Bài tập lớn Điện tử công suất N8

PowerPoint Presentation Bài tập lớn Môn học Điện tử công suất Nhóm 8 Giảng viên hướng dẫn TS Vũ Hoàng Phương Phần I Thiết kế mạch điều khiển van IGBT 4 Vấn đề đặt ra Thiết kế mạch driver, snubber cho.

Bài tập lớn Môn học:Điện tử công

suất

Nhóm 8 Giảng viên hướng dẫn:TS.Vũ Hoàng Phương

Phần I:Thiết kế

mạch điều khiển van IGBT

Thông số data sheet

5

Các bước cơ bản để thiết kế driver

• 1 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của MOSFET/IGBT

2 Xác định điện áp điều khiển Vgs

3 Tính toán dòng điện peak cực G

4 Chọn điện trở cổng

5 Các cấu hình driver thông dụng

cắt của MOSFET/IGBT

ta lấy được Qg = 162.5nC

Bước 4:Chọn điện trở cổng

• Coi điện trở Rgint = 0(không đáng kể)

• Do model spice của igbt đã có sẵn 1 điện trở Rg = 12 nên chúng ta phải trừ đi lượng này

Mẫu model được chuẩn hóa để test trong điều kiện 25°C cũng như ở nhiệt độ cao

nhât nên không thể chỉnh sửa được

12

Tiến hành mô phỏng

Mạch driver chưa có phụ trợ snubber:

13

Kiểm chứng Tr và Tf với dòng Ic

Thời gian Tr ≈ 200 ns

Thời gian Tf ≈ 130ns

Kiểm chứng Tr và Tf với điện áp Vce

Thời gian Tr ≈ 50ns

Thời gian Tf ≈ 30ns

• Dễ nhận thấy thời gian Tr và Tf khi mô phỏng

có sự sai khác lớn.

• Với dòng điện do mạch có tính cảm nên sẽ

biến đổi chậm hơn so với điện áp.

• Vì thế,Tr và Tf của điện áp sẽ có xu hương nhỏ hơn nhiều so với Tr và Tf của dòng điện.

• Trung bình thời gian để chuyển mạch từ khóa sang dẫn hay ngược lại sẽ xấp xỉ thời gian Tr

và Tf đã chọn khi thiết kế

Nhận xét:

Nhận xét:

• Với dạng dòng điện và điện áp thu được,ta có những nhận xét sau:

từ khóa sang dẫn và có hiện tượng dao động khi chuyển từ chế độ dẫn sang khóa

lớn(khoảng 950V) và dao động khá lâu trước khi tiến tới xác lập

Tính toán và mô phỏng

mạch snubber

20

Tính toán mạch Snubber

• Giá trị của tụ được xác định bằng cách lựa chọn độ lệch điện áp

có thể xảy ra tối đa là bao nhiêu.Đặt giá trị này là ΔV.Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng,giá trị năng lượng ban đầu của tụ cộng với năng lượng trên cuộn cảm sẽ bằng năng lượng tụ được nạp đầy(tức là khi điện áp tăng thêm ΔV

Phần II:Chỉnh lưu 1 pha

Vấn đề mở xung tiristo

• Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tiristo:

tựa,đồng bộ với lưới.Điện áp tựa thường có dạng răng cưa

so sánh với điện áp tựa

đến các tiristo trong mạch lực

Các công thức thường sử dụng

Tạo xung chùm

Có thể tạo xung chùm bằng cách sử dụng mạch AND để tổ hợp xung đơn và

bộ phát xung có tần số rất lớn

Tính toán theo lý thuyết

Kiểm chứng mô phỏng:

Sơ đồ ngoài

Sơ đồ mạch điều khiển có xung chùm

Sơ đồ mạch lực tải RLE

Kết quả mô phỏng:Chỉnh lưu

35

Để chỉnh góc mở α,ta chỉnh định các tham số giá trị điều khiển đầu cuối trong khối Id_Reference

Đồ thị điện áp đồng pha,điện áp tựa,xung chùm:

• Bảng 1+Bảng 5:Điện áp răng cưa và xung chùm kích hoạt tiristo 2 và 3

• Bảng 2+Bảng 4:Điện áp răng cưa và xung chùm kích hoạt tiristo 1 và 4

• Bảng 3:Điện áp đồng pha

Đồ thị điện áp và dòng điện trung bình:

Bảng 1:Điện áp trung bìnhBảng 2:Dòng điện trung bình

Nhận xét:

• Từ quá trình tính toán và mô phỏng,ta thấy

2 kết quả có sự khác nhau với sai số

Nguyên nhân dẫn đến sự sai khác là ta đã lý tưởng hóa cuộn cảm có giá trị

vô cùng nhưn thực tế chỉ có giá trị hữu hạn.Dạng điện áp và dòng điện khi

xác lập trong mô phỏng cũng không khác nhiều so với lý thuyết

Hình vẽ lý thuyết:

Phân tích phổ sóng hài

Ngoài thành phần sóng cơ bản là 50Hz,dòng sơ cấp còn chứa các thành phần

hài bậc lẻ.Điều này là do dòng sơ cấp là dòng chảy qua các van mỗi nửa chu

kỳ,mà dòng qua các van gần có dạng xung vuông(điện cảm L rất lớn)

=>Chất lượng điện áp giảm

Kết quả mô phỏng:Nghịch lưu phụ thuộc

41

Đồ thị điện áp đồng pha,điện áp tựa,xung chùm:

• Bảng 1+Bảng 5:Điện áp răng cưa và xung chùm kích hoạt tiristo 2 và 3

• Bảng 2+Bảng 4:Điện áp răng cưa và xung chùm kích hoạt tiristo 1 và 4

• Bảng 3:Điện áp đồng pha

Đồ thị điện áp và dòng điện trung bình:

Bảng 1:Điện áp trung bìnhBảng 2:Dòng điện trung bình

Nhận xét:

• Từ quá trình tính toán và mô phỏng,ta thấy 2 kết quả có sự khác nhau với sai số nhỏ,không đáng kể

Hình ảnh lý thuyết

Phân tích phổ sóng hài

Ngoài thành phần sóng cơ bản là 50Hz,dòng sơ cấp còn chứa các thành phần

hài bậc lẻ.Điều này là do dòng sơ cấp là dòng chảy qua các van mỗi nửa chu

kỳ,mà dòng qua các van gần có dạng xung vuông(điện cảm L rất lớn)

=>Chất lượng điện áp giảm

Phần III:Chỉnh lưu 3 pha

xung:xung kép hoặc xung chùm.Cách kích

hoạt xung chùm tương tự như trong phần mở tiristo 1 pha

xung kép:xung thứ nhất xác định góc α,xung thứ hai đảm bảo thông mạch tải.

• Cách thực hiện xung kép đơn giản hơn,không phải sử dụng thêm bộ nguồn phát tín hiệu cao tần,nhưng có khả năng

không kích mở được tiristo(do nhiễu,điện áp,dòng điện

không đạt đủ mức,…).Ngược lại,mạch xung chùm có cấu trúc phức tạp hơn,có thêm nhiều nguồn phát tín hiệu cao tần nhưng luôn đảm bảo mở được tiristo.

• Điều khiển xung chùm được coi là cách kích hoạt xung mở vạn năng nhất

Sơ đồ mạch ngoài

Sơ đồ mạch điều khiển(xung kép)

Sơ đồ mạch lực

Kết quả mô phỏng:Chỉnh lưu

55

Đồ thị điện áp đồng pha,điện áp tựa,xung kép:

Bảng 1+Bảng 4:Đồ thị điện áp rang cưa,điều khiển và xung kích của tiristo 4(đại diện

Đồ thị điện áp,dòng điện trung bình theo thời gian:

Bảng 1:Đồ thị điện áp trung bìnhBảng 2:Đồ thị dòng điện trung bình

Nhận xét

• Từ quá trình tính toán và mô phỏng,ta thấy 2 kết quả

có sự khác nhau với sai số nhỏ,không đáng kể

Lý thuyết Mô phỏng

Nguyên nhân dẫn đến sự sai khác là ta đã lý tưởng hóa cuộn cảm có giá

trị vô cùng nhưn thực tế chỉ có giá trị hữu hạn.Dạng điện áp và dòng

điện khi xác lập trong mô phỏng cũng không khác nhiều so với lý

thuyết

Hình ảnh lý thuyết

Phân tích phổ sóng hài

Ngoài thành phần sóng cơ bản là 50Hz,dòng sơ cấp còn chứa các thành phần hài bậc lẻ.Điều này là do dòng sơ cấp là dòng chảy qua các van mỗi nửa chu kỳ,mà

dòng qua các van gần có dạng xung vuông(điện cảm L rất lớn)

=>Chất lượng điện áp giảm

Kết quả mô phỏng:Nghịch lưu phụ thuộc

61

Đồ thị điện áp,dòng điện theo thời gian:

Bảng 1:Dòng điện trước khi vào bộ biến đổi

Bảng 2:Đồ thị điện áp tảiBảng 3:Đồ thị dòng điện tải

Nguyên nhân dẫn đến sự sai khác là ta đã lý tưởng hóa cuộn cảm có giá trị vô

cùng nhưn thực tế chỉ có giá trị hữu hạn.Dạng điện áp và dòng điện khi xác

lập trong mô phỏng cũng không khác nhiều so với lý thuyết

Hình ảnh lý thuyết

Phân tích phổ sóng hài

Ngoài thành phần sóng cơ bản là 50Hz,dòng sơ cấp còn chứa các thành phần hài bậc lẻ.Điều này là do dòng sơ cấp là dòng chảy qua các van mỗi nửa chu kỳ,mà dòng qua các van gần có dạng xung vuông(điện cảm L rất lớn)

=>Chất lượng điện áp giảm

So sánh hệ số méo phi tuyến(THD) của 1 pha và 3 pha

Dễ thấy hệ số méo dạng(THD) của sơ

đồ cầu pha thấp hơn so với cầu 1

pha,hệ số công suất và chất lượng điện

sẽ được nâng cao thêm.

1 pha cầu 3 pha cầu

Tài liệu tham khảo

• Giáo trình “Điện tử công suất”- Thầy Trần

Trọng Minh

• Giáo trình “Phân tích và giải mạch điện tử

công suất”-Thầy Phạm Quốc Hải

• https://daycounter.com/Calculators/Snubbers/ Snubber-Design-Calculator.phtml

THANK

YOU !