Thiết kế điều khiển bộ biến đổi Dc-DC giảm áp sử dụng phương pháp cận tuyến tính nhờ phản hồi trạng thái

I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP LUN VN THC S K THUT NGNH: THIT B, MNG & NH MY IN TI: THIT K IU KHIN B BIN I DC-DC GIM P S DNG PHNG PHP CN TUYN TNH NH PHN HI TRNG THI Hc viờn: PHM TH THU LINH Ngi hng dn khoa hc: GS.TSKH NGUYN PHNG QUANG THI NGUYấN 2010 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn I HC THI NGUYấN CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM TRNG I HC c lp - T - Hnh phỳc K THUT CễNG NGHIP - LUN VN THC S H v tờn hc viờn: Phm Th Thu Linh Ngy thỏng nm sinh: Ngy 15 thỏng 07 nm 1984 Ni sinh: Thnh ph Thỏi Nguyờn - Tnh Thỏi Nguyờn Ni cụng tỏc: Trng Cao ng ngh C in & Xõy dng Bc Ninh C s o to: Trng i hc K thut Cụng nghip Thỏi Nguyờn Chuyờn ngnh: H thng in Khoỏ hc: K11 - TBM&NM TấN TI: THIT K B DIU KHIN B BIN I DC-DC GIM P S DNG PHNG PHP TUYN TNH HO XP X NH PHN HI TRNG THI Ngi hng dn khoa hc: GS.TSKH Nguyn Phựng Quang Trng i hc Bỏch khoa H Ni GIO VIấN HNG DN HC VIấN GS TSKH Nguyn Phựng Quang Phm Th Thu Linh DUYT BAN GIM HIU S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn KHOA SAU I HC http://www.lrc-tnu.edu.vn LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi Cỏc s liu, kt qu nờu lun ny l trung thc v l cụng trỡnh nghiờn cu ca tụi, cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc Thỏi Nguyờn, ngy 06 thỏng nm 2010 Tỏc gi lun Phm Th Thu Linh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn MC LC M U Chng 1: Mễ HèNH B BIN I DC-DC GIM P 1.1 Cỏc b bin i 1.1.1 Phõn loi s bin i 1.1.1.1 S bin i DC-DC khụng cỏch ly 1.1.1.2 S bin i DC-DC cú cỏch ly 1.1.2 Cỏc s b bin i DC-DC khụng cỏch ly 10 1.1.2.1 S bin i Buck 10 1.1.2.2 S bin i Boost 11 1.1.2.3 S bin i Buck-Boost 12 1.2 Mụ hỡnh b bin i gim ỏp (the Buck converter) 13 1.2.1 Mụ hỡnh b bin i 14 1.2.2 Mụ hỡnh dng chun 16 1.2.3 im cõn bng v hm truyn tnh 16 1.2.4 Mụ hỡnh mu b bin i DC-DC gim ỏp 19 Chng 2: PHNG PHP CN TUYN TNH PHN HI TRNG THI 20 2.1 Tuyn tớnh hoỏ lõn cn im lm vic 21 2.1.1 Tuyn tớnh hoỏ mụ hỡnh trng thỏi 21 2.1.2 Phõn tớch h thng 23 Phõn tớch tớnh n nh nh mụ hỡnh tuyn tớnh tng ng Phõn tớch tớnh n nh nh a trung tõm S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2 Thit k b iu khin 36 2.3 Thit k b iu khin tnh, phn hi trng thỏi gỏn im cc 38 Chng 3: CU TRC IU KHIN B BIN I DC-DC GIM P 42 3.1 t 42 3.2 Phng phỏp iu khin 44 3.2.1 iu khin trc tip 44 3.2.2 iu khin giỏn tip 44 3.3 To xung iu khin bng modul S-D 45 3.3.1 Modul S-D 45 3.3.2 Phn hi v modul S-D 46 3.3.3 M ch c a modul S-D 47 Ch ng 4: Mễ PHNG KIM CHNG TRấN NN MATLAB & SIMULINK 48 4.1 B bin i 49 4.2 Xõy dng b iu khin 50 4.2.1 B iu khin cn tuyn tớnh phn hi trng thỏi 50 4.2.2 B to xung iu khin 51 4.2.3 B iu chnh dũng in 55 4.2.4 B iu chnh in ỏp 63 4.3 Th nghim cỏc thong s h thng 65 4.4 Th nghim thớnh iu chnh c ca h thng 70 KT LUN 73 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn M U Hin nng lng v mụi trng l rt quan trng i sng sn xut v phỏt trin kinh t xó hi trờn ton cu Vi s phỏt trin ca khoa hc cụng ngh, ngi ó s dng c nhng ngun nng lng sch t t nhiờn nh nng lng giú, mt tri, thu chiu Vit Nam hin cng ó bt u s dng nhng ngun nng lng ny vic gii quyt bi toỏn nng lng quc gia Nhng ngun nng lng trờn ó cung cp mt lng nng lng ln ỏp ng nhu cu ca ngi Nhng chỳng ta mi s dng mt phn rt nh, cha khai thỏc trit tim nng sn cú ca nú Ngun in to l ngun nờn nú cú kh nng lu tr in ú thng cú biờn c dnh, khụng c iu khin Vỡ th gp rt nhiu khú khn vic cung cp ngun in cho cỏc ng dng nhiu lnh vc nh sn xut cụng nghip, truyn thụng Mt khỏc, hin nay, nhu cu v nng lng in ca ngi ngy cng tng, vic u t cho h thng li in li ũi hi rt nhiu kinh phớ dn ti tỡnh trng quỏ ti, thiu ht in nng v cht lng in nng suy gim iu ny nh hng trc tip ti cỏc thit b dựng in, c bit nh hng ln ti tui th cỏc thit b in t nhy cm nh h thng thụng tin, iu khin cụng nghip Ngoi ra, nu xy tỡnh trng mt in lm cho cỏc thit b ngng hot ng, khụng nhng gõy tn tht khụng nh v mt kinh t cho cỏc doanh nghip v nh nc m cũn nh hng n tớnh mng ca ngi s dng cỏc mỏy múc hin i iu tr y hc Trong kỹ thuật đại ngày nay, việc chế tạo chuyển đổi nguồn có chất l-ợng điện áp cao, kích th-ớc nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết Vỡ nhng lý ú m b bin i ngun DC-DC ang c s dng ngy cng rng rói B bin i ngun DC-DC l mt thit b cụng sut, bin in ỏp mt chiu thnh in ỏp mt chiu vi cỏc mc in ỏp mong mun S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn nhm cung cp in cho cỏc thit b s dng ngun mt chiu B bin i ngun DC-DC cũn l mt phn quan trng ca b lu in UPS Bộ biến đổi DC - DC giảm áp hay đ-ợc sử dụng mạch chiều trung gian thiết bị biến đổi điện nâng công suất vừa v nh, đặc biệt hệ thống phát điện sử dụng l-ợng tái tạo (sức gió, mặt trời) Cấu trúc mạch vốn không phức tạp nh-ng vấn đề điều khiển nhằm đạt đ-ợc hiệu suất biến đổi cao bảo đảm ổn định mục tiêu công trinh nghiên cứu Bản chất mạch giảm áp có phần tử phi tuyến lựa chọn ph-ơng pháp tuyến tính hóa nhờ phản hồi trạng thái phù hợp cho việc điều khiển biến đổi Trong phm vi bn lun ny, vi ti Thit k iu khin b bin i Dc-DC gim ỏp s dng phng phỏp cn tuyn tớnh nh phn hi trng thỏi Ni dung ca ti c trỡnh by cỏc chng sau õy: Chng 1: Mụ hỡnh b bin i DC-DC gim ỏp Chng 2: Phng phỏp cn tuyn tớnh phn hi trng thỏi Chng 3: Cu trỳc iu khin b bin i DC-DC gim ỏp Chng 4: Mụ phng kim chng trờn nn MATLAB & Simulink Em xin chõn thnh cm n thy giỏo hng dn GS.TSKH.Nguyn Phựng Quang dó tn tỡnh ch bo, giỳp v to iu kin em cú th hon thnh tt lun thc s k thut S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn CHNG Mễ HèNH B BIN I DC-DC GIM P 1.1 Cỏc b bin i DC-DC Trong k thut in cú nhiu trng hp phi thc hin quỏ trỡnh bin i mt in ỏp mt chiu khụng i thnh mt chiu khỏc cú giỏ tr iu chnh phm vi rng thc hin quỏ trỡnh bin i ny ngi ta dó s dng nhiu phng phỏp khỏc Phng phỏp bin i cho hiu sut cao, dung c gii cụng sut t nh n ln v thc hin iu chnh in ỏp mt cỏch thun tin nht l s dng cỏc b bin i in ỏp mt chiu thnh in ỏp mt chiu, thng gi tt l b bin i DC-DC v cng c gi l xung in ỏp hoc bm in ỏp B bin i DC-DC l thit b bin i in nng ng dng cỏc linh kin bỏn dn cú iu khin Hin cú rt nhiu phng phỏp thc hin b bin i DC-DC, vỡ vy cú mt cỏi nhỡn tng quan nht, tụi s trỡnh by s lc v phõn loi cỏc b bin i DC-DC cựng vi ú l a mt s nguyờn lý bin i DCDC ph bin 1.1.1Phõn loi s bin i DC-DC V nguyờn lý, s bin i DC-DC cú th c chia thnh nhúm: 1.1.1.1 S bin i DC-DC khụng cú cỏch ly Vi nhúm s ny, in ỏp mt chiu c to nh vic phúng np t in t dũng in qua cun cm L c cung cp bi ngun cp in ỏp mt chiu u thay i nh cú vic phúng np c thay i bi van cụng sut c mc hp lý tu thuc vo tng s Cỏc s ph bin theo nguyờn lý ny gm cú: - S bin i Buck - S bin i Boost S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - S bin i Buck-Boost S bin i DC-DC khụng cỏch ly cú u im l mch n gin, v giỏ thnh thp, thng c ng dng cỏc b DC-DC cụng sut nh, khụng cn cht lng cao Hỡnh 1.1: Cỏc b bin i DC-DC khụng cú cỏch ly 1.1.1.2 S bin i DC-DC cú cỏch ly Vi nhúm s ny, in ỏp mt chiu u vo c bin i thnh in ỏp xoay chiu cao tn v biờn in ỏp xoay chiu c nõng lờn qua bin ỏp xung, sau qua mt h thng lc LC s cho ta in ỏp mt chiu vi biờn mong mun Cỏc s ph bin theo nguyờn lý ny gm cú: - S bin i FlyBlack - S bin i Push-Pull - S bin i Half-Bridge - S bin i Full-Bridge Do ngun v v ngun u cú cỏch ly nh s dng bin ỏp xung nờn cú u im l hn ch c nhiu ti tỏc ng ngc li ngun u vo v cỏc thit b mch, cú th tng/gim mc in ỏp u mt cỏch d dng, cụng sut ln Tuy nhiờn nú cng cú mt s nhc im l lm tng kớch thc mch, tng giỏ thnh, tr lờn khú khn hn S bin i DCDC cú cỏch ly c s dng cho cỏc ng dng cụng sut ln, cht lng cao, yờu cu phi cú cỏch ly S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.1.2 Cỏc s b bin i DC-DC khụng cỏch ly 1.1.2.1 S bin i Buck B bin i Buck l loi mch bin i in ỏp mt chiu thnh in ỏp mt chiu thp hn, thng ng dng cỏc b n nh in ỏp thay cho cỏc mch analog truyn thng s dng bin ỏp lừi tụn sillic a) S nguyờn lý: Q i L + E D - + - C R Hỡnh 1.2: S nguyờn lý b bin i Buck b) Nguyờn lý hot ng Van Q c iu khin bi mt xung cú rng thay i c(PWM) rng ca xung iu khin (duty cycke) l t s gia thi gian t1 van Q m mt chu k T Cun cm L v t C u úng vai trũ nh b lc thụng thp Trong thi giam van Q m thỡ in ỏp t lờn diode D ỳng bng in ỏp Vd, cun L tớch in Dũng in qua cun cm tng tuyn tớnh theo lut Faraday Khi Q úng thỡ in ỏp t lờn diode D gn nh bng (thc t khong 0.7V) Lỳc ú in ỏp t lờn cun cm o ngc li bng V0 ú dũng in iL qua cun cm gim xung in ỏp c tớnh theo cụng thc sau: V0 =D.Vd S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 10 http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... đề điều khiển nhằm đạt đ-ợc hiệu suất biến đổi cao bảo đảm ổn định mục tiêu công trinh nghiên cứu Bản chất mạch giảm áp có phần tử phi tuyến lựa chọn ph-ơng pháp tuyến tính hóa nhờ phản hồi trạng. .. DC-DC cũn l mt phn quan trng ca b lu in UPS Bộ biến đổi DC - DC giảm áp hay đ-ợc sử dụng mạch chiều trung gian thiết bị biến đổi điện nâng công suất vừa v nh, đặc biệt hệ thống phát điện sử dụng. .. chế tạo chuyển đổi nguồn có chất l-ợng điện áp cao, kích th-ớc nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết Vỡ nhng lý ú m b bin i ngun DC-DC ang c s dng ngy cng rng rói B bin i ngun DC-DC l mt thit