Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha độc lập điều khiển theo chế độ dòng điện (current mode)

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU MỘT
PHA ĐỘC LẬP ĐIỀU KHIỂN THEO CHẾ ĐỘ DÒNG ĐIỆN

(CURRENT MODE)

GVHD: PGS. Nguyễn Kiên Trung

Vũ Minh Hiếu - 20202382
Vũ Trọng Hậu - 20202618

Nội dung

1. u cầu bài tốn
2. Mơ hình hóa
3. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
4. Mô phỏng
5. Kết luận

1. YÊU CẦU BÀI TOÁN

Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu 1 pha độc lập điều
khiển theo chế độ dòng điện (Current Mode)
 Nội dung thiết kế : Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển và

cách thức tính tốn bộ điều chỉnh dịng điện và điện áp.
 Phương pháp điều chế lưỡng cực
 Tham số thiết kế : Điện áp ra 220V/50Hz, Công suất 2kVA
 Mô phỏng cấu trúc điều khiển :

* Tải đầu ra thay đổi

* Đánh giá kết quả mô phỏng.

1

2. MƠ HÌNH HĨA

CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT
PHA CHẾ ĐỘ DÒNG ĐIỆN( CURRENT MODE)

2

2. MƠ HÌNH HĨA

Điều chế lưỡng cực

3

2. MƠ HÌNH HĨA

MƠ HÌNH TỐN HỌC MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN (1)
TRÊN MIỀN TOÁN TỬ LAPLACE
4
Hàm truyền:

Để triệt tiêu sai lệch tĩnh và khử nhiễu

bộ điều chỉnh Gc(s) phải thỏa mãn điều kiện: Gc s  sj1 

Với w1 là tần số góc song hài bậc 1 của giá trị đặt và nhiễu

2. MƠ HÌNH HĨA

MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP ĐỘC LẬP:

(2)

QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP RA TẢI VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CUỘN DÂY:

(3)

5

2. MƠ HÌNH HĨA

MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP ĐỘC LẬP:

R: tải quy đổi tương đương
QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN TRÊN CUỘN DÂY VÀ HỆ SỐ ĐIỀU CHẾ:

(4)

6

2. MƠ HÌNH HĨA

BỘ ĐIỀU KHIỂN PR:

- Bộ cộng hưởng PR xuất phát từ hàm truyền đạt trong hệ tọa độ tĩnh của bộ điều khiển PI như sau :
- Hàm truyền bộ PI nếu được thực hiện trong hệ tọa độ đồng bộ cho chuỗi thành phần thứ tự
nghịch (thuận) có thể thu được bằng cách thay thế s = s ± jh . Ta được 2 biểu thức :

- Xếp chồng 2 thành phần thứ tự thuận và ngược ở trên ta thu được bộ cộng hưởng PR :

7

2. MƠ HÌNH HĨA

BỘ ĐIỀU KHIỂN PR:

Tính tốn tham số bộ điều khiển:

(5)

Nếu fc (fc ≤ 0.1fs) lớn hơn nhiều so với tần số mắt cộng hưởng, từ đồ thị bode ta có:

(6)

với

(7)

8

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

Yêu cầu bài toán
- Điện áp ra Ut = 220V, tần số f= 50Hz
- Công suất S= 2kVA .
- Chọn tần số phát xung fs= 20kHz

Tính
= ( là hệ số điều chế)
Ta chọn
=> = = = 345,7 (V)

Dự phòng sụt áp trên cuộn cảm lọc 10% điện áp ra nên:
= 1,1.345,7 = 380,3 (V)
Chọn = 380 (V)
 Tính tốn tải :

Chọn hệ số công suất là,

9

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

TÍNH TỐN CHỌN VAN BÁN DẪN (IGBT)
= = = 9,09(A) (A)
- Dòng điện an toàn qua IGBT:

= 12,86 (A)
- Chọn hệ số dự trữ dòng điện là k = 3

= 38,58(A)
- Chọn hệ số dự trữ điện áp là k = 1,5

= 570 (V)
Chọn van IGBT nhãn hiệu F4-50R06W1E3

10

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

TÍNH MẠCH LỌC LC
Xác định giá trị điện cảm
Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10% (đối với công suất nhỏ)
= = 0,10. = 22 (V)
→ = = (S(Ω)
→ = 8 (mH)
Độ đập mạch của dòng tải bằng : ∆ = = =0,59375(A)
So với biên độ dòng điện thì độ đập mạch bằng

%;
Đây là giá trị có thể chấp nhận được

11

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

TÍNH MẠCH LỌC LC

Chọn tần số cắt của mạch lọc LC sao cho : = << =
Chọn =0
Vậy:

Để đảm bảo tần số cắt , giá trị tụ phải lớn hơn để bù vào công suất phản
kháng của tải.

Bù công suất phản kháng của tải:

0,83)) = 2000. 0,83)) = 1115,562 (Var)

Nếu bù bằng tụ C thì = :

= = 73,36

Chọn tụ C = 80 nhãn hiệu 3535B4A0072A250A1

12

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

TÍNH TỐN THƠNG SỐ HAI BỘ PR:
Ta có :

(8)
Để hệ hở có tần số cắt tại thì :

=1 (9)

Do

13

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

Để độ dữ trữ ổn định và fc ≤0.1fs thì
(11)

Kết hợp với cơng thức (7), ta có

(12)

a. Với mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
Chọn PM = 55
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(,2*pi*fc) thì sẽ thu được :

14

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC
Đồ thị bode của hàm truyền hở Ghi sau khi có bộ điều chỉnh
(PM= 55o)

15

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC

b. Với mạch vòng điều chỉnh điện áp.
Ta có do mạch vịng điện áp tác dụng chậm hơn mạch
vòng dòng điện, nên tần số cắt của mạch vòng điện áp
cũng nhỏ hơn so với mạch vòng dòng điện.
Làm tương tự mạch vịng dịng điện ta có:
Chọn PM=550Hz, sử dụng lệnh
[mag,phase]=bode(,2*pi*fc), ta có:

16

3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ MẠCH LỰC
Đồ thị bode của hàm truyền hở Ghu sau khi có bộ điều chỉnh
(PM= 55o)

17