Bài tập Điện tử công suất - Thiết kế sơ đồ nghịch lưu 3 pha theo phương pháp SinPWM

Nội dung text: Bài tập Điện tử công suất - Thiết kế sơ đồ nghịch lưu 3 pha theo phương pháp SinPWM

1. BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế sơ đồ nghịch lưu 3 pha theo phương pháp SinPWM Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Đức Anh 20173615 Lưu Quang Minh 20174055 Bách khoa, 18/12/2019
2. Cấu trúc bài báo cáo I. Đề bài II. Cơ sở lý thuyết III.Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực IV.Kết quả mô phỏng (Đối chiếu với giá trị tính toán)
3. I. ĐỀ BÀI
4. I. Đề bài Tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo nguyên lý sinPWM Yêu cầu của tải sau nghịch lưu: • Hệ số công suất của tải trở cảm cos = 0,85 • Tần số sóng cơ bản f1 = 400 Hz. • Giá trị điện áp hình sin Uo =208 VAC • Công suất đầu ra Po = 5000 W • Tần số đóng cắt của PWM fs = 20 kHz • Dự phòng điện áp một chiều Udc (±10%) để sụt áp tại tần số sóng cơ bản trên cuộn cảm của mạch lọc LC ≤ 10%Ura
5. I. Đề bài Yêu cầu tính toán: 1. Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V). 2. Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). 3. Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: Iv, ID(A). 4. Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và điôt. 5. Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điôt. 6. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs 7. Tính toán giá trị tụ lọc C phía một chiều để đảm bảo độ đập mạch ΔUdc = 5%Udc
6. II. Cơ sở lý thuyết
7. Sơ đồ mạch lực:
8. Điều chế SinPWM SinPWM cho cầu ba pha được thực hiện cho ba sơ đồ nửa cầu: với ba sin chuẩn, cùng một hệ thống điện áp răng cưa (Carrier based – PWM). Hệ số điều chế: m = mref/ms , biên độ sóng sin chuẩn trên biên độ răng cưa. Trong dải điều chế tuyến tính điện áp ra hình sin, yêu cầu 0 m 1.
9. Điều chế SPWM • Mẫu xung điều khiển trong PWM với răng cưa đối xứng: • Mẫu xung cho thấy dạng tối ưu về chuyển mạch, mỗi lần chỉ có một pha phải đóng cắt. • Trạng thái van cho ra điện áp bằng 0 (ứng với vector không trong SVM) phân bố đối xứng ở hai đầu và giữa chu kỳ Ts.
10. Dạng điện áp và dòng điện sau nghịch lưu:
11. III. TÍNH TOÁN VÀ CHUẨN HÓA CÁC GIÁ TRỊ MẠCH LỰC
12. 1.Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V) Số liệu tính toán: • Trong dải làm việc tuyến tính, m 1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có thể đạt lớn nhất là UDC, khi tần số đóng cắt fs coi là vô cùng lớn. Để dự phòng điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi ±10% cần chọn m = 0,9 U U U ==m.DC 0,9. DC om 22 Uom==208 2 294,2 V UDC =654 V Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Để dự phòng sụt áp trên cuộn cảm lọc Ls cỡ 10% điện áp ra, ta chọn UDC = 654 +0,1.208 = 675 V.
13. 2. Tính toán biên dộ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). • Dòng tải yêu cầu: P 5000 I = = 3.U cos 3.208.0,85 = 9, 43A • Biên độ của dòng tải: IIom = 2 =1 ,4142.9,43 = 13,33 ( A) .
14. 3. Tính toán các giá trị của tải • Điện trở trên tải: P 5000 R =22 = =18,74  3.Io 3.9,43 • Điện cảm trên tải: Q P.sin 5000.0,53 X L = 2= 2 = 2 =11,6155 3.Ioo cos .3.I 0,85.3.9,43 X 11,6155 LH=L = = 4,62(m )  400.2
15. 4. Tính toán dòng trung bình qua van và Diode
16. 4. Tính toán dòng trung bình qua van và Diode Dạng dòng mô phỏng qua Matlab: Số liệu tính toán: • Dòng trung bình qua van: • Dòng trung bình qua diode: 1 1+ cos 1 1− cos I= Isin  − d  = I I= Isin( − ) d  = I V om( ) om D22 om om 22 0 = 3.92A = 0.32A
17. 5. Dòng đỉnh và Điện áp ngược lớn nhất qua van và điôt • Điện áp ngược lớn nhất: UUVo,max = DC = 675 • Dòng đỉnh lớn nhất Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi chu kỳ cắt mẫu. Ta chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của dòng Io(t). Bỏ qua ảnh hưởng của Rs đối với độ đập mạch dòng tải, ta có: di( t) Trong NLNA PWM Lo  u( t) sodt . Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ số lấp đầy xung (Duty ratio) là d = 0,5 Do đó: −4 TUTs Uo,max DC s 0,5.10 .675 Io,max  = −3 = 9,543A 44LLss4.0,8776.10 So với biên độ dòng điện thì độ đập mạch bằng IL 100% = 9,543/13,33 = 71,6 %.
18. 6 . Tính toán thông số mạch lọc LC • Trong NL PWM điện áp ra chủ yếu là sóng cơ bản. Các thành phần sóng hài bậc cao xuất hiện ở chung quang tần số đóng cắt fs, Những tần số sóng hài thấp nhất là fs – f1, fs -2.f1, Tuy nhiên do fs >> f1 nên các sóng hài này chủ yếu tập trung ở quanh fs, nghĩa là rất xa so với f1. Điều này làm đơn giản việc tính toán mạch lọc LC ở đầu ra nghịch lưu rất nhiều. • Xác định giá trị tụ lọc C: 3 Có CL = 10%s CL = 12,5664.10 (rad/s) . Vậy: 1 1 1 1 CF=23 =− 2 = 7,22( ) Chọn CF= 8( ) L  0,8776.10 3 CL (12,5664.10 ) • Xác định giá trị điện cảm Ls: Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%Uo ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.208 = 20,8(V) XLs = 20,8/9,43 = 2,2() Ls = 0,8776 (mH);
19. 7. Tính toán tụ C của mạch một chiều • Tụ C trong mạch một chiều dóng vai trò là tụ lọc của mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trò tiếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu do các điôt ngược đưa về. Vậy giá trị của tụ là giá trị nào cần lớn hơn. • Trường hợp nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng khi tải thuần cảm, điện áp điều chế qua không), khi đó: tx UI = tx = T s/ 2; I C = I o,max CCC Từ UC = 5%UDC. Có thể tính được: IC 13,33 −6 CF= =3 =9,874.10 10( ) 2fUsC 2.20.10 .0,05.675
20. IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG -Đối chiếu với giá trị tính toán-
21. Sơ đồ Matlab
22. Thông số mô phỏng Nguồn 1 chiều 675V Tụ lọc mạch 1 chiều 10F Điện cảm Ls 0,8776 mH Tụ lọc mạch lọc LC 8F Điện trở trên tải: Rt 18,74Ω Điện cảm trên tải: Lt 4,62 mH
23. 1. Dạng điện áp ở tải
24. 1. Dạng điện áp ở tải Giá trị tính toán Giá trị trong mô Sai số Sai số là được phỏng không đáng kể 294,2V 301V 2.3%
25. 2. Dạng dòng điện ở tải
26. 2. Dạng dòng điện ở tải Sai số là không đáng Giá trị tính toán được Giá trị trong mô phỏng Sai số kể 13,33A 13,1A 1.72%
27. 3. Dạng dòng qua Van và Diode
28. 3. Dạng dòng qua Van và Diode Mô phỏng bằng Matlab Simulink: Số liệu tính toán: Sai số: • Dòng trung bình qua diode: 46% IAD = 0.32 • Dòng trung bình qua van: IAV = 3.92 20% Sai số là do quá trình Sai số là quá độ xảy ra trong vài không đáng kể chu kỳ đầu
29. 4.Các thành phần sóng hài và hệ số méo tổng THD Mô phỏng bằng Matlab Simulink: Các dải sóng hài bậc cao đã bị loại bỏ nhờ tác dụng của mạch lọc
30. Danh mục tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình Điện tử công suất – Trần Trọng Minh – NXB Giáo Dục 2. Điện tử công suất – Võ Minh Chính (chủ biên) – NXB Khoa học và Kỹ thuật 3. Bài giảng Điện tử công suất – Trần Trọng Minh – Đại học Bách khoa Hà Nội 4. Channel Youtube Power Electronics 5.
31. Cảm ơn thầy và các bạn đã chú ý lắng nghe!