Điều khiển hệ thống Điện công nghiệp tiểu luận mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (power factor correction pfc – mạch 11)

HCMC U NIVERSITY OF T ECHNOLOGY AND E DUCATIONKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Tiểu Luận: Mạch Hiệu Chỉnh Hệ Số Công Suất Power-factor correction-PFC – Mạch 11..

HCMC U NIVERSITY OF T ECHNOLOGY AND E DUCATION

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Tiểu Luận: Mạch Hiệu Chỉnh Hệ Số Công Suất

(Power-factor correction-PFC – Mạch 11).

Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Vĩnh Thanh

Sinh viên thực hiện: Nhóm 03 Lớp: 23LC42SP1L

Đinh Ngọc Minh Hiếu 23842010

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 09 năm 2024.

SVTH: Nhóm 03

Phân tích tín hiệu nhỏ và điều khiển mạch Boost DC- DC

Đinh Ngọc Minh Hiếu , Lê Võ Long Vũ , Trần Hoàng Ngân , Trần Thanh Sang , Vũ Văn

Hiếu

Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

1 Cấu hình và nguyên lý hoạt động của mạch Boost DC- DC

1.1 Cấu hình

Cấu hình của mạch DC-DC boost converter: DC-DC boost converter (hay DC-DC

setup converter) là bộ chuyển đổi nguồn DC sang DC có chfíc năng tăng điện áp

(trong khi giảm dòng điện) từ đầu vào (nguồn cung cấp) đến đầu ra (tải) Mạch này

gồm 5 linh kiện điện tfí cơ bản đó là 1 Mosfet, 1 Diode D, 1 điện trở R, 1 Cuộn cảm L,

1 tụ điện C Nguồn cho mạch tăng áp có thể đến từ bất cfí nguồn DC phù hợp nào,

chẳng hạn như pin lion, pin mặt trời, bộ chỉnh lưu và máy phát điện một chiều.

1.2 Nguyên lý

Mạch này gồm những linh kiện điện tfí cơ bản đó là cuộn dây L, diode D, tụ điện

C và khóa bán dẫn điều khiển toàn phần S Nguyên lý hoạt động của mạch PFC nêu trên

được phân tích dựa trên hai trạng thái kích dẫn và kích ngắt của khóa S, được biểu diễn như Hình 1.

- Các trạng thái:

• Trong chế độ ON được biểu diễn như hình dưới, Cuộn dây L được cấp nguồn từ Vdc, dòng điện không đi qua Diode D1 do phân cực ngược nên dòng điện đi qua khoá S1 chạy về cực âm của tụ C1 đồng thời cấp nguồn cho 1 chân của điện trở

R dòng điện đi từ chân còn lại của tụ và điện qua khoá S2 đang mở làm cho kín mạch, cuộn dây L tích trữ năng lượng

Hình 2: Trạng thái ON

• Trong chế độ OFF được biểu diễn như hình dưới, Cuộn dây L được cấp nguồn và tích trữ năng lượng Diode D1 dẫn điện do phân cực thuận cấp nguồn cho chân dương của tụ đồng thời cấp nguồn cho 1 chân điện trở dòng điện chạy từ chân còn lại của C1 và R qua Diode D đang phân cực thuận nên dẫn điện làm cho kín

SVTH: Nhóm 03

mạch

Hình 3: Trạng thái OFF

2 Phân tích tín hiệu nhỏ và lựa chọn bộ điều khiển

Mạch ở chế độ ON ta có hệ:

V L =V DC + V C

I L =−i L −I R

Mạch ở chế độ OFF ta có hệ:

V L =V DC −V C

{ I C =i L −I R

{

][

]

(V dc +V C ) DT +(V dc −V C )

(1−D )T

=

T

(−i L −I R ) D T +( i L −I R ) (1−D

) T

SVTH: Nhóm 03

Giá trị trung bình của điện áp cuộn dây L và dòng điện của tụ điện C trong mỗi chu kì T được xác định như sau:

{

Mô hình hoá

V L

I

d

d

V dc =V dc

+~V dc

i L =I L +i~ L

V c =V c +~v

(t)

C

I R =I R +~i R

D=D +~d

Phương trình điện áp và dòng điện:

{V

L

d

IL

=L

=V

t

d

dc D +V c

D +V

dc−

V

dc

D−V

c +V c D

I =C d Vc =−i D−I D +i −i D −I + I D

t

{V

L

d

IL

=L

=V

t

d

c D +

V

dc−

V

c +V c D

=V c

D +V

dc−

V

c ( 1−D )

I =C d Vc =−i D +i

−i

D−I =−I −i D +i

(1−D )

{

SVTH: Nhóm 03

d

I d (V c

+~v c)

C=

C dt =−IR−i R−( I

L+i L)

D +d +( I L +i L )(1−D

−d )

L t

{V

L

d

IL

=L

=V

t

d

c D +V

dc−

V

c (1−D

)

(1)

I =C d Vc =−I −i D

+i

(1−D )

t

Thay (t) vào (1)

{V L =L

dt =(V c + v c ) ( D +d )+V dc + V~dc −(V c + v c )(1−D −d )

d ( I

L +~i L)

~ ~ ~

~

~ ~ ~ ~ ~

I C =C d (V c

+~v

dt

C d Vc +C d ~vc

=−I dt dt

{V

L =L

dt =V c D +V c d+ v c d+ v c D + V dc +V ~dc −V c +V c D +V c d−v c + v c d + v c D

=

L

~

~

i L

~

d

L d IL + L d iL

=V

D +V

−V +V D +V

~d+~v

D +

V +V ~d−~v +~v D

{ dt dt c

I

D−

~i

~

d c c c c

L D

~

d +~i

~i L

D

Small Signal

d

~

d

−~i

SVTH: Nhóm 03

C d~vc

=−~i −I

~d

−~i

D

−I

~d +~i

−i~

D

C d~vc

=−2 I

~d

−~i

L D +i~

L (1−D )=−

~d

+~i

L (1−2 D )=CS

~v

d ~

{L

dt =V c d+ v c D + V~

dc +V c d−v c + v c D

dt R L

L

L

d~

iL

{ dt =2V c d−v c + 2 v c D =Ls I L(2)

c(3)

L

L

c

CS ~v c =−2 I L d~−~i L D +i~ L

(1−D )(3)

{ LS ~

I L =2 V c

~

d −~v c

+2

~v c

D (2)

Từ (3) Suy ra:

LS2 ~v =−2

LS I

L~d+

LS ~

i L

(1−2 D )( 4)

Thay (2) vào (4)

LCS2~v =[ ( (2V ~d−~v +2~v D ) (1−2 D ))−2 LS I ~d ]

LCS2~v =2 V ~d (1−2 D )−~v (1−2 D )+2~v D (1−2 D )−2 LS I ~d

LCS2~

V +~v (1−2 D )−2~v D (1−2 D )=2V (1−2 D )−2 LS I ~d

L

[ LCS2+(1−2 D )−2 D (1−2 D )]~v =[2 V (1−2 D )−2 LS I ]d~

G (S )= −2 LS I L + 2V c (1−2 D )

SVTH: Nhóm 03

LS2 C +(1−2 D )−2 D (1−2 D )

DC Component

d Il

L

dt =V c D +V dc −V c +V c D =V dc −V c +2V c D=V dc −V c (1+2 D )

1− V dc

V dc V c

c (1+2 D ) 2

dVc

=−I dt R −I L D +

I

L−

I

L

D=−I

R+

I

L (1−2 D )=0

≫ I

= I R

L (1−2 D

)

=80

Bảng thông số linh kiện trong mạch

C

SVTH: Nhóm 03

Bảng 1: Bảng thông số linh kiện trong mạch

3 Kết quả mô phỏng trên PSIM

Hình 5: Kết quả dạng sóng điện áp qua điện trở R

Hình 6: Kết quả dạng sóng của hệ điều khiển

4 Kết quả mô phỏng MALAP

SVTH: Nhóm 03

5 Kết luận

Cấu hình mạch DC-DC tăng áp đề xuất đã tạo ra được điện áp cao mong muốn, tạo được nguồn đối xfíng phù hợp với các bộ nghịch ba bậc hình T, NPC (Neutral Point Clamped), có thể mở rộng dải điện áp ngõ ra bằng cách mắc thêm nhiều module - đó là các điểm nổi bật của cấu hình đề xuất So với các cấu hình khác, cấu hình đề xuất chỉ sfí dụng một khóa bán dẫn, điều đó dẫn đến việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn, thu được điện áp cao và giảm được chi phí cũng như kích thước của hệ thống Cuối cùng, kết quả

mô phỏng và thực nghiệm chfíng minh tính hiệu quả của cấu hình đề xuất

Lời cảm ơn

Em xin gfíi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Vĩnh Thanh đã tận tâm hướng dẫn

và hỗ trợ nhóm em trong quá trình thực hiện báo cáo Suốt thời gian chúng em học tập