báo cáo bài tập lớn mạch buck converter

Mô hình hóa bộ biến đổi Buck ở chế độ dòng liên tục1.1.. Phương pháp trung bình không gian trạng thái Hình 1.1.Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi Buck a Sơ đồ biến đổi bộ biến đổi Buck trong tr

MỤC LỤC

Bài tập 1 : Thiết kế bộ biến đổi Buck với các thông số :

Chương 1. Mô hình hóa bộ biến đổi Buck ở chế độ dòng liên tục

1.1 Phương pháp trung bình không gian trạng thái

Hình 1.1.Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi Buck (a)

Sơ đồ biến đổi bộ biến đổi Buck trong trạng thái 1 (b)Sơ đồ mạch biến đổi Buck trong trạng thái 2(c)

Sử dụng định luật Kirchoff ta có hệ phương trình mô tả sơ đồ mạch điện

A 1

C L

C L

d L

L

in C

C

L C

15( )

Nhận xét : Hàm truyền đạt giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế cho thấy

có 1 điểm zero nằm bên trái mặt phẳng phức

120000

At frequency (rad/sec): 5.95e+003

At frequency (rad/sec): 3.35e+004 Closed Loop Stable? Yes

Hình 1.2.Đồ thị Bode hàm truyền điện áp đầu ra và điện áp đầu vào

Hệ đã ổn định, tuy nhiên góc phase tại tần số cắt gần -180 0 nên hệ rất dễ mất ổn định khi có các tác động bên ngoài Do đó,cần phải thiết kế 1 bộ bù để tăng độ dự trữ phase sẽ được nói ở phần sau.

1.2 Phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt

Hình 1.3 Bộ biến đổi Buck với tín hiệu nhỏ.

2

1 ( )

( )( )u s

u s

U

d S =)

))

C

R sr Z

1

2 ( )

Hai phương pháp đều cho kết quả hàm truyền có tính chất giống nhau,là

hệ pha cực tiểu và cần xây dựng 1 bộ bù cho hệ thống.

Chương 2. Tính toán thông số,thiết kế mạch vòng

2.1 Tính toán Tụ C-r c

Tụ lọc C phải đủ lớn để đảm bảo độ đập mạch điệp áp đầu ra và sự sụt áp khi đóng tải trong phạm vi cho chép.Độ đập mạch gồm 2 thành phần : do điện trở nối tiếp tụ C gây ra, và do tụ lọc các xung điện áp từ đầu ra bộ biến đổi.

1 1

L S C

L S C

I T C

2.3 Mạch vòng điều chỉnh điện áp

Cấu trúc điều khiển trực tiếp vòng điện áp :

Hình 2.6.Cấu trúc điều khiển mạch vòng điện áp bộ biến đổi Buck

Hàm truyền điện áp giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế dưới dạng :

2 ( ) 0

( )

( )

1

))

At frequency (Hz): 5.24e+003 Closed Loop Stable? Yes

Hình 2.7.Đồ thị Bode của hàm truyền G vd

Hệ đã ổn định,tần số cắt là 5,24kHz và độ dự trữ phase là PM=59.3 0 ,như vậy độ

dự trữ pha đã thỏa mãn.Tuy nhiên, cần thiết kế 1 bộ bù để đảm bảo hệ thống ổn định tốt hơn với tần số cắt bằng 10kHz và triệt tiêu sai lệch tĩnh.

Ta xây dựng bộ bù PI : Ta thêm 1 điểm không nghịch đảo vào hệ số khuếch đại vòng lặp ở tần số L

f Để không thay đổi dự trữ pha mong muốn ở tần số cắt( đã tạo ra nhờ thành phần PD) thì

Bode Diagram

Frequency (Hz)

-40 -20 0 20 40 60

80

System: Gh Gain Margin (dB): -74.6

At frequency (Hz): 717 Closed Loop Stable? Yes

System: Gh Gain Margin (dB): -14.3

At frequency (Hz): 3.93e+003 Closed Loop Stable? Yes

System: Gh Phase Margin (deg): 49.3 Delay Margin (sec): 1.26e-005

At frequency (Hz): 1.09e+004 Closed Loop Stable? Yes

2,152.2 2,152.2 2.10

1 ( )

( )

( )

1

(2.29)

Trong đó :

28 3

in ido

V G

At frequency (Hz): 1.41e+004 Closed Loop Stable? Yes

Để triệt tiêu được sai lệch tĩnh,ta lựa chọn sử dụng cấu trúc điều khiển PI như sau :

System: Gh Gain Margin (dB): -52.4

At frequency (Hz): 1.5e+003 Closed Loop Stable? Yes

At frequency (Hz): 9.25e+004 Closed Loop Stable? Yes

(2.36)

Hình 2.14.Đáp ứng bước nhảy của hàm G k

Xây dựng bộ điều khiển PI với thông số :

_

4 _

Chương 3. Mô phỏng bộ biến đổi Buck bằng matlab với thông số cụ thể

Hình 3.16.Điện áp đầu ra

3.2 Mạch vòng dòng điện

Bài tập 2 : Thiết kế hệ truyền động động cơ một chiều có tham số chỉ ra trong bảng sử dụng chỉnh lưu cầu 3pha điều khiển hoàn toàn

Thông số cần có của van động lực:

Ta chọn Tiristo loại P027RH10CGO có các thông số sau:

- Dòng điện định mức của van: dmv

Chương 2 Nguyên lý mạch điều khiển.

Phương pháp điều khiển: Sử dụng phương pháp điều khiển dọc Với tín hiệu sóng mang dạng răng cưa sử dụng điện áp 1 chiều so sánh Tại thời điểm điện áp điều khiển và điện áp tựa bằng nhau thì phát xung mở tiristor.

- Khâu đồng pha có nhiệm vụ để tính toán góc α

và hình thành điện áp phù hợp có dạng xung nhịp cho khâu tạo điện áp tựa.

- Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển để định góc mở α

2.1 Khối đồng pha lấy điểm mở tự nhiên của tiristor

Để đảm bảo quan hệ về góc pha với điện áp chúng ta sử dụng biến áp là phù

hợp Do mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu 3 pha nên lựa chọn sơ đồ đấu dây ∆/ Y

( cuộn sơ cấp đấu tam còn thứ cấp đấu kiểu sao ) Khi đó ta được dạng tín hiệu đồng pha:

2.2 Khâu tạo điện áp tựa.

Ta chọn điện áp tựa răng cưa sườn xuống cho điều khiển theo phương pháp tỉ lệ thuận

Đáp ứng hệ thống như sau :

Hình 2 1 Tín hiệu răng cưa sườn xuống và xung phát ra

Hình 2 2 Đáp ứng dòng điện

Hình 2 3 Đáp ứng điện áp phần ứng

Hình 2 4 Đáp ứng tốc độ 2.1.2 Phương pháp điều khiển xung chùm với tần số f = 10 KHz.

Với tần số phát xung chùm f = 10 KHz và điện áp điều khiển Udk = 8V thì đáp ứng

hệ thống như sau :

Hình 1.7 Đáp ứng dòng điện.

Hình 1.8 Đáp ứng điện áp.

Hình 1.9 Đáp ứng tốc độ.

Chương 3 Điều khiển vòng kín

Mô hình hóa bộ biến đổi.

Điên áp trung bình đầu ra chỉnh lưu cầu 3 pha tiristor :

với Ucm là giá trị lớn nhất của điện áp tựa.

Hàm truyền đạt giữa điện áp ra phía chỉnh lưu và điện áp Udk :

( ) ( )( )

12

 +  ÷

( ) ( )

a u

Thiết kế bộ điều khiển dồng điện.

Hàm truyền đạt giữa Udk và I:

.2

8.99

z R

p

z u

u

rm cl p

u

sT

G s

sT L

1.4. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ.

Xấp xỉ đối tượng mạch vòng điều khiển dòng điện:

p

cl

J K

Φ

Đáp ứng của hệ thống:

Hình 2 5 Đáp ứng điện áp

Hình 2 6 Đáp ứng dòng điện