Nghiên cứu điều chế PWM trong điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha

Bài viết Nghiên cứu điều chế PWM trong điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha tập trung nghiên cứu một giải pháp ứng dụng điều chế PWM để điều khiển hệ thống chỉnh lưu cầu 3 pha tân tiến sử dụng các van đóng cắt tần số cao IGBT, GTO... với 2 vòng hồi tiếp dòng điện trong và điện áp ngoài.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ PWM TRONG ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU CẦU PHA Vũ Minh Quang Trường Đại học Thủy lợi, email: quang_vm@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, vấn đề nghiên cứu chỉnh lưu với phương pháp điều khiển nhằm giảm thiểu sóng hài nhiễu cho dòng điện lưới ổn định điện áp chiều có ý nghĩa quan trọng truyền tải tiêu thụ điện Các chỉnh lưu truyền thống sử dụng Diod không điều khiển Thysistor điều khiển theo góc mở điện áp α, thường sinh méo sóng hình sin dịng điện chất lượng điện áp chiều bị hạn chế.[1] Để giải vấn đề nêu đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp ứng dụng điều chế PWM để điều khiển hệ thống chỉnh lưu cầu pha tân tiến sử dụng van đóng cắt tần số cao IGBT, GTO với vòng hồi tiếp dòng điện điện áp ngoài.[3] PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Từ mơ hình mạch điện thực tế xác định mơ hình tốn khâu hệ thống, xây dựng mơ hình vịng điều khiển dịng điện phía xoay chiều, mơ hình điều khiển điện áp chiều Tiến hành mô Matlab Simulink để kiểm chứng tính ưu việt phương pháp điều khiển KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha Mạch chỉnh lưu cầu ba pha truyền thống dùng Diod thysistor mô tả Hình Hình Mơ hình mạch điện Mạch điều khiển PWM cho hệ thống xây dựng mô tả Hình Hình Mơ hình mạch điều chế PWM cho chỉnh lưu Qua Hình thấy cấu trúc vịng kín kép chỉnh lưu cầu pha điều khiển điện áp với điều chế PWM chủ yếu bao gồm hai phần: vịng ngồi điện áp vòng dòng điện Chức vịng ngồi điện áp điều khiển điện áp phía DC chỉnh lưu theo PWM, chức vòng chủ yếu thực điều khiển dịng điện tương ứng điện áp bên ngồi Mục tiêu mạch hồi tiếp kép nhằm đảm bảo sóng hình sin dòng điện ổn áp chiều Trong điện vịng ngồi áp, giá trị phản hồi điện áp DC so sánh với điện áp đặt đưa vào điều chỉnh PI gửi tín hiệu điều khiển đến vịng theo dịng điện, sau mạch lái điều khiển van từ điều khiển dòng điện trễ PWM để điều khiển điện áp DC đầu Vịng dịng điện sử dụng đầu vào tín hiệu từ vịng ngồi điện áp để làm giá trị đặt, điều chỉnh giá trị dòng điện xoay chiều phản hồi thơng qua vịng dịng điện để khống chế theo dòng đặt 231 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 3.2 Thiết kế điều khiển theo dịng điện điện áp ngồi Với điện áp lưới ba pha dạng: eq vq ia L ea  U sm cos(t )  o eb  U sm cos(t  120 ) e  U cos(t  120o ) sm  c iq (3-1) L ic vd * id Gdf ( s ) ed Hình 3b Mơ hình khối điều khiển ( 3-2) Với θ Góc pha ban đầu ; m hệ số điều chế PWM ( m ≤ 1) Khi tải DC có tụ lọc C mơ tả tốn học hệ thống phương trình (3-3) sa  sb  sc  dia )U dc  L dt  ua  Ria  ( sa    L dib  u  Ri  ( s  sa  sb  sc )U b b b dc  dt   L dic  u  Ri  ( s  sa  sb  sc )U c c c dc  dt  dU U  Ed dc C  ia sa  ib sb  ic sc  dc  dt Rd  Mơ hình điều khiển theo dịng điện mơ tả Hình Khi chỉnh lưu đạt cơng suất đơn vị ta có iq = i d* Gdf K PWM 1.5Ts s 1 R 1( L ) s R id Hình Mơ hình điều khiển theo dịng điện (3-3) Mơ hình toán học chỉnh lưu nguồn áp (VSR- Voltage Source Rectifier) pha hệ tọa độ dq * vd  Gdf ( s)(id  id )   Liq  ed  *  vq  Gdf ( s)(iq  iq )   Lid  eq ib id Các hệ số chuyển mạch PWM xác định sau :[4] sa  0.5m cos(t   )  0.5  o  sb  0.5m cos(t    120 )  0.5  s  0.5m cos(t    120o )  0.5  c Gdf ( s ) * iq Trong kPWM : hệ số khâu điều chế PWM ; Gdf : Hàm truyền điều khiển thiết kế với hệ số gia tốc ζ = 0.707 đảm bảo tốc độ tăng tốc tối ưu hiệu suất, theo[2] Gdf sử dụng PI với tham số tương ứng (3-5) KiP  L R K iI  3Ts K PWM ， 3Ts K PWM (3-5) Mơ hình điều khiển theo điện áp VDC mô tả hình (3-4) Ta xác định mơ hình điều khiển theo dòng điện trục id, iq Hình v*dc vdc Kv (1Tv s ) Tv s 0.75 ( v 3Ts ) s 1 sC Hình Mơ hình điều khiển theo điện áp Hình 3a Mơ hình khối điều khiển Mục đích điều khiển vịng ngồi điện áp để ổn định điện áp phía DC VSR ba pha Theo mục tiêu hiệu suất chống nhiễu vịng điện áp tốt nhất[2], thơng số điều khiển xác định công thức (3-6) Tv  5( v  3Ts )  (3-6) 4C  K  v  5( v  3T5 )  232 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 3.3 Kết mô Matlab Mơ hình hệ thống matlab mơ tả hình Hình 8a Điện áp chiều chưa có PWM Hình Sơ đồ mơ matlab Các tham số mô phỏng: Điện áp lưới pha : 380 Cos(ωt) V Tần số: 50Hz; Giá trị cài đặt điện áp DC: 600V; Điện dung phía DC: 4700μF; Giá trị độ tự cảm bên AC: 10mH; Điện trở bên AC: 1Ώ; Giá trị điện trở tải phía DC: 550Ώ; Kết mô mô so sánh với VRS truyền thống (chưa có điều khiển với PWM) mơ tả Hình 7, Hình Hình 8b Điện áp có điều chế PWM KẾT LUẬN Điều chế PWM ứng dụng VSR ba pha chất lượng dòng điện sin, giảm méo rõ rệt Điều giúp cho hệ thống điện ổn định, giảm tổn hao nhiệt thiết bị điện từ ảnh hưởng dòng điện méo sin Điện áp chỉnh lưu VDC cải thiện lớn độ điều chỉnh PO giảm từ 38,3% xuống gần 0( hình 8b), thời gian xác lập nhanh Nhờ nâng cao chất lượng điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 7a Dịng điện iA lúc chưa có PWM [1] Vu Minh Quang; Han Wei; Wang Dazhi; A new type of PWM rectifier with function of harmonic suppression and reactive power compensation, IEEE xplore, 2013 [2] Trần Trọng; Nghiên cứu biện pháp kĩ thuật thiết bị lọc sóng hài hệ thống điện; Đại học Triết Giang, Trung Quốc 2005 [3] HAkagi,Ykanazawa;ANabae;Eneralized theory of the instantaneous reactive power in tree-phase circuits; IEEE & JIEE Procecdings IPEC Tokyo198:3483 [4] XIE Men-xi Research on PWM rectifier with voltage oriented control strategy EAS-2009 Hình 7b Dịng điện iA với điều chế PWM 233 ... dụng PI với tham số tương ứng (3- 5) KiP  L R K iI  3Ts K PWM ， 3Ts K PWM (3- 5) Mơ hình điều khiển theo điện áp VDC mơ tả hình (3- 4) Ta xác định mơ hình điều khiển theo dịng điện trục id, iq... truyền thống (chưa có điều khiển với PWM) mơ tả Hình 7, Hình Hình 8b Điện áp có điều chế PWM KẾT LUẬN Điều chế PWM ứng dụng VSR ba pha chất lượng dòng điện sin, giảm méo rõ rệt Điều giúp cho hệ thống... id Gdf ( s ) ed Hình 3b Mơ hình khối điều khiển ( 3- 2) Với θ Góc pha ban đầu ; m hệ số điều chế PWM ( m ≤ 1) Khi tải DC có tụ lọc C mơ tả tốn học hệ thống phương trình (3- 3) sa  sb  sc  dia