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

HOMEWORK
REPORT
Subject : Control For Power
Electronic System

Thiết kế hệ thống điều khiển
chỉnh lưu tích cực ba pha trên hệ
tọa độ tĩnh bằng phương pháp
SVM

1


NỘI DUNG TRÌNH BÀY
 Bài

tốn thiết kế

 Giới

thiệu và mơ hình hóa

 Cấu

trúc bộ điều khiển

 Thiết

kế bộ điều khiển

 Mô

phỏng

 Kết

luận


BÀI TOÁN THIẾT KẾ


Yêu cầu: 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 và cấu
trúc điều khiển
+ Phương pháp điều chế vector khơng gian
+ Tham số thiết kế: Hịa lưới 380V ±10%/50Hz±1%, Công suất
thiết kế 5kVA, L = 2,5mH (nội trở 0,1Ω), Cdc = 1000uF.
+ Mô phỏng cấu trúc điều khiển


GIỚI THIỆU VÀ MƠ
HÌNH HĨA


Chỉnh lưu ba pha tích
cực

H1.1 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu tích cực 3 pha

Hệ tọa độ tĩnh alpha,beta

Hình 1.2: (a) khơng gian 3 chiều, (b) không gian 2 chiều


GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA
• Từ hình 1.1 ta có phương trình cân bằng điện áp :

Trong đó Sa, Sb và Sc là viết tắt của chức năng chuyển đổi của mỗi
pha tương ứng.
=
• Từ hình 1.1 ta có phương trình cân bằng dịng điện :


• Khâu chuyển tọa độ clake được thực hiện trong bài :

=
>

=>


Phương pháp điều chế
vector không gian (SVM)
Phép chuyển tọa độ Clake đưa hệ
thống 3 pha từ hệ tọa độ (abc)
sang (), ta biểu diễn hệ 3 pha
qua 1 vector v và tọa độ v được
tính:

Hệ 3 pha cân bằng và đối xứng
các điện áp pha có cùng tần số,
cùng biên độ, lệch pha nhau góc
2π/3


Bước 1: Xác định trạng thái (vector chuẩn) của mạch nghịch lưu
Có 8 trạng thái: 2 trạng thái 0 ( ) và 6 trạng thái tích cực (÷ )
 


Vector không gian của nguồn áp 3 pha


Các trạng thái đóng cắt của khóa bán dẫn và vector trạng thái




Bước 2: Xác định vị trí
vector đặt


Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector




 Bước 3: Tính tốn hệ số vector chuẩn



Xét Sector 1:
+

+,

+:


Bảng tổng hợp ma trận mỗi sector sử dụng





 Bước

4: Tính tốn hệ số điều chế cho nhóm nhánh van của mạch
nghịch lưu



Hệ số điều chế được giới hạn:

Nhận xét:
+ Mỗi lần chuyển trạng thái chỉ có 1 nhánh cầu chuyển mạch
+ Điện áp đầu ra sẽ có sóng hài bậc 2do trong 1 chu kỳ mỗi
pha chuyển mạch 2 lần

Mẫu xung chuẩn trong sector 1


Thời gian chuyển mạch trên mỗi van bán dẫn.


Hệ số điều chế cho nhóm nhánh van trong mạch nghịch lưu


Cấu trúc bộ điều khiển:

H3.1 Cấu trúc khóa pha cho lưới điện ba pha

Để tuyến tính hóa vịng ba pha, hệ thống được giả định rằng nó
đang ở trạng thái có sai lệch là nhỏ so với trạng thái thực của lưới
điện, nghĩa là có = w và
Dưới điều kiện đó,ta có :


H3.2 Mạch vịng điều chỉnh thuật tốn vịng khóa
pha

H3.3 Sơ đồ tuyến tính hóa mạch vịng khóa
pha

Hàm truyền kín của mạch vịng điều chỉnh góc pha :
(s) =
 (s) =
=>

Trong đó : (0<
Tần số dao động riêng
Trong thực tế, hệ số tắt dần = 0,71 và tần số dao động riêng = 20
rad/s

=>


Thiết kế cấu trúc vịng điều khiển điện áp
• Bỏ qua tổn thất bộ biến đổi chỉnh lưu tích cực, ta có biểu thức
sau :
=
Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc
=>

Ta có :

Mạch vịng điện áp trên tụ


Hàm truyền kín của mạch vịng điều chỉnh điện áp trên tụ

=
 (s) =

=>

• Chọn
• =
 = 1/

:


Thiết kế bộ điều khiển
Laplace 2 vế phương trình cân bằng điện áp ( trên H1.1) ta được :
E(s) = I(s).(R+L.s) + U(s)
=> (s) = |E(s)=0 =
Bộ điều khiển PR cho vòng điều khiển dòng điện :
(s) = +

Vòng điều khiển dòng điện sử dụng bộ PR


Phương thức thiết kế bộ điều khiển PR này được thiết kế trên miền tần
số, trên cơ sở lựa chọn băng thơng (Bandwidth) cho hàm truyền hệ
thống kín
Hàm truyền kín mạch vòng dòng điện (xét với tần số cộng hưởng ở tần
số cơ bản nghĩa là h=1 xét PWM khâu truyền đạt 1:1 về pha và biên độ)
(s) = |(s)=0 =

|(jw)|

=
()

(jw) =

arctan[ - arctan[

Cho Ki=0, phương trình () được viết lại :
|(jw)|

=

Nếu băng thơng được xác định thì hệ số được xác định như sau
để có hệ số suy giảm biên độ là -3dB hay |(jw)| =
Đưa thành phần tích phân vào biểu thức biên độ, ta có :
= .( )

Trong đó, , là giói hạn nhỏ nhất và lớn nhất băng thơng mà mạch vịng
điều khiển đạt được.
Thơng thường, băng thơng được lựa chọn trong khoảng 10 lần tần số cơ
bản và 1/10 tần số phát xung để đảm bảo hệ thống có đáp ứng động học
đủ nhanh và ổn định.