Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu ba pha trên hệ tọa độ tĩnh

Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu ba pha trên hệ tọa độ tĩnh

Bài thuyết trình môn học

Nguyễn Văn Tiềm

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện Điện

BM Tự Động Hóa XNCN Học phần Điều Khiển Điện Tử Công Suất

Hà Nội, Ngày 13 tháng 05 năm 2014

hệ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha

Phép biến đổi Clarke

Hình 1.1: Biên độ và góc pha của Uα và Uβ

Giản đồ không gian cho phép biến đổi

Clarke

Hình 1.2: (a) không gian 3 chiều, (b) không gian 2 chiều

Vector không gian

Vector không gian

Vector không gian điện áp stator trong

hệ trục αβ

Hình 1.3: Điện áp stator trong hệ trục αβ

Phép biến đổi Park

Trong đó , thay vì sử dụng ma

trận hàm sin, ta cũng có thể

biểu diễn phép biến đổi Park

đơn giản như sau:

Giản đồ không gian cho phép biến đổi

Park

Hình 1.5: Giản đồ không gian cho phép biến đổi Park

Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha

Hình 1.6: Bộ nghịch lưu ba pha

Các van nhóm trên: S1, S3, S5Các van nhóm dưới: S4, S6, S2Các vector chuyển mạch: a,b,c

8 khả năng kết hợp – 8 vector điện áp

Nguyên lý của phương pháp điều chế

SVM

• Chuyển đổi từ hệ trục abc sang hệ trục tọa

độ αβ, xem điện áp hình sin như một vectơ

có biên độ không đổi và quay với tốc độ

(tần số) không đổi

• Kỹ thuật PWM thực hiện xấp xỉ điện áp đặt

V ref bằng sự kết hợp của 8 vector chuyển

Các vector chuyển mạch cơ sở và các

sector

Hình 1.7: Các vector chuyển mạch và các sector

đưa tới tải

Các bước thực hiện phương pháp SVM

của nhóm van tích cực

Hình 1.8: Các bước thực hiện SVM

θ

Bước 2: Xác định các khoảng thời gian

T 1 , T 2 , T 3

Hình 1.10: Vector đặt bằng tổng 2 vector liền

6) 1

: (sector

6 1

n đó, Trong

,

3

1 sin

3

3 sin

3

3

1 3

sin

3

21

0

2

1

T T T

T

n V

V

T T

n V

V T

n V

V

T T

s

dc

ref s

dc

ref s

dc ref s

Bước 2: Xác định các khoảng thời gian

T 1 , T 2 , T 3

Hình 1.11: Mô tả các khoảng thời gian T1, T2, T3

Bước 3: Xác định thời gian chuyển mạch

d 1 , d 3 , d 5

Sector 1 Sector 2 Sector 3

Sector 4 Sector 5 Sector 6

Hình 1.12: Mẫu xung chuyển mạch ở mỗi sector

Bước 3: Xác định thời gian chuyển mạch

d 1 , d 3 , d 5

Bảng 1.2: Thời gian chuyển mạch ở mỗi

sector

Bước 3: Xác định thời gian chuyển mạch

d 1 , d 3 , d 5

Hình 1.12: Mẫu xung chuyển mạch ở nhóm van tính

cực theo phương pháp SVM

d1 d3 d5

Bước 4: Thực hiện PWM tạo tín hiệu

điều khiển

Hình 1.13: (a) PWM trong MATLAB, (b) tạo tín hiệu điều

khiển g1

(a)      (b)

Mô hình điều khiển truyền thẳng trong

Matlab

Hình 1.14: Điều khiển

truyền thẳng trong Matlab

Hình 1.15: Khối VSI trong Matlab Hình 1.16: Dòng điện và điện áp

ra

Sơ đồ cấu trúc điều khiển tổng quan

Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ αβ

Mô hình bộ nghịch lưu ba pha

Hình 2.1: Sơ đồ VSI ba pha với tải RL

Từ hình 2.1 ta có:

(2.1 )

Mô hình bộ nghịch lưu ba pha

Theo phép biến đổi trục:

Thay (2.1) vào (2.2) ta được:

(2.2 )

Mô hình bộ điều khiển

Cấu trúc điều khiển dạng mô hình toán

Thiết kế bộ điều khiển RP trên miền tần số

Thiết kế bộ điều khiển trên miền tần số

Kiểm tra băng thông của hệ kín với K i =

1000

Kiểm tra băng thông của hệ kín với K i =

15000

Mô hình mô phỏng trên Matlab

Hình 2.3: Điều khiển dòng điện cho bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha

trên hệ tọa độ tĩnh αβ

sử dụng bộ điều khiển cộng hưởng PR

Kết quả mô phỏng

Hình 2.4: Đáp ứng dòng Iα và Iβ

Kết quả mô phỏng

Hình 2.5: Đáp ứng dòng - áp tải và tín hiệu điều chế

Sơ đồ cấu trúc điều khiển tổng quan

Hình 3.1: Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ dq

Mô hình toán học bộ nghịch lưu trong

tọa độ dq

Hình 3.2: Sơ đồ tương đương của bộ nghịch lưu

(3.1) (3.2) (3.3)

Các phương trình dòng điện và điện áp

Hình 3.3: Coupling giữa dq

De-coupling loại 1

Hình 3.4: Nguyên lý decoupling loại 1

De-coupling loại 2

Hình 3.5: Nguyên lý decoupling loại 2

Sơ đồ cấu trúc điều khiển với

Thiết kế bộ điều khiển PI theo chuẩn tối

ưu Modul

𝐺𝑖( 𝑠)= 𝑖𝑠( 𝑠)

𝑢𝑠 ∗( 𝑠 ) = 𝐺𝑆𝑉𝑀 ( 𝑠) ∙ 𝐺 (𝑠 )=

1 1+ 𝑠 𝑇𝑠

Nếu đối tượng là khâu quán tính bậc hai , thì bộ điều khiển

với các tham số sẽ là bộ điều khiển tối ưu độ lớn

Mô hình mô phỏng trên Matlab

Hình 3.7: Điều khiển dòng điện cho bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha

trên hệ tọa độ tĩnh dq sử dụng bộ điều khiển PI

Kết quả mô phỏng

Hình 3.7: Đáp ứng dòng Id (25A-15A) và Iq (10A-30A)

Kết quả mô phỏng

Hình 3.8: Đáp ứng dòng - áp tải và tín hiệu điều chế