Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC kiểu Boost

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi PFC kiểu Boost Nội dung thiết kế: Mô hình hóa, Cấu trúc điều khiển và cách thức tính toán bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp sử dụng bộ bù loại II Tham số thiết kế: Điện áp ra 400VDC, Công suất 1kW, Điện áp lưới 220V ±10%50Hz±1% (C =400 µF;

Thiết kế hệ thống điều khiển biến đổi PFC kiểu Boost Nhóm 34 Trần T hàn h Đạt 20173731 Nguyễn Việt Đức 20173759 G V H D : T S V ũ H o n g P h ươ n g YÊU CẦU THIẾT KẾ - Thiết kế hệ thống điều khiển biến đổi PFC kiểu Boost   - Nội dung thiết kế: Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển cách thức tính tốn ều chỉnh dòng điện điện áp sử dụng bù loại II - Tham số thiết kế: Điện áp 400VDC, Công suất 1kW, Điện áp l ưới 220V ±10%/50Hz±1% (C =400 µF; =1.5 mὩ; L =1mH; R =160Ὡ) - Mô cấu trúc điều khiển: + Tải đầu thay đổi + Lưới điện thay đổi + Nhận xét kết mơ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ S1 S2 S3 Mơ hình hóa Thiết kế Mơ hệ thống điều khiển Mơ hình hóa hệ thống I Bộ biến đổi PFC Khái niệm Điều chỉnh hệ số cơng suất với mục đích đảm bảo tồn hệ thống hoạt động với hiệu suất tối đa Cấu trúc Một cầu chỉnh lưu không điều khiển diode biến đổi DC-DC kiểu Boost Bộ biến đổi PFC (Power Factor Correction) Mơ hình hóa hệ thống II Mơ hình hóa biến đổi PFC - Mơ hình biến đổi PFC tương tự mơ hình biến đ ổi Boost x ấp x ỉ thành ph ần đ ầu vào - Tiến hành mơ hình hóa biến đ ổi DC-DC Boost DC-DC BOOST Mơ hình hóa hệ thống Phương pháp Trung bình mạng phần tử đóng cắt Nội dung Thay phần mạch điện mạng hai cửa với biến điện áp, dòng điện cửa vào cửa Mơ hình biến đổi cần phải tuyến tính điểm làm việc cân bằng: Mơ hình trung bình biến đổi Boost Mơ hình hóa hệ thống Ta thu mơ hình tín hiệu nhỏ c phần t đóng c s đ m ạch l ực b ộ bi ến đ ổi Boost Hệ thống có hai đầu vào, điện áp điều khiển, điện áp đầu biểu diễn xếp chồng tác động chúng:   Phương trình cho mạch vịng dịng điện qua Mạch điện mơ tả biến đổi Boost với tín hiệu nhỏ cuộn cảm nút điện áp tụ:   Mơ hình hóa hệ thống Hàm truyền đạt Qua phép biến đổi từ hai phương trình trên, ta thu đ ược hàm truy ền đ ạt nh sau: (*) (**)   = (***) Thiết kế điều khiển I Cấu trúc điều khiển Sơ đồ - Điều khiển theo ngun lý dịng điện trung bình - Các điều khiển sử dụng bù loại II Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng dòng điện   Bộ bù Từ cơng thức (1), ta xấp xỉ gần mối quan hệ hệ số điều chế dịng điện trung bình qua cuộn c ảm nh sau:   - Lựa chọn bù loại II cho mạch vòng điều chỉnh dòng ện, đ ể hệ h có PM = , t ần s ố cắt = 20kHz Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vịng dịng điện   Tính toán giá trị , , - Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gid,2*pi*20e+3) ta có biên đ ộ pha c đ ối t ượng t ại t ần s ố 20kHz - Do sử dụng bù loại II có thêm thành phân tích phân vào nên góc pha b ộ bù ch ỉ xét thành ph ần PD (Lead) đ ược xác đ ịnh: - Tần số điểm không điểm cực xác định theo công th ức: Thiết kế điều khiển II.  Thiết kế mạch vòng dịng điện - Hệ số xác định: Trong hàm truy ền Gc1(s) có d ạng nh sau: Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp Hàm truyền đạt - Hàm truyền đạt dòng điện đ ặt (thực ch ất dòng qua cu ộn c ảm) ện áp đ ầu nh sau: - Từ biểu thức (**), (***) kết hợp với điều kiện điểm làm việc cân c b ộ bi ến đ ổi Boost: Thiết kế điều khiển II.  Thiết kế mạch vòng điện áp Ta thu hàm truyền sau: - Mặt khác, tần số thấp coi cuộn cảm bị ngắn mạch, hàm truyền (s) đ ược viết lại: Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp   Bộ bù - Lựa chọn bù cho mạch vòng điều chỉnh điện áp, đ ể hệ hở có độ d ự trữ pha , tần số cắt mạch vòng điện áp 15Hz - Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvi,2*pi*15) ta có biên đ ộ pha c đ ối t ượng t ại t ần s ố 15Hz - Góc pha bù xét thành phần PD (Lead) xác đ ịnh nh sau: - Tính tốn , , tương tự cho mạch vòng dòng điện Urms = 220; % Dien ap dau vao xoay chieu f=50 ; Uo=400; % Dien ap dau C = 400e-6; %tu dien rC=1.5e-3 ; %tro tu dien L = 1e-3; %cuon cam R = 160; %Tai thuan tro s=tf('s'); %% %Ham truyen giua dong dien cuon cam /he so dieu che num=[Uo]; den=[L 0]; Gid=tf(num,den); %Do thi bode chua co bo dhieu chinh dong dien bode(Gid) hold on; Mô grid on; %% Thiet ke bo dieu khien dong dien % tim bo bu loai II de PM=60* tai tan so cat 20kHz [mag,phase]=bode(Gid, 2*pi*20e+3)%bien do, goc pha Gid tai 20kHz Thiết kế mạch vòng dòng điện fc=20000; %tan so cat 20kHz PM1=60 %du tru pha he kin la 60 degree theta=PM1-phase-90 %du tru pha can co cua bo bu bo qua %phan tich phan 1/s luon co pha -90 degree %tim fz,fp fz=fc*sqrt((1-sin(theta*pi/180))/(1+sin(theta*pi/180))) fp=fc*sqrt((1+sin(theta*pi/180))/(1-sin(theta*pi/180))) %tim Kc numc=[1/(2*pi*fz) 1]; denc=[1/(2*pi*fp) 1]; Gc1=tf(numc,denc)/s; [mag2,phase2]=bode(Gc1, 2*pi*20e+3); kc=1/(mag*mag2) %bo bu dong dien Gc=kc*Gc1 %% Ket qua %Ham truyen he ho sau co bo bu T=Gc*Gid; bode(T); Mơ Thiết kế mạch vịng điện áp Urms = 220; % Dien ap dau vao xoay chieu f=50 ; Uo=400; % Dien ap dau C = 400e-6; %tu dien rC=1.5e-3 ; %tro tu dien L = 1e-3; %cuon cam R = 160; %Tai thuan tro s=tf('s'); %% Dong dien giua dien ap dau ra/ dong dien cuon cam Us=110*sqrt(2); Gvi=(Us*R)/(2*Uo)/(1+R*C*s/2); %Do thi bode chua co bo dhieu chinh dong dien bode(Gvi); hold on; grid on; %% Thiet ke bo dieu khien dien ap % tim bo bu loai II de PM=45* tai tan so cat 15Hz [mag,phase]=bode(Gvi, 2*pi*15)%bien do, goc pha Gid tai 15Hz fc=15; %tan so cat 15Hz PM1=45 ; %du tru pha he kin la 45 degree theta=PM1-phase-90 %du tru pha can co cua bo bu bo qua %phan tich phan 1/s luon co pha -90 degree %tim fz,fp fz=fc*sqrt((1-sin(theta*pi/180))/(1+sin(theta*pi/180))) fp=fc*sqrt((1+sin(theta*pi/180))/(1-sin(theta*pi/180))) %tim Kc numc=[1/(2*pi*fz) 1]; denc=[1/(2*pi*fp) 1]; Gc1=tf(numc,denc)/s; [mag2,phase2]=bode(Gc1, 2*pi*15); kc=1/(mag*mag2); %bo bu dien ap Gc=kc*Gc1 %% Ket qua %Ham truyen he ho sau co bo bu T=Gc*Gvi; bode(T); Mô Kết Mô Sử dụng MATLAB, ta thiết kế hệ thống điều khiển sau: Mô Mô biến đổi PFC: Mô Kết mô phỏng: Kết Mô Khi điện áp vào thay đổi: Kết Kết luận - Kết chứng minh biến đổi đáp ứng t ốt điều kiện thay đ ổi t ải ện áp vào THANKS FOR LISTENING! ... không điều khiển diode biến đổi DC-DC kiểu Boost Bộ biến đổi PFC (Power Factor Correction) Mơ hình hóa hệ thống II Mơ hình hóa biến đổi PFC - Mơ hình biến đổi PFC tương tự mơ hình biến đ ổi Boost. .. bode(T); Mô Kết Mô Sử dụng MATLAB, ta thiết kế hệ thống điều khiển sau: Mô Mô biến đổi PFC: Mô Kết mô phỏng: Kết Mô Khi điện áp vào thay đổi: Kết Kết luận - Kết chứng minh biến đổi đáp ứng t ốt điều. .. mơ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ S1 S2 S3 Mơ hình hóa Thiết kế Mơ hệ thống điều khiển Mơ hình hóa hệ thống I Bộ biến đổi PFC Khái niệm Điều chỉnh hệ số công suất với mục đích đảm bảo tồn hệ thống hoạt động