Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC kiểu Boost

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi
PFC kiểu Boost


Nội dung

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Bộ biến đổi PFC
u cầu thiết kế
Mơ hình hóa
Thiết kế bộ điều khiển
Mô phỏng
Nhận xét


1. Bộ biến đổi PFC

• Bộ biến đổi PFC (Power factor correction) có nhiệm vụ điều chỉnh dịng điện phía lưới có
dạng gần sin, hệ số cơng suất xấp xỉ bằng 1.
• Trong bộ biến đổi PFC dịng điện trùng pha với điện áp lưới trong toàn dải làm việc và
điện áp ra bộ biến đổi lớn hơn so với điện áp do chỉnh lưu diode tạo ra.


2. Yêu cầu thiết kế

• Điện áp ra: 400 VDC
• Cơng suất: 1kW
• Điện áp lưới: 220±10% 50Hz


2. Yêu cầu thiết kế

Lựa chọn bộ điều khiển PI cho mạch vòng điều khiển:

PI controller

PI controller


3. Mơ hình hóa

Khi van mở:

 diL
 L dt = vg − vC

C dvC = i − vC
L
 dt
R

Khi van đóng:

 diL
 L dt = vg


C dvC = − vC
 dt
R


3. Mơ hình hóa

 LiL′ = −vC (1 − d ) + vg

⇒
v0
′
CvC = iL (1 − d ) −

R
iL = I L + i%
L

các biến trạng thái và biến điều khiển %
có biến động nhỏ
%
uCho
=
U
+
u
d
=
D

+
d
C
C
C
,

, bỏ qua các dao động nhỏ, ta có:

%
 Li%
′
%
L = VC d − (1 − D )vC


v%
C
%
%
′
%
Cv
=
(1
−
D
)
i
−

I
d
−
 C
L
L

R

(1)

(2)


3. Mơ hình hóa

Xét phương trình (1):

′L = VC d%− (1 − D)v%
Li%
C

Laplace 2 vế, ta có:

%
%
Lsi%
(
s
)

=
V
d
L
C ( s ) − (1 − D )vC ( s )

Suy ra hàm truyền giữa dòng điện và điều khiển:

VC U 0
i%
L ( s)
Gid =
|v%C ( s ) =0 =
=
%
sL sL
d (s)


3. Mơ hình hóa

Xét phương trình (2):

Laplace 2 vế, ta có:

v%
%
%
′C = (1 − D )iL − I L d − C
Cv%

R

v%
C ( s)
%
%
%
CsvC ( s ) = (1 − D )iL ( s ) − I L d ( s ) −
R


v%
Us R 
1
1
0 ( s)
Gvi =
|d%( s )=0 = (1 − D) R
=

%
iC ( s )
1 + RCs U 0 2  1 + s
 2 / RC

Suy ra hàm truyền giữa điện áp và dịng điện:


÷
÷

÷



4. Thiết kế bộ điều khiển PI

•Tiến
  hành thiết kế bộ điều khiển PI cho dòng điện và điện áp với các thơng số mạch lực như sau:
• R=160 Ω
• L= 2.8(mH)
• C= 220(uF)
• kHz


4. Thiết kế bộ điều khiển PI

Ta có hàm truyền dòng điện điều khiển:

U0
Gid =
sL

Suy ra hàm truyền hệ hở:

1 U0
Gh = K p (1 + )
Ti s sL

Vậy hàm truyền hệ kín là:

Gh
Ti s + 1
Gk =
=
LTi 2
1 + Gh
s + Ti s + 1
U 0 Kc
Tham số bộ điều khiển dòng điện:

 K pc = 2ξ L / T0 cU 0

Tic = 2ξ T0 c


4. Thiết kế bộ điều khiển PI

Us R 
1
Gvi =

U0 2  1+ s
 2 / RC

Ta có hàm truyền điện áp dịng điện:

Đây là khâu qn tính bậc 1, do đó ta chọn

nhỏ,

K


÷
k
÷=
÷ 1 + Ts


T = 2kT

iv
pvtối ưu độ lớn).
(theo phương pháp


5. Mô phỏng trên miền liên tục

Cấu trúc điều khiển trong Matlab


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn lý tưởng, Tải định mức
Điện áp đầu ra


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn lý tưởng, tải định mức
Dòng qua cuộn cảm L

5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn lý tưởng, tải định mức
Dòng điện, điện áp lưới


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải định mức
Điện áp đầu ra


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải định mức
Dòng điện qua cuộn cảm


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải định mức
Dòng điện, điện áp lưới


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn định mức, tải thay đổi
Điện áp đầu ra


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn định mức, tải thay đổi
Dòng điện qua cuộn cảm

5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn định mức, tải thay đổi
Dòng điện, điện áp lưới


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải thay đổi
Điện áp đầu ra


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải thay đổi
Dòng điện qua cuộn cảm


5. Mô phỏng trên miền liên tục
Nguồn thay đổi, tải thay đổi
Dòng điện, điện áp lưới