13 trang 4 lượt tải

Đề thi và đáp án môn Điện tử công suất | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

7

Vẽ sơ đồ mạch lực và đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến đổi DC-DC giảm áp (Buck Converter). Tài liệu được sưu tầm gồm 13 trang, giúp các bạn nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng và đạt được kết quả tốt trong học tập. Mời các bạn đón xem!

Môn: Điện tử công suất 10 tài liệu

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 3 K tài liệu

Tác giả:

Profile

My Lữ

11 giờ trước
Danh sách Quiz
/13
Đề thi Điện tử công suất, 90 phút, được dùng tất cả các loại tài liệu.
Nộp lại đề thi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN
VIỆN ĐIỆN
ĐỀ THI: Điện tử công suất
Số đề: 1/4
Thời gian làm bài: 90 phút
Chữ ký GV phụ trách
TS. Vũ Hoàng Phương
Câu 1 (3 điểm):
1 (1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực và đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến đổi DC-DC
giảm áp (Buck Converter).
2 (1,5 điểm). Hãy tiến hành tính toán, thiết kế BBĐ nguồn DC-DC giảm áp, với các thông số yêu cầu
như sau:
• Điện áp vào U
in
= 28 VDC; Điện áp ra U
o
= 12 VDC; Dòng tải I
o,đm
= 8 A Độ đập
mạch điện áp đầu ra trên tụ C một chiều Δu
o
= 0,5 %U
o
.
• Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm cho bằng Δi
L
= 25%I
L
.
• Tần số đóng cắt f
s
= 100 kHz.
Câu 2 (3 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nửa cầu được điều khiển theo phương pháp PWM
1 (1 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực, dạng điện áp ra nghịch lưu.
2 (2 điểm). Theo các bước tính toán cơ bản, hãy tính toán sơ đồ BBĐ PWM nửa cầu với các thông số cho
trước như sau:
a. Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn U
o
= 220 VAC, tần số sóng cơ bản f
1
= 50 Hz.
b. Công suất đầu ra P
o
= 1250 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos = 0,85.
c. Tần số đóng cắt của PWM f
s
= 8 kHz.
d. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc f
LC
= 0,1. fs
Câu 3 (4 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, U
DC
= 450 V, tải ba pha đối nối sao, tần số cơ
bản f
1
= 50 Hz và tần số băm xung 5kHz.
1 (1,5 điểm): Vẽ sơ đồ mạch lực và dạng điện áp ra với phương pháp điều chế cơ bản. Hãy tính giá trị biên
độ, hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp dây.
2 (0,5 điểm) Nếu điều khiển bằng điều chế sin tuyến tính SPWM, hãy tính ra giá trị biên độ lớn nhất của
thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện điện áp dây.
3 (2 điểm) Tính toán hệ số điều chế mỗi nhánh van nghịch lưu (d
a
, d
b
, d
c
) khi sử dụng phương pháp điều chế
2 1
j
25

vector không gian, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới dạng vector 450.
. .e .
3 3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA HN
VIỆN ĐIỆN
ĐỀ THI: Điện tử công suất Số
đề: 4
4
Thời gian làm bài: 90 phút
Chữ ký GV phụ trách
PGS.TS: Trần Trọng Minh
TS.Vũ Hoàng Phương
Câu 1 (3 điểm):
1. (1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực và đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến
đổi DC-DC tăng giảm áp ( Buck-Boost Converter) Sơ đồ mạch lực:
Đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến đổi Buck-Boost Converter.
2. (1,5 điểm). Hãy ến hành nh toán, thiết kế BBĐ nguồn DC-DC tăng giảm áp, với các thông
số yêu cầu như sau:
• Điện áp vào U
in
= 28 VDC; điện áp ra U
o
= -12 VDC; dòng tải I
o,đm
= 5 A.
• Độ đập mạch điện áp đầu ra trên tụ C một chiều ∆U
o
= 0,5%U
o
.
• Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm cho bằng ∆i
L
= 30%I
L
.
• Tần số đóng cắt f
s
= 150 kHz.
• 0<t<t
x
: Van V thông, Diode D khóa u
L
= L.
𝑑𝑖
𝑑𝑡
= U
g
= 28 VDC
• t
x
<t<T
s
: Van V khóa, Diode D thông u
L
= = L.
𝑑𝑖
𝑑𝑡
= -U
o
= -12 VDC
*Note: Đề cho U
o
= -12 VDC chỉ biểu hiện cho điện áp ngược, khi nh toán vẫn dùng giá trị của
U
o
là 12 VDC
Có: U
L
= ∫ 𝑢 𝑑𝑡 = [∫ 𝑈 𝑑𝑡 + ∫ −𝑈 𝑑𝑡]
= [U
g
t
x
– U
o
(T
s
– t
x
)] = 0 U
o
= .U
g
Đặt D =
𝑡
𝑇
(0<D<1)
Thay số: 12 = .28 D = 0,3
U
o
= .U
g
, .5 =
50
7
~
7,14
A
7
Có: u
L
= L.
𝑑𝑖
𝑑𝑡
𝑑𝑖 = .u
L
.dt
. . . , .
∆ .∆ . . ,
= 2,62.10
-5
(H)
Có: i
C
= C.
𝑑𝑢
𝑑𝑡
𝑑𝑢 = .i
C
.dt
. . . , . ∆ .∆ . . ,
= 1,67.10
-4
(F)
• Dòng điện đỉnh qua van và diode: I
peak
= I
L
+
∆𝑖
2
= 7,14 +
2,14
2
= 8,21 A
• Dòng trung bình đi qua van: I
V
= D.I
L
= 0,3.7,14= 2,142 A
• Dòng trung bình qua diode: I
D
= (1 – D).I
L
= (1 – 0,3).7,14 = 5 A
Xác định L
min
để chế độ dòng là liên tục:
Nhận xét: Tại ranh giới của sự liên tục và gián đoạn thì dòng i
L
ến tới 0 tại cuối mỗi chu kỳ
đóng mở của van Mosfet.
Ta có: I
L
= = =
∆
và ∆I
L
=
( )
Do đó: =
( )
L
min
=
( )
=
, ( , )
= 3,92 (µH)
.
Câu 2: (3 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu cầu 1 pha dạng Full-bridge được điều khiển theo phương
pháp đơn cực (Unipolar).
1. (1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực, dạng điện áp ra nghịch lưu.
2. (1,5 điểm). Theo các bước nh toán cơ bản, hãy nh toàn sơ đồ BBĐ PWM cầu 1 pha dạng Full-
bridge với các thông số cho trước như sau:
a) Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn U
o
= 220 VAC, tần số sóng cơ bản f
1
= 50 Hz.
b) Công suất đầu ra P
o
= 1500 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos𝛗 = 0,9.
c) Tần số đóng cắt của PWM f
s
= 5 kHz.
d) Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc f
LC
= 0,1.f
s
. GIẢI
1. Sơ đồ mạch lực:
Đồ thị điện áp ra:
2. Tính toán:
2.1. Điện áp 1 chiều yêu cầu: U
DC
(V)
• Với PWM trong dải làm việc tuyến nh, µ ≤ 1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có
thể đạt lớn nhất là U
DC
, khi tần số đóng cắt f
s
coi là vô cùng lớn. Để dự phòng
điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi ± 10% thì cần chọn µ
max
= 0,9.
UDC =
𝑈
µ
=
0
,
9
~ 346 V
• Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Dự phòng sụt áp
trên cuộn cảm của mạch lọc LC cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn U
DC
=
110%.346 = 380 V
2.2. Biên độ dòng ra yêu cầu: I
on
(A)
• Công suất toàn phân của tải: S
o
=
𝑃
𝑐𝑜𝑠𝜑
=
1500
0,9
= 1666,67 (VA)
• Dòng tải yêu cầu: I
o
=
𝑆
𝑈
=
1666,67
220
= 7,58 (A)
• Biên độ của dòng tải I
om
= .7,58 = 10,72 (A)
2.3. Dòng trung bình qua van và diode: I
v
, I
D
(A)
Dòng trung bình qua van:
I
v
= ∫ 𝑠𝑖𝑛(𝜃 − 𝜑)𝑑𝜃
=
Iom =
,
.10,72 = 3,24 (A)
Dòng qua Diode:
I
D
= ∫ 𝑠𝑖𝑛(𝜃 − 𝜑)𝑑𝜃
=
Iom =
,
.10,72 = 0,17 (A)
2.4. Giá trị điện cảm L
s
:
• Do sụt áp trên cuộn cảm L
s
là 10% nên: U
Ls
= I
o
.X
Ls
= 0,1.U
o
X
Ls
=
,
=
, .
= 2,90 (Ω) L
s
= =
,
= 9,23.10
-3
(H)
, .
2.5. Dòng đỉnh lớn nhất qua van và diode:
• Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi
chu kỳ cắt mẫu. Vì vậy mà chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của I
o
(t).
• Bỏ qua ảnh hưởng của R
s
đối với độ đập mạch của dòng tải, ta có: L
s
𝑑𝐼 (𝑡)
𝑑𝑡
=
∆u
o
(t)
• Trong NLNA PWM ∆U
o max
= 2U
DC
. Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ
số lấp đầy xung (Duty rao) là d = 0,5. Do đó:
∆I
o max
= .
∆
=
.
= = = 4,12 (A) . , . . .
Dòng đỉnh lớn nhất qua van và diode:
I
max
= I
om
+ ∆I
o max
= 10,72 + 4,12 = 14,84 (A)
2.6. Điện áp ngược lớn nhất qua van và diode:
Xét thời điểm van V1 và D2 khóa, V2 và D1 mở: Cực anode của D2 nối với cực âm của U
DC
. Do đó
điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là U
ng
= U
DC
= 380V.
2.7. Tính toán mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc f
LC
=
0,1.f
s
𝜔 = 0,1𝜔 = 0,1.2π.5000 = 3142 (rad/s)
𝜔 = C = = = 11 (µF)
√ . , . .
Để đảm bảo tần số cắt 𝜔 giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải:
• Công suất phản kháng của tải: Q
L
= 𝑆 − 𝑃 = 1666,67 − 1500 = 726,49
(Var)
• Nếu bù bằng tụ C thì phải có Q
C
= QL
Q
C
= =
𝜔
C
𝑈
C =
=
,
= 47,8 µF . .
2.8. Tính toán tụ lọc C phía một chiều:
• Tụ C trong mạch một chiều đóng vai trò là tụ lọc của mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng
vai trò ếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu do các diode ngược đưa về. Vậy
giá trị tụ là giá trị nào cần lớn hơn.
• TH nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng khi tải thuần cảm,
điện áp điều chế qua không), khi đó:
∆Uc = ∆ .∆Ic ; ∆tx = 𝑇 2 và ∆Ic = Io max
Để đảm bảo độ đập mạch ∆U
DC
= 5%U
DC
. Ta có:
C =
∆
=
,
= 56,42 µF
∆ . . , .
Câu 3: (4 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, U
DC
= 600V, tải ba pha đối nối sao,
tần số cơ bản f
1
= 50 Hz.
1. (1,5 điểm): Vẽ sơ đồ mạch lực và dạng điện áp ra với phương pháp điều chế cơ bản. Hãy
nh giá trị biên độ, hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp
dây.
2. (0,5 điểm): Nếu điều khiển bằng điều chế sin tuyến nh SPWM, hãy nh ra giá trị biên độ
lớn nhất của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp dây.
3. (2 điểm): Tính toán hệ số điều chế mỗi nhánh van nghịch lưu (d
a
, d
b,
d
c
) khi sử dụng
phương pháp điều chế vector không gian, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới
dạng vector 600.𝟐. 𝟏 . 𝒆𝒋.𝟏𝟑𝟓𝒐.
𝟑 √𝟑 GIẢI
1. Sơ đồ mạch lực:
Để đơn giản hóa việc nh toán, ta giả thiết:
-Van đóng mở lý tưởng.
-Nguồn có nội trở vô cùng bé.
-Tải 3 pha Z
A
= Z
B
= Z
C
(theo giả thiết ) Nối sao
-Tụ C trong mạch giúp ếp nhận năng lượng phản
kháng từ tải.
-Diode ngược ở mỗi van IGBT có vai trò giúp cho
quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải
và nguồn.
-Các van V
1
, V
2
, … V
6
làm việc với chế độ dẫn
điện 180
o
, lệch nhau 60
o
và các pha lệch nhau 120
o
Trong khoảng thời gian 0<t<t
1
(0
o
<𝜃<60
o
) thì V
1
, V
5
và V
6
dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên:
Lúc này:
• UZA = UZC = 𝐸 3
• U ZB = −2𝐸 3
Trong khoảng thời gian t
1
<t<t
2
(60
o
<𝜃<120
o
) thì V
1
, V
2
và
V
6
dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên:
Lúc này:
• U ZA = 2𝐸 3
• UZB = UZC = −𝐸 3
Trong khoảng thời gian t
2
<t<t
3
(120
o
<𝜃<180
o
) thì V
1
, V
2
và V
3
dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên:
Lúc này:
• U ZC = −2𝐸 3
• UZA = UZB = 𝐸 3
Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình dưới đây, trong đó:
(1) Góc mở van của V
1
và V
4
(4) Điện áp ra pha A
(2) Góc mở van của V3 và V6 (5) Điện áp ra pha B
(3) Góc mở van của V
2
và V
5
(6) Điện áp ra pha C
(7) Điện áp dây Ubc = Ub – Uc (8) Điện áp trung bình ra trên tải
=
∫ ∫ ∫
/
Vì đồ thị điện áp ra có dạng tuần hoàn chu kì 2π nên ta có thể phân ch theo chuỗi Fourier. Để
nh sóng hài bậc nhất của điện áp ra, ta phân ch chuỗi fourier từ đồ thị, bỏ qua tần số bậc cao:
𝑈
( )
= ∫ 𝑢𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E ∫
/
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 + ∫
/
/
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 + ∫
/
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E
= 600 =
381,97 V
=
∫ ∫
Vì đồ thị điện áp ra có dạng tuần hoàn chu kì 2π nên ta có thể phân ch theo chuỗi Fourier. Để
nh sóng hài bậc nhất của điện áp dây, ta phân ch chuỗi fourier từ đồ thị, bỏ qua tần số bậc cao:
𝑈 𝑢𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E ∫
/
𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝜃 + ∫
/
𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝜃
= E = 600 = 572,96 V
3. Theo bài ra, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới dạng vector là
.
𝑈
= ) V
𝑈 = 600. ) V
U
sa
= 𝑈 = 600. ) = 209,30 V
U
sb
= = -20,13 V
U
sc
= = -189,18 V
Thuật toán xác định sector:
Sector 1: (U
sa
≥ U
sb
≥ U
sc
):
A =
Sector 2: (U
sb
> U
sa
> U
sc
):
A =
Sector 3: (U
sb
≥ U
sc
≥ U
sa
):
A =
Sector 4: (U
sc
> U
sb
> U
sa
):
A =
Sector 5: (U
sc
≥ U
sa
≥ U
sb
):
A =
Sector 6: (U
sa
> U
sb
> U
sc
):
A =
Trong bài này, U
sa
(209,3) > U
sb
(-20,13) > U
sc
(-189,18) U
s
thuộc Sector 6. Hệ số điều chế:
= 𝑈
𝑈
= 3𝑑𝑑
√3 600. 3 . 3 .cos(25 ) 0,6641
Hệ số điều chế cho vector không: d
o
= 1 – d
1
– d
2
= 1 – 0,6641 – (-0,2817) = 0,6176

Tài liệu khác của Đại học Bách Khoa Hà Nội

Preview text:

Đề thi Điện tử công suất, 90 phút, được dùng tất cả các loại tài liệu. Nộp lại đề thi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN
ĐỀ THI: Điện tử công suất Chữ ký GV phụ trách VIỆN ĐIỆN Số đề: 1/4
Thời gian làm bài: 90 phút TS. Vũ Hoàng Phương Câu 1 (3 điểm): 1
(1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực và đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến đổi DC-DC giảm áp (Buck Converter). 2
(1,5 điểm). Hãy tiến hành tính toán, thiết kế BBĐ nguồn DC-DC giảm áp, với các thông số yêu cầu như sau:
• Điện áp vào Uin = 28 VDC; Điện áp ra Uo = 12 VDC; Dòng tải Io,đm = 8 A Độ đập
mạch điện áp đầu ra trên tụ C một chiều Δuo = 0,5 %Uo.
• Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm cho bằng ΔiL= 25%IL.
• Tần số đóng cắt fs = 100 kHz.
Câu 2 (3 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nửa cầu được điều khiển theo phương pháp PWM
1 (1 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực, dạng điện áp ra nghịch lưu.
2 (2 điểm). Theo các bước tính toán cơ bản, hãy tính toán sơ đồ BBĐ PWM nửa cầu với các thông số cho trước như sau:
a. Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo = 220 VAC, tần số sóng cơ bản f1 = 50 Hz.
b. Công suất đầu ra Po = 1250 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos = 0,85.
c. Tần số đóng cắt của PWM fs = 8 kHz.
d. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs
Câu 3 (4 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối nối sao, tần số cơ
bản f1 = 50 Hz và tần số băm xung 5kHz.
1 (1,5 điểm): Vẽ sơ đồ mạch lực và dạng điện áp ra với phương pháp điều chế cơ bản. Hãy tính giá trị biên
độ, hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp dây.
2 (0,5 điểm) Nếu điều khiển bằng điều chế sin tuyến tính SPWM, hãy tính ra giá trị biên độ lớn nhất của
thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện điện áp dây.
3 (2 điểm) Tính toán hệ số điều chế mỗi nhánh van nghịch lưu (da, db, dc) khi sử dụng phương pháp điều chế 2 1
j25vector không gian, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới dạng vector 450. . .e . 3 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
ĐỀ THI: Điện tử công suất Số Chữ ký GV phụ trách KHOA HN đề: 4 4 PGS.TS: Trần Trọng Minh VIỆN ĐIỆN
Thời gian làm bài: 90 phút TS.Vũ Hoàng Phương Câu 1 (3 điểm): 1.
(1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực và đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến
đổi DC-DC tăng giảm áp ( Buck-Boost Converter) Sơ đồ mạch lực:
Đồ thị điện áp, dòng điện qua các phần tử của bộ biến đổi Buck-Boost Converter. 2.
(1,5 điểm). Hãy tiến hành tính toán, thiết kế BBĐ nguồn DC-DC tăng giảm áp, với các thông số yêu cầu như sau:
• Điện áp vào Uin = 28 VDC; điện áp ra Uo = -12 VDC; dòng tải Io,đm = 5 A.
• Độ đập mạch điện áp đầu ra trên tụ C một chiều ∆Uo = 0,5%Uo.
• Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm cho bằng ∆iL = 30%IL.
• Tần số đóng cắt fs = 150 kHz. • 𝑑𝑖 0
x: Van V thông, Diode D khóa uL = L. 𝑑𝑡 = Ug = 28 VDC • 𝑑𝑖 t x𝑑𝑡 = -Uo = -12 VDC
*Note: Đề cho Uo = -12 VDC chỉ biểu hiện cho điện áp ngược, khi tính toán vẫn dùng giá trị của Uo là 12 VDC Có: UL = ∫ 𝑢 𝑑𝑡 = [∫ 𝑈 𝑑𝑡 + ∫ −𝑈 𝑑𝑡]
= [Ugtx – Uo(Ts – tx)] = 0 Uo = .Ug Uo = .Ug 𝑡 Đặt D = 𝑇 (0 Thay số: 12 = .28 D = 0,3 , .5 = 50 7 ~ 7,14 A 7 𝑑𝑖 Có: uL = L. 𝑑𝑡 𝑑𝑖 = .uL.dt . . . , . ∆ .∆ . . , = 2,62.10-5 (H) 𝑑𝑢 Có: iC = C. 𝑑𝑡 𝑑𝑢 = .iC.dt . . . , . ∆ .∆ . . , = 1,67.10-4 (F)
• Dòng điện đỉnh qua van và diode: Ipeak = IL + ∆𝑖 2 = 7,14 + 2,14 2 = 8,21 A
• Dòng trung bình đi qua van: IV = D.IL = 0,3.7,14= 2,142 A
• Dòng trung bình qua diode: ID = (1 – D).IL = (1 – 0,3).7,14 = 5 A
Xác định Lmin để chế độ dòng là liên tục:
Nhận xét: Tại ranh giới của sự liên tục và gián đoạn thì dòng iL tiến tới 0 tại cuối mỗi chu kỳ đóng mở của van Mosfet. Ta có: IL = = = ∆ và ∆IL = ( ) Do đó: = ( ) L min = ( ) = , ( , ) = 3,92 (µH) .
Câu 2: (3 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu cầu 1 pha dạng Full-bridge được điều khiển theo phương pháp đơn cực (Unipolar).
1. (1,5 điểm). Vẽ sơ đồ mạch lực, dạng điện áp ra nghịch lưu.
2. (1,5 điểm). Theo các bước tính toán cơ bản, hãy tính toàn sơ đồ BBĐ PWM cầu 1 pha dạng Full-
bridge với các thông số cho trước như sau:
a) Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo = 220 VAC, tần số sóng cơ bản f1 = 50 Hz.
b) Công suất đầu ra Po = 1500 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos𝛗 = 0,9.
c) Tần số đóng cắt của PWM fs = 5 kHz.
d) Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1.fs. GIẢI 1. Sơ đồ mạch lực: Đồ thị điện áp ra: 2. Tính toán:
2.1. Điện áp 1 chiều yêu cầu: UDC (V)
• Với PWM trong dải làm việc tuyến tính, µ ≤ 1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có
thể đạt lớn nhất là UDC, khi tần số đóng cắt fs coi là vô cùng lớn. Để dự phòng
điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi ± 10% thì cần chọn µmax = 0,9. 𝑈 UDC = µ = 0,9 ~ 346 V
• Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Dự phòng sụt áp
trên cuộn cảm của mạch lọc LC cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn UDC = 110%.346 = 380 V
2.2. Biên độ dòng ra yêu cầu: Ion (A) • 𝑃
Công suất toàn phân của tải: S o =
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 1500 0,9 = 1666,67 (VA) • 𝑆 Dòng tải yêu cầu: I o = 𝑈 = 1666,67 220 = 7,58 (A)
• Biên độ của dòng tải Iom = .7,58 = 10,72 (A)
2.3. Dòng trung bình qua van và diode: Iv, ID (A) Dòng trung bình qua van: I I om = , v = ∫
𝑠𝑖𝑛(𝜃 − 𝜑)𝑑𝜃 = .10,72 = 3,24 (A) Dòng qua Diode: , ID = ∫
𝑠𝑖𝑛(𝜃 − 𝜑)𝑑𝜃 = Iom = .10,72 = 0,17 (A)
2.4. Giá trị điện cảm Ls:
• Do sụt áp trên cuộn cảm Ls là 10% nên: ULs = Io.XLs = 0,1.Uo
XLs = , = , . = 2,90 (Ω) Ls = = , = 9,23.10-3 (H) , .
2.5. Dòng đỉnh lớn nhất qua van và diode:
• Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi
chu kỳ cắt mẫu. Vì vậy mà chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của Io(t). • 𝑑𝐼
Bỏ qua ảnh hưởng của R (𝑡)
s đối với độ đập mạch của dòng tải, ta có: Ls 𝑑𝑡 = ∆uo(t)
• Trong NLNA PWM ∆Uo max = 2UDC. Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ
số lấp đầy xung (Duty ratio) là d = 0,5. Do đó:
∆Io max = .∆ = . = = = 4,12 (A) . , . . .
Dòng đỉnh lớn nhất qua van và diode:
Imax = Iom + ∆Io max = 10,72 + 4,12 = 14,84 (A)
2.6. Điện áp ngược lớn nhất qua van và diode:
Xét thời điểm van V1 và D2 khóa, V2 và D1 mở: Cực anode của D2 nối với cực âm của UDC. Do đó
điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là Ung = UDC = 380V.
2.7. Tính toán mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1.fs 𝜔
= 0,1𝜔 = 0,1.2π.5000 = 3142 (rad/s) 𝜔 = C = = = 11 (µF) √ . , . .
Để đảm bảo tần số cắt 𝜔 giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải:
• Công suất phản kháng của tải: QL = 𝑆 − 𝑃 = 1666,67 − 1500 = 726,49 (Var)
• Nếu bù bằng tụ C thì phải có QC = QL Q C = = 𝜔C𝑈 C = = , = 47,8 µF . .
2.8. Tính toán tụ lọc C phía một chiều:
• Tụ C trong mạch một chiều đóng vai trò là tụ lọc của mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng
vai trò tiếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu do các diode ngược đưa về. Vậy
giá trị tụ là giá trị nào cần lớn hơn.
• TH nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng khi tải thuần cảm,
điện áp điều chế qua không), khi đó: ∆Uc = ∆
.∆Ic ; ∆tx = 𝑇 2 và ∆Ic = Io max
Để đảm bảo độ đập mạch ∆UDC = 5%UDC. Ta có: C = ∆ = , = 56,42 µF ∆ . . , .
Câu 3: (4 điểm): Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 600V, tải ba pha đối nối sao,
tần số cơ bản f1 = 50 Hz.
1. (1,5 điểm): Vẽ sơ đồ mạch lực và dạng điện áp ra với phương pháp điều chế cơ bản. Hãy
tính giá trị biên độ, hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp dây.
2. (0,5 điểm): Nếu điều khiển bằng điều chế sin tuyến tính SPWM, hãy tính ra giá trị biên độ
lớn nhất của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp pha và điện áp dây.
3. (2 điểm): Tính toán hệ số điều chế mỗi nhánh van nghịch lưu (da, db, dc) khi sử dụng
phương pháp điều chế vector không gian, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới dạng vector 600.𝟐.
𝟏 . 𝒆𝒋.𝟏𝟑𝟓𝒐. 𝟑 √𝟑 GIẢI 1. Sơ đồ mạch lực:
Để đơn giản hóa việc tính toán, ta giả thiết:
-Van đóng mở lý tưởng.
-Nguồn có nội trở vô cùng bé.
-Tải 3 pha ZA = ZB = ZC (theo giả thiết ) Nối sao
-Tụ C trong mạch giúp tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.
-Diode ngược ở mỗi van IGBT có vai trò giúp cho
quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải và nguồn.
-Các van V1, V2, … V6 làm việc với chế độ dẫn
điện 180o, lệch nhau 60o và các pha lệch nhau 120o
Trong khoảng thời gian 0và V6 dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên: Lúc này: • UZA = UZC = 𝐸 3 • U ZB = −2𝐸 3
Trong khoảng thời gian t1V6 dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên: Lúc này: • U ZA = 2𝐸 3 • UZB = UZC = −𝐸 3
Trong khoảng thời gian t2và V3 dẫn. Sơ đồ thay thế như hình bên: Lúc này: • U ZC = −2𝐸 3 • UZA = UZB = 𝐸 3
Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình dưới đây, trong đó:
(1) Góc mở van của V1 và V4 (4) Điện áp ra pha A
(2) Góc mở van của V3 và V6 (5) Điện áp ra pha B
(3) Góc mở van của V2 và V5 (6) Điện áp ra pha C
(7) Điện áp dây Ubc = Ub – Uc (8) Điện áp trung bình ra trên tải = ∫ ∫ ∫/
Vì đồ thị điện áp ra có dạng tuần hoàn chu kì 2π nên ta có thể phân tích theo chuỗi Fourier. Để
tính sóng hài bậc nhất của điện áp ra, ta phân tích chuỗi fourier từ đồ thị, bỏ qua tần số bậc cao:
𝑈( ) = ∫ 𝑢𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E ∫/ 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 + ∫ / /
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 + ∫/ 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E = 600 = 381,97 V = ∫ ∫
Vì đồ thị điện áp ra có dạng tuần hoàn chu kì 2π nên ta có thể phân tích theo chuỗi Fourier. Để
tính sóng hài bậc nhất của điện áp dây, ta phân tích chuỗi fourier từ đồ thị, bỏ qua tần số bậc cao: 𝑈
𝑢𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 = E ∫/ 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝜃 + ∫/ 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝜃 = E = 600 = 572,96 V
3. Theo bài ra, thành phần sóng hài cơ bản điện áp ra cho dưới dạng vector là . 𝑈 = ) V 𝑈 = 600. ) V Usa = 𝑈 = 600. ) = 209,30 V Usb = = -20,13 V Usc = = -189,18 V
Thuật toán xác định sector:
Sector 1: (Usa ≥ Usb ≥ Usc):
Sector 4: (Usc > Usb > Usa): A = A =
Sector 2: (Usb > Usa > Usc):
Sector 5: (Usc ≥ Usa ≥ Usb): A = A =
Sector 3: (Usb ≥ Usc ≥ Usa):
Sector 6: (Usa > Usb > Usc): A = A =
Trong bài này, Usa (209,3) > Usb (-20,13) > Usc (-189,18) Us thuộc Sector 6. Hệ số điều chế: 𝑑𝑑 = 𝑈𝑈 = 3 √3 600. 3 . 3 .cos(25 ) 0,6641
Hệ số điều chế cho vector không: do = 1 – d1 – d2 = 1 – 0,6641 – (-0,2817) = 0,6176

Tài liệu liên quan: