hãy tính toán sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha dạng cầu h điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (điều chế lưỡng cực)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 19 trang )
DC-AC converter
Nhóm 8
• Giảng viên hướng dẫn:Vũ Hồng Phương
• Sinh viên thực hiện:-Nguyễn Văn Hiếu-20173866
•
-Thái Xuân Bền-20173664
Nội dung
1. Đề bài
2. Sơ đồ mạch lực và dạng sóng điện áp/dịng điện
3. Tính tốn và chuẩn hóa các giá trị mạch lực
4. Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM bằng phần mềm PSIM
5. Kết luận.
1.ĐỀ BÀI: Hãy tính tốn sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha dạng cầu H điều khiển theo phương pháp
điều chế độ rộng xung PWM (điều chế lưỡng cực) với các thông số sau:
e) Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo = 220 VAC và tần số sóng cơ bản f1 = 50 Hz
f) Cơng suất đầu ra Po = 1000 W, hệ số công suất của tải trở cảm cos = 0,85.
g) Tần số đóng cắt của PWM fs = 5 kHz.
h) Dự phịng điện áp một chiều cung cấp UDC có thể dao động trong phạm vi +/- 10%. Cho phép sụt áp tại
tần số sóng cơ bản trên cuộn cảm của mạch lọc LC không lớn hơn 10% điện áp đầu ra định mức Uo. Hãy xác định:
• 9 Điện áp một chiều u cầu: UDC (V).
•
10 Tính tốn biên độ dịng đầu ra u cầu: Iom (A).
•
11 Tính tốn dịng trung bình qua van và điơt: Iv, Id (A).
•
12 Xác định dịng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và điơt.
•
13 Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điơt.
•
14 Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs
•
15 Tính tốn giá trị tụ lọc C phía một chiều để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC
•
16 Kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Matlab, Plecs hoặc PSIM.
2.Sơ đồ mạch lực và dạng song điện áp/dòng điện
Sơ đồ mạch lực:
id
V1
D1
in
E
D3
V3
V1,V2,V3,V4 là 4 van IGBT nối
theo kiểu cầu H.
Zt
D1,D2,D3,D4 là các điôt ngược.
C
D4
V4
D2
V2
Điều chế PWM ( lưỡng cực)
3. Tính tốn các thơng số cho NLNA theo phương pháp điều chế
độ rộng xung PWM
1. Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V).
Uom 220 2 311(V )
•
Với PWM trong dải làm việc tuyến tính, 1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có thể
đạt lớn nhất là UDC, khi tần số đóng cắt fs coi là vơ cùng lớn. Để dự phịng điện áp
một chiều thay đổi trong phạm vi +/-10% cần chọn max = 0,9.
•
Vậy: UDC = Uom/0,9 = 311/0,9 = 346 V.
•
Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Dự phịng sụt áp trên
cuộn cảm của mạch lọc LC cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn
UDC = 1,1.346 = 380 V.
2. Tính tốn biên dộ dịng đầu ra u cầu: Iom (A).
Cơng suất tồn phần của tải So = Po/ cos = 1000/0,85 = 1176 (VA)
•
• Dịng tải u cầu: Io = So/Uo = 1176/220 = 5,35 (A).
• Biên độ của dòng tải Iom = Io.sqrt(2) = 5,35*1,4142 = 7,58 (A).
3. Tính tốn dịng trung bình qua van và điơt: Iv, ID (A).
•
Dịng trung bình qua van :
1
1 cos
1 0.85
IV
I
sin
d
I
=
7.56 2.23 A
om
om
2
2
2
•
Dịng trung bình qua Diot :
1
1 cos
=
ID
I
sin
d
I om
om
2 0
2
1 0.85
7.56 0.22 A
2
3. Xác định giá trị điện cảm Ls
• Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%Uo.(Đối với công suất nhỏ).
ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.220 = 22(V) XLs = 22/5,35 = 4,11215()
Ls = 13 (mH);
4. Xác định dịng đỉnh lớn nhất qua van và điơt.
•
Dịng tải thể hiện chính là giá trị dịng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi chu kỳ cắt mẫu.
Vì vậy chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của dịng Io(t).
•
Bỏ qua ảnh hưởng của Rs đối với độ đập mạch dịng tải, ta có:
•
Trong NLNA PWM U o,max 2U DC . Dịng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ số lấp đầy
xung (Duty ratio) là d = 0,5. Do đó:
I o ,max
Ls
dio t
uo t
dt
4
380.2.10
Ts U o ,max
U DCTs / 2 Ls
2,923 A
3
4
Ls
2.13.10
=> Imax=7,58+2,923=10,5A
So với biên độ dịng điện thì độ đập mạch bằng I0 100% = 2,923,/7,56= 39 %.Giá trị này hơi
cao,nguyên nhân là do tần số đóng cắt fs chưa đủ lớn.
5. Điện áp ngược lớn nhất qua van IGBT và điơt.
Xét thời điểm van V1 và D2 khóa, V2 và D1 mở:
Cực anode của D2 nối với cực âm của UDC cịn cực cathode của
D2 do nối với D1 thơng nên nối với cực dương của UDC. Do đó
điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là Unguoc=UDC=380V
6.Tính tốn tụ C của mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt của mạch lọc fLC = 0,1. fs
LC 0,1.s 0,1.2 .5000 3142(rad / s)
LC
1
1
1
C
7,8( F )
2
3
2
L. LC 13.10 .3142
LC
Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng
của tải.
•
Cơng suất phản kháng của tải
QL S 02 P02 11762 10002 619(var)
•
Nếu bù bằng tụ C thì phải có QC = QL
U C2
Q
619
QC
CU C2 C C 2
40,7( F )
2
XC
U C 2 .50.220
So với giá trị tụ C tính ở trên ta thấy rằng có thể chọn tụ C=41 F là phù hợp.
7. Tính tốn giá trị tụ lọc C phía một chiều .
•
Tụ C trong mạch một chiều dóng vai trị là tụ lọc của mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng
vai trị tiếp nhận cơng suất phản kháng từ mạch nghịch lưu do các điôt ngược đưa về. Vậy
giá trị của tụ là giá trị nào cần lớn hơn.
•
Trường hợp nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng khi tải thuần
cảm, điện áp điều chế qua khơng), khi đó:
t
t x Ts / 2; I C I o ,max
U C x I C
C
•
Để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC . Ta có:
I C
7,56
C
40( F )
2 f s .U DC 2.5000.0,05.380
4.Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM bằng phần mềm PSIM
o Sơ đồ mạch mô phỏng
Dạng sóng điện áp điều chế PWM ( với fs=5000)
Dạng sóng điện áp điều chế PWM ( với fs=300)
Điện áp ra
Cho fs=300 cho dễ quan sát
Điện áp tải
Tính tốn biên dộ dịng đầu ra u cầu: Iom (A).
•
Cơng suất tồn phần của tải So = Po/ cos = 1000/0,85 = 1176 (VA)
• Dịng tải u cầu: Io = So/Uo = 1176/220 = 5,35 (A).
• Biên độ của dòng tải Iom = Io.sqrt(2) = 5,35*1,4142 = 7,58 (A).
Dòng tải
Dịng trung bình qua van: I=2,23A
Dịng trung bình qua diode: I=0,22A
Dòng đỉnh qua van:
I o ,max
380.2.10 4
Ts U o ,max
U DCTs / 2 Ls
2,923 A
3
4
Ls
2.13.10
=> Imax=7,58+2,923=10,5A
5.Kết luận
Ta thấy kết quả tính tốn xấp xỉ với mơ phỏng.Có sự sai khác do :
•
Tính tốn với dự phịng điện áp một chiều cung cấp UDC có thể dao động trong phạm
vi +/- 10% nhưng khi mô phỏng là lý tưởng nên điện áp ra có biên độ lớn hơn so với
tính tốn .
•
Làm trịn trong q trình tính tốn.
Cần chọn tần số fs phù hợp với công suất đầu ra yêu cầu để đảm bảo độ đập mạch
dòng ra trong phạm vi cho phép.
