Nghiên cứu xây dựng chỉnh lưu PWM tại phòng thí nghiệm

MỤC LỤC Trang PhầnI. Phân tích các vấn đề tồn tại của CL dùng diode và thyristor .... 1 I. giới thiệu chung về CL diot thyrist........................................... .............. 2 II. Những tham số để đánh gi

MỤC LỤC Trang PhầnI Phân tích vấn đề tồn CL dùng diode thyristor I giới thiệu chung CL diot thyrist II Những tham số để đánh giá lưói III Các biện pháp khắc phục IV Vấn đề trao đổi lượng giưa lưới tải PhầnII Phân tích nguyên lý chỉnh lưu PWM I Cấu trúc mạch lực chỉnh lưu PWM II Vấn đề giảm sóng điều hồ bậc cao III Các cấu trúc điều khiển CL PWM IV Mô MATLAB -1- NHIỆM VỤ THỰC TẬP: Nghiên cứu xây dựng chỉnh lưu PWM phịng thí nghiệm ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: Phịng thí nghiệm trọng điểm TĐH Trung tâm Cơng nghệ cao NỘI DUNG THỰC HIỆN: - Phân tích vấn đề tồn chỉnh lưu dùng Diode Thyristor - Phân tích nguyên lý chỉnh lưu PWM - Mơ -2- PHẦNI: PHÂN TÍCH VẤN ĐỀ TỒN TẠI CỦA CHỈNH LƯU ĐIOT VÀ THYRISTOR I.GIỚI THỆU CHUNG Ngày biến đổi dùng Diot Thyristor đóng vai trị quan trọng lĩnh vưc ky thuật điện tử cơng suất nói riêng hệ thống điện nói chung Một chỉnh lưu Diot Thyristor có khả biến dịng xoay chiều 50/60Hz thành dịng chiều,dể biến dòng chiều thành xoay chiều ta phải sư dụng chỉnh lưu đặc biệt khác gọi nghịch lưu Hiệu suất chỉnh lưu cao lên đến 98% tổn thất thiết bị nhỏ,tổn thất chuyển mạch không đáng kể Ứng dụng chỉnh lưu rộng:  Sử dụng nguồn cỡ nhỏ nguồn TV máy tính, UPS Hay nguồn cỡ lớn phương tiện giao thông tàu điện, xe điện  Sử dụng q trình điện hố mạ, tạo điện cực điện phân,bộ nạp ắc quy  Dùng hệ truyền động chiều  Cấp điện cho nghịch lưu để điều khiển cho động XC Làm giao diện cho hệ thống sử dụng điện khác… -3- II.CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ CỦA CL ĐỐI VỚI LƯỚI Hình 1.1 Hệ số méo DF GThd cua dong co ban GThd cua dong dien tong I hd (1.1) =  I hd2   I hdn DF  n 1,2,3 Đối vớ sóng vng: -4- DF  /  (1/ 2).I d 2  0.9 (1.2) Id  Hệ số công suất thay DPF Cong Suat trung binh DPF  Uhd co ban.Ihd co ban P1 Vs.Is1.Cos = = Vs Is1 Vs.Is1 = Cos  Hình 1.2 Hệ số công suất PF P PF  trung binh Pcung cap P1 = Vs Is12   I n2  n 1,2,3 Is1 =Cos Is12    I n2 n 1,2,3 =DPF DF Từ chuỗi furier sóng dịng điện tải ta xác đeịnh số RF,DPF ,PF hàm Id mơ tả hình 1.1 Đối vơi tải cơng suất lớn RF tăng PF giảm nghĩa chất lượng điện xấu 4.hệ số méo RF: -5- I s2  I s21 I s2 RF   1 I s21 I s1 Bộ biến đổi Vùng công suất ρmax [MW] Rất 0,01 nhỏ đến 0,25 Nhỏ 0,25 đến Trung đến bình 10 Lớn Trên 10 Độ méo cho phép σv[p.j] 0,04 Tác dụng lên lưới m 12 Sóngđiềuhồ S k / P max Điện áp bậc cao Uk= Uk=0,1 Uk=0,15 lưới 0,05 khảo sát U1[KV] Pmin vmax 11 13 40 13 25 35 20 30 15 0,03 12 11 13 13 55 35 50 25 40 15 0,02 12 12 11 11 25 25 25 25 90 50 180 105 70 35 140 70 60 25 120 50 0,01 0,38, 0,5, 0,66 6; 10; 22 6; 10; 22; 110 110 Bảng1: tiêu độ méo điện áp lưới III CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Để giải vấn đề sóng điều hồ bậc cao, người ta sử dụng lọc Bộ lọc thiết lập thành nhóm mạch LC cộng hưởng nối tiếp, ngắn mạch dịng điều hồ bậc cao.(Hình 1.8.a) Bộ lọc bố trí lọc giải rộng.(Hình 1.8.b) a) b) Hình 1.3 Để khắc phục hệ số cosφ thấp ta dùng bù cosφ IV.VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI CÔNG SUẤT VỚI LƯỚI VÀ TẢI -6- Chỉnh lưu dùng diode, thyristor cho phép lượng theo chiều Trong truyền động dùng biến tần cho động xoay chiều lượng động dư thừa( trình hãm động năng, đảo chiều quay, hay non tải…) lương bị dồn ngược lại phía XC,nhưng lượng khơng thể trả lưới CL điot cho phép lượng chảy theo chiều Vì ta phải dập lượng điện trở mắc mạch chiều Khi công suất động tăng lên điện trở cúng tăng lên điều gây hao phí lượng khơng áp dụng cho ĐC có ccơng suất lớn được.Cách khác ta phải mắc thêm nghịch lưu để trả lượng lại lưới.Cách khắc phục làm tăng gấp đôi số van điều khiển phức tạp.Mặt khác CL thyristor hoạt động chế độ NL góc mở van lớn π/2 làm cho hệ số cosφ tụt thấp a) Lưói b) Hình 1.4 Các biện pháp xử lý lượng động dư thừa a Dập lượng điện trở mạch chiều b Mắc thêm nghịch lưu để trả lượng lưới Trong trường hợp mắc điện trở, công suất cao địi hỏi điện trở lớn nên khó khăn việc chế tạo hoạt động Trong trường hợp mắc thêm nghịch lưu để trả lượng lưới gây tốn -7- Từ ta thấy cần phải tìm loại chỉnh lưu đáp ứng yêu cầu: - Chứa sóng điều hồ bậc cao lưới - Hệ số cơng suất cao - Có thể trao đổi lượng tải lưới PHẦN II: CHỈNH LƯU PWM Bộ chỉnh lưu PWM có ưu điểm so với chỉnh lưu dùng diode thyristor: -8- - Tạo sóng điều hồ bậc cao nên dịng điện có dạng hình sin - Hệ số cơng suất cos =1 - Có thể trao đổi lượng tải lưới I SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CL PWM Hình 2.1 Biểu diễn đơn giản chỉnh lưu pha PWM cho công suất chảy chiều  L-filter lọc thơng thường sủ dụng.ta cịn dùng lọc LCL có nhiều ưu điểm tần số cộng hưởng giảm loại bỏ điện áp nhiễu mạch.Tác dụng L-filter tích trữ điện  Chỉnh lưu cầu có cấu tạo nghịch lưu thông thường gồm Tranzito mắc song song ngược vơi diot Ở điện áp thấp ta thường dùng tranzito IGBT với tần số đóng mở từ vài KHz đến vài chục KHz Ở điện áp cao ta sử dụng tranzito GTO IGCT ssố đóng cắt vài trăm HZ  DC-link gồm tụ lọc C chiều.Bao gồm điện áp dòng điện chiều có tác dụng tách riêng tải vói chỉnh lưu có tác dụng lọc điện áp chiều trước đưa đến tải tiêu thụ Các van tranzito điều khiển thích hợp để tạo điện áp pha U1a,U1b,U1c điện áp bao gồm điện áp điện áp điều hoà bặc cao.Thành phần điều hoà Ufa bị ảnh hưởng lớn kĩ thuật điều -9- biến để điều khiển tranzito.Quan hệ biên độ pha điện áp pha lưới U2a, U2b, U2c với dòng điện L i1a, i1b, i1c không đáng kể.Vẫn tồn dịng điều hồ tạo điện áp điều hoà tương ứng CL PWM độ lớn sóng điều hồ bị giảm nhiều trở kháng Lcủa lọc L-filter.Trở kháng tăng lên tần số sóng điều hoà tăng Điều kiện để chỉnh lưu PWM hoạt động: Vdcmin>VCL tự nhiên (chỉnh lưu diode hay chỉnh lưu thyristor với góc mở α=0) Cuộn cảm phải lựa chọn kỹ cảm kháng thấp làm cho dòng điện nhấp nhô lớn làm cho việc thiết kế phụ thuộc nhiều vào trở kháng đường dây Cảm kháng có giá trị lớn làm giảm độ nhấp nhơ dịng điện, đồng thời làm giảm giới hạn làm việc chỉnh lưu Điện áp rơi cuộn cảm có ảnh hưởng tới dịng điện nguồn Điện áp rơi điều chỉnh điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM giá trị lớn giới hạn điện áp chiều Do đó, dịng điện lớn (năng lượng lớn) qua cảm kháng cần điện áp chiều lớn hay cảm kháng nhỏ Ta có độ tự cảm lớn xác định công thức: u dc2  E m2 L< w.i Ld (2.1) Từ sơ đồ nghuyên lý ta có giản đồ thay sau: L R điện cảm lưới, UL điện áp lưới US điện áp chuyển đổi điều khiển từ phía chiều Biên độ U s phụ thuộc vào số điều chế cấp điện áp chiều - 10 - C du dc S a ia  S b ib  S c ic  idc dt (2.15) Kết hợp phương trình 2.10, 2.11, 2.14, 2.15 ta thu sơ đồ khối pha hình 2.6 Hình 2.6: Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM nguồn dòng hệ toạ độ tự nhiên d Mơ hình chỉnh lưu PWM khung toạ độ tĩnh α-β Phương trình điện áp khung toạ độ tĩnh α-β tìm cách áp dụng phương trình:  xa    /  /   x  x   2 /  / 2  x    b 3 1 / / /   x0   xc  (2.16) Vào phương trình (2.14), (2.15)  u L   iL  d  iL   uS   u  R i   L  i    u   L   L  dt  L   S  C (2.17) du dc (i L S   i L S  )  i dc dt Trong đó: S  (2.18) (2 S a  S b  S c ); S   Sơ đồ khối mơ hình α-β - 18 - (Sb  S c ) (2.19) Hình 2.7: Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM nguồn áp khung toạ độ α-β e Mơ hình chỉnh lưu PWM khung tọa độ d-q Các phương trình hệ toạ độ d-q có cách biến đổi phương trình :  kd   cos UL sin UL   k   k      q    sin UL cos UL   k   (2.20) Ta u Ld  Ri Ld  L u Lq RiLq  L C di Ld  wLi Lq  u Sd dt diLq dt (2.21 a) (2.21 b)  wLiLd  uSq du dc (i Ld S d  i Lq S q )  idc dt (2.22) Với: S d S cos wt  S  sin wt S q S  cos wt  S sin wt Sơ đồ khối hệ toạ độ d-q: - 19 - Hình 2.8: Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM nguồn áp hệ tọa độ d-q Trong thực tế, bỏ qua điện trở R, điện áp rơi R nhỏ nhiều so với điện áp rơi cuộn dây Các phương trình (2.15), (2.17), (2.20) viết đơn giản: uL  d iL dt  ua   u  L d  b dt  u c  (2.23) L  uS  i a   u Sa  i   u   b   Sb   i c   u Sc  (2.24)  u L   d  i L    u S   u  L  i    u   L  dt  L   S  u Ld  L u Lq  L (2.25) di Ld  wLi Lq  u Sd dt di Lq dt (2.26) (2.27)  wLi Ld  u Sq Công suất tác dụng công suất phản kháng từ nguồn xác định bởi: p Re u.i *  u i  u  i  u a ia  u b ib  u c ic   q Im u.i * u  i  u i   (u bc ia  u ca ib  u ab ic ) (2.28) (2.29) Trong hệ toạ độ d-q: p (u Lq i Lq  u Ld i Ld )  E m I m (2.30) (2.31) q (u Lq i Ld  u Ld i Lq ) Nếu giả sử hệ số cơng suất ta có: i Lq 0, u Lq 0, u Ld  3 E m , i Ld  I m , q 0 2 - 20 - ... THỰC TẬP: Nghiên cứu xây dựng chỉnh lưu PWM phịng thí nghiệm ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: Phịng thí nghiệm trọng điểm TĐH Trung tâm Cơng nghệ cao NỘI DUNG THỰC HIỆN: - Phân tích vấn đề tồn chỉnh lưu dùng... gọi chỉnh lưu Vienna Ưu điểm điện áp chuyển mạch thấp loại mạch điển hình - 12 - Hình 2.3: Cấu trúc chỉnh lưu pha a)Bộ biến đổi tăng b )Chỉnh lưu diode với chỉnh lưu hãm tái sinh PWM c )Chỉnh lưu. .. tìm loại chỉnh lưu đáp ứng u cầu: - Chứa sóng điều hồ bậc cao lưới - Hệ số cơng suất cao - Có thể trao đổi lượng tải lưới PHẦN II: CHỈNH LƯU PWM Bộ chỉnh lưu PWM có ưu điểm so với chỉnh lưu dùng