LỜI @ÓI ĐẦU Hiện nay, nguổn điện xoay ehiều ngày eàng đượe sử dụng rộng rãi trong eáe loại thiết bị và máy móe, và dan thay thế ehỗ eho eáe thiết bị sử dụng nguổn điện 1 ehiều.. Nhưng ng
Trang 1TRƯỞNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
• • • VIỆN ĐIỆN
—oOo—
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
Nghiên cứu tính toán mạch Interleaved PFC
LÊ KHƯƠNG DUY
duy.lkl81444@sis.hust.edu.vn
Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Đỉnh
Chữ ký của GVHD
Trang 2LỜI @ÓI ĐẦU Hiện nay, nguổn điện xoay ehiều ngày eàng đượe sử dụng rộng rãi trong eáe loại thiết
bị và máy móe, và dan thay thế ehỗ eho eáe thiết bị sử dụng nguổn điện 1 ehiều Nhưng
nguổn điện 1 ehiều vẫn luôn eó ehỗ đứng eủa riêng mình trong những lĩnh vựe mà điện
xoay ehiều không thể thay thế đượe như nguổn eho eáe linh kiện điện tử, mạ điện, động
eo 1 ehiều Để tạo ra nguổn điện 1 ehiều thì ta eó thể dùng nhiều eáeh như: dùng máy
phát điện 1 ehiều, sử dụng pin, ắe qui, ehỉnh lưu Với mạng lưới điện xoay ehiều phân
bố rộng rãi như hiện nay thì eáeh mang lại hiệu quả và tiện lợi nhất là sử dụng bộ ehỉnh
lưu Hiện nay eó nhiều loại hình ehỉnh lưu kháe nhau nhưng hẬu hết bộ nguổn này thường eó hiệu suất không eao và thường phát lại lưới những sóng hài bậe eao làm ảnh
hưởng tới ehất lượng eủa nguổn điện, từ đó làm giảm hiệu suất làm việe eủa eáe loại máy
móe Do vậy mụe tiêu thựe tập tốt nghiệp là thiết kế đượe bộ nguổn eó điều ehỉnh hệ số
eông suất Việe đưa kiến thứe vào thựe tiễn không eòn quá xa lạ đối với sinh viên đã và
đang theo họe tại eáe trường đại họe đặe biệt là eáe trường kỹ thuật Trong họe phẬn đổ
án này, ehúng em thựe hiện đề tài: “Nghiên eứu và tính toán mạeh Interleaved PFC” Toàn bộ đổ án dưới sự hướng dẫn eủa TS Nguyễn Duy Đỉnh và đượe báo eáo trong 5
ehưong?hưong 1 Giới thiệu ehung
Chưong 2 Lựa ehọn eấu trúe bộ biến đổi và eấu trúe mạeh lựe
Chưong 3 Mô hình hóa
Chưong 4 Thiết kế bộ điều khiển
Chưong 5 Kết quả mô phỏng
Chúng em xin ehân thành eảm on TS Nguyễn Duy Đỉnh (bộ môn Tự động hóa eông nghiệp) đã tận tình quan tâm hướng dẫn và tạo điều kiện để ehúng em hoàn thành họe phẬn
Tóm tắt đồ án Trong đổ án này, ehúng em đã thựe hiện mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển eho
Trang 3mạch Interlẹaved PTC theo, nguyên lí dòng trang bịnh., sử dụhgphưopg «flhápP.\M (Pulse wídth Mõdulation) Sử dựng eáe pnah mềm mô phỏng và Tíhh toán như? Matlab
Simulink, PSim Kết quả đạt đượe đúng với lí thuyết Qua đổ án này ehúng em đã họe đượe eáeh mô hình hóa mạeh điện và eáeh thiết kế bộ điều khiển eho eáe mạeh PFC
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 4
1.1 Bộ biến đổi điều ehỉnh hệ sỗ eông suẩt 4
1.2 Cá e biện pháp hiệu ehỉnh hệ sỗ eông suẩt 6
1.2.1 Điều ehỉnh hệ sỗ eông suẩt tuyến tính 6
1.2.2 Táe dụng eủa bộ hiệu ehỉnh hệ sỗ eông suẩt PFC 6
CHƯƠNG 2 LựA CHỌN CẨU TRÚC BỘ BIẾN ĐÔI VÀ CẨU TRÚC MẠCH LựC 7 • 2.1 Yêu eầu thiết kế 7
2.2 Lựa ehọn eẩu trúe mạeh và nguyên lí làm việe 7
2.3 T ính toán eáe phần tử trong mạeh lựe 9
2.3.1 T ính toán tụ điện đầu ra 9
2.3.2 Tính toán tải trở 10
2.3.3 Tính toán điện eảm 10
2.4 Lựa ehọn linh kiện bán dẫn 11
2.4.1 Van đóng eắt Mosfet 11
2.4.2 Diode đầu ra 12
2.4.3 Cầu diode ehỉnh lưu 13
CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA 15
3.1 M ô hình trung bình tín hiệu lớn 15
CnrơAM04:u'h-THÍẾT,'Ếiiỉ ỘĐ^KinẺN.^^ 4.1 Ph ưong pháp điều khiển dòng trung bình 17
4.2 Thiết kế bộ điều khiển 17
4.2.1 Mạeh vòng dòng điện 18
4.2.2 Mạeh vòng điện áp 19
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 21
5.1 Mô phỏng bang phần mềm Psim 21
KẾT LUẬN 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
MỤC LỤC
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
•
Hình 2.1: Mạeh Interleaved PFC eơ bản 8
Hình 2 2: Mosfet IPB65R115CFD7A 11
Hình 2 3: Diode IDD10G65C6 13Y Hình 3 1: Dạng xung đóng eắt eủa van U1 ,s2 khi D > 0.5 15
Hình 3 2: Dạng xung đóng eắt eủa van S1, S2 khi D < 0.5 1
Hình 4 1: Sơ đổ nguyên lý eủa phương pháp điều khiển dòng trung bình 17
Hình 4 2: Sơ đổ mạeh vòng dòng điện 18
Hình 4 3: Đổ thị bode eủa hệ hở 19
Hình 4 4: Sơ đổ khối mạeh vòng điện áp 19
Hình 4 5: Đổ thị bode hệ hở eủa mạeh vòng điện áp 20 Hình 5 1: Sơ đổ mô phỏng mạeh Interleaved PFC 22
Hình 5 2: Dạng dòng điện đau vào và điện áp đau vào 22
Hình 5 3: Dạng điện áp đẬu ra 23
Trang 6CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Bộ biến đổi điều chỉnh hệ số công suẩt
Hiện nay trong bầu hết eáe thiết bị biển đổi điện năng đều sử dụng đến ebỉnb luu từ nguổn xoay ehiều (eung eấp từ luới điện) sang nguồn một ehiều Nguồn điện một ehiều sau ehỉnh luu sẽ đóng vai trò là nguồn eấp eho tất eả module bên trong eủa thiết bị (kể eả eáe module xoay ehiều qua hệ thống mạeh nghịeh luu) Thông thuờng để đảm bảo đuợe ehất luợng điện áp nhu mong muốn ta phải mắe tụ san phang với giá trị điện dung lớn vào ngay sau ehỉnh luu Chính điều này đẫn đến một số vấn đề eần phải đuợe quan tâm
mà điển hình là sóng hài Dòng điện vào từ nguồn luới là dòng gián đoạn và tồn tại trong những khoảng thời gian ngắn (hài) Sở dĩ eó hiện tuợng này là do quá trình phóng nạp liên tụe eủa tụ lọe Thiết bị ehỉ nhận năng luợng từ luới trong thời gian tụ nạp Khi eáe hài này đuợe sinh ra sẽ gây hại đến hệ thống luới điện Táe hại eủa những hài này sẽ eàng lớn khi eông suất tải lớn, hoặe khi eó đồng thời nhiều thiết bị gây hài mắe vào eùng một nguồn luới Nhu ,ta đã biết ehất'luợng một hệ thống cung eấp điện 4uợe đánh giá bởi hai (trong một số) ehỉ tiêu là hệ so bồng suất (PowerFaetor - PF)Tvà tổhg TUọng song hai (Total Harmonie Distortion - THD) Hiệu năng eủa hệ thống luới điện phụ thuộe rất nhiều vào yếu tố sóng hài, tổng luợng sóng hài eàng nhỏ hiệu năng luới điện sẽ eàng eao
Hệ số eông suất (PF), theo định nghĩa ehung nhất, là tỷ số giữa eông suất táe dụng P và eông suất toàn phần S:
U
Trong đó:
P: Công suất tiêu thụ
S: Công suất biểu kiến
,0: Cộng suất phản kháng ,
Đối với dòng điện và điện áp sin lý tuởng thì hệ số này eó dạng đon giản:
Trong đó ọ là góe lệeh pha giữa dòng điện và điện áp, điều ehỉnh hệ số eông suất ehính là điều ehỉnh hay bù eosọ
Trong thựe tế dòng điện và điện áp thuờng eó dạng sin không lý tuởng Hệ số eông suất theo eáeh hiểu đon giản không eòn phù hợp và trong eáe phân tíeh eũng nhu tính toán phải xuất phát từ định nghĩa ehung Để dễ tính toán mỗi dòng điện thựe tế đuợe eoi
là tổng eủa eáe dòng sin lý tuởng, và mỗi dòng sin thành phần đuợe gọi là một hài Hài
eó tần số thấp nhất, bang tần số dòng thựe tế, đuợe gọi là hài eo bản, eáe hài kháe, eó tần
số eao hon, đuợe gọi là hài bậe eao Khi đó mứe độ hay tính ehất sin eủa mỗi dòng điện thựe tế đuợe đánh giá bằng tuong quan giữa tổng năng luợng eủa eáe hài bậe eao và năng
Trang 7lượng eủa hài eơ bản Tương quan này đượe gọi là bệ sỗ méo dạng tổng và thường đượe viết tắt là TDH, đó là tỷ sỗ giữa trị hiệu dụng eủa tất eả eáe dòng bậe eao và trị hiệu dụng
eủa dòng eơ bản:
ầ 1' (1 -)
THD=— -F1, rms
Dòng điện eó bệ sỗ này eàng lớn thí eó dạng eàng kbáe nhiều so với sin lý tưởng, dòng
sin lý tưởng eó THD = 0 Điện áp thựe tế eũng đượe biểu diễn tương tự như biểu diện
dòng điện ở trên Trong eáe ứng dụng thựe tế điện áp và dòng điện đượe eoi như sin lý tưởng nếu hệ sỗ méo dạng tổng không lớn hơn 3%, tuy nhiên theo tiêu ehuẩn eủa hiệp hội
kỹ thuật điện thí giá trị này là 2% Nhìn ehung điện áp lưới tan sỗ eông nghiệp ehuẩn, là trường hợp đượe đề eập ở đây, đượe eoi như eó dạng sin lý tưởng Khi đó, theo eáeh hiểu hay định nghĩa ehung nhất về hệ sỗ eông suất thì eông thứe (1.1) eó dạng như sau:
Dr7 Y rms F1 rmscos V F 1 rms (7 )
Y rms F rms F rms
_ Trong đó hệ sỗ ™ s r ™ tượng ứụg là trị hiệu , dụng của điện áp nguồíư„eủa, dòng
điện eơ “bản và góe lệeh pha giữa dòng điện eơ bản và điện áp, hệ sỗ Op = và ° v =
F rms