Đề tài Tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha hình cầu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

Nội dung text: Đề tài Tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha hình cầu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

1. REPORT POWER ELECTRONICS Đề bài: Bài tập số 6 phần II Tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha hình cầu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM GVHD : TS. Vũ Hoàng Phương Nhóm 12 : Lê Ngọc Quỳnh - 20177029 Tạ Anh Tú - 20174311
2. Yêu cầu Tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha hình cầu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM với các thông số sau: - Giá trị điện áp hình sin mong muốn 푈0 = 220 VAC và tần số sóng cơ bản 1=400Hz - Công suất đầu ra 푃0=1000W, hệ số công suất của tải trở cảm cos휑=0,85 - Tần số đóng cắt của PWM s = 20kHz + - Dự phòng điện áp một chiều cung cấp 푈DC có thể dao động trong phạm vi Τ−10%. Cho phép sụt áp tại tần số cơ bản trên cuộn cảm của mạch lọc LC không lớn hơn 10% điện áp đầu ra định mức 푈0 Xác định - Điện áp một chiều yêu cầu: 푈DC - Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu: o,m - Tính toán dòng trung bình qua van và diode - Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và diode - Xác định mạch lọc LC đảm bảo tần số cắt của mạch lọc LC=0,1. S - Tính toán giá trị tụ lọc C phía một chiều đảm bảo độ đập mạch Δ푈DC=5%푈DC - Kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Matlab, Plecs,PSIM
3. Nội dung 1 Sơ đồ mạch lực 2 Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 3 Kết quả mô phỏng và nhận xét
4. I. Sơ đồ mạch lực Sơ đồ mạch nghịch lưu một pha cầu H
5. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 1. Điện áp một chiều yêu cầu 푈 - Với phương pháp PWM trong dải làm việc tuyến tính, hệ số điều chế 휇 ≤1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có thể đạt lớn nhất là 푈 . Dự phòng điện áp 푈 thay đổi trong phạm vi +/-10% nên chọn 휇=0,9. - Mặt khác sụt áp trên mạch lọc LC không lớn hơn 10% điện áp đầu ra định mức 푈0 푈 220 2 => Chọn 푈 = 0, .1,1= ⋅ 1,1=380 (V) 0,9 0,9 2. Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu 푃 1000 - Công suất toàn phần của tải: 푆 = 0 = = 1176,47 (VA) 0 cos 휑 0,85 푆0 1176,47 - Dòng tải yêu cầu: 0 = = = 5,35 (A) 푈0 220 - Biên độ dòng tải: 0, = 0 2 = 5,35 2 = 7,57 (A)
6. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 4. Dòng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và diode -Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi chu kì cắt mẫu. Vậy cần xác định độ đập mạch lớn nhất của dòng tải 푖0(t). 푖 (t) -Bỏ qua sự ảnh hưởng của 푅 đến độ đập mạch của dòng đầu ra, ta có 퐿 . 0 = (푡) và 푠 푠 푡 0 dòng tải đạt max tại duty ratio d=0,5 푈 . 푠 -Tích phân hai vế trong nửa chu kì 푠 và rút gọn, ta được: ∆ 0, = 4.퐿푠 5. Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và diode Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và diode chính bằng 푈
7. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 6. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc 퐿 =0,1 푆 -Do sụt áp cho phép tại tần số cơ bản trên cuộn cảm của mạch LC không lớn hơn 푈퐿푠 22 4,112 10%푈0 nên 푈퐿= 0,1푈0= 22(V) => 퐿= = = 4,112(훺) => 퐿= = 1,64(mH) 0 5,35 800 −5 푈 . 푠 380.5.10 2,9 => ∆ 0, = = −3 =2,9(A). => ∆ 0, % = .100=38,3% 4.퐿푠 4.1,64.10 7,57 1 1 - =0,1 => =2(kHz). Suy ra C = = = 3,86(휇퐹) 퐿 푆 퐿 퐿(2 )2 1,64.10−3.(2 .2.103)2 -Bù công suất phản kháng của tải: 2 2 2 2 푄퐿= 푆0 − 푃0 = 1176,47 − 1000 = 619,74(Var) 푄 푄 = 푄퐿=619,74=> C = 2 = 5,09(휇퐹). Vậy chọn tụ C = 9(휇퐹) 휔푈
8. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 6. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc 퐿 =0,1 푆 ∗) Một cách khác tính mạch lọc LC Ta tìm được hàm truyền của khâu lọc LC là: 1 푗휔퐿 1 + (푗휔)2퐿 + 푗휔퐿푡 + 푅푡 để tín hiệu sau lọc có chất lượng tốt nhất, ta chọn tần số cắt 퐿 = 1 1 퐿 = 0,1 푆 = 2kHz và hệ số suy giảm 휁= =0,5. 2 퐿 2푅푡 Từ đây ta tính được L=2.78(mF), C=2.28(휇퐹) Đồ thị đặc tính tần của khâu lọc
9. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 6. Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc 퐿 =0,1 푆 Với cách tính này giảm được kích thước tụ C của mạch lọc, giúp giảm thời gian quá độ và độ nhảy vọt của dòng 푠푤 trong quá trình quá độ. Tuy nhiên giá trị cuộn cảm L tăng, sụt áp trên cuộn cảm tăng nên để đảm bảo điện áp cũng như dòng điện đầu ra theo yêu cầu cần tăng giá trị nguồn 푈 đầu vào Dòng 푆푊 với L=1.64mH, C=9휇F Dòng 푆푊 với L=2.78mH, C=2.28휇F
10. II. Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực 7. Tính toán tụ lọc C phía một chiều để đảm bảo độ đập mạch Δ푈 =5% 푈 -Tụ C trong mạch một chiều đóng 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 diode ngược đưa về -Trường hợp nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d=0,5, khi đó: Δ푡 Δ푈 = . ∆ với Δ푡 = 푆 ; ∆ = C 2 C 0, -Theo đề bài Δ푈 =5% 푈 nên ta có: ∆ C 7,57 C = = 3 = 9,96(휇퐹) 2 푆.Δ푈 2.20.10 .0,05.380 ∗)Tính toán tải 푈표 220 푍푡.푡 푛휑 41,12.0,62 푍푡 = = = 41,12 훺 ; 푅푡 =0,85.푍푡=34,95 훺 ; 퐿푡= = = 0,01(H) 표 5,35 2 2 .400
11. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim Sơ đồ mô phỏng bằng PSIM Điện áp một chiều yêu cầu 푈 theo tính toán là 380 do dự phòng có thể dao động + trong phạm vi Τ−10%. Khi mô phỏng nguồn 푈 là lý tưởng nên lấy bằng 380.0,9=342(V)
12. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim Tín hiệu sin chuẩn và xung răng cưa Xung PWM
13. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim Dòng nghịch lưu trước khi lọc và sau khi lọc
14. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim Điện áp nghịch lưu trước khi lọc và sau khi lọc
15. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim Dòng qua van Công suất đầu ra nghịch lưu
16. III. Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm PSim So sánh kết quả mô phỏng với kết quả tính toán Đại lượng Kết quả tính toán, Kết quả mô phỏng Sai số (%) yêu cầu Điện áp nghịch lưu (V) 220 225 2,27 Dòng điện ra nghịch lưu (A) 5,35 5,23 2,24 Công suất đầu ra (W) 1000 956,3 4,37 Công suất toàn phần (Var) 1176,47 1178,71 0,19 Hệ số công suất tải 0,85 0,812 4,47 Nhận xét: -Kết quả mô phỏng sát với giá trị tính toán -Dạng tín hiệu mô phỏng giống với lý thuyết Nguyên nhân: -Làm tròn khi tính toán -Sụt áp trên cuộn cảm của mạch lọc L và dòng phân nhánh trên tụ C của mạch lọc
17. Cảm ơn mọi mọi người đã theo dõi!