Tiểu luận điện tử công suất nâng cao SIN PWM

Tiểu luận điện tử công suất nâng cao ACDC Converter dùng kỹ thuật SINPWM 2 bậc, 3 bậc Bạn nào cần file mô phỏng và file DLL thì liên hệ qua mail: thanhtri.ddt92gmail.com Mình dùng phần mềm PSIM để mô phỏng

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG VECTOR KHÔNG GIAN (SVM) 1.1 Giới thiệu phương pháp điều chế độ rộng xung vector không gian 1.2 Nguyên lý phương pháp điều chế vectơ không gian SVM .7 1.3 So sánh phương pháp Sin PWM SV PWM (SVM) 1.4 Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM .9 CHƯƠNG 2:CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI CÔNG SUẤT 15 2.1 Bộ chỉnh lưu bậc .15 2.2 Bộ chỉnh lưu bậc .17 2.3 Một số ví dụ 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU 21 3.1 Tính tốn thiết kế chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM 21 3.2 Tính tốn thiết kế chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM 22 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ BÀN LUẬN .23 4.1 Giới thiệu phần mềm PSIM 23 4.1.1 Giới thiệu 23 4.1.2 Các phần tử, linh kiện PSIM .24 4.2 Bộ chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM 25 4.2.1 Mơ hình mơ PSIM .25 4.2.2 Kết mô 25 4.2.3 Nhận xét .28 4.3 Bộ chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM .28 4.3.1 Mơ hình mơ PSIM .28 4.3.2 Kết mô .29 4.3.3 Nhận xét .32 KẾT LUẬN 33 Tài liệu tham khảo 34 CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG VECTOR KHÔNG GIAN (SVM) 1.1 Giới thiệu phương pháp điều chế độ rộng xung vector không gian Điện áp nghịch lưu pha Hình 1.1: Bộ nghịch lưu pha Trong đó: Các transistors nhóm trên: S1, S3, S5 Các transistors nhóm dưới: S4, S6, S2 Các vector biến chuyển mạnh: a, b, c - Các transistor từ S1 đến S6 transistor công suất chuyển mạnh tạo điện áp - Khi transistor nhóm dẫn (on) (a, b hay c = “1”), transistor nhánh nhóm phải khóa (off) (a', b' hay c' = “0”) => Có khả kết hợp theo kiểu on off cho ba transistor nhóm (S1, S3, S5) Vector điện áp dây [V t ab Vbc Vac] Trong đó, [a b c]t vectơ biến chuyển mạch Vector điện áp pha [V t an Vbn Vcn] vectơ điện áp nghịch lưu (từ V0 tới V7) Hình 1.2: Vector điện áp nghịch lưu khả kết hợp, điện áp pha điện áp dây đầu Vecto điện Vecto chuyển áp mạch a b c Điện áp pha Van Vbn Điện áp dây Vcn Va Vb Vc b c a V0 0 0 0 0 V1 0 2/3 - - -1 1/3 1/3 1/3 - -1 -1 V2 1 1/3 2/3 V3 - 2/3 1/3 V4 1 - 1/3 1/3 1/3 -1 - - 2/3 -1 1/3 1/3 1/3 - 1/3 -1 0 0 2/3 V5 V6 0 1 2/3 V7 1 0 (Điện áp nhân tương ứng với Vdc) Biến đổi d,q từ giá trị pha sang hệ toạ độ trục biến đổi d,q cuộn stato viết dạng: Ví dụ: Đối với tải cân đấu Y Hình 1.3 Tải cân đấu Y Điện áp máy: Dòng pha as: Ta có cơng thức: Đối với tải cân (máy đấu sao), điện áp dây trung tính: Điện áp pha trở thành: Cuối ta có: 1.2 Nguyên lý phương pháp điều chế vectơ khơng gian SVM - Xem điện áp hình sin vectơ có biên độ khơng đổi quay với tốc độ (tần số) không đổi - Kỹ thuật PWM thực xấp xỉ điện áp đặt V ref kết hợp vectơ chuyển mạch (từ V0 đến V7) - Chuyển đổi tọa độ (từ hệ tọa độ tự nhiên abc sang hệ tọa độ cố định stato d,q): Một vectơ điện áp ba pha chuyển đổi thành vectơ hệ tọa độ cố định d,q mà thành phần thể thành phần vectơ không gian tổng điện áp ba pha - Các vectơ (V1 → V6) chia mặt phẳng thành sáu phần - sector (mỗi sector: 60 độ) Vref tạo cách kết hợp hai vectơ tích cực hai vectơ zero Hình 1.4: Các vector chuyển mạch góc sector vectơ tích cực (V1 ,V2, V3, V4, V5, V6) - Các trục hình lục giác - Điện áp chiều đầu vào “DC link” đưa tới tải - Mỗi sector (1 →6): 60 độ vectơ zero (V0, V7) - Ở gốc hệ tọa độ - Khơng có điện áp đưa tới tải 1.3 So sánh phương pháp Sin PWM SV PWM (SVM) + Phương pháp điều chế SVM tạo sóng hài điện áp dòng điện so với phương pháp điều chế Sin PWM + SVM tận dụng hiệu điện áp chiều đầu vào so với Sin PWM - Sin PWM:  Vùng điều chế nằm phía đường tròn có bán kính 1/2 Vdc - Space Vector PWM:  Vùng điều chế nằm phía đường tròn có bán kính 1/√3 Vdc Tận dụng điện áp: SVM = 2/√3 ≈1,15 lần so với Sin PWM Hình 1.5: Giới hạn điều chế SV PWM 1.4 Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM Gồm có bước: - Bước Xác định Vd, Vq, Vref, góc (α) - Bước Xác định khoảng thời gian T1, T2, T0 - Bước Xác định thời gian chuyển mạch transistor (S1 →S6) Bước Xác định Vd, Vq, Vref, góc (α) Chuyển đổi tọa độ : abc →dq Trục d: Trục q: Vậy: Hình 1.6: Vectơ khơng gian thành phần (d,q) CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU 3.1 Tính tốn thiết kế chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM Theo đề yêu cầu: Điện áp pha lưới có giá trị 220V Nên Vm = 220 (V) Ta có: 220   269, 44  V  2 Vline to line  Vm Từ đó: VDC  Vll 0,906   269, 44  467,15  V  0,906  Cần điều khiển để VDC = 467,15 (V) Ta suy điện áp VDC tham chiếu: ref VDC  467.15  V  Vậy chọn tụ DC có V= 470(V), C=0.4047(F), chọn cuộn cảm kháng trước chỉnh lưu: L=0.033 (H) Bảng tổng hợp thông số thiết kế: VDC_ref 467.15 (V) VDC 467.15 (V) Cuộn cảm kháng 0.033 (H) Tụ DC ngõ 470(V) 0.4047(F) 3.2 Tính toán thiết kế chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM Theo đề yêu cầu: Điện áp pha lưới có giá trị 220V Nên Vm = 220 (V) Ta có: Vlineto line  Vm 220   269, 44  V  2 Từ đó: VDC  Vll 0,906   269, 4438717  467,15  V  0,906  Cần điều khiển để VDC = 467,15 (V) Ta suy điện áp VDC tham chiếu: ref VDC  467.15  V  Vậy chọn tụ DC có V= 235(V), C=0.2024(F), chọn cuộn cảm kháng trước chỉnh lưu: L=0.033 (H) Bảng tổng hợp thông số thiết kế: VDC_ref 467.15 (V) VDC 467.15 (V) Cuộn cảm kháng 0.033 (H) Tụ DC ngõ 470(V) 0.4047(F) CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ BÀN LUẬN 4.1 Giới thiệu phần mềm PSIM 4.1.1 Giới thiệu PSIM (Power Electronics Simulation Software) phần mềm chuyên mô kỹ thuật điện công cụ cho việc nghiên cứu phát triển sản phẩm liên quan đến nguồn cung cấp, truyền động điện hệ thống chuyển đổi điều khiển lượng Chương trình thiết kế mạch PSIM chương trình có tính tương tác cao giao diện thư mục phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng PSIM bao gồm có ba chương trình tương tác lẫn nhau:  PSIM Schematic: chương trình dùng để vẽ, thiết kế mạch điện  PSIM Simulator: chương trình mơ  PSIM View: chương trình hiển thị kết mơ Hình 4.1: Giao diện phần mềm PSIM 4.1.2 Các phần tử, linh kiện PSIM PSIM chia nhóm phần tử gồm:  Phần tử linh kiện công suất (Power)  Phần tử mạch điều khiển (Control)  Phần tử nguồn (Soure)  Các phần tử khác (Other) Trên giao diện PSIM Schematic, vào File/New để tạo mạch điện Các phần tử linh kiện nằm Menu Elements, nhấp vào ta thấy bốn nhóm phần tử: Power, Control, Sources, Other Hình 4.2: Giao diện vẽ mạch PSIM Nhìn chung, PSIM đánh giá phần mềm dễ sử dụng trực quan dung lượng nhẹ mạnh lĩnh vực điện tử công suất PSIM có ưu điểm mơ độc lập mạch lực khối điều khiển xây dựng sẵn, ta việc lắp ghép 4.2 Bộ chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM 4.2.1 Mơ hình mơ PSIM Hình 4.3: Bộ chỉnh lưu bậc SIN PWM 4.2.2 Kết mơ Hình 4.4: Điện áp DC ngõ (VDC) giá trị tham chiếu điện áp DC ngõ (VDC_ref) Hình 4.5: Dòng điện nguồn theo phương q (Iqe) giá trị tham chiếu dòng điện theo phương q (Iqe_ref) Hình 4.6: Dòng điện nguồn theo phương d (Ide) giá trị tham chiếu dòng điện theo phương d (Ide_ref) Hình 4.7: Xung kích khóa S1 S4 Hình 4.8: Dòng điện nguồn tức thời pha A (Isa) điện áp nguồn tức thời pha A (VSa) 4.2.3 Nhận xét Theo kết mơ Hình 4.4 điện áp DC ngõ (VDC) bám sát với điện áp DC tham chiếu (VDC_ref) sau khoảng thời gian độ 0.27 giây Để điều khiển chỉnh lưu có hệ số cosφ =1, dòng điện theo phương d điều khiển (tức I de_ref = 0) Theo kết mô Hình 4.6, dòng điện Ide đo được, điều khiển gần bám sát giá trị dòng điện tham chiếu 4.3 Bộ chỉnh lưu bậc dùng kỹ thuật SIN PWM 4.3.1 Mơ hình mơ PSIM Hình 4.9: Bộ chỉnh lưu bậc Sin PWM 4.3.2 Kết mơ Hình 4.10: Điện áp DC ngõ (VDC) giá trị tham chiếu điện áp DC ngõ (VDC_ref) Hình 4.11: Dòng điện nguồn theo phương q (Iqe) giá trị tham chiếu dòng điện theo phương q (Iqe_ref) Hình 4.12: Dòng điện nguồn theo phương d (Ide) giá trị tham chiếu dòng điện theo phương d (Ide_ref) Hình 4.13: Xung kích khóa S1 S4 Hình 4.14: Dòng điện nguồn tức thời pha A (Isa) điện áp nguồn tức thời pha A (VSa) Hình 4.15: Hình điều chế xung bậc Vcarr1, Vcarr2, Vam 4.3.3 Nhận xét Theo kết mơ Hình 4.10 điện áp DC ngõ (VDC) bám sát với điện áp DC tham chiếu (VDC_ref), sau khoảng thời gian độ 0,12 giây Để điều khiển chỉnh lưu có hệ số cosphi =1, dòng điện theo phương d điều khiển (tức Ide_ref=0) Theo kết mơ Hình 4.12, dòng điện Ide đo được điều khiển bám sát giá trị dòng điện tham chiếu Sai số phần trăm dòng điện đo theo phương d dòng tham chiếu 2% Sai số bé, không đáng kể nên điều khiển thiết kế tốt, ổn định Vì dòng điện theo phương d điều khiển 0, tức cosphi chỉnh lưu Như dòng điện nguồn pha A đồng pha điện áp nguồn pha A, thể Hình 4.14 KẾT LUẬN Phương pháp điều chế độ rông xung sin (SIN PWM) phương phương pháp điều chế độ rộng xung vector không gian (SVPWM), giúp cho việc thiết kế chỉnh lưu trở nên đơn giản hiệu hơn, nhờ việc điều chế thay đổi độ rộng xung vng kích IGBT việc chuyển từ điện áp AC sang điện áp DC, từ giá trị điện áp DC ngõ đạt với giá trị điện áp DC đặt trước Từ kết mơ chình lưu bậc chỉnh lưu bậc, cho thấy chỉnh lưu nhiều bậc giá trị giá trị dòng điện nguồn theo phương d (Ide) bám sát với giá trị tham chiếu dòng điện theo phương d (Ide_ref = 0) Các tín hiệu độ thời gian ngắn từ 0.010.2 giây, sau đạt giá trị xác lập Dòng điện nguồn điện áp nguồn pha pha với Qua khẳng định phương pháp đạt hiệu điều khiển cao, nâng cao tính hệ thống chỉnh lưu, giảm thiểu sóng hài nhiễu đến mạng điện, nâng cao chất lượng điện hệ số công suất sử dụng điện Tài liệu tham khảo [1] Bài giảng Điện tử công suất nâng cao, TS Văn Tấn Lượng, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Tp Hồ Chí Minh [2] Developing Function Models of Back-to-Back PWM Converters for Simplified Simulation Tan Luong Van∗ and Dong-Choon Lee† †∗ Dept of Electrical Engineering, Yeungnam University, Gyeongsan, Korea ... vectơ điện áp ba pha chuyển đổi thành vectơ hệ tọa độ cố định d,q mà thành phần thể thành phần vectơ khơng gian tổng điện áp ba pha - Các vectơ (V1 → V6) chia mặt phẳng thành sáu phần - sector (mỗi... pha as: Ta có cơng thức: Đối với tải cân (máy đấu sao), điện áp dây trung tính: Điện áp pha trở thành: Cuối ta có: 1.2 Nguyên lý phương pháp điều chế vectơ không gian SVM - Xem điện áp hình sin... Vd, Vq, Vref, góc (α) Chuyển đổi tọa độ : abc →dq Trục d: Trục q: Vậy: Hình 1.6: Vectơ khơng gian thành phần (d,q) Bước Xác định T1, T2, T0 Xét góc phần sáu hình lục giác tạo đỉnh vector uu r ur