báo cáo bài tập ii điện tử công suất thiết kế bộ nghịch lưu v

Lựa chọn bộ biến đổi:Từ yêu cầu công nghệ, ta cần một bộ nghịch lưu nguồn áp dạng DC – AC đểđiều chỉnh điện áp ra tải có dạng sóng sin; đảm bảo điện áp, công suất đầu ra vàcho chất lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

Bộ môn Tự động hóa công nghiệp

BÁO CÁO BÀI TẬP II

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Kiên Trung

Sinh viên thực hiện:

Phạm Quốc Huy – MSSV: 20181534 – Mã lớp: 129024

HÀ NỘI – 01/2022

I Yêu cầu công nghệ:

Thiết kế bộ nghịch lưu với các thông số yêu cầu như sau:

- Điện áp đầu vào: 220V/50Hz

- Công suất đầu ra: 1,5KVA

- Hệ số méo sóng hài của điện áp ra: THD < 2%

II Lựa chọn bộ biến đổi:

Từ yêu cầu công nghệ, ta cần một bộ nghịch lưu nguồn áp dạng DC – AC để điều chỉnh điện áp ra tải có dạng sóng sin; đảm bảo điện áp, công suất đầu ra và cho chất lượng tốt

 Trong các bộ nghịch lưu đã được học, lựa chọn bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha sơ đồ cầu là phương án phù hợp nhất

Hình 2.1 Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha sơ đồ cầu.

III Tính toán và lựa chọn thiết bị:

Chọn cos0,8; f s20000(Hz)T s0,5.10 ( ). 4s

1 Tính toán cho U :DC

Điện áp một chiều thay đổi ±10%, chọn μ = 0,9 Sụt áp trên cuộn cảm L max s

cỡ 10%

0 1,1 1,1.220 2 380( ).

0,9 0,9

m DC

U

2 Tính toán cho biên độ dòng đầu ra I :0m

 Dòng tải yêu cầu:

0 0

1500 6,82( )

220

S

U

 Biên độ dòng tải: I0mI0 2 6,82 2 9,65( ).  A

3 Tính toán điện cảm L :s

Chọn sụt áp cơ bản = 10%U 0

0

0 0,1 0,1.220 22( ) Ls 3,226( ) 0,01( )

U

I

4 Tính toán giá trị R :t

0

0

U

5 Tính toán, lựa chọn van IGBT và Diode:

 Dòng trung bình qua van IGBT:

0

1 cos 1 0,8 9, 65 2,765( )

 Dòng trung bình qua Diode:

0

1 cos 1 0,8 9,65 0,307( )

 Dòng đỉnh lớn nhất qua van IGBT và Diode:

4

0,max

0,95( )

DC s s

U T

L



 Kiểm tra độ đập mạch:

0,max

0

0,95 100% 9,84% 20% 9,65

L m

I I I



 Độ đập mạch có giá trị phù hợp

Ngoài ra, van IGBT và Diode phải chịu được điện áp ra tải cực đại là 311(V)

 Ta chọn:

 Diode ký hiệu BYD13-K có thông số: I = 2(A), U = 800(V).ngm

Ic = 200(A)

(Tham khảo thêm tại: Phạm Quốc Hải,“Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2009).

6 Tính toán, lựa chọn lọc LC:

* Tụ lọc C : f

Chọn LC 0,1s0,1.2 20000 12566, 4(  rad s/ ).

0,01.(12566, 4)

f

s LC

(1)

 Bù công suất phản kháng của tải:

2 2

2 50.220

f







Tụ phải chịu được điện áp tương đương với điện áp cực đại trên tải (3)

Từ (1), (2), (3) => Chọn tụ 68μF/450V

* Điện cảm lọc L : f

Điều kiện chống cộng hưởng ở tần số sóng hài thấp nhất và tối ưu hiệu quả cho bộ lọc thì:

2

1

2 k

 

với

f f

Q P



Xét tần số sóng hài thấp nhất (k = 3): ε < 0,222 => Chọn ε = 0,21

 Q f .P f  .cosS 0, 21.1500.0,8 252( Var).

0

Cuộn cảm lọc phải chịu được dòng tải cực đại

 Chọn cuộn cảm 0,12H/20A

 Kiểm tra điều kiện tần số cơ bản X >> X :Cf Ls

2 50.0,01 3,14( )

Ls s

6

46,81( )

2 50.68.10

Cf f

X

C

 Thỏa mãn điều kiện X >> X Cf Ls

7 Tính toán, lựa chọn tụ C mạch một chiều:

Chọn U C(0,05 0,1) U DC

9, 65

13( )

2 2.20000.0,05.380

C

s C

I



 Chọn tụ 10μF/450V

IV Mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm MATLAB:

* Mô phỏng:

 Khối phát xung PWM:

Hình 4.1 Mạch tạo xung PWM sử dụng phương pháp điều chế đơn cực.

Theo lý thuyết, có 2 phương pháp điều chế xung cấp cho van đó là phương pháp điều chế đơn cực và phương pháp điều chế lưỡng cực Tuy nhiên, do yêu cầu chất lượng điện áp đầu ra phải cho THD < 2% Vì vậy ta ưu tiên lựa chọn phương pháp cho chất lượng điện áp đầu ra tốt hơn Đây cũng chính là ưu điểm của phương pháp điều chế đơn cực so với phương pháp điều chế lưỡng cực

 Hình 4.1 chính là sử dụng phương pháp điều chế đơn cực để cấp xung cho van

 Mạch lực: Với các thông số được tính toán ở mục III.

Hình 4.2 Mạch lực.

 Mạch mô phỏng hoàn chỉnh :

Hinh 4.3 Mô phỏng mạch nghịch lưu nguồn áp cầu một pha trên phần mềm MATLAB.

* Kết quả mô phỏng:

 Xung cấp cho các van:

Hình 4.4 Xung cấp cho V1, V2.

Hình 4.5 Xung cấp cho V3, V4.

 Điện áp và dòng điện đầu ra trước lọc:

Hình 4.6 Điện áp đầu ra trước lọc Hình 4.7 Dòng điện đầu ra trước lọc.

 Điện áp và dòng điện đầu ra sau lọc:

Hình 4.8 Điện áp đầu ra sau lọc

Hình 4.9 Dòng điện đầu ra sau lọc.

 Hệ số méo của điện áp trên tải:

Hình 4.10 Hệ số méo THD của điện áp trên tải.

V Nhận xét, đánh giá:

Từ kết quả mô phỏng ở mục IV, ta có những nhận xét, đánh giá như sau:

 Từ thông số và hình dạng đồ thị của hình 4.8 và 4.9, nhận thấy bài thiết

kế đã đảm bảo được yêu cầu đặt ra, điện áp ra và công suất đảm bảo được giá trị yêu cầu, điện áp và dòng điện đầu ra có sai lệch < 10%

 Hình 4.10 cho thấy phương pháp điều chế đơn cực đã cho kết quả tốt, độ méo của điện áp trên tải THD = 0,85% < 2% đảm bảo yêu cầu về chất lượng đã đặt ra

 Việc tính toán, lựa chọn thông số theo lý thuyết kết hợp với mô phỏng thử đã cho những thông số phù hợp với yêu cầu đặt ra

 Do mạch được cấp nguồn DC trực tiếp không qua chỉnh lưu nên tụ C mạch một chiều gần như không ảnh hưởng đến chất lượng điện áp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Phạm Quốc Hải, “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất” , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2009.

 Slide bài giảng môn Điện tử công suất của thầy Trần Trọng Minh.