11/2015 1 HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (EE4336) THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH CHO BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA TS Trần Trọng Minh, TS Vũ Hoàng Phương BM Tự động h[.]
Trang 1HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (EE4336)
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH CHO BỘ BIẾN ĐỔI
NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA
TS Trần Trọng Minh, TS.Vũ Hoàng Phương
BM Tự động hóa CN – Viện Điện
Trang 2NỘI DUNG TRÌNH BÀY
Sơ đồ mạch lực nghịch lưu nguồn áp một pha
Phương pháp điều chế độ rộng xung
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện cho bộ biến đổi
nghịch lưu nguồn áp một pha
Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp một pha
làm việc độc lập
Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp một pha
làm việc ở chế độ nối lưới.
Trang 3SƠ ĐỒ MẠCH LỰC NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA
Hình 11.5 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu nguồn áp một phaVan bán dẫn: MOSFET hoặc IGBT
LƯỚI ĐIỆN MỘT PHATẢI MỘT PHA: ĐỘNG CƠ XC MỘT PHA…
BUS DC
power
Nghịch lưu nguồn áp một pha là bộ biến đổi gồm 4 van bán dẫn điều khiển hoàntoàn: MOSFET, IGBT…nối kiểu cầu H, ghép nối giữa nguồn xoay chiều và nguồnđiện một chiều
+
Trang 4
-MÔ TẢ TOÁN HỌC NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA
Hình 5.2 Mô hình nghịch lưu nguồn
áp một pha được mô tả bởi khóa
Giá trị hàm chuyển mạch Sa = 1 hoặc Sa =-1
Giá trị trung bình điện áp đầu ra giữa pha a và
trung tính N trong mỗi chu kỳ điều chế (trung bình
Trang 5PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
Điều chế hai cực (Bipolar Voltage Switching)
Điều chế đơn cực (Unipolar Voltage Switching)
a b
Hình 11.5 Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu một pha, a) Điều chế
VAN BÁN DẪN ĐƯỢC COI LÀ CÁC KHÓA ĐÓNG/CẮT LÝ TƯỞNG
Trang 6PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
Điều chế hai cực (Bipolar Voltage Switching)
Hình 11.6 Dạng sóng điện áp theo phương pháp điều chế hai cực, a) Sóng
mang và tín hiệu điều khiển, b) Điện áp đầu ra mạch nghịch lưu
Trang 7PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
Điều chế đơn cực (Unipolar Voltage Switching)
Hình 11.8 Dạng sóng điện áp theo phương pháp điều chế đơn cực, a) Sóng
Trang 8PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
Tham số mô phỏng sơ đồ Udc = 300V, tải của mạch nghịch lưu R= 5Ω, L = 2mH,
-300 -200 -100 0 100 200 300 400
Trang 9PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
A ĐIỀU CHẾ LƯỠNG CỰC (TIẾP)
Trang 10PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
Tham số mô phỏng sơ đồ Udc = 300V, tải của mạch nghịch lưu R= 5Ω, L = 2mH,
-300 -200 -100 0 100 200 300 400
Trang 11PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NLNA MỘT PHA
B ĐIỀU CHẾ ĐƠN CỰC (TIẾP)
c Dòng điện đầu ra mạch nghịch lưu d Phân tích phổ dòng điện
Trang 12Sơ đồ mạch điện thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp một pha
(xét với thành phần sóng hài bậc 1)
uL: + Điện áplưới – chế độ nốilưới
+ Điện áptrên tụ lọc đầu
ra mạch nghịchlưu – chế độ độclập
s
T s s
PWM
s s
s i
Trang 13MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN
*
s i
1 1
L
s i
L u s
u
*
s u
Hình 5.13 Mô tả toán học mạch vòng điều khiển dòng điện trên miền toán tử Laplace.
Ta có mối quan hệ hàm truyền đạt sau:
Trang 15MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN
* 0
Tham số bộ điều chỉnh dòng điện được xác định
theo tiêu chuẩn tối ưu module:
Trang 16s i
L u s
u
*
s u
Chọn hằng số thời gian tích phân: Ti = T = L/rL
Hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện được viết lại:
T
Tqd – hằng số thời gian quá độ do người thiết kế lựa chọn
Trang 17Thay thế s bằng s + jhω1 vào hàm truyền GPI(s)
Xếp chồng 2 thành thứ thuận và ngược ở trên ta thu được bộ điều chỉnh cộng
hưởng có cấu trúc như sau:
Trang 18Hàm truyền kín mạch vòng dòng điện (xét ở tần cơ bản nghĩa là h = 1)
Trang 19+ Hàm truyền giữa dòng điện và nhiễu điện áp
+ Hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện
* 0
Trang 20CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 21CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC ĐỘC LẬP
Hình 5.15 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp một pha trong
chế độ làm việc độc lập (phương án B)
Điều chếđơn cực
PWM
dc U
*
s
i
ĐC điện áp
ĐC dòng điện PR
Trang 22CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC ĐỘC LẬP
A Thiết kế theo cấu trúc điều khiển A
Hàm truyền vòng kín của mạch vòng điện áp:
K K s
Trang 23CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC ĐỘC LẬP
B Thiết kế theo cấu trúc điều khiển B
Hàm truyền vòng kín của mạch vòng điện áp:
K s K
s i
s
v
Trang 24CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Giá trị hiệu dụng điện áp ra 220V
Sóng hài cơ bản điện áp ra 50Hz
Tham số bộ điều khiển dòng điện
Trang 25CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 26CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 27CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 28CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC ĐỘC LẬP
d Phân tích phổ điện áp tải
Trang 29CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Hình 5.15 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp một pha trong
chế độ làm việc nối lưới (chỉnh lưu tích cực)
Điều chếđơn cực
Trang 30CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Hình 5.10 Thuật toán tính thành phần điện áp
trên trục αβ từ điện áp lưới
Ta có hàm truyền hệ kín của cấu trúc này được viết như sau:
n
n q
số quyết định tới giải thông của bộ lọc (k = 0,71).
Trang 31CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
K K
s
s
Hình 5.12 Mạch vòng điều chỉnh thuật toán
Hàm truyền kín của mạch vòng điều chỉnh góc pha:
Trang 32CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
-200 -100 0 100 200 300
Hình 5.14 Kết quả mô phỏng bắt góc với thuật toán PLL-1, a) Khi điện áp lưới
lý tưởng, b) Khi điện áp lưới chứa thành phần sóng hài (bậc 3, bậc 5)
Trang 33CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC CHỈNH LƯU TÍCH CỰC
Bỏ qua tổn thất bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp
và tải mắc ở phía mạch DC, ta có biểu thức sau:
2
12
d C
Trang 34CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC CHỈNH LƯU TÍCH CỰC
i p
K K
V
V C K
Trang 35CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 36CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 37CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 38CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Trang 39CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
ÁP LÀM VIỆC CHỈNH LƯU TÍCH CỰC