BÀI GIẢI bài tập CHƯƠNG 4 CSDTCS 2021

Tính điện áp và dòng ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với hài cơ bản bậc 1 và 3 sóng hài đáng kể và gần với hài bậc 1 nhất.. Từ đó, tính công suất trên điện trở R tương ứng với các hà

Trang 1

BÀI TẬP CHƯƠNG 4: BỘ NGHỊCH LƯU

BỘ NGHỊCH LƯU 1 PHA

Bài 1:

1 Điện áp nguồn DC cần cung cấp cho bộ nghịch lưu

Với V o1, rms = 220V, biên độ hài bậc 1 là:

1, 2 1, 2 220 311

Ngoài ra, với bộ nghịch lưu 1 pha điều khiển kiểu sóng vuông, biên độ hài bậc 1 có thể tính bằng công thức: 1,

4 d

o m

V





Từ đây suy ra giá trị cần thiết của V d là: 1, 311 244

2 Tính điện áp và dòng ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với hài cơ bản (bậc 1) và 3 sóng hài đáng

kể và gần với hài bậc 1 nhất Từ đó, tính công suất trên điện trở R tương ứng với các hài này

Hình 1

Mạch tương đương của điện áp v o và dòng i o tại ngõ ra của bộ nghịch lưu với tải R+L như hình 1(a), trong đó

v o1 và v o(n) lần lượt là hài bậc 1 và hài bậc n trong điện áp v o

Vì tải R+L là tuyến tính nên có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch hình 1(a) Do đó, dòng io có thể xem là tổng các dòng thành phần trong mạch 1(b) Từ đây, suy ra trị hiệu dụng của các dòng điện tính bởi công thức:

( ), ( ),

( ),

o n rms

I

  

 , n1

Trang 2

Trong đó: Vo n rms( ), là trị hiệu dụng điện áp hài bậc n và f 1 là tần số hài bậc 1 (Hz)

Trị hiệu dụng các sóng hài điện áp tính theo công thức (SV xem lại phần lý thuyết):

( ),rms

2

( 1,3,5, ) 2

d

o n

V

n 

(1),rms ( ),rms o ( 1,3,5, )

o n

V

n

Công suất do từng dòng hài tạo ra trên tải: P RI n o n rms2( ),

Do đó có thể tính được bảng sau:

n

3 Tính hệ số méo dạng (THD) của dòng ngõ ra bộ nghịch lưu

Trị hiệu dụng tổng các dòng hài bậc cao (n>1):

, 2.86 1.08 0.56 0.34 3.11

h rms

I       A

Có thể thấy khi mạch tải có điện cảm đủ lớn, sự đóng góp của sóng hài dòng có bậc càng cao vào dòng hài

tổng càng không đáng kể Vì vậy, trị hiệu dụng tổng các dòng hài bậc cao trong trường hợp này chỉ cần kể tới

vài sóng hài gần nhất với hài bậc 1

Hệ số méo dạng của dòng ngõ ra bộ nghịch lưu:

,

1,

3.11 0.18 18%

17.3

h rms

o rms

I

THD

I



4 Xét trường hợp Vo1, rms 110 V và tần số là f 1 = 25Hz

Tính toán tương tự câu 1, ta có biên độ hài bậc 1 khi đó là:

1, 2 1, 2 110 155.6

Từ đây suy ra giá trị cần thiết của V d là: 1, 155.6 122

Tần số xung điều khiển các transsitor là: 25Hz

Tính toán tương tự câu 2, lưu ý: ( ),rms o(1),rms ( 1,3,5, )

o n

V

n

  , ta được bảng sau:

Trang 3

Bậc n 1 3 5 7 9

n

Io(n),rms (A) 10.3 2.37 1 0.54 0.33

, 2.37 1 0.54 0.33 2.65

h rms

I       A

,

1,

2.65

0.26 26%

10.3

h rms

o rms

I

THD

I



Sinh viên tự giải thích tại sao THD% của dòng điện trong trường hợp này lớn hơn giá trị tương tự ở câu 2

Bài 2:

Với bộ nghịch lưu 1 pha điều khiển kiểu PWM, biên độ hài bậc 1 có thể tính bằng công thức:

1,

Từ đây suy ra điện áp nguồn cần cung cấp cho bộ nghịch lưu là:

1, 311

311 1

o m

d

a

m

Lưu ý là bộ nghịch lưu (BNL) điều khiển kiểu PWM có thể cần cung cấp điện áp V d cao hơn so với BNL điều

khiển kiểu sóng vuông Tuy nhiên biên độ điện áp ngõ ra của BNL kiểu PWM có thể được điều khiển dễ

dàng từ mạch điều khiển bằng cách thay đổi tỉ số điều chế m a và giữ V d không đổi, trong khi để thay đổi điện

áp ngõ ra, BNL kiểu sóng vuông cần thay đổi điện áp cung cấp V d

Mạch tương đương của điện áp v o và dòng i o tại ngõ ra của bộ nghịch lưu với tải R+L trong trường hợp này

cũng giống như hình 1, và cách tính toán các dòng hài thành phần cũng giống như bài 1, tuy nhiên bậc và

biên độ sóng hài tương ứng cần tra bảng trong phần lý thuyết (SV xem lại file bài giảng, bảng 4.2)

Với bộ nghịch lưu điều khiển kiểu PWM với điện áp đóng ngắt lưỡng cực, các sóng hài đáng kể sẽ quanh bậc

m, bao gồm:

Trang 4

0.601 0.601 311

d

V

(19),

0.318 0.318 311

d

V

n m   V      V

(23),

0.318 0.318 311

d

V

n m   V      V

Từ đây có thể tính ra bảng sau:

n

Sinh viên có thể tự tính thêm một vài dòng hài quanh bậc cao hơn (như 2m f hoặc 3m f), để thấy các dòng này

không đáng kể so với dòng hài quanh bậc m f vừa tính ở trên

Sinh viên so sánh công suất sinh ra trên R do hài bậc 1 và các hài bậc cao trong bài này với kết quả trong bài

1  rút ra kết luận gì ? Công suất do sóng hài bậc >1 sẽ ra sao nếu m f tăng lên (nghĩa là đóng cắt với tần số

cao hơn)?

, 0.47 0.8 0.39 1

h rms

I      A

Có thể thấy rằng trị hiệu dụng tổng các dòng hài bậc cao trong trường hợp này nhỏ hơn đáng kể so với kết

quả ở bài 2 Giá trị các dòng hài sẽ ra sao nếu tăng m f cao hơn nữa ?

Hệ số méo dạng của dòng ngõ ra bộ nghịch lưu: ,

1,

1 0.058 5.8%

17.3

h rms

o rms

I THD

I



Bài 3:

Với bộ nghịch lưu kiểu PWM, để V o1, rms = 220V tại ma = 1, điện áp nguồn cung cấp là V d = 311V (xem bài

2)

Cách tính các dòng hài tương tự bài 2, tuy nhiên bậc và biên độ sóng hài tương ứng cần tra bảng trong phần

lý thuyết (SV xem lại file bài giảng)

Với bộ nghịch lưu điều khiển kiểu PWM với điện áp đóng ngắt kiểu đơn cực, các sóng hài sẽ quanh 2m f , 4m f ,

v.v…Do đó, với dữ kiện của đề bài, các sóng hài đáng kể sẽ bao gồm:

Trang 5

(43), (45),

0.181 0.181 311

d

V

(41), (47),

0.212 0.212 311

d

V

n m   n V V      V

n

Sinh viên có thể tự tính thêm một vài dòng hài quanh bậc cao hơn (như 4m f chẳng hạn), để thấy các dòng này

không đáng kể so với dòng hài quanh bậc 2m f vừa tính ở trên

, 0.14 0.12 0.11 0.13 0.25

h rms

I       A

Có thể thấy rằng trị hiệu dụng tổng các dòng hài bậc cao trong trường hợp này nhỏ hơn đáng kể so với kết

quả ở bài 2, mặc dù tỉ số điều chế tần số ở đây cũng gần giống với bài 2

,

1,

0.25 0.0145 1.45%

17.3

h rms

o rms

I

THD

I



Trang 6

BỘ NGHỊCH LƯU 3 PHA

Bài 4

Hình 2 là dạng sóng v An , i A , i T1/D1 , trong đó i T1/D1 là dòng chạy qua bộ khóa bán dẫn gồm T1 và D1 (xem hình 3)

Từ dạng dòng i T1/D1 trên hình 2c và định nghĩa về chiều dòng điện i T1 và i D1 như trên hình 3, sinh viên hãy tự

vẽ dòng điện i T1 qua transistor T1, và dòng điện i D1 qua diode D1

t

v An

i A

(a)

(b)

(c)

Kích T1 Kích T4

i T1 / D1

Hình 2 Hình 3

Bài 5:

Hình 4 là dạng sóng v An , i A , i T1/D1 , trong đó i T1/D1 là dòng chạy qua bộ khóa bán dẫn gồm T1 và D1 (xem hình 3)

Từ dạng dòng i T1/D1 trên hình 4c và định nghĩa về chiều dòng điện i T1 và i D1 như trên hình 3, sinh viên hãy tự

vẽ dòng điện i T1 qua transistor T1, và dòng điện i D1 qua diode D1

Trang 7

t

vAn

iA

iT1 / D1

(a)

(b)

(c)

Hình 4

Bài 6:

Với tải đấu Y và áp pha V o1, rms = 220V, biên độ hài bậc 1 (áp pha) là:

1, 2 1, 2 220 311

Ngoài ra, với bộ nghịch lưu 3 pha điều khiển kiểu sóng vuông, biên độ hài bậc 1 (áp pha) có thể tính bằng công thức:

1,

2 d

o m

V





Từ đây suy ra giá trị cần thiết của V d là: 1, 311 488.7

Mạch tương đương 1 pha của ngõ ra bộ nghịch lưu và tải giống như hình 1a, trong đó v o là điện áp ngõ ra 1 pha của tải Do đó, cách tính các dòng hài (dòng pha) tương tự như cách tính trong bài 1 (hình 1b)

Các điện áp hài đáng kể và gần nhất với hài bậc 1 là bậc n =h 5, 7, 11 (SV xem lại phần lý thuyết)

Trị hiệu dụng hài bậc n của áp pha tải: ( ) 4

sin 3

d

p n



Trang 8

Dòng pha hài bậc n tính ra theo công thức:

( ), ( ),

( ),

1 2

o n rms

n

I

L nf L

Công suất trên tải tương ứng với dòng hài bậc n: P n3RI o n rms2( ),

n

3 Tính hệ số méo dạng (THD) của dòng ngõ ra (dòng pha) bộ nghịch lưu

, 1.09 0.56 0.26 1.57

h rms

I      A

,

1,

1.57

0.091 9.1%

17.3

h rms

o rms

I

THD

I



Bài 7:

Với bộ nghịch lưu 3 pha điều khiển kiểu PWM và tải đấu Y, biên độ hài bậc 1 (áp pha) có thể tính bằng công thức:

1, 2

d

V

Từ đây suy ra điện áp nguồn cần cung cấp cho bộ nghịch lưu là:

1,

2 o m

d

a

V

m

 , với ma  1 thì 2 1,

622 1

o m d

V

Cách tính tương tự bài 6, với các sóng hài suy ra từ bảng 4.3 (slides bài giảng chương 4)

Từ bảng này có thể thấy các sóng hài đáng kể nhất có bậc là m f  2 và 2m f  1

Trang 9

Do đó tính ra các điện áp hài như sau (m f = 39):

(37), (41),

0.195 0.195 622

d

V

(77), (79),

0.111 0.111 622

d

V

Từ các kết quả trên có thể tính ra bảng sau:

n

Từ kết quả bảng trên, có thể thấy rằng chỉ cần tính các sóng hài quanh bậc m f là đủ, các sóng hài quanh bậc

2m f , 3m f, …không đóng góp đáng kể vào dòng hải tổng cũng như công suất tạo ra

3 Tính hệ số méo dạng (THD) của dòng ngõ ra (dòng pha) bộ nghịch lưu

, 0.24 0.22 0.33

h rms

I     A

,

1,

0.33 0.019 1.9%

17.3

h rms

o rms

I

THD

I



Ta thấy trị hiệu dụng sóng hài bậc cao nhỏ hơn khá nhiều so với phương pháp điều chế kiểu sóng vuông

(six-step) ở bài 6, và có thể giảm nhiều hơn nữa khi tăng m f (nghĩa là đóng cắt với tần số cao hơn)

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	220,61 KB