BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Phần 2: Chỉnh lưu Tiristor pha (Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật) Bài 1: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.3, trang 38; Bài tập 2.3a, Bài tập 2.3b, trang 40 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện sơ cấp máy biến áp (i1) nhận xét Bài 2: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.4, trang 40; Bài tập 2.4a, Bài tập 2.4b, trang 42 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện sơ cấp máy biến áp (i1) nhận xét Bài 3: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.5, trang 42; Bài tập 2.5a, Bài tập 2.5b, trang 44 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện sơ cấp máy biến áp (i1) nhận xét Bài 4: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.6, trang 44; Bài tập 2.6a, Bài tập 2.6b, trang 46 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện xoay chiều vào biến đổi nhận xét Bài 5: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.7, trang 47; Bài tập 2.7a, Bài tập 2.7b, trang 48 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện xoay chiều vào biến đổi nhận xét Bài 6: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.8, trang 48; Bài tập 2.8, trang 50 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện xoay chiều vào biến đổi nhận xét Bài 7: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.9, trang 50; Bài tập 2.9, trang 50 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện xoay chiều vào biến đổi nhận xét Bài 8: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.10, trang 53; Bài tập 2.10, trang 53 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phân tích phổ dòng điện xoay chiều vào biến đổi nhận xét Phần 3: Chỉnh lưu Tiristor pha (Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật) Bài 1: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.11, trang 56; Bài tập 2.11a ÷ Bài tập 2.11b, trang 5657 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 2: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.13, trang 59; Bài tập 2.13a ÷ Bài tập 2.13d, trang 5960 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 3: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.18, trang 65; Bài tập 2.18, trang 66 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 4: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.19, trang 66; Bài tập 2.19, trang 67 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 5: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.20, trang 67; Bài tập 2.20, trang 68 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 6: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 2.21, trang 68; Bài tập 2.21a ÷ Bài tập 2.13f , trang 70 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phần 4: Thiết kế sơ đồ chỉnh lưu cho số ứng dụng Trần Trọng Minh, Giáo trình điện tử công suất, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Bài 1: Chỉnh lưu tia pha Ví dụ tham khảo thí dụ 2.14 2.15 (trang 60 ÷ 61, Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật) Sinh viên làm tập 2.15a ÷ 2.15e trang 62 63 Trong cần phải bổ sung tính chọn van bán dẫn sơ đồ mạch lực Bài 2: Thiết kế sơ đồ đồ chỉnh lưu cho ứng dụng cụ thể Điều khiển động chiều (Ví dụ 5.3, trang 150, Trần Trọng Minh, Giáo trình điện tử công suất, Nhà xuất giáo dục Việt Nam) Bổ sung tính chọn van bán dẫn Tiristor mạch khuếch đại xung Tính toán cho nguồn hàn chiều (Ví dụ 5.4, trang 159, Trần Trọng Minh, Giáo trình điện tử công suất, Nhà xuất giáo dục Việt Nam) Bổ sung tính chọn van bán dẫn Tiristor mạch khuếch đại xung Tính toán cho ứng dụng nạp acquy, mạ điện, lọc bụi tĩnh điện…(trang 160 ÷ 180, Trần Trọng Minh, Giáo trình điện tử công suất, Nhà xuất giáo dục Việt Nam) Phần 5: Điều áp xoay chiều (Bộ biến đổi xung áp AC/AC) (Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật) Bài 1: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 3.1, trang 84; Bài tập 3.1a ÷ Bài tập 3.1c, trang 88-89 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 2: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 3.2, trang 89; Bài tập 3.1a ÷ Bài tập 3.2b, trang 90 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 3: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 3.2, trang 94; Bài tập 3.4a ÷ Bài tập 3.4c, trang 98 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 4: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 3.7, trang 102; Bài tập 3.7a ÷ Bài tập 3.7c, trang 106 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Bài 5: Yêu cầu tính toán theo Thí dụ 3.8, trang 107; Bài tập 3.8, trang 107 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab PSIM Phần 5: Thiết kế biến đổi DC/DC Bài 1: Tính chọn mạch cho biến đổi Buck có tham số sau Điện áp đầu vào biến đổi Điện áp đầu biến đổi 15VDC 5VDC Công suất lớn Tần số chuyển mạch van MOSFET Độ đập mạch dòng điện cho phép Độ đập mạch điện áp đầu phép 100W 100kHz 20% 1% Vẽ dạng điện áp dòng điện phần tử sơ đồ mạch lực Tính toán tham số mạch lực (Giá trị cuộn cảm, Giá trị tụ điện, Van bán dẫn MOSFET DIODE cụ thể) Mô kiểm chứng kết thiết kế phần mềm Matlab PSIM Bài 2: Tính chọn mạch cho biến đổi Boost có tham số sau Điện áp đầu vào biến đổi Điện áp đầu biến đổi Công suất lớn Tần số chuyển mạch van MOSFET Độ đập mạch dòng điện cho phép Độ đập mạch điện áp đầu phép 10VDC 15VDC 100W 100kHz 20% 1% Vẽ dạng điện áp dòng điện phần tử sơ đồ mạch lực Tính toán tham số mạch lực (Giá trị cuộn cảm, Giá trị tụ điện, Van bán dẫn MOSFET DIODE cụ thể) Mô kiểm chứng kết thiết kế phần mềm Matlab PSIM Bài 2: Tính chọn mạch cho biến đổi Buck - Boost có tham số sau Điện áp đầu vào biến đổi Điện áp đầu biến đổi Công suất lớn Tần số chuyển mạch van MOSFET Độ đập mạch dòng điện cho phép Độ đập mạch điện áp đầu phép 10VDC ÷ 15VDC 100W 100kHz 20% 1% Vẽ dạng điện áp dòng điện phần tử sơ đồ mạch lực Tính toán tham số mạch lực (Giá trị cuộn cảm, Giá trị tụ điện, Van bán dẫn MOSFET DIODE cụ thể) Mô kiểm chứng kết thiết kế phần mềm Matlab PSIM Bài 4: Tính chọn tham số cho biến đổi PFC có tham số sau Sơ đồ mạch lực biến đổi PFC Điện áp đầu vào xoay chiều Điện áp đầu PFC Công suất thiết kế Tần số mạch van MOSFET Đập mạch điện áp đầu 120Hz Thời gian giữ điện áp Đập mạch dòng điện 85 – 265VAC/50Hz 400V 1200W fs = 100 kHz 10% điện áp đỉnh – đỉnh 16,6ms điện áp 340VDC 25% điện áp thấp đầy tải Vẽ dạng điện áp dòng điện phần tử sơ đồ mạch lực Tính toán tham số mạch lực a Cầu chỉnh lưu diode pha b Tụ DC c Điện cảm d Van bán dẫn MOSFET Diode Mô kiểm chứng kết thiết kế phần mềm Matlab PSIM Bài 5: Tính chọn mạch cho biến đổi Flyback có tham số sau Điện áp đầu vào xoay chiều 85 – 265VAC/50Hz Điện áp đầu PFC Công suất thiết kế Tần số mạch van MOSFET Hệ số điều chế dòng điện vào lớn Hiệu suất 45V 75W fs = 50 kHz 0,6 85% Tính toán tham số mạch lực e Cầu chỉnh lưu diode pha f Tụ DC (Cin, Co) g Biến áp xung T h Van bán dẫn MOSFET (Q) Diode (Do) i Mạch snubber Mô kiểm chứng kết thiết kế phần mềm Matlab PSIM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Design Guideline of Single-Stage Flyback AC-DC Converter Using FAN7530 for LED Lighting, www.fairchildsemi.com [2] Buck Converter Design, Published by Infineon Technologies North America [3] Sam Abdel-Rahman, Franz Stückler , Ken Siu, PFC Boost Converter Design Guide, Application Note [4] Brigitte Hauke, Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage, SLVA372C [5] http://www.poweresim.com/index.jsp [6] http://www.smps.com/PSpice/simulation.shtml Phần 5: Thiết kế biến đổi DC/AC (Tài liệu tham khảo Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh “Điện tử công suất”) Bài tập 1: Hãy tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp pha điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM với thông số sau: a) Giá trị điện áp hình sin mong muốn Uo = 220 VAC tần số sóng f1 = 50 Hz b) Công suất đầu Po = 1000 W, hệ số công suất tải trở cảm cos = 0,85 c) Tần số đóng cắt PWM fs = kHz d) Dự phòng điện áp chiều cung cấp UDC dao động phạm vi +/10% Cho phép sụt áp tần số sóng cuộn cảm mạch lọc LC không lớn 10% điện áp đầu định mức Uo Hãy xác định: Điện áp chiều yêu cầu: UDC (V) Tính toán biên độ dòng đầu yêu cầu: Iom (A) Tính toán dòng trung bình qua van điôt: IV, ID (A) Xác định dòng đỉnh lớn qua van IGBT điôt Điện áp ngược lớn qua van IGBT điôt Xác định tụ lọc C phía xoay chiều từ hai điều kiện: Tần số cắt mạch lọc fLC = 0,1 fs Bù hết công suất phản kháng tải Tính toán giá trị tụ lọc C phía chiều để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC Kiểm chứng phần mềm mô Matlab Bài tập 2: Hãy tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM với thông số sau: e) Giá trị điện áp hình sin mong muốn Uo = 380 VAC tần số sóng f1 = 50 Hz f) Công suất đầu Po = 5000 W, hệ số công suất tải trở cảm cos = 0,85 g) Tần số đóng cắt PWM fs = kHz h) Dự phòng điện áp chiều cung cấp UDC dao động phạm vi +/10% Cho phép sụt áp tần số sóng cuộn cảm mạch lọc LC không lớn 10% điện áp đầu định mức Uo Hãy xác định: Điện áp chiều yêu cầu: UDC (V) Tính toán biên độ dòng đầu yêu cầu: Iom (A) Tính toán dòng trung bình qua van điôt: IV, ID (A) Xác định dòng đỉnh lớn qua van IGBT điôt Điện áp ngược lớn qua van IGBT điôt Xác định tụ lọc C phía xoay chiều từ hai điều kiện: Tần số cắt mạch lọc fLC = 0,1 fs Bù hết công suất phản kháng tải Tính toán giá trị tụ lọc C phía chiều để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC Kiểm chứng phần mềm mô Matlab Bài tập 3: Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối xứng ZA = ZB = ZC nối Sơ đồ điều khiển theo kiểu bản, điện áp dạng xung, van điều khiển dẫn  = 180 Hãy vẽ sơ đồ biến đổi Hãy vẽ dạng xung dòng điện, điện áp sơ đồ Hãy tính giá trị biên độ, hiệu dụng thành phần sóng hài bậc điện áp tải, điện áp pha điện áp dây Kiểm chứng phần mềm mô Matlab Bài tập 4: Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối xứng ZA = ZB = ZC = 10 + 10j, nối Sơ đồ điều khiển theo kiểu theo quy luật điều chế PWM, xung cưa tam giác đối xứng, biên độ cưa +/- V Tần số đóng cắt mạch điều chế fs = 500 Hz Tần số fs cố ý cho thấp, 10 lần tần số để vẽ đồ thị dạng xung điều chế dạng xung điện áp Tần số điện áp định mức f1 = 50 Hz Hãy vẽ sơ đồ biến đổi nguyên lý mạch điều chế PWM Sử dụng quy luật điều chế sin tuyến tính SPWM, hệ số điều chế m = 1.2.1 Hãy vẽ dạng xung dòng điện (một cách tương đối), điện áp sơ đồ, cho nửa chu kỳ điện áp pha A Đặc biệt lưu ý dạng dòng chiều đầu vào Id 1.2.2 Hãy tính giá trị biên độ, hiệu dụng thành phần sóng hài bậc điện áp tải, điện áp pha điện áp dây Kiểm chứng mô Matlab Bài tập 5: Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối xứng ZA = ZB = ZC = 10 + 10j, nối Sơ đồ điều khiển theo kiểu theo quy luật điều chế PWM, xung cưa tam giác đối xứng, biên độ cưa +/- V Tần số đóng cắt mạch điều chế fs = 500 Hz Tần số fs cố ý cho thấp, 10 lần tần số để vẽ đồ thị dạng xung điều chế dạng xung điện áp Tần số điện áp định mức f1 = 50 Hz Sử dụng quy luật điều chế có thành phần thứ tự dạng sin bậc ba, biên độ 1/6 sóng sin bản, ZSS-PWM, hệ số điều chế m = 1,154 Hãy vẽ dạng tín hiệu điều chế ZSS – PWM Hãy vẽ dạng xung dòng điện (một cách tương đối), điện áp sơ đồ, cho nửa chu kỳ điện áp pha A Đặc biệt lưu ý dạng dòng chiều đầu vào Id Hãy tính giá trị biên độ, hiệu dụng thành phần sóng hài bậc điện áp tải, điện áp pha điện áp dây Kiểm chứng phần mềm mô Matlab Bài tập 6: Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối xứng ZA = ZB = ZC = 10 + 10j, nối Sơ đồ điều khiển theo kiểu theo quy luật điều chế vector không gian SVM.Tần số đóng cắt mạch điều chế (tần số xung cưa tâm giác cân khối PWM), fs = 5000 Hz Tần số điện áp định mức f1 = 50 Hz Hãy xác định: + Các trạng thái van phép (State Switches) + Các vector trạng thái (State Vector) + Thể vector không gian mặt phẳng tọa độ 0 2 Vector điện áp mong muốn cho dạng hệ tọa độ cực Uo = 250ejo , góc pha điện áp o = 2*50*t (rad) + Vector điện áp sector I, o = 35, tính toán hệ số biến điệu thời gian sử dụng vector chuẩn + Hãy vẽ đồ thị mẫu xung điều khiển trường hợp + Hãy cho biết hệ số điều chế lớn chế độ điều chế tuyến tính Vector điện áp mong muốn cho dạng tọa độ thành phần  T T U o  u , u    150, 80 ; o = 2*50*t (rad) + Hãy xác định vector điện áp thuộc sector Hãy tính toán hệ số biến điệu thời gian sử dụng vector chuẩn + Hãy vẽ đồ thị mẫu xung điều khiển trường hợp (5.3.1) Kiểm chứng phần mềm mô Matlab