Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi chỉnh lưu tích cực (nghịch lưu 1 pha chế độ nối lưới)

Bài tập lớn
Điều khiển điện tử công suất
Thiết kế mạch vịng điều chỉnh cho
bộ biến đổi chỉnh lưu tích cực
( nghịch lưu 1 pha chế độ nối lưới )
Nhóm 18:

Power Electronics Laboratory


Nội dung

10/6/21

1

u cầu thiết kế

2

Mơ hình hóa bộ biến đổi

3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh

4

Kết quả mơ phỏng

5

Kết luận

PELAB - HUST

2


1

10/6/21

Yêu cầu thiết kế

Nguồn ( Lưới điện )

220V / 50Hz

Cuộn cảm lọc

L = 0.5mH, rL = 0.1 ohms

Tần số đóng cắt van

5 kHz

Vo

400V DC

Công suất

2KVA

Tụ lọc DC

2200uF

3


2

Mơ hình hóa bộ biến đổi

Hình 2.1. Mơ hình tương đương bộ biến đổi
Hệ phương trình khơng gian trạng thái của bộ biến đổi:

Tại điểm xác lập, cho hai đạo hàm trên bằng không
=>

10/6/21

4


2

Mơ hình hóa bộ biến đổi
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc cân bằng, ta thu được

Trong đó,
là sự thay đổi nhỏ của dòng tải khi điện trở
tải thay đổi.
Giả thiết điện áp trên tụ thay đổi chậm hơn nhiều so với dịng điện,
như vậy ở phương trình đầu, ta có thể coi như , số hạng cuối cùng
bên vế phải chứa thành phần với tần số thấp, coi như là nhiễu đối
với , nhiễu thay đổi chậm có thể dễ dàng loại bỏ dễ dàng nhờ vào
mạch vòng dịng điện tác động nhanh. Ngồi ra, nhiễu điện áp lưới
bị loại bỏ ảnh hưởng đến mạch vòng dòng điện nhờ các mắt lọc
trong bộ điều chỉnh dòng điện kiểu cộng hưởng.
10/6/21

5


2

Mơ hình hóa bộ biến đổi
Khi đó, hàm truyền mạch vịng dịng điện có dạng đơn giản như sau:

Khi đó, đối tượng bộ điều chỉnh điện áp có dạng:

10/6/21

6


3

10/6/21

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh

7


3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh
A. Tính tốn tham số bộ PR điều chỉnh dòng điện
 Chọn =
 Chọn tần số cắt

=> Chọn = 500 Hz

 Hàm truyền hệ hở :
 Tại tần số cắt

(j = (s).(s)

= 1 => =1

 Chọn độ dữ trữ pha mong muốn PM = => = PM 
 Đặt


10/6/21

,

,

8


3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh
A. Tính tốn tham số bộ PR
 Thông qua lệnh
[mag, phase] = bode( Gmi, 2*pi*500
) ta tìm được biên độ và pha của đối
tượng tại tần số 500Hz

 Thông qua việc sử dụng các lệnh
ở trên Matlab với các số ở trên, ta
rút được thông số bộ điều chỉnh
PR

 = 0,0339; = 61.7416

10/6/21

wc = 500*2*pi;
[mag,phase] = bode(Gmi,wc);
t1 = tan( (60 - 180 phase)*pi/180 )*(w1^2 - wc^2)/wc;
t2 = sqrt(t1^2*wc^2 + (w1^2 wc^2)^2)/(-w1^2 + wc^2);
Kpr = 1/mag/t2
Kir = t1*Kpi

num = [Kpr Kir Kpr*w1*w1];
den = [1 0 w1^2];
Gpr = tf(num,den);
%Ham truyen cua bo bien doi
Gol_pr_mi = Gpr*Gmi;
bode(Gol_pr_mi)

9


3

10/6/21

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh

10


3

10/6/21

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh

11


3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh
B. Tính tốn tham số bộ PI điều chỉnh điện áp
 Chọn đối tượng bộ điều khiển =
 Bộ điều khiển PI tương ứng là
 Hằng số thời gian tích phân , khi đó hàm truyền kín mạch vịng dịng điện
được xác định như sau:

 Hệ số

10/6/21

,

12


3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh
B. Tính tốn tham số bộ PI điều chỉnh điện áp

 Hằng số thời gian của mạch vòng
dòng điện nhanh hơn 10 lần mạch
vòng điện áp, tương đương:

 Thông qua sử dụng các lệnh trên
matlab, m-file; Ta tìm được thơng
số bộ điều khiển PI như sau:

%hàm truyen bo bien doi PI

+ doi tuong dieu khiển
To = 0.02;
% To = 10.Ts = 10*1/500 =
0.02(s)
Re=(Voe^2)/P;
Tiv = Re*C;
Kpv = C/(To*me)

 = 0,1419 ; = 0,8065

10/6/21

Kiv = Kpv/Tiv

13


3

Thiết kế mạch vịng điều chỉnh
B. Tính tốn tham số bộ PI điều chỉnh điện áp

10/6/21

14


3

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh

C. Phương pháp điều chế đơn cực
 Phương pháp điều chế đơn cực sử dụng hai tín hiệu điều khiển m, -m ; so
sánh với chuỗi xung răng cưa để tạo tín hiệu điều khiển hai cặp van S1, S3
 Các van còn lại được điều khiển phụ thuộc vào hai van S1, S3. Cụ thể: tín
hiệu điều khiển của van S4 là phủ định của tín hiệu điều khiển S1, tín hiệu
điều khiển của van S2 là phủ định của tín hiệu điều khiển S2

10/6/21

15


3

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh
C. Phương pháp điều chế đơn cực
 Phương pháp điều chế đơn cực sử dụng hai tín hiệu điều khiển m, -m ; so
sánh với chuỗi xung răng cưa để tạo tín hiệu điều khiển hai cặp van S1, S3

10/6/21

16


3

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh
D. Sơ đồ mạch lực

10/6/21

17


3

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh
D. Cấu trúc điều khiển

10/6/21

18


4

Kết quả mô phỏng

 Mô phỏng kiểm nghiệm kết quả
 Sơ đồ hệ thống mô phỏng trên Simulink

10/6/21

19


4

Kết quả mơ phỏng
M-file

• %tham so mach chinh luu tich
cuc mot pha
• P=2000;
• Voe=400;
• L=5e-3;
• C=2200e-6;
• rL=0.1;
• Re=(Voe^2)/P;
• Ts=1/5000;
• fs = 1/Ts;
• w1 = 2*pi*50;%Tan so co ban
50Hz
• vs=310;
dien ap luoi

% Gia tri dinh

• me=vs/Voe;
xac lap

%Diem lam viec

• %ham truyen bo bien doi dong dien
• num = [0 Voe];
• den = [L rL];
• Gmi = tf(num,den);
• %ham truyen bo PR
• wc = 500*2*pi;
• [mag,phase] = bode(Gmi,wc);

• t1 = tan( (60 - 180 phase)*pi/180 )*(w1^2 - wc^2)/wc;
• t2 = sqrt(t1^2*wc^2 + (w1^2 wc^2)^2)/(-w1^2 + wc^2);
• Kpr = 1/mag/t2
• Kir = t1*Kpr
• num = [Kpr Kir Kpr*w1*w1];
• den = [1 0 w1^2];
• Gpr = tf(num,den);
• %ham truyen cua PR va doi tuong
• Gol_pr_mi = Gpr*Gmi;
• bode(Gol_pr_mi); grid on
20


4

Kết quả mơ phỏng
M-file
• %ham truyen cua doi tuong dieu
khien ( dieu chinh dien ap )

• Kpr =

0.0339

• Kir =

61.7416

• Kpv =

0.1419

• Kiv =

0.8065

• num = [0 Re*me];
• den = [C*Re 1];
• Giv = tf(num,den);
• %hàm truyen bo bien doi PI +
doi tuong
• To = 0.02;% To = 10 Ts =
10*1/5000 = 0.02
• Tiv = Re*C;
• Kpv = C/(To*me)
• Kiv = Kpv/Tiv
• num = [Kpv Kiv];
• den = [1 0]

;

• Gpi = tf(num,den);
• Gol_pi_iv = Gpi*Giv ;

21


4

Kết quả mơ phỏng

Dịng điện đầu ra mạch nghịch lưu
22


4

Kết quả mơ phỏng

Dạng dịng điện bơm lên lưới
23


4

Kết quả mơ phỏng

Đập mạch dịng điện khoảng 15%
24


4

Kết quả mơ phỏng

Đặc tính điện áp lưới và dịng điện đầu ra bộ nghịch lưu
25