Thiết kế hệ thống chỉnh lưu tích cực 1 pha

Điều khiển điện tử công suất

Đề bài: Thiết kế hệ thống chỉnh lưu
tích cực 1 pha

Nhóm 19


Chỉnh lưu tích cực một pha

10/6/21

1

Mơ hình hóa

2

Phương pháp điều chế lưỡng cực

3

Cấu trúc điều khiển

4

Tính tốn bộ điều khiển

5

Mơ phỏng và kết luận

Nhóm 19

2


1

Mơ hình hóa
1.1 u cầu thiết kế

10/6/21

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

Cơng suất

2KVA

Tụ lọc DC

2200uF

Nhóm 19

3


1

Mơ hình hóa
1.2 Giới thiệu bộ chỉnh lưu tích cực 1 pha

 Xây dựng dựa trên bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha
 Đầu ra phía xoay chiều có kết nối với nguồn lưới e thông qua
cuộn cảm L
 Điện áp phía xoay chiều được chỉnh lưu thơng qua cầu Diode tạo
ra nguồn 1 chiều
 Điện áp phía một chiều cũng có thể trả ngược lại phía xoay chiều
thơng qua mạch van IGBT .

10/6/21

Nhóm 19

4

1

Mơ hình hóa

1.3 Mơ hình hóa đối tượng

 

 Ta có hệ phương trình khơng gian trạng thái mơ tả bộ biến đổi:
L=e-mC=m(Với R là tải tương ứng với nguồn dòng)

 Cho đạo hàm hai vế bằng khơng ta tính được biên độ hệ số điều chế ở xác lập:
 
 Sử dụng mơ hình các tín hiệu nhỏ, bỏ qua các tích của 2 tín hiệu nhỏ sau đó Laplace hệ phương trình ta được :

 

(Ls + ) (s) = e(s) + (s) + m(s)
(s)

10/6/21

= (s) + m(s)

Nhóm 19

5

1

Mơ hình hóa
1.3 Mơ hình hóa đối tượng

 Khi đó, hàm truyền mạch vịng dịng điện có dạng đơn giản như sau:
 
= (s) = 0 )

= =

( với m(s) = 0 )

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

10/6/21

Nhóm 19

6


2

Phương pháp điều chế lưỡng cực
Click to edit Master subtitle style

Hình 2.1: Dạng sóng điện áp theo điều chế lưỡng cực

+Chỉ dùng 1 tín hiệu điều khiển m để ĐK hai cặp van S1/S4 và S3/S2
 Nhược điểm : chất lượng sóng hài kém hơn phương pháp điều khiển đơn cực.

 Ưu điểm : Yêu cầu mạch điều khiển dễ hơn

10/6/21

Nhóm 19

7


3

Cấu trúc điều khiển

Hình 3.1: Cấu trúc điều khiển

 Điều chế lưỡng cực
 Vịng trong điều khiển dịng điện phía xoay chiều nhờ bộ điều khiển cộng hưởng PR .
 Vịng ngồi điểu khiển điện áp phía DC

10/6/21

Nhóm 19

8


4

Tính tốn bộ điều khiển
4.1 Bộ điều khiển dịng điện :
 

•

Cấu trúc bộ điều khiển PR :
(s)=+.

•

Tính tốn tham số cho bộ điều khiển này:
|(jw)|=

(jw)=arctan[

10/6/21

Nhóm 19

9


4

Tính tốn bộ điều khiển
4.1 Bộ điều khiển dịng điện
 

•

Tại tần số cắt (10. fh ≤ fc ≤ 0.1 fs) ta có :

|(j)|≈ ≈

. Đặt arctan[=
Mà =PM-[(j)+ 180◦] với PM là dự trữ pha mong muốn

=

10/6/21

Nhóm 19

10


4

Tính tốn bộ điều khiển
4.1 Bộ điều khiển dịng điện :
 Tìm tham số bộ điều khiển trên Matlab :

Ta tính được :
Kpr = 0,0320
Kir = 70,6915

10/6/21

Nhóm 19

11


4

Tính tốn bộ điều khiển

Đồ thị bode bộ điều khiển : Biên độ đã được khuếch đại tại tần số cộng hưởng cơ bản (50hz)

10/6/21

Nhóm 19

12


5

Tính tốn bộ điều khiển

5.2 Bộ điều khiển 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:

 

 

 

10/6/21

 

 

Nhóm 19

13


5

Tính tốn bộ điều khiển
5.2 Bộ điều khiển điện áp :

  Hằng số thời gian của mạch vòng dòng điện nhanh hơn 10 lần

mạch vịng điện áp, nên ta có:


 

 Ta tìm được thơng số bộ điều khiển PI như sau:

= 0.5677; = 3.2258

10/6/21

Nhóm 19

14


5

10/6/21

Mơ phỏng và kết luận

Nhóm 19

15


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.1: Cấu trúc điều khiển

10/6/21

Nhóm 19

16


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.2: Sơ đồ mạch lực

10/6/21

Nhóm 19

17


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.3: Khối tạo xung PWM theo phương pháp lưỡng cực

10/6/21

Nhóm 19

18

5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.4: Điện áp một chiều đầu ra

10/6/21

Nhóm 19

19


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.5: Điện áp lưới và điện áp đầu ra

10/6/21

Nhóm 19

20


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.6: Dịng điện và điện áp lưới

10/6/21

Nhóm 19

21


5

Mơ phỏng và kết luận

Hình 5.7 Độ méo sóng hài của dịng điện lưới

10/6/21

Nhóm 19

22


5

Mơ phỏng và kết luận

 Bài trình bày đã đưa ra cách mơ hình hóa bộ biến đổi chỉnh lưu tích cực 1 pha, từ đó thiết kế cấu trúc điều khiển
với 2 mạch vịng điều chỉnh, có nhiệm vụ điều khiển điện áp trên tụ điện và dòng điện trên cuộn dây.
 Kết quả mơ phỏng chứng minh tính đúng đắn của cấu trúc điều khiển. Tuy nhiên cần cải thiện bộ điều khiển để

chất lượng hệ thống tốt hơn.

10/6/21

Nhóm 19

23


Trân trọng cảm ơn!

Power Electronics
Laboratory
Nhóm 19