Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC BridgelessPFC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bộ môn Tự Động Hóa Cơng Nghiệp

BÀI THUYẾT TRÌNH
Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC BridgelessPFC

NHÓM 33 :

ĐKĐTCS- 20201


Giới thiệu về bộ biến đổi và các Tham số Thiết Kế

Mơ Hình Hóa

Cấu Trúc Điều Khiển

Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh

Mô Phỏng bằng matlab và Kết quả mô phỏng

Kết Luận

1


Giới thiệu về bộ biến đổi và các Tham số Thiết Kế
Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC kiểu BridgelessPFC
Tham số thiết kế:
Điện áp ra 400VDC

Công suất 1kW
Điện áp lưới 220V ±10%/50Hz±1%

2


Mơ Hình Hóa








Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình
Với các giả định như sau :
Cơng tắc được coi là lý tưởng
Các phần tử thụ động L,C được coi là tuyến tính, bất biến theo thời gian
Nguồn được coi là lý tưởng
Tần số chuyển mạch cao hơn nhiều so với tần số điện áp đầu vào

3


Mơ Hình Hóa
Xét các chế độ hoạt động ta có:

&

&

4


Mơ Hình Hóa

&

&

5


Mơ Hình Hóa



Mơ hình tín hiệu lớn trung bình của bộ chuyển đổi PFC bridgeless

- Mơ hình khơng gian trạng thái khi Q1 hoặc Q2 được bật ( ở chế độ hoạt động 1 và 3)

Mode 1

&
(1)

Mode 3

&

- Mơ hình không gian trạng thái khi Q1 và Q2 bị tắt ( ở chế độ hoạt động 2 và 4)

Mode 2

&
(2)

Mode 4

&

6


Mơ Hình Hóa

•

Từ (1), (2) và sự tham gia của hệ số điều chế D ta có:

Với D’ = 1-D

(3)

7


Mơ Hình Hóa



Mơ hình tín hiệu nhỏ của bộ chuyển đổi PFC bridgeless



Những thay đổi xung quanh điểm cân bằng được hiển thị bằng :
(4)



Mơ hình trung bình (3) được viết lại, thay thế D, Vs và X từ (4) :

(5)

Ở đây ta có :

 

8


Mơ Hình Hóa

d $ 
x = A1 ( D + d$) + A2 (1 − D − d$)  ( X + x$) +  B1 ( D + d$) + B2 (1 − D − d$)  (Vs + vµs )





dt


Vì mơ hình trên là mơ hình phi tuyến nên phải tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc, mơ hình phi tuyến được tuyến tính hóa dựa trên các giả định sau :

Vs >> vµs


(6)

X >> x$

D >> d$

d$v$= 0

d$$x = 0

Từ mơ hình phi tuyến (6) và các giả định trên ta được :

(7)



Điểm hoạt động và mơ hình trạng thái ổn định thu được bằng cách đặt

9


Mơ Hình Hóa



Mơ hình khơng gian trạng thái tuyến tính:

(8)



Mơ hình miền S :

Với

&

Với

10


Mơ Hình Hóa

(9)

(10)

vµc ( s ) Vs
R
Gv ( s ) =
=

i$s ( s ) 2Vc RCs + 1

11


Cấu Trúc Điều Khiển
- Cấu trúc điều khiển gồm 2 vòng điều chỉnh:
+ vòng trong điều khiển dòng điện.
+ Vòng ngồi điều khiển điện áp .
- Vịng điều khiển dịng điện được thiết kế để theo dõi dạng sóng của Vs,
phải thể hiện động lực nhanh có băng thơng cao và đáp ứng thời gian nhanh

+ Băng thông của bộ điều khiển điện áp phải nhỏ hơn với fi
Chọn fv = 15hz

- Vòng điều khiển điện áp được thiết kế để điều chỉnh Vdc

+ Băng thông của bộ điều khiển dòng điện phải nhỏ hơn so với fsw
Chọn fi = 1500hz

12


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh



Vòng điều khiển dòng điện

Gi ( s) =



Sử dụng bộ điều chỉnh PR với mong muốn độ dự trữ pha

(11)

{

, tần số cắt fi = 1500Hz

s
GPR ( s ) = K pr + K ir 2
s + wh2

(12)

13


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh

•

Tính tốn tham số bộ điều chỉnh PR

Từ đồ thị bode ta có :

GPR ( jwc ) |≈ K pr → K pr ≈

1
| Gi ( jw) |w= wc

Trong đó

PM là dự trữ pha mong muốn :

55o

14


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh

•

Tính tốn tham số bộ điều chỉnh PR

K pr = 0.38

K ir = 250.485
Với

wh = 2π *50hz

15


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh



Vịng điều khiển điện áp

vµc ( s ) Vs
R
Gv ( s) =
=
i$s ( s ) 2Vc RCs + 1

Hệ ổn định nhưng độ dự trữ pha lớn

16


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh



Lựa chọn bộ bù loại 2 cho mạch vòng điều chỉnh dòng điện, để hệ hở có PM =



Sử dụng lệnh [mag,phase] = bode(Gv,2*pi*15) ta có biên độ và pha của đối tượng tại tần số 15hz

45o

tần số cắt fv=15hz

Gv ( jw) |w= wc = 1, 0302



o
ϕ ( w) w= wc = arcGv ( jw) w= wc = −86,9632


Góc pha của bộ bù chỉ xét thành phần PD(LEAD):

θ PD = −arc(

1
) |w= wc −1800 + θ PM − arcGv ( jw) w= wc
jw

→ θ PD = 41,96O
17


Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh



Tần số điểm không và điểm cực được xác định :


 f z = fc



 f p = fc




1 − sin 41,96o
= 6, 6842 Hz
o
1 + sin 41,96
1 + sin 41,96o
= 33, 66 Hz
o
1 − sin 41,96

Hệ số Kc được xác định :

1
Kc =
| Gc1 ( jw) |w= wc | Gv ( jw) |w= wc

K c = 25, 41
18


Mơ Phỏng bằng matlab và Kết quả mơ phỏng


•
•
•

Mơ phỏng cấu trúc điều khiển bằng matlab kiểm tra phản ứng của mạch khi xảy ra các điều kiện sau :

Tải đầu ra thay đổi
Lưới điện thay đổi
Nhận xét kết quả mô phỏng

19


Mô Phỏng bằng matlab và Kết quả mô phỏng



Thông số mạch mô phỏng

Điện áp vào

±

220

10%Vac

Công suất

1KW

Cuộn dây (L1=L2)

4.0mH

Tụ đầu ra

2.5mF

Điện áp đầu ra

400Vdc

Điện trở

100

Ω

20


Mô Phỏng bằng matlab và Kết quả mô phỏng




Kịch bản mô phỏng 1
Lúc chưa thay đổi

21



Mô Phỏng bằng matlab và Kết quả mô phỏng




Kịch bản mô phỏng 1
Không thay đổi

21


Mô Phỏng bằng matlab và Kết quả mô phỏng




Kịch bản mô phỏng 2
Tải thay đổi từ R  2R

22