Thiết kế điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ anphabeta

Nội dung đề tài: Thiết kế điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ anphabeta. Đây là bài tập lớn thầy Vũ Hoàng Phương, đạt điểm 10 báo cáo giữa kì. Chỉ mất 1 cốc trà sữa là bạn có thể xem được file này và có thể được điểm 10 môn này

Nhóm 7: Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh

lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tĩnh αβ

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Hoàng Phương

Lưu Tạ Trường Linh 20202434

Lê Trung Nghĩa 20200434

Nội dung

I Yêu cầu thiết kế

II Cấu trúc điều khiển

III Mô hình hóa

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

VI Mô phỏng kiểm chứng

VII.Kết luận

I Yêu cầu thiết kế

 Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ

tĩnh αβ

 Nội dung thiết kế: Mô hình hóa, cấu trúc điều khiển.

 Tham số thiết kế: Hòa lưới 380V ±10%/50Hz±1%, công suất thiết kế

 Mô phỏng cấu trúc điều khiển.

I Yêu cầu thiết kế

 Sơ đồ mạch lực và tham số thiết kế

Chỉnh lưu tích cực 3 pha

Điện áp lưới (RMS) V = 380V; f = 50HzĐiện cảm L = 2.5mH; rL =

0.1Ω

Tụ điện Cdc = 1000μF

Điện áp tụ điện Vdc= 700V Tần số phát xung fsw = 10kHz

II Cấu trúc điều khiển

Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ tọa độ tĩnh αβ có điều chỉnh công suất

II Cấu trúc điều khiển

III Mô hình hóa

 Phương trình cân bằng điện áp trong hệ thống 3 pha và trong hệ tọa độ tĩnh αβ

III Mô hình hóa

 Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc: ˆ

ˆ ˆ

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Vector điện áp duy nhất biểu diễn 3 đại lượng điện áp tức thời trong hệ thống 3 pha:

u u

u u

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

• Với hệ 3 pha cân bằng và đối xứng – các pha điện áp có biên độ bằng nhau và góc

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Bước 1: Xác định trạng thái (vector chuẩn) của mạch nghịch lưu

• Có 8 trạng thái: 2 trạng thái không và 6 trạng thái tích cực

Trạng thái mạch nghịch lưu nguồn áp tương ứng vector chuẩn

( , ) u u ( , ) u u1 6

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

• Xác định giá trị điện áp các vector chuẩn và vị trí vector chuẩn trên hệ tọa độ tĩnh αβ

Bảng giá trị điện áp các vector chuẩn

Vị trí vector chuẩn trên hệ tọa độ tĩnh αβ

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Bước 2: Xác định vị trí vector điện áp đặt

Mối liên hệ giữa các sector và điện áp

mỗi sector

s

u

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Bước 3: Tính toán thời gian (hoặc hệ số điều chế) thực hiện 2 vector chuẩn trong mỗi chu kì điều chế

Nguyên tắc điều chế vector điện áp

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

• Bảng tổng hợp ma trận trong mỗi sectorAnm

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Bước 4: Tính toán thời gian (hoặc hệ số điều chế) thực hiện nhánh van mạch nghịch

lưu trong mỗi chu kì Ts

Mẫu xung chuẩn Sector 1

Trình tự chuyển mạch:

• Sử dụng mẫu xung đối xứng và thời gian sử

dụng vector không là bằng nhau

IV Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Mô phỏng SVM bằng Matlab Function

arctan  

 

s s

u u

Xác định sector từ góc

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

1 Mạch vòng dòng điện

 Lượng đặt dòng điện trên hệ tọa độ tĩnh αβ có dạng hình sin với tần số bằng (tần

số cơ bản dòng điện hình sin), ta sử dụng cấu trúc điều chỉnh PR có tần số cộng

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

c

L c

ir

L pr

K K

r L

r K

0 2

L c

ir pr

L c

r L K

L PM

r L

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

1 Mạch vòng dòng điện

 Chọn tần số cắt của mạch vòng dòng điện nhỏ hơn 1/10 tần số đóng cắt: fc  500 Hz

 Chọn độ dự trữ pha: PM   80

4549.6 7.72

thị Bode như hình, thỏa mãn

với các điều kiện đặt ra

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

n

n dc dc i

n

V C K

E

V C K

K K

Mạch vòng điện áp trên tụ sử dụng bộ PI

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

3 Vòng khóa pha

αβ dq

Cấu trúc vòng khóa pha cho lưới điện 3 pha

 Mục tiêu cấu trúc vòng khóa pha: Giúp bắt được góc pha của lưới

 Cách thức thực hiện: Điều khiển điện áp kênh q của điện áp lưới bằng 0  Sử dụng mạch vòng điều chỉnh để bắt được tần số lưới  Góc pha lưới

V Thiết kế các mạch vòng điều khiển

K K

K K

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tải thuần trở định mức, tụ điện và điện cảm thông số thiết kế:

Điện áp đầu ra bám lượng đặt

Điện áp tăng vọt lên 900V khi khởi động

Giải pháp: Mắc nối tiếp

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tải thuần trở định mức, tụ điện và điện cảm thông số thiết kế:

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tải thuần trở định mức, tụ điện và điện cảm thông số thiết kế:

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tải thuần trở định mức, tụ điện và điện cảm thông số thực tế:

Điện áp đầu ra bám lượng

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Mất cân bằng điện áp:

Điện áp đầu ra bám lượng đặt

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A

Điện áp đầu ra vẫn bám lượng đặt

Thời gian quá độ 0.1s

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A

Công suất bị đảo dấu do dòng tải bị đảo chiều khi có thêm nguồn dòng

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A

Dòng điện đi vào lưới và điện áp lưới ngược pha nhau (tải phát công suất)

Dòng điện đi vào lưới và điện áp cùng pha nhau (tải tiêu thụ công suất)

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A

Phổ dòng điện đi vào lưới trong 10 chu kì từ 0.2s

THD = 7.70%

Phổ dòng điện đi vào lưới trong 10 chu kì từ 0.6s

THD = 19.67%

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A, mạch lọc L

Tổng hợp tính toán L bằng file excel

Công suất (Prated) 5000 W

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A, mạch lọc L

Dòng điện đi vào lưới ổn định sau 0.1s

L càng lớn thì dòng điện vào lưới có độ đập mạch càng nhỏ, THD nhỏ Tuy nhiên,

phải trả giá bằng việc dòng điện vào lưới khi khởi động dao động lớn

VI Mô phỏng kiểm chứng

 Kịch bản mô phỏng: Tại 0.5s có thêm nguồn dòng 10A, mạch lọc L

Phổ dòng điện đi vào lưới trong

VII Kết luận

 Hiểu được cách thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh lưu tích cực 3 pha trên hệ

tọa độ tĩnh αβ

 Cấu trúc điều khiển

 Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)

 Tổng hợp các mạch vòng điều khiển

 Kết quả mô phỏng đáp ứng được yêu cầu thiết kế

 Điện áp ra trên tụ bám sát lượng đặt, đáp ứng nhanh (0,1 - 0.13s)

 Dòng tải đảo chiều khi có thêm nguồn dòng

 Bộ điều chỉnh PR hoạt động tốt

 Dòng điện vào lưới ổn định sau 0.1s, độ đập mạch nhỏ hơn, THD nhỏ hơn

5% khi có mạch lọc L

THANK YOU

!