CHƯƠNG 2 một số PHƯƠNG án THIẾT kế MẠCH lực

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Đề xuất phương án Trong nghịch lưu ta có phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) phương pháp SVM (Space Vector Modulation )  PWM (Pulse Width Modulation) + Nghịch lưu PWM đơn cực + Nghịch lưu PWM lưỡng cực  SVM (Space Vector Modulation) Các phương pháp có ưu điểm nhược điểm định, để lựa chọn phương pháp thích hợp ta phải tiến hành phân tích ưu nhược điểm loại 2.1.1.Phương pháp nghịch lưu PWM đơn cực Hình 2.1 Nguyên lý dạng điện áp PWM đơn cực Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu đơn cực Hình 2.3 Dạng điện áp dòng điện pha thực tế Trong phương pháp (ta định nghĩa kênh tương đương với pha) hoạt động độc lập với Q trình đóng cắt van bán dẫn xác định trước trình so sánh điện áp sóng sin chuẩn sóng tam giác Điện áp có biên độ Ud/2 Điện dây điện áp có biên độ Khi điện áp hình vng đặt lên động dòng điện động tăng theo hàm số mũ, khơng có điện áp đặt lên động sảy trình xả lượng cn kháng động cơ, q trình xả qua diode nguồn chiều Quá trình tăng ta điều khiển q trình xả tự nhiên khơng co điều khiển Hình 2.3 biểu diễn dòng điện điện áp pha động cung cấp áp PWM đơn cực 2.1.2 SVM (Space Vector Modulation) Phương pháp điều chế vector không gian ngày sử dụng rộng rãi Đây phương pháp biến điệu hoàn toản sử dụng kĩ thuật số, có độ xác cao, dễ dàng thực xử lý tín hiệu số DSP, ví dụ dsPic a, Cơ vector không gian Một hệ thống điện áp hay dòng điện pha gồm ba thành phần (u A, uB, uC) hay (iA, iB, iC) biểu diễn vector mặt phẳng tọa độ 0αβ sau : u= Trong : a=e j 2π u A + au B + a 2uC ) ( 3 =− + j ; ( j đơn vị số phức ảo j = −1 ) u 2 gọi vector không gian Giả sử u A , uB , uC hệ thống điện áp ba pha : u A = U m cos ( ωt ) ; 2π  u B = U m cos  ωt −  2π  uC = U m cos  ωt +   ÷;   ÷;   u =U m e j ( ω t ) Như vậy, mặt phẳng tọa độ 0αβ, u vector có độ dài độ dài điện áp pha quay quanh gốc tọa độ với vận tốc góc ω b, Trạng thái van vector biên chuẩn Đối với hệ sơ đồ NL áp ba pha, điện áp tải hệ thống ba pha đối xứng Sử dụng khái niệm trên, ta mơ tả hệ thống điện áp vector không gian u ứng với 1/6 chu kì điện áp Xét khoảng từ t0 → t1 , có ba van dẫn 1, 6, điện áp van mơ tả vector u1 có độ lớn 2E/3 Ứng với u1 ta có : U A = 2E / U B = UC = −E / Tương tự ta có vector u1,u2 ,u3 ,u4 ,u5 ,u6 mô tả điện áp ba pha đối xứng Vị trí giá trị vector xác định:  Giá trị điện áp tức thời van  Luật đóng mở van Trong đó, luật đóng mở van phải đảm bảo:  Khơng ngắn mạch nguồn chiều đầu vào đầu vào bị ngắn mạch sinh dòng lớn, phá hủy van  Không hở mạch pha đầu Để đáp ứng yêu cầu có trạng thái van, biểu diễn bảng: STT VAN DẪN V4, V6, V2 V6, V2, V1 UA 2E/3 UB -E/3 UC -E/3 V1, V2, V3 E/3 E/3 -2E/3 V2, V3, V4 -E/3 2E/3 -E/3 V3, V4, V5 -2E/3 E/3 E/3 V4, V5, V6 -E/3 -E/3 2E/3 V5, V6, V1 E/3 -2E/3 E/3 V1, V3, V5 0 U u0=0 j π3 u2= Ee u1= Ee j j 23π u4= Ee− jπ − j 23π u5= Ee − jπ u6= Ee 3 u3= Ee u7=0 Các vector ui với i=1,2…6 gọi vector biên chuẩn, có hướng cố định mặt phẳng, lệch góc 60 o Các vector biểu diễn hệ tọa độ 0αβ tạo thành lục giác đều, chia mặt phẳng thành góc nhau, đánh số từ I VI (hình 2.4) Hình2.4: Các sector vector biên chuẩn c, Tổng hợp vector điện áp từ vector biên chuẩn Độ dài vector biên chuẩn xác định dựa vào giá trị điện áp chiều đầu vào : u i = E / = U Gọi u vector điện áp mong muốn, có độ dài u = U o Xét vector khơng gian u nằm góc phần sáu số I Theo quy tắc hình bình hành, ta tổng hợp u từ hai vector biên u1, u2 : u = u p + ut up, ut hai vector phải trái, nằm dọc theo hai vector biên u u2 Độ dài vector phải, trái tính sau : π  u sin  − θ ÷ 3   ut = u sin θ up = (1) θ góc vị trí tương đối vector u góc phần sáu Bản chất phép điều chế vector không gian tạo vector u p, ut chu kì tính tốn, hay gọi chu kì cắt mẫu Ts Độ dài vector xác định giá trị trung bình theo thời gian tồn vector u 1, u2 chu kì Ts : up = Ts u1 ; ut = tt ut Ts (2) Từ (1) & (2) ta có cơng thức tính tốn giá trị thời gian điều chế : t p = Ts Uo U π  sin  − θ ÷; t t = Ts o sin θ Ui Ui 3  (3) Đặt q = Uo : hệ số biến điệu Do u quay giới hạn đường tròn nội Ui tiếp lục giác nên ta có: ≤ q ≤ t p = Ts q Khi biểu thức (3) trở thành : 2 π  sin  − θ ÷; t t = Ts q sin θ 3 3  Trong khoảng thời gian lại chu kì cắt mẫu, T0/7 = Ts − t p − tt , ta phải đặt vector không uo hay u7 ứng với trạng thái điện áp Mặt khác, để điện áp bị méo T0/7 chia làm đơi đặt vào đầu cuối Ts d, Thuật toán điều chế vector khơng gian Ta tóm tắt thuật tốn điều chế vector khơng gian gồm bước sau : Lượng đặt lượng điện áp mong muốn, cho dạng tọa độ  cực u = U e , dạng tọa độ vng góc u = ( uα , uβ )  Xác định vector u thuộc sector sau sector  Lựa chọn hai vector biên chuẩn ứng với sector vector khơng theo bảng sau để đảm bảo số lần chuyển mạch xảy van : jθ Sector  Vector I II III IV V VI up u1 u2 u3 u4 u5 u6 ut u2 u3 u4 u5 u6 u1 u 0/7 u7 u0 u7 u0 u7 u0 Tính tốn thời gian sử dụng vector biên e, Yêu cầu nghịch lưu nguồn áp pha Bộ nghịch lưu nguồn áp với tần số biến đổi pha phải thỏa mãn yêu cầu sau:  Đảm bảo cho dạng dòng điện tải hình sin  Tần số khơng đổi  An toàn người vận hành phần tử mạch gặp cố  Chi phí thiết kế vận hành thấp 1.4 So sánh phương pháp nghịch lưu Các phương pháp bao gồm hai phương pháp nghịch lưu PWM phương pháp SVM Cơ cấu trúc mạch động lực hai phương pháp PWM khơng có khác nhau, mà khác nguyên tắc điều khiển chuyển mạch van bán dẫn Chỉ phương pháp SVM khác biệt,nhưng phương pháp chứa ưu điểm nhược điểm định 1.3.1 Phương pháp PWM đơn cực  Ưu điểm: + Mạch điều khiển đơn giản phần điện áp âm thành phần điện áp pha + Số lượng chuyển mạch transistor ít, tổn hao chuyển mạch thấp  Nhược điểm: + Điện áp có biên độ khơng cao, biên độ điện áp điều biến U d /2 Khi tải có yêu cầu điện áp lớn U d /2 phương pháp khơng đáp ứng + Khi điện áp yêu cầu giá trị cận khơng khó đáp ứng khả chuyển mạch van bán dẫn 1.3.2 Phương pháp PWM lưỡng cực  Ưu điểm: + Điện áp có biên độ lớn, biên độ điện áp điều biến Ud + Có khả điều khiển điện áo nhỏ, có phần điện áp xung âm thành phần điện áp pha nên điều khiển áp pha không mà đảm bảo điều kiện chuyển mạch van bán dẫn + Khả đáp úng yêu cầu cao ổn định dòng điện tần số Do có phần điện áp âm điều biến điện áp pha có khả khống chế cho dòng điện tốt  Nhược điểm: Nhược điểm lớn nghịch lưu PWM lưỡng cực phức tạp mạch điều khiển phải phải phối hợp đóng cắt van bán dẫn 2.1.1 Phương pháp điều chế vector không gian SVM:  Ưu điểm: + Khác với phương pháp PWM kinh điển, SVM không dùng điều chế riêng biệt cho pha mà tổng hợp vector u tính chung cho ba pha +Sử dụng thiết bị điều khiển vi xử lý, phương pháp SVM áp đặt xác vector phải, trái, từ tính tp, tt chu kì cắt mẫu Ts +Xung tam giác dùng so sánh có dạng đối xứng nên xung điều khiển đối xứng, giảm số thành phần sóng hài bậc cao +Điện áp dây đầu mạch nghịch lưu lớn E phương pháp PWM đạt chưa tới 90% E Ưu điểm có lợi thiết kế điều khiển động lúc dòng điện giảm đi, với công suất  Nhược điểm: Là phương pháp tiên tiến nên phương pháp SVM tối ưu hóa nhược điểm phương pháp PWM,nên SVM ứng dụng rộng 1.3.3 Chọn phương án nghịch lưu Yêu cầu nghịch lưu cần thiết kế : + Điện áp nguồn nuôi : Ba pha 350 v + Tần số điện áp ra: 50Hz + Điện áp 220V + Dòng điện 30A Ta thấy yêu cầu tần số đầu không đổi, Vì ta thiết kế mạch nghịch lưu theo nguyên tắc nghịch lưu SVM  ... V1, V2, V3 E/3 E/3 -2E/3 V2, V3, V4 -E/3 2E/3 -E/3 V3, V4, V5 -2E/3 E/3 E/3 V4, V5, V6 -E/3 -E/3 2E/3 V5, V6, V1 E/3 -2E/3 E/3 V1, V3, V5 0 U u0=0 j π3 u2= Ee u1= Ee j j 23 π u4= Ee− jπ − j 23 π... nhược điểm phương pháp PWM,nên SVM ứng dụng rộng 1.3.3 Chọn phương án nghịch lưu Yêu cầu nghịch lưu cần thiết kế : + Điện áp nguồn nuôi : Ba pha 350 v + Tần số điện áp ra: 50Hz + Điện áp 22 0V + Dòng... thiết kế vận hành thấp 1.4 So sánh phương pháp nghịch lưu Các phương pháp bao gồm hai phương pháp nghịch lưu PWM phương pháp SVM Cơ cấu trúc mạch động lực hai phương pháp PWM khơng có khác nhau,