Kĩ thuật mô phỏng trong điện tử công suất

Kĩ thuật mô phỏng trong điện tử công suất

Tiểu luận môn học Điện tử công suất LỜI NÓI ĐẦU Hiện nhiều thiết bị biến đổi công suất đề xuất để phục vụ yêu cầu ngày cao sống Điện tử công suất giúp cho việc sử dụng điện cách hiệu quả, linh kiện điện tử công suất sử dụng trình biến đổi điều khiển công suất: hiệu cao tổn hao thấp lò cao tần, truyền tải điện DC Các thiết bị điện tử công suất cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất việc sử dụng lượng Điện tử công suất đóng vai trò quan trọng mô hình công nghệ thiết kế để điều khiển lượng Dòng điện điện áp đặc tính đóng ngắt linh kiện bán dẫn liên tục hoàn thiện, phạm vi ứng dụng ngày mở rộng chiếu sáng, nguồn, điều khiển động cơ, tự động hóa công nghiệp, giao thông, lưu trữ lượng, truyền tải điện xa Hiệu suất cao đặc điểm điều khiển chặt chẽ giúp cho điện tử công suất có lợi nhiều điều khiển động so với hệ thống điều khiển điện điện tử trước Ngoài điện tử công suất ứng dụng truyền tải điện DC, trạm biến đổi công suất, truyền tải sử dụng biến đổi DC/AC, lọc tích cực, biến đổi tần số… Sau thời gian học tập môn Điện tử công suất, giảng dạy nhiệt tình thầy giáo PGS.TS Ngô Diên Tập, em nhận thấy tầm quan trọng môn học ứng dụng điện tử công suất thực tế Nay em giao làm đề tài tiểu luận:Kĩ thuật mô điện tử công suất.Ở em sử dụng MATLAB công cụ để mô nhằm giúp bạn sinh viên có nhìn tổng quan MATLAB biết cách dùng Simulink để mô mạch điện điện tử công suất Do thời gian chuẩn bị có hạn kiến thức môn học em nhiều hạn chế nên chắn tránh thiếu sót Em mong nhận dẫn thầy để đề tài em hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn! GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -1- Tiểu luận môn học Điện tử công suất MỤC LỤC Lời nói đầu…………………………………………………………………… Mục lục………………………………………………………………………… I Giới thiệu MATLAB…………………………………………………… II Làm để mô phỏng………………………………………………….4 Vài nét SIMULINK…………………………………………………… Các bước mô phỏng………………………………………………………….5 III Một số thí dụ mô dùng Simulink điện tử công suất…… 15 Chỉnh lưu hình tia pha………………………………………………… 15 Chỉnh lưu cầu pha……………………………………………………… 19 Kết luận……………………………………………………………………… 21 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 21 GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -2- Tiểu luận môn học I Giới thiệu MATLAB: Điện tử công suất MATLAB chương trình phần mềm lớn lĩnh vực toán số Tên chương trình viết tắt chữ Matrix Laboratory, thể định hướng phép tính vecto ma trận Phần cốt lõi chương trình hàm toán, chức nhập/xuất khả điều khiển chu trình mà nhờ ta dựng lên Scripts Có thể coi Matlab ngôn ngữ kỹ thuật Nó tích hợp công cụ mạnh phục vụ tính toán, lập trình, thiết kế, mô phỏng, môi trường dễ sử dụng toán lời giải biểu diễn theo ký hiệu toán học quen thuộc Các ứng dụng điển hình là: • Toán học tính toán • Phát triển thuật toán • Tạo mô hình, mô tạo giao thức • Khảo sát, phân tích số liệu • Đồ hoạ khoa học kỹ thuật • Phát triển ứng dụng, gồm xây dựng giao diện người dùng đồ hoạ GUI Trong MATLAB có Toolbox với phạm vi chức chuyên dụng mà người sử dụng cần Có số Toolbox liên quan đến Điều khiển-Tự động : Control System Tool, Signal Processing Toolbox, Power System Blockset Simulink…Hệ thống MATLAB gồm phần chính: • Ngôn ngữ Matlab: ngôn ngữ ma trận/mảng cấp cao với câu lệnh, hàm, cấu trúc liệu, vào/ra, tính lập trình hướng đối tượng Nó cho phép lập trình ứng dụng từ nhỏ đến ứng dụng lớn phức tạp • Môi trường làm việc Matlab: Đây công cụ phương tiện mà bạn sử dụng với tư cách người dùng người lập trình Matlab Nó bao gồm phương tiện cho việc quản lý biến không gian làm việc Workspace GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -3- Tiểu luận môn học Điện tử công suất xuất nhập liệu Nó bao gồm công cụ phát triển, quản lý, gỡ rối định hình M-file, ứng dụng Matlab • Xử lý đồ hoạ: Đây hệ thống đồ hoạ Matlab Nó bao gồm lệnh cao cấp cho trực quan hoá liệu hai chiều ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động, Nó cung cấp lệnh cấp thấp cho phép bạn tuỳ biến giao diện đồ hoạ xây dựng giao diện đồ hoạ hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab • Thư viện toán học Matlab: Đây tập hợp khổng lồ thuật toán tính toán từ hàm cộng, sin, cos, số học phức tới hàm phức tạp nghịch đảo ma trận, tìm trị riêng ma trận, phép biến đổi Fourier nhanh • Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API (Application Program Interface): Đây thư viện cho phép bạn viết chương trình C Fortran tương thích với Matlab Simulink Toolbox có vai trò đặc biệt quan trọng : Vai trò công cụ mạnh phục vụ mô hình hóa mô hệ thống kĩ thuật-Vật lí sở sơ đồ cấu trúc dạng khối Trong đưa mô hình phần tử bán dẫn như: Transistor, Điot, Tiristor…Bằng cách ghép nối phần tử, mô hình theo sơ đồ cụ thể đó, ta thiết lập mạch điện tử công suất ý muốn Ví dụ mạch mạch chỉnh lưu cầu, mạch băm xung…Ngoài có số phần tử mạch điện cần thiết thông dụng khác thư mục: Elements, Electrical Sources… Ghép nối với mạch biết trước ta tiến hành nghiên cứu thiết bị theo quan điểm hệ thống hoàn chỉnh Nhìn chung phần mềm thuận tiện để nghiên cứu hệ thộng tự động dạng khối chức tốc độ tính toán có phần tử điện tử công suất thường chậm nhiều so với bình thường, bị thông tin thời gian khảo sát lớn II.Làm để mô phỏng: Trong MATLAB ta sử dụng công cụ SIMULINK để mô GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -4- Tiểu luận môn học Điện tử công suất Vài nét SIMULINK : SIMULINK gói phần mềm để xây dựng mô hình mô tính toán phân tích hệ thống hệ thống động, cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyến, mô hình thời gian liên tục hay gián đoạn SIMULINK cung cấp giao diện đồ họa(GUI) cho việc xây dựng mô khối(block diagram), người dùng cần kích chuột drag(chọn khối rối giữ nguyên chuột trái kéo chuột đến vị trị cần đặt).Với giao diện giao tiếp thế, bạn vẽ mô hình dễ dàng Thư viện SIMULINK gồm khối thư viện sink, sources…bạn tạo khối cho riêng mình(viết S-function).Xây dựng mô hình từ xuống hay từ lên để xem kĩ khối thư viện khối sources hay sink…bạn kích đúp chuột vào khối Sau định nghĩa mô hình bạn mô mô hình đó, dùng scope để xem biểu diễn mô hình đó, khối phát hình sin, đầu khối mắc với scope để thể kết khối a Các bước mô phỏng: Thư viện Simulink môi trường làm việc(nơi xây dựng mô hình): Để bắt đầu vào vùng làm việc Simulink, ta làm theo bước: • Khởi động MATLAB • Click vào icon Simulink MATLAB toolbar hay đánh lệnh Simulink cửa sổ MATLAB GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -5- Tiểu luận môn học Điện tử công suất Trên hình xuất thêm sổ mới, cửa sổ chứa toàn liệu thư viện Simulink(ở ta lấy ví dụ SimPowerSystem), di chuyển chuột sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -6- Tiểu luận môn học Điện tử công suất Ta thấy SimPowerSystem có thư viện connectors, elements, power electronics…khi kích đúp vào thư viện ta khối con, ví dụ ta vào thư viện connectors: Ta số khối như:Diode, Gto, Thyristor… b Tạo môi trường làm việc: Từ cửa sổ Library Brower(xem hình dưới)ta kích chuột vào file danh sách mục New, Open, Preferences xuất Để tạo môi trường làm việc (vùng để vẽ mô hình) GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -7- Tiểu luận môn học Điện tử công suất Ta chọn mục New Model, cửa sổ làm việc xuất hiện: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -8- Tiểu luận môn học c Điện tử công suất Đặt tên cho mô hình cách vào file save as: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập -9- Tiểu luận môn học d Điện tử công suất Chọn linh kiện hiệu chỉnh thông số chúng: Sau tạo môi trường làm việc mới(các bước trên)tiếp đến chọn linh kiện khối GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 10 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất thư viện, kéo chúng sang vùng làm việc, kích đúp có bảng để hiệu chỉnh thông số, sau nối khâu với có mũi tên, dùng chuột nối mũi tên lại e Chạy chương trình: Trên công cụ chọn mục Simulation chọn Start nhấp vào nút hình tam giác f Dừng chương trình: Muốn dừng trình mô ta kích vào nút hình vuông cạnh nút tam giác(nút xuất mô phỏng) g Xem kết mô phỏng: Để xem kết trình ta kích đúp vào Scope kết Ngoài bước ta có số bước phụ khác sau:  Chọn nhiều đối tượng: Ta chọn nhiều đối tượng lúc cách dùng phím Shift chuột hay vẽ đường bao quanh đối tượng cách bấm chuột kéo thành hình chữ nhật thả hình chữ nhật bao lấy đối tượng cần chọn  Copy khối từ cửa sổ sang cửa sổ khác: Khi xây dựng mô hình ta thường phải copy khối từ thư viện khối Simulink sang cửa sổ mô hình Để làm việc ta theo bước sau: • Mở cửa sổ thư viện khối • Kéo khối ta muốn dùng từ cửa sổ thư viện vào cửa sổ mô hình thả Ta copy khối cách dùng lệnh Copy & Paste menu Edit qua bước sau : • Chọn khối ta muốn copy • Chọn Copy từ menu Edit • Làm cho cửa sổ cần copy tới hoạt động • Chọn Paste từ menu Edit  Deleting Blocks: Muốn xoá hay nhiều khối ta chọn khối nhấn phím Del GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 11 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất  Thay đổi hướng khối: Ta xoay hướng khối vào menu Format : • Chọn Flip Block để quay khối 180o • Chọn Rotate Block để quay khối 90o  Định lại kích thước khối: Để thay đổi kích thước khối ta đưa trỏ chuột vào góc khối bấm kéo kích thước mong muốn thả Ta xét ví dụ đơn giản sau: Xây dựng mô hình sóng hình sin cửa sổ làm việc sau: Các bước làm: Sau tạo môi trường làm việc mới(như nói), ta chọn hàm sin wave thư viện sources: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 12 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Dùng chuột kích vào hàm sin wave kéo sang vùng làm việc, làm tương tự scope thư viện sink, dùng chuột nối mũi tên lại Kích đôi chuột lên khối để thay đổi thông số làm việc khối.Ví dụ với hàm Sin wave: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 13 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Mô kết quả: a Trên công cụ chọn mục Simulation chọn Start GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 14 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Hoặc nhấp vào nút hình tam giác: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 15 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất b Muốn dừng trình ta kích vào nút hình vuông cạnh nút tam giác c Ta kích đúp vào scope để xem kết quả: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 16 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất III Một số thí dụ mô dùng Simulink điện tử công suất: Chỉnh lưu hình tia pha: Các linh kiện bao gồm: • Điôt lấy thư viện Power Electronics • Điện trở lấy khối Series RLC Branch thư viện Element cách kích đúp vào khối Series RLC chỉnh thông số hình vẽ: • Nguồn điện xoay chiều lấy thư viện Electrical sources với thông số biên độ, lệch pha, tần số hình mô • Voltage measurement thư viện Measurement • Scope với thông số: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 17 - Tiểu luận môn học • Điện tử công suất gộp kênh Mux thư viện Signal routing với thông số: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 18 - Tiểu luận môn học • Điện tử công suất Bus bar thư viện Connectors dùng nối cực âm dòng xoay chiều với thông số: Và Bus bar dùng nối Katot Điot với thông số: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 19 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Sau chọn xong linh kiện hiệu chỉnh thông số chúng, ta mạch mô sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 20 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Cuối nhấn tổ hợp phím Ctrl+T hay nút hình tam giác ta kết mô sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 21 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Chỉnh lưu cầu pha: Các linh kiện gồm: Điot, nguồn xoay chiều, điện trở, Voltage measurement, Mux, Bus bar nối cực âm nguồn xoay chiều, Bus bar nối katot điot Scope Cách lấy linh kiện thư viện cachs hiệu chỉnh thông số chúng làm phần chỉnh lưu hình tia pha Ta có mạch mô sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 22 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Và ta có kết mô mạch sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 23 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất KẾT LUẬN Chỉnh lưu hình tia pha có đặc điểm tương tự chỉnh lưu hình tia pha Để mạch hoạt động cần có biến áp để đưa điểm trung tính N tải Vì mạch dùng nguồn pha nên công suất tăng lên nhiều, dòng điện tải đến vài trăm Ampe So sánh giá trị Ud trường hợp chỉnh lưu cầu pha hình tia với chỉnh lưu hình tia pha ta thấy có trị số gấp lần Điều thấy theo sơ đồ, sơ đồ hình cầu pha giống sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm điôt lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm điôt chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm lại GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 24 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất:Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh MATLAB Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động:Nguyễn Phùng Quang MATLAB: PGS.TS Nguyễn Tăng Cường GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 25 - [...]... Ngô Diên Tập - 19 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Sau khi chọn xong các linh kiện và hiệu chỉnh các thông số của chúng, ta được mạch mô phỏng như sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 20 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Cuối cùng nhấn tổ hợp phím Ctrl+T hay nút hình tam giác ta được kết quả mô phỏng sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 21 - Tiểu luận môn học 2 Điện tử công suất Chỉnh lưu cầu 3 pha: Các... khối.Ví dụ với hàm Sin wave: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 13 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Mô phỏng kết quả: a Trên thanh công cụ chọn mục Simulation và chọn Start GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 14 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Hoặc nhấp vào nút hình tam giác: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 15 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất b Muốn dừng quá trình ta kích vào nút hình vuông cạnh nút tam giác... Tập - 16 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất III Một số thí dụ mô phỏng dùng Simulink trong điện tử công suất: 1 Chỉnh lưu hình tia 3 pha: Các linh kiện bao gồm: • 3 Điôt được lấy trong thư viện Power Electronics • 4 Điện trở lấy trong khối Series RLC Branch ở thư viện Element bằng cách kích đúp vào khối Series RLC và chỉnh thông số như hình vẽ: • 3 Nguồn điện xoay chiều lấy trong thư viện Electrical... số lần lượt biên độ, lệch pha, tần số như hình mô phỏng • 4 bộ Voltage measurement trong thư viện Measurement • 1 Scope với các thông số: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 17 - Tiểu luận môn học • Điện tử công suất 1 bộ gộp kênh Mux trong thư viện Signal routing với các thông số: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 18 - Tiểu luận môn học • Điện tử công suất 1 Bus bar trong thư viện Connectors dùng nối cực âm của 3... pha giống như 2 sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm điôt lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm điôt chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm còn lại GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 24 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất: Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh MATLAB và Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động:Nguyễn Phùng Quang MATLAB: PGS.TS Nguyễn Tăng Cường... nguồn xoay chiều, 1 điện trở, 4 Voltage measurement, 1 Mux, 1 Bus bar nối cực âm 3 nguồn xoay chiều, 1 Bus bar nối katot của 3 điot và 1 Scope Cách lấy các linh kiện trong các thư viện và cachs hiệu chỉnh các thông số của chúng được làm như phần chỉnh lưu hình tia 3 pha Ta có mạch mô phỏng sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 22 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Và ta có kết quả mô phỏng mạch trên như... trên như sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 23 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất KẾT LUẬN 1 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có đặc điểm tương tự như chỉnh lưu hình tia 2 pha Để mạch hoạt động cần có biến áp để đưa điểm trung tính N ra tải Vì mạch dùng nguồn 3 pha nên công suất có thể tăng lên nhiều, dòng điện tải đến vài trăm Ampe 2 So sánh giá trị Ud trong trường hợp chỉnh lưu cầu 3 pha hình tia với chỉnh... dựng mô hình sóng hình sin như trên cửa sổ làm việc sau: Các bước làm: Sau khi tạo môi trường làm việc mới(như trên đã nói), ta chọn hàm sin wave trong thư viện sources: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 12 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Dùng chuột kích vào hàm sin wave và kéo sang vùng làm việc, làm tương tự scope trong thư viện sink, dùng chuột nối các mũi tên đó lại Kích đôi chuột lên các khối để...Tiểu luận môn học Điện tử công suất các thư viện, kéo chúng sang vùng làm việc, kích đúp và chúng ta sẽ có 1 bảng để hiệu chỉnh thông số, sau đó nối các khâu với nhau có các mũi tên, dùng chuột nối các mũi tên đó lại e Chạy chương trình: Trên thanh công cụ chọn mục Simulation và chọn Start hoặc nhấp vào nút hình tam giác f Dừng chương trình: Muốn dừng quá trình đang mô phỏng ta kích vào nút... - Tiểu luận môn học Điện tử công suất  Thay đổi hướng của khối: Ta có thể xoay hướng của khối bằng vào menu Format rồi : • Chọn Flip Block để quay khối 180o • Chọn Rotate Block để quay khối 90o  Định lại kích thước của khối: Để thay đổi kích thước của khối ta đưa con trỏ chuột vào một góc của khối rồi bấm và kéo cho đến kích thước mong muốn rồi thả Ta xét ví dụ đơn giản sau: Xây dựng mô hình sóng ... Diên Tập - 13 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Mô kết quả: a Trên công cụ chọn mục Simulation chọn Start GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 14 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Hoặc nhấp vào nút... pha Ta có mạch mô sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 22 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Và ta có kết mô mạch sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 23 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất KẾT LUẬN... - 19 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Sau chọn xong linh kiện hiệu chỉnh thông số chúng, ta mạch mô sau: GVHD:PGS.TS Ngô Diên Tập - 20 - Tiểu luận môn học Điện tử công suất Cuối nhấn tổ