Bài tập điện tử công suất

Bài Tập Điện Tử Công Suất Sinh Viên thực hiện: Phạm Văn Toàn - 20174271 Lý Ngọc Thuận - 20174249 Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính toán thiết kế  1.  Đề Bài tập 5: Hãy tính tốn sơ đồ nghịch lưu nguồn áp pha dạng nửa cầu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM với thông số sau: + Giá trị điện áp hình sin mong muốn Uo = 220 VAC tần số sóng f1 = 400 Hz + Công suất đầu Po = 1000 W, hệ số công suất tải trở cảm = 0,85 + Tần số đóng cắt PWM fs = 20 kHz + Dự phòng điện áp chiều cung cấp UDC dao động phạm vi +/10% Cho phép sụt áp tần số sóng cuộn cảm mạch lọc LC không lớn 10% điện áp đầu định mức Uo Hãy xác định: Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế Điện áp chiều u cầu: UDC (V) Tính tốn biên độ dịng đầu u cầu: Iom (A) Tính tốn dịng trung bình qua van điơt: IV, ID (A) Xác định dòng đỉnh lớn qua van IGBT điôt Điện áp ngược lớn qua van IGBT điơt Xác định mạch lọc LC phía xoay chiều đảm bảo tần số cắt mạch lọc fLC = 0,1 fs Tính tốn giá trị tụ lọc C phía chiều để đảm bảo độ đập mạch UDC = 5%UDC Kiểm chứng phần mềm mơ Matlab, Plecs PSIM Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế  Sơ đồ mạch lực +E/2 V DC 0˚ IGBT/ Diode1 L A iv1 A iv2 R 180˚ DC -E/2 IGBT/ Diode2 id1 A A id2 A id 11/05/2020 Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận Dạng xung điện áp, dòng điện sơ đồ nghịch lưu nửa cầu Phần 1: Tính tốn thiết kế     Xác định điện áp đầu vào Với PWM dải làm việc tuyến tính , giá trị điện áp đầu đạt giá trị lớn , tần số đóng cắt coi vơ lớn Để dự phòng điện áp chiều thay đổi phạm vi+/-10% cần chọn Biên độ điện áp đầu yêu cầu   𝑚 =√ 𝑈 = √ 2.220=311𝑉 𝑈   →𝑈 𝐷𝐶 /2=𝑈 𝑚 /0 , 9=311/0.9=346 𝑉 Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp hình sin Dự phịng sụt áp không 10% điện áp đầu nên phải chọn 2.1,1.346 = 760V Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế Biên độ dịng đầu u cầu - Cơng suất tồn phần tải 𝑆  =𝑃0 /cos 𝜑=1000 /0 ,85=1176 𝑉𝐴  - Dòng tải yêu cầu: 𝐼  0=𝑆0 /𝑈 0=1176 /220=5,35 𝐴 - Biên độ dòng tải  𝐼 𝑚= √ 𝐼 0= √2 5,35=7,56 𝐴 V   ới =220V, ta có Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế    5 Tính tốn dịng trung bình qua van Diode: , - Dịng trung bình qua van   Dịng qua van 𝜋 1+cos𝜑 1+0.85 𝐼𝑣= ∫𝐼0𝑚sin(𝜃¿−𝜑)𝑑𝜃= 𝐼0𝑚= ,56=2,23𝐴¿ 2𝜋 𝜑 2𝜋 2𝜋 Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận Dịng qua Diode 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế   5 Tính tốn dịng trung bình qua van Diode: , - Dịng trung bình qua Diode   Dòng qua van 𝜑 1−cos𝜑 1−0.85 𝐼𝐷= ∫ 𝐼0𝑚sin(𝜃¿−𝜑)𝑑𝜃= 𝐼0𝑚= 7,56=1,13𝐴¿ 2𝜋 2𝜋 2𝜋 Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận Dịng qua Diode 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế   6 Xác định dịng đỉnh lớn qua van Diode: Dịng điện có độ đập mạch lớn độ rộng xung = 50%: Mà Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 Phần 1: Tính tốn thiết kế  Xác   định dòng đỉnh lớn qua van Diode: Dòng đỉnh lớn qua van: Dòng đỉnh lớn qua diode: Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 10 Phần 1: Tính tốn thiết kế Tính tốn mạch lọc LC Nguyên lý điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu nguồn áp - Vừa điều chỉnh điện áp vừa điều chỉnh tần số - Điện áp gần giống hình sin - Có thể chỉnh lưu khơng điều khiển đầu vào nghịch lưu làm tăng hiệu sơ đồ DC 0˚ L Ls R 180˚ DC Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận IGBT/ Diode1 11/05/2020 Cs 12 IGBT/ Diode2 Phần 1: Tính tốn thiết kế   8 Tính tốn mạch lọc LC Tần số cắt mạch lọc LC thấp 10 lần tần số đóng cắt Hz - Với 29 , ta có giá trị mạch lọc LC   𝐿𝑠 =   𝐶 𝑠= 𝑅0 ,min 29 = =2,3 𝑚𝐻 𝜋 𝑓 𝑠𝐿𝐶 4000 𝜋 1 = =2,74 𝜇 𝐹   𝑅0 ,min 𝜋 𝑓 𝑠𝐿𝐶 29.4000 𝜋 Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 13 Phần 1: Tính tốn thiết kế   8 Tính tốn mạch lọc LC  Công suất phản kháng tải  Nếu bù tụ C phải có Ta có  𝑈 2𝐶 𝑄𝐶 640 𝑄𝐶= =𝜔 𝐶 𝑈 𝐶 →𝐶= = =5,26 𝜇 𝐹 2 𝑋𝐶 𝜔 𝑈 𝐶 800 𝜋 220 So sánh với giá trị phần tính tốn bên ta thấy giá trị chọn hợp lý   Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 14 Phần 1: Tính tốn thiết kế    9 Tính tốn giá trị tụ lọc C phía mạch chiều Để đảm bảo độ đập mạch giá trị tụ C phía mạch chiều 𝛥𝑡𝑥 𝑇𝑠 𝛥 𝑈 𝐷𝐶 = 𝛥 𝐼 𝐷𝐶 ; 𝛥 𝑡 𝑥 = ; 𝛥 𝐼 𝐷𝐶 =𝐼 , 𝑚𝑎𝑥 𝐶   𝛥 𝐼 𝐷𝐶 7,56 →𝐶 = = =9,95 𝜇 𝐹 ≈ 10 𝜇 𝐹 𝑓 𝑠 𝛥 𝑈 𝐷𝐶 2.20000.0,05 380   Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 15 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Nghịch lưu nguồn áp pha – nửa cầu Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 16 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Điện áp tải Dịng điện qua tải Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 17 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Mạch có PWM – chưa có lọc LC Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 18 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Dạng điện áp tải chưa có mạch lọc LC Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 19 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Dịng tải chưa có mạch lọc LC Nhận xét: chưa có mạch lọc LC, băm xung dịng tải lớn Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 20 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Mạch có PWM- có mạch lọc LC   Các thơng số: PWM Phạm Văn Tồn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 21 Phần : Mô kiểm chứng Matlab Nhận xét: điện áp có dạng hình sin có giá trị Umax gần sát với tính tốn Điện áp tải sau có mạch lọc LC   trị tính tốn: 220V Giá Giá trị mơ : 239V Sai số = Dạng điện áp tải Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận Giá trị điện áp 11/05/2020 22 Phần : Mơ kiểm chứng Matlab Dịng tải sau có mạch lọc LC  Giá trị tính tốn: 7,56A Giá trị mơ : 6,69A Sai số Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 23 Phần : Mơ kiểm chứng Matlab Dịng qua Van Diode Dịng trung bình qua Van Giá trị tính tốn:2,23A Giá trị đo được:7,59A Sai số: Dòng lớn qua Van Giá trị tính tốn: 9,33A Giá trị đo được:9,08A Sai số: Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 24 Phần : Mơ kiểm chứng Matlab Dịng qua Van Diode Dịng trung bình qua Diode Giá trị tính tốn: 1,13A Giá trị đo được: 2,92A Sai số: Dịng lớn qua Diode Giá trị tính tốn:4,93A Giá trị đo được: 1,24A Sai số: Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 25 Phần 3: Kết luận - Khi chưa có PWM, điện áp đầu dạng xung vng có chu kỳ - Khi có PWM, điện áp đầu bị chia nhỏ thành nhiều xung vng có độ rộng xung bé đồng thời dịng điện qua tải có dạng hình sin với đường đồ thị tập hợp xung cưa - Khi gắn thêm mạch lọc LC, điện áp đầu dạng sóng hình sin với chu kỳ = chu kỳ xung điều khiển dòng điện qua tải giảm độ nhiễu đáng kể Phạm Văn Toàn-Lý Ngọc Thuận 11/05/2020 26 ... Uo = 220 VAC tần số sóng f1 = 400 Hz + Cơng suất đầu Po = 1000 W, hệ số công suất tải trở cảm = 0,85 + Tần số đóng cắt PWM fs = 20 kHz + Dự phịng điện áp chiều cung cấp UDC dao động phạm vi +/10%... Toàn-Lý Ngọc Thuận Dạng xung điện áp, dòng điện sơ đồ nghịch lưu nửa cầu Phần 1: Tính tốn thiết kế     Xác định điện áp đầu vào Với PWM dải làm việc tuyến tính , giá trị điện áp đầu đạt giá trị... có PWM, điện áp đầu dạng xung vng có chu kỳ - Khi có PWM, điện áp đầu bị chia nhỏ thành nhiều xung vuông có độ rộng xung bé đồng thời dịng điện qua tải có dạng hình sin với đường đồ thị tập hợp