bài tập điện tử công suất

bài tập chương 1 spkt U¬d = 130 ∫_020▒50dt+ ∫_2030▒0dt=1003=33,33 (V) ¬U¬rms = √(130 ∫_020▒〖〖50〗2 dt〗+ ∫_2030▒〖02 dt〗 ) = (50√6)3 = 40,825 (V) Ud = 130 ∫_020▒50dt+ ∫_2030▒〖(30)dt〗= 703 = 23,33 (V) Urms = √( 130 ∫_020▒〖〖50〗2 dt〗+ ∫_2030▒〖〖(30)〗2 dt〗 ) = (10√177)3 = 44,347 (V)

Bài Tập DTCS

Câu 1.1

1.1.1

U d =

U rms = = = 40,825 (V)

1.1.2

U d = = 23,33 (V)

U rms = = = 44,347 (V)

1.1.3

U d = = 25(V)

U rms = = = 28,86 (V)

1.1.4

U d = dt = = 13,33 (V)

U rms = = = 18,856 (V)

1.1.5

U d = = = 31,83 (V)

U rms = = 50 (V)

1.1.6

U d = = 0(V)

U RMS = = 50 = 70,71 (V)

1.1.7

U d = = = 63,66 (V)

U rms = = 50 = 70,71(V)

1.1.8

U d = 100 +

U rms = = 114,818 (V) 1.1.9

U d = 50

U rms = = 90,46 (V) 1.1.10

U d =

= 0 (V)

U rms =

= U

Câu 1.2

Irms = Id = 10 (A)

Urms = 50 (V) Ud = 63,66 (V)

Ptb = Urms* Irms = 50 *10 = 100 (W)

Câu 1.3

Irms = Id = 10 (A)

Urms = 90,46 (V) Ud = 90,032 (V)

Ptb = Urms* Irms = 90.46*10 = 904,6 (W)

Câu 1.4

u = 220sin(100t)

a p(t) = = (W)

b Pd max = = = 4840 (W)

c Pd = = = 2420 (W)

Câu 1.5

Ud = = 6 (V)

Urms = = 2 (V)

Id = = 2 (A)

Irms = = 2 (A)

P(t) = u(t)*i(t) =

Pd = = 4 (W)

Câu 1.6

= =48 (W)

Câu 1.7

a) = = 1000W

b)

c) 6.=-2.W

Câu 1.8

R3 = 600W

=0 W

=R.+E =3.2 +12 = 18 V

= == 2A

= = 18.2= 36 W

Câu 1.9

a)

b)

R=

=

Q = 124,5 J

Câu 1.10

u=

U RMS = = (V)

I RMS = = 2.2 (A) P(AV) = 1.5*2.5 + *

*n=1 P(AV1) = * = 10 (W)

*n=2 P(AV2) = * = 2.4 (W)

P(AV) = 16.1 (W)

Câu 1.11

i = 1,5 + 2cos( 100πt) + 1,1cos( 200πt + ) [A]

IRMS = == 2,2 A

PR= R.IRMS2 = 100.2,22 = 484 W

Câu 1.12

U = 2,5 + 10cos( 100πt) + cos( 200πt + )

→ Urms =

Urms = = 8,078 V

Câu 1.13

Thay n = 4 vào phương trình U và I ta được:

U4 = 20 +

i4 = (A)

↔ Pd = Ud.Id + = 158,88W

Câu 1.14

Ta có: n= 1,2,3…100 ( ꙍ = 100 )

Urms =

Câu 1.15

Điều kiện dẫn dòng của SCR:

- VA > VK;

- VG đủ lớn;

- I SCR phải lớn hơn I duy trì

- Giống nhau:

Là linh kiện điện tử công suất được điều khiển bằng dòng, chỉ kích đóng mà không kích ngắt được

- Khác nhau:

Cấu trúc:

+ TRIAC tương đương 2 SCR khác loại mắc song song ngược

+ SCR dẫn một chiều, TRIAC dẫn 2 chiều;

+ SCR ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu, TRIAC dùng trong các mạch biến đổi điện áp xoay chiều

Sự giống:

Khác nhau:

- Về cấu trúc:

Diode gồm 2 lớp bán dẫn PN ghép với nhau; SCR gồm 4 lớp bán dẫn PNPN ghép với nhau:

- Về khả năng đóng ngắt điều khiển:

Diode là linh kiện không điều khiển

SCR là linh kiện chỉ điều khiển dẫn

- Về ứng dụng:

Diode dùng trong các mạch chỉnh lưu không điều khiển; SCR dùng trong các mạch chỉnh lưu có điều khiển

Giống nhau: Là linh kiện bán dẫn có 4 lớp pnpn, dẫn điện một chiều

Khác nhau:

Cấu trúc: GTO có thêm cổng kích ngắt mắc song song

Nguyên lý hoạt động:

GTO dùng dòng điện kích đóng đc tăng đến giá trị IG max sau đó giảm xuống giá trị IG Dòng kích phải tiếp tục duy trì trong suốt thời gian GTO dẫn điện

Ứng dụng: GTO đc ứng dụng trong bộ biến tần lớn hơn 100 kW

SCR dùng trong các mạch điện tử công suất nhỏ, trong các mạch chỉnh lưu

Câu 1.16.

SCR gọi là linh kiện chỉ điều khiển kích đóng được là vì:

- Khi SCR được kích và dẫn, SCR có khả năng tự duy trì xung kích nên tiếp túc dẫn

Do vậy, không thể dùng xung kích để ngắt SCR

Người ta chỉ có thể ngắt SCR bằng cách cắt nguồn VAA hoặc giảm VAA sao cho dòng điện qua SCR nhỏ hơn một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là dòng điện duy trì IH

Câu 1.17 Giải thích hiện tượng tự kích của SCR là gì? Hiện tượng này có ảnh

hưởng như thế nào đến việc điều khiển SCR?

Sở dĩ có hiện tượng tự kích là vì trong cấu trúc của SCR có một tụ kí sinh nối liền

rất lớn có thể đủ để kích Q1 và Q2 dẫn bảo hòa

Ảnh hưởng của hiện tượng tự kích: khi SCR tự kích thì ta không thể ngắt SCR bằng cực cổng

Câu 1.18

Tác dụng của các linh kiện:

- Tác dụng của điện trở RB: định dòng IB đủ lớn để BJT dẫn bảo hòa, tiêu hao năng lượng xả từ tụ khi BJT ngắt

- Tác dụng của tụ CB: Gia tốc dòng xung kích cho BJT

- Tác dụng của diode D0: bảo vệ BJT vì tạo đường hồi dòng điện xả năng lượng từ cuộn dây khi BJT ngưng dẫn

- Tác dụng của nhánh R- C: Bảo vệ SCR chống quá áp và tránh hiện tượng tự kích

- Tác dụng của máy biến áp xung: Cách ly mạch điều khiển và mạch công suất về điện

Câu 1.19.

Dựa vào khả năng đóng ngắt điều khiển, các linh kiện điện tử công suất chia thành

3 nhóm:

Nhóm 1: Các linh kiện không điều khiển, điển hình là Diode ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch xén

Nhóm 2: Các linh kiện bán điều khiển điển hình là SCR dùng trong các mạch chỉnh lưu có điều khiển hoặc trong các mạch điều chỉnh đóng, ngắt điện áp xoay chiều Nhóm 3: Các linh kiện điều khiển hoàn toàn , điển hình là các linh kiện họ

TRANSISTOR, dùng trong các mạch khuếch đại hoặc đóng ngắt

Câu 1.20 So sánh BJT và FET về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ làm việc, ưu

nhược điểm, xung kích và ứng dụng

1- Cấu tạo

- Giống nhau: đều có 2 lớp tiếp giáp PN

2- Ưu nhược điểm của FET

• Ưu điểm

+ Dòng điện qua tranzito chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên Do vậy FET là loại cấu kiện đơn cực (unipolar device)

+ FET có trở kháng vào rất cao

+ Tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực

+ Nó không bù điện áp tại dòng ID = 0 và do đó nó là cái ngắt điện tốt

+ Có độ ổn định về nhiệt cao

+ Tần số làm việc cao

• Nhược điểm:

Nhược điểm chính của FET là hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực

3- Ứng dụng

Giống nhau:

• Sử dụng làm bộ khuếch đại

• Làm thiết bị đóng ngắt bán dẫn

• Thích ứng với những mạch trở kháng

khác nhau:

• FET ít nhạy cảm với nhiệt độ, nên thường được sử dụng trong các IC tích hợp

• Trạng thái ngắt của FET tốt hơn so với BJT

4- Xung kích

• BJT phân cực bằng dòng, còn FET phân cực bằng điện áp

• BJT có hệ số khuếch đại cao, FET có trở kháng vào lớn

Câu 1.21 Nêu và giải thích các phương pháp bảo vệ linh kiện và mạch điện (mạch

điều khiển, mạch công suất tải, mạch nguồn)?

Để bảo vệ ngắn mạch và quá tải dòng điện, thường dùng aptomat (CB)

Dòng bảo vệ ngắn mạch của aptomat không vượt quá dòng ngắn mạch của máy biến áp Khi làm việc, các linh kiện bán dẫn pahir được làm mát đúng yêu cầu

Trong trường hợp dòng làm việc quá lớn (so với dòng cho phép làm việc cho phép khi có xét tới điều kiện tản nhiệt), người ta phải tiến hành mắc song song các linh kiện bán dẫn

Khi mắc song song các linh kiện bán dẫn, dòng điện chạy trong các linh kiện phân bố không đều, bởi vì các đặc tính V-A của chúng không giống nha Để giảm sự phân bố không đều trên, người ta có thể mắc nối tiếp với linh kiện với điện trở Việc sử dụng các điện trở chỉ có ý nghĩa khi điện áp rơi trên các điện trở là không đáng kể Để giảm tổn hao này có thể thay thế điện trở bằng các cuộn dây điện cảm, thường các cuộn dây này được chế tạo có lõi không khí

Việc cân bằng dòng điện các linh kiện được thực hiện tốt hơn khi cuộn kháng được chế tạo có lõi thép với cuộn dây mắc ngược nhau

Để bảo vệ cho các linh kiện bán dẫn, cần chộn đúng theo thông số điện áp ngược

Sau khi tính được trị số điện áp làm việc của linh kiện và tiến hành chọn linh kiện theo điện áp Trị số áp làm việc của linh kiện được chọn phải lớn hơn trị

số tính toán Trong trường hợp không có linh kiện có điện áp cao hơn, phải tiến hành mắc nối tiếp các linh kiện

Khi mắc nối tiếp, yêu cầu pahir chọn các linh kiện có đặt tính giống nhau,

để đảm bảo sự phân bố điện áp trên các linh kiện là như nhau Tuy vậy trong thực

tế sự phân bố điện áp trên các linh kiện thường không đều nhau, do đó cần phải phân bố lại theo các biện pháp như hình sau:

Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng ngắt linh kiện bán dẫn thường dùng bằng các mạch RC mắc song song với linh kiện bán dẫn Trị số chọn gần đúng R = (5 ÷ 30) Ω; C = (0,5 ÷ 4)μF Đồng thời mạch RC này còn để bảo vệ SCR khỏi hiện tượng tự kích do hượng tượng tăng áp nhanh du/dt

Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch RC, nhằm nhằm lọc xung Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây,

nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên đường dây Trị

số R = (5 ÷ 20)Ω; C = 4μF

Để bảo vệ linh kiện do cắt đột ngột máy biến áp non tải, trong đa số các bộ biến đổi người ta thường mắc một mạch RC ở đầu ra một chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các diode công suất nhỏ Trị số tụ C trong trường hợp này thường chọn trong khoảng 10÷200μF Biên độ xung khi đóng biến áp thường nhỏ hơn nhiều so ngắt,

do đó mạch trên cho phép bảo vệ quá điện áp trong cả hai trường hợp này

Câu 1.22 Tại sao phải hạn chế tốc độ tăng dòng và tăng áp trên SCR?

Hạn chế khả năng tự kích của SCR khi tăng nhanh du /dt, hạn chế tình trạng phát nhiệt trên linh kiện do tốc độ tăng dòng điện lớn

Câu 1.23 Các linh kiện điện tử công suất điều khiển bằng dòng và điều khiển bằng

áp

SCR, TRIAC, BJT, MOSFET, IGBT, GTO, IGCT, MCT, MTO…

Câu 1.24 Một số hãng sản xuất linh kiện điện tử công suất trên thế giới:

Power Electronics, Hitachi, Dynapower, Neeltran…