ĐIỀU KHIỂN điện tử CÔNG SUẤT đề tài thiết kế điều khiển cho bộ biến đổi chỉnh lưu tia 3 pha sử dụng thyristor

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề tài: Thiết kế điều khiển cho bộ biến đổi
chỉnh lưu tia 3 pha sử dụng thyristor
GVHD:
Sinh viên thực hiện:


Nội dung trình bày

1.
2.

3.
4.
5.

6.

Yêu cầu thiết kế
Sơ đồ mạch lực, tính
tốn và mơ hình hóa
Cấu trúc điều khiển
Tổng hợp bộ điều khiển
Mô phỏng và kết quả
mô phỏng
Kết luận và nhận xét

3

1.Yêu cầu thiết kế
Thiết kế điều khiển cho bộ biến đổi chỉnh lưu tia 3 pha sử
dụng thyristor với các thơng số :
•

Điện áp xoay chiều đầu vào:
=

•

Điều khiển ổn định dịng điện tải đầu ra, với điểm làm việc

•

Thơng số tải:

4


2.Sơ đồ mạch lực

= 2 ×3 sin (3 )×cos( )

Hình 1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha
sử dụng thyristor

Các tín hiệu
kích mở G1 và
G3 sẽ lấy ở
khâu phát xung

kép


5


2.Sơ đồ mạch lực
Khâu đồng pha giúp xác định
đúng điểm kích mở thysistor

Khâu phát
xung kép mở
Thysistor theo
góc u cầu

6


2.Tính tốn mạch lực
•

Chu kỳ mạch: f = 50Hz  T=0,02

•

Điểm làm việc :

=>
•

Góc mở thysistor tại điểm làm việc:
Có:
=>
=>
=>

7


2.Tính tốn và thiết kế mạch lực
Ta có các cơng thức tính các
hệ số của bộ biến đổi DC-DC

-

Đồng thời khi có bộ điều chỉnh Gc(s) ta
có các quan hệ hàm truyền mới:
-

8


2.Tính tốn và thiết kế mạch lực
-

Ta tính tốn được các thông số cơ bản: = 5V ,
C = 480uF, R = 6ohm, rC = 80ohm, f = 20kHz.
D=1 =0.7222
= = = 4.1447 kHz
= = = 3.6841 kHz

= = =64.8
= = = 451.2134 Hz
Q = (1-D).R = 8.1650

- Từ đó tính tốn được hàm truyền đạt:

9


2.Tính tốn và thiết kế mạch lực
- Sử dụng M-file để xét độ ổn định của hệ thông qua đồ thị bode:

10


2.Tính tốn và thiết kế mạch lực
Bode Diagram
60
50

Magnitude

(dB)

40
30

20

10
0
-10
360

Phase

(deg)

315

270

225

180

135
-2

10

Hàm truyền có tần số cắt 9.95kHz và độ dự trữ pha là PM = - nên hệ kín
khơng ổn định


11


3. Thi ế t

kế

bộđiều

khi ể n

Có 2 phương pháp đó là sử dụng bộ bù loại III và bộ bù
PID:

12


3. Thi ế t

kế

bộđiều

khi ể n

Thiết kế bộ bù PID
-

-

-

-

Ta sẽ thiết kế bộ bù có cấu trúc theo bộ bù PID để có tần số cắt đạt được 1
kHz và có độ dự trữ pha mong muốn là PM =
Tần số cắt (fc) nên bé hơn 1/10 tần số phát xung của bộ biến đổi.
Tần số cắt (fc) nên bé hơn 1/5 tần số RHP của của đối tượng (hàm truyền
quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế) .
Tần số cắt (fc) nên lớn hơn ít nhất 2 tần số cộng hưởng của của đối tượng
(hàm truyền quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế). –
Ta thực hiện trên Matlab như sau:
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(,2*pi*1000) ta có:
|) = 17,6151
= arcG(j=

13


3.Thiết kế bộ điều khiển
Thiết kế bộ bù PID
-

Dựa vào độ dữ trữ pha của hàm truyền đạt PM = - và độ dự trữ pha mong muốn PM = ,
ta xác định được điểm không và điểm cực của bộ bù :
Tần số cắt (fc) nên bé hơn 1/10 tần số phát xung của bộ biến đổi.
Tần số cắt (fc) nên bé hơn 1/5 tần số RHP của của đối tượng (hàm truyền quan hệ
giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế) .
Tần số cắt (fc) nên lớn hơn ít nhất 2 tần số cộng hưởng của của đối tượng (hàm
truyền quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế). –
Ta thực hiện trên Matlab như sau:

=
=

0,25 kHz
4,01 kHz

14


3.Thiết kế bộ điều khiển
Tiếp tục sử dụng M-file để xác định đồ thị Bode

15


3.Thiết kế bộ điều khiển

Phase

(deg)

Magnitude (dB)

Bode Diagram

225

180
-3
10

Frequency (kHz)

Thấy tần số cắt 1 kHz và pha dự trữ là sát với yêu cầu đặt
ra nên chấp nhận được, hệ hở ổn định


16


3.Thiết kế bộ điều khiển
Thiết kế bộ bù loại III
-

-

Ta sẽ thiết kế bộ bù có cấu trúc theo bộ bù loại III để có tần
số cắt đạt được 1,5 kHz
Ta thực hiện trên Matlab như sau:
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(,2*pi*1500) ta có:
|) = 7,3965
= arcG(j=
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(,2*pi*1500) ta có:
|) = 0,0053
= arc (j=

17


3.Thiết kế bộ điều khiển
Thiết kế bộ bù loại III
Chọn = = = 200 Hz

Biên độ của bộ bù được xác định:
= = =25,5

18


3.Thiết kế bộ điều khiển
Tiếp tục sử dụng M-file để xác định đồ thị Bode

19


3.Thiết kế bộ điều khiển
Bode Diagram
60
50
40

(dB)

30
20

Magnitude

10
0

-10
-20

-30
-40
450

(deg)

360

Phase

270

180

90
10

-3

Hàm truyền có tần số cắt là 1,5 kHz như đã đặt và có đ


là PM = nên hệ hở ổn định
20


4.Mơ phỏng

Mơ hình tổng thể

21