Đề thi điện tử công suất nâng cao

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 = 2µs 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 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 ( ) [ ] VjV  45exp95= . 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. 2 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 S 1 S 3 S 5 Vector Thời gian (ms) 0 0 0 V 0 T 0 /2 = 0.1 0 1 0 V 3 T 3 /2 = 0.15 0 1 1 V 4 T 4 /2 = 0.15 1 1 1 V 7 T 7 /2 = 0.1 3 1 1 1 V 7 T 7 /2 = 0.1 0 1 1 V 4 T 4 /2 = 0.15 0 1 0 V 3 T 3 /2 = 0.15 0 0 0 V 0 T 0 /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 V 0 : ( ) [ ] msmsT 2.01 01 8.01 0 =⋅ − − = • Thời gian thực hiện vector V 3 : ( ) [ ] msmsT 3.01 01 5.08.0 3 =⋅ − − = • Thời gian thực hiện vector V 4 : ( ) [ ] msmsT 3.01 01 2.05.0 4 =⋅ − − = • Thời gian thực hiện vector V 7 : ( ) [ ] msmsT 2.01 01 02.0 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 v 0 là hàm offset cần tìm. Điều kiện không xuất hiện trạng thái V 0 (0,0,0) → điều chế gián đoạn với offset cực đại → [ ] 1max ' = dkj u trong đó ' dkj u là giá trị điện áp điều khiển mới của pha j Suy ra [ ] 1,,max 02030201 =+=+++ vuvuvuvu dkdkdkdk [ ] Vuv dk 2.08.011 20 =−=−= Vậy giá trị hàm offset cần tìm là [ ] Vv 2.0 0 = 1.8 Xác định biên độ và góc quay của vector điện áp tải • Tính các điện áp pha trung bình U j0 [ ] VVuU ddk 1005002.0 110 =⋅== [ ] VVuU ddk 4005008.0 220 =⋅== 4 [ ] VVuU ddk 2505005.0 330 =⋅== • Tính điện áp common mode trung bình U N0 [ ] V UUU U N 250 3 250400100 3 302010 0 = ++ = ++ = • Tính các điện áp tải V tj [ ] VUUV Nt 150250100 0101 −=−=−= [ ] VUUV Nt 15025040 0 0202 =−=−= [ ] VUUV Nt 0250250 0303 =−=−= (Kết quả đúng nếu V t1 +V t2 +V t3 =0) • Vector áp tải [ ] 3 2 21 3 2 ttt VaVaVV ++= trong đó ( ) 866.05.0 2 3 2 1 120exp jjja +−≈+−==  Do đó ( ) [ ] 0150866.05.0150 3 2 ++−+−= jV [ ] VjV  1.1394288.1989.129150 ∠=+−= Vậy, vector tải có biên độ 198.4288 [V], góc pha 139.1 0 . (Vector tải có góc 139.1 0 tương ứng góc phần 6 thứ 3. Để thực hiện vector tải này ta phải dùng vector V 3 , V 4 . Kết quả này phù hợp với tính toán trước đó → kết quả 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: [ ] [ ] [ ] VuVuVu dkdkdk 5.0,8.0,2.0 321 === vì tại mục 1.6 ta thấy T 0 = T 7 = 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) 5 1.10.1 và 1.10.2 xem hình 6 1.10.3 Giá trị trung bình U t1 Giá trị áp tải không đổi, tức là: [ ] VVU tt 150 1 '' 1 −== (Thử lại: Phần này không cần ghi khi thi!!!!!!!!!!!!) • Tính điện áp pha trung bình [ ] V ms s V T t UU d d 991100500 1 2 100 10 '' 10 =−=⋅−=⋅−= µ 7 [ ] VV T t UU d d 3991400 20 '' 20 =−=⋅−= [ ] VV T t UU d d 2491250 10 '' 30 =−=⋅−= • Tính điện áp common mode trung bình 249 3 24939999 3 '' 30 '' 20 '' 10 '' 0 = ++ = ++ = UUU U N • Tính điện áp tải trung bình [ ] VUUU Nt 15024999 '' 0 '' 10 '' 1 −=−=−= 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 ( ) [ ] VjV  45exp95= ( ) [ ] VV t 175.6745cos95 1 ==  ( ) [ ] VV t 588.2412045cos95 0 2 =−=  ( ) [ ] VV t 763.9124045cos95 0 3 −=−=  • Chọn điện áp common mode trung bình V 0 (ký hiệu là U N0 cũng được) 8 Đặt ( ) [ ] VVVVMax ttt 175.67,,max 321 == ( ) [ ] VVVVMin ttt 763.91,,m in 321 −== Tổng điện áp trên các tụ: [ ] VVVVV dddtong 2002 21 ==+= Giới hạn của điện áp common mode trung bình là [ ] VMinV 763.91 min0 =−= [ ] VMaxVV tong 825.132175.67200 max0 =−=−= Chứng minh (phần này không cần ghi) tongtjj VVVU ≤+=≤ 00 0 tjtongtj VVVV −≤≤− 0 ( ) ( ) tjtongtj VVVV −≤≤− minm ax 0 ( ) ( ) ( ) tjtongtjtongtj VVVVVV maxminmin 0 −=−+≤≤− MaxVVMin tong −≤≤− 0 MinV −= min0 và MaxVV tong −= max0 Tức là [ ] [ ] VVV 825.132763.91 0 ≤≤ Do dùng kỹ thuật medium common mode nên ta chọn điện áp common mode trung bình là [ ] V VV V 294.112 2 763.91825.132 2 min0max0 0 = + = + = • Tính các điện áp pha tải trung bình [ ] VVVU t 469.179294.112175.67 0110 =+=+= [ ] VVVU t 882.136294.112588.24 0220 =+=+= [ ] VVVU t 531.20294.112763.91 0330 =+−=+= • Tính các điện áp điều khiển d jj dkj V U aptrentu U u 00 == Do đó [ ] V V U u d dk 79469.1 100 469.179 10 1 === [ ] V V U u d dk 36882.1 100 882.136 20 2 === 9 [ ] V V U u d dk 20531.0 100 531.20 10 3 === (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) 10 . 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 (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. góc quay của vector điện áp tải • Tính các điện áp pha trung bình U j0 [ ] VVuU ddk 1005002.0 110 =⋅== [ ] VVuU ddk 4005008.0 220 =⋅== 4 [ ] VVuU ddk 2505005.0 330 =⋅== • Tính điện áp common mode