BBĐ NL cầu 1 pha NL cầu 3 pha

Hướng dẫn chi tiết mô hình hóa và điều khiển bộ nghịch lưu 1 pha và 3 pha kèm hình ảnh và thông số cụ thể PHẦN 1:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU MỘT PHA ĐỘC LẬP YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp độc lập một pha: Tải công suất: 1kW Hệ số công suất: 0.8 Biên độ điện áp đầu ra tải: U = 220V Tần số điện áp: 50Hz Tần số phát xung mạch nghịch lưu: 5kHz Udc = 380V Độ gợn của điện áp ra: dU% = 1% Bộ lọc LC với độ gợn song của dòng trên cuộn cảm: dI% = 20% Tính toán giá trị Cf và Lf cho bộ lọc: Dòng điện định mức của tải: Idm = 1000(0.8220) = 5.68A Độ gợn song của dòng qua cuộn cảm: Δi = 20%5.68sqrt(2) = 1.067 Độ gợn song của điện áp tải: Δvo = 1%220sqrt(2) = 3.11 Lf được tính theo công thức: Lf =

VIỆN ĐIỆN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU MỘT PHA ĐỘC LẬP VÀ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU BA ĐỘC LẬP TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TĨNH αβ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PSG.TS TRẦN TRỌNG MINH

NGUYỄN VĂN TÍNH – 20199504

LÊ MẠNH CƯỜNG – 20189624

Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha độc lập

Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu ba pha độc lập trên hệ tọa độ tĩnh αβ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU MỘT PHA ĐỘC LẬP

I. Mô tả toán học

Mô tả bởi các khóa đóng cắt

• Sử dụng phương pháp trung bình hóa phần tử đóng cắt

• Sa, Sb hàm chuyển mạch của các khóa chuyển mạch

• Giá trị hàm chuyển mạch Sa = 1 hoặc Sa = -1

• Điện áp giữa pha a và trung tính N:

• Giá trin trung bình điện áp đầu ra giữa pha a và trung tính N:

• Điện áp đầu tra mạch nghịch lưu được xác định:

II Phương pháp điều chế đơn cực

• Ưu điểm : chất lượng sóng hài tốt hơn.

• Nhược điểm : Yêu cầu mạch điều khiển phức tạp hơn.

Thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp độc lập một pha:

• Tải công suất: 1kW

• Độ gợn của điện áp ra: dU% = 1%

• Bộ lọc LC với độ gợn song của dòng trên cuộn cảm: dI% = 20%

Tính toán giá trị Cf và Lf cho bộ lọc:

• Dòng điện định mức của tải:

Vì sao lại lựa chọn bộ điều khiển PR?

Bộ điều khiển PR là bộ điều khiển được thiết kế trên miền tần số trên cơ sở lựa chọn bang thông cho hàm truyền của hệ kín

Thông thường, băng thông được lựa chọn trong khoảng 10 lần tần số cơ bản và 1/10 tần số phát xung để đảm bảo hệ thống đáp ứng đủ nhanh và ổn định

Điều chế đơn cực

Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp ra một pha trong chế độ làm việc độc lập theo phương án đo điện áp tức thời

I Mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Hàm truyền đạt giữa điện áp và dòng điện đầu ra nghịch lưu:

Sơ đồ mạch thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp một pha

(xét với thành phần sóng hài bậc 1)

• Mô hình toán học khâu PWM

• Bỏ qua thời gian trễ do khâu PWM gây nên, mô tả toán học mạch vòng dòng điện

Mô tả toán học mạch vòng điều khiển dòng điện trên miền toán tử Laplace

• Ta sử dụng bộ điều khiển PR cho mạch điện với:

• Công thức tính tham số Kp và Ki:

Xét tham số bộ điều chỉnh cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp

Hàm truyền hệ kín mạch vòng dòng điện có dạng:

• Lấy mô dun của phương trình trên và cho Ki=0 vào hệ trên viết được lại:

Để có hệ số suy giảm biên độ là -3db thì Kp được tính như sau:

II Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp

Hàm truyền vòng kín của mạch vòng điện áp

Thực hiện thiết kế tương tự cho bộ điều khiển PR mạch vòng dòng điện ta có:

Kết quả mô phỏng: hệ số điều chế

Kết quả mô phỏng: điện áp đầu ra nghịch lưu

Kết quả mô phỏng: Điện áp đầu ra tải

Kết quả mô phỏng: I tải

Kết quả mô phỏng: So sánh Uđặt và U tải

Kết quả mô phỏng: So sánh Iđặt và Itải

sóng hài của dòng điệnsóng hài của điện áp

TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TĨNH αβ

• Nghịch lưu 3 pha sử dụng các van điều khiển hoàn toàn: IGBT, MOSFET nối giữa nguồn một chiều

và tải xoay chiều.

Khi tính toán các Van bán dẫn được coi là đóng cắt lý tưởng

Tải đấu sao cân bằng:

bc cn

u

u u

u u

Điện áp giữa điểm trung tính mạch NLNA và điểm trung tính của tải:

S S S U u

S S S U u

Không gian 3 chiều Không gian 2 chiều α,β

Biên độ và góc pha của Uα và Uβ

 Chuyển đổi từ hệ trục abc sang hệ trục tọa độ α,β xem điện áp hình sin như “một vectơ có biên độ không đổi và quay với tốc độ (tần số) không đổi ”

 Thực hiện xấp xỉ điện áp đặt Vref bằng sự kết hợp của 8 vector chuyển mạch (từ V0 đến V7), trong đó gồm 2 vector tích cực và 2 vector không.

 Các vector V1 đến V6 chia mặt phẳng thành 6 phần – sector (mỗi sector – 60ᵒ)

• Bước 1: Xác định Vα, Vβ, Vref, và góc θ, vị trí sector

• Bước 2: Xác định các khoảng thời gian T1, T2, T0

• Bước 3: Xác định hệ số d1, d3, d5 của nhóm van tích cực

• Bước 4: Thực hiện PWM tạo tín hiệu điều khiển

• Biến đổi Clarke:

Sector 1 Sector 2 Sector 3

Thời gian chuyển mạch ở mỗi sector

 Điện áp ra mỗi pha: 220V/50Hz

 Hệ số công suất tải: Cos

o Tính chọn cuộn cảm L :

• Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%U0:

Tính chọn tụ C:

- Chọn tần số cắt mạch lọc LC thấp hơn 10 lần tần số phát xung:

a Mạch vòng dòng điện:

Phương trình cân bằng điện áp

mạch điện tương đương :

Sơ đồ mach điện thay thế cho mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp (xét với phần sóng hài bậc 1 )

Điện áp trên tụ lọc đầu ra mạch nghịch lưu

o Mạch vòng dòng điện:

Bộ điều khiển PR :

o Hàm truyền kín mạch vòng dòng điện:

b Mạch vòng điện áp:

 Tương tự như thiết kế mạch điều khiển dòng điện ta có

Thông số của bộ điều khiển được tính toán như sau: