển dòng điện tải I j từ pha R sang pha s 191 di|< 2L—- _ + j iRdt — v^GUsin« + V6Usin(í;^t + a) = dt u _ R 3C il