Thiết kế bộ điều khiển nghịch lưu một pha độc lập

Thiết kế bộ điều khiển nghịch lưu một pha độc lập

Hà Nội, tháng 12 năm 2020


YÊU CẦU BÀI TOÁN

Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha độc lập với tham số thiết kế như sau:

Điện áp đầu ra: 220V AC, tần số 50Hz
Công suất: 2KVA

2


Mục lục

I.

Cơ sở lý thuyết.

II.

Tính tốn mạch lực.

III.

Thiết kế điều khiển.

IV.

Mô phỏng.

V.

Kết luận.

3


I. Cơ sở lý thuyết.

Sơ đồ mạch nghịch lưu độc lập một pha

Nghịch lưu nguồn áp một pha gồm có 4 van bán dẫn điều khiển

 Giá trị trung bình điện áp đầu ra của mạch nghịch lưu

toàn thời gian bằng Mosfet, IGBT,… được ghép nối theo kiểu cầu
H

 

4


I. Cơ sở lý thuyết.

Điều chế động rộng xung cho bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp một pha

Chọn phương án điều chế đơn cực để có chất lượng sóng hài tốt hơn.

5


I. Cơ sở lý thuyết.

Dạng sóng điện áp theo điều chế đơn cực

6


II. Tính tốn mạch lực.
u
•   cầu bài tốn:

- Điện áp đầu ra: 220V AC, tần số 50Hz
- Công suất: 2KVA
Tính

• (m là hệ số điều chế)
• Để dự phịng điện áp một chiều thay đổi ta chọn
• Dự phịng sụt áp trên cuộn cảm lọc 10% điện áp ra nên:

.327.5360 (V)

7


II. Tính toan mạch lực.

•

  điện sóng cơ bản trên tải:
Dịng

Dịng điện an tồn qua van là:

Chọn hệ số dự trữ dịng điện là k=3,2:

Chọn hệ số an tồn cho điện áp k=1,5:

8


II. Tính tốn mạch lực.

Thiết kế mạch lọc LC
Chọn thơng số cho L, C và tần số cắt của mạch lọc LC

-

Theo tham khảo thì nên chọn tỷ lệ tần số xung và tần số cộng hưởng là k >=15.

-

Hệ số alpha = 0.07.

9

III. Thiết kế điều khiển.

Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp một pha trong chế độ làm việc độc lập (Curren mode)

10


III. Thiết kế điều khiển.

a, Mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

Sơ đồ mạch thay thế

Hàm truyền đạt giữa điện áp và dòng điện đầu ra NL

11


III. Thiết kế điều khiển.

Mơ hình tốn học khâu PWM

Mơ tả tốn học mạch vịng dịng điện

=> Mối quan hệ giữa dòng ra với dòng điện đặt và điện áp ra

12


III. Thiết kế điều khiển.

•

Thiết kế bộ điều khiển PR cho mạch vòng dòng điện

13


III. Thiết kế điều khiển.
Xác
•   định tham số BĐK:

• Bước 1: Cho Ki = 0, ta có

(jω)

Với băng thơng đã xác định như trên, hệ số Kp được xác định như sau để có hệ số suy giảm biên độ -3dB hay

• Bước 2: Tính tốn giá trị Ki :
.)

14


III. Thiết kế điều khiển.

•   đó băng thơng ban đầu.
Trong
băng thơng kết thúc
(ảnh hưởng bởi thành phần tích phân thêm vào)
Ta chọn: = 500.2 = 3140 (rad/s);

= 550.2 = 3454 (rad/s)

Ta có bộ thơng số () Ki

;

15


III. Thiết kế điều khiển.

b, Mạch vịng điện áp

Mơ tả mạch vịng điện áp
Hàm truyền kín mạch vịng điện áp:

Thay s = jw ta có:

16


III. Thiết kế điều khiển.

• 
• =C
•=)

Thực hiện thiết kế tương tự cho bộ điều chỉnh PR ở mạch vòng dòng điện ta có:

Trong đó băng thơng ban đầu.

băng thơng kết thúc
(ảnh hưởng bởi thành phần tích phân thêm vào)
Ta chọn: = 350.2 = 2198 (rad/s);
= 400.2 = 2512 (rad/s)

Ta có bộ thông số ()

17


IV. Mô phỏng.

18


IV. Mơ phỏng.

Thơng số mơ phỏng

R

•R
• 5Ω

24 Ω

L

0.0051 H

C

4.4820e-05 F

Bộ điều khiển dòng điện

Kp

16.0083

Ki

4.9934e+03

Bộ điều khiển điện áp

Kp

0.0985

Ki

30.9087

19


IV. Mô phỏng.

Điện áp ra tải

20


IV. Mô phỏng.

Điện áp đầu ra nghịch lưu

21


IV. Mơ phỏng.

Dịng điện tải

22


IV. Mơ phỏng

• Khi tải thay đổi tại t = 0.1s:

23


V. Kết luận.

• Điện áp ra ổn định bám giá trị đặt 220V sau gần 2 chu kì điện áp lưới.
• Dạng điện áp đầu ra khơng phụ thuộc vào giá trị tải.
 nghịch lưu nguồn áp thích hợp với lớp rộng rãi các phụ tải.

24


THE END

25