Giải các bài tập Điện tử Công suất ngắn gọn dễ hiểu. Giúp các bạn sinh viên ôn tập trước khi kiểm tra. Tài liệu đã khá đầy đủ các bài tập điện tử công suất chính. Giúp các bạn nắm vững kiến thức về các mạch.
Trang 1HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG 3
Bài 1: Một chopper giảm áp được cung cấp từ nguồn 200 V để vận hành một
động cơ DC có suất điện động phần ứng EMF là 170 V và trở kháng phần ứng là 0,5
Ω Với tỷ lệ điều khiển biên độ là 0,4, xác định:
- Điện áp và dòng điện ngõ ra trung bình của chopper
- Góc phần tư vận hành của chopper
Giải
Ta có: Ui = 200 V; E = 170 V; R = 0,5 Ω; M = 0,4
- Điện áp ngõ ra trung bình:
Uo,dc = MUi = 0,4.200 = 80 V
- Dòng điện ngõ ra trung bình:
o,dc o,dc
- Do Uo,dc = 80 V > 0 và Io,dc = -180 A < 0, suy ra chopper vận hành trong góc phân tư thứ II
Bài 2: Với số liệu như bài 1, chopper vận hành với tần số khóa 1 kHz và điện
cảm phần ứng là 20 mH Tìm thành phần AC của dòng điện phần ứng và hệ số gợn sóng của dòng điện
Giải
Ta có: fsw = 1 kHz; L = 20 mH
- Thời hằng của tải:
3
L 20.10
0,04 s
−
- Thành phần AC của dòng điện phần ứng:
0017 , 0 10 04 , 0 3 2
) 4 , 0 1 (
4 , 0 f
3 2
M 1 M f
3 2
M 1 M
sw )
pu ( sw )
pu ( ac ,
−
=
−
=
=> Trong hệ đơn vị thực:
i o,ac o,ac(pu )
- Hệ số gợn sóng:
o,ac I
o,dc
180 I
Trang 2Bài 3: Chopper 4 góc tọa độ vận hành với tần số khóa 1 kHz và cung cấp công
suất cho một động cơ DC có EMF bằng -216 V Điện áp ngõ vào của chopper là 240
V Tìm:
- Phạm vi điện áp điều khiển khi chopper vận hành ở góc phần tư thứ ba và thứ
tư
- Thời gian đóng và mở của khóa khi chopper vận hành trong góc phần tư thứ 3 với tỷ lệ điều khiển biên độ là -0,95
- Thời gian đóng và mở của khóa khi chopper vận hành trong góc phần tư thứ 4 với tỷ lệ điều khiển biên độ là -0,75
Giải
Ta có: fsw = 1 kHz; E = -216 V; Ui = 240 V
- Tỷ lệ điện áp ngõ vào:
i
0,9
−
+ Chopper vận hành trong góc phần tư thứ III: -1 < M < -0,9
+ Chopper vận hành trong góc phần tư thứ IV: -0,9 < M ≤ 0
- Tỷ lệ làm việc của chopper trong góc phần tư thứ III:
d3 = -M = 0,95 + Thời gian đóng của khóa:
tON,3 = d3.Tsw = 0,95.10-3 = 0,95.10-3 s = 0,95 ms + Thời gian mở của khóa:
tOFF,3 = Tsw - tON,3 = 10-3 - 0,95.10-3 = 0,05.10-3 s = 0,05 ms
- Tỷ lệ làm việc của chopper trong góc phần tư thứ IV:
d4 = M + 1 = -0,75 + 1 = 0,25 + Thời gian đóng của khóa:
tON,4 = d4.Tsw = 0,25.10-3 = 0,25.10-3 s = 0,25 ms + Thời gian mở của khóa:
tOFF,4 = Tsw - tON,4 = 10-3 - 0,25.10-3 = 0,75.10-3 s = 0,75 ms
Bài 4: Một chopper tăng áp có điện áp ngõ vào là 200 V Tìm tỷ lệ làm việc của
khóa để điện áp ngõ ra có giá trị đỉnh là 500 V Khoảng thời gian của xung điện áp ngõ
ra (tOFF) là bao nhiêu khi tần số khóa là 5 kHz
Giải
o,p
o,p
−
- Với chopper tăng áp, xung điện áp ngõ ra xuất hiện khi khóa mở Do đó,
1
5.10
Trang 3HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG 4
Bài 1: Bộ điều khiển điện áp AC/AC toàn sóng 1 pha có tải trở R = 10 Ω, điện
áp ngõ vào Us = 120 V, f = 60 Hz Góc kích của thyristor T1 và T2: α1= α2= α = π/2 Xác định:
a Điện áp hiệu dụng ngõ ra
b Hệ số công suất ngõ vào
c Dòng điện trung bình của thyristor
d Dòng điện hiệu dụng của thyristor
Giải
Ta có: R = 10 Ω; Ui = 120 V; α = π/2 = 90o;Um = 2.120=169, 7 V
a Điện áp hiệu dụng ngõ ra:
V 85 , 84 2
120 2
U
90 2 sin 2
1 2
1 U
2 sin 2
1 1
U U
i
o i
f f
i o
=
=
=
−+
=
=
b Hệ số công suất ngõ vào:
707 , 0 2 1
2 sin 2
1 1
U
U S
P
i o i o
=
=
=
=
=
c Dòng điện trung bình của thyristor:
A 7 , 2 1 2
cos 10 2
120 2
1 cos R 2
U 2 t td sin U 2 TR
1
i A
=
=
+
=
=
(trễ)
Trang 4d Dòng điện hiệu dụng của thyristor:
( )
A 6 10 2
120 R
2
U R 2 U
2 sin 2
1 1
R 2 U
t td sin U 2 R 2
1 I
i o
2 / 1 f f
i
2 / 1 2
2 i 2 R
=
=
=
=
=
Bài 2: Bộ điều khiển điện áp AC/AC toàn sóng ba pha cung cấp cho tải trở nối
sao với R = 10 Ω và điện áp dây ngõ vào Us = 208 V, 60 Hz Góc kích α = π/3 Xác định:
a Điện áp pha hiệu dụng ngõ ra
b Hệ số công suất ngõ vào
Giải
a Điện áp pha hiệu dụng ngõ ra:
V 96 , 100 6
3 2 sin 4
3 3 2
1 3 208
6 2 sin 4
3 3 2
1 U
=
+
+
=
+
+
=
b Hệ số công suất ngõ vào;
- Dòng tải hiệu dụng:
o a
U 100,96
=>Po =3.I R2a =3.10,1 102 =3060,3 W
- Tải nối sao: IL = Ia = 10,1 A
=>Si 3.U Ip L 3.208.10,1 3638, 69 VA
3
Trang 5- Hệ số công suất ngõ vào:
o i
P 3060,3
S 3638,69
hoặc có thể tính hệ số công suất theo:
84 , 0 6
3 2 sin 4
3 3 2 1
6 2
sin 4
3 3 2
1 U
U
i o
=
+ +
=
+ +
=
=
Trang 6HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG 5
Bài 1: Cho sơ đồ mạch nghịch lưu áp bán cầu một pha như trong hình bên dưới
Tải trở R = 2,4 Ω, điện áp dc ngõ vào Us = 48 V Xác định:
a Điện áp hiệu dụng ngõ ra ở tần số cơ bản Uo1
b Công suất ngõ ra Po
c Dòng điện đỉnh và dòng điện trung bình của mỗi transistor
d Điện áp nghịch của mỗi transistor
e Tổng sóng hài THD
Giải
a Điện áp hiệu dụng ngõ ra ở tần số cơ bản Uo1:
Uo1 = 0,45Us = 0,45.48 = 21,6 V
b Công suất ngõ ra Po:
s o
o o
R 2, 4
c Dòng điện đỉnh và dòng điện trung bình của mỗi transistor:
o p
R 2, 4
Mỗi transistor dẫn 50% chu kỳ => Dòng điện trung bình của mỗi transistor:
Io = 0,5.Ip = 0,5.10 = 5 A
d Điện áp nghịch của mỗi transistor:
UBR = 2.24 = 48 V
e Tổng sóng hài THD:
- Điện áp hiệu dụng sóng hài:
1/2
1/2
n 3,5,7,
=
Trang 7- Tổng sóng hài:
s h
0, 2176U U
Bài 2: Bộ nghịch lưu cầu một pha điều khiển công suất trong một tải trở Điện
áp dc ngõ vào là Us = 220 V Bộ nghịch lưu sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung đồng bộ (điều chế độ rộng đa xung) với 5 xung trên nửa chu kỳ Độ rộng của mỗi xung là 300
a Xác định điện áp hiệu dụng của tải
b Nếu điện áp nguồn dc tăng thêm 10%, xác định độ rộng xung để duy trì cùng công suất tải Nếu độ rộng xung lớn nhất có thể là 35o, xác định giới hạn cho phép nhỏ nhất của nguồn dc
Giải
Ta có: Us = 220 V; p = 5; 30o
6
a Điện áp hiệu dụng của tải:
5
b Khi điện áp nguồn tăng 10%, ta có:
Us1 = 1,1Us = 1,1.220 = 242 V
- Xác định độ rộng xung để duy trì công suất tải: Để duy trì công suất tải thì điện áp ngõ ra không đổi Uo = 200,8 V:
o o
s1
p
24 79
=
- Giới hạn cho phép nhỏ nhất của nguồn dc: π -> 180o => 35o =?
o
o
p
5 180
=
Trang 8Bài 3: Cầu nghịch lưu một pha có tải RLC với R = 10 Ω, L = 31,5 mH, và C =
112 μF Tần số nghịch lưu fo = 60 Hz và điện áp dc ngõ vào Us = 220 V
a Hãy diễn tả dòng điện tải tức thời theo chuỗi Fourier
Tính:
b Dòng điện hiệu dụng tải ở tần số cơ bản
c Tổng sóng hài THD của dòng điện tải
d Công suất tiêu thụ bởi tải
e Dòng điện trung bình của nguồn dc
f Dòng điện hiệu dụng và dòng điện đỉnh của mỗi transistor
Giải
Ta có: Us = 220 V; fo = 60 Hz; R = 10 Ω; L = 31,5 mH; C = 112 μF; ω = 377 rad/s
XLn = 2πnfoL = 2πn.60.31,5.10-3 = 11,87n Ω
X
n C 2 n.60.112.10− n
=>
2 2
n
23, 68
n
n
23, 68
11, 78n
2,368 n
Z = Z
a Điện áp ngõ ra tức thời theo chuỗi Fourier:
) t 377 9 sin(
12 , 31 ) t 377 7 sin(
02 , 40
) t 377 5 sin(
02 , 56 ) t 377 3 sin(
4 , 93 ) t 377 sin(
1 , 280
t n sin n
U 4 )
t ( u
,
5 , 3 , 1 n
s o
+ +
+
+ +
+
=
=
=
- Dòng điện tải tức thời theo chuỗi Fourier:
) 52 84 t 377 9 sin(
3 , 0 ) 85 82 t 377 7 sin(
5 , 0
) 63 79 t 377 5 sin(
) 17 70 t 377 3 sin(
17 , 3 ) 72 49 t 377 sin(
1 , 18 Z
)
t
(
u
)
t
(
i
o o
o o
o n
o
o
+
− +
− +
+
− +
− +
+
=
=
Trang 9b Dòng điện hiệu dụng tải ở tần số cơ bản:
A 8 , 12 2
1 , 18 2
I
I m 1
1 = = =
c Tổng sóng hài THD của dòng điện tải:
- Xem xét đến sóng hài bậc 9, giá trị đỉnh của dòng điện:
(18,1 3,17 1,0 0,5 0,3 ) 18,41A
Im= 2+ 2 + 2+ 2 + 2 1/2 =
- THD của dòng điện tải:
% 59 , 18 I
I I THD
1 m
2 / 1 2 1 m 2 m
I = − =
d Công suất tiêu thụ bởi tải:
- Dòng tải hiệu dụng:
A 02 , 13 2
41 , 18 2
I
o = = =
- Công suất tải:
W 1695 10
02 , 13 R I
Po = 2o = 2 =
e Dòng điện trung bình của nguồn DC:
A 7 , 7 220
1695 U
P I
s
o
s = = =
f Dòng điện đỉnh qua transistor:
Ip = Im = 18,41 A
- Dòng điện hiệu dụng qua transistor:
A 2 , 9 2
41 , 18 2
I 2
I
R = = = =
60 Hz và điện áp ngõ vào dc Uo = 220 V
a Hãy diễn tả trạng thái tức thời của điện áp dây và dòng điện dây theo chuỗi Fourier
Xác định:
b Điện áp dây và điện áp pha hiệu dụng
Trang 10c Điện áp dây và điện áp pha hiệu dụng ở tần số cơ bản
d Tổng sóng hài THD
e Hệ số méo dạng DF
f Hệ số sóng hài HF và hệ số méo dạng ở sóng hài bậc thấp nhất
g Công suất tải
h Dòng điện trung bình qua transistor
i Dòng điện hiệu dụng qua transistor
Giải
a Diễn tả trạng thái tức thời của điện áp dây theo chuỗi Fourier:
) 30 t 377 ( 17 sin 27 , 14 ) 30 t 377 ( 13 sin 66 , 18 ) 30 t 377 ( 11 sin 05
,
22
) 30 t 377 ( 7 sin 66 , 34 ) 30 t 377 ( 5 sin 52 , 48 ) 30 t 377 sin(
58
,
242
6 t n sin 6
n cos n
U 4 )
t
(
u
o o
o
o o
o
7
,
5
,
1
n
s ab
+ +
− +
+ +
+
+ +
− +
− +
=
+
=
=
- Điện áp pha:
( )
) t 377 ( 17 sin 24 , 8 ) t 377 ( 13 sin 77 , 10 ) t 377 ( 11 sin 73 , 12
) t 377 ( 7 sin 01 , 20 ) t 377 ( 5 sin 01 , 28 ) t 377 sin(
05 , 140
t n sin 6
n cos n 3
U 4 )
t ( u
,
5 , 3 , 1 n
s an
+
− +
+
+
−
−
=
=
=
- Diễn tả trạng thái tức thời của dòng điện dây theo chuỗi Fourier:
) t 377 ( 17 sin 82 , 0 ) t 377 ( 13 sin 08 , 1 ) t 377 ( 11 sin 27 , 1
) t 377 ( 7 sin 0 , 2 ) t 377 ( 5 sin 8 , 2 ) t 377 sin(
14 R
) t ( u ) t (
a
+
− +
+
+
−
−
=
=
b Điện áp dây và điện áp pha hiệu dụng:
UL = 0,8165Us = 179,63 V
Up = 0,4714Us = 103,7 V
c Điện áp dây và điện áp pha hiệu dụng ở tần số cơ bản:
UL1 = 0,7797Us = 171,53 V
L1 p1
U
3
d Tổng sóng hài:
1/2
1/2
n 5,7,11,
=
1/2 2 Ln
n 5,7,11,
U
U
=
Trang 11e Hệ số méo dạng DF:
p1 p
U
U
f Sóng hài bậc thấp nhất là bậc 5:
p1 p5
U U
5
=
=> Hệ số sóng hài ở bậc thấp nhất:
p5 5 p1
=> 5 p5
p
U
U
g Công suất tải:
p
U
R
P =3U I =3226, 4 W
h Dòng điện trung bình qua transistor:
- Dòng điện nguồn cung cấp:
o i i
P
U
- Dòng điện trung bình qua transistor:
i A
I
3
i Dòng điện hiệu dụng qua transistor:
L R
I
2
Trang 12HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG 6
trung bình ngõ ra Uo = 5 V với tải R = 500 Ω và độ gợn sóng điện áp ngõ ra ΔUo = 20
mV Tần số khóa fsw = 25 kHz Nếu dòng điện gợn sóng của cuộn cảm bị giới hạn ở ΔI
= 0,8 A, xác định:
a Tỷ số làm việc, d
b Điện cảm, L
c Tụ lọc, C
d Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục
Giải
Ta có: Ui = 12 V; Uo = 5 V; ΔUo = ΔUc = 20 mV; ΔI = 0,8 A; fsw = 25 kHz; R = 500 Ω
a Tỷ số làm việc:
o i
b Điện cảm L:
sw
3
I
L
L
I.f
12 5 0, 42
145,83 H 25.10 0,8
−
=
−
=
−
c Tụ lọc C:
c sw
I U
8f C I C
8f U
0,8
200 F 8.25.10 20.10−
=
d Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục:
sw
1 d R 1 0, 42 500
( )
sw
16L.f 16.145,83.10 25.10−
Trang 13Bài 2: Một bộ tăng áp (Boost converter) có điện áp ngõ vào Ui = 5 V Điện áp ngõ ra trung bình Uo = 15 V và dòng tải trung bình Io = 0,5 A Tần số khóa fsw = 25 kHz Nếu L = 150 μH và C = 220 μF, xác định:
a Tỷ số làm việc, d
b Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm, ΔI
c Dòng điện đỉnh của cuộn cảm, I2
d Điện áp gợn sóng của tụ lọc, ΔUc
e Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục
Giải
Ta có: Ui = 5 V; Uo = 15 V; Io = 0,5 A; L = 150 μH; C = 220 μF; fsw = 25 kHz
a Tỷ số làm việc:
67 , 0 15
5 1 U
U 1 d d 1
U U
o
i i
o = − = − =
−
=
b Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm, ΔI:
A 89 , 0 10 25 10 150
67 , 0 5 f
L
d U
sw
=
c Dòng điện đỉnh của cuộn cảm, I2:
- Dòng điện trung bình ngõ vào:
A 51 , 1 67 , 0 1
5 , 0 d 1
I
−
=
−
- Dòng điện đỉnh:
A 96 , 1 2
89 , 0 51 , 1 2
I I
I2 = i+ = + =
d Điện áp gợn sóng của tụ lọc, ΔUc:
mV 91 , 60 10 25 10 220
5 , 0 67 , 0 f
C
I d U
sw
o o
c = = = =
e Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục:
H 78 , 43 10
25 5 , 0 2
15 67 , 0 1 67 , 0 f
I 2
U d 1 d
2
sw o o
2
=
−
=
−
F 44 , 0 10 25 5 , 0
15 2
67 , 0 f
R U
d U C
3 sw
o
(Để dòng điện liên tục thì ΔUo = ΔUc = 2Uo)
số làm việc d = 0,25 và tần số khóa fsw = 25 kHz Điện cảm L = 150 μH và điện dung
C = 220 μF Dòng điện tải trung bình Io = 1,25 A, xác định:
a Điện áp ngõ ra trung bình, Uo
Trang 14b Điện áp gợn sóng ngõ ra, ΔUc
c Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm, ΔI
d Dòng điện đỉnh của transistor, Ip
e Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục
Giải
Ta có: Ui = 12 V; d = 0,25; fsw = 25 kHz; L = 150 μH; C = 220 μF; Io = 1,25 A
a Điện áp ngõ ra trung bình, Uo:
V 4 25 , 0 1
12 25 , 0 d 1
U d
−
−
=
−
−
=
b Điện áp gợn sóng ngõ ra, ΔUc:
mV 8 , 56 10 25 10 220
25 , 1 25 , 0 Cf
dI U
sw
o o
C = = = =
c Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm, ΔI:
A 8 , 0 10 25 10 150
5 , 0 12 L
T d U
d Dòng điện đỉnh của transistor, Ip:
- Dòng điện trung bình qua cuộn dây:
A 67 , 1 25 , 0 1
25 , 1 d
1
I
−
−
=
−
−
- Dòng điện đỉnh:
A 07 , 2 2
8 , 0 67 , 1 2
I I
L
p = + = + =
e Giá trị giới hạn của L và C để dòng điện liên tục:
H 36 10 25 25 , 1 2
4 25 , 0 1 f
I 2
U d 1
2
sw o o
2
=
−
=
−
F 56 , 1 10 25 25 , 1
4 2
25 , 0 f
R U
d U C
3 sw
o
(Để dòng điện liên tục thì ΔUo = ΔUc = 2Uo)
0,25 và tần số khóa fsw = 25 kHz Điện cảm L2 = 150 μH và điện dung C2 = 220 μF Điện dung C1 = 200 μF và điện cảm L1 = 180 μH Dòng tải trung bình Io = 1,25 A Xác định:
a Điện áp ngõ ra trung bình
b Dòng điện ngõ vào trung bình
c Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm L1, ΔI1
d Điện áp gợn sóng của tụ điện C1, ΔUC1
Trang 15e Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm L2, ΔI2
f Điện áp gợn sóng của tụ điện C2, ΔUC2
Giải
Ta có: Ui = 12 V; d = 0,25; fsw = 25 kHz; L2 = 150 μH; C2 = 220 μF; C1 = 200 μF;
L1 = 180 μH; IL2 = Io = 1,25 A
a Điện áp ngõ ra trung bình:
V 4 25 , 0 1
12 25 , 0 d 1
U d
−
−
=
−
−
b Dòng điện ngõ vào trung bình:
A 42 , 0 25 , 0 1
25 , 0 25 , 1 d 1
d I
−
−
=
−
−
c Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm L1, ΔI1
A 67 , 0 10 25 10 180
25 , 0 12 dT
L
U I
1
i i
1 = = = =
d Điện áp gợn sóng của tụ điện C1, ΔUC1:
mV 5 , 62 10 25 10 200
25 , 0 25 , 1 f
C
d I
sw 1
o 1
e Dòng điện gợn sóng của cuộn cảm L2, ΔI2:
A 8 , 0 10 25 10 150
25 , 0 12 dT
L
U
2
i
f Điện áp gợn sóng của tụ điện C2, ΔUC2:
( ) 18,18mV 10
25 10 220 10 150 8
025 , 1 4 f
C L 8
d 1 U U
3 6
6 2
sw 2 2
o o 2
(PT 6.45)