Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tựa điện áp lưới

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 tựa điện áp lưới

Sinh viên thực hiện: Nhóm 27

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 tựa điện áp lưới
+ Nội dung thiết kế: Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển.
+ Phương pháp điều chế sinPWM.
+ Tham số thiết kế: Hòa 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.

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) =

 K = 2
p n

Ki = n

2

G2(s) =

 Trong đó:

Hệ số dao động tắt dần damping 0<<1
n

Tần số dao động riêng

8


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển mạch chỉnh lưu tích cực 3
pha
3. Mạch vịng điều khiển điện áp trên tụ
 Bỏ qua tổn thất bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp

 

C = Pload -

và tải mắc ở phía mạch DC, ta có biểu thức sau:

vc=Vc+ vv c
Tuyến tính quanh điểm làm việc

id = Id + idv

Ta có:
vd=Vd+ vv d

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


III. Thiết kế cấu trúc điều khiển mạch chỉnh lưu tích cực 3
pha
3. Mạch vịng 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

 K = p

 

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 PI cho mạch vòng dòng điện
Đối với phương pháp sinPWM hệ số điều chế mỗi nhánh van là 1/0.5Vdc
 Hàm truyền : Hc(s) = Kpc (1 + )
Hàm truyền hệ kín :
Hoc(s) =
Với băng thông mong muốn 1/Toc và độ tắt dần
Hoc(s) =

Hình 7. Bộ điều chỉnh PI

 

Kpc = / Toc
Tic = * Toc
Kic = Kpc/Tic

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

 

Thông số cho bộ điều khiển cộng hưởng PI của Current Control
xi=0.71;

L = 0.0025 (H)

Toc = 1e-3;

C = 1000e-6 (F)

Kpc = ;

R = 0.1 )

Tic = 2*xi*Toc;

P = 5000 (W)

Kic = ;

Vref = 700 (V)
Rload =

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

Tov= 10e-3 (s)

xiPLL = 0.71

nv = = 100 (rad/s) (tần số dao động riêng)

TPLL = 50e-3 (s)

xi = 0.7

wnPLL = =20 (rad/s)

Vd = 220= 311.1270 (V)

KPPLL= 2xiPLLnPLL = 28.4
2
KIPLL = wnPLL = 400

KP = = 0.21

Thông số của bộ điều khiển PI của điện áp trên tụ

(hệ số dao động tắt dần)

KI = = 15

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 PI

19


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

%Chon thong so cho bo dieu khien PI cua Voltage Control

C = 1000e-6;

Tov= 10e-3;

R = 0.1;

wnv = 1/Tov;

P = 5000;

xi = 0.7;

Vref = 700;

Vd = 220*sqrt(2);

R_load = (Vref^2)/P;

Vc = Vref;

%Chon thong so cho bo dieu khien PI cua Current Control

KP = (2*xi*wnv)*(Vc*C)/(1.5*Vd);

xi=0.71;

KI = wnv^2*(Vc*C)/(1.5*Vd);

Toc = 1e-3;

%Chon thong so cho bo dieu khien PI cua PLL

Kpc = 2*xi*L/Toc;

xiPLL = 0.71;

Tic = 2*xi*Toc;

TPLL = 50e-3;

Kic = Kpc/Tic;

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
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 (0.07s).
 Độ đập mạch khá nhỏ, do đó thỏa mãn yêu cầu của đề bài.

22


Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng nghe

23