Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tĩnh αβ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
THIẾT KẾ ĐIỂU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG
SUẤT
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha
trên hệ tọa độ tĩnh αβ

Sinh viên thực hiện: Nhóm 25

1


Các nội dung chính
I. u cầu thiết kế
II. Mơ hình hóa hệ thống
III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
IV. Mơ phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
2


I. Yêu cầu thiết kế
1.Đề bài: Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tĩnh αβ
+ Nội dung thiết kế: Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển.
+ Phương pháp điều chế sinPWM.
+ Tham số thiết kế: Hịa lưới 380V ±10%/50Hz±1%, Cơng suất thiết kế 5kVA, L =
2,5mH (nội trở 0,1Ω), Cdc = 1000uF.
+ Mô phỏng cấu trúc điều khiển.

3


II. Mơ hình hóa mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha

1. Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tích cực 3 pha

Hình 1. Mạch lực chỉnh lưu tích cực 3 pha

 Sử dụng mạch nghịch lưu nguồn áp làm việc chỉnh lưu tích cực 3 pha.

4


II. Mơ hình hóa mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
2. Mơ hình hóa mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha

Hình 2. Mơ hình mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha

5


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
1. Cấu trúc điều khiển của mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha

Hình 3. Cấu trúc điều khiển của mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
6


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
2. Cấu trúc vịng khóa pha (PLL)

7

III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
2. Cấu trúc vịng khóa pha (PLL)

Hình 4. Mạch vịng điều chỉnh thuật tốn vịng khóa 3 pha

Hình 5. Sơ đồ tuyến tính hóa mạch vịng khóa 3 pha

Hàm truyền kín của mạch vịng điều chỉnh góc pha:
Gϴ(s) =
G2(s) =
K p = 2n
Ki = n2

Trong đó:
n

Hệ số dao động tắt dần damping 0<<1
Tần số dao động riêng

8


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
3. Mạch vòng điều khiển điện áp trên tụ
Bỏ qua tổn thất bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp
và tải mắc ở phía mạch DC, ta có biểu thức sau:

Tuyến tính quanh điểm làm việc

vc=Vc+ vv c
id = Id + idv
vd=Vd+ vv d

Ta có:

C(Id+idv )(Vd+vv d)
Bỏ qua các tín hiệu nhỏ bậc 2, ta có mối quan hệ:
CVc + Cvv c = Pload - (IdVd + idv Vd + vv dId + vv didv )
=vvv d=0

C = Pload -


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
3. Mạch vòng điều khiển điện áp trên tụ

Hình 6. Mạch vịng điện áp trên tụ

Hàm truyền kín của mạch vòng điều chỉnh điện áp trên tụ:
=G2(s) =
vvv g=0

Kp = -

Hệ số dao động tắt dần damping

Tần số dao động riêng

Ki = -

10


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
4. Thiết kế bộ điều chỉnh cộng hưởng PR cho mạch vòng dòng điện
Đối với phương pháp sinPWM hệ số điều chế mỗi nhánh van là 1/0.5Vdc
Hàm truyền: GPR(s)=

=
Thay s = j ta có:
Hình 7. Bộ điều chỉnh PR

=

KPh=RF+
KIh=f)

ωib: băng thông ban đầu
ωf: băng thông kết thúc
(do ảnh hưởng bởi thành
phần tích phân thêm vào).
11


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển

mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
5. Lựa chọn thơng số, tính tốn bộ điều khiển
Thông số cơ bản
L = 0.0025 (H)
C = 1000e-6 (F)
R = 0.1 )
P = 5000 (W)
Vref = 700 (V)
Rload =

Thông số cho bộ điều khiển cộng hưởng PR của Current
Control
1= 250 (rad/s)
ii = 2500 (rad/s) (chọn băng thông nhỏ nhất 500Hz)
f= 2600 (rad/s) (chọn băng thông lớn nhất 600Hz)
Kpr= R+ = 7.9553
Kir= = 5.0381e+03

12


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển
mạch chỉnh lưu tích cực 3 pha
5. Lựa chọn thơng số, tính tốn bộ điều khiển
Thơng số của bộ điều khiển PI
của vịng khóa 3 pha PLL
xiPLL = 0.71
TPLL = 50e-3 (s)
wnPLL = =20 (rad/s)
KPPLL= 2xiPLLnPLL = 28.4000

KIPLL = wnPLL2 = 400

Thông số của bộ điều khiển PI của điện áp trên
tụ
Tov= 20e-3 (s)
nv = = 50 (rad/s) (tần số dao động riêng)
xi = 0.7
(hệ số dao động tắt dần)
Vd = 220= 311.1270 (V)
KP = = 0.1050
KI = = 3.7498

13


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 8. Mạch mơ phỏng trên matlab
14


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 9. Mạch lực bộ chỉnh lưu tích cực 3 pha
15


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét

1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 10. Khối chuyển hệ tọa độ
16


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 11. Mạch vịng điều chỉnh thuật tốn vịng khóa 3 pha (PLL)
17


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 12. Mạch vịng điều kiển điện áp trên tụ
18


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
1. Mạch mơ phỏng trên matlab

Hình 13. Bộ điều khiển cộng hưởng PR
19


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
2. Chương trình m.file nhập số liệu
L = 0.0025;

C = 1000e-6;
R = 0.1;
P = 5000;
Vref = 700;
R_load = (Vref^2)/P;
%Chon thong so cho bo dieu khien PR cua
Current Control
w1= 2*pi*50;
wii= 2*pi*500;
wf = 2*pi*600;
Kpr= (R +sqrt(((L*wii)^2)+2*(R)^2));
Kir= (((wf^2)(w1^2))*(sqrt((R+Kpr)^2+2*(L*wf)^22*(Kpr^2))-L*wf)/wf);

%Chon thong so cho bo dieu khien PI cua Voltage Control
Tov= 20e-3;
wnv = 1/Tov;
xi = 0.7;
Vd = 220*sqrt(2);
Vc = Vref;
KP = (2*xi*wnv)*(Vc*C)/(1.5*Vd);
KI = wnv^2*(Vc*C)/(1.5*Vd);
%Chon thong so cho bo dieu khien PI cua PLL
xiPLL = 0.71;
TPLL = 50e-3;
wnPLL = 1/TPLL;
KPPLL= 2*xiPLL*wnPLL;
KIPLL = wnPLL^2;

20

IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
3. Kết quả mơ phỏng

Hình 13. Kết quả giá trị điện áp và công suất đầu ra
21


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
3. Kết quả mơ phỏng

Hình 13. Kết quả giá trị điện áp và công suất đầu ra
22


IV. Mô phỏng bằng Matlab, Simulink và nhận xét
4. Nhận xét kết quả
 Điện áp, công suất đầu ra bám sát giá trị đặt là U=700(V),
P=5000(W); chất lượng điều khiển tương đối tốt.
 Mạch điều khiển có thời gian đáp ứng nhanh (0.18s).
 Độ đập mạch khá nhỏ, do đó thỏa mãn yêu cầu của đề
bài.

23


Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng nghe

24