THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIN ...

THIẾT KÊ BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU BA PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIN PWMMÔ PHỎNG MATLAB SIMULINK BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU BA PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIN PWM...............................................................................

Đề tài:

Thiết kế mạch vòng điều khiển dòng điện nghịch lưu nguồn áp DC/AC 3 pha nối lưới, phương pháp điều chế sinPWM, cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện kiểu PI trên hệ tọa độ quay dq

Số liệu thiết kế:

Điện cảm L= 2mH

Điện trở R= 0.2Ω

Tần số phát xung fs= 5kHz

Điện áp 1 chiều Udc= 600Vdc

Tần số đầu ra cơ bản mạch nghịch lưu f =50Hz

I Phương pháp sinPWM điều chế độ rộng xung cho

nghịch lưu nguồn áp 3 pha

Để có thể phân tích nguyên lý làm việc của phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha, ta giả thiết các van bán dẫn ở mạch nghịch lưu là phần tử lý tưởng

H1 Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu 3 pha

Theo phương pháp sinPWM, các hàm điểu chế cho nghịch lưu 3 pha nguồn

áp là 3 sóng sin chuẩn ma, mb, mc được xác định:

sin( )

2

3 2

3

a

b

c

ω

π ω

π ω













Trong đó hệ số điều chế M được xác định dựa trên biên độ điện áp ra tải mạch nghịch lưu uan, ubn, ucnvà điện áp 1 chiều Udc đặt vào mạch nghịch lưu như sau:

M

Dạng sóng điều chế trong bài (zoom) :

H2 Sóng điểu chế

Sóng điểu chế này được so sánh với xung răng cưa tần số 5kHz (zoom):

H3 Xung răng cưa

để tạo ra xung điều khiển mở các van IGBT của mạch nghịch lưu

Dạng xung điều khiển các van S1-S4-S3-S6-S5-S2(zoom) :

H4 Xung điều khiển

II Xây dựng mạch vòng dòng điện cho nghịch lưu

nguồn áp 3 pha trên hệ tọa độ quay dq

Ta có sơ đồ mạch điện thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp 3 pha :

H5 Sơ đồ mạch điện thay thế

Phương trình cân bằng điện áp :

s s dis l

dt

Phương trình trên hệ tọa độ abc :

sa

sb

sc

di

dt di

dt di

dt











Phương trình trên hệ tọa độ tĩnh αβ qua phép chuyển vị tọa độ CLAKE:

s

s

di

dt di

dt

α

β







Phương trình trên hệ tọa độ quay dq (tốc độ quay bằng tốc độ quay của vector dòng điện và điện áp) qua phép chuyển vị tọa độ CLAKE và PARK:

sd

sd sd ld s sq

sq

sq sq lq s sd

di

dt di

dt

ω ω







Hình H6 biểu diễn vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ αβ và dq:

H6 Vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ

Hình H7 biểu diễn cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ quay dq (có cấu trúc triệt tiêu tương tác giữa thành phần dòng trục d và trục q):

H7 Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ quay dq

Bộ điều chỉnh PI được thiết kế dựa trên mô hình dòng điện trên hệ tọa độ quay dq Đặt Δud, Δuq, Δu0 là điện áp rơi trên cuộn cảm, ta có:

sd d Ld sq

ω ω

= ∆ + −



 = ∆ + +



Thành phần điện áp Δud, Δuq sẽ được bù bởi bộ điều chỉnh dòng điện kiểu PI:

d

q sq

u







∆

∆

∫

∫

Để tính tham số bộ điều chỉnh dòng ta bỏ qua tác động xen kênh dq và ảnh hưởng thành phần điện áp uLd, uLq - tác động này sẽ được bù feedforward trong mạch vòng điều khiển dòng điện như hình H7 Ta có mô hình đối tượng điều chỉnh của mạch vòng dòng điện có hàm truyền đơn giản như sau ( tổng quát cho cả thành phần dòng id, iq) :

*

( )

2

s i

s s

L

G s

T

Mô hình toán học khâu điều chế độ rộng xung PWM :

* 2

( )

2

s

T s s

PWM

s s

u s

T

−

+

Trong đó :

Ts : Chu kỳ điều chế, 1

s

s

T

f

=

TL : Hằng số thời gian đối tượng trong mạch vòng điều chỉnh, T L L

R

=

Hàm truyền Gi(s) có dạng khâu quán tính bậc 2, áp dụng tiêu chuẩn tối ưu độ lớn ta tìm được tham số cho bộ điều chỉnh dòng có cấu trúc PI theo:

p s

i s

L K

T R K

T

 =







 =

 Thay số ta tính : Ts=2.10-4(s), TL=0,01(s), Kp=10, Ki=1000

Ta đi mô phỏng mạch vòng dòng điện trên Matlab/Simulink

III Mô phỏng trên Matlab/Simulink

Sơ đồ khối:

H8 Sơ đồ Simulink

*Khối abc-dq:

H9 Chuyển hệ tọa độ abc-dq

*Khối DC_dong_dien:

H10 Điều chỉnh dòng điện

*Khối dq-abc:

H11 Chuyển hệ tọa độ dq-abc

*Khối tao_xung_gPWM:

H12 Tạo xung điều khiển

*Khối Ngich_luu:

H13 Khối Nghịch lưu

IV Một số kết quả mô phỏng

*Sóng điều chế nghịch lưu 3 pha:

H14 Sóng điều chế

*Điện áp dây đầu ra nghịch lưu 3 pha:

H15 Điện áp dây đầu ra nghịch lưu

*Dòng điện đầu ra nghịch lưu 3 pha:

H16 Dòng điện đầu ra nghịch lưu