Bài tập ôn tập cuối kỳ môn Điện tử công suất

Nội dung text: Bài tập ôn tập cuối kỳ môn Điện tử công suất

1. BÀI T ẬP ĐIỆN T Ử CÔNG SU ẤT (Chu ẩn b ị cho thi cu ối kỳ, 12/2011. N ội dung yêu c ầu: t ất c ả các ph ần đã được nghe trình bày từ Ch4 đến Ch7, không tr ừ một ph ần nào. Thi được phép mang theo t ất c ả các lo ại tài li ệu). 1. Hãy tính toán theo các b ước thi ết k ế cho BB Đ ngu ồn DC-DC các thông s ố cơ b ản sau: a) Xác định các tham s ố của m ạch, giá tr ị điện c ảm L, t ụ C một chi ều. b) Xác định dòng đỉnh (Ipeak) qua van, điôt. c) Xác định dòng trung bình qua van và điôt. Các yêu c ầu cho tr ước: a) Độ đập m ạch điện áp đầu ra trên t ụ C m ột chi ều có th ể lựa ch ọn trong d ải u = o (0,1 – 1)%U o b) Độ đập m ạch dòng qua cu ộn c ảm. Thông th ường ch ọn i = (10 – 30)%I . L L c) Tần s ố đóng c ắt f s = 30 kHz. Cho các s ơ đồ sau: 1.1 BB Đ gi ảm áp, U in = 24 VDC; Uo = 5 VDC; Io, đm = 8 A. 1.2 BB Đ t ăng áp, Uin = 5 VDC; Uo = 12 VDC; Io, đm = 5 A. 1.3 BB Đ t ăng gi ảm áp, Uin = 12 VDC; Uo = +/- 24 VDC; Io, đm = 2 A. 2. Hãy tính toán s ơ đồ BB Đ PWM c ầu m ột pha v ới các thông s ố sau: a) Giá tr ị điện áp hình sin ra mong mu ốn Uo = 220 VAC và t ần s ố sóng c ơ b ản f1 = 50 Hz. b) Công su ất đầu ra Po = 1000 W, hệ số công su ất c ủa t ải tr ở cảm cos ϕ = 0,85. c) Tần s ố đóng c ắt c ủa PWM fs = 8 kHz. d) Dự phòng điện áp m ột chi ều cung c ấp U DC có th ể dao động trong ph ạm vi +/- 10%. Cho phép s ụt áp t ại tần s ố sóng c ơ b ản trên cu ộn c ảm c ủa m ạch l ọc LC không l ớn h ơn 10% điện áp đầ u ra đị nh m ức U o. Hãy xác định: 2.1 Điện áp m ột chi ều yêu c ầu: U (V). DC 2.2 Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu c ầu: I (A). om 2.3 Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: I , I (A). V D 2.4 Xác định dòng đỉnh l ớn nh ất qua van và điôt. 2.5 Xác định t ụ lọc C phía xoay chi ều t ừ hai điều ki ện: 1. T ần s ố cắt c ủa m ạch l ọc fLC = 0,1. fs; 2. Bù h ết công su ất ph ản kháng c ủa t ải. 2.6 Tính toán giá tr ị tụ lọc C phía m ột chi ều để đảm b ảo độ đập m ạch ∆UDC = 5%U DC 3. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu ngu ồn áp c ầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối x ứng Z A = Z B = Z C nối sao. Sơ đồ được điều khi ển theo ki ểu c ơ b ản, điện áp ra d ạng 6 xung, m ỗi van được điều khi ển d ẫn γ = 180 °. 3.1 Hãy v ẽ ra s ơ đồ bộ bi ến đổi. 3.2 Hãy v ẽ dạng xung dòng điện, điện áp ra c ủa s ơ đồ. 3.3 Hãy tính giá tr ị biên độ, hi ệu d ụng c ủa thành ph ần sóng hài bậc nh ất điện áp ra trên tải, điện áp pha và điện áp dây.
2. 4. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu ngu ồn áp c ầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối x ứng Z A = Z B = Z C = 10 + 10j, nối sao. Sơ đồ được điều khi ển theo ki ểu theo quy lu ật điều ch ế PWM, xung r ăng c ưa tam giác đối x ứng, biên độ răng c ưa +/- 1 V. Tần s ố đóng c ắt mạch điều ch ế fs = 500 Hz. Tần s ố fs cố ý cho th ấp, b ằng 10 l ần t ần s ố ra để có th ể vẽ được các đồ th ị dạng xung c ủa b ộ điều ch ế và d ạng xung điện áp ra. T ần s ố điện áp ra định m ức f 1 = 50 Hz. 4.1 Hãy v ẽ ra s ơ đồ bộ bi ến đổi và nguyên lý m ạch điều ch ế PWM. 4.2 Sử dụng quy lu ật điều ch ế sin tuy ến tính SPWM, h ệ số điều ch ế m = 1 . 4.2.1 Hãy v ẽ dạng xung dòng điện (m ột cách t ươ ng đối), điện áp ra c ủa s ơ đồ, cho n ửa chu k ỳ điện áp ra c ủa pha A. Đặc bi ệt l ưu ý d ạng c ủa dòng m ột chi ều đầu vào I d. 4.2.2 Hãy tính giá tr ị biên độ, hi ệu d ụng c ủa thành ph ần sóng hài bậc nh ất điện áp ra trên t ải, điện áp pha và điện áp dây. 5. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu ngu ồn áp c ầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối x ứng Z A = Z B = Z C = 10 + 10j, nối sao. Sơ đồ được điều khiển theo kiểu theo quy luật điều chế PWM, xung răng cưa tam giác đối x ứng, biên độ răng c ưa +/- 1 V. Tần s ố đóng c ắt mạch điều ch ế fs = 500 Hz. Tần s ố fs cố ý cho th ấp, b ằng 10 l ần t ần s ố ra để có th ể vẽ được các đồ th ị dạng xung c ủa b ộ điều ch ế và d ạng xung điện áp ra. T ần s ố điện áp ra định m ức f 1 = 50 Hz. Sử dụng quy lu ật điều ch ế có thành ph ần th ứ tự 0 dạng sin b ậc ba, biên độ 1/6 sóng sin c ơ bản, ZSS-PWM, h ệ số điều ch ế m = 1,154 . 5.1.1 Hãy v ẽ dạng tín hi ệu ra c ủa b ộ điều ch ế ZSS – PWM. 5.1.2 Hãy v ẽ dạng xung dòng điện (m ột cách t ươ ng đối), điện áp ra c ủa s ơ đồ, cho n ửa chu k ỳ điện áp ra c ủa pha A. Đặc bi ệt l ưu ý d ạng c ủa dòng m ột chi ều đầu vào I d. 5.1.3 Hãy tính giá tr ị biên độ, hi ệu d ụng c ủa thành ph ần sóng hài bậc nh ất điện áp ra trên t ải, điện áp pha và điện áp dây. 6. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu ngu ồn áp c ầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối x ứng Z A = Z B = Z C = 10 + 10j, nối sao. Sơ đồ được điều khi ển theo ki ểu theo quy lu ật điều ch ế vector không gian SVM.Tần số đóng cắt m ạch điều ch ế (t ần s ố xung r ăng c ưa tâm giác cân c ủa kh ối PWM), fs = 5000 Hz. T ần s ố điện áp ra định m ức f 1 = 50 Hz. 6.1 Hãy xác định: 6.1.1 Các tr ạng thái van được phép (State Switches). 6.1.2 Các vector tr ạng thái (State Vector). 6.1.3 Th ể hi ện các vector không gian trên m ặt ph ẳng t ọa độ 0αβ. jθo 6.2 Vector điện áp ra mong mu ốn cho d ưới d ạng h ệ tọa độ cực U o = 250e , góc pha điện áp ra θo = 2 π*50*t (rad). 6.2.1 Vector điện áp ra đang trong sector I, θo = 35 °, hãy tính toán các h ệ số bi ến điệu và th ời gian s ử dụng các vector chu ẩn. 6.2.2 Hãy v ẽ đồ th ị mẫu xung điều khi ển trong tr ường h ợp này (5.2.1). 6.2.3 Hãy cho bi ết h ệ số điều ch ế lớn nh ất trong ch ế độ điều ch ế tuy ến tính. 6.3 Vector điện áp ra mong mu ốn cho d ưới d ạng tọa độ thành ph ần
   =  T = []T θ π Uo  uα, u β  150,80 ; o = 2 *50*t (rad). 6.3.1 Hãy xác định vector điện áp ra thu ộc sector nào. Hãy tính toán các h ệ số bi ến điệu và th ời gian s ử dụng các vector chu ẩn. 6.3.2 Hãy v ẽ đồ th ị mẫu xung điều khi ển trong tr ường h ợp này (5.3.1). 7. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu c ộng h ưởng song song thyristor với các thông s ố sau:
3. Ld = ∞, tần s ố làm vi ệc f o = 1 kHz, công su ất t ải định m ức P t = 750 kW, điện áp trên tải UC = U t = 700 VAC, hệ số công su ất t ải ϕt = 0,41, góc chuy ển m ạch c ủa thyristor -6 δmin = ωo*10*10 (rad). 7.1 Hãy v ẽ dạng dòng điện, điện áp c ủa các ph ần t ử trên s ơ đồ. 7.2 Hãy vẽ bi ểu đồ vetor và tính toán các thông s ố của s ơ đồ theo ph ươ ng pháp sóng hài bậc nh ất (ch ỉ tính toán nh ững gì đã có hướng d ẫn trong bài gi ảng). Bài khó. N ếu không có đủ ki ến th ức thì b ỏ qua ph ần này . (Để tính toán các thông số của m ạch ta có l ưu ý r ằng: 2 2 QC = I C*U C = U C /X C = ωoC*U C . N ếu bi ết được Q C tính ra được giá tr ị tụ C. Giá tr ị điện c ảm t ải L tính được t ừ công su ất t ải P t, h ệ số công su ất ϕt, điện áp trên tait U t. T ừ đó xác định được t ần s ố cộng h ưởng 1/ LC . K ết h ợp v ới điện tr ở tải ki ểm tra điều ki ện t ần s ố làm vi ệc ωo ph ải l ớn h ơn t ần s ố cộng h ưởng). 8. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu c ộng h ưởng n ối ti ếp dùng thyristor: U DC = 480 VDC, t ần s ố làm vi ệc f o = 8 kHz, công su ất t ải định m ức P t = 45 kW, hệ số công su ất t ải ϕt = 0,45, góc -6 chuy ển m ạch c ủa thyristor δmin = ωo*10*10 (rad), (th ời gian ph ục h ồi tính ch ất khóa của van t r = 10 µs). 8.1 Hãy v ẽ dạng dòng điện, điện áp c ủa các ph ần t ử trên s ơ đồ. 8.2 Hãy vẽ bi ểu đồ vetor và tính toán các thông s ố của s ơ đồ theo ph ươ ng pháp sóng hài bậc nh ất. 9. Cho s ơ đồ ngh ịch l ưu c ộng h ưởng n ối ti ếp dùng IGBT: U DC = 480 VDC, t ần s ố làm vi ệc f o = 30 kHz, công su ất t ải định m ức P t = 15 kW, hệ số công su ất t ải ϕt = 0,45. 9.1 Hãy v ẽ dạng dòng điện, điện áp c ủa các ph ần t ử trên s ơ đồ. 9.2 Hãy vẽ bi ểu đồ vetor và tính toán các thông s ố của s ơ đồ theo ph ươ ng pháp sóng hài bậc nh ất.