Bài giải điện tử công suất Châu Minh Thuyên

Chương 1 Cho mạch như hình vẽ, biết nguồn có trị hiệu dụng là 120V, f = 60Hz, tải R = 5Ω. Xác định áp và dòng trung bình qua tải, điện áp và dòng hiệu dụng của tải, công suất tiêu thụ bởi tải và hệ số công suất của mạch. Giải Điện áp hiệu dụng của nguồn U =120V, ta có: Điện áp cực đại : Um =U.√2 =120. √2 =169,7 Áp trung bình qua tải: U_avg= 12π ∫_0π▒〖U_m.sinωt.dωt=U_mπ〗=54 V Dòng trung bình qua tải: I_avg=U_m(R.π)=169,7(5.π)=10.8 (A) Trị hiệu dụng của tải: U_rms=√(12π.∫_0π▒〖(〖U_m.sinωt)〗2.dωt〗)=U_m2=84,9V Dòng hiệu dụng của tải : I_rms=U_m(R.2)=17 A Công suất tiêu thụ trung bình bởi tải: P=R.(〖I_rms)〗2=(U_rms )2R=1441,6 W Hệ số công suất của mạch: P_f=PS=P(U_(srms).I_rms )=1441,6120.17=0,707 Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ nguồn 1pha không điều khiển tải R có biểu thức điện áp nguồn là u(t) = 311sin(314t) V và tải R = 15Ω. Xác định: a) Trị trung bình dòng qua tải b) Trị hiệu dụng dòng qua tải c) Công suất tiêu thụ bởi tải d) Hệ số công suất của mạch Giải Dòng trung bình: U_tb=12 ∫_0▒〖311 sin⁡(314t)d314t=311π〗=99 V I_tb=U_tbR=9915=6.6 A Dòng hiệu dụng: U_rms=√(12π.∫_0π▒〖(311sin⁡(314t))2 d314t〗)=3112=155.5 V I_rms=U_rmsR=155.515=10.36 A Công suất tiêu thụ bởi tải: P=(I_rms )2.R=(10.36)2.15=1612 W Hệ số công suất của mạch:

Chương 1Cho mạch như hình vẽ, biết nguồn có trị hiệu dụng là 120V, f = 60Hz, tải R = 5Ω Xác định áp và dòng trung bình qua tải, điện áp và dòng hiệu dụng của tải, công suất tiêu thụ bởi tải và hệ số công suất của mạch.

Giải

Bài Tập

Tiểu Luận Điện Tử

Công Suất

Điện áp hiệu dụng của nguồn U =120V, ta có:Điện áp cực đại :

Um =U =120 =169,7

Áp trung bình qua tải:

Dòng trung bình qua tải:

Trị hiệu dụng của tải:

V

Dòng hiệu dụng của tải :

Công suất tiêu thụ trung bình bởi tải:

Hệ số công suất của mạch:

Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ nguồn 1pha không điều

khiển tải R có biểu thức điện áp nguồn là u(t) = 311sin(314t)

V và tải R = 15Ω Xác định:

a) Trị trung bình dòng qua tải

b) Trị hiệu dụng dòng qua tải

c) Công suất tiêu thụ bởi tải

d) Hệ số công suất của mạch

Dòng hiệu dụng:

Công suất tiêu thụ bởi tải:

Hệ số công suất của mạch:

Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ nguồn 1pha không điều khiển có nội trở là r =20Ω, trị hiệu dụng điện áp nguồn là 230V, điện trở tải là 1000Ω Tính:

a) Trị biên độ dòng tải

b) Trị trung bình dòng tải

c) Điện áp trung bình trên diod

d) Phần trăm sụt áp khi mang tải so với lúc khi không tải

Giải

V

A

Trị biên độ dòng qua tải :

Điện áp trung bình trên diode:

Phần trăm sụt áp khi có tải so với lúc không có tải:

Cho mạch như hình vẽ với

trong đó Um=100V, ω=377rad/s , R=100Ω , L=0,1 H

Xác định biểu thức dòng điện trong mạch, dòng trung bình, dòng hiệu dụng, công suất tiêu thụ bởi tải và hệ số công suất của mạch

Giải

θ =

Biểu thức dòng điện: (A)

 (A)

Xác định β:

β = 3,5 rad = 201o Dòng trung bình:

= 0.308 A

a) Xác định biểu thức dòng điện tức thời qua tải

b) Trị trung bình dòng qua tải

c) Công suất tiêu thụ bởi tải

d) Hệ số công suất của mạch.

Giải

π

c) Công suất tiêu thụ bởi tải:

P=Irms2R= 46,24 x 12 = 554,88(W)Trong đó:

0

1

( ) ( ) 2

π

=46,24

a) Các trị trung bình của điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra b) Trị trung bình và trị hiệu dụng của dòng qua diod

c) Trị hiệu dụng của dòng nguồn và dòng tải và hệ số công suất

Giải

V V

A

a)Trị trung bình điện áp và dòng điện đầu ra:

14( )2

0,9

Irms n Itb A

Irms Itb A

P Utb Itb pf

a) Xác định biểu thức dòng điện tức thời qua tải

b) Trị trungbình điện áp trên tải

c) Công suất tiêu thụ bởi nguồn E

d) Công suất tiêu thụ bởi điện trở

e) Hệ số công suất của mạch

Giải:

Biểu thức dòng điện tức thời:

Trị trung bình điện áp qua tải:

Trị hiệu dụng dòng điện qua tải:Trị hiệu dụng điện áp qua tải:

Công suất tiêu thụ bởi nguồn E:

Công suất tiêu thụ bởi điện trở R:

Hệ số công suất của mạch:

Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ dùng diod tải R=10Ω Trị hiệu dụng áp nguồn là 200V, f=50Hz Xác định: a) Trị trung bình điện áp trên hai đầu cực của tải

b) Giá trị trung bình dòng điện trên tải

c) Công suất trung bình tiêu thụ trên tải

d) Trị hiệu dụng điện áp trên tải

e) Trị hiệu dụng dòng điện trên tải

f) Hiệu suất của mạch chỉnh lưu

Giải :

V

V

Trị trung bình điện áp trên tải:

Dòng trung bình trên tải:

Công suất trung bình tiêu thụ trên tải:

Trị hiệu dụng điên áp trên tải:

Trị hiệu dụng dòng trên tải:

Hiệu suất của mạch chỉnh lưu:

Cho mạch chỉnh lưu cầu một pha dùng diod có trị hiệu dụng điện áp nguồn là 200V , f=50Hz Tải gồm R=10Ω, L có giá trị đủ lớn để dòng điện tải liên tục và phẳng

a) Xác định các giá trị trung bình của điện áp và dòng trên tải

b) Xác định giá trị hiệu dụng và giá trị trung bình dòng qua mỗi diod

c) Xác định giá trị hiệu dụng của dòng nguồn

Giải

V V

A

a)Trị trung bình điện áp và dòng điện đầu ra:

9 2( ) 2

0,9

Irms n Itb A

Irms Itb A

P Utb Itb pf

Giải :

V V

( )2 2

L

rad R

L

rad R

ω α

ω

ωτ

ω θ

ta có: α < θ nên dòng qua tải là liên tục

Biểu thức dòng qua tải:

45,62sin( 1) 85 40 ( ) 226,12 452,24(W)

t

Ptai Irms R

ω π

1

45,62sin( 1) 85 40 ( ) 12,1( ) 12,1 80 968(W)

Cho mạch chỉnh lưu không điều khiển 3 pha hình tia có trị hiệu dụng điện áp mỗi pha là 220V, f=50Hz, R=10Ω,

E=100V, L có giá trị đủ lớn để dòng điện qua tải liên tục và bằng phẳng Mạch ở trạng thái xác lập Xác định:

a) Trị trung bình điện áp trên tải

b) Trị trung bình dòng điện qua tải

c) Điện áp ngược lớn nhất mà diod phải chịu

d) Dòng trung bình qua mỗi diod

e) Trị hiệu dụng dòng điện nguồn

f) Công suất tiêu thụ trên tải

g) Hệ số công suất của bộ chỉnh lưu

Điện áp trung bình trên tải:

Dòng trung bình:

Điện áp ngược lớn nhất mà diode phải chịu là:

diode:

Dòng hiệu dụng của nguồn:

Công suất tiêu thụ trên tải:

Hệ số công suất bộ chỉnh lưu:

Bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha không điều khiển mắc vào tải chứa R = 10 , E=50 V và L tải rất lớn làm dòng tải liên tục và phẳng Áp nguồn xoay chiều 3 pha có trị hiệu dụng mỗi pha là U=200 V Mạch ở trạng thái xác lập

a Tính trị trung bình của điện áp chỉnh lưu và dòng chỉnh lưu

b Tính công suất trung bình của tải

c Tính trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện

d Tính trị hiệu dụng dòng qua mỗi pha nguồn

e Tính hệ số công suất nguồn

Điện áp trung bình và dòng trung bình:

Công suất trung bình của tải:

Trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện:

Trị hiệu dụng dòng qua mỗi pha nguồn:

Hệ số công suất của nguồn:

Chương 2Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ có điều khiển tải R có trị

hiệu dụng điện áp nguồn là 120V, f=60Hz Biết tải R=100Ω,

điện áp trung bình trên tải là 40V Hãy xác định công suất

tiêu thụ bởi điện trở R và hệ số công suất của mạch với các

Trị hiệu dụng điện áp qua tải:

Trị hiệu dụng dòng qua tải:

Công suất tiêu thụ bởi tải R:

Hệ số công suất của mạch:

Cho mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển tải RL, biết trị hiệu dụng điện áp nguồn là 120V, f=50Hz, tải =20Ω, L=0,04H

và góc kích α=60

a) Xác định i(ωt) b) Dòng trung bình qua tải

c) Công suất tiêu thụ bởi tải

d) Hệ số công suất của mạch

Giải

 Công suất tiêu thụ bởi tải:

Hệ số công suất của nguồn:

Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển tải

RLE, biết trị hiệu dụng điện áp nguồn là 120V, f=60Hz, R=2Ω, L=20mH, E=100V Xác định i(ωt) và công suất tiêu thụ bởi

điện trở tải và nguồn E khi góc α=30

Giải

V

V

A

 β=2,653

Trị trung bình dòng qua tải:

2,728 (A)

Công suất tiêu thụ bởi nguồn E:

Trị hiệu dụng dòng qua tải:

Bộ chỉnh lưu có điều khiển cầu một

pha tải RL nối tiếp Biết R = 25Ω và

L = 50 mH Nguồn 240V rms, f=60Hz Xác định dòng trung bình qua tải khi góc kích của các thyristor lần lượt là 15 và 75

V

t tb

π α

Bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển mắc vào tải R=10Ω,

E=100V và L rất lớn để dòng tải luôn liên tục và bằng phẳng

Áp nguồn xoay chiều 3 pha có trị hiệu dụng U=220V Mạch ở

trạng thái xác lập (góc kích là 60 0 ).

a. Tính trị trung bình điện áp và dòng qua tải

b. Tính công suất trung bình qua tải

c. Tính dòng trung bình qua mỗi linh kiện và hiêu dụng dòng

Trị trung bình điện áp và dòng của mạch là:

257,3 (V)

Dòng trung bình: 15,73 (A)

Công suất trung bình qua tải:

4047,32 W

Trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện:

Trị hiệu dụng dòng mỗi pha qua nguồn:

Hệ số công suất của nguồn:

Cho chỉnh lưu thyristor một pha 2 nữa chu kỳ với các thông số như sau : U2=100V, f= 50Hz, L= 1mH, α= 2π/3.Viết biểu thức của dòng tải id và xác định góc cắt dòng β.

Giải

Chỉnh lưu chỉ có tải L nên:

Giải

TH1: -E

min '

X I U

TH2: +E

( 257,3cos(0, 78 ) 6,8) 220

22, 72

2cos(0, 78 ) 0,65

1,5

α

αα

d

X I U

α π

Cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng với các thông

Trị trung bình điện áp tải:

V, với giả thiết dòng điện tải được nắn thẳng Id=60 A.Tính E

3 6

cos

0,04 0,127

d d

c d d

c c

U

R

X I U

V Vm V

V

Điện áp đầu ra:

Giá trị min ,max của dòng qua cuộn dây là:

Cho bộ chuyển đổi Buck có điện áp đầu vào 50V và điện

áp đầu ra là 25V, f=100KHz, công suất đầu ra cấp cho tải là 125W.

PI

V Vm V

V

2.5.10 6

1

400.10

Một bộ chuyển đổi Buck có điện áp đầu vào 30V và điện

áp đầu ra là 20V, f=40KHz, công suất đầu ra là 25W Xác định L sao cho dòng cực tiểu qua L là bằng 25% dòng trung bình qua cuộn dây.

b) Xác định trị trung bình, giá trị max, min dòng qua cuộn dây.

c) Xác định độ nhấp nhô điện áp đầu ra

d) Xác định trị trung bình dòng qua diode

Giải :

( )

3

1 20.0,6.

Trị trung bình dòng qua Diode là:

Ta có dòng qua Diode bằng 0 khi đi từ 0 tới DT:

6 6

5.10

6 6

Một bộ chuyển đổi Boost có đầu vào là 5V và đầu ra là

(25W-15V) Dòng điện cực tiểu qua cuộn dây không được nhỏ hơn 50% giá trị trung bình Độ nhấp nhô điên áp đầu ra nhỏ hơn 1% Tần số chuyển mạch là 300KHz Xác định tỉ số điều chế, giá trị min dòng qua cuộn dây và tụ điện.

Giải :

là nhỏ hơn 0,5% Xác định tỉ số điều chế, tần số chuyển

mạch, giá trị L và định mức dòng hiệu dụng qua L, giá trị của C và định mức dòng hiệu dụng qua C Thiết kế dòng liên tục Giả thiết thành phần là lý tưởng.

Giải :

2 2 2

min

6 min

2

max

180,333.(1 0,333)

2 (1 ) 2 18 2.37,5.10

(1 0,333)

200,005

102

3 1,11

L L

Bộ chuyển đổi Buck-Boost có các thông số: Vs=12 V, D=0.6,

R=10Ω, L = 10 μH, C = 20 μF, và tần số chuyển mạch là 200 kHz Xác định điện áp đầu ra, các giá trị trung bình , max, min dòng qua cuộn dây và độ nhấp nhô điện áp.

Giải :

V Vo

PI

V Vm V

A V

Bộ chuyển đổi Buck-Boost có các thông số: Vs=24 V,

V0=36V,R=10 Ω, nếu f=100kHz Xác định L và C sao cho

dòng cực tiểu qua cuộn dây là bằng 40% của giá trị trung bình và độ nhấp nhô điện áp đầu ra là 0,5%

Giải :

V Vo

PI

V Vm V

A V

áp đầu ra là không được lớn hơn 1% Xác định tỷ số điều chế, tần số chuyển mạch, giá trị của L và C.

Thiết kế một bộ chuyển đổi DC-DC để cung cấp một điện

áp ra 15V từ một nguồn vào thay đổi từ 12V đến 18V Điện trở tải là 15Ω.

Độ nhấp nhô điện áp đầu ra là 1%

Giá trị của C và L chọn độ nhấp nhô điện áp là 1% tại nguồn

12( )

s

V = V

:

1 0

0

74,7.R

0

80.R

Thiết kế một bộ chuyển đổi buck-boost mà bộ chuyển đổi này có điện áp nguồn thay đổi từ 10 đến 14V Điện áp đầu ra được điều chỉnh tại 12V tải thay đổi từ 10 đến 15W

Độ nhấp nhô điện áp đầu ra luôn nhỏ hơn 1% tại bất kỳ chế

độ làm việc nào Xác định dãy thay đổi của tỷ số điều chế

Các giá trị cuả L và C.

Giải :

Tỷ số điều chế tại tại nguồn V s1 = 10( )V

: 1

Giá trị của C và L chọn độ nhấp nhô điện áp là 1%

Giá trị của C tại V s =10( ); P 10(W)V =

V

R

P

1 0

0

76, 4.R

2 0

95,83 R

Ω, và tần số chuyển mạch là 250kHz Xác định điện áp đầu

ra, giá trị trung bình và độ biến thiên đỉnh - đỉnh của các dòng trên L1 và L2, độ thay đổi đỉnh đỉnh điện áp trong các tụ.

1 6 3

12.0,6

0,144200.10 250.10

Độ biến thiên của dòng trên L2:

Điện áp trung bình qua tụ V C1 được tính dựa vào định luậtKiffchop cho vòng ngoài cùng Điện áp trung bình qua L ở trạngthái xác lập là bằng không Ta có :

V = V − = − − V = V

Điện áp trung bình qua tụ V C2

được tính dựa vào định luậtKiffchop Điện áp trung bình qua L ở trạng thái xác lập là bằngkhông Ta có :

trong các dòng của cuộn dây nhỏ hơn 10% của giá trị trung bình.

V D i

Thiết kế một bộ chuyển đổi C’uk sao cho có một đầu

vào 25V và một đầu ra là 30V Tải là 60W Xác định tỷ số

điều chế, tần số chuyển mạch, các giá trị điện cảm và điện

dung Biết độ thay đổi max trong các dòng cuộn dây phải là bằng 20% của giá trị trung bình Độ nhấp nhô điện áp qua C1 phải bé hơn 5%, và độ nhấp nhô điện áp đầu ra nhỏ hơn 1%.

V D i

2 6 2

2 0

2 0

8, 2(0,01)8.(68,75).10 (100000)

CHƯƠNG 4

Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha có trị hiệu dụng điện áp nguồn 480V, tần số 50Hz và điện trở tải là 50Ω Góc kích là 60 0 Xác định rms điện áp tải, công suất tiêu thụ bởi tải, hệ số công suất và trị trung bình – hiệu dụng dòng qua mỗi SCR.

Giải :

V A

V

sin 2

2

rms rms rms

U

U I P

Trị hiệu dụng dòng qua mỗi SCR.

Giải:

A V

Điện áp tải hiệu dụng :

2

rms rms rms

Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha có trị hiệu dụng điện áp nguồn 240V, và điện trở tải là 35Ω Xác định góc kích α để công suất cung cấp đến tải đạt 800W, xác định trị rms dòng qua mỗi SCR và hệ số công suất.

Trị trung bình dòng qua mỗi SCR.

sin 21

22

tb SCR

U I

Giải:

sin 2 1

Ta được bảng giá trị sau :

0 1

2

1203

hệ số công suất khi đó.

Thiết kế một mạch để cung cấp dãi công suất từ 750 đến 1500W đến một tải trở 32Ω từ một nguồn 240Vrms – 60Hz Xác định các giá trị hiệu dụng và trung bình lớn nhất trong các thiết bị chuyển mạch và xác định điện áp lớn nhất qua các thiết bị.

Giai:

Ta có

2 2

1

2 1

m SCR tb

2

2 1

m SCR tb

U

Umax = m sin α2 = 240 2 0 , 64 = 202 , 7

Thiết kế một mạch để phát ra một công suất không đổi 1200W cấp đến tải trở mà tải này thay đổi từ 20 đến 40Ω Nguồn AC có 240V, 50Hz Xác định giá trị trung bình lớn nhất trong các thiết và xác định điện áp lớn nhất qua các thiết bị.

Giải :

Ta có :

2 2

1 1

2 1

2 2

2 1

240 2

m SCR tb

240 2

m SCR tb

Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha có trị hiệu dụng điện áp nguồn 120V, tần số 50Hz và tải RL có điện trở tải là 50Ω và L=30mH Góc kích là 60 0 Xác định trị tức thời dòng qua tải, trị hiệu dụng dòng tải, dòng hiệu dụng qua mỗi SCR, công suất tiêu thụ bởi tải Vẽ các dạng sóng điện áp ra

và điện áp qua các SCR.

Giải :

V A

V

rad R

1( )2

RMS SCR

β α

Giải :

3

2 2 50 40 10

0.5722

fL

rad R

169.7 5

sin( 0.518) 10.75525.33 18

π

= ∫

2 3.65

5 18

RMS SCR

β α

Giải:

3

0.62 12

fL

rad R

169.7 23

sin( 0.56) 302.639 14.17 36

π π

π

2 3.62

23 36

Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha có trị hiệu dụng điện áp nguồn 120V, tần số 50Hz và tải RL có điện trở tải là 40Ω và L=50mH Góc kích là 20 0 Xác định trị tức thời dòng qua tải, trị hiệu dụng dòng tải, dòng hiệu dụng qua mỗi SCR, công suất tiêu thụ bởi tải

Giải :

3

2 2 50 50 10

0.392 40

fL

rad R

169.7

sin( 0.37) 0.2 42.97 9

rad R

π

2 3.51

21

( ) 1.972

RMS SCR

β α