Đồ án thiết kế bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sơ đồ cầu

Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TÊN ĐỒ ÁN : Thiết kế nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sơ đồ cầu Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thị Điệp Sinh viên thực hiện: Lê Đình Anh Mã sinh viên: 20810430382 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Chuyên ngành: Tư đông hoa va điêu khiên thiết bi điên công nghiêp Lớp: D15TDH&DKTBCN4 Năm học: 2022-2023 Hà Nội, tháng năm 2023 Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Lê Đình Anh Mã số sinh viên: 20810430382 Lớp: D15TDH&DKTBCN4 Chuyên ngành: Tự Động Hóa Và Điều Khiển Thiế́t Bị Điện Công Nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiế́t kế́ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sơ đồ cầu - Các số liệu liệu ban đầu: Nguồn cấp: chiều Sử dụng van MOSFET Sử dụng phương pháp điều khiển nghịch lưu đơn giản Yêu cầu: - Điện áp tải 3x380V, 100Hz Công suất tải tối đa: 10kVA 3.Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 4.Ngày hoàn thành đồ án: …………… ………………… Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2023 Giảng Viên Hướng Dẫn T.S Nguyễn Thị Điệp Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University Mục Lục CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ BỘ NGHỊCH LƯU 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1 Khái Niệm 1.1.2 Phân loại nghịch lưu 1.1.3 Van bán dẫn sửa dụng nghịch lưu 1.1.4 Ứng dụng nghịch lưu 1.2 Giới thiệu van MOSFET 1.2.1 Cấu tạo MOSFET 1.2.2 Cách phân cực cho mosfet 10 1.2.3 Đặc Tính Voltage -Ampe (VI) Mosfet 11 1.2.4: Điều kiện mở khoá van 12 1.3: Phân tích sơ đồ nghịc lưu đọc lập nguồn áp ba pha 12 1.3.1 Sơ đồ mạch lực 12 1.3.2 Nguyên tắc điều khiển mở van 13 1.3.3 Các biểu thức tính tốn 17 1.3.4: Tụ điện chiều 18 1.3.5: Bộ lọc đầu 18 1.3.6 Cải thiện điện áp cho nghịch lưu độc lập điện áp 19 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 21 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 3.1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 23 3.2 Tính tốn thông số khâu 26 3.2.1.Khâu phát xung chủ đạo tạo điện áp cưa 26 Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University 3.2.2 Khâu so sánh ( sóng mang sóng điều chế) 27 3.2.3 Khâu tạo trễ mở van 28 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 29 4.1 Giới thiệu phần mềm mô PSIM 29 4.2 Sơ đồ mạch lực 31 4.3 Sơ đồ mạch điều khiển 32 4.4 Kết mô 32 4.5 Nhận xét 34 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 DANH SÁCH BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Danh sách hình vẽ Trang Hình1.1: Ứng dụng nghịch lưu thực tế́ Hình1.2:Ký hiệu van mosfet Hình 1.3 Cách phân cực cho mostfet Hình 1.4 Đường đặc tính Volt -Ampe Mosfet 10 Hình 1.5 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 11 Hình 1.6 Luật điều khiển nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 12 Hình1.7:điện áp tải 13 Hình1.8: Sơ đồ thay thế́ 14 Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University Hình1.9: Sơ đồ thay thế́ 14 Hình1.10: Sơ đồ thay thế́ 15 Hình 1.11 Sự phụ thuộc hệ số sóng hài vào tham số ε 16 Hình 1.12 Các lọc tần cho nghịch lưu độc lập điện áp 17 Hình2.1: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha sơ đồ cầu 19 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập điện áp 21 Hình 3.2 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập kiểu SPWM 22 Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển van MOSFET 23 Hình 3.4 Sơ đồ khâu tạo điện áp cưa cực tính 24 Hình 3.5 Mạch phát xung tạo điện áp cưa cực tính 25 Hình 3.6 Sơ đồ khâu so sánh 25 Hình 3.7 Mạch khâu so sánh 26 Hình 3.8 Khâu tạo trễ mở van 27 Hình 4.1 Giao diện hình Psim 27 Hình 4.2 Sơ đồ mạch lực thiế́t kế́ phần mềm PSIM 29 Hình 4.3 Sơ đồ mạch điều khiển 29 Hình 4.4 Tín hiệu xung cưa 30 Hình 4.5 Tín hiệu xung kích mở van V1 V4 31 Hình 4.6 Đồ thị dạng sóng điện áp dịng điện pha A với tải R 31 Hình 4.7 Đồ thị dạng sóng điện áp dịng điện pha B với tải R 31 Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University Hình 4.8 Đồ thị dạng sóng điện áp dịng điện pha C với tải R 31 Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University Lời Nói Đầu: Điện tử cơng suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chố độ chuyển mạch trình biế́n đổi điện Ngày này, khơng riêng nước phát triển nước ta thiế́t bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vự sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thủy điện, giấy, dệt, sợi, đóng tàu…đang sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiế́n thức điện tử cơng suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất với đề tài: “Thiết kế nghịch lưu độc lập nguồn áp pha” Với hướng dẫn cô Nguyễn Thị Điệp , em tiế́n hành nghiên cứu thiế́t kế́ đồ án Trong trình thực đề tài khả kiế́n thức thực tế́ có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiế́u sót mặt thực tiễn , kính mong thầy đóng góp ý kiế́n để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ BỘ NGHỊCH LƯU 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1 Khái Niệm Nghịch lưu (DC/AC) thiế́t bị dùng để chuyển đổi điện áp chiều (Direct current -DC) sang điện áp xoay chiều (Alternative current AC ), Tần số Điện áp thay đổi 1.1.2 Phân loại nghịch lưu Dựa theo đặc tính nguồn đầu vào : Ta chia làm hai loại nghịch lưu nguồn áp nghịch lưu nguồn dòng Phân loại dựa theo sơ đồ đấu nối mạch nghịch lưu Ví dụ nghịch lưu cầu pha , nghịch lưu cầu ba pha Nghịch lưu cộng hưởng Nguồn dịng nguồn có dịng điện khơng đổi theo tải tính chất tải Để tạo nguồn dịng cần nối nguồn DC với điện cảm đủ lớn Nguồn áp nguồn có điện áp khơng đổi theo tính chất tải Để tạo nguồn áp cần mắc song song với nguồn DC tụ điện đủ lớn Có nhiều cách để phân loại nghịch lưu Nhưng ba cách phổ biế́n 1.1.3 Van bán dẫn sửa dụng nghịch lưu Thông thường van bán dẫn sửa dụng nghịch lưu van điều khiển hoàn toàn Đối với nghịch lưu nguồn áp dùng :dùng transistor, Mosfet, IGBT Đối với nghịch lưu nguồn dịng dùng: IGBT,Thyristor Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University 1.1.4 Ứng dụng nghịch lưu Ứng dụng rộng rãi lĩnh vực lượng tái tạo Như hệ thống pin mặt trời , tubin điện gió … Trong lĩnh vực xe điện (Electric vehicle ) Như xe điện Vinfast , texla … Ví dụ: Nhìn vào ví dụ bên (hình1.1) thấy nghịch lưu ứng dụng xe điện Nguồn cung cấp cho nghịch lưu nguồn ắc quy chiều Động sửa dụng để truyền động bánh xe động không đồng xoay chiều ba pha Muốn sửa dụng nguồn ắc quy cấp cho động thơng qua nghịch lưu để chuyển từ điện áp chiều ắc quy sang điện áp sửa dụng động Khoa điều khiển tự động hoá Trường Đại Học Điện Lực – Electric Power University Hình1.1: Ứng dụng nghịch lưu thực tế 1.2 Giới thiệu van MOSFET 1.2.1 Cấu tạo MOSFET Mosfet tên viế́t tắt Metal oxide semiconductor field effect transistor phần tử điều khiển hoàn toàn dùng áp để điều khiển Ký hiệu: Hình1.2:Ký hiệu van mosfet Cấu trúc van mosfet bao gồm ba cực : D- Cực máng S- Cực nguồn (cực S nối cực S cực B ) Thông thường ta khơng thấy cực B nối chung với cực S mosfet G- Cực điều khiển Cực gốc (S) nối với lớp P cực máng(D) nối với lớp N trường hợp bình thường khơng có kênh dẫn D S Cực gate ( G ) nằm cách ly hoàn toàn lớp Oxide kim loại có điện trở suất lớn Nhìn cấu trúc mặt cắt, thấy chúng cách ly hoàn toàn với cấu cực S D Khi đặt điện áp dương vào cực G đế́n mức độ gọi điện áp ngưỡng lỗ P bị đẩy , đồng thời hút điện tích hút đế́n, tạo kênh dẫn S D Dịng điện qua lớp bán dẫn Chính người ta gọi Mosfet với tên gọi khác Transistor hiệu ứng trường có cổng cách ly 10 Khoa điều khiển tự động hoá