Đang tải... (xem toàn văn)
Việc sử dụng kết hợp cả hai phương pháp lý thuyết và số đã cho thấy thiếu sót trong cách dự đoán kết quả, và cấu trúc mô hình mô phỏng đề xuất trong bài báo này đã được trình[r]
(1)Võ Thành Vĩnh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 171 - 175
TỐI ƯU BIẾN ÁP XUNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU
Võ Thành Vĩnh1,3,*, Phạm Ngọc Thắng1, Nguyễn Thế Vĩnh2, Trần Ngọc Thái1
1Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên ; 2Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh; 3Đại học Đồng Tháp TÓM TẮT
Trở kháng bên cuộn dây máy biến áp có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số khớp nối, điều ảnh hưởng đến đặc tính thiết kế máy biến áp Bài báo đề cập chi tiết đến việc cải tiến cấu trúc cuộn dây đồng tâm áp dụng cho máy biến áp xung Xem xét hạn chế cơng thức chung tính tốn cho máy biến áp từ trường đối xứng theo hướng tiếp cận khác, cho phép dự báo điện cảm rò rỉ trường hợp bố trí từ trường cuộn dây máy biến áp Sự ảnh hưởng điện cảm rị rỉ điện cảm từ hóa đến hệ số khớp nối thảo luận.Các cơng thức tính tốn chuyển hóa thay đổi phương pháp khác để tăng giảm điện cảm rò rỉ đề xuất thông qua cấu trúc cuộn dây sơ cấp máy biến áp
Từ khóa: Mạch ghép nối, Bộ chuyển đổi DC-DC, Điện cảm rò rỉ, Từ cảm, Biến áp xung.
GIỚI THIỆU*
Trong [1-2] cho thấy việc thiết lập mơ hình xác tính tốn điện cảm rò rỉ cần thiết để thiết kế mạch ghép nối tụ điện biến áp hiệu Hơn nữa, trình truyền lượng qua mạch ghép bị hủy hoại máy biến áp bão hịa, lý này, thiết kế điện cảm từ hóa xác cần thiết Mặc dù hiểu biết lý thuyết cần thiết cho việc thiết kế biến áp xung, kiến thức thực tế lại cần để thay đổi vài tham số thiết kế Do đó, phương pháp thực nghiệm khác cho giải pháp tăng giảm giá trị trở kháng biến áp xung Các thông số mạch điện tử ghép với máy biến áp xung bị ảnh hưởng đáng kể điện cảm rò rỉ cuộn dây bên máy biến áp tương ứng Ví dụ, điện cảm rò rỉ liên quan đến hiệu suất truyền tải điện thông số linh kiện bán dẫn công suất [3]
Thông thường, yếu tố không đổi từ thẩm tuyệt đối giá trị khác hợp thành hệ số, tảng vật lý công thức nhận [4] Trong số trường hợp, công thức khác đưa cho thiết kế biến áp mà không cần xen kẽ cuộn dây hay cho
*
Email: thanhvinhdhspdt@gmail.com
biến áp với cuộn dây xếp xen kẽ [5] Mức độ xen kẽ xem xét số lượng cặp cuộn dây [6-7] số lượng lớp cách điện cuộn dây [8-9] Trích dẫn phương trình phù hợp để thực thiết kế, tính tốn điện cảm rị rỉ máy biến áp hình xuyến [10] Cơng thức đề xuất [11] thu từ thay đổi điện cảm rò rỉ thông số chế tạo máy biến áp lỏi hình xuyến khác Việc đánh giá thực từ mơ hình lý thuyết mơ hình phân tích phần tử hữu hạn (FEMM) khác liên quan đến kết đo phép lựa chọn thơng số thích hợp mà mơ hình yêu cầu [12]
(2)Võ Thành Vĩnh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 171 - 175 dây sơ cấp với ảnh hưởng tần số
đóng cắt thiết bị điện tử xác định, sở để tăng giảm giá trị điện cảm rò rỉ biến áp xung chuyển đổi DC-DC Đây vấn đề thảo luận cụ thể báo
TÍNH TỐN ĐIỆN CẢM RỊ RỈ CHO SỰ PHÂN BỔ MẠCH TỪ
Ý nghĩa ký hiệu tham số phát sinh từ thông rò rỉ Φl cửa sổ lõi
minh họa theo nguyên lý hình Giả định dòng rò rỉ tập trung tiếp giáp cách điện cuộn dây sơ cấp thứ cấp máy biến áp xung Hơn máy biến áp (biểu diễn hình 1) đặc trưng tính sau: Lõi: ETD 59/31/22 [13], vật liệu N87, cuộn dây sơ cấp gồm cuộn dây ghép nối song song, tổng số vòng: N1 = 45 vòng Cuộn dây thứ
cấp gồm cuộn, tổng số vòng: N2 = 145,
độ dày khoảng cách cách điện cuộn dây: 0.2 mm
Để áp dụng xác cơng thức tính tốn điện kháng rò rỉ cho máy biến áp xung đồng tâm máy biến áp với cuộn dây hình bánh, dựa vào phân bổ cuộn dây sơ cấp thứ cấp để chọn tham số kích thước tương ứng với cách bố trí cuộn dây Do đó, dựa thay đổi cách bố
trí cuộn dây mà ta có giá trị điện kháng rị rỉ cho loại biến áp xung (có cuộn dây xen kẽ không xen kẽ), đề xuất cơng thức tính điện kháng rị rì sau: Điện kháng rò rỉ hai cuộn dây sơ cấp:
(1)
Điện kháng rò rỉ cuộn sơ cấp thứ cấp:
(2)
Điện kháng rò rỉ cuộn thứ cấp với mạch từ:
(3)
Điện kháng rị rỉ hai cuộn dây xen kẽ phía sơ cấp:
(4) Điện kháng rò rỉ hai cuộn xen kẽ sơ cấp thứ cấp:
(5) Điện kháng rò rỉ hai cuộn xen kẽ hai cuộn phía sơ cấp:
(6)
Hình 1.Minh họa thuộc tính kích thước cuộn dây sử dụng công thức (1) - (7) ảnh hưởng lẫn điện kháng rò rỉ cửa sổ lỏi
X X X MMF
MMF MMF
S P4 P3 P2 P1
b c2 a
P14 P4L
P12 P23
P34 P4S
SL
P13 P3S
c1 c3
c4 c5
(3)Võ Thành Vĩnh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 171 - 175 Điện kháng rị rỉ cuộn sơ cấp với mạch từ:
(7) Trong đó: a: Độ dày xuyên tâm cuộn dây sơ cấp;
b: Độ dày xuyên tâm cuộn dây thứ cấp; ci: Chiều rộng xuyên tâm lõi (i=1÷5);
h: Chiều cao trục cuộn dây lõi; Pj: Cuộn dây sơ cấp (j=1÷4);
S: Cuộn dây thứ cấp; f: Tần số dao động (1000÷50000)Hz;
X: Điện kháng rò rỉ; Lmt: Điện cảm từ hóa
MMF (Magnetomotive force): Lực từ động Trong trường hợp này, công thức đề cập cho kết nhỏ giá trị điện kháng rò rỉ thực mà biểu diễn cách xấp xỉ Dự đốn điện kháng rị rỉ với độ xác cao trường hợp máy biến áp khơng đối xứng từ tính, dựa việc tính giá trị điện kháng rị rỉ riêng lẻ tất cặp cuộn dây xếp biến áp từ tính tổng điện kháng rị rỉ máy biến áp
CHỌN TẦN SỐ THÍCH HỢP CHO ĐIỆN KHÁNG RÒ RỈ
Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEMM) để ước tính điện kháng rò rỉ từ lâu kỹ thuật tiêu chuẩn, có cân thời gian mô (tùy thuộc vào độ phức tạp mơ hình) độ xác tối ưu tham số gốc Một nghiên cứu mơ hình phổ biến gần sử dụng việc ước lượng thông số tần số cao đề xuất, để thiết lập độ xác thời gian mơ biến áp trình bày hình
Kết mơ hình mơ trình bày hình 2.a Lỏi sử dụng mơ hình loại ETD59, vật liệu từ tuyến tính có độ từ thẩm hiệu dụng 1590 Điện cảm rò rỉ, liên quan đến cuộn sơ cấp tính cách cân qui đổi cuộn thứ cấp phía sơ cấp (nếu tăng tỉ lệ số vịng dây điện áp tăng, dịng điện ngược lại) Năng lượng lưu trữ lượng hiệu dụng lưu trữ cuộn dây mà từ điện cảm rị rỉ tính tốn trực tiếp Kết điện cảm rị rỉ mơ thay đổi ứng với tần số Tuy nhiên, theo tính tốn cổ điển [1,2], giá trị điện cảm không đổi, giá trị cao mô tần số cao thể hình 2.b
a) b)
(4)Võ Thành Vĩnh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 171 - 175
Hình Trình bày điện cảm rò rỉ phụ thuộc tần số dùng phương pháp tính tốn lý thuyết mơ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Bài báo đề xuất máy biến áp xung sử dụng chuyển đổi DC-DC với cấu trúc cuộn dây sơ cấp chia thành bốn cuộn dây song song Thực tế, chuyển đổi DC-DC sử dụng cho nguồn lượng tái tạo có dịng đầu vào lớn [3,14] Với cấu trúc này, dòng điện cuộn dây sơ cấp giảm, điều có nghĩa dây dẫn nhỏ, làm giảm u cầu cơng nghệ sản xuất máy biến áp xung Mặt khác, điện cảm rị rỉ tính tốn theo lý thuyết so sánh với điện cảm rị rỉ mơ Thay đổi tần số hoạt động để chọn tần số tối ưu cho cuộn dây biến áp để giảm thiểu điện cảm rò rỉ Giảm điện cảm rò rỉ cấu trúc máy biến áp có nghĩa giảm tổn thất lượng công tắc điện tử bật/tắt, nâng cao hiệu suất chuyển đổi DC-DC sử dụng nguồn lượng tái tạo Kết điện cảm rị rỉ tính theo lý thuyết (mục 2) theo kết mơ (mục 3) trình bày hình Các kết sử dụng mơ hình cuộn dây sơ cấp tốt đáng kể so với mơ hình cuộn dây sơ cấp (Do điện kháng tương đương cuộn dây song song nhỏ điện kháng cuộn sinh với công suất
MBA), chi phí tính tốn cao Để phân tích thành phần cấu trúc cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nhiều mô Kết tần số 50kHz điện cảm rò rỉ > 10% hợp lý, ứng với dung sai vật liệu hình học KẾT LUẬN
Việc sử dụng kết hợp hai phương pháp lý thuyết số cho thấy thiếu sót cách dự đốn kết quả, cấu trúc mơ hình mơ đề xuất báo trình bày cách xác hơn, biến thiên điện cảm rò rỉ ứng với tần số biểu diễn cụ thể Các kết mơ hình mơ tả đơn giản cách sử dụng lý thuyết dùng giá trị ổn định hiệu để mô Cấu trúc cuộn dây biến áp xung mà chúng tơi đề xuất kết thích hợp dùng biến đổi DC-DC cuộn dây đồng tâm, áp dụng cho nguồn lượng tái tạo
Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ kinh phí thực đề tài mã số B2018-SKH-06
TÀI LIỆU THAM KHẢO
(5)Võ Thành Vĩnh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 171 - 175 P A Janse van Rensburg, H C Ferreira,
“Step-by-step design of a coupling circuit with bi-directional transmission capabilities,” Submitted for 8th Int Symp Power-Line Comm., (2004) Nguyen The Vinh, Petit Pierre, Aillerie Michel, Salame Chafic, Charles Jean-Pierre “Efficiency of magnetic coupled boost DC-DC converters mainly dedicated to renewable energy systems: Influence of the coupling factor” International Journal of Circuit Theory and Applications, Vol 43, pp1042– 1062, (2015)
4 Arthur Williams, “Magnetics design: inductors and transformers”, Thursday September 15, (2011)
5 Flanagan, W M., “Handbook of Transformer Design and Applications,” McGraw-Hill, (1992) Mecke, H., “Transformatoren fur das Lichtbogenschweissen,” Dissertation B, TH Magdeburg, (1978)
7 Schuelting, L., “Optimierte Auslegung induktiver Bauelemente fur den Mittelfrequenzbereich,” Dissertation, RWTH Aachen, (1993)
8 Snelling, E C., “Soft Ferrites,”Butterworth & Co., (1988)
9 Tarter, R E., “Solid-state Power Conversion Handbook,” Wiley-Interscience, (1993)
10 Iván Hernández, Francisco de León, Pablo Gómez, “Design Formulas for the Leakage Inductance of Toroidal Distribution Transformers”, ieee transactions on power delivery, vol 26, no 4, october (2011)
11 Francisco de León, Sujit Purushothaman, Layth Qaseer “Leakage Inductance Design of Toroidal Transformers by Sector Winding”, ieee transactions on power electronics, vol 29, no 1, January (2014)
12 Peter R Wilson and Reuben Wilcock, “Frequency Dependent Model of Leakage Inductance for Magnetic Components”, advanced electromagnetics, Vol 1, No 3, October (2012) 13
https://en.tdk.eu/inf/80/db/fer_13/etd_59_31_22.p df
14 The Vinh Nguyen, Michel Aillerie, Pierre Petit, Hong Thang Pham, and Thanh Vinh Vo, “Push-pull with recovery stage high-voltage DC converter for PV solar generator”, AIP Conference Proceedings 1814, 020058 (2017) ABSTRACT
OPTIMIZATION PULSE TRANSFOMER FOR DC-DC CONVERSION ENERGY
Vo Thanh Vinh1,3*, Pham Ngoc Thang1, Nguyen The Vinh2, Tran Ngoc Thai1 1
Hung Yen University of Technology and Education; 2
Quang Ninh University of Technology; 3Dong Thap University The internal impedances of a coupling transformer can have a detrimental effect on coupling, these have to be properly designed In the paper, the meaning of included terms and details of the application for concentric and pie windings pulse transformer Considering the limitation of common formulas to magnetically symmetric transformers an alternative approach shall be demonstrated, which enables leakage inductance prediction also in the case of transformers with magneticallyarrangements of windings The effect of both leakage and magnetizing inductance on coupling is discussed Design equations are derived and various methods to increase and decrease these inductances are givenin the proposed structure of primary winding transformer
Keywords: coupling circuits, DC-DC converter, leakage inductance, magnetizing inductance, pulse transformers
Ngày nhận bài: 08/10/2018; Ngày hoàn thiện: 22/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018
*