Đề thi điện tử công suất nâng cao

Tần số sóng mang tam giác của kỹ thuật PWM bằng 10 kHz.. 1.5 Mô tả switching state sequence xuất hiện trong một chu kỳ sóng tam giác.. 1.6 Xác định thời gian tác dụng của từng trạng thái

ĐỀ THI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Phần 1: Kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu áp 3 pha 2 bậc (6đ)

Nguồn Dc Ud = 500V Sơ đồ như hình vẽ

Tần số sóng mang (tam giác) của kỹ thuật PWM bằng 10 kHz

Bài 1: Cho sóng mang tam giác thay đổi trong phạm vi (0,1) Giả thiết điện áp điều

khiển 3 pha abc lần lượt là: 0.2, 0.8, và 0.5

1.1 Vẽ xung kích cho 3 linh kiện S1, S3 và S5

1.2 Vẽ điện áp common mode uN0 (xem N, 0 trên hình)

1.3 Vẽ điện áp pha tải thứ 1, ut1

1.4 Xác định điện áp trung bình của tải Ut1, Ut2 và Ut3

1.5 Mô tả switching state sequence xuất hiện trong một chu kỳ sóng tam giác

1.6 Xác định thời gian tác dụng của từng trạng thái trong chu kỳ sóng tam giác

1.7 Bằng cách áp dụng thêm hàm offset vào các sóng điều khiển trên không xuất hiện trạng thái vector V0(0,0,0) trong chuỗi trạng thái kích, hãy xác định giá trị hàm offset

1.8 Xác định biên độ và góc quay của vector điện áp tải

1.9 Xác định giá trị của áp điều khiển 3 pha sao cho tác dụng của kỹ thuật sóng mang tương tự như kỹ thuật SVPWM (trạng thái (0,0,0) và (1,1,1) có thời gian bằng nhau)

1.10 Với các giá trị sóng điều khiển cho ở đầu bài và giả thiết rằng sử dụng

kỹ thuật deadtime với thời gian td = 2s và cho biết chiều dòng điện tải ia >

0, ib < 0 và ic < 0 Hãy xác định:

1.10.1 Vẽ trên cùng đồ thị với sóng mang và áp điều khiển xung kích S1, S2, S3, S4, S5, S6 có xét đến td

1.10.2 Dạng điện áp thu được của ut1.

1.10.3 Giá trị trung bình Ut1

Phần II Kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu áp 3 pha 3 bậc (4 đ)

Bài 2: Cho bộ nghịch lưu 3 bậc NPC Nguồn dc gồm 2 tụ mắc nối tiếp Điện áp

trên mỗi tụ bằng Vd1 = Vd2 = Vd = 100 V Cho biết vector điện áp tải

j  V

V  95 exp 45  Sử dụng kỹ thuật điều chế sóng mang với medium common mode Cho biết sóng mang tam giác nằm trong các giới hạn (0,1) và (1,2) Tần số sóng mang tam giác bằng 1 kHz Tương ứng với mức áp nghịch lưu 0, Vd và 2Vd

là các trạng thái 0, 1 và 2 Ví dụ, ứng với áp nghịch lưu 3f abc lần lượt là Vd, Vd, 2Vd thì trạng thái đóng linh kiện là (1,1,2) Hãy xác định

a Điện áp điều khiển của 3 pha

b Giản đồ xung kích cho linh kiện pha thứ 1

c Switching state sequence trong chu kỳ lấy mẫu

d Thời gian tương ứng các trạng thái (switching time duties) trong chu kỳ lấy mẫu

BÀI LÀM

1.1, 1.2, 1.3, 1.4 Xem trên hình vẽ

1.5 Switching state sequence trong một chu kỳ lấy mẫu

S1 S3 S5 Vector Thời gian (ms)

1 1 1 V7 T7/2 = 0.1

(Các thông số thời gian lấy từ câu 1.6)

1.6 Thời gian tác dụng của từng trạng thái trong chu kỳ sóng tam giác

Từ hình vẽ ta tính được thời gian thực hiện của từng vector như sau:

 Thời gian thực hiện vector V0:

 ms ms

0 1

8 0 1







 Thời gian thực hiện vector V3:

 ms ms

0 1

5 0 8 0







 Thời gian thực hiện vector V4:

 ms ms

0 1

2 0 5 0







 Thời gian thực hiện vector V7:

 ms ms

0 1

0 2 0







(Kết quả đúng nếu T 0 +T 3 +T 4 +T 7 = T)

1.7 Xác định giá trị hàm offset để không xuất hiện trạng thái vector V 0 (0,0,0) trong chuỗi trạng thái kích

Gọi v0 là hàm offset cần tìm

Điều kiện không xuất hiện trạng thái V0(0,0,0)  điều chế gián đoạn với offset cực đại  max '  1



dkj

u trong đó '

dkj

u là giá trị điện áp điều khiển mới của pha j Suy ra

maxu dk1v0 u dk2 v0 u dk3v0 u dk2 v0 

 V u

v0  1  dk2  1  0 8  0 2 Vậy giá trị hàm offset cần tìm là v0  0 2 V

1.8 Xác định biên độ và góc quay của vector điện áp tải

 Tính các điện áp pha trung bình Uj0

 V V

u

U10  dk1 d  0 2  500  100

 V V

u

U20  dk2 d  0 8  500  400

 V V

u

U30  dk3 d  0 5  500  250

 Tính điện áp common mode trung bình UN0

 V U

U U

3

250 400 100 3

30 20 10

 Tính các điện áp tải Vtj

 V U

U

 V U

U

 V U

U

(Kết quả đúng nếu V t1 +V t2 +V t3 =0)

 Vector áp tải

3

2

t t

V

2

3 2

1 120

Do đó

 150 0 5 0 866 150 0

3

2











V

 V j

V   150  129 9  198 4288  139 1 

Vậy, vector tải có biên độ 198.4288 [V], góc pha 139.10

đúng)

1.9 Xác định giá trị của áp điều khiển 3 pha sao cho tác dụng của kỹ thuật sóng mang tương tự như kỹ thuật SVPWM (trạng thái (0,0,0) và (1,1,1) có thời gian bằng nhau)

Đáp số: u dk1  0 2 V ,u dk2  0 8 V ,u dk3  0 5 V vì tại mục 1.6 ta thấy T0 = T7 = 0.2 (ms) vốn thỏa điều kiện SVPWM

1.10 Sử dụng kỹ thuật deadtime

(Bài này làm dựa theo phát biểu "The deadtime insertion logic chops off the

high side commanded volt*seconds by the amount of deadtime and adds the same amount of volt*seconds to the low side signal" và hình vẽ sau)

1.10.1 và 1.10.2 xem hình

1.10.3 Giá trị trung bình U t1

Giá trị áp tải không đổi, tức là: U t'' V t1 150 V

(Thử lại: Phần này không cần ghi khi thi!!!!!!!!!!!!)

 Tính điện áp pha trung bình

 V ms

s V

T

t U

1

2 100

10 ''

10          

 V V

T

t U

20      

 V V

T

t U

30      

 Tính điện áp common mode trung bình

249 3

249 399 99 3

'' 30

'' 20

'' 10 ''

0 U U U    

U N

 Tính điện áp tải trung bình

 V U

U

0

'' 10

''

Bài 2

Mạch có dạng như hình

2a Áp điều khiển của 3 pha

 Tính các điện áp tải trung bình từ vector áp tải V  95 expj45  V

V t1  95 cos 45  67 175

 Chọn điện áp common mode trung bình V0 (ký hiệu là U N0 cũng được)

Đặt

V V V   V

Tổng điện áp trên các tụ: V tong V d1V d2  2V d  200 V

Giới hạn của điện áp common mode trung bình là

 V Min

 V Max

V

V0max  tong   200  67 175  132 825

Chứng minh (phần này không cần ghi)

tong tj

0

tj tong

 V tjV  minV tong  V tj



Max V

V

Min

V0min   và V0max V tong  Max

Tức là 91 763 V V0  132 825 V

Do dùng kỹ thuật medium common mode nên ta chọn điện áp common mode trung bình là

 V V

V

2

763 91 825 132 2

min 0 max 0

 Tính các điện áp pha tải trung bình

 V V

V

U10  t1 0  67 175  112 294  179 469

 V V

V

U20  t2  0  24 588  112 294  136 882

 V V

V

U30  t3  0   91 763  112 294  20 531

 Tính các điện áp điều khiển

d

j j

U aptrentu

U

Do đó

 V V

U u

d

100

469 179

10

 V V

U u

d

100

882 136

20

 V V

U u

d

100

531 20

10

(Chú ý: trường hợp SVPWM thì max(u đkj )+min(u đkj ) = max(áp tam giác); trong trường hợp này u đk1 +u đk3 =2  kết quả đúng)

2b Giản đồ xung kích cho linh kiện pha thứ 1

Xem hình

(Để tính switching state thì ta vẽ luôn xung kích cho các pha còn lại như hình)

2c Switching state sequence

 Pha 1:

(Trình tự thực hiện từ trên xuống dưới)

S21 S11 Thời gian (ms)

0 1 T11/2 = 0.102655

1 1 T21/2 = 0.397345

1 1 T21/2 = 0.397345

0 1 T11/2 = 0.102655

 Pha 2:

S22 S12 Thời gian (ms)

0 1 T12/2 = 0.31559

1 1 T22/2 = 0.18441

1 1 T22/2 = 0.18441

0 1 T12/2 = 0.31559

 Pha 3:

S23 S13 Thời gian (ms)

0 0 T13/2 = 0.397345

0 1 T23/2 = 0.102655

0 1 T23/2 = 0.102655

0 0 T13/2 = 0.397345

(Thông số thời gian lấy từ phần 2d)

2d Thời gian tương ứng các trạng thái trong chu kỳ lấy mẫu

Theo cách ký hiệu ở phần 2c, dựa vào hình vẽ ta tính được:

 Pha 1

 ms ms

1 2

79469 1 2







 ms ms

1 2

1 79469 1







 Pha 2

 ms ms

1 2

36882 1 2







 ms ms

1 2

1 36882 1







 Pha 3

 ms ms

0 1

20531 0 1







 ms ms

0 1

0 20531 0





