một số ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha, chương 13 docx

Chương 13:
MÔ PHỎNG BẰNG PSPICE CÁC
MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
III.1 KHẢO SÁT BỘ NGHỊCH LƯU DÙNG
Khảo sát bộ nghòch lưu nguồn với đầu ra trung tâm
có sơ đồ mạch được vẽ như hình 9.2.1. các giá trò trong
mạch cho như sau.
V
S
=100V, L
2
=0, C
2
=0,R
2
=2, công tắc SW
1
và SW
2
(IGBT). (Insullategate Bipolar Transistor không dùng
diode.
SPWM (điều chỉnh độ rộng xung với tần số sóng
mang 800Hz, f=50Hz. Điện áp cổng 12V.
Thực hiện chương trình mô phỏng PSPICE dùng IC
555 để vẽ đường điện áp cổng và điện áp tải trong một
chu kỳ và vẽ phổ tần số điện áp tải.
+
-
+
-
+

-
+
- -
+
-
+
+
-
-
+
DC
DC
DC
DC
DC DC
DC
VS1=100v
VS2=100v
IGBT
Gate Signals
0
[11]
[10]
[40]
[2]
[41]
[44]
[49]
[48]
[42]

[45]
[43]
2
8 4
7
6
3
1
5
[1]
Gate2
VCVS
Gate1
VCVS
PULSE
m=0.5
f=FREQ
EG2
EG1
Gate Subcircuit
SPWM - 555 - DRV
PULSE
SIN
VST=12V
VRef
VC
[46]
555
Timer
Power Circuit

EG1=V(43,40)*V(49,40)
EG2=V(43,40)*(1-V(49,40))
R?
R
R3
C
RG
Load
RL=2
MUSIG
SW1
Xác đònh a. Giá trò hiệu dụng của điện áp tải. b. Công
suất trung bình tải.
*. Chương trình mô phỏng bằng PSPICE.
W 9-1-1.CIR
SPWM INVERTER WITH A DRIVER.
To determine the output responses (Xác đònh đáp ứng
ra).
. INC OPTIONS;
* PARAMETERS of the driver (các thông số của bộ
điều khiển).
.PARAM VCC=12V; (The gate signal mangnitude
and the 555 voltage source).
.PARAM TON=1OUS;
.PARAM TR=10NS TF={TR};
.PARAM FREG=50HZ PERIOD ={1/FREQ};
.PARAM FREQREF={2*FREQ};
.PARAM NUM=8;
.PARAM FRQC ={NUM * FREQ REF};
.PARAM PER ={1/FREQC};

.PARAM VHI =10V VLO=2V;
.PARAM VDC={VHI/2+VLO/2};
.PARAM VMAX={VHI/2-VLO/2};
.PARAM DEL =-90DEG;
.PARAM CAPT=0.1UF;
.PARAM RAT ={VCC/(VCC-VHI)};
.PARAM RT={1/(FREQC*CAPT*log (RAT))};
* PARAMETERS of the power circuit (các thông số của
mạch công suất).
.PARAM VS=100V;
.PARAM RLOAD=2ohms;
* DRIVER SUBCIRCIT Fig W 9.2.1A.
.SUBCKT SPWM 555 DRV 40 41 44
* SOURCES
VST 48 40 DC {VCC}
VC 42 40 PULSE({VCC} 0 10NS {TR} {TF} {TON}
{PER}; carrier.
VREF 45 40 SIN ({VDC} {VMAX} {FREQ REF} 0 0
{DEL}
VG 49 40 PULSE (0 1 0 {TR} {TF} {PERIOD/2 –
2*TR} {PERIOD}
* VG direct the gate signals to the swithches SW
1
and
SW
2
.
EG1 41 40 VALUE ={V (49,40)* V(43,40)};
EG2 44 40 VALUE={(1-V(49,40))* V(43,40)};
* CIRCUIT ELEMENTS

R3 43 40 1EÏ;
R 48 46 {RT};
C 46 40 {CAPT};
RG 49 40 1E5;
X TIMER 40 42 43 48 45 46 46 48 555D; calls 555
timer.
. ENDS SPWM_555_DRV
.LIB EVAL.LIB
* SOURCES OF THE POWER CIRCUIT.
VS1 11 0 DC {VS}
VS2 0 22 DC {VS}
* LOADS
RL 10 0 {RLOAD}
RG1 1 0 1E5;
RG2 2 0 1E5
* SUBCIRCUIT for IGBT model. Voltage controlled
switch.
. SUBCKT IG_ IDEAL 11 10 1 32;
SW 11 10 1 32 MUSIG
. MODEL MUSIG VSWITCH (RON=1E-3 ROFF=E6
VON=10 VOFF=1E-3)
. ENDS IG_IDEAL
* CALLS for the two switches and the driver from the
subcircuit.
X SW1 11 10 1 0 IG_IDEAL
X SW2 10 22 2 0 IG_IDEAL
X Driver 0 1 2 SPWM_ 555_ DRV
* ANALYSIS
. FOOR 50HZ 15 V(10)
. PROBE V(1) V(2) V(10);

. TRAN 50US 20MS UIC
.END.
Cách giải:
Chúng ta có thể dùng bộ điều khiển độ rộng xung bằng
số để kích các công tắc của mạch công suất trong vd 921
một số giao tiếp analog sẽ được dùng đến.
 Cách giải được thực hiện gồm bốn bước như sau.
Bước 1: Từ cấu hình PSPICE ta vẽ lên hình 9.2.1a.
Bước 2: Tên file trong mạch W9.2.1.CIR có thể được vẽ
ra bằng cách dùng cấu hình 9.2.1a.
 Các giá trò được cho trong bộ đònh thời 555 là c=0.1uf
CAPT giá trò lớn nhất VS=10V VHI( cho độ rộng xung
lớn nhất và một tần số sóng mang f
C
=800Hz
= {(FREQC} giá trò điện trở R RT được cho trong đẳng
thức là.
RT= {1/(FREQC * CAPT *log (VCC/(VCC-VHI)))}
Tần số ra f của bộ nghòch lưu là 50 Hz vì vậy tín hiệu
chuẩn dạng sin có tần số chuẩn f=2f=100Hz. Không có
giá trò nào được cho về biên độ của tín hiệu chuẩn vì
vậy ta phải lựa chọn. Nguồn cung cấp cho bộ đònh thời
là V
CC
=12V. Giá trò nhỏ nhất của tín hiệu chuẩn sẽ lớn
hơn Zero (giả sử 2V). Giá trò lớn nhất tín hiệu chuẩn thì
nhỏ hơn V
CC
(giả sử 10V) để độ rộng xung sóng mang
tại ngõ vào của bộ đònh thời khoảng 10us.

Các tín hiệu cổng tới SW
1
phải được cho phép chỉ ở nửa
đầu chu kỳ của bộ nghòch lưu. Nguồn phụ thuộc FG
2
sẽ
được sử dụng.
Bước 3: mô phỏng PSPICE có thể chạy với file W9.2.1.
CIR trong bộ nghòch lưu SPWM.
Bùc 4: Dùng que đo, đồ thò sẽ được vẽ cho điện áp
cổng của công tắc SW
1
, SW
2
và cho điện áp tải trong 1
chu kỳ (20ms). Các đường chỉ trong hình W.921b. Trục
Y đánh dấu thực hiện bằng cách kích liên tục trục Y (Y
axis) trên menu chính. Sau đó kích vào chang=title,
đánh vào title và Enter.
 Phổ tần Fourie của dạng sóng điện áp tải được vẽ trong
hình 9.2.1C. Đồ thò có được bằng cách kích vào (X-axis)
trong menu chính của PROBE sau đó từ dấu nháy kích
vào Fourie trên menu. Kích vào X-axis cho phép chúng
ta set-scal. Sau đó đánh vào 0.2Khz và Enter. Thoát
khỏi menu chính và thêm vào điện áp tải V(10) như là
đồ thò mới. Đồ thò phổ gắn liền biên độ của mỗi sóng hài
xuất hiện trên màn hình.
Phần a. Từ đồ thò điện áp tải, giá trò hiệu dụng RMS có
được là VRMS=67,67V.
Phần b. Công suất trung bình tiêu thụ bởi tải

p=V
2
/RMS=67,67
2
/2=2,29KW.
Phần c. Từ kết quả phân tích Fourie trong W9.2.1.OUT
các biến dạng của sóng hài là TDH=48,58%.
 Bộ điều khiển 555 giao tiếp với bộ nghòch lưu (SPWM)
một ph đã được vẽ ra trong mạch con của file này. Để
truy cập dễ dàng mạch con này sẽ được đặt tên là
SPWM – 555- DRV và được ghi vào DRIVER.LIB