Đề tài DC-AC converter

Nội dung text: Đề tài DC-AC converter

1. DC-AC converter Nhóm 8 • Giảng viên hướng dẫn:Vũ Hoàng Phương • Sinh viên thực hiện:-Nguyễn Văn Hiếu-20173866 • -Thái Xuân Bền-20173664
2. Nội dung 1. Đề bài 2. Sơ đồ mạch lực và dạng sóng điện áp/dòng điện 3. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 4. Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM bằng phần mềm PSIM 5. Kết luận.
3. ❖ 1.ĐỀ BÀI: Hãy tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha dạng cầu H điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (điều chế lưỡng cực) với các thông số sau: e) Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo = 220 VAC và tần số sóng cơ bản f1 = 50 Hz f) Công suất đầu ra Po = 1000 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos = 0,85. g) Tần số đóng cắt của PWM fs = 5 kHz. h) Dự phòng điện áp một chiều cung cấp UDC có thể dao động trong phạm vi +/- 10%. Cho phép sụt áp tại tần số sóng cơ bản trên cuộn cảm của mạch lọc LC không lớn hơn 10% điện áp đầu ra định mức Uo. Hãy xác định: • 9 Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V). • 10 Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). • 11 Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: Iv, Id (A). • 12 Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và điôt. • 13 Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điôt. • 14 Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs • 15 Tính toán giá trị tụ lọc C phía một chiều để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC • 16 Kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Matlab, Plecs hoặc PSIM.
4. ❖ 2.Sơ đồ mạch lực và dạng song điện áp/dòng điện ❖ Sơ đồ mạch lực: id V1 D1 D3 V3 ▪ V1,V2,V3,V4 là 4 van IGBT nối theo kiểu cầu H. i Zt E n C ▪ D1,D2,D3,D4 là các điôt ngược. D4 D2 V4 V2
5. Điều chế PWM ( lưỡng cực)
6. ❖ 3. Tính toán các thông số cho NLNA theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 1. Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V). Uom=220 2 311(V ) • Với PWM trong dải làm việc tuyến tính,  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 max = 0,9. • Vậy: UDC = Uom/0,9 = 311/0,9 = 346 V. • Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Dự phòng sụt áp trên cuộn cảm của mạch lọc LC cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn UDC = 1,1.346 = 380 V.
7. 2. Tính toán biên dộ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). • Công suất toàn phần của tải So = Po/ cos = 1000/0,85 = 1176 (VA) • Dòng tải yêu cầu: Io = So/Uo = 1176/220 = 5,35 (A). • Biên độ của dòng tải Iom = Io.sqrt(2) = 5,35*1,4142 = 7,58 (A). 3. Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: Iv, ID (A). • Dòng trung bình qua van : 1 1+ cos 1+ 0.85 I= Isin  − d  = I V om( ) om = • 7.56 = 2.23A 22 2 • Dòng trung bình qua Diot : 1 1− cos 1− 0.85 I= Isin  − d  = = I D om( ) om • 7.56 = 0.22A 22 0 2
8. 3. Xác định giá trị điện cảm Ls • Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%Uo.(Đối với công suất nhỏ). ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.220 = 22(V) XLs = 22/5,35 = 4,11215() Ls = 13 (mH); 4. Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van và điôt. • Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi chu kỳ cắt mẫu. Vì vậy chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của dòng Io(t). di( t) • Bỏ qua ảnh hưởng của R đối với độ đập mạch dòng tải, ta có: Lo  u( t) s sodt • Trong NLNA PWM = UU o ,max 2 DC . Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ số lấp đầy xung (Duty ratio) là d = 0,5. Do đó: T U 380.2.10−4 IUTL s o,max /2 o,max DC s s = −3 = 2,923A => Imax=7,58+2,923=10,5A 4 Ls 2.13.10 ➢ So với biên độ dòng điện thì độ đập mạch bằng I0 100% = 2,923,/7,56= 39 %.Giá trị này hơi cao,nguyên nhân là do tần số đóng cắt fs chưa đủ lớn.
9. 5. Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điôt. Xét thời điểm van V1 và D2 khóa, V2 và D1 mở: Cực anode của D2 nối với cực âm của UDC còn cực cathode của D2 do nối với D1 thông nên nối với cực dương của UDC. Do đó điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là Unguoc=UDC=380V
10. 6.Tính toán tụ C của mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs LC = 0,1.s = 0,1.2 .5000 = 3142(rad / s) 1 1 1 LC = C = 2 = −3 2 = 7,8(F) LC L.LC 13.10 .3142 ❑ Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải. • Công suất phản kháng của tải 2 2 2 2 QL = S0 − P0 = 1176 −1000 = 619(var) • Nếu bù bằng tụ C thì phải có QC = QL 2 UC 2 QC 619 QCC== CU C = 2 = 2 = 40,7(F) X C UC 2 .50.220 ➢ So với giá trị tụ C tính ở trên ta thấy rằng có thể chọn tụ C=41 F là phù hợp.
11. 7. Tính toán giá trị tụ lọc C phía 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: t UI =x t = T/ 2; I = I CCC x s C o,max • Để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC . Ta có: I 7,56 C = C = = 40(F) 2 fs . U DC 2.5000.0,05.380
12. ❖ 4.Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM bằng phần mềm PSIM o Sơ đồ mạch mô phỏng
13. ✓ Dạng sóng điện áp điều chế PWM ( với fs=5000) Dạng sóng điện áp điều chế PWM ( với fs=300)
14. ✓ Điện áp ra Cho fs=300 cho dễ quan sát
15. ✓ Điện áp tải
16. Tính toán biên dộ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). • Công suất toàn phần của tải So = Po/ cos = 1000/0,85 = 1176 (VA) • Dòng tải yêu cầu: Io = So/Uo = 1176/220 = 5,35 (A). • Biên độ của dòng tải Iom = Io.sqrt(2) = 5,35*1,4142 = 7,58 (A). ✓ Dòng tải
17. Dòng trung bình qua van: I=2,23A Dòng trung bình qua diode: I=0,22A
18. ✓ Dòng đỉnh qua van: T U 380.2.10−4 IUTL s o,max /2 o,max DC s s = −3 = 2,923A 4 Ls 2.13.10 => Imax=7,58+2,923=10,5A
19. 5.Kết luận ➢ Ta thấy kết quả tính toán xấp xỉ với mô phỏng.Có sự sai khác do : • Tính toán với dự phòng điện áp một chiều cung cấp UDC có thể dao động trong phạm vi +/- 10% nhưng khi mô phỏng là lý tưởng nên điện áp ra có biên độ lớn hơn so với tính toán . • Làm tròn trong quá trình tính toán. ➢ Cần chọn tần số fs phù hợp với công suất đầu ra yêu cầu để đảm bảo độ đập mạch dòng ra trong phạm vi cho phép.
20. THANK YOU For LISTENING TO MY PRESENTATION