Thiết kế sơ đồ nghịch lưu 3 pha theo phương pháp SinPWM

BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế sơ đồ nghịch lưu pha theo phương pháp SinPWM Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Đức Anh 20173615 Lưu Quang Minh 20174055 Bách khoa, 18/12/2019 Cấu trúc báo cáo I Đề II Cơ sở lý thuyết III Tính tốn chuẩn hóa giá trị mạch lực IV.Kết mơ (Đối chiếu với giá trị tính tốn) I ĐỀ BÀI I Đề Tính tốn sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha điều khiển theo nguyên lý sinPWM Yêu cầu tải sau nghịch lưu: • Hệ số công suất tải trở cảm cos = 0,85 • Tần số sóng f1 = 400 Hz • Giá trị điện áp hình sin Uo =208 VAC • Cơng suất đầu Po = 5000 W • Tần số đóng cắt PWM fs = 20 kHz • Dự phịng điện áp chiều Udc (±10%) để sụt áp tần số sóng cuộn cảm mạch lọc LC ≤ 10%Ura I Đề u cầu tính tốn: 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 dịng đỉnh lớn qua van IGBT điơt 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 ΔUdc = 5%Udc II Cơ sở lý thuyết Sơ đồ mạch lực: Điều chế SinPWM SinPWM cho cầu ba pha thực cho ba sơ đồ nửa cầu: với ba sin chuẩn, hệ thống điện áp cưa (Carrier based – PWM) Hệ số điều chế: m = mref/ms , biên độ sóng sin chuẩn biên độ cưa Trong dải điều chế tuyến tính điện áp hình sin, yêu cầu  m  Điều chế SPWM • Mẫu xung điều khiển PWM với cưa đối xứng: • Mẫu xung cho thấy dạng tối ưu chuyển mạch, lần có pha phải đóng cắt • Trạng thái van cho điện áp (ứng với vector không SVM) phân bố đối xứng hai đầu chu kỳ Ts Dạng điện áp dòng điện sau nghịch lưu: Tính tốn dịng trung bình qua van Diode Tính tốn dịng trung bình qua van Diode Dạng dịng mơ qua Matlab: Số liệu tính tốn: • Dịng trung bình qua van:  IV  1  cos  I sin    d   I om   om  2  2  3.92 A • Dịng trung bình qua diode:  1  cos  ID  I sin    d   I om   om 2 0 2  0.32 A Dòng đỉnh Điện áp ngược lớn qua van điơt • Điện áp ngược lớn nhất: U o ,max  U DC  675V • Dịng đỉnh lớn Dịng tải thể giá trị dịng trung bình đầu nghịch lưu chu kỳ cắt mẫu Ta cần xác định độ đập mạch lớn dòng Io(t) Bỏ qua ảnh hưởng Rs độ đập mạch dòng tải, ta có: Trong NLNA PWM dio  t  Ls  uo  t  dt Dịng điện có độ đập mạch lớn hệ số lấp đầy xung (Duty ratio) d = 0,5 Do đó: Ts U o ,max U DCTs 0,5.104.675 I o ,max      9,543 A 3 Ls Ls 4.0,8776.10 So với biên độ dịng điện độ đập mạch IL 100% = 9,543/13,33 = 71,6 % Tính tốn thơng số mạch lọc LC • Trong NL PWM điện áp chủ yếu sóng Các thành phần sóng hài bậc cao xuất chung quang tần số đóng cắt fs, Những tần số sóng hài thấp fs – f1, fs -2.f1, … Tuy nhiên fs >> f1 nên sóng hài chủ yếu tập trung quanh fs, nghĩa xa so với f1 Điều làm đơn giản việc tính tốn mạch lọc LC đầu nghịch lưu nhiều • Xác định giá trị tụ lọc C: Có CL = 10%s  CL = 12,5664.103 (rad/s) Vậy: 1 1 C   7,22   F  2 3 L CL 0,8776.10 12,5664.10  • Xác định giá trị điện cảm Ls: Lấy sụt áp tần số 10%Uo ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.208 = 20,8(V)  XLs = 20,8/9,43 = 2,2()  Ls = 0,8776 (mH); Chọn C    F  Tính tốn tụ C mạch chiều • Tụ C mạch chiều dóng vai trị tụ lọc mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trị tiếp nhận cơng suất phản kháng từ mạch nghịch lưu điôt ngược đưa Vậy giá trị tụ giá trị cần lớn • Trường hợp nặng nề dòng tải giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng tải cảm, điện áp điều chế qua khơng), đó: U C  t x I C C t x  Ts / 2; I C  I o,max Từ UC = 5%UDC Có thể tính được: C I C 13,33   9,874.106  10   F  f s U C 2.20.10 0,05.675 IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG -Đối chiếu với giá trị tính tốn- Sơ đồ Matlab Thơng số mô Nguồn chiều 675V Tụ lọc mạch chiều 10  F Điện cảm Ls 0,8776 mH Tụ lọc mạch lọc LC 8 F Điện trở tải: Rt 18,74Ω Điện cảm tải: Lt 4,62 mH Dạng điện áp tải Dạng điện áp tải Giá trị tính tốn Giá trị mô Sai số 294,2V 301V 2.3% Sai số khơng đáng kể Dạng dịng điện tải Dạng dịng điện tải Giá trị tính tốn Giá trị mô Sai số 13,33A 13,1A 1.72% Sai số khơng đáng kể Dạng dịng qua Van Diode Dạng dòng qua Van Diode Mơ Matlab Simulink: Số liệu tính tốn: Sai số: • Dịng trung bình qua diode: I D  0.32 A 46% • Dịng trung bình qua van: IV  3.92 A Sai số trình độ xảy vài chu kỳ đầu 20% Sai số khơng đáng kể 4.Các thành phần sóng hài hệ số méo tổng THD Mô Matlab Simulink: Các dải sóng hài bậc cao bị loại bỏ nhờ tác dụng mạch lọc ... cầu: P 5000 I  3U cos 3. 208.0,85  9, 43A • Biên độ dịng tải: I om  I 1, 4142.9, 43  13, 33  A  Tính tốn giá trị tải • Điện trở tải: R • P 5000   18, 74 2 3. I o 3. 9, 43 Điện cảm tải:... U o ,max U DCTs 0,5.104.675 I o ,max      9,5 43 A ? ?3 Ls Ls 4.0,8776.10 So với biên độ dịng điện độ đập mạch IL 100% = 9,5 43/ 13, 33 = 71,6 % 6 Tính tốn thơng số mạch lọc LC • Trong NL... Giá trị tính tốn Giá trị mơ Sai số 294,2V 30 1V 2 .3% Sai số không đáng kể Dạng dòng điện tải Dạng dòng điện tải Giá trị tính tốn Giá trị mô Sai số 13, 33A 13, 1A 1.72% Sai số khơng đáng kể Dạng dịng