Đề thi điện tử công suất nâng cao

ĐỀ THI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Phần 1: Kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu áp 3 pha 2 bậc (6đ)
Nguồn Dc Ud = 500V. Sơ đồ như hình vẽ.
Tần số sóng mang (tam giác) của kỹ thuật PWM bằng 10 kHz.
Bài 1: Cho sóng mang tam giác thay đổi trong phạm vi (0,1). Giả thiết điện áp điều
khiển 3 pha abc lần lượt là: 0.2, 0.8, và 0.5.
1.1 Vẽ xung kích cho 3 linh kiện S1, S3 và S5
1.2 Vẽ điện áp common mode uN0 (xem N, 0 trên hình)
1.3 Vẽ điện áp pha tải thứ 1, ut1.
1.4 Xác định điện áp trung bình của tải Ut1, Ut2 và Ut3.
1.5 Mô tả switching state sequence xuất hiện trong một chu kỳ sóng tam
giác.
1.6 Xác định thời gian tác dụng của từng trạng thái trong chu kỳ sóng tam
giác.
1.7 Bằng cách áp dụng thêm hàm offset vào các sóng điều khiển trên không
xuất hiện trạng thái vector V0(0,0,0) trong chuỗi trạng thái kích, hãy xác định
giá trị hàm offset.
1.8 Xác định biên độ và góc quay của vector điện áp tải.
1.9 Xác định giá trị của áp điều khiển 3 pha sao cho tác dụng của kỹ thuật
sóng mang tương tự như kỹ thuật SVPWM (trạng thái (0,0,0) và (1,1,1) có
thời gian bằng nhau).
1.10 Với các giá trị sóng điều khiển cho ở đầu bài và giả thiết rằng sử dụng
kỹ thuật deadtime với thời gian td = 2µs và cho biết chiều dòng điện tải ia >
0, ib < 0 và ic < 0. Hãy xác định:
1.10.1 Vẽ trên cùng đồ thị với sóng mang và áp điều khiển xung kích
S1, S2, S3, S4, S5, S6 có xét đến td.
1
1.10.2 Dạng điện áp thu được của ut1.
1.10.3 Giá trị trung bình Ut1.
Phần II. Kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu áp 3 pha 3 bậc (4 đ)
Bài 2: Cho bộ nghịch lưu 3 bậc NPC. Nguồn dc gồm 2 tụ mắc nối tiếp. Điện áp

trên mỗi tụ bằng Vd1 = Vd2 = Vd = 100 V. Cho biết vector điện áp tải
( )
[ ]
VjV

45exp95=
. Sử dụng kỹ thuật điều chế sóng mang với medium common
mode. Cho biết sóng mang tam giác nằm trong các giới hạn (0,1) và (1,2). Tần số
sóng mang tam giác bằng 1 kHz. Tương ứng với mức áp nghịch lưu 0, Vd và 2Vd
là các trạng thái 0, 1 và 2. Ví dụ, ứng với áp nghịch lưu 3f abc lần lượt là Vd, Vd,
2Vd thì trạng thái đóng linh kiện là (1,1,2). Hãy xác định
a. Điện áp điều khiển của 3 pha
b. Giản đồ xung kích cho linh kiện pha thứ 1
c. Switching state sequence trong chu kỳ lấy mẫu
d. Thời gian tương ứng các trạng thái (switching time duties) trong chu kỳ lấy
mẫu.
2
BÀI LÀM
1.1, 1.2, 1.3, 1.4 Xem trên hình vẽ
1.5 Switching state sequence trong một chu kỳ lấy mẫu
S
1
S
3
S
5
Vector Thời gian (ms)
0 0 0 V
0
T

0
/2 = 0.1
0 1 0 V
3
T
3
/2 = 0.15
0 1 1 V
4
T
4
/2 = 0.15
1 1 1 V
7
T
7
/2 = 0.1
3
1 1 1 V
7
T
7
/2 = 0.1
0 1 1 V
4
T
4
/2 = 0.15
0 1 0 V
3

T
3
/2 = 0.15
0 0 0 V
0
T
0
/2 = 0.1
(Các thông số thời gian lấy từ câu 1.6)
1.6 Thời gian tác dụng của từng trạng thái trong chu kỳ sóng tam giác
Từ hình vẽ ta tính được thời gian thực hiện của từng vector như sau:
• Thời gian thực hiện vector V
0
:
( )
[ ]
msmsT 2.01
01
8.01
0
=⋅
−
−
=
• Thời gian thực hiện vector V
3
:
( )
[ ]
msmsT 3.01

01
5.08.0
3
=⋅
−
−
=
• Thời gian thực hiện vector V
4
:
( )
[ ]
msmsT 3.01
01
2.05.0
4
=⋅
−
−
=
• Thời gian thực hiện vector V
7
:
( )
[ ]
msmsT 2.01
01
02.0
0
=⋅

−
−
=
(Kết quả đúng nếu T
0
+T
3
+T
4
+T
7
= T)
1.7 Xác định giá trị hàm offset để không xuất hiện trạng thái vector V
0
(0,0,0)
trong chuỗi trạng thái kích
Gọi v
0
là hàm offset cần tìm.
Điều kiện không xuất hiện trạng thái V
0
(0,0,0) → điều chế gián đoạn với offset cực
đại →
[ ]
1max
'
=
dkj
u
trong đó

'
dkj
u
là giá trị điện áp điều khiển mới của pha j
Suy ra
[ ]
1,,max
02030201
=+=+++ vuvuvuvu
dkdkdkdk
[ ]
Vuv
dk
2.08.011
20
=−=−=
Vậy giá trị hàm offset cần tìm là
[ ]
Vv 2.0
0
=
1.8 Xác định biên độ và góc quay của vector điện áp tải
• Tính các điện áp pha trung bình U
j0
[ ]
VVuU
ddk
1005002.0
110
=⋅==

[ ]
VVuU
ddk
4005008.0
220
=⋅==
4
[ ]
VVuU
ddk
2505005.0
330
=⋅==
• Tính điện áp common mode trung bình U
N0
[ ]
V
UUU
U
N
250
3
250400100
3
302010
0
=
++
=
++

=
• Tính các điện áp tải V
tj
[ ]
VUUV
Nt
150250100
0101
−=−=−=
[ ]
VUUV
Nt
15025040 0
0202
=−=−=
[ ]
VUUV
Nt
0250250
0303
=−=−=
(Kết quả đúng nếu V
t1
+V
t2
+V
t3
=0)
• Vector áp tải
[ ]

3
2
21
3
2
ttt
VaVaVV ++=
trong đó
( )
866.05.0
2
3
2
1
120exp jjja +−≈+−==

Do đó
( )
[ ]
0150866.05.0150
3
2
++−+−= jV
[ ]
VjV

1.1394288.1989.129150 ∠=+−=
Vậy, vector tải có biên độ 198.4288 [V], góc pha 139.1
0
.

(Vector tải có góc 139.1
0
tương ứng góc phần 6 thứ 3. Để thực hiện vector tải này
ta phải dùng vector V
3
, V
4
. Kết quả này phù hợp với tính toán trước đó
→
kết quả
đúng)
1.9 Xác định giá trị của áp điều khiển 3 pha sao cho tác dụng của kỹ thuật
sóng mang tương tự như kỹ thuật SVPWM (trạng thái (0,0,0) và (1,1,1) có
thời gian bằng nhau)
Đáp số:
[ ] [ ] [ ]
VuVuVu
dkdkdk
5.0,8.0,2.0
321
===
vì tại mục 1.6 ta thấy T
0
= T
7
= 0.2
(ms) vốn thỏa điều kiện SVPWM
1.10 Sử dụng kỹ thuật deadtime
(Bài này làm dựa theo phát biểu "The deadtime insertion logic chops off the
high side commanded volt*seconds by the amount of deadtime and adds the

same amount of volt*seconds to the low side signal" và hình vẽ sau)
5
1.10.1 và 1.10.2 xem hình
6
1.10.3 Giá trị trung bình U
t1
Giá trị áp tải không đổi, tức là:
[ ]
VVU
tt
150
1
''
1
−==
(Thử lại: Phần này không cần ghi khi thi!!!!!!!!!!!!)
•
Tính điện áp pha trung bình
[ ]
V
ms
s
V
T
t
UU
d
d
991100500
1

2
100
10
''
10
=−=⋅−=⋅−=
µ
7
[ ]
VV
T
t
UU
d
d
3991400
20
''
20
=−=⋅−=
[ ]
VV
T
t
UU
d
d
2491250
10
''

30
=−=⋅−=
•
Tính điện áp common mode trung bình
249
3
24939999
3
''
30
''
20
''
10
''
0
=
++
=
++
=
UUU
U
N
•
Tính điện áp tải trung bình
[ ]
VUUU
Nt
15024999

''
0
''
10
''
1
−=−=−=
Bài 2
Mạch có dạng như hình
2a. Áp điều khiển của 3 pha
• Tính các điện áp tải trung bình từ vector áp tải
( )
[ ]
VjV

45exp95=
( )
[ ]
VV
t
175.6745cos95
1
==

( )
[ ]
VV
t
588.2412045cos95
0

2
=−=

( )
[ ]
VV
t
763.9124045cos95
0
3
−=−=

• Chọn điện áp common mode trung bình V
0
(ký hiệu là U
N0
cũng được)
8
Đặt
( )
[ ]
VVVVMax
ttt
175.67,,max
321
==
( )
[ ]
VVVVMin
ttt

763.91,,m in
321
−==
Tổng điện áp trên các tụ:
[ ]
VVVVV
dddtong
2002
21
==+=
Giới hạn của điện áp common mode trung bình là
[ ]
VMinV 763.91
min0
=−=
[ ]
VMaxVV
tong
825.132175.67200
max0
=−=−=
Chứng minh (phần này không cần ghi)
tongtjj
VVVU ≤+=≤
00
0
tjtongtj
VVVV −≤≤−
0
( ) ( )

tjtongtj
VVVV −≤≤− minm ax
0
( ) ( ) ( )
tjtongtjtongtj
VVVVVV maxminmin
0
−=−+≤≤−
MaxVVMin
tong
−≤≤−
0
MinV −=
min0
và
MaxVV
tong
−=
max0
Tức là
[ ] [ ]
VVV 825.132763.91
0
≤≤
Do dùng kỹ thuật medium common mode nên ta chọn điện áp common mode
trung bình là
[ ]
V
VV
V 294.112

2
763.91825.132
2
min0max0
0
=
+
=
+
=
• Tính các điện áp pha tải trung bình
[ ]
VVVU
t
469.179294.112175.67
0110
=+=+=
[ ]
VVVU
t
882.136294.112588.24
0220
=+=+=
[ ]
VVVU
t
531.20294.112763.91
0330
=+−=+=
• Tính các điện áp điều khiển

d
jj
dkj
V
U
aptrentu
U
u
00
==
Do đó
[ ]
V
V
U
u
d
dk
79469.1
100
469.179
10
1
===
[ ]
V
V
U
u
d

dk
36882.1
100
882.136
20
2
===
9
[ ]
V
V
U
u
d
dk
20531.0
100
531.20
10
3
===
(Chú ý: trường hợp SVPWM thì max(u
đkj
)+min(u
đkj
) = max(áp tam giác); trong
trường hợp này u
đk1
+u
đk3

=2
→
kết quả đúng)
2b Giản đồ xung kích cho linh kiện pha thứ 1
Xem hình
(Để tính switching state thì ta vẽ luôn xung kích cho các pha còn lại như hình)
10
2c Switching state sequence
• Pha 1:
(Trình tự thực hiện từ trên xuống dưới)
S
21
S
11
Thời gian (ms)
11
0 1 T
11
/2 = 0.102655
1 1 T
21
/2 = 0.397345
1 1 T
21
/2 = 0.397345
0 1 T
11
/2 = 0.102655
• Pha 2:
S

22
S
12
Thời gian (ms)
0 1 T
12
/2 = 0.31559
1 1 T
22
/2 = 0.18441
1 1 T
22
/2 = 0.18441
0 1 T
12
/2 = 0.31559
• Pha 3:
S
23
S
13
Thời gian (ms)
0 0 T
13
/2 = 0.397345
0 1 T
23
/2 = 0.102655
0 1 T
23

/2 = 0.102655
0 0 T
13
/2 = 0.397345
(Thông số thời gian lấy từ phần 2d)
2d Thời gian tương ứng các trạng thái trong chu kỳ lấy mẫu
Theo cách ký hiệu ở phần 2c, dựa vào hình vẽ ta tính được:
• Pha 1
( )
[ ]
msmsT 20531.01
12
79469.12
11
=⋅
−
−
=
12
( )
[ ]
msmsT 79469.01
12
179469.1
21
=⋅
−
−
=
• Pha 2

( )
[ ]
msmsT 63118.01
12
36882.12
12
=⋅
−
−
=
( )
[ ]
msmsT 36882.01
12
136882.1
22
=⋅
−
−
=
• Pha 3
( )
[ ]
msmsT 79469.01
01
20531.01
13
=⋅
−
−

=
( )
[ ]
msmsT 20531.01
01
020531.0
21
=⋅
−
−
=
13