Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha độc lập điều khiển theo chế độ dòng điện (current mode)

BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ BÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU MỘT PHA ĐỘC LẬP
ĐIỀU KHIỂN THEO CHẾ ĐỘ DÒNG ĐIỆN
(CURRENT MODE)


NỘI DUNG

1. Yêu cầu bài toán
2. Cơ sở lý thuyết
3. Mơ hình hóa
4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thông số mạch lực
5. Mô phỏng và kết luận

1


1. YÊU CẦU BÀI TOÁN

Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu 1 pha
độc lập điều khiển theo chế độ dịng điện
Current Mode
Nội dung thiết kế : Mơ hình hóa, Cấu trúc
điều khiển và cách thức tính tốn bộ điều chỉnh
dòng điện và điện áp.
Tham số thiết kế : Điện áp ra 220V/50Hz,
Công suất 2kVA, tần số phát xung 5kHz.
Mô phỏng cấu trúc điều khiển :
* Tải đầu ra thay đổi
* Nhận xét kết quả mô phỏng.

2


2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
S1,S4 = on ; S2,23 = off
SƠ ĐỒ MẠCH NGHỊCH LƯU MỘT PHA ĐỘC LẬP

BAT

S2,S3 = on ; S1,S4 = off

3


2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mơ tả tốn học nghịch lưu nguồn áp một pha

• Điện áp ra giữa pha b và trung tính N :
(15) (= 1 hoặc = -1)
• Điện áp đầu ra nghịch lưu :
(16)

• Giá trị trung bình điện áp ra nghịch lưu :
(17)
Hình 2.2. Mơ hình nghịch lưu nguồn áp 1
pha được mơ tả bởi khóa chuyển mạch

10/7/21

Với : -1 <= m <= 1

4


2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp điều chế

Điều chế lưỡng cực
5


3.Mơ hình hóa
CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA
CHẾ ĐỘ DÒNG ĐIỆN( CURRENT MODE)

6


3. Mơ hình hóa

MƠ HÌNH TỐN HỌC MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN
TRÊN MIỀN TOÁN TỬ LAPLACE

(1)

Hàm truyền:

Để triệt tiêu sai lệch tĩnh và khử nhiễu thì

=0, bộ điều chỉnh Gc(s) phải thỏa mãn điều kiện: G  s 
c

7

s  j1

�


3.Mơ hình hóa

MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP ĐỘC LẬP:

(2)

R: tải quy đổi tương đương
QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP RA TẢI VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CUỘN DÂY:

(3)

ui

8


3. Mơ hình hóa

MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP ĐỘC LẬP:

R: tải quy đổi tương đương
QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN TRÊN CUỘN DÂY VÀ HỆ SỐ ĐIỀU CHẾ:

(4)

9


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
BỘ ĐIỀU KHIỂN PR:
- Bộ cộng hưởng PR xuất phát từ hàm truyền đạt trong hệ tọa độ tĩnh của bộ điều khiển PI như
sau :

- Hàm truyền bộ PI nếu được thực hiện trong hệ tọa độ đồng bộ cho chuỗi
thành phần thứ tự nghịch (thuận) có thể thu được bằng cách thay thế s = s ± jh . Ta được 2 biểu
thức :

- Xếp chồng 2 thành phần thứ tự thuận và ngược ở trên ta thu được bộ cộng hưởng PR :

10


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
BỘ ĐIỀU KHIỂN PR:
(5)
Tính tốn tham số bộ điều khiển:

Nếu fc (fc ≤ 0.1fs) lớn hơn nhiều so với tần
số mắt cộng hưởng, từ đồ thị bode ta có:

(6)
với

(7)
11


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
Yêu cầu bài toán
- Điện áp ra Ut = 220V, tần số f= 50Hz
- Công suất S= 2kVA .
- Tần số phát xung fs= 5kHz
Tính
= m ( m là hệ số điều chế)
Ta chọn
=> = = =345,7 (V)
Dự phòng sụt áp trên cuộn cảm lọc 10% điện áp ra nên:
= 1,1.345,7 = 380,3 (V)
Chọn = 380 (V)
 Tính tốn tải :
Chọn hệ số cơng suất là,
12


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
TÍNH MẠCH LỌC LC
Xác định giá trị điện cảm
Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10% (đối với công suất nhỏ)
= = 0,10. = 22 (V) → = = (S(Ω)
→ = 7,7(mH)

Độ đập mạch của dòng tải bằng : ∆ = = =2.47(A)
So với biên độ dịng điện thì độ đập mạch bằng
%
Chọn tần số cắt của mạch lọc LC sao cho :
Chọn =330 Hz
Vậy:

13

= << =


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
TÍNH TỐN THƠNG SỐ HAI BỘ PR:
Ta có :
(8)
Để hệ hở có tần số cắt tại thì :
=1

(9)

Do

14


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
Để độ dữ trữ ổn định và fc ≤0.1fs thì
(11)
Kết hợp với cơng thức (7), ta có

(12)
a. Với mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
Chọn PM = 55
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(,2*pi*fc) thì sẽ thu được :

15


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực

Ta có thể thấy hệ ổn định nhưng có
độ dự trữ pha âm .
Cách khắc phục là tăng tần số phát
xung lên 23kHz.

Khi đó, ta có thơng số mới của bộ điều
khiển PR cho mạch vòng dòng điện là:
tại PM= tại fc=2.3kHz

16


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
b. Với mạch vòng điều chỉnh điện áp.
Ta có do mạch vịng điện áp tác dụng chậm hơn mạch
vòng dòng điện, nên tần số cắt của mạch vòng điện áp
cũng nhỏ hơn so với mạch vòng dòng điện.Làm tương tự
mạch vịng dịng điện ta có:
Chọn PM=550Hz, sử dụng lệnh
[mag,phase]=bode(,2*pi*fc), ta có:

17


4. Thiết kế điều khiển và tính tốn các thơng số mạch lực
Đồ thị bode của
hàm truyền hở
Ghu sau khi có
bộ điều chỉnh
(PM= 55)

18


3. TÍNH TỐN THƠNG SỐ

Đồ thị bode của
hàm truyền hở
Ghi sau khi có
bộ điều chỉnh
(PM= 55)

19


4. MÔ PHỎNG

m.file

20

4. MƠ PHỎNG

Mơ hình mơ phỏng :

21


4. MÔ PHỎNG

Mạch lực :

22


4. MÔ PHỎNG

Khối PR I:

Khối m->pulse:

Khối PR U:

23


4. MƠ PHỎNG

Kịch bản mơ phỏng

Tải: Rt=20 Lt=43mH

t=0

Tải: Rt=20Ω Lt=43mH
Mắc nối tiếp R=20Ω

t=0.2s

Kết thúc mô phỏng

t=0.5

24
c