Đề tài Tính toán thiết kế mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha sử dụng phương pháp sinPWM

Nội dung text: Đề tài Tính toán thiết kế mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha sử dụng phương pháp sinPWM

1. Tính toán thiết kế mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha sử dụng phương pháp sinPWM GV hướng dẫn: TS. Vũ Hoàng Phương Nhóm thực hiện: nhóm 13 Trần Tiến Dũng – 20173786 Tống Văn Vũ - 20174375
2. Nội dung  1.Đề bài  2.Sơ đồ mạch lực  3.Các bước tính toán  4 Kết quả mô phỏng  5 Kết luận
3. Yêu cầu thiết kế, tính toán  Bài tập 7: Hãy tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM theo nguyên lý sinPWM với các thông số sau:  y) Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo = 380 VAC và tần số sóng cơ bản f1 = 400 Hz.  z) Công suất đầu ra Po = 5000 W, hệ số công suất của tải trở cảm = 0,85.  aa) Tần số đóng cắt của PWM fs = 20 kHz.  bb) 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:  Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V).  Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A).  Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: IV, ID (A).  Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và điôt.  Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điôt.  Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs
4. Sơ đồ mạch lực
5. II.Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực: 1. Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (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.  Uom=380√2=537.4V  UDC = Uom/m=537.4/0.9=597.1V  Ta chọn giá trị 600V.  .
6. 2. Tính toán biên độ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A) 푃표 5000 Dòng tải yêu cầu: Io = = = 8,9 (A). 3푈표. 표푠휑 3.220.0,85 Biên độ của dòng tải Iom = 2 표 = 12.6 (A). 푃 5000 Điện trở trên tải: 푅 = 2 = 2 = 21,04훺 3. 표 3.8,9 Điện cảm trên tải: 푄 푃.푠푖푛 휑 5000.0,53 퐿 = 2 = 2 = 2 = 13.03훺 3. 표 표푠 휑.3. 표 0,85.3.8.9 13.03  퐿 = 퐿 = = 5,2( ) 휔 400.2
7. 3. Tính toán dòng trung bình qua van và diode: IV , ID (A) Dòng trung bình qua van: 1 1+ 표푠 휑 = ׬ 푠푖푛 휃 − 휑 휃 = 2 휑 표 2 표 IV = 2,15 A Dòng trung bình qua điôt: 1 휑 1 − 표푠 휑 = න 표 푠푖푛 휃 − 휑 휃 = 표 2 0 2 ID =0,17 A Đồ thị dạng dòng qua van và diode
8. 5. 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).Bỏ qua ảnh hưởng của Rs đối với độ đập mạch dòng tải, ta có: di( t) Lo  u( t) sodt Trong NLNA PWM 3 pha Δ푈표, = 2푈 . Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ số lấp đầy xung (Duty ratio) là d = 0,5. Do đó: Ts Uo,max IUTLo,max  DC s/2 s 4 Ls 6.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 = 0,1.310 = 31(V) XLs = 31/8,9 = 3,48() Ls = 1,38 (mH); Độ đập mạch dòng tải bằng: -4 -3 Io,max = 600.0,5.10 /(2.1.38.10 )=10,8A
9. 7. Tính toán tụ C của 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, cụ thể là h.fs +/- l.f1, trong đó h = 1, 2, ., l = 1, 2, 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. Chọn tần số cắt của mạch lọc tần số thấp LC sao cho: Không cần để ý đến điều kiện tránh cộng hưởng ở các sóng hài có thể có trên sóng điện áp ra. 3 Chọn CL = 0,1s CL = 12,5664.10 (rad/s) . Vậy: 1 1 1 = 2 = − 3 2 퐿 휔 퐿 , . 12,5664.10 = 4,7 휇퐹 Có thể chọn trị số tụ C lớn hơn, ví dụ 5F. Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải.
10. So sánh đồ thị điện áp trước và sau lọc
11. 8.Bù công suất phản kháng của tải: 2 2 2 2 푄퐿 = 푆표 − 푃표 = 1960 − 1667 = 1030(Var) Nếu bù bằng tụ C thì phải có QC = QL; U 2 푄 1030 Q==C  CU 2 = = = 2,83 휇퐹 CC 휔푈2 2. . 400.3802 X C So với giá trị tụ C tính ở mục (7) thấy rằng có thể chọn tụ C=3F là phù hợ Cần kiểm tra lại điều kiện ở tần số cơ bản XC >> XL: Nếu không sẽ tạo nên phân áp giữa XC và XL, không thể đạt được điện áp 220 V ở đầu ra. −3 퐿 = 2. . 400.4.10 = 10.06Ω; −6 = 1/ 2. . 400.3.10 = 132,6Ω Thực sự là XC >> XL .
12. 9.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: t t = T/ 2; I = I UI =x x s C o,max CCC Thường chọn UC = 0,050,1UDC. Có thể tính được: Δ 7,3 = = 3 =≈ 2,8 휇퐹 2 푠Δ푈 2.20.10 . 0,05.1300 Tụ C tính được có giá trị khá nhỏ, chứng tỏ ưu việt của PWM. Trong trường hợp này tụ một chiều C sẽ được xác định chủ yếu từ điều kiện san bằng điện áp đầu ra chỉnh lưu.
13. So sánh kết quả tính toán và mô phỏng Điện áp trên tải đầu ra Lý thuyết Thực tế Sai số 310V 270V 12,5%
14. Dòng qua tải Lý thuyết Thực tế Sai số 12,6A 11A 12,5%
15. Kết luận  1.Phương pháp sPWM có các ưu điểm:  - Vừa điều chỉnh được điện áp ra vừa điều chỉnh được tần số  - Điện áp ra gần với hình sin  - Có thể dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào nghịch lưu, làm tang hiệu quả của sơ đồ  2. Mạch lọc của phương pháp này có vai trò khá quan trọng vì nó giúp loại bỏ các sóng hài, giúp điện áp ra sin hơn