Đề tài Bộ biến đổi DC/AC - Phương pháp điều khiển cơ bản

Nội dung text: Đề tài Bộ biến đổi DC/AC - Phương pháp điều khiển cơ bản

1. Bộ biến đổi DC/AC Phương pháp điều khiển cơ bản (six steps) Nhóm 15 Thành viên: Nguyễn Văn Minh MSSV: 20174064 Vũ Minh Hiếu MSSV:
2. Nội dung 1. yêu cầu bài toán 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra 3. Tính toán và chuẩn hóa giá trị mạch lực 4. Kết quả mô phỏng 5. Kết luận
3. 1. Yêu cầu bài toán Bài tập 9: Cho sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha, UDC = 450 V, tải ba pha đối xứng ZA = ZB = ZC nối sao. Sơ đồ được điều khiển theo kiểu cơ bản, điện áp ra dạng 6 xung (six steps) a. Hãy vẽ ra sơ đồ bộ biến đổi. b. Hãy vẽ dạng xung dòng điện, điện áp ra của sơ đồ. c. Hãy tính giá trị biên độ, hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc nhất điện áp ra trên tải, điện áp pha và điện áp dây. d. Kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Matlab, Plecs hoặc PSIM.
4. 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra • Sơ đồ bộ biến đổi: V1 D1 V3 D3 V5 D5 E C V4 D4 V6 D6 V2 D2 ZA ZB ZC
5. 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra Để đơn giản hóa việc tính toán, ta giả thiết + Van đóng mở lý tưởng + Nguồn có nội trở vô cùng bé + Tải 3 pha Za=Zb=Zc ( theo giả thiết ), nối hình sao + Tụ C trong mạch giúp tiếp nhận năng lượng phản kháng tử tải + Diode ngược ở mỗi van IGBT có vai trò giúp cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải và nguồn.
6. 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra + Giả thiết các van V1, V2, V3, V4, V5, V6 làm việc với chế độ dẫn điện 180°, lệch nhau 60°. + Các pha lệch nhau 120° + Z Z E/3 +Trong khoảng thời gian 0 : t1 (0°< θ < 60°) A C thì V1, V5, V6 dẫn, sơ đồ thay thế như hình E bên: Z B -2E/3 +Lúc này, U = U = E/3 ZA ZC - UZB = -2E/3
7. 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra + Trong khoảng thời gian t1: t2 (60°< θ < 120°) thì V1, V2, V6 dẫn, sơ đồ thay thế như hình bên: + ZA 2E/3 +Dễ thấy lúc này U = 2E/3 ZA E U =U = -E/3 ZB ZC Z Z B C -E/3 -
8. 2. Sơ đồ mạch lực & dạng dòng điện, điện áp ra + Trong khoảng thời gian t2 : t3 (120° < θ <180 °) thì V1, V2, V3 dẫn, sơ đồ thay thế như hình bên: + Z A ZB E/3 Dễ thấy VZC= -2E/3 E VZA = VZB = E/3 ZC -2E/3 -
9. λ t4 t5 t6 θ V1 V1 (1) 0 V t1 t2 t3 4 θ V3 (2) 0 V6 V6 Ta có đồ thị dòng điện và điện θ V5 V5 (3) 0 V2 áp: UA 2E/3 (1): góc mở của van V1 và V4 E/3 θ (4) (2) Góc mở của van V3 và V6 0 -E/3 (3) Góc mở của van V2 và V5 -2E/3 UB (4) Điệp áp ra pha A 2E/3 E/3 θ (5) (5) Điện áp ra pha B 0 -E/3 (6) Điện áp ra pha C -2E/3 UC (7) Điện áp dây Ubc= Uc-Uc 2E/3 E/3 θ (6) 0 -E/3 -2E/3 E Ubc θ (7) 0 -E
10. 3. Tính toán và chuẩn hóa giá trị mạch lực • Biên độ của điện áp pha : Umax pha= 2E/3 (V) • Giá trị hiệu dụng của điện áp pha: 2 /3 2E/3 1 2 2 1 2 E/3 θ Upha (RMS) = ׬ u Adθ = ׬ u Adθ 2 0 0 0 /3 1 /3 u 2 /3 u u (׬ ( A )2 dθ + ׬ ( A )2 dθ + ׬ ( A )2 dθ) = 0 3 /3 3 2 /3 3 2 = E (V) 3 • Với E= 450V DC => Upha (RMS) = 212.132 V
11. 3. Tính toán và chuẩn hóa giá trị mạch lực Vì đồ thị điện áp ra có dạng tuần hoàn chu kì 2 , nên có thể phân tích theo chuỗi Fourier. Để tínhsóng hài bậc nhất của điện áp pha, ta phân tích ra chuỗi fourier từ đồ thị, bỏ qua tần số 2 /3 bậc cao: 2E/3 E/3 θ 1 푈(I) = න sin 휃 휃 0 − /3 /3 2 /3 2 1 2 1 = 푈 න sin 휃 휃 + න sin 휃 휃 + න sin 휃 휃 3 3 3 0 /3 2 /3 2 = 푈 Với Udc= 450V => 푈(I) = 286.45 V
12. 3. Tính toán và chuẩn hóa giá trị mạch lực • Biên độ của điện áp dây : Umax dây= E (V) • Giá trị hiệu dụng của điện áp dây 2 /3 1 2 1 2 U U = ׬ u2 dθ = ׬ (u −u )2dθ dây (RMS) 2 0 AB 2 0 A B 2 θ 0 1 2 /3 5 /3 5 /3 (׬ (E)2 dθ + ׬ (−E)2 dθ) = 2 0 6 = E (V) 3 • Với E= 450V DC => Udây (RMS) = 367.239 V
13. 3. Tính toán và chuẩn hóa giá trị mạch lực Tương tự như điện áp pha, điện áp dây cũng tuần hoàn với chu kì 2 . Ta phân tích theo chuỗi Fourier. Từ đồ thị, để tính sóng hài bậc nhất của điện áp dây, 2 /3 ta bỏ qua thành phần bậc cao : E (I) 1 푈 = ׬ sin 휃 휃 2 θ dây − 0 2 /3 5 /3 5 /3 1 = න E sin 휃 휃 + න E sin 휃 휃 0 3E = (I) Với Udc= 450V => 푈dây= 430V
14. 4. kết quả mô phỏng Có thể thấy đồ thị theo lý thuyết và mô phỏng giống nhau. - Điện áp hiệu dụng theo lý thuyết tính được :Upha (RMS) = 212.132 V Kết quả mô phỏng: Ua=207,164V Ub= 203,054V Uc=212,67V
15. 4. kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng hình dạng của điện áp dây đúng với ý thuyết. Giá trị điện áp Umax dây = 450V = Udc Điện áp hiệu dụng dây theo lý thuyết: Udây (RMS) = 367.239 V Kết quả mô phỏng: 360,568 V
16. 4. kết quả mô phỏng - Kết quả mô phỏng điện áp ra của 1 pha (A)
17. 5. Kết luận - Hình dạng đồ thị điện áp phỏng đúng với lý thuyết . - Các giá trị tính toán theo lý thuyết gần như trùng với kết quả mô phỏng.