bài tập về nhà của điện điện tử spkt hcm. đây là tài liệu của thầy Nguyễn Thới đại học sư phạm kỹ thuật thành phố hồ chí minh biên soạn và sưu tầm. các bạn không biết giải liên hệ khoa điện điện tử spkt hcm. số 1 Võ Văn Ngân, Thủ đức
Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 Giải thích giá trị trung bình giá trị hiệu dụng đại lượng điện? Tính điện áp trung bình điện áp hiệu dụng tải có dạng sóng sau: vi(t) [V] 50 t [ms] 20 30 50 60 80 Hình 1.1 vi(t) [V] 50 -30 20 30 50 60 80 t [ms] Hình 1.2 vi(t) [V] 50 x = wt [rad] -p p 2p 3p 5p Hình 1.3 Trang Bài tập Điện tử công suất vi(t) [V] 40 t [ms] 20 30 50 60 80 Hình 1.4 vi(q) [V] 100 q = wt [rad] p 2p 3p Hình 1.5 vi(q) [V] 100 q = wt [rad] 2p p 3p 4p -100 Hình 1.6 vi(q) [V] 100 p 2p q = wt [rad] 3p Hình 1.7 Trang Bài tập Điện tử công suất vi(q) [V] 100 q = wt [rad] 2p p 3p Hình 1.8 vi(q) [V] 100 q = wt [rad] p/2 p 3p/2 2p 5p/2 3p Hình 1.9 2U/ U/ -U/ - 2U/ 1.2 1.3 1.4 1.5 U T/ 2T/ T/ 5T/ T t T/ Hình 1.10 Điện áp tải cảm (R + L) có dạng sóng hình 1.7, điện cảm tải lớn (cảm kháng tải lớn so với điện trở tải – XL >> R) nên dòng điện tải xem nắn thẳng có giá trị 10 [A] Hãy tính công suất trung bình tải? Điện áp tải cảm (R + L) có dạng sóng hình 1.9, điện cảm tải lớn (cảm kháng tải lớn so với điện trở tải – XL >> R) nên dòng điện tải xem nắn thẳng có giá trị 10 [A] Hãy tính công suất trung bình tải? Điện áp đặt tải điện trở 10 có hàm biểu diễn u = 220sin(100pt) [V] Hãy xác định: a Hàm công suất tức thời tải b Công suất tức thời lớn c Công suất trung bình tải Điện áp dòng điện tải hàm tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T = 100ms sau: t 50ms 0; t 60ms 10V; i(t) = u(t) = ; 4A; 50ms t 100 ms 0V; 60ms t 100ms Trang Bài tập Điện tử công suất Xác định điện áp hiệu dụng dòng điện hiệu dụng, công suất tức thời, công suất trung bình lượng tiêu thụ tải chu kỳ 1.6 Xác định công suất trung bình tải Cho biết điện áp tải không đổi u(t) = U= 24VDC dòng điện qua tải tuần hoàn có hàm biểu diễn chu kỳ T = 100ms sau: t 50ms 0; i= 4A; 50ms t 100 ms 1.7 Dòng điện qua phần tử hai cực có dạng i = 20sin(100pt) [A] Hãy xác định công suất tiêu thụ trung bình phần tử phần tử hai cực là: a Điện trở 5; b Cuộn dây có cảm kháng 10mH; c Sức điện động E = 6V 1.8 Dòng điện i = + 20sin100pt [A] qua mạch RLE mắc nối tiếp Xác định công suất tiêu thụ trung bình phần tử R, L E, cho biết R = 3 , L = 10mH E = 12V 1.9 Một lò điện trở công suất 1.500W sử dụng nguồn u = 220 sin(100pt) [V] Nếu điều khiển công suất lò điện theo chu kỳ 12 phút với trình tự đóng điện phút ngắt điện phút Hãy xác định: a Điện áp hiệu dụng tải b Công suất tức thời cực đại c Công suất tiêu thụ trung bình d Năng lượng tiêu thụ dạng nhiệt chu kỳ 1.10 Hãy xác định trị hiệu dụng điện áp, dòng điện công suất tiêu thụ trung bình tải cho biết trình điện áp dòng điện có dạng: u = 2,5 10cos(100pt) cos(200pt p / 3) [V] i = 1,5 2cos(100pt) 1,1cos(200pt p / 3) [A] 1.11 Cho dòng điện i = 1,5 2cos(100pt) 1,1cos(200pt p / 3) [A] qua tải gồm R-C mắc song song với R = 100 C = 50F Xác định công suất tiêu thụ phần tử tải 1.12 Cho điện áp u = 2,5 10cos(100pt) cos(200pt p / 3) [V] đặt tải RLE mắc nối tiếp với R = 4, L = 10mH E = 12V Xác định công suất tiêu thụ phần tử 1.13 Điện áp dòng điện qua tải biểu diễn hàm sau: 20 i = cos(npt)[A] u = 20 cos(npt)[V]; n n =1 n n =1 Xác định công suất trung bình tải (chính xác đến n = 4) 20 u = 20 sin(100npt) [V] cung cấp tải RLE nối tiếp với R = 20, L = 1.14 Cho nguồn n n =1 250mH E = 36V Xác định công suất trung bình phần tử tải Trang Bài tập Điện tử công suất 1.15 Nêu điều kiện dẫn SCR? So sánh SCR Diode; SCR Triac; SCR GTO cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng? Khi tính chọn SCR, cần ý đến thông số nào? 1.16 Tại gọi SCR linh kiện điều khiển kích đóng được? Khi SCR dẫn, nêu biện pháp để ngắt SCR? 1.17 Giải thích tượng tự kích SCR gì? Hiện tượng có ảnh hưởng đến việc điều khiển SCR? 1.18 Nêu tác dụng điện trở RB, tụ CB, + VCC diode D0, nhánh R-C, máy biến áp xung mạch điều khiển bảo vệ SCR hình 1.11? 1.19 Dựa vào chuyển mạch linh kiện, phân nhóm loại linh kiện điện tử công suất nêu ứng ứng loại tương ứng? 1.20 So sánh BJT FET cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ làm việc, Hình 1.11 ưu nhược điểm, xung kích ứng dụng? 1.21 Nêu giải thích phương pháp bảo vệ linh kiện mạch điện (mạch điều khiển, mạch công suất tải, mạch nguồn)? 1.22 Tại phải hạn chế tốc độ tăng dòng tăng áp SCR? 1.23 Liệt kê linh kiện điện tử công suất điều khiển dòng điều khiển áp? 1.24 Nêu số hãng sản xuất linh kiện điện tử công suất giới? Trang Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN Chú ý: Các tập bỏ qua tổn thất mạch bao gồm tổn thất công suất điện áp nguồn, linh kiện dây dẫn 2.1 Cho mạch chỉnh lưu pha, nửa chu kỳ tải trở R = 100 (Ω) hình 2.1 với điện áp nguồn vào ui = 220 sin wt = 220 sin x(V) , tần số nguồn f = 50 (Hz) Hãy: a) Vẽ dạng sóng điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện tải điện áp diode D? b) Sử dụng phần mềm Matlab PSIM để mô vẽ dạng sóng trên? c) Tính điện áp trung bình, điện áp hiệu dụng dòng điện trung bình tải? d) Tính xác định thông số để lựa chọn diode máy biến áp nguồn? (biết diode chỉnh lưu chế tạo từ Si) M D ui R u0 N Hình 2.1 HƯỚNG DẪN: Để có thông số lựa chọn diode chỉnh lưu, trước tiên cần phải tính điện áp trung bình tải Ud, tính dòng qua tải Id dòng qua diode IDtt, tìm điện áp ngược lớn diode theo điện áp xoay chiều UPIVDtt (Bằng cách vẽ dạng sóng diode, xét giá trị điện áp lớn rơi diode diode không dẫn), sau chọn theo tiêu chuẩn: - IDst ≥ (1.25 ÷ 1.3)IDtt; - UPIVDst ≥ (1.6)UPIVDtt Trong IDst; UPIVDst thông số dòng áp làm việc định mức cho sổ tay tra cứu nhà sản xuất (Datasheet) 2.2 Cho mạch chỉnh lưu tia pha, biết điện áp xoay chiều cuộn thứ cấp máy biến áp u2 = 21,2 Sin314t [V], tải R=1 (bỏ qua tổn hao diode) a) Tính dòng điện trung bình qua tải qua diode, điện áp ngược lớn diode; b) Giả sử tải có gắn thêm nguồn E = 12V nối tiếp thông số thay đổi nào? c) Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu dạng sóng dòng điện tải Trang Bài tập Điện tử công suất d) Giả sử tải RL (hệ số tự cảm lớn), vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải đồ thị? 2.3 Cho mạch chỉnh lưu pha, nửa chu kỳ tải trở R = 100 (Ω), E = 220 (V) hình 2.2 với điện áp nguồn vào ui = 220 sin wt = 220 sin x(V) , tần số nguồn f = 50 (Hz) Hãy: a) Vẽ dạng sóng điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện tải điện áp diode D? b) Sử dụng phần mềm Matlab PSIM để mô vẽ dạng sóng trên? c) Thiết lập công thức tính điện áp trung bình, điện áp hiệu dụng dòng điện trung bình tải? d) Tính chọn diode máy biến áp nguồn? M D ui R u0 E N Hình 2.2 2.4 Cho mạch chỉnh lưu pha, nửa chu kỳ tải cảm có R = 100 (Ω), L = 0,1 (H) hình 2.3 với điện áp nguồn vào ui = 220 sin wt = 220 sin x(V) , tần số nguồn f = 50 (Hz), góc tắt dòng = 4,625 (rad) = 2650 Hãy: a) Vẽ dạng sóng điện áp nguồn, điện áp tải, dòng điện tải điện áp diode D? b) Thiết lập công thức Tính điện áp trung bình, điện áp hiệu dụng dòng điện trung bình tải? c) Tính chọn diode máy biến áp nguồn? M D ui R u0 L N Hình 2.3 2.5 Cho mạch chỉnh lưu cầu pha dùng diode chế tạo từ Si Biết giá trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều U = 24V.Tải R, có dòng điện trung bình Id = 12A a) Hãy tính công suất tiêu tải thông số để lựa chọn diode b) Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu dạng sóng dòng điện tải 2.6 Cho mạch chỉnh lưu cầu pha,biết thông số tương tự 2.5 tải RL, dòng liên tục gần phẳng Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải 2.7 Cho thiết bị chỉnh lưu cầu pha để nạp điện cho ắc quy, có sức điện động E = 120V, dòng nạp Id = 40A Trị hiệu dụng điện áp nguồn 220V, tần số 50Hz Trang Bài tập Điện tử công suất a) Tính t1 – thời điểm thiết bị chỉnh lưu bắt đầu cung cấp dòng nạp cho ắc quy nửa chu kỳ - thời gian dẫn dòng diode b) Xác định giá trị điện trở R để đảm bảo dịng nạp yêu cầu c) Tính trị hiệu dụng dòng tải d) Tính hiệu suất thiết bị M D1 D3 R ui u0 E N D4 D2 Hình 2.4 2.8 Cho thiết bị chỉnh lưu không điều khiển ba pha hình tia, ba diode cấp dòng cho mạch tải gồm suất điện động E = 120V, điện trở R = Ω Trị hiệu dụng điện áp pha U = 220V, tần số nguồn xoay chiều f = 50 Hz a) Vẽ dạng sóng dòng điện qua tải qua diode E = 120V b) Vẽ dạng sóng dòng điện qua tải qua diode E = 220V Nhận xét dạng sóng hai trường hợp c) Tính trị trung bình điện áp tải Ud, dòng điện qua tải Id, dòng qua diode ID E = 120V d) Tính trị hiệu dụng dòng chạy qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn E = 120V Đáp số: c) Id = 27,48A, ID = 9,16A; d) I2 = 15,6A 2.9 Cho mạch chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển có tải cảm gồm điện trở cuộn dây mắc nối tiếp Tải có điện cảm lớn (XL >> RL) nên dòng điện tải xem nắn thẳng có giá trị [A] Trị hiệu dụng điện áp pha nguồn U = 220 [V], tần số nguồn xoay chiều f = 50 [Hz] Hãy: a) Tính điện áp trung bình tải? b) Tính công suất trung bình tải? c) Tính chọn diode sử dụng cho mạch? 2.10 Cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển có tải cảm gồm điện trở cuộn dây mắc nối tiếp Tải có điện cảm lớn (XL >> RL) nên dòng điện tải xem nắn thẳng có giá trị [A] Trị hiệu dụng điện áp pha nguồn U = 220 [V], tần số nguồn xoay chiều f = 50 [Hz] Hãy: a Tính điện áp trung bình tải? b Tính công suất trung bình tải? c Tính chọn diode sử dụng cho mạch? Trang Bài tập Điện tử công suất 2.11 Cho mạch chỉnh lưu tia pha không điều khiển, cấp dòng cho mạch tải gồm ắc quy có E = 120V, R = , giá trị hiệu dụng điện áp pha U = 220V, tần số nguồn điện xoay chiều f = 50 Hz a) Tính dòng điện trung bình qua tải qua diode; b) Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp dòng điện tải; c) Tính điện áp ngược lớn diode; d) Tính dòng điện trung bình qua tải qua diode ắc quy nạp tới trị số E = 170V, vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải trường hợp 2.12 Cho mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển cấp dòng từ máy biến áp pha nối / , biết điện áp nguồn cuộn dây thứ cấp 400V, tải R = 10 a) Tính dòng điện trung bình qua tải, qua diode điện áp ngược lớn mà diode phải chịu; b) Giả sử có thêm tải E = 100V thông số thay đổi nào? c) Vẽ mạch chỉnh lưu dạng sóng điện áp tải trường hợp a Hướng dẫn: Khi biến áp nối kiểu tam giác điện áp ngõ điện áp dây 2.13 Cho mạch chỉnh lưu tia pha không dùng cuộn kháng cân bằng, làm nguồn cấp dòng cho máy hàn có điện trở R = 0.15 , biết điện áp dây hiệu dụng cuộn sơ cấp máy biến áp nối Y/YY 380V, tỷ số biến áp Kba = 6,3 a) Tính dòng điện hàn, dòng trung bình qua diode điện áp ngược lớn diode; b) Giả sử có gắn thêm cuộn kháng cân thông số thay đổi nào, cho biết tác dụng cuộn kháng cân bằng? c) Vẽ sơ đồ chỉnh lưu dạng sóng điện áp tải trường hợp trên? d) Mạch chỉnh lưu tia pha thường sử dụng cho loại tải nào, sao, nêu tên loại tải? Ghi chú: Mỗi pha bên thứ cấp có cuộn dây để có điện áp U2 cấp cho mạch chỉnh lưu ta cần chia Kba cho 2.14 Hãy tính dòng điện trung bình qua tải R=10 , qua diode điện áp ngược lớn diode sơ đồ sau chúng cho điện áp Ud = 200V không dùng tụ lọc có tụ điện lọc phẳng điện áp tải: a) Sơ đồ tia pha, tia pha, cầu pha; b) Sơ đồ tia pha, cầu pha; c) Sơ đồ tia pha không dùng cuộn kháng có cuộn kháng cân bằng; d) Vẽ sơ đồ mạch dạng sóng điện áp tải trường hợp có tụ điện lọc phẳng điện áp Trang Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Nêu điều kiện dẫn SCR? So sánh SCR Diode cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng? Khi tính chọn SCR, cần ý đến thông số nào? 3.2 Nêu điều kiện dẫn SCR? So sánh SCR Triac cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng? Khi tính chọn SCR, cần ý đến thông số nào? 3.3 Tại gọi SCR linh kiện điều khiển kích đóng được? Khi SCR dẫn, nêu biện pháp để ngắt SCR? 3.4 Cho chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn với tần số nguồn f = 50Hz, điện áp pha nguồn xoay chiều vi(t) = 220 sin100pt (V), góc kích = 600 a) Với tải trở R = 100 Ω, tính điện áp trung bình dòng điện trung bình hiệu dụng tải? b) Với tải R = 10 Ω, E = 220 V mắc nối tiếp, vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải? Tính điện áp trung bình tải? c) Với tải R = 10 Ω, E = 100 V mắc nối tiếp, vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải? Thiết lập công thức tổng quát điện áp trung bình tải tính điện áp trung bình tải? d) Tải cảm R = 10 Ω, L = 100 mH mắc nối tiếp, xác định chế độ dòng điện tải điện áp trung bình tải? e) Tính liên tục gián đoạn dòng điện tải phụ thuộc vào yếu tố nào? Với tải cảm, trường hợp dòng điện liên tục, trường hợp dòng điện bị gián đoạn? 3.5 Cho chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn với tần số nguồn f = 50Hz, điện áp pha nguồn xoay chiều vi(t) = 220 sin100pt (V), tải R = 10 Ω, E = 220 V mắc nối tiếp Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải tính điện áp trung bình, dòng trung bình tải khi: SCR1 a) = 300 id E L U2 R b) = 45 + U c) = 900 ud d) = 1500 3.6 Cho mạch chỉnh lưu tia pha hình vẽ 2.1 biết Hình2.1 SCR2 tỷ số biến áp Kba = U1/U2 = 2, giá trị hiệu dụng U1 = 380V, f = 50Hz cấp dòng cho tải R = 1.5; L có giá trị xác định, E = 50V (bỏ qua điện trở cuộn cảm sụt áp SCR, Lng = 0, RLE không thay đổi giá trị) a) Tính dòng điện trung bình tải qua SCR góc kích cho SCR = 600, góc tắt dòng = 2250; Trang 10 Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 5.1 Cho DC – DC giảm áp lý tưởng hình 5.1 với điện áp vào Vin = 20V: Hình 5.1 Bộ DC - DC giảm áp Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây hình 5.2 sau: Hình 5.2 Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây Hãy xác định: a) Hệ số xung D (Duty cycle) tần số xung điều khiển; b) Điện áp trung bình tải; c) Điện cảm cuộn dây; d) Điện trở tải; e) Điện trở tải khi dòng điện qua cuộn dây biên giới gián đoạn liên tục (dòng tới hạn) 5.2 Cho DC – DC giảm áp lý tưởng hình 5.1 với điện áp vào Vin = 24V, Vout = 12V, công suất cực đại tải 100W, tần số đóng cắt 40kHz Tìm điện trở lớn tải, điện cảm tới hạn cuộn dây, độ lệch dòng điện qua cuộn dây công suất tới hạn tải: a) Pcrit = 10W; b) Pcrit = 20W 5.3 Cho DC – DC giảm áp lý tưởng hình 5.1 với điện áp Vout = 12V, tìm giá trị điện dung độ gợn sóng điện áp đầu lớn 1% so với điện áp trung bình tải ( VCpp 0.01 x 12 V = 120mV)? Trang 20 Bài tập Điện tử công suất 5.4 Cho DC – DC giảm áp lý tưởng hình 5.1 với điện áp vào Vin = 20V, L = 10 mH, C = 20μF, R = 20Ω, tần số đóng cắt 20kHz, hệ số xung D = 0.6 Mạch chế độ xác lập Tính: a) Điện áp trung bình tải; b) Độ gợn sóng c) Xác định chế độ làm việc mạch – dẫn liên tục CCM hay gián đoạn DCM? 5.5 Cho mạch DC - DC kiểu tăng áp có Vin = 20V, L = 10 mH, C = 20μF, R = 20Ω, tần số đóng cắt f = 50 kHz, hệ số xung D = 0,6 Tính: d) Điện áp trung bình tải; e) Độ gợn sóng f) Xác định chế độ làm việc mạch – dẫn liên tục CCM hay gián đoạn DCM? 5.6 Cho DC – DC tăng/giảm áp (Buck – Boost converter) lý tưởng hình 5.3 với điện áp vào V1 = 20V, L = 10 mH, C = 20μF, R = 20Ω, tần số đóng cắt 50kHz, hệ số xung D = 0.6 Mạch chế độ xác lập Tính: a) Điện áp trung bình tải; b) Độ gợn sóng c) Xác định chế độ làm việc mạch – dẫn liên tục CCM hay gián đoạn DCM? Hình 5.3 Bộ DC - DC tăng/giảm áp 5.7 Cho mạch điện hình 5.4, biết điện áp dây nguồn xoay chiều pha u = 660Sin314t [V], (bỏ qua sụt áp linh kiện bán dẫn), MOSFET điều khiển với xung điều chế có độ rộng ton= 60mS, toff = 30mS, R= 5Ω a) b) c) d) Tính thông số lựa chọn MOSFET (IQ, UDS); Tính thông số lựa chọn diode ( ID0, UD0); Tính dòng điện trung bình qua diode chỉnh lưu D1-D6; Tính điện áp ngược lớn diode D1 – D6 L IQ D1 D3 D5 ~u PWM Ui D4 D6 ID0 IT C U0 R D0 D2 Hình 5.4 Bộ DC - DC giảm áp Trang 21 Bài tập Điện tử công suất 5.8 Cho mạch điện hình 5.5, nêu tên mạch giải thích nguyên lý hoạt động mạch Hình 5.5a Mạch DC - DC Hình 5.5b Mạch DC - DC 5.9 Cho mạch điện hình 5.6, giải thích nguyên lý hoạt động mạch Hình 5.6a Mạch DC - DC Forward Hình 5.6b Mạch DC - DC Fly-back Trang 22 Bài tập Điện tử công suất Hình 5.6c Mạch DC - DC Half-Brigde Hình 5.6d Mạch DC - DC Brigde Trang 23 Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG MẠCH NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 6.1 Cho đồ thị dạng sóng điện áp hình 6.1 a) Vẽ mạch nghịch lưu tạo điện áp xoay chiều điện áp nguồn DC 36V? b) Tính tần số điện áp xoay chiều, xác định tỷ số biến áp để điện áp UAC = 220V Ut +220V t -220V 1mS 1mS Hình 6.1 Dạng sóng nghịch lưu 6.2 Cho mạch nghịch lưu áp pha lý tưởng có điện áp vào chiều U = 30 V hình 6.2, sử dụng linh kiện IGBT, tải pha trở Linh kiện công suất kích luân phiên liên tục với biên độ VDC theo 10ms cho (S1, S2) 10 ms cho (S3, S4) Hãy: a) Vẽ dạng sóng xung kích dạng sóng áp tải? b) Tính điện áp hiệu dụng tải? S1 Vin S3 Tải A S4 vL B S2 Hình 6.2 6.3 Cho mạch nghịch lưu áp pha hình vẽ 6.3 a) Hãy vẽ sơ đồ nối dây tải từ bước đến IGBT điều khiển xung vuông với thời gian dẫn 1200 1800, lệch pha 600 Trang 24 Bài tập Điện tử công suất b) Hãy lập bảng trạng tháiđiện áp pha điện áp dây (bảng 6.1) tải tương ứng với xung điều khiển c) Hãy vẽ dạng sóng điện áp pha UA0’; UB0’; UC0’và điện áp dây UAB; UBC; UCA tải tương ứng với xung kích d) Tính tần số điện áp ngõ nghịch lưu biết thời gian bước điều khiển mS S1 U D1 D2 S3 S5 + D3 A ZA B C - S4 D1 ’ D2 ’ S6 S2 0’ ZB ZC D3’ Hình 6.3 Mạch nghịch lưu áp pha Bảng 6.1 Độ chia Điện áp – 60o 60o – 120o 120o – 180o 180o – 240o 240o – 300o 300o – 360o UA0’ UB0’ UC0’ UAB UBC UCA 6.4 Cho mạch điều chế SPWM hình 6.4 (fURC =14fUđk) Hãy vẽ dạng xung điều chế ngõ sóng Sin đưa vào IN+, sóng tam giác đưa vào IN- so sánh trường hợp OP-AMP sử dụng nguồn đơn +12V nguồn đôi ±12V Uñk(sin chuaån) URC (tam giaùc) U q U0 +U q -U Trang 25 Bài tập Điện tử công suất Hình 6.4 Dạng sóng điều chế SPWM Uninterruptible Power Supply Systems from 60 to 800 kVA CHLORIDE 90-NET Sơ đồ nguyên lý UPS Trang 26 Bài tập Điện tử công suất Sơ đồ nguyên lý UPS Trang 27 Bài tập Điện tử công suất Sơ đồ nguyên lý UPS Trang 28 Bài tập Điện tử công suất Inverter Siemens MICROMASTER M420 Trang 29 Bài tập Điện tử công suất HƯỚNG DẪN Chương Hướng dẫn cách tính công suất mạch điện tử công suất: Phương pháp tổng quát tính công suất trung bình: Công suất trung bình tính: P = t T p(t)dt [W] T t Trong đó: - p(t) = u(t) i(t): Công suất tức thời tải xác định tích điện áp tức thời u(t) dòng điện tức thời i(t) qua tải tương ứng - t0: thời điểm bắt đầu chu kỳ; - T: Chu kỳ p(t) Điện áp dòng điện chiều (DC) a) u(t) i(t) không đổi, u(t) = U i(t) = I: P = U.I Hoặc P = R.I2 Hoặc P = U2/R b) u(t) i(t) có dạng xung: tính phương pháp tổng quát c) Khi dòng điện qua tải không đổi , i(t)= I = const: t T t T P= I.u(t)dt = I u(t)dt = I.U d T t T t 0 Trong đó: Ud điện áp trung bình d) Khi dòng điện qua tải không đổi, u(t)= U = const: P= t T t T U.i(t)dt = U i(t)dt = U.Id T t T t 0 Trong đó: Id dòng điện trung bình Điện áp dòng điện xoay chiều hình sin (AC) 2.1 Một pha Biểu thức điện áp: u(t) = Um sin(wt u ) [V]; Biểu thức dòng điện: i(t) = Im sin(wt i ) [V]; Biểu thức công suất: p(t) = Um sin(wt u )xIm sin(wt i ) [V]; 1 p(t) = Um.Im cos(u - i ) Um.Im cos(2wt u i ) 2 t T P= p(t)dt = U m Im cos(u - i ) T t Trang 30 Bài tập Điện tử công suất P = Urms Irms cos Trong đó: Urms, Irms: điện áp hiệu dụng [V] dòng điện hiệu [A]; = u - i: độ lệch pha áp dòng 2.2 Ba pha cân Biểu thức điện áp pha: u(t) = Um sin(wt u ) [V]; Biểu thức dòng điện pha: i(t) = Im sin(wt i ) [V]; Biểu thức công suất pha: p (t) = Um sin(wt u )xIm sin(wt i ) [V]; 1f Công suất pha: p 3f (t) = p1f (t) [W] t T p3f (t)dt = U m Im cos(u - i ) [W] T t P = 3Urms Irms cos [W] P= Hoặc P = 3Udrms Idrms cos [W] Trong đó: Urms, Irms: điện áp hiệu dụng pha[V] dòng điện hiệu dụng pha [A]; Udrms, Idrms: điện áp hiệu dụng pha[V] dòng điện hiệu dụng pha [A]; = u - i: độ lệch pha áp dòng Nếu biết điện trở tải (hoặc phần tử cần tính công suất): P = R.I2 RMS = U2 RMS/R pha Điện áp dòng điện bao gồm nhiều thành phần hài Biểu thức điện áp: u(t) = U0 + u1(t) + u2(t) +……+ un(t) [V]; Biểu thức dòng điện: i(t) = I0 + i1(t) + i2(t) +……+ in(t) [V]; Trong đó: U0, I0: thành phần điện áp dòng điện chiều; un(t), in(t): thành phần sóng hài hình sin bậc n un(t) = Um(n)sin(wt + u(n)) = - Urmssin(wt + u(n)), in(t) = im(n)sin(wt + u(n)) = Irmssin(wt + i(n)), , Cách 1: p(t) = u0.i0 + u1(t) i1(t) + u2(t) i2(t) +……+ un(t) in(t) [W]; 1 Hay p(t) = U0.I0 u n (t).i n (t) = U0.I0 p n (t) [W]; t on Tn P = U0.I0 pn (t)dt [W]; Tn t on Trang 31 Bài tập Điện tử công suất - n1 Cách 2: P = U0.I0 Um(n) Im(n) cos(u(n) - i(n) ) n Hay: P = U0.I0 Urms(n) Irms(n) cos(u(n) - i(n) ) Nếu biết điện trở tải (hoặc phần tử cần tính công suất): P = R.I2rms = U2 rms/R , Với: U rms = U02 2 U2 m(1) U m(2) U m(n) 2 = U02 U rms(1) U rms(2) U rms(n) 1n1 n 1 Hay: Urms = U02 U2m(n) = U02 U2rms(n) 2 2 I2 m(1) Im(2) Im(n) Irms = I0 = I02 I2 I2 I2 rms(1) rms(2) rms(n) 1n1 n Hay: Urms = U02 U2m(n) = U02 U2rms(n) 212 Chương Chọn lựa linh kiện Để có thông số lựa chọn diode chỉnh lưu, trước tiên cần phải tính điện áp trung bình tải Ud, tính dòng qua tải Id dòng qua diode IDtt, tìm điện áp ngược lớn diode theo điện áp xoay chiều UPIVDtt, sau chọn theo tiêu chuẩn: - IDst ≥ (1.25 ÷ 1.3)IDtt; - UPIVDst ≥ (1.6)UPIVDtt Trong IDst; UPIVDst thông số dòng áp làm việc định mức cho sổ tay tra cứu nhà sản xuất (Datasheet) Chương Đối với mạch pha tải RL RLE, để áp dụng dạng công thức cần dùng phép thử sau: Khi biết góc tắt dòng lấy X = - π để biết phần kéo dài sức điện động tự cảm eL phía bán kỳ âm sau π bao nhiêu, từ suy ra: - Nếu > X, ta có dòng điện gián đoạn (< π +); - Nếu = X, ta có giới hạn dòng điện liên tục gián đoạn (= π +); - Nếu < X, ta có dòng điện liên tục (= π +) Đối với mạch tia pha cho LT giá trị xác định, cần xác định theo điều kiện: - Khi < 5π/6 +, ta có dòng gián đoạn; Trang 32 Bài tập Điện tử công suất - Khi = 5π/6 +, ta có dòng điện liên tục giới hạn liên tục với gián đoạn Đối với mạch pha pha tải RL, RLEkhi cho L LT = ∞, có dòng liên tục phẳng Khi cho Lng = 0, tượng trùng dẫn, Lng ≠0, mạch có tượng trùng dẫn, cần phải tính dòng điện trường hợp có trùng dẫn Đối với mạch tia pha, cầu pha tia pha tải R, cần xác định góc kích phạm vi dòng liên tục hay gián đoạn để áp dụng công thức tính Ud Đối với dạng tập cho trước dòng tải công suất tải, yêu cầu phải xác định góc kích Để xác định dạng công thức, cần tính Ud, Id Pd góc giới hạn dòng liên tục gián đoạn so sánh với giá trị cho để rút kết luận áp dụng dạng công thức Trong mạch chỉnh lưu pha, pha, cho điện áp dây, để áp dụng công thức bảng 3.3; 3.4; 3.5, cần phải đổi từ điện áp dây sang điện áp pha Trong mạch chỉnh lưu tia pha có cuộn thứ cấp, cuộn có điện áp U2 Các dạng sơ đồ, dạng sóng công thức tính U, I coi giáo trình lý thuyết Chương Đối với mạch có kết mạch chỉnh lưu cầu pha - Mạch mạch kết hợp mạch chỉnh lưu cầu pha (có thể mạch chỉnh lưu không điều khiển khác) mạch điều chỉnh điện áp chiều kiểu giảm áp (có thể mạch tăng áp) Điện áp ngõ mạch chỉnh lưu cầu pha điện áp ngõ vào mạch DC – DC (Ui); Mạch giảm áp: - Điện áp ngõ ra: Uo = Ui.D - Dòng điện ngõ qua MOSFET: IQ = I0 = U0/R - Điện áp ngược diode D0: UD0 = Ui - Điện áp MOSFET: UDS = Ui - Dòng điện qua diode D0: ID0 = I0(1-D) - Điều kiện để dòng qua tải biên giới gián đoạn liên tục (dòng tới hạn): Trong đó: Lcrit: Điện cảm tới hạn Rbig: Điện trở tải Trang 33 Bài tập Điện tử công suất fSW: Tần số đóng cắt Mạch tăng áp: 1 - D - Điện áp ngõ ra: U0 = U i - Dòng qua MOSFET: IQ = I0 - Điện áp ngược diode D0: - Điện áp MOSFET: - Dòng điệnngõ qua diode D0: UD0 = U0 UDS = U0 ID0 = I0=U0/R 1 - D ID0 L PWM IQ D0 Ui Q C R Trong D = ton/ton+toff = ton/T : Duty cycle Ngoài ta có U0 = Ui.ton.f (f = 1/T), cho biết ton; toff; ton; f ta tính U0 Cũng người ta cho trước dòng điện công suất tiêu thụ tải, cần xác định tần số đóng cắt f độ rộng xung điều chế ton tỷ số D Nếu tải trở mà RE hặc RLE (động DC) ta phải áp dụng công thức thích hợp để tính I0 Trang 34 [...]... 0 U0 +U q 0 -U Trang 25 Bài tập Điện tử cơng suất Hình 6.4 Dạng sóng điều chế SPWM Uninterruptible Power Supply Systems from 60 to 800 kVA CHLORIDE 90-NET Sơ đồ ngun lý UPS Trang 26 Bài tập Điện tử cơng suất Sơ đồ ngun lý UPS Trang 27 Bài tập Điện tử cơng suất Sơ đồ ngun lý UPS Trang 28 Bài tập Điện tử cơng suất Inverter Siemens MICROMASTER M420 Trang 29 Bài tập Điện tử cơng suất HƯỚNG DẪN Chương 1... biến đổi điện áp xoay chiều sau: IT IT SCR ~U 1 SCR2 RT U SCR1 TRIAC M SCR2 IT D1 ~U D1 M IT SCR D2 IT D2 N RT ~U D3 N D4 RT Trang 17 Bài tập Điện tử cơng suất Trang 18 Bài tập Điện tử cơng suất 4.8 hh Trang 19 Bài tập Điện tử cơng suất CHƯƠNG 5 MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 5.1 Cho bộ DC – DC giảm áp lý tưởng như hình 5.1 với điện áp vào Vin = 20V: Hình 5.1 Bộ DC - DC giảm áp Dạng sóng dòng điện qua... 2.4 Trang 14 Bài tập Điện tử cơng suất M vi1 SCR 0 vi2 D R u0 N Trang 15 Bài tập Điện tử cơng suất CHƯƠNG 4 MẠCH BIẾN ĐỔI VÀ ĐĨNG CẮT ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 4.1 Một lò điện trở cơng suất 1.500W khi sử dụng nguồn u = 220 2 sin(100pt) [V] Nếu điều khiển cơng suất lò điện theo chu kỳ 12 phút với trình tự đóng điện 5 phút và ngắt điện 7 phút Hãy xác định: a) Điện áp hiệu dụng trên tải b) Cơng suất tức thời... Fly-back Trang 22 Bài tập Điện tử cơng suất Hình 5.6c Mạch DC - DC Half-Brigde Hình 5.6d Mạch DC - DC Brigde Trang 23 Bài tập Điện tử cơng suất CHƯƠNG 6 MẠCH NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 6.1 Cho đồ thị dạng sóng điện áp như hình 6.1 a) Vẽ mạch nghịch lưu có thể tạo ra được điện áp xoay chiều trên khi điện áp của nguồn DC là 36V? b) Tính tần số điện áp xoay chiều, xác định tỷ số biến áp để được điện áp UAC =... Tìm điện trở lớn nhất của tải, điện cảm tới hạn của cuộn dây, độ lệch dòng điện qua cuộn dây khi cơng suất tới hạn của tải: a) Pcrit = 10W; b) Pcrit = 20W 5.3 Cho bộ DC – DC giảm áp lý tưởng như hình 5.1 với điện áp ra Vout = 12V, tìm giá trị điện dung khi độ gợn sóng của điện áp đầu ra lớn nhất bằng 1% so với điện áp trung bình trên tải ( VCpp 0.01 x 12 V = 120mV)? Trang 20 Bài tập Điện tử cơng suất. .. này thì thực hiện như thế nào? Trang 16 Bài tập Điện tử cơng suất HƯỚNG DẪN: Mạch trên là mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha dùng 2 SCR (cũng có thể dùng TRIAC) Các u cầu của bài tập đều có thể xác định theo các cơng thức trong giáo trình Có thể cho trước dòng tải hoặc cơng suất xác định các thơng số khác của mạch 4.4 Cho mạch điện như hình 4.2 , biết điện áp xoay chiều u = 311Sin314t [V], (bỏ... cách tính cơng suất trong các mạch điện tử cơng suất: Phương pháp tổng qt tính cơng suất trung bình: Cơng suất trung bình được tính: P = 1 t 0 T p(t)dt [W] T t 0 Trong đó: - p(t) = u(t) i(t): Cơng suất tức thời của một tải được xác định bằng tích điện áp tức thời u(t) và dòng điện tức thời i(t) qua tải tương ứng - t0: thời điểm bắt đầu một chu kỳ; - T: Chu kỳ của p(t) 1 Điện áp và dòng điện một chiều... thời gian dẫn là 1200 và 1800, lệch pha nhau 600 Trang 24 Bài tập Điện tử cơng suất b) Hãy lập bảng trạng tháiđiện áp pha và điện áp dây (bảng 6.1) trên tải tương ứng với các xung điều khiển trên c) Hãy vẽ dạng sóng các điện áp pha UA0’; UB0’; UC0’và các điện áp dây UAB; UBC; UCA trên tải tương ứng với các xung kích như trên d) Tính tần số điện áp ngõ ra nghịch lưu biết thời gian mỗi bước điều khiển... SCR khi tải tiêu thụ hết cơng suất P = 5kW; e) Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi SCR 3.21 Cho mạch điện như hình 2.2, biết u2 = 70Sin100pt [V], RT = 1.5 , LT = ∞ a) Nêu tên gọi và chức năng của các khối 1; 2; 3; 4; 5 trong sơ đồ; b) Tính dòng điện trung bình trên tải khi góc kích cho các SCR = 600; Trang 13 Bài tập Điện tử cơng suất c) Hãy vẽ giản đồ xung (dạng sóng điện áp) tại các điểm A; B;... khiển, biết điện áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp biến áp U2 = 220V, cung cấp dòng cho tải trở có cơng suất tiêu thụ P = 3kW (bỏ qua sụt áp trên các linh kiện bán dẫn) a) Tính dòng điện trung bình trên tải và trên mỗi diode; b) Tính cơng suất tiêu thụ trên tải khi thay các diode bằng các SCR với góc kích = 600 ; Trang 12 Bài tập Điện tử cơng suất c) Xác định góc kích của các SCR khi tải có cơng suất P