Hãy xác định các thông số để lựa chọn diode cho mạch chỉnh lưu trên, vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu và dạng sóng dòng điện trên tải biết diode chỉnh lưu được chế t
Trang 1CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI ĐTCS
Bài tập 1.Cho mạch chỉnh lưu tia 1 pha không điều khiển, biết điện áp nguồn xoay chiều u 2 = 12Sin314t [V], R T = 2
Hãy xác định các thông số để lựa chọn diode cho mạch chỉnh lưu trên, vẽ sơ
đồ mạch, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu và dạng sóng dòng điện trên tải (biết diode chỉnh lưu được chế tạo từ Si).
HƯỚNG DẪN: Để có các thông số lựa chọn diode chỉnh lưu, trước tiên cần phải tính điện áp trung bình trên tải U d , tính dòng qua tải I d và dòng qua diode I Dtt , tìm điện áp ngược lớn nhất trên diode theo điện áp xoay chiều U PIVDtt , sau đó chọn theo tiêu chuẩn:
- I Dst ≥ (1.25 ÷ 1.3)I Dtt ;
- U PIVDst ≥ (1.6)U PIVDtt
Trong đó I Dst ; U PIVDst là các thông số dòng và áp làm việc định mức cho trong sổ tay tra cứu của nhà sản xuất (Datasheet).
Bài tập 2 Cho mạch chỉnh lưu tia 2 pha, biết điện áp xoay chiều trên mỗi cuộn thứ cấp máy biến áp u 2 = 21,2 Sin314t [V], tải R=1 (bỏ qua tổn hao trên diode)
a Tính dòng điện trung bình qua tải và qua mỗi diode, điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode;
b Giả sử tải có gắn thêm nguồn E=12V nối tiếp thì các thông số trên thay đổi như thế nào?
c Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu và dạng sóng dòng điện trên tải
Bài tập 3 Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng diode chế tạo từ Si Biết giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn xoay chiều là U = 24V.Tải là R, có dòng điện trung bình I d
= 12A.
a Hãy tính công suất tiêu trên tải và các thông số để lựa chọn diode.
b Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu và dạng sóng dòng điện trên tải.
Bài tập 4 Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha,biết các thông số tương tự như bài 3 nhưng tải là RL, dòng liên tục gần phẳng Vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải.
Bài tập 5 Người ta dùng thiết bị chỉnh lưu cầu 1 pha để nạp điện cho ắcquy, có E = 110V, dòng nạp I d = 50A, điện áp nguồn xoay chiều là u = 311Sin314t.
a Tính t 1 tại thời điểm thiết bị chỉnh lưu bắt đầu dòng nạp cho ắcquy trong từng nửa chu kỳ, thời gian dẫn dòng của mỗi diode trong một chu kỳ.
b Điện trở R phải bằng bao nhiêu để đảm bảo dòng nạp yêu cầu.
Bài tập 6.Cho mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển, cấp dòng cho một mạch tải gồm bộ ắc quy có E = 120V, R = 2, giá trị hiệu dụng của điện áp pha là U = 220V, tần số nguồn điện xoay chiều là f = 50 Hz.
Trang 2Hình1
a Tính dòng điện trung bình qua tải và qua mỗi diode;
b Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải;
c Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode;
d Tính dòng điện trung bình qua tải và qua mỗi diode khi ắc quy nạp tới trị số
E = 170V, vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải trong trường hợp này Bài tập 7.Cho mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển được cấp dòng từ máy biến áp 3 pha nối /, biết điện áp nguồn cuộn dây thứ cấp là 400V, tải R = 10
a Tính dòng điện trung bình qua tải, qua mỗi diode và điện áp ngược lớn nhất
mà mỗi diode phải chịu;
b Giả sử khi có thêm tải E = 100V thì các thông số trên thay đổi như thế nào?
c Vẽ mạch chỉnh lưu và dạng sóng điện áp trên tải ở trường hợp a.
Bài tập 8 Cho mạch chỉnh lưu tia 6 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/Y là 380V, tỷ số biến áp là K ba = 12,6.
a Tính dòng điện hàn, dòng trung bình qua mỗi diode và điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode;
b Giả sử khi có gắn thêm cuộn kháng cân bằng thì các thông số trên thay đổi như thế nào, cho biết tác dụng của cuộn kháng cân bằng?
c Vẽ sơ đồ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp trên tải trong các trường hợp trên?
d Mạch chỉnh lưu tia 6 pha thường được sử dụng cho những loại tải nào, tại sao, nêu tên một và loại tải?
Bài tập 9 Hãy tính dòng điện trung bình qua tải R=10, qua mỗi diode và điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode trong các sơ đồ sau khi chúng cho ra cùng một điện
áp U d = 200V khi không dùng tụ lọc và có tụ điện lọc phẳng điện áp trên tải:
a Sơ đồ tia 1 pha, tia 2 pha, cầu 1 pha;
b Sơ đồ tia 3 pha, cầu 3 pha;
c Sơ đồ tia 6 pha không dùng cuộn kháng và có cuộn kháng cân bằng;
d Vẽ sơ đồ mạch và dạng sóng điện áp trên tải trong trường hợp có tụ điện lọc phẳng điện áp.
1 biết tỷ số biến áp K ba = U 1 /U 2 = 2, giá trị hiệu dụng
của U 1 = 400V, f = 50Hz cấp dòng cho tải R = 1.5; L
có giá trị xác định, E = 50V (bỏ qua điện trở thuần của
cuộn cảm và sụt áp trên các SCR, L ng = 0, RLE không
thay đổi giá trị)
a Tính dòng điện trung bình trên tải và qua mỗi
SCR khi góc kích cho các SCR = 60 0 , góc tắt
dòng = 225 0 ;
b Tính dòng điện trung bình trên tải khi = 30 0 ;
c Giả sử bỏ E, tải chỉ còn R, L, tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với góc = 75 0 và = 45 0 ;
d Tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với = 90 0 trong trường hợp bỏ L, E tải chỉ còn R;
2
Trang 3V c c
V c c
Y Y
L O A D
~ U 1
V c c
50k 100k 4007
4007
T2
T1
50k
4007 4007
BAX NPN 4007
103
+
LM324 224
+
LM324 9V
4007
4007 4007
BAX NPN 4007
103
+
LM324 224
+
LM324 9V
4007
1k 47k
330 1M 100k
47k 1M
2k2
1k 47k
330 1M 100k
47k 1M
2k2
VR A
D B
12V 12V
R
T
SCR1
SCR2
LT
E D B
F E D B
C
e Giả sử người ta thay tải L bằng tải L T = ∞, hãy tính I d khi = 90 0 ;
f Vẽ dạng sóng điện áp trên tải trong các trường hợp trên;
g Giả sử tải có L ng = 10mH, L T = , R = 2, E = 0V, hãy tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được khích góc = 30 0 ?
Bài tập 11 Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần, biết điện áp hiệu
dụng nguồn xoay chiều hình sin là 200V, tần số điện áp nguồn 50Hz, cung cấp dòng cho tải R = 10 , E = 40V, L có giá trị xác định (bỏ qua điện trở thuần của cuộn cảm R L và sụt áp trên SCR, L ng =0).
a Tính dòng điện trung bình trên tải I d khi góc kích cho các SCR = 45 0 , góc tắt dòng = 210 0 ;
b Tính dòng điện trung bình trên tải I d khi góc kích cho các SCR = 20 0 (R,
L, E không thay đổi giá trị);
c Nếu bỏ E, tải chỉ còn R, L, hãy tính I d khi = 60 0 và = 10 0 ;
d Nếu bỏ L, E tải chỉ còn R hãy tính dòng trung bình trên tải I d và dòng điện trung bình qua SCR, khi = 30 0 ;
e Nếu thay 2 SCR chung anode bằng 2 diode, bỏ E tải chỉ còn R, L, tính dòng điện trung bình qua mỗi SCR và diode khi các SCR được kích với =
45 0 (dòng liên lục);
f Vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải trong các trường hợp trên.
∞.
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 = 60 0 ;
c.Hãy vẽ giản đồ xung (dạng sóng điện áp) tại các điểm A; B; C; D; E; F và trên biến trở VR và dạng sóng điện áp trên tải khi = 45 0 trong nửa chu kỳ đầu (A là dương B là âm);
d Tại sao ngõ vào IN- của 2 bộ so sánh trên hình vẽ lại lấy điện áp trên cùng một biến trở VR?
Trang 4Bài tập 13 Một mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển được cấp nguồn từ máy biến
áp nối tam giác/sao (Δ/Y), biết điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp máy biến áp là 660V,
tỷ số biến áp K ba = 1,73, tải có điện trở thuần là R = 5 (bỏ qua sụt áp trên các linh kiện bán dẫn).
a Tính dòng điện trung bình qua tải và qua mỗi SCR khi các SCR được kích với góc = 0 0 ;
b Tính công suất tiêu thụ trên tải khi góc kích cho các SCR = 45 0 ;
c Tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với = 30 0 ;
d Xác định góc để kích cho các SCR khi dòng điện trung bình trên tải 49,72A;
e Giả sử có gắn thêm L T = ∞ nối tiếp với R, hãy tính điện áp trung bình trên tải khi các SCR được kích với góc với = 60 0 ;
f Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi SCR.
Bài tập 14 Cho mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển, biết điện áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp biến áp U 2 = 220V, cung cấp dòng cho tải trở có công 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 công suất tiêu thụ trên tải khi thay các diode bằng các SCR với góc kích
= 60 0 ;
c Xác định góc kích của các SCR khi tải có công suất P = 2,65 kW.
Bài tập 15 Cho mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần có tải R =10, điện
áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp biến áp U 2 = 380V, f = 50Hz.
a Tính dòng điện trung bình trên tải và qua mỗi SCR khi chúng được kích với góc = 0 0 ; Tính công suất tiêu thụ trên tải;
b.Tính điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR;
c Tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với góc 1 =45 0 và
2 =75 0 ;
d Nếu thay 3 SCR chung anode bằng 3 diode, tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với góc = 45 0
cân bằng biết điện áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp U 2 = 200V, cung cấp dòng cho tải thuần trở có công suất tiêu thụ P = 10kW (bỏ qua sụt áp trên các linh kiện bán dẫn).
a Tính dòng điện trung bình trên tải và trên mỗi diode;
b Giả sử thay các diode bằng các SCR, tính công suất tiêu thụ trên tải khi các SCR được kích với góc = 30 0 ;
c Tính dòng điện trung bình trên tải khi các SCR được kích với = 90 0 ;
d Xác định góc kích của các SCR khi tải tiêu thụ hết công suất P = 5kW;
e Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi SCR.
4
Trang 5HƯỚNG DẪN
I Các bài tập chương 2 (từ bài 1-9) áp dụng chủ yếu các công thức tổng hợp
vào bảng 3.3, phần sơ đồ và dạng sóng U, I coi trong giáo trình
- Nếu cho vật liệu chế tạo diode là Si thì tổn hao trên diode là 0.7V, nếu bỏ qua tổn hao thì coi diode là lý tưởng.
- Nếu điện áp nguồn xoay chiều cho dưới dạng giá trị tức thời thì biết được tần số f và phải xác định giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn AC.
II Các bài tập chương 3, chủ yếu áp dụng các công thức trong bảng tổng hợp
3.3 và 3.4.
Chú ý các vấn đề sau:
1 Đối với các mạch 1 pha tải RL hoặc RLE, để áp dụng đúng dạng công thức cần dùng phép thử như sau:
Khi đã biết góc tắt dòng thì lấy X = - π để biết phần kéo dài của sức điện động tự cảm e L về phía bán kỳ âm sau π là bao nhiêu, từ đó suy ra:
- Nếu > X, ta có dòng điện gián đoạn (< π +).;
- Nếu = X, ta có giới hạn của dòng điện liên tục và gián đoạn (= π +);
- Nếu < X, ta có dòng điện liên tục (= π +).
2 Đối với các mạch 1 pha hoặc 3 pha tải RL, RLEkhi cho L hoặc L T = ∞, thì luôn có dòng liên tục phẳng.
3 Khi cho L ng = 0, thì không có hiện tượng trùng dẫn, khi L ng ≠0, thì mạch
có hiện tượng trùng dẫn, cần phải tính dòng điện trong trường hợp có trùng dẫn.
4 Đối với các mạch tia 3 pha, cầu 3 pha và tia 6 pha tải R, cần xác định góc kích trong phạm vi dòng liên tục hay gián đoạn để áp dụng công thức tính U d
5 Đối với các dạng bài tập cho trước dòng tải hoặc công suất tải, yêu cầu phải xác định góc kích Để xác định đúng dạng công thức, cần tính U d ,
I d hoặc P d ở góc giới hạn của dòng liên tục và gián đoạn và so sánh với giá trị đã cho để rút ra kết luận áp dụng dạng công thức nào
6 Trong các trường hợp đề bài cho điện áp dây, để áp dụng được các công thức trong bảng 3.3; 3.4, cần phải đổi từ điện áp dây sang điện áp pha.
7 Trong mạch chỉnh lưu tia 2 pha có 2 cuộn thứ cấp, mỗi cuộn có điện áp là
U 2
8 Các dạng sơ đồ, dạng sóng và các công thức tính U, I coi trong giáo trình
lý thuyết.
Trang 6X
G2
XL = L
Y
SCR2
SCR1
RT
~ u
D2
SCR
D1
Tải
~ u
C
D
Bài tập 17 Cho mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha
biết R T = 20, X L = 0, điện áp hiệu dụng nguồn xoay chiều
U = 380V, f = 50Hz
a Tính công suất tiêu thụ của tải trong trường hợp
điện áp trên tải là lớn nhất;
b Tính công suất tiêu thụ trên tải khi các SCR được
điều
khiển với góc kích = 30 0 , tính hệ số công suất Coscủa
mạch và vẽ dạng sóng điện áp trên tải;
c Tính công suất tiêu thụ trên tải khi các SCR được điều
khiển theo tỷ lệ thời gian đóng ngắt, biết thời gian làm việc
T LV = 120mS, thời gian nghỉ T N = 40mS;
d Cần phải khống chế góc kích TH bằng bao nhiêu độ để điện áp trên tải
không trở thành DC khi X L = 10 (xung điều khiển là xung ngắn);
e Vẽ dạng sóng điện áp trên tải khi góc kích cho SCR 1 = 90 0 , SCR 2 được thay
thế bằng 1 diode (tải có cả R và X L = 10, giả sử nửa chu kỳ đầu ở Y có điện
thế dương).
f Mạch tạo xung điều khiển ở bài 12 có thể điều khiển cho các SCR trong mạch
này được không, nếu cần khống chế góc kích TH như ở bài này thì thực hiện
như thế nào?
HƯỚNG DẪN:
Mạch trên là mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha dùng 2 SCR (cũng có thể
dùng TRIAC) Các yêu cầu của bài tập đều có thể xác định theo các công thức trong
giáo trình Có thể cho trước dòng tải hoặc công suất xác định các thông số khác của
mạch.
Bài tập 18:Cho mạch điện như hình vẽ, biết điện áp
xoay chiều u = 311Sin314t [V], (bỏ qua sụt áp trên các
linh kiện bán dẫn).
a Tính công suất tiêu thụ trên tải là thiết bị gia
nhiệt có R= 5Ω đặt tại hai điểm AB khi góc kích
cho SCR = 45 0 , vẽ dạng sóng điện áp trên tải;
b Tính dòng điện trung bình qua SCR khi nối tắt
AB, tải là R = 2Ω, L T = ∞, dòng liên tục phẳng ở chế độ xác lập đặt tại CD khi
góc kích cho SCR = 30 0 , vẽ dạng sóng dòng điện và điện áp trên tải;
c Cho biết tác dụng của các diode trong hai trường hợp trên?
HƯỚNG DẪN:
- Mạch trên là mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều khi tải đặt ở AB, điều khiển
theo pha (Phase control);
- Trường hợp b tải RL dòng liên tục đặt ở CD như mạch chỉnh lưu cầu 1 pha
điều khiển bán phần.
6
Trang 7D 0
U i
U 0 D3
D1
D5
D2
3 pha u =660Sin314t [V], (bỏ qua sụt áp trên các linh kiện bán dẫn), MOSFET được điều khiển với xung điều chế có độ rộng t on = 60mS, t off = 30mS, R= 5Ω.
a Tính các thông số lựa chọn MOSFET (I Q , U DS );
b Tính các thông số lựa chọn diode ( I D0 , U D0 );
c Tính dòng điện trung bình qua mỗi diode chỉnh lưu D 1 -D 6 ;
d Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode D 1 – D 6
HƯỚNG DẪN:
- Mạch trên là mạch kết hợp giữa mạch chỉnh lưu cầu 3 pha (có thể là các mạch chỉnh lưu khác) và mạch điều chỉnh điện áp một chiều kiểu giảm áp (có thể là mạch tăng áp) Điện áp ngõ ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha là điện áp ngõ vào của mạch DC – DC (U i );
- Mục c; d, U i các thông số của mạch chỉnh lưu xác định theo bảng 3.3;
- Mục a; b theo phụ lục bảng hướng dẫn xác định dạng sóng và các thông số của các mạch biến đổi điện áp của TI cuối giáo trình ta có:
Mạch giảm áp:
Mạch tăng áp:
1
1 D
1
1 D
L
Trang 8R C
P W M
Q
D 0
t
Ut
1mS 0
+220V
-220V
1mS
- Dòng điệnngõ ra và qua diode D 0 : I D0 = I 0 =U 0 /R
Trong đó D = t on /t on +t off = t on /T : Duty cycle
- Ngoài ra ta có U 0 = U i t on f (f = 1/T), khi cho biết t on ; t off ; hoặc t on ; f ta đều có thể tính được U 0
- Cũng có thể người ta cho trước dòng điện hoặc công suất tiêu thụ trên tải, cần xác định tần số đóng cắt f hoặc độ rộng xung điều chế t on hoặc tỷ số D.
Nếu tải không phải là thuần trở mà RE hặc RLE (động cơ DC) thì ta phải áp dụng các công thức thích hợp để tính I 0
Bài tập 20: Cho đồ thị dạng sóng điện áp như hình vẽ.
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 U AC = 220V
HƯỚNG DẪN:
- Dạng sóng điện áp ngõ ra trên chỉ có thể được cấp từ mạch nghịch lưu áp qua biến áp tăng áp;
- Ngoài ra nếu cho điện áp xoay chiều ngõ ra có giá trị nhỏ (dưới 40V) thì có thể dùng các mạch nghịch kiểu cầu hoặc nửa cầu trực tiếp từ nguồn DC;
- Trường hợp khác có thể cho sơ đồ mạch nghịch lưu, biết tần số, dạng xung điều khiển linh kiện bán dẫn, cần vẽ dạng sóng điện áp trên tải?
8