Đồ án điện tử công suất

Thiết kế bộ nghịch lưu trong bộ cấp nguồn liên tục UPS với các tham số sau: Công suất: 10KW. Điện áp ra: 3x380V. Tần số tải: f = 100Hz. Sử dụng phương pháp điều khiển SPWM, van IGBT. Nguồn một chiều đầu vào UDC tùy chọn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CƠNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết kế nghịch lưu cấp nguồn liên tục UPS Người hướng dẫn: …………… Sinh viên thực hiện: ……… Mã sinh viên: Lớp: Hà Nội, 6/2021 ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Thiết kế nghịch lưu cấp nguồn liên tục UPS với tham số sau: - Công suất: 10KW Điện áp ra: 3x380V Tần số tải: f = 100Hz Sử dụng phương pháp điều khiển SPWM, van IGBT Nguồn chiều đầu vào UDC tùy chọn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ CẤP NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.1.1: Hệ thống lưu điện UPS gì? 1.1.2: Cấu tạo hệ thống lưu điện UPS 1.1.3: Chức UPS 1.1.4: Ứng dụng UPS 1.1.5 Phân loại UPS 1.2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP 1.2.1: Khái niệm 1.2.2: Phân loại nghịch lưu độc lập 1.2.3:Giới thiệu van bán dẫn IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1.3: SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP PHA 1.3.1: Phân tích sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 1.3.2phân tích phương pháp điều khiển SPWM nghịch lưu độc lập nguồn áp pha CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1: SƠ ĐỒ MẠCH LỰC 2.2: CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH 2.3 TÍNH TỐN CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH 2.4 MẠCH BẢO VỆ VAN 26 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1: CẤU TRÚC TỔNG QUAN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.2: TÍNH CHỌN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.2.1 Khâu dao động hình sin 3.2.2 Khâu đồng 3.2.3 Khâu tạo điện áp cưa 3.2.4 Khâu tạo điện áp so sánh 3.2.5 Khâu khuếch đại xung máy biến áp CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG MẠCH THIẾT KẾ TRÊN PSIM 4.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PSIM 4.2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PSIM 4.3 MÔ PHỎNG MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1 Mơ hình hoạt động hệ thống lưu điện UPS Hình Sơ đồ nguyên lý chung UPS Hình ứng dụng UPS Bảng 1.1 Ứng dụng UPS Hình 1.4: Sơ đồ UPS Offline Hình 1.5: UPS Offline công nghệ Line Interactive Hình 1.6: UPS Online Hình 1.7: Các nghịch lưu độc lập Hình 1.8: a Cấu trúc điển hình IGBT Hình 1.9: Ký hiệu IGBT Bảng Các thông số van IGBT .16 Hình 1.15: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha Hình 16: Sơ đồ chuyển mạch hoạt động Hình 1.18: Đồ thị điện áp dòng điện Hình 1.19 Điều chế PWM hai cực tính Hình 1.20 Điều chế PWM cực tính Hình Sơ đồ mạch lực Bảng Thông số IGBT Bảng 2 Thông số diode Hình 2 Mạch bảo vệ van Hình Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập kiểu SPWM Hình Sơ đồ khối điều khiển van IGBT Hình 3 Khâu dao động hình sin Hình 3.4 Khâu xung đồng Hình Khâu tạo xung cưa Hình Sơ đồ khâu so sánh Hình Khâu khuếch đại xung Hình Giao diện phần mềm Psim 9.1.1 4.3 Mô mạch lực mạch điều khiển LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn cơng suất, thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử công suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, em nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế nghịch lưu cấp nguồn liên tục UPS” Nội dung đồ án:     Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tính tốn thiết kế mạch lực Chương 3: Tính tốn thiết kế mạch điều khiển Chương 4: Mô kiểm chứng mạch thiết kế PSIM Dưới hướng dẫn nhiệt tình Nguyễn Thị Điệp cố gắng thành viên nhóm chúng em hồn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ CẤP NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.1.1: Hệ thống lưu điện UPS gì? Hệ thống lưu điện UPS có tên tiếng Anh Uninterruptible Power Supply Uninterruptible Power Source, hiểu điện lưu, điện dự phòng, bình lưu điện, bình tích điện,… dùng để cung cấp nguồn điện dự phòng cho thiết bị điện tử với công suất thiết bị khoảng thời gian định Trong trường hợp như: điện, tăng áp, giảm áp, chập điện, cháy mạch điện,… làm gián đoạn hoạt động thiết bị điện Hệ thống lưu điện UPS hoạt động thiết bị cung cấp nguồn điện liên tục giúp thiết bị hoạt động bình thường, tắt cách, nguồn điện cung cấp lại bình thường Mỗi lưu điện có cơng suất thiết kế riêng thể thời gian cung cấp nguồn điện cho thiết bị ngoại vi Hình 1.1: mơ hình hoạt động hệ thống lưu điện UPS 1.1.2: Cấu tạo hệ thống lưu điện UPS Hệ thống lưu điện UPS gồm có thành phần sau: Bình ắc quy (Battery): dùng để lưu giữ điện Bộ sạc (Charger): dùng sạc (nạp) nguồn điện cho ắc quy Bộ chỉnh lưu ((Rectifier): chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng chiều Bộ nghịch lưu ((Inverter): chuyển dòng chiều thành dòng xoay chiều 1.1.2.a.Sơ đồ nguyên lý chung UPS Hình Sơ đồ nguyên lý chung UPS           Chức khối: Biến áp vào: Hạ điện áp lưới xuống điện áp thích hợp để đưa vào chỉnh lưu Cách ly hệ thống lưới, chống ngắn mạch nguồn Chỉnh lưu: tạo điện áp chiều dùng cho việc nạp ắc quy đưa tới nghịch lưu Lọc chỉnh lưu: san phẳng điện áp từ chỉnh lưu để đưa đến nghịch lưu nhằm nâng cao chất lượng điện áp đầu nghịch lưu Nghịch lưu: biến điện áp chiều lấy từ đầu chỉnh lưu thành điện áp xoay chiều tần số f cấp cho tải Biến áp ra: tăng điện áp từ nghịch lưu lên phù hợp theo yêu cầu tải Mạch nạp ắc quy: dùng để điều khiển việc nạp ắc quy Khi có điện, ắc quy nơi tích trữ lượng Khi điều khiển mạch điều khiển nạp ắc quy nạp Khi điện áp acquy tăng đến mức mạch điều khiển cắt việc nạp ắc quy Ắc quy: nơi tích trữ lượng có điện áp nguồn kho cung cấp lượng cho phụ tải lưới điện bị Thời gian trì điện UPS phụ thuộc nhiều vào dung lượng acquy Trên thi trường acquy dùng cho UPS phổ biến loại 12V/7Ah 6V/7Ah Khi thiết kế tùy theo điện áp mà ta mắc nối tiếp acquy để nguồn 24 – 48V Việc sử dụng nguồn cấp có điện áp cao giảm dòng tiêu thụ tăng hiệu suất ngồn UPS song làm tăng kích thước nguồn Điều khiển chỉnh lưu: điều khiển góc mở thyristor mạch chỉnh lưu cho điện áp sau chỉnh lưu ổn định theo yêu cầu Điều khiển nghịch lưu: điều khiển thời gian dẫn van hợp lý cho điện áp cung cấp cho tải không đổi thay đổi nhỏ Mạch điều khiển đóng vai trị quan trọng ổn áp hoạt động song song với nghịch lưu  Nguồn: dùng để cung cấp mức điện áp khác cho điều khiển chỉnh lưu nghịch lưu 1.1.2.b: Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối: Khi cấp nguồn khối dao động tạo tần số 50 Hz cung cấp cho khối khuếch đại công suất Lúc khối khuếch đại công suất biến đổi điện áp 12v DC lên 220v AC đưa điều khiển Ở khối điều khiển điện áp 220v điều khiển qua tiếp điểm đưa tới đầu Khi có điện áp 220v đưa vào đầu vào, điện áp cấp cho khối điều khiển Lúc khối điều khiển ngắt nguồn cho dao động làm cho khối khối khuếch đại công suất ngừng hoạt động Đồng thời nguồn 220v cung cấp cho mạch nạp khối nạp biến đổi điện áp từ 220v xuống điện áp phù hợp nạp trở lại cho bình * Cơng suất danh định công suất tải thực tế: - Công suất danh định cơng suất dịng điện có ích đưa tải mà đảm bảo độ méo đưới mức cho phép - Công suất tải thực tế cống suất có tải mà đảm bảo mức cơng suất danh định Điện áp cường độ dòng điện nạp vào ắc quy có AC lưới bình thường Điện nạp tình cơng thức: Dịng nạp tính 1/10 dung lượng dịng ghi ắc quy Thời gian chuyển mạch để cung cấp AC từ ắc quy dự trữ thông qua biến đổi (DC/AC) cho thiết bị bị điện lưới AC Đối với thiết bị không yêu cầu cao việc điện tức thời thiết bị điệnđiện tử dân dụng (đèn huỳnh quang, ti vi, quạt điện ) đặt khoảng thời gian khoảng từ 0,1s đến 1s Nhưng thiết bị máy tính hay hệ thống viễn thơng, thiết bị y tế, hệ thống điện tốn khoản thời gian quan trọng phải nhỏ, khoảng từ thống xử lý nhớ đến , đảm bảo liên tục cho hệ 1.1.3: Chức UPS Hoạt động giao diện hệ thống cung cấp điện tải nhạy cảm UPS cung cấp cho tải lượng điện liên tục, chất lượng cao, khơng phụ thuộc tình trạng hệ thống cung cấp UPS tạo điện áp cung cấp tin cậy Không bị ảnh hưởng cố hệ thống cung cấp, đặc biệt hệ thống cung cấp ngừng hoạt động Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu thiết bị điện từ nhạy cảm UPS cung cấp điện áp tin cậy, độc lập liên tục thông qua khâu trung gian: ắc quy chuyển mạch tĩnh