Đồ án: Thiết kế nghịch lưu PWM 5KW LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tèt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Lêi mở đầu Nhiệm vụ sinh viên trớc tr−êng lμ ph¶i thùc hiƯn vμ b¶o vƯ thμnh công đồ án tốt nghiệp Đây l bớc cuối để ngời sinh viên trở thnh kỹ s, kết thúc chặng đờng học tập v rèn luyện dới mái trờng đại học Giờ đây, trải qua năm năm tu dỡng v trau đồi kiến thức dới mái Trờng đại học Bách khoa H Nội, em ®· nhËn ®−ỵc nhiƯm vơ ®Ị tμi tèt nghiƯp cđa Nội dung đề ti: Thiết kế nghịch lu điều biến độ rộng xung - PWM công suất kW Trong đề ti bao gồm hai phần; Thiết kế nghịch lu v mô nghịch lu phần mềm PESIM Dới hớng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Thế Công v thầy cô môn, em đà hon thnh đợc phần thiết kế nghịch lu Dới giúp đỡ thầy giáo Trần Quốc Thắng, em đà hon thnh đợc phần mô phần mềm PESIM Do thời gian v trình độ hạn chế nên đề ti em nhiều thiếu sót Rất mong thầy cô bảo buổi bảo vệ để em rút đợc kinh nghiệm cho công việc sau ny Qua đây, em xin chân thnh cảm ơn thầy cô giáo Bách Khoa đà dìu dắt em năm năm học vừa qua Em xin trân thnh cảm ơn thầy cô môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa Điện, Đại học Bách khoa H Nội, đà trực tiếp dạy dỗ v trang bị cho em kiến thức kỹ chuyên nghnh bổ ích Em vô biết ơn thầy giáo Nguyễn Thế Công l ngời ®· trùc tiÕp vμ tËn t×nh h−íng dÉn em hoμn thnh đồ án tốt nghiệp ny Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Trần Quốc Thắng, ngời đà tận tình giúp đỡ để em có điều kiện hon thnh phần mô phần mềm PESIM Sẽ trở thnh cán kỹ thuật, em tự nhủ phải không ngừng học tập trau dồi kiến thức v kỹ năng, áp dụng sáng tạo hiểu biết đà học vo công việc thực tế, để xứng đáng với danh hiệu kỹ s tốt nghiệp từ Trờng Đại học Bách khoa H Nội H Nội, tháng năm 2006 Sinh viên thực hiện: Hong Ngọc Tuân Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW mục lục chơng 1: tổng quan nghịch lu Sù cÇn thiÕt cđa bé nghÞch l−u Nguyên tắc hoạt động nghịch l−u 2.1 Bé nghÞch l−u trùc tiÕp 2.1.1 Nguyªn lý lμm viƯc cđa bé nghÞch l−u trùc tiÕp 2.1.2 Sù lμm viƯc cđa nhãm bÞ kho¸ .8 2.1.3 Sự lm việc có dòng điện vòng .10 2.1.4 Luật điều khiển nghịch l−u trùc tiÕp 13 2.2.Bộ nghịch lu gián tiếp .13 2.2.1.Nguyên lý hoạt động nghịch lu gián tiếp 14 2.2.2 Bộ nghịch lu nguồn dòng điện - chỉnh lu có ®iỊu khiĨn 15 2.2.2.1.Bé nghÞch l−u mét pha 15 2.2.2.2 Bé nghÞch l−u ba pha 16 2.2.3 Bộ nghịch lu nguồn điện ¸p chØnh l−u cã ®iỊu khiĨn .19 2.2.3.1 Bé nghÞchl−u mét pha 19 a.Sơ đồ nghịch lu pha có điểm .19 b Mạch nghịch lu nửa cầu 22 c.Mạch nghịch lu cầu 22 2.2.3.2 Bé nghÞch l−u ba pha 24 2.2.3 Bộ nghịch lu điều biến độ rộng xung -chỉnh lu không điều khiển 28 chơng II: nghịch lu điều biến độ rộng xung 29 Sự cần thiết nghịch l−u ®iỊu biÕn ®é réng xung 29 Nguyên lý hoạt động PWM 30 Định lợng PWM 33 3.1 Sin ho¸ PWM .34 3.2 Tơng quan tần số 36 3.3 Ph−¬ng thøc lo¹i trõ sãng hμi 37 3.4 Phơng thức dạng sóng dòng ®iÖn nhá nhÊt 40 3.4 Điều khiển thích nghi dòng điện PWM .43 Chơng 3: Thiết kế mạch động lùc 45 1.Đề xuất phơng án 45 1.1 Phơng pháp nghịch lu PWM đơn cực 45 1.2 Phơng pháp nghịch lu PWM lỡng cực 47 1.3 So s¸nh hai phơng pháp nghịch lu 48 1.3.1.Phơng pháp PWM dơn cực 48 1.3.2 Phơng pháp PWM l−ìng cùc .48 1.3.3 Chọn phơng án nghịch lu 49 1.4 Chän thiÕt bÞ bán dẫn đóng cắt v dạng mạch động lực 49 1.4.1 Chọn thiết bị bán dẫn đóng c¾t 49 1.4.2 Sơ đồ mạch động lực 52 Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW TÝnh toán thông số mạch động lực 55 2.1 Chän hÖ sè ®iỊu biÕn tÇn sè .55 2.2 Chọn hệ số điều biến biên ®é .56 2.3 Phân tích điện áp đầu ma < 57 2.4 Tính toán chọn van đóng cắt 59 2.4.1 Tính toán điện áp chịu đựng yêu cầu IGBT 59 2.4.2 Lo¹i trõ sãng hμi bËc cao 60 2.4.3 ThiÕt kÕ lọc đầu nghịch lu 62 2.4.3.1 ThiÕt kÕ bé läc cho chế độ cực đại tần số .62 2.4.3.2 Thiết kế lọc cho chế độ tần sè cùc tiÓu 64 2.4.4 TÝnh toán dòng điện cần thiết để chọn IGBT .65 2.4.5 Tính toán dòng điện cung cấp cho mạch nghịch lu 70 2.5 Thiết kế cuộn kháng lọc sau mạch nghịch lu 72 2.6 Chän diode chØnh l−u vμ tô läc nguån .77 2.6.1 Chän diode chØnh l−u 77 2.6.2 Chän tô läc nguån 78 2.7 ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p cÊp nguån cho chØnh l−u 81 2.7.1 TÝnh s¬ bé kÝch th−íc m¹ch tõ 82 2.7.2 Tính toán dây quấn 82 2.7.3 KÕt cấu dây quấn sơ cấp 83 2.7.4 KÕt cÊu cuén d©y thø cÊp 85 2.7.5 Tính toán kích thớc mạch từ 85 2.7.6 Tính khối lợng sắt vμ ®ång 88 2.7.7 Tính thông số máy biến áp .89 Ch−¬ng 4: ThiÕt kế mạch điều khiển v mạch phản hồi Mô mạch nghịch lu pesim 91 A Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm pesim 91 B thiÕt kÕ mạch điều khiển v mạch phản hồi 95 4.1 Những vấn đề chung mạch điều khiển v mạch phản hồi .95 4.1.1 Mạch đặt tần số 96 4.1.2 Mạch đặt dòng điện .99 4.2 Sơ đồ cấu trúc mạch điều chỉnh dòng điện v đặt tần số 102 C kết mô pesim 106 4.4 Xác định dải tần hoạt ®éng cña läc 106 4.4.1 Thnh phần sóng hi dải tần 500 Hz 107 4.4.2 Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 400Hz .110 4.4.3 Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 300 Hz 111 4.4.4 Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 200 Hz 114 4.4.5 Thμnh phÇn sãng hμi tÇn sè 100 Hz 117 4.4.6 Thμnh phÇn sãng hμi tÇn sè 50 Hz .121 4.4.7 Thμnh phÇn sãng hμi tÇn sè 10 Hz .123 D chọn v hiệu chỉnh mạch phản hồi dòng điện 125 4.5 Đề xuất mạch phản hồi dòng điện 125 Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW 4.6 Kết mô mạch kín 128 4.6.1 Khảo sát ổn định dòng tần số thay đổi 128 4.6.2 Khi tải nghịch lu thay đổi 132 Hoμng Ngäc Tu©n líp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW chơng tổng quan nghịch lu Sự cần thiết nghịch lu Điều khiển động ®iƯn lμ mét nh÷ng nhiƯm vơ quan träng thiết kế truyền động điện Động điện đợc thiết kế luôn có tần số v điện áp định mức tần số v điện áp định mức, ®éng c¬ vËn hμnh víi hiƯu st thiÕt kÕ vμ tổn hao động l nhỏ nhất, đem lại giá trị kinh tế lớn Khi vận hnh trị số định mức khả điều chỉnh tốc độ động l thấp động không cho phép thay đổi nhiều khả phát nóng máy Trong truyền động điện yêu cầu điều chỉnh tốc độ thờng xuyên đợc đặt v ngy cng yêu cầu độ xác điều khiển Khi muốn điều chỉnh tốc độ ngoi định mức số thông số động phải thay đổi để đảm bảo điều khiện vận hnh lâu di Phơng pháp đợc ứng dụng l điều khiển điện áp đặt vo động v cố định tần số dòng điện điện áp lới Phơng pháp ny tỏ hiệu với động công suất lớn v khả điều chỉnh tốc độ không cao, điện áp động thay đổi không lớn so với định mức Một số phơng pháp thông thờng để thay đổi điện áp đặt vo động đợc áp dụng điều khiển tốc độ động cơ: + Đặt điện áp hình sin trị số thấp định mức vo động cơ: Phần điện áp chênh lệch điện áp lới v điện áp đặt vo động đợc đặt lên thiết bị tiêu tán, thông thờng l cuộn kháng Ưu điểm phơng pháp ny l điện áp đặt lên động hình sin không tồn sóng hi động cơ, không gây tiếng ồn Nhợc điểm phơng pháp ny l gây tổn hao cuộn kháng, yêu cầu tốc độ cng thấp so với định mức tổn hao ny cng lớn + Đặt điện áp không sin thấp định mức lên động cơ: Phơng pháp ny gọi l điều áp xoay chiều Quá trình thay đổi điện áp đặt lên động đợc thực cấp điện áp không liên tục cho động v điện áp hiệu dụng động thay đổi Khi điện áp hiệu dụng động thay đổi tốc độ động thay đổi theo, ta điều khiển đợc tốc độ động Ưu điểm phơng pháp ny l không gây tổn hao thiết bị dùng để tiêu tán phần điện áp chênh lệch điện áp lới v điện áp đặt lên động Nhợc điểm phơng pháp ny l tăng tổn hao động Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Khi dòng điện không liên tục gây sóng hi động cơ, sóng hi ny gây tổn hao động tăng Khi tốc độ yêu cầu thấp định mức cng nhiều tổn hao động cng tăng tốc độ gần không gần nh không điều khiển đợc tổn hao sóng hi động lớn Từ hai phơng pháp điều khiển tốc độ động ta thấy: Khi động yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ lớn, đặc biệt yêu cầu điều chỉnh tốc độ thi hai phơng pháp gần nh hon ton không đáp ứng đợc tổn hao tăng v hiệu kinh tế thấp Chính phơng pháp điều khiển tốc độ động tần số định mức không đáp ứng đợc với truyền động điện yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ Một phơng pháp khác đợc đa để điểu khiển tốc độ động đạt hiệu cao v kinh tế l điều khiển tần số v điện áp đặt vo động Điện áp lới không đặt trực tiếp vo động m gián tiếp qua thiết bị biến đổi, thiết bị biến đổi ny thay đổi tần số v điện áp động để đạt đợc giá trị mong muốn tốc độ Thiết bị thay đổi tần số v điện áp đặt vo động đợc gọi với tên gọi chung l nghịch lu Bộ nghịch lu đa động hoạt động từ thông số định mức ny sang thông số định mức khác để đảm bảo điều chỉnh tốc độ xác v giảm tổn hao đem lại hiệu kinh tế cao Bộ nghịch lu thông thờng đợc chia lm hai loại chính: + Bộ nghịch lu gián tiếp: Điện áp lới tần số công nghiệp đợc biến đổi trực tiếp thnh tần số khác tần số lới v cung cấp cho động Tần số nghịch lu thấp tần số lới + Bộ nghịch lu gián tiếp: Điện áp lới trớc cung cấp cho tải đợc chỉnh lu thnh điện áp chiều, điện áp chiều sau đợc biến đổi thnh điện áp xoay chiều cung cấp cho tải Tần số nghịch lu biến đổi từ đến tần số định mức nghịch lu Nguyên tắc hoạt động nghịch lu 2.1 Bé nghÞch l−u trùc tiÕp Bé nghÞch l−u trùc tiÕp gồm hai nhóm chuyển mạch song song nối ngợc nh hình vẽ ( hình 1.1) Trên đồ thị dạng sóng nghịch lu ta thấy công suất tức thời nghịch lu bao gồm có bốn giai đoạn Trong hai khoảng ta có tích điện áp v dòng điện nghịch lu dơng, nghịch lu lấy công suất từ lới cung cấp cho tải Trong hai khoảng lại ta có tích điện áp v Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW dòng điện nghịch lu âm nên nghịch lu biến đổi cung cấp lại công st cho l−íi 2.1.1 Nguyªn lý lμm viƯc cđa bé nghịch lu trực tiếp Để thấy đợc nguyên lý hoạt động, ta xét mạch hoạt động mạch nghịch lu hình vẽ (hình 1.2a) Đầu vo nghịch lu l điện áp xoay chiều pha, đầu l phụ tải pha trở Nhóm chuyển mạch nối theo sơ đồ hai pha nửa chu kì Nhóm chuyển mạch dơng đợc kí hiệu chữ P (Position), nhóm âm kí hiệu chữ N (Negative) Dạng sóng dòng điện đợc vẽ nh hình 1.2b, cụm P dẫn năm nủa chu kì điện áp, thyristor đợc mồi trễ, điều có nghĩa lμ coi P nh− lμ bé chØnh l−u diode Trong năm nửa chu kì sau có nhóm N dẫn để tổng hợp phần điệp áp âm nửa chu kì điện áp Theo dạng sóng điện áp biểu diễn hình 1.2b tần số điện áp 1/5 tần số điện áp vo Dạng sóng điện áp ny gần với dạng sóng điện áp hình chữ nhật v có chứa số lợng lớn thnh phần song hi Hình 1.2c biểu diễn khoảng dẫn van bán dẫn v dòng điện nguồn cấp.Ta thấy dòng điện chảy qua van bán dẫn l 1/2 sóng hình sin dòng điện nguồn cấp l hon ton sin Việc điều khiển van bán dẫn nh không mang lại hiệu cao điều khiển, sóng điện áp có độ sin không cao Muốn sóng có dạng sin cao phải điều khiển thay đổi khoảng dẫn van thay đổi theo qui luật định Hình 1.2d biểu gần sóng hình sin đợc tổng hợp cách điều khiển thời điểm mồi thyristor Phơng pháp ny với việc điều chỉnh pha lm giảm điều ho bậc cao dạng sóng điện áp đầu so với dạng sóng điện áp cho trớc Theo dạng sóng dòng điện hình 1.2e dòng điện mang nhiều thnh phần đập mạch ứng với tần số nguồn, dòng điện mạch bị biến dạng nhiều Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Hình 1.1 Bộ nghịch l−u trùc tiÕp tỉng qu¸t 2.1.2 Sù lμm viƯc cđa nhóm bị khoá Tronh hình 1.1 v 1.2, van b¸n dÉn cđa nhãm P vμ N cïng dÉn gây ngắn mạch nguồn cung cấp Để tránh tợng ny thông thờng ta đặt cuộn cảm san nhóm, mục đích l hạn chế dòng điện vòng hay cần điều khiển cho nhóm dẫn nhóm dẫn Sự lm việc dòng điện vòng đòi hỏi cấm mồi nhóm ny nhóm dẫn Sơ đồ số đập mạch bậc ba đợc biểu diễn hình 1.3 Điện áp hình sin mong muốn đợc biểu diễn tần số cho chu kì nhỏ năm chu kì chút Các van bán dẫn đợc mồi với góc mở cho sóng gần sin Tải l điện trở tuý, điện áp thu đợc khoảng nhỏ Với tải điện cảm số lợng khoảng điện áp không ny nhỏ v điện cảm đủ lớn không tồn khoảng điện áp ny Dạng sóng điện ¸p ©m sÏ cã sù sai kh¸c so víi nhãm điện áp dơng, nguyên nhân chủ yếu l dạng sóng điện áp không l số nguyên lần sóng đầu vo Các chu kì liên tiếp bắt đầu thời điểm khác điện áp vo Dòng điện nguồn thờng đối xứng nghiêm trọng Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Hình 1.2 : Sơ đồ nghịch lu điểm v dạng sóng Trong nghịch lu mục tiêu phơng pháp nghịch lu l tạo điện áp cng gần điện áp hình sin cng tốt tổn hao động nhỏ v độ xác nh chất lợng điều khiển đợc nâng cao Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW điện) không nên để vận hnh lâu tần số v điện áp thấp, nh gây tổn hao lớn v gây phát nóng thiết bị D chọn v hiệu chỉnh mạch phản hồi dòng điện Mạch phản hồi v ổn định dòng điện l khâu quan trọng trình điều khiển Mạch phản hồi dòng giúp ta điều chỉnh đợc v hạn chế đợc dòng điện đầu theo qui luật định trớc Trong nghịch lu, dải tần biến thiên nên gây biến động lớn dòng điện, đặc biệt l tải mang tính cảm kháng Nguyên nhân có biến động l sụ phụ thuộc điện cảm cuộn dây vo số, tần số cng thấp khả gây dòng cng cao Khả nguy hiểm cng tăng điện áp đặt lên tải l điện áp lớn nghịch lu Vì ta tiến hnh thiết kế phản hồi v hạn chế dòng điện với tải định mức v điện áp cực đại nghịch lu Số liệu thiết kế: + Công suất cực đại nghịch lu: Pmax = kW + Điện áp cực đại đầu ra: Umax = 500 V + Dòng điện đầu tải định mức: Iđm = 5,77 A 4.5 Đề xuất mạch phản hồi dòng điện Mạch phản hồi thông thờng bao gồm hai khâu: mạch phản hồi dòng điện v mạch hiệu chỉnh dòng điện + Mạch phản hồi dòng điện: Nhiệm vụ l phản hồi tín hiệu dòng điện dây đầu ra, cung cấp tín hiệu dòng điện đầu theo tỷ lệ đặt trớc m không quan trọng giá trị tín hiệu l bao nhiêu, cần tín hiệu nằm dải cho phép thiết bị đo + Mạch hiệu chỉnh dòng điện: Nhiệm vụ l hiệu chỉnh lại tín hiệu mạch phản hồi cung cấp cho phù hợp với luật điều khiển cho trớc Hai mạch đợc thiết kế nối tiếp nhau, mạch hiệu chỉnh đặt sau mạch phản hồi vệ phơng diện dòng điện phản hồi Trên sở ta có mạch phản hồi v hiệu chỉnh dòng điện nh hình 4.33 Mô tả hoạt động mạch: Dòng điện đầu đợc hồi tiếp qua biến dòng Tỷ số biến dòng đợc chọn cho phù hợp với giá trị dòng điện đầu v dòng điện vo mạch điều khiển Trong PESIM đại lợng đặt cho biến dòng l hệ số khuyếch đại Để đơn giản ta chọn hệ số khuyếch đại biến dòng l Tín hiệu biến dòng đợc biến Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 125 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW đổi thnh tín hiệu áp biến đổi dòng áp Bộ biến đổi dòng áp có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng thnh tín hiệu áp theo tỷ lệ đặt trớc Đầu vo biến đổi dòng áp ta phải đặt điện trở, điện trở ny yêu cầu cho biến dòng no lắp dặt mạch, giá trị điện trở ny cỡ Ohm, mạch ta chọn giá trị l Thông số đặt cho biến đổi dòng áp l tỷ số khuyếch đại, mạch ta chọn tỷ số khuyếch đại l 1, điều có nghĩa l dòng vo v áp có tơng ứng - nguyên nhân phải biến đổi thnh tín hiệu áp l mạch chuyển đổi abc/ hoạt động với tín hiệu áp Tín hiệu sau biến đổi dòng áp đợc cung cấp cho mạch biến đổi toạ độ abc/ Bộ biến đổi toạ độ abc/ biến đổi hệ toạ độ ba thông số l dòng điện ba pha hệ toạ độ hai thông số l dòng điện hai pha V điều ý quan trọng l tất thông số dòng điện đợc biến đổi thnh điện áp Sau qua biến đổi ta có hai thông số tơng đơng với thông số dòng điện thực ba pha Hai thông số đợc hiệu chỉnh độ lớn biến trở Thông thờng giá trị hồi tiếp có giá trị lớn giá trị cần thiết để hồi tiếp nên ta dùng điện trở để giảm giá trị điện áp hồi tiếp Do nghịch lu tồn trình độ nên ta không hồi tiếp tín hiệu lúc mạch độ Điều ny thực mạch nhân với Mạch nhân ny không lm thay đổi điện áp hồi tiếp điện áp ny đợc nhân với Điều khiển mạch nhân ny l phần tử AND v nguồn điện áp có trễ Utr Nguồn điện áp ny điều khiển đầu AND tín hiệu điện áp đầu ra, sau thời gian đặt trớc nguồn phát tín hiệu điện áp đầu ®Ĩ cho phÐp håi tiÕp tÝn hiƯu Håi tiÕp ỉn định dòng điện l hồi tiếp âm Tín hiệu sau håi tiÕp sÏ qua bé PI vμ bé h¹n chÕ để tạo tín hiệu đặt cho nghịch lu Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 126 Đại học Bách khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Hình 4.33: Sơ đồ khối phản hồi dòng Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 127 Đại học B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW 4.6 Kết mô mạch kín Trong trình mô mạch hồi tiếp dòng điện ta tiến hnh theo hai phần: + Cố định tải v khảo sát dòng điện mạch có biến thiên tần số + Cố định tần số v khảo sát khả ngắt dòng tải biến đổi 4.6.1 Khảo sát ổn định dòng tần số thay đổi Thông số đặt mạch hiệu chỉnh Xét trình vận hnh mạch hở: + Chọn biên độ ®iƯn ¸p sãng mang: Um = 5,77 V Do ta chọn điều khiển đoạn tuyến tính nên biên độ điện áp sóng điều biên Uđb = 5,77 V Khi điện áp cực đại hệ số điều biến biên độ Khi chọn hệ số điều biến biên độ ta có công suất nghịch lu cực đại Tính toán điện áp cực đại ta có hai th«ng sè: c«ng suÊt lμ kW vμ dòng điện đầu l 5,77 A Do ổn định dòng điện nên thông số cần ổn định l ta phải biến đổi điện áp cho dòng điện đầu l 5,77 A với mội dải tần số nghịch lu Biên độ dòng điện I0 = 5,77 = 8,16 A Khi hÖ hë ta đặt hệ số điều biến biên độ 1, với tải định mức dòng điện đầu nghịch lu có dạng nh hình 4.34 Hình 4.34: Dạng sóng dòng điện đầu mạch hở Biên độ dòng điện đầu qua phép đo hỗ trợ PESIM ta có: Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 128 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW I0h = 8,97 A Điện áp đầu ra: U0 = 762,83 =539,40 V ta thấy dòng điện đầu vợt giá trị cho phép Qua ta có đợc hệ số truyền đạt nghịch lu với tải định mức: Kb = U 0h 539,40 = 93,484 = 5,77 Ud Điện áp vợt trị số cho phép, muốn đạt giá trị điện áp 500 V điện áp đặt cho nghịch lu (khi hệ hở) l: 500 U0d = = 5,349 V 93,484 Điện áp đặt ny l điện áp đặt cho ba pha abc v có giá trị điện áp đặt cho hai trục Do điện áp cần hiệu chỉnh qua mạch hồi tiếp dòng điện: U = U0 - U0d = 5,77 - 5,439 = 0,331 V Do vËy ta có: Uaph = Ubph = 0,331 V Điện áp phản hồi đợc lấy qua phản hồi dòng điện chế độ dòng định mức Do ta lấy hệ số máy bién dòng nên giá trị dòng điện đầu máy biến dòng điện l 5,77 A Chọn điện trở đầu biến dòng l Chọn hệ số biến đổi dòng áp l nên ta có điện áp đầu biến đổi điện áp l 5,77 V Điện áp biến đổi dòng áp đợc cung cÊp trùc tiÕp cho bé biÕn ®ỉi abc / αβ lμ 5,77 V Do bé biÕn ®ỉi abc / αβ biến đổi trục toạ độ m không biến đổi giá trị biên độ điện áp nên giá trị điện áp đầu có giá trị l 5,77 V Chän ®iƯn trë R1= 0,331 k Ω Khi điện trở R2 có giá trị R2 = 5,77 - 0,331 = 5,439 k Ω Khi chän xong giá trị điện trở ta tiến hnh thay giá trị điện trở v chạy mô Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 129 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tèt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW KÕt chạy mô Chọn thời gian bắt đầu hồi tiÕp tÝn hiƯu lμ 0,02s Ta cã kÕt qu¶ nh− sau: Hình 4.35: Đồ thị dòng điện có hồi tiếp tần số 500 Hz Bằng hỗ trợ PESIM ta đo đợc biên độ dòng điện có hồi tiếp dòng điện: Imax = 8,20 V Giá trị hiệu dụng dòng điện ra: I= 8,20 = 5,79 A Sai lệch dòng điều khiển: I % = 5,79 − 5,77 100% = 0,34 % 5,77 Thay đổi tần số ta có giá trị dòng điện đầu Khi tần sô nghịch lu l 400 Hz Hình 4.36: Độ thị dòng điện tần số 400 Hz Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 130 Đại häc B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Bằng phép đo ta có biên độ dòng điện đầu ra: Imax = 8,19 A Giá trị hiệu dụng dòng điện đầu ra: 8,19 = 5,78 A I= Sai số dòng điện điều chỉnh: I % = 5,78 − 5,77 100% = 0,17 % 5,77 Khi tần số nghịch lu 300 Hz, 200 Hz, 100 Hz ta mô tơng tự v sai số nằm dới 2% Khi tần số l 50 Hz Hình 4.37: Đồ thị dòng điện tần số 50 Hz Biên độ dòng điện đầu ra: Imax = 8,46 A Giá trị hiệu dụng dòng điện đầu ra: 8,46 = 5,98 A I= Sai số dòng điện điều khiÓn: 5,98 − 5,77 100% = 3,64 % ΔI % = 5,77 Khi tần số 10 Hz Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 131 Đại học Bách khoa H Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Hình 4.38: Đồ thị dòng điện tần số 10 Hz Ta thấy hồi tiếp dòng điện nên dòng điện đầu bị giới hạn Giá trị cực đại dòng điện đo đợc: Imax = 8,29 A Giá trị hiệu dụng dòng điện: 8,29 = 5,86 A I= Sai số dòng điện điều khiển: 5,86 − 5,77 100% = 1,56 % ΔI % = 5,77 Kết kuận: Từ thống kê dải tần số vận hnh nghịch lu ta thấy rằng: Nếu lấy sai số điều khiển dòng điện l 5% mạch phản hồi dòng điện đáp ứng đợc yêu cầu điều chỉnh dòng điện tải trớc thay đổi tần số đầu nghịch lu 4.6.2 Khi tải nghịch lu thay đổi Nh tất hệ thống điều khiển, ngoi dải điều chỉnh mạch phản hồi dòng điện không chức điều chỉnh m chức ngắt dòng Trong trình kiểm tra đáp ứng mạch phản hồi dòng điện ta tiến hnh thay đổi giá trị điện trở tải, cố định tần số điện áp ra, cố định giá trị dòng điện đặt Sau đặt thông số ta tiến hnh chạy mô mạch Khi chế độ định mức 500V/500Hz/50 Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 132 Đại học B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Hình 4.39: Độ thị dòng điện R = 50 Ω Khi ë R = 40 Hình 4.30: Đồ thị dòng điện R = 40 Kết đo cho thấy biên độ dòng điện đầu ra: Imax = 9,87 A Giá trị hiệu dụng dòng điện đầu ra: I = 6,98 A Do ta tiến hnh hồi phơng pháp tuyến tính nên cố định điện áp dòng điện tỷ lệ tuyến tính với giá trị điện trở Dòng điện tính toán có tỷ lệ tuyến tính: 50 I0 = 5,77 = 7,21 A 40 Sai sè ®iỊu khiĨn dßng ®iƯn: 7,21 − 6,98 100% = 3,19 % I % = 7,21 Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 133 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Khi R = 30 Hình 4.31: Đồ thị dòng điện đầu R = 30 Giá trị biên độ dòng điện đầu ra: Imax = 13,31 A Giá trị hiệu dụng dòng điện đầu ra: I = 9,42 A Giá trị tính toán dòng điện đầu ra: 50 I0 = 5,77 = 9,61 A 30 Sai sè ®iỊu khiĨn: 9,61 − 9,42 100% = 1,97 % ΔI % = 9,61 Khi thay đổi giá trị điện trở ta nhận đợc giá trị dòng điện với sai số nhỏ 5% Kết luận: Mạch phản hồi dòng điện có tác dụng ổn định dòng điện theo tận số Khi tải đầu thay đổi dòng điện đầu thay đổi tuyến tính theo tải nhng ổn định theo giá trị tính toán Muốn có giá trị ổn định dòng điện theo tải ta cần có mạch tính toán ổn định dòng điện theo tải Mạch ny có chức tính toán lm để có giá trị tối u để có điện áp đặt phù hợp cho mạch nghịch lu Khi có luật điều khiển theo tải ta có luật điều khiển dòng điện, trình điều khiển dòng điện điều chỉnh hồi giá trị hồi tiếp, Tất luật điều khiển dòng tác động vo giá trị hồi tiếp dòng điện Mạch tính toán ny thông thờng bao gồm khối phát hm mục tiêu tối u, khối nhân chia, khối cộng trừm khuôn khổ đồ án tốt nghiệp ta điều kiện đề cập Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 134 Đại học Bách khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Bộ nghich lu đợc thiết kế đáp ứng đợc yêu cầu đề ra, dải tần biến thiên lớn nên đáp ứng nghịch lu l không hon ton tuyến tính cố định thông số läc.Khi sư dơng hai bé läc, ta cã thĨ lọc đợc sóng hi đến mức tối đa xong gây phức tạp mạch điều khiển, đặc biệt l chuyển mạch hai lọc Việc khắc phục nhiều lọc v lm cho điện áp gần sin ơn thực đợc cách so sánh điện áp sin (Modulating Signal) với nhiều điện áp sóng mang (Carrier Signal) nh hình 4.32 Theo phơng pháp ny ta có đợc dạng sóng điện áp v dòng điện tối u Sóng điều biến đợc so sánh với nhiều điện áp sóng mang để tạo điện áp tối u nhất, số sóng mang đợc so sánh cng nhiều thi ta có điện áp cng tối u Do hạn chế đồ án tốt nghiệp, vấn đề đợc đề cập sâu thêm đợc, vấn đề ny đợc phát triển đồ án Hình 4.32: Tối u hoá dạng sóng nghịch lu Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 135 Đại häc B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Kết Luận Trải qua ba tháng lm việc, đề ti tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu điều biến độ rộng xung - Pulse Width Modulation (PWM) em đà đợc hon thnh với nội dung đề ti bao gồm chơng, tơng ứng với nội dung thiết kế đợc giao Do thời gian v trình độ hạn chế nên đồ án em nhiều thiếu sót Một lần nữa, em mong thầy cô thông cảm v bảo thêm Em xin chân thnh cảm ơn Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 136 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiƯp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW NhËn xÐt giáo viên hớng dẫn Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 137 Đại học B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Nhận xét giáo viên hớng dẫn phần mềm mô Hong Ngọc Tuân lớp TBĐ1 - K46 138 Đại học Bách khoa H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Tμi liƯu tham khảo Số thứ tự Tên ti liệu Địên tử công suất - Tập Điện tử công suất - TËp Tμi liƯu h−íng dÉn thiÕt kế Thiết bị điện tử công suất Điện tử công suất v điều khiểu động điện Thiết kế máy ®iƯn ThiÕt kÕ khÝ ®iƯn cao ¸p Điều khiển động xoay chiều Cấp từ biến tần b¸n dÉn 10 11 12 13 14 15 16 Kĩ thuật mạch điện tử Điện tử công suất Phân tích v giải mạch điện tử công suất Lý thut ®iỊu khiĨn tun tÝnh Modern Power Electronics and AC Drives Power Electronics Circuit Simulation Using PESIM Switching Power Supply Design (Second Edition) www.ElectronicLetter.com www.advancedpower.com Hoμng Ngäc Tu©n líp TBĐ1 - K46 139 Tác giả Lê Văn Doanh Nguyễn Thế Công Trần Văn Thịnh Lê Văn Doanh Nguyễn Thế Công Trần Văn Thịnh Trần Văn Thịnh Cyril W.Lander (Lê Văn Doanh dịch) Trần Khánh H Nguyễn Hồng Thanh Bộ môn thiết bị điện điện tử Nguyễn Văn liễn Nguyễn Mạnh Tiến Đon Quang Vinh Phạm Minh H Nguyễn Bính D−¬ng Qc Nghi Ngun Do·n Ph−íc Bimal K.Bose Lab - Volt (Student manual) Abrahan I.Pressman Advanced Power Technology Erope Đại häc B¸ch khoa Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... án tốt nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW chơng tổng quan nghịch lu Sự cần thiết nghịch lu Điều khiển động điện l nhiệm vụ quan trọng thiết kế truyền động điện Động điện đợc thiết kế luôn có tần... nghiệp Thiết kế nghịch lu PWM 5kW Hình 1.22 : Bộ nghịch lu cầu ba pha lm việc vùng 1800 tải R v dạng sóng Ưu điểm nghịch lu nguồn áp - chỉnh lu có điều khiển: Bộ nghịch lu nguồn áp l nghịch lu... lu PWM 5kW Chơng Thiết kế mạch động lực Đề xuất phơng án Trong nghịch lu dụng phơng pháp PWM (Pulse Width Modulation) ta có hai phơng pháp nghịch lu : + Nghịch lu PWM đơn cực + Nghịch lu PWM