Tính toán thiết kế mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha sử dụng phương pháp sinPWM

Tính tốn thiết kế mạch nghịch lưu nguồn áp pha sử dụng phương pháp sinPWM GV hướng dẫn: TS Vũ Hồng Phương Nhóm thực hiện: nhóm 13 Trần Tiến Dũng – 20173786 Tống Văn Vũ - 20174375 Nội dung • 1.Đề • 2.Sơ đồ mạch lực • 3.Các bước tính tốn • Kết mơ • Kết luận u cầu thiết kế, tính tốn • Bài tập 7: Hãy tính tốn sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM theo nguyên lý sinPWM với thơng số sau: • y) Giá trị điện áp hình sin mong muốn Uo = 380 VAC tần số sóng f1 = 400 Hz • z) Công suất đầu Po = 5000 W, hệ số cơng suất tải trở cảm = 0,85 • aa) Tần số đóng cắt PWM fs = 20 kHz • bb) Dự phịng điện áp chiều cung cấp UDC dao động phạm vi +/- 10% Cho phép sụt áp tần số sóng cuộn cảm mạch lọc LC không lớn 10% điện áp đầu định mức Uo • Hãy xác định: • Điện áp chiều yêu cầu: UDC (V) • Tính tốn biên độ dịng đầu u cầu: Iom (A) • Tính tốn dịng trung bình qua van điơt: IV, ID (A) • Xác định dịng đỉnh lớn qua van IGBT điơt • Điện áp ngược lớn qua van IGBT điơt • Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt mạch lọc fLC = 0,1 fs Sơ đồ mạch lực II.Tính tốn chuẩn hóa giá trị mạch lực: Điện áp chiều yêu cầu: UDC (V) • Với PWM dải làm việc tuyến tính,   1, giá trị biên độ điện áp đầu đạt lớn UDC, tần số đóng cắt fs coi vơ lớn Để dự phịng điện áp chiều thay đổi phạm vi +/-10% cần chọn max = 0,9 • Uom=380√2=537.4V • UDC = Uom/m=537.4/0.9=597.1V • Ta chọn giá trị 600V • 2 Tính tốn biên độ dịng đầu yêu cầu: Iom (A) Dòng tải yêu cầu: Io = 𝑃𝑜 3𝑈𝑜 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 5000 3.220.0,85 = 8,9 (A) Biên độ dòng tải Iom = 2𝐼𝑜 = 12.6 (A) Điện trở tải: 𝑅 = Điện cảm tải:  𝑃 3.𝐼𝑜 = 5000 3.8,92 𝑄 𝑃.𝑠𝑖𝑛 𝜑 5000.0,53 𝑋𝐿 = 3.𝐼 = 𝑐𝑜𝑠 𝜑.3.𝐼 = 0,85.3.8.92 𝑜 𝑜 𝑋𝐿 13.03 𝐿 = 𝜔 = 400.2𝜋 = 5,2(𝑚𝐻) = 21,04𝛺 = 13.03𝛺 Tính tốn dịng trung bình qua van diode: IV , ID (A) Dịng trung bình qua van: 𝐼𝑉 = 𝜋 ‫𝐼 ׬‬ 2𝜋 𝜑 𝑜𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜃 − 𝜑 𝑑𝜃 = 1+𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝐼𝑜𝑚 2𝜋 IV = 2,15 A Dịng trung bình qua điơt: 𝜑 − 𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝐼𝐷 = න 𝐼 𝑠𝑖𝑛 𝜃 − 𝜑 𝑑𝜃 = 𝐼𝑜𝑚 2𝜋 𝑜𝑚 2𝜋 ID =0,17 A Đồ thị dạng dòng qua van diode Xác định dịng đỉnh lớn qua van điơt Dịng tải thể giá trị dịng trung bình đầu nghịch lưu chu kỳ cắt mẫu Vì cần xác định độ đập mạch lớn dòng Io(t).Bỏ qua ảnh hưởng Rs độ đập mạch dịng tải, ta có: di  t  Ls o  uo  t  dt Trong NLNA PWM pha Δ𝑈𝑜, 𝑚𝑎𝑥 = 2𝑈𝑑𝑐 Dòng điện có độ đập mạch lớn hệ số lấp đầy xung (Duty ratio) d = 0,5 Do đó: I o ,max  Ts U o ,max   U DCTs / Ls Ls 6.Xác định giá trị điện cảm Ls Lấy sụt áp tần số 10%Uo.(Đối với công suất nhỏ) ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.310 = 31(V)  XLs = 31/8,9 = 3,48()  Ls = 1,38 (mH);  Độ đập mạch dòng tải bằng: Io,max = 600.0,5.10-4/(2.1.38.10-3)=10,8A Tính tốn tụ C mạch lọc LC Trong NL PWM điện áp chủ yếu sóng Các thành phần sóng hài bậc cao xuất chung quang tần số đóng cắt fs, cụ thể h.fs +/- l.f1, h = 1, 2, …., l = 1, 2, … Những tần số sóng hài thấp fs – f1, fs -2.f1, … Tuy nhiên fs >> f1 nên sóng hài chủ yếu tập trung quanh fs, nghĩa xa so với f1 Điều làm đơn giản việc tính tốn mạch lọc LC đầu nghịch lưu nhiều Chọn tần số cắt mạch lọc tần số thấp LC cho: Không cần để ý đến điều kiện tránh cộng hưởng sóng hài có sóng điện áp Chọn CL = 0,1s  CL = 12,5664.103 (rad/s) Vậy: 1 𝟏 𝐶= = 𝟏, 𝟑𝟖 𝟏𝟎−𝟑 12,5664.103 𝐿 𝜔𝐶𝐿 = 4,7 𝜇𝐹 Có thể chọn trị số tụ C lớn hơn, ví dụ 5F Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn để bù vào công suất phản kháng tải So sánh đồ thị điện áp trước sau lọc 8.Bù công suất phản kháng tải: 𝑄𝐿 = 𝑆𝑜2 − 𝑃𝑜2 = 19602 − 16672 = 1030(Var) Nếu bù tụ C phải có QC = QL; U C2 QC   CU C2 XC 𝐶= 𝑄𝐶 1030 = = 2,83 𝜇𝐹 𝜔𝑈𝐶2 𝜋 400.3802 So với giá trị tụ C tính mục (7) thấy chọn tụ C=3F phù hợ Cần kiểm tra lại điều kiện tần số XC >> XL: Nếu không tạo nên phân áp XC XL, đạt điện áp 220 V đầu 𝑋𝐿 = 𝜋 400.4.10−3 = 10.06Ω; 𝑋𝐶 = 1/ 𝜋 400.3.10−6 = 132,6Ω Thực XC >> XL 9.Tính tốn tụ C mạch chiều Tụ C mạch chiều dóng vai trị tụ lọc mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trị tiếp nhận cơng suất phản kháng từ mạch nghịch lưu điôt ngược đưa Vậy giá trị tụ giá trị cần lớn Trường hợp nặng nề dòng tải giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng tải cảm, điện áp điều chế qua khơng), đó: U C  t x I C C t x  Ts / 2; I C  I o ,max Thường chọn UC = 0,050,1UDC Có thể tính được: 𝐶= Δ𝐼𝐶 7,3 = =≈ 2,8 𝜇𝐹 2𝑓𝑠 Δ𝑈𝐶 2.20.103 0,05.1300 Tụ C tính có giá trị nhỏ, chứng tỏ ưu việt PWM Trong trường hợp tụ chiều C xác định chủ yếu từ điều kiện san điện áp đầu chỉnh lưu So sánh kết tính tốn mơ Điện áp tải đầu Lý thuyết Thực tế Sai số 310V 270V 12,5% Dòng qua tải Lý thuyết Thực tế Sai số 12,6A 11A 12,5% Kết luận • 1.Phương pháp sPWM có ưu điểm: • - Vừa điều chỉnh điện áp vừa điều chỉnh tần số • - Điện áp gần với hình sin • - Có thể dùng chỉnh lưu không điều khiển đầu vào nghịch lưu, làm tang hiệu sơ đồ • Mạch lọc phương pháp có vai trị quan trọng giúp loại bỏ sóng hài, giúp điện áp sin ... 1.Đề • 2.Sơ đồ mạch lực • 3. Các bước tính tốn • Kết mơ • Kết luận u cầu thiết kế, tính tốn • Bài tập 7: Hãy tính tốn sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng... 0,1.Uo = 0,1 .31 0 = 31 (V)  XLs = 31 /8,9 = 3, 48()  Ls = 1 ,38 (mH);  Độ đập mạch dòng tải bằng: Io,max = 600.0,5.10-4/(2.1 .38 .10 -3) =10,8A Tính tốn tụ C mạch lọc LC Trong NL PWM điện áp chủ yếu... san điện áp đầu chỉnh lưu So sánh kết tính tốn mơ Điện áp tải đầu Lý thuyết Thực tế Sai số 31 0V 270V 12,5% Dòng qua tải Lý thuyết Thực tế Sai số 12,6A 11A 12,5% Kết luận • 1 .Phương pháp sPWM