CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1. Giải thích giá trị trung bình và giá trị hiệu dụng của một đại lượng điện? Tính điện áp trung bình và điện áp hiệu dụng của tải có dạng sóng sau: vi(t) [V] 50 t [ms] 0 20 30 50 60 80 Hình 1.3 Trang 1 Bài tập Điện tử công suất vi(t) [V] 40 t [ms] 0 20 30 50 60 80 Hình 1.7 Trang 2 Bài tập Điện tử công suất vi(q) [V] 100 2 100 q = wt [rad] 0 p 2p 3p Hình 1. Điện áp trên tải cảm (R + L) có dạng sóng như hình 1.7, do điện cảm của tải rất lớn (cảm kháng của tải rất lớn so với điện trở của tải – XL >> R) nên dòng điện của tải xem như được nắn thẳng và có giá trị 10 [A]. Hãy tính công suất trung bình trên tải? 1.
Điện áp trên tải cảm (R + L) có dạng sóng như hình 1.9, do điện cảm của tải rất lớn (cảm kháng của tải rất lớn so với điện trở của tải – XL >> R) nên dòng điện của tải xem như được nắn thẳng và có giá trị 10 [A]. Hãy tính công suất trung bình trên tải? 1. Điện áp đặt trên tải điện trở 10 có hàm biểu diễn u = 220sin(100pt) [V]. Hàm công suất tức thời của tải b.
Công suất tức thời lớn nhất c. Công suất trung bình của tải 1. Điện áp và dòng điện trên tải là những hàm tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T = 100ms như sau: 10V; 0 t 60ms 0; 0 t 50ms u(t) = i(t) = 4A; 50ms t 100 ms ; 0V; 60ms t 100ms Trang 3 Bài tập Điện tử công suất Xác định điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng, công suất tức thời, công suất trung bình và năng lượng tiêu thụ của tải trong mỗi chu kỳ. Xác định công suất trung bình trên tải.
Cho biết điện áp tải không đổi u(t) = U= 24VDC và dòng điện qua tải tuần hoàn có hàm biểu diễn trong mỗi chu kỳ T = 100ms như sau: 0; 0 t 50ms i= 4A; 50ms t 100 ms 1. Dòng điện qua phần tử hai cực có dạng i = 20sin(100pt) [A]. Hãy xác định công suất tiêu thụ trung bình trên phần tử trên nếu phần tử hai cực là: a. Cuộn dây có cảm kháng 10mH; c.
Sức điện động E = 6V. Dòng điện i = 2 + 20sin100pt [A] đi qua mạch RLE mắc nối tiếp. Xác định công suất tiêu thụ trung bình trên mỗi phần tử R, L và E, cho biết R = 3 , L = 10mH và E = 12V. Một lò điện trở công suất 1.500W khi sử dụng nguồn u = 220 2 sin(100pt) [V].
Nếu điều khiển công suất lò điện theo chu kỳ 12 phút với trình tự đóng điện 5 phút và ngắt điện 7 phút. Điện áp hiệu dụng trên tải. Công suất tức thời cực đại c. Công suất tiêu thụ trung bình d.
Năng lượng tiêu thụ dưới dạng nhiệt trong mỗi chu kỳ. Hãy xác định trị hiệu dụng điện áp, dòng điện và công suất tiêu thụ trung bình bởi tải khi cho biết quá trình điện áp và dòng điện của nó có dạng: u = 2,5 + 10cos(100pt) + 3 2 cos(200pt + p / 3) [V] i = 1,5 + 2cos(100pt) + 1,1cos(200pt + p / 3) [A] 1. Cho dòng điện i = 1,5 + 2cos(100pt) + 1,1cos(200pt + p / 3) [A] đi qua tải gồm R-C mắc song song với R = 100 và C = 50F. Xác định công suất tiêu thụ trên mỗi phần tử của tải.
Cho điện áp u = 2,5 + 10cos(100pt) + 3 2 cos(200pt + p / 3) [V] đặt trên tải RLE mắc nối tiếp với R = 4, L = 10mH và E = 12V. Xác định công suất tiêu thụ trên mỗi phần tử. Điện áp và dòng điện qua tải biểu diễn bởi hàm sau: 20 5 u = 20 + cos(npt)[V]; i = 5 + 2 cos(npt)[A] n =1 n n =1 n Xác định công suất trung bình trên tải (chính xác đến n = 4). Cho nguồn u = 20 + sin(100npt) [V] cung cấp tải RLE nối tiếp với R = 20, L = n =1 n 250mH và E = 36V.
Xác định công suất trung bình trên các phần tử tải. Trang 4 Bài tập Điện tử công suất 1. Dựa vào sự chuyển mạch của linh kiện, hãy phân nhóm các loại linh kiện điện tử công suất và nêu ứng ứng của mỗi loại tương ứng? 1. DIODE a) Nêu các điều kiện dẫn dòng của DIODE? b) Điều kiện chọn DIODE cho mạch công suất? c) Nêu các bước thiết kế mạch công suất dùng DIODE? d) Nêu các ứng dụng Diode trong mạch điều khiển và mạch công suất? 1.
SCR: a) Nêu các điều kiện dẫn dòng của SCR? b) Điều kiện chọn SCR cho mạch công suất? c) SCR được kích bằng áp hay dòng? Tại sao? d) Các yêu cầu xung kích cho SCR? e) Tại sao gọi SCR là linh kiện chỉ điều khiển kích đóng được? Khi SCR đang dẫn, nêu các biện pháp để ngắt SCR? f) Có cần duy trì xung kích cho SCR khi hoạt động ở mạch tải DC không? g) Nêu các bước thiết kế mạch công suất dùng SCR? h) Hiện tượng tự kích SCR là gì? Nêu và giải thích biện pháp tránh hiện tượng tự kích? Hiện tượng này có ảnh hưởng như thế nào đến việc điều khiển SCR? i) Nêu các phương pháp bảo vệ SCR tránh quá điện áp đột ngột, quá dòng điện đột ngột và SCR trong các mạch chỉnh lưu? j) Tại sao phải hạn chế tốc độ tăng dòng và tăng áp trên SCR? k) So sánh SCR và DIODE? 1. TRIAC a) Nêu các điều kiện dẫn dòng của TRIAC b) Điều kiện chọn TRIAC cho mạch công suất? c) TRIAC được kích bằng áp hay dòng? Tại sao? d) Các yêu cầu xung kích cho TRIAC? e) Tại sao gọi TRIAC là linh kiện chỉ điều khiển kích đóng được? Khi TRIAC đang dẫn, nêu các biện pháp để ngắt TRIAC? f) Nêu các bước thiết kế mạch công suất dùng TRIAC? g) Nêu các phương pháp bảo vệ BJT tránh quá điện áp đột ngột, quá dòng điện đột ngột và BJT trong các mạch chỉnh lưu? h) So sánh SCR và TRIAC? 1. BJT: a) Nêu các chế độ làm việc của BJT? b) Điều kiện chọn BJT cho mạch điều khiển và mạch công suất? c) BJT được kích bằng áp hay dòng? Tại sao? d) Các yêu cầu xung kích cho BJT? e) Nêu các bước thiết kế mạch dùng BJT hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn? f) Nêu và giải thích phương pháp gia tốc xung kích cho BJT? g) Nêu các phương pháp bảo vệ BJT tránh quá điện áp đột ngột, quá dòng điện đột ngột và BJT trong các mạch nghịch lưu? Trang 5 Bài tập Điện tử công suất h) So sánh khả năng đóng ngắt của BJT với MOSFET, IGBT trong các mạch công suất? i) Nêu các ứng dụng dụng BJT? 1. Nêu tác dụng của điện trở RB, tụ CB, + VCC diode D0, nhánh R-C, máy biến áp xung trong mạch điều khiển và bảo vệ SCR như hình 1.
Dựa vào sự chuyển mạch của linh kiện, hãy phân nhóm các loại linh kiện điện tử công suất và nêu ứng ứng của mỗi loại tương ứng? 1. So sánh BJT và FET về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ làm việc, Hình 1.11 ưu nhược điểm, xung kích và ứng dụng? 1. Nêu và giải thích các phương pháp bảo vệ linh kiện và mạch điện (mạch điều khiển, mạch công suất tải, mạch nguồn)? 1. Liệt kê các linh kiện điện tử công suất điều khiển bằng dòng và điều khiển bằng áp? 1.
Nêu một số hãng sản xuất linh kiện điện tử công suất trên thế giới? 1. Cho mạch điều khiển thiết bị gia dụng (tải) được đóng, ngắt điện dùng Arduino như hình 1. Nguồn điện gia dụng 1 pha, 220 V. Các thông số đã được thiết kế và chọn lựa như sau: - Relay 5V - TRANSISTOR T1 C1815 - TRANSISTOR T2 C8050 - Điện trở R1=R4= 1kΩ, R2= 2kΩ, R3= 10kΩ.
- LED màu đỏ - Diode thường - NGUỒN DC E = 5V - ARDUINO phát xung vuông ON/OF theo chu kỳ. Khi có xung On (high) tức là Arduino phát xung kích vào chân B của T1 và tải hoạt động. Trang 6 Bài tập Điện tử công suất Tải Hình 1.12 a) Các transistor được thiết kế làm việc ở chế độ nào? Tại sao? b) Nêu qui trình thiết kế khi chọn Transistor T1 và T2? c) Tại sao phải sử dụng Relay? d) Giải thích nguyên lý hoạt đông của mạch? e) Tại sao sử dụng Diode D mắc song song vào cuộn dây của Relay? f) Điện trở R3 có thể mắc nối tiếp vào chân B của T2 được không? Tại sao? g) Tại sao chọn Điện trở R1=R4= 1kΩ? 1. Cho mạch điều khiển thiết bị gia dụng (tải) được đóng, ngắt điện dùng Arduino như hình 1.
Nguồn điện gia dụng 1 pha, 220 V. Các thông số đã được thiết kế và chọn lựa như sau: - TRANSISTOR C8050 - CÁC điện trở: R1 = 1k Ω, R2 = R3 = 220 Ω và R4 = 1k Ω (loại công suất 1W). - BỘ GHÉP QUANG-TRIAC: MOC 3081 ; có Umax = 800 V và Imax = 4,0 A. - DIAC: DB3 DO35; có Umax = 36 V và Imax = 2 A.
- C: TỤ ĐIỆN CBB 474J; có C = 0,47 mF và Umax = 400 V. - TRIAC CÔNG SUẤT: BTA16-600B; có Umax = 600 V và Imax = 16 A. - TẢN NHIỆT (lắp vào Triac công suất) - ARDUINO phát xung vuông ON/OF theo chu kỳ. Khi có xung On (high) tức là Arduino phát xung kích vào chân B của T1 và tải hoạt động.
Trang 7 Bài tập Điện tử công suất Tải Hình 1.13 a) Transistor được thiết kế làm việc ở chế độ nào? Tại sao? b) Nêu qui trình thiết kế khi chọn Transistor T? c) Nêu qui trình thiết kế khi chọn Triac? d) Tại sao phải sử dụng Relay? e) Giải thích nguyên lý hoạt đông của mạch? f) Tại sao sử dụng điện trở R1, R2? g) Tại sao sử dụng tụ C? h) Tại sao chọn R1 = 1kΩ, R2 = R3 = 220 Ω và R4 = 1kΩ (loại công suất 1W)? Trang 8 Bài tập Điện tử công suất CHƯƠNG 2 CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN Chú ý: Các bài tập được bỏ qua các tổn thất trong mạch bao gồm tổn thất công suất và điện áp trên nguồn, linh kiện và dây dẫn. Cho mạch chỉnh lưu 1 pha, nửa chu kỳ tải thuần trở R = 100 (Ω) như hình 2.1 với điện áp nguồn vào ui = 220 2 sin wt = 220 2 sin x(V) , tần số nguồn f = 50 (Hz).