[DTCS] Các khái niệm và công thức tính toán cơ bản trong Điện tử công suất

CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÔNG THỨC CƠ BẢN TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1. Trị trung bình (Average):

Cho dòng điện i(t) và điện áp u(t) có chu kỳ T. Trị trung bình của dòng điện và điện áp được tính bằng công thức:

Ở chế độ xác lập trị trung bình điện áp trên L bằng 0. Vì thế trị trung bình dòng không phụ thuộc vào giá trị L mà chỉ phụ thuộc vào R. và dòng trung bình qua tải được tính bằng công thức:

2. Trị hiệu dụng (Root Mean Square-rms):

3. Công suất trung bình:

Công suất tức thời của tải được xác định bằng công thức:

p(t) = u(t)i(t)

Hoặc

- Nếu dòng tải không đổi theo thời gian thì công suất trung bình của tải:

Pd = Ud Id

- Tụ điện và cuộn kháng không tiêu hao công suất

4. Quá trình quá độ và trạng thái xác lập:

- Quá trình quá độ là quá trình xảy ra ngay sau khi đóng(ngắt) khoá công suất và nó diễn ra trong khoảng thời gian ngắn

- Trạng thái xác lập là trạng thái khi mà khoá công suất đóng hoặc ngắt hoàn toàn.Khoảng thời gian này lớn hơn so với thời gian đóng ngắt khoá.

5. Phân tích Fourier:

- Các bộ biến đổi công suất là những thiết bị phi tuyến. Điện áp ngõ ra thường có dạng không sin nhưng là các hàm tuần hoàn và chứa các thành phần sóng hài. Vì thế ta có thể dùng địng lý Fourier để phân tích các sóng hài và phân tích ảnh hưởng của chúng đến nguồn và tải.

- Trong nhiều ứng dụng ta phải giảm các sóng hài bậc cao bằng cách lọc hay sử dụng các mạch biến đổi phức tạp hơn.

- Giả sử cho một hàm số f(x) có chu kỳ là T = 2π, tần số là f và x=ωt=2πtT

- Dãy Fouries được viết dưới dạng:

f (x) = A0 + A1cos x + A2cos 2x + .. + An cos nx + B1 sin x + B2 sin 2x + ... + Bn sin nx

f (x) = A0 + A1cos ωt + A2cos 2ωt + .. + Ancosnωt + B1sin ωt + B2sin2ωt + ... + Bnsinωt

Trong đó

A0 - thành phần một chiều không đổi.

Trong đó

▪ Với n=1 ta có thành phần hài cơ bản

▪ Với n ≥ 2 ta có thành phần hài bậc cao.

Biến đổi biểu thức trên ta được:

Trong đó

Quan sát một số dạng sóng có thể đi đến kết lưuận và đơn giản hoá biểu thức giải tích.

▪ Nếu diện tích của các nửa chu kỳ dương và âm bằng nhau thì A=0

▪ Nếu f (x + π ) = − f (x) thì không có sóng hài bậc chẵn 2,4,…Tất cả nửa chu kỳ âm là đối xứng với nửa chu kỳ dương.

▪ Nếu f (−x) = − f (x) , bn = 0 không có các thành phần cosin khi hàm số lẻ. Nếu

f (−x) = f (x) , an = 0 không có các thành phần sin khi hàm số chẵn.

6. Ứng dụng phân tích Fourier cho dòng điện và điện áp:

Giả sử dòng điện i(t) và áp u(t) có dạng không sin

- I0 ,U0 là thành phần một chiều không đổi của dòng điện và áp. Trị trung bình của dòng điện và điện áp Id = I0 ,Ud = U0

- Trị hiệu dụng dòng điện: I

- Trị hiệu dụng điện áp: U

Trong đó

I(1) , I(2) ..., I(n) trị hiệu dụng các thành phần hài dòng điện

U(1) ,U(2) ...,U(n) trị hiệu dụng các thành phần hài điện áp

- Trị hiệu dụng sóng hài cơ bản dòng điện:

- Trị hiệu dụng sóng hài cơ bản điện áp

- Biên độ thành phần hài dòng điện:

- Công suất trung bình của tải:

Nếu tải là RL thì quan hệ của áp tải và dòng tải được thể hiện bằng biểu thức:

7. Các hệ số phẩm chất cơ bản

- Hệ số méo dạng toàn phần (Total Harmonic Distortion):

8. Hệ số công suất (Power factor).

- Hệ số công suất (PF) là tỉ số giữa công suất tiêu thụ và công suất biểu kiến nguồn cấp cho tải đó:

- Nếu tải một chiều thì P = Pd

- Nếu nguồn hình sin thì S = mUI

Trong đó: U và I là trị hiệu dụng áp và dòng nguồn; m- số pha.

9. Hiện tượng nhiễu và các biện pháp khắc phục:

- Do các khoá bán dẫn đóng ngắt ở tần số cao gây ra nhiễu cao tần làm méo dạng áp, dòng ngõ vào ngõ ra so với dạng chuẩn và xuất hiện các sóng hài bậc cao dẫn đến bức xạ sóng điện từ và giảm hệ số công suất.

- Để giảm thiểu hiện tượng nhiễu ta có thể lọc sóng hài (bằng mạch cộng hưởng LC mắc song song với nguồn), sử dụng tủ kim loại. Sử dụng cáp bọc….