Dap an dt hk 2011 2012 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG

Khoa Điện & Điện tử
BM Điều khiển Tự động
THI CUỐI HỌC K

Môn : Điện tử Công suất & Ứng dụng
HK2 2011 – 2012

Thời gian 80‘ – Được xem tài liệu

Các ý chính (cụm từ khóa) của đáp án :
1-2. Tác dụng của diod phóng điện D. Ta có thể thay thay thế nó bằng
linh kiện/nhóm linh kiện nào và tác dụng tương ứng.
- D là đường phóng cho dòng điện qua L vì nó không thể tắt tức thời
khi Q khóa, tránh quá điện áp mối nối CE của Q.
Thay thế:
- thay thế D: các tổ hợp RC nối tiếp, RD nối tiếp … hiệu quả không
sánh bằng nhưng thời gian dòng về zero nhanh hơn.
- Bảo vệ quá áp cho mối nối CE của Q: snubber, RC …. Phương án này
chỉ dùng khi Q không đóng ngắt thường xuyên.

hình 1

3. Theo suy luận của bạn, việc thay thế mosFET công suất bằng IGBT có cùng định mức dòng áp
ở cùng một mạch có được không? Giải thích lý do nếu trả lời không và cho biết ưu nhược điểm
khi trả lời có.
- Có thể được vì chúng cùng nglý điều khiển bằng áp (BJT không thể vì đk bằng dòng).
- Ưu: sụt áp bé hơn Ỉ phát nhiệt ít hơn, chịu đựng điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn.
Nhược: tần số làm việc bé hơn và đắt tiền hơn.
4-5. Cho tải R = 10 ohm L = 0.05H nối tiếp làm
việc với nguồn dòng có dạng xung vuông như hình 2
với T = 10 ms, t1 = 10/3 ms, biên độ I = 10A. Hãy

tính áp và công suất tiêu thụ của tải khi chỉ xét 3
thành phần Fourier đầu tiên.

i

T
I
t1

0

- 3 thành phần Fourrier đầu tiên là I1, I2, I3 trong
đó chỉ có I1 là khác zero.

w = 2π / T; Z1 = R2 + (wL) 2

t
t1
-I

hình 2

I1 = (xem tài liệu hay câu 18-20) với a = 2π / 3 =>
P = P1 =R.I12/2; U = U1 = I1*Z1
Đúng ra ta cần tính I1, I3, I5 vì các hài bậc chẵn ai cũng biết là bằng zero nên luôn được bỏ qua.
6. Hãy kể 2 ứng dụng trong công nghiệp của TRIAC và cho biết ưu điểm của việc dùng TRIAC
trong ứng dụng đó so với các phương pháp khác.
Ứng dụng TRIAC:
- dùng làm rơ le bán dẫn (đóng ngắt - ĐK ON/OFF) tải dòng nhỏ
- Đóng ngắt tải R công suất lớn.

Ưu điểm: không phát tia lửa, tần số đóng ngắt cao hơn ngắt điện, rơ le cơ khí…
Có thể kể thêm bộ ĐK pha áp xoay chiều dòng nhỏ (tải RL dòng lớn phải dùng 2 SCR // ngược).


7-9. a. Cho sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia (hình 3),
áp nguồn bằng 400VAC (áp dây). Vẽ dạng xung
điều khiển các SCR và áp ra với tải dòng liên tục
và góc điều khiển α = 90o. Công suất tiêu thụ của
tải bằng bao nhiêu và tải có thể là loại gì (R, L,
E, C hay tổ hợp của các phần tử này).
b. Nếu tải RLE với L đủ lớn để dòng liên
tục và phẳng, tính góc điều khiển pha α để dòng
qua mạch bằng 20A khi
R = 2 ohm, E = 120
VDC. Tính dòng hiệu dụng qua SCR.

hình 3
Dạng xung kích SCR và áp ngỏ ra

a. Trung bình áp ra bằng 0 (công thức trung bình
áp ra dòng liên tục). Khi dòng khác không thì
công suất trung bình vẫn bằng 0. Chỉ có thể có tải
L trong trường hợp này.
b. Vo = 120 + 2*20 = 160 V => α
Khi xoay ngược SCR, ta có các xung áp âm
so với trung tính. Nhưng trong bài vẫn tính giống
như bình thường (số số học) vì nếu chọn cực tính
khác đi thì mạch sẽ không hoạt động dược hay vô
nghiệm.
Dòng hiệu dụng qua SCR là 20 / 3

10-13. Hãy vẽ sơ đồ mạch công suất BBĐ một
S1
D
chiều từ nguồn 5V ra 12V/0.5A cách ly điện
(không có điểm chung), giải thích nguyên lý +
i
i
C
Io
L1 T L2
hoạt động. Mạch này có thể làm việc tốt không
nếu thông số là 12V ra 120V/5A, lý do.
U
u
i
L1
Sử dụng BBĐ flyback loại dùng biến áp, đảm
u
C
_
C
bảo cách ly vào / ra.
n:1
Nguyên lý hoạt động (xem giáo khoa)
Khi công suất lớn (vài trăm w) thì mạch không thể hoạt động tốt vì dựa vào nguyên lý biến đổi
năng lượng qua trung gian cuộn dây (cuộn dây nạp/xả), phải dùng BBĐ dạng nghịch lưu
14-17. Cho động cơ một chiều kích từ nam châm vónh cữu, thông số định mức: 24V, 5A, 100W và
1500 vòng/phút làm việc với BBĐ áp một chiều làm việc 2 phần tư mặt phẳng tải I và II.
a. Vẽ mạch động lực, giới thiệu nguyên lý điều khiển và giải thích khả năng làm việc 2 phần tư
mặt phẳng tải.

b. Tăng tần số làm việc của BBĐ có thuận lợi và khó khăn gì?
c. Tính thông số động cơ: Momen định mức Mđm, hằng số điện từ Ce và điện trở phần ứng Rư .
d. Tính độ rộng xung tương đối ở tốc độ làm việc 1000 vòng phút và tải định mức, khi hãm động
cơ ở 6A cũng với tốc độ này.
a. BBĐ là việc 2 phần tư (xem giáo khoa)
b. tăng tần số làm việc: giảm nhấp nhô dòng nhưng tổn hao trong bán dẫn tăng, phải sử dụng
mạch lái phức tạp, đắt tiền hơn.
c. Tính thông số động cơ:
Trang 2 / 3


ndm (vòng /phút) => wdm (rad/s) => Mdm = P/w (Nm) => Ce = Mdm/Idm.
Ru*Idm + Ce* wdm = Udm => Ru
Cũng có thể giả sử tổn hao trong đồng (Ru) bằng ½ tổn hao tổng cộng
d. giả sử nguồn cấp điện bằng Udm và ngắt điện không tổn sụt aùp:
Uo – Ce.w = Ru.(– I) => Uo => α = Uo/U.
18-20. Thiết kế bộ nghịch lưu 24VDC ra 220VAC với giả sử sụt áp trên ngắt điện và qua biến áp
bằng 0. Cũng giả sử tải R và ta chỉ quan tâm đến hài bậc 1 (thành phần cơ bản) của dòng áp ra.
a. Hãy chọn mạch động lực và vẽ giản đồ xung điều khiển các ngắt điện cho phép thay đổi áp ra.
b. Tính tỉ số biến áp của sơ đồ trong hai trường hợp:
- Điều chế độ rộng 1 xung (dạng áp hình 2 – trang 1) với độ rộng xung 2π/3.
- Điều chế độ rộng xung hình sin (PWM) với biên độ sóng mang (tam giác) 10V và áp chuẫn
(sin) 8V.
a. Sử dụng bộ nghịch lưu 1 pha dùng BA có điểm giữa là thích hợp nhất vì áp nguồn thấp, dùng
cầu 1 pha cũng chấp nhận được khi muốn có chất lượng áp ra cao (vì có thể đk hoàn toàn). Nếu
dùng cầu 3 pha thì KQ vẫn chấp nhận do đầu bài không xác định 1 hay 3 pha.
Sơ đồ và nguyên lý xem giáo khoa.
b. – điều rộng 1 xung:
biên độ hài bậc n ⇒ U n =

4U
na
sin
với n = 1; a = 2π / 3; U = 24V => thành phần cơ bản (bậc
nπ
2

1) là U1 => tỉ số BA k = 220 2 / U1
– SPWM: Biên độ áp nghịch lưu ở sơ cấp bằng 24V.

U1 U REFMAX
=
với Ucmax = 10; Urefmax = 8; U = 24V => U1, tính k như
Dùng công thức
U
UCMAX
trên.
21. Hãy giới thiệu các thành phần (các khối chức năng) của bộ nguồn xung cho ra 5V/2ADC từ
nguồn 80 – 240VAC.
Các khối chức năng của một bộ nguồn xung: Từ nguồn đến tải:
(Lọc nhiễu)-> bảo vệ quá áp -> chỉnh lưu D -> lọc -> BBĐ có sử dụng BA -> chỉnh lưu D lọc ngỏ
ra.
BBĐ chọn loại Flyback tốt hơn nghịch lưu vì công suất nhỏ. Bên cạnh có thêm khối (mạch) phản
hồi để ổn định áp ra + khối bảo vệ và cấp điện cho mạch điều khiển.
22-23. Nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ khi dùng biến tần. Giải thích luật
V/F = hằng số và cách áp dụng. Giải thích lý do vì sao người ta không cần sử dụng phản hồi tốc
độ (sử dụng hệ hở) trong nhiều ứng dụng công nghiệp của biến tần.
- Biến tần điều khiển tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp.
- Luật V/F = hằng cần thiết để tránh lõi thép đcơ bị bảo hòa vì V = k. SNBf
Trong thực tế quan hệ này có sự hiệu chỉnh để thích hợp với các ứng dụng khác nhau cũng như

để có momen lớn hơn ở tần số bé (xem hình vẽ quan hệ V/F ở giáo khoa)
- Khi điều khiển tần số, sụt tốc tương đối của đcơ (là độ trượt) khá bé nên có thể không cần phản
hồi tốc độ trong nhiều ứng dụng
24. Giải thích lý do vì sao ở động cơ một chiều không cổ góp (BLDC), xung dòng qua cuộn dây
cần có vị trí lệch 90o (điện) so với từ trường rotor (nam châm) tương ứng. Hai cách trả lời:
- Khi đó áp cảm ứng và dòng qua cuộn dây cùng pha: công suất cực đại => momen lớn nhất.
- Goc lệch giữa dòng điện và từ trường sẽ là 90o (như đcơ một chiều), lực điện từ cực đại.
Trang 3 / 3