BÀI tập lớn môn điều KHIỂN điện tử CÔNG SUẤT thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ toạ độ tựa điện áp lưới

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN MÔN
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha
trên hệ toạ độ tựa điện áp lưới
GVHD
Nhóm 28

:
:

TS. Vũ Hồng Phương
Vũ Đức Ân - 20173614
Nguyễn Anh Tuấn - 20174334


Nội dung báo cáo
I. u cầu thiết kế
II. Mơ hình hóa hệ thống
III. Cấu trúc điều khiển
IV.Mơ phỏng – Đánh giá


I. Yêu cầu thiết kế
CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA


Yêu cầu thiết kế

Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tựa điện áp lưới
+ Nội dung thiết kế: Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển
+ Phương pháp điều chế vector không gian

+ Tham số thiết kế: Hịa lưới 380V ±10%/50Hz±1%, Cơng suất thiết kế 5kVA, L = 2,5mH (nội trở
0,1Ω), Cdc = 1000uF.
+ Mô phỏng cấu trúc điều khiển:


II. Mơ hình hóa
CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA


Mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
Một bộ chỉnh lưu tích cực nối lưới gồm có 4 thành phần:
1: Nguồn xoay chiều
2: Điện kháng lọc RL
3: Bộ chuyển mạch cầu 3 pha IGBT
4: Nguồn 1 chiều tụ điện C

Hình 1.1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha


Mơ hình hóa

Hình 1.2: Sơ đồ mạch tương đương 1 pha CLTC khi ghép nối với lưới.


Mơ hình tốn học
Bằng việc coi các nhánh van IGBT

như một cơng tắc đóng ngắt mơ tả
qua hàm Si như sau:
van trên mở, van dưới khóa
Si = {12 nếu
nếu van trên khóa, van dưới mở

Hình 1.3: Sơ đồ thay thế của cầu 6 van IGBT.


Mơ hình hóa
Điện áp đầu dây vào bộ chỉnh lưu có thể viết như sau:

Usab=(Sa-Sb).Udc
Usbc=(Sb-Sc).Udc
Usca=(Sc-Sa).Udc
Điện áp pha tại đầu vào chỉnh lưu:

Usa=fa.Udc
Usb=fb.Udc
Usc=fc.Udc

fa =
,

Trong đó:

2Sa−(Sb+Sc)
3

2S −(S +S )

fb = b a c
3
2Sc−(Sb+Sa)
fc =
3


Mơ hình hóa
Từ sơ đồ mạch tương đương 1 pha khi ghép nối với lưới của chỉnh lưu tích cực ở hình 1 ta có
phương trình điện áp:
Viết dưới dạng 3 pha:

Us = R. iL + L.

i
Ua
ia
Usa
𝑑𝑖 a
Usb = R ib + L𝑑𝑡 ib + Ub
ic
Uc
ic
Usc

C

dUdc
= Saia + Sbib + Scic – itải
dt

diL
+ UL
dt


Mơ hình hóa
Chuyển sang hệ tọa độ d-q bằng cách thay:
Trong đó: U = U + jU


Từ phương trình: us

=

R.i + L

di
+ u
dt

Ta chuyển sang hệ tọa độ d-q:

Thực hiện tách hai thành phần thực ảo ta được:

U = Udq.ej


III. Cấu trúc điều khiển
CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA

1. Hệ thống điều khiển

Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực trên hệ tọa độ dq


2. Khối điều chế SVM

Hình 2.2: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp

Bảng giá trị điện áp các trạng thái đóng cắt van


2. Khối điều chế SVM
Vector u nằm trong sector thứ 3 giới hạn bởi 2 vector biên
chuẩn u1 và u2 và được xác định bởi công thức:

Tổng hợp vector không gian


2. Khối điều chế SVM

Tổng hợp vector không gian từ các vector biên


2. Khối điều chế SVM
Để thực hiện thuật toán điều chế vector khơng gian, ta phải hồn thành 3 bước sau:
1- Xác định sector chứa vector cần điều chế.
2- Xác định khoảng thời gian điều chế các vector biên T1, T2, T0

3- Xác định thời gian chuyển mạch trên mỗi van bán dẫn


2.1. Xác định sector chứa vector cần điều chế
Để tính tốn các vector biên từ
thơng số 𝑈𝑠α , 𝑈𝑠β của tín hiệu đặt
𝑈𝑠 . Ta phải biết vị trí của vector
Us ở sector nào trong 6 sector
điều chế, và áp dụng cơng thức
tính tốn tương ứng. Ta cũng
hồn tồn có thể tính tốn trực
tiếp ra vị trí sector cần tìm bằng
phương pháp đổi hệ trục tọa độ.


2.1. Xác định sector chứa vector cần điều chế

Xây dựng phép chuyển trục xyz

Từ hình vẽ ta thấy rằng có thể xác định sector chức vector
điện áp cần điều chế nhờ vào dấu của cặp giá trị (xyz) được
dẫn xuất từ giá trị 𝑈𝑠α , 𝑈𝑠β của vector đó. Vị trí sector được
xác định trực tiếp bằng phép mã hóa bit như trên.


2.2. Xác định khoảng thời gian điều chế các
vector biên T1, T2, T0
Vector U nằm trong sector thứ 3 giới hạn bởi 2 sector biên

chuẩn 𝑈1 và 𝑈2 . Ta có hệ:

Vector điện áp điều chế được
tổng hợp trong sector 3

𝑉ớ𝑖 𝑇1 ,𝑇2 ,𝑇0 lần lượt là khoảng thởi gian tương ứng để điều chế
vector 𝑈1 , 𝑈2 và vector không(𝑈0 ,𝑈7 ) trong 1 chu kỳ băm xung Ts .


2.2. Xác định khoảng thời gian điều chế các
vector biên T1, T2, T0
Thực hiện chiếu lên các trục αβ, ta thu được hệ phương trình:


2.2. Xác định khoảng thời gian điều chế các
vector biên T1, T2, T0
Nhằm đảm bảo khả năng biểu diễn của vi xử lý, ta chuẩn hóa đại lượng vector điện áp điều chế
𝑈𝑠α , 𝑈𝑠β theo giá trị 𝑈𝑑𝑐 / 3. Ta có các giá trị tương đối của vector điện áp điều chế như sau:

Tỷ số điều chế các vector được
tính lại và chuẩn hóa như sau:


2.2. Xác định khoảng thời gian điều chế các
vector biên T1, T2, T0


2.2. Xác định khoảng thời gian điều chế các
vector biên T1, T2, T0

Đặt:

2.3. Xác định thời gian chuyển mạch trên mỗi
van bán dẫn
Quá trình phát xung đối xứng tại thời
điểm Ta,Tb,Tc với trường hợp vector
U nằm trong sector thứ 3 được diễn tả
như sau: