DẠNG bài tập ĐTCS 1 TVan

CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI ĐTCS Bài tập 1.Cho mạch chỉnh lưu tia pha không điều khiển, biết điện áp nguồn xoay chiều u2 = 12Sin314t [V], RT = Ω Hãy xác định thông số để lựa chọn diode cho mạch chỉnh lưu trên, vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu dạng sóng dòng điện tải (biết diode chỉnh lưu chế tạo từ Si) HƯỚNG DẪN: Để có thơng số lựa chọn diode chỉnh lưu, trước tiên cần phải tính điện áp trung bình tải U d, tính dòng qua tải Id dòng qua diode IDtt, tìm điện áp ngược lớn diode theo điện áp xoay chiều U PIVDtt, sau chọn theo tiêu chuẩn: - IDst ≥ (1.25 ÷ 1.3)IDtt; - UPIVDst ≥ (1.6)UPIVDtt Trong IDst; UPIVDst thơng số dòng áp làm việc định mức cho sổ tay tra cứu nhà sản xuất (Datasheet) Bài tập 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 Ω (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 thơng số thay đổi nào? c Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu, dạng sóng điện áp trước, sau chỉnh lưu dạng sóng dòng điện tải Bài tập 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 cơng suất tiêu tải thơng số để lựa chọn diode b Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu dạng sóng dòng điện tải Bài tập Cho mạch chỉnh lưu cầu pha,biết thông số tương tự tải RL, dòng liên tục gần phẳng Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải Bài tập Người ta dùng thiết bị chỉnh lưu cầu pha để nạp điện cho ắcquy, có E = 110V, dòng nạp Id = 50A, điện áp nguồn xoay chiều u = 311Sin314t a Tính t1 thời điểm thiết bị chỉnh lưu bắt đầu dòng nạp cho ắcquy nửa chu kỳ, τ thời gian dẫn dòng diode chu kỳ b Điện trở R phải để đảm bảo dòng nạp yêu cầu Bài tập 6.Cho mạch chỉnh lưu tia pha khơng điều khiển, cấp dòng cho mạch tải gồm ắc quy có E = 120V, R = Ω , giá trị hiệu dụng điện áp pha U = 220V, tần số nguồn điện xoay chiều f = 50 Hz a b c d Tính dòng điện trung bình qua tải qua diode; Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp dòng điện tải; Tính điện áp ngược lớn diode; 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 Bài tập 7.Cho mạch chỉnh lưu cầu pha khơng điều khiển cấp dòng từ máy biến áp pha nối ∆ / ∆ , biết điện áp nguồn cuộn dây thứ cấp 400V, tải R = 10 Ω 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 thơng số thay đổi nào? c Vẽ mạch chỉnh lưu dạng sóng điện áp tải trường hợp a Bài tập 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 Ω , biết điện áp dây hiệu dụng cuộn sơ cấp máy biến áp nối Y/Y 380V, tỷ số biến áp Kba = 12,6 a Tính dòng điện hàn, dòng trung bình qua diode điện áp ngược lớn diode; b Giả sử có gắn thêm cuộn kháng cân thơng 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? Bài tập Hãy tính dòng điện trung bình qua tải R=10 Ω , qua diode điện áp ngược lớn diode sơ đồ sau chúng cho điện áp Ud = 200V khơng 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 khơng 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 id R L E U2 ud U1 Hình1 SCR1 SCR2 Bài tập 10 Cho mạch chỉnh lưu tia pha hình vẽ biết tỷ số biến áp K ba = U1/U2 = 2, giá trị hiệu dụng U = 400V, f = 50Hz cấp dòng cho tải R = 1.5Ω; 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 α = 600, góc tắt dòng λ = 2250; b Tính dòng điện trung bình tải α = 300; c Giả sử bỏ E, tải R, L, tính dòng điện trung bình tải SCR kích với góc α = 750 α = 450; d Tính dòng điện trung bình tải SCR kích với α = 900 trường hợp bỏ L, E tải R; e Giả sử người ta thay tải L tải LT = ∞, tính Id α = 900; f Vẽ dạng sóng điện áp tải trường hợp trên; g Giả sử tải có Lng = 10mH, LT = ∞, R = 2Ω, E = 0V, tính dòng điện trung bình tải SCR khích góc α = 300? Bài tập 11 Cho mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển toàn phần, biết điện áp hiệu dụng nguồn xoay chiều hình sin 200V, tần số điện áp nguồn 50Hz, cung cấp dòng cho tải R = 10 Ω , E = 40V, L có giá trị xác định (bỏ qua điện trở cuộn cảm RL sụt áp SCR, Lng =0) a Tính dòng điện trung bình tải I d góc kích cho SCR α = 450, góc tắt dòng λ = 2100; b Tính dòng điện trung bình tải I d góc kích cho SCR α = 200 (R, L, E không thay đổi giá trị); c Nếu bỏ E, tải R, L, tính Id α = 600 α = 100; d Nếu bỏ L, E tải R tính dòng trung bình tải I d dòng điện trung bình qua SCR, α = 300; e Nếu thay SCR chung anode diode, bỏ E tải R, L, tính dòng điện trung bình qua SCR diode SCR kích với α = 450 (dòng liên lục); f Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải trường hợp Bài tập 12 Cho mạch điện hình vẽ, biết u2 = 70Sin100πt [V], RT = 1.5 Ω , LT = ∞ a Nêu tên gọi chức khối 1; 2; 3; 4; sơ đồ; b Tính dòng điện trung bình tải góc kích cho SCR α = 600; c.Hãy vẽ giản đồ xung (dạng sóng điện áp) điểm A; B; C; D; E; F biến trở VR dạng sóng điện áp tải α = 450 nửa chu kỳ đầu (A dương B âm); d Tại ngõ vào IN- so sánh hình vẽ lại lấy điện áp biến trở VR? 2k2 4007 B LM324 DB 224 LM324 u2 1M 100k 50k VRA 4007 2k2 4007 9V LM324 1M 100k 47k 224 4007 1k EDB330 103 FEDB 4007 100k + Y 1M V cc 50k LM324 BAX 4007 12V V cc 47k NPN 1M SCR1 T1 X u2 L O A D Y RT V cc 330 103 4007 1k 4007 BAX + ~U1 + 9V X C 47k 12V 4007 A + 4007 47k NPN M a ïc h ñ i e àu k h i e ån ñ o àn g b o äñ i e än a ùp m o ät c h i e àu p h a ti a d u øn g S C R T2 SCR2 LT Bài tập 13 Một mạch chỉnh lưu tia pha có điều khiển cấp nguồn từ máy biến áp nối tam giác/sao (Δ/Y), biết điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp máy biến áp 660V, tỷ số biến áp Kba = 1,73, tải có điện trở R = Ω (bỏ qua sụt áp linh kiện bán dẫn) a Tính dòng điện trung bình qua tải qua SCR SCR kích với góc α = 00; b Tính cơng suất tiêu thụ tải góc kích cho SCR α = 450; c Tính dòng điện trung bình tải SCR kích với α = 300; d Xác định góc α để kích cho SCR dòng điện trung bình tải 49,72A; e Giả sử có gắn thêm LT = ∞ nối tiếp với R, tính điện áp trung bình tải SCR kích với góc với α = 600; f Tính điện áp ngược lớn SCR Bài tập 14 Cho mạch chỉnh lưu tia pha không điều 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 linh kiện bán dẫn) a Tính dòng điện trung bình tải diode; b Tính công suất tiêu thụ tải thay diode SCR với góc kích α = 600 ; c Xác định góc kích α SCR tải có cơng suất P = 2,65 kW Bài tập 15 Cho mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển tồn phần có tải R =10Ω, điện áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp biến áp U2 = 380V, f = 50Hz a Tính dòng điện trung bình tải qua SCR chúng kích với góc α = 00; Tính cơng suất tiêu thụ tải; b.Tính điện áp ngược cực đại SCR; c Tính dòng điện trung bình tải SCR kích với góc α =450 α =750; d Nếu thay SCR chung anode diode, tính dòng điện trung bình tải SCR kích với góc α = 450 Bài tập 16 Cho mạch chỉnh lưu tia pha không điều khiển, không dùng cuộn kháng cân biết điện áp dây hiệu dụng cuộn thứ cấp U = 200V, cung cấp dòng cho tải trở có cơng suất tiêu thụ P = 10kW (bỏ qua sụt áp linh kiện bán dẫn) a Tính dòng điện trung bình tải diode; b Giả sử thay diode SCR, tính cơng suất tiêu thụ tải SCR kích với góc α = 300 ; c Tính dòng điện trung bình tải SCR kích với α = 900 ; d Xác định góc kích α SCR tải tiêu thụ hết công suất P = 5kW; e Tính điện áp ngược lớn SCR HƯỚNG DẪN I Các tập chương (từ 1-9) áp dụng chủ yếu công thức tổng hợp vào bảng 3.3, phần sơ đồ dạng sóng U, I coi giáo trình - Nếu cho vật liệu chế tạo diode Si tổn hao diode 0.7V, bỏ qua tổn hao coi diode lý tưởng - Nếu điện áp nguồn xoay chiều cho dạng giá trị tức thời biết tần số f phải xác định giá trị hiệu dụng điện áp nguồn AC II Các tập chương 3, chủ yếu áp dụng công thức bảng tổng hợp 3.3 3.4 Chú ý vấn đề sau: Đối với mạch pha tải RL RLE, để áp dụng dạng công thức cần dùng phép thử sau: Khi biết góc tắt dòng λ lấy X = λ - π để biết phần kéo dài sức điện động tự cảm eL phía bán kỳ âm sau π bao nhiêu, từ suy ra: - Nếu α> X, ta có dòng điện gián đoạn (λ< π +α).; - Nếu α = X, ta có giới hạn dòng điện liên tục gián đoạn (λ= π +α); - Nếu α< X, ta có dòng điện liên tục (λ= π +α) Đối với mạch pha pha tải RL, RLEkhi cho L LT = ∞, ln có dòng liên tục phẳng Khi cho Lng = 0, khơng có 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 α phạm vi dòng liên tục hay gián đoạn để áp dụng cơng thức tính Ud Đối với dạng tập cho trước dòng tải cơng suất tải, u cầu phải xác định góc kích α Để xác định dạng cơng thức, cần tính Ud, Id Pd góc α giới hạn dòng liên tục gián đoạn so sánh với giá trị cho để rút kết luận áp dụng dạng công thức Trong trường hợp đề cho điện áp dây, để áp dụng công thức bảng 3.3; 3.4, 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 cơng thức tính U, I coi giáo trình lý thuyết Bài tập 17 Cho mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều pha G1 biết RT = 20Ω, XL= 0, điện áp hiệu dụng nguồn xoay chiều U Y = 380V, f = 50Hz SCR1 a Tính cơng suất tiêu thụ tải trường hợp RT điện áp tải lớn nhất; G2 SCR2 b Tính cơng suất tiêu thụ tải SCR ~ u XL = L điều X khiển với góc kích α = 300, tính hệ số cơng suất Cosϕ mạch vẽ dạng sóng điện áp tải; c Tính cơng suất tiêu thụ tải SCR điều khiển theo tỷ lệ thời gian đóng ngắt, biết thời gian làm việc TLV = 120mS, thời gian nghỉ TN = 40mS; d Cần phải khống chế góc kích α TH độ để điện áp tải không trở thành DC XL = 10Ω (xung điều khiển xung ngắn); e Vẽ dạng sóng điện áp tải góc kích cho SCR 1α = 900, SCR2 thay diode (tải có R X L = 10Ω, giả sử nửa chu kỳ đầu Y có điện dương) f Mạch tạo xung điều khiển 12 điều khiển cho SCR mạch không, cần khống chế góc kích α TH thực nào? HƯỚNG DẪN: Mạch mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng SCR (cũng dùng TRIAC) Các yêu cầu tập xác định theo cơng thức giáo trình Có thể cho trước dòng tải công suất xác định thông số khác mạch Bài tập 18:Cho mạch điện hình vẽ, biết điện áp C xoay chiều u = 311Sin314t [V], (bỏ qua sụt áp Tải D1 D2 A B linh kiện bán dẫn) D a Tính cơng suất tiêu thụ tải thiết bị gia ~ u SCR nhiệt có R= 5Ω đặt hai điểm AB góc kích cho SCR α = 450, vẽ dạng sóng điện áp tải; D3 D4 b Tính dòng điện trung bình qua SCR nối tắt AB, tải R = 2Ω, LT = ∞, dòng liên tục phẳng chế độ xác lập đặt CD góc kích cho SCR α = 300, vẽ dạng sóng dòng điện điện áp tải; c Cho biết tác dụng diode hai trường hợp trên? HƯỚNG DẪN: - Mạch mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều tải đặt AB, điều khiển theo pha (Phase control); - Trường hợp b tải RL dòng liên tục đặt CD mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển bán phần Bài tập 19:Cho mạch điện hình vẽ, biết điện áp dây hiệu dụng nguồn xoay chiều Ui 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 Tính thông số lựa chọn MOSFET (IQ, UDS); U0 b Tính thơng số lựa chọn diode ( ID0, UD0); c Tính dòngRđiện trung bình qua diode chỉnh lưu D1-D6; d Tính điện áp ngược lớn diode D1 – D6 L IQ IT D1 D3 D5 PWM ID0 20k ~u C D0 D4 D6 D2 HƯỚNG DẪN: - Mạch mạch kết hợp mạch chỉnh lưu cầu pha (có thể mạch chỉnh lưu 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); - Mục c; d, Ui thông số mạch chỉnh lưu xác định theo bảng 3.3; - Mục a; b theo phụ lục bảng hướng dẫn xác định dạng sóng thơng số mạch biến đổi điện áp TI cuối giáo trình ta có: 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: - Dòng điện qua diode D0: Mạch tăng áp: UDS = Ui ID0 = I0(1-D) ( 1− D) - Điện áp ngõ ra: U0 = U i - Dòng qua MOSFET: IQ = I - Điện áp ngược diode D0: UD0 = U0 - Điện áp MOSFET: - Dòng điệnngõ qua diode D0: ( 1− D) UDS = U0 ID0 = I0=U0/R ID0 L D0 QIQ Ui PWM R C Trong D = ton/ton+toff = ton/T : Duty cycle - Ngoài ta có U0 = Ui.ton.f (f = 1/T), cho biết t on; toff; ton; f ta tính U0 - Cũng người ta cho trước dòng điện cơng 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 cơng thức thích hợp để tính I0 Bài tập 20: Cho đồ thị dạng sóng điện áp hình vẽ 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 HƯỚNG DẪN: - Dạng sóng điện áp ngõ cấp từ mạch nghịch lưu áp qua biến áp tăng áp; - Ngoài cho điện áp xoay chiều ngõ có giá trị nhỏ (dưới 40V) dùng mạch nghịch kiểu cầu nửa cầu trực tiếp từ nguồn DC; - Trường hợp khác cho sơ đồ mạch nghịch lưu, biết tần số, dạng xung điều khiển linh kiện bán dẫn, cần vẽ dạng sóng điện áp tải? 10 11 ... u2 1M 10 0k 50k VRA 4007 2k2 4007 9V LM324 1M 10 0k 47k 224 4007 1k EDB330 10 3 FEDB 4007 10 0k + Y 1M V cc 50k LM324 BAX 4007 12 V V cc 47k NPN 1M SCR1 T1 X u2 L O A D Y RT V cc 330 10 3 4007 1k 4007... sơ đồ mạch dạng sóng điện áp tải trường hợp có tụ điện lọc phẳng điện áp id R L E U2 ud U1 Hình1 SCR1 SCR2 Bài tập 10 Cho mạch chỉnh lưu tia pha hình vẽ biết tỷ số biến áp K ba = U1/U2 = 2, giá... (dòng liên lục); f Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện tải trường hợp Bài tập 12 Cho mạch điện hình vẽ, biết u2 = 70Sin100πt [V], RT = 1. 5 Ω , LT = ∞ a Nêu tên gọi chức khối 1; 2; 3; 4; sơ đồ; b Tính