Thiết kế khối điều chế vector không gian (SVM) và so sánh với phương pháp sinPWM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Thiết kế khối điều chế vector không gian (SVM) so sánh với phương pháp sinPWM Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Phương Sinh viên thực hiện: MSSV Đồn Ngọc Minh - 20174058 Bùi Đình Thiệu - 20174237 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT - 118928 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Thiết kế khối điều chế vector không gian Mô kiểm nghiệm Mô PIL Kết luận Bước Xác định trạng thái (vector chuẩn) van Chuyển hệ tọa độ Clark: Van dẫn ua ub uc uab ubc 𝑢 𝑢0 V2 , V4 , V6 0 0 0 𝑢1 V6 , V1 , V2 2/3 Vdc -1/3Vdc -1/3Vdc Vdc 2/3Vdc ∠ 𝑢2 V1 , V2 , V3 1/3Vdc 1/3Vdc -2/3Vdc Vdc 2/3Vdc ∠ (π/3) 𝑢3 V2 , V3 , V4 -1/3 Vdc 2/3Vdc -1/3Vdc -Vdc Vdc 2/3Vdc ∠ (2π/3) 𝑢4 V3 , V4 , V5 -2/3 Vdc 1/3Vdc 1/3Vdc -Vdc 2/3Vdc ∠ (−π/3) 𝑢5 V4 , V5 , V6 -1/3 Vdc -1/3Vdc 2/3Vdc - Vdc 2/3Vdc ∠ (−2π/3) 𝑢6 V5 , V6 , V1 1/3 Vdc -2/3Vdc 1/3Vdc Vdc - Vdc 2/3Vdc ∠ (−π/3) 𝑢7 V1 , V3 , V5 0 0  − u    = u     0   −  ua     ub 3   uc  −   Bảng Trạng thái van I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHƠNG GIAN Hình Vị trí vector chuẩn hệ tọa độ tĩnh αβ Bước Xác định vị trí vecto đặt điện áp us - Sử dụng phương pháp đại số để xác định vị trí vecto điện áp us Hình Mối quan hệ Sector điện áp tức thời usa, usb, usc I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Thuật toán xác định vecto điện áp đặt sector: I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Bước Xác định thời gian (hệ số điều chế) thực hai vecto chuẩn chu kỳ điều chế Ts T0 T1 T2 us = u x + u y + u0 (hay u7 ) = d1u x + d 2u y + d 0u0 (hay u7 ) Ts Ts Ts Do | u0 | = | u7 | = nên ta có: us = d1u x + d 2u y Viết lại phương trình trên hệ tọa độ tĩnh: u y  u x us  u x  u  = d1 u  + d u  = u  s   x   y    x  d1  u x  d  = u    x u y   d1  u y   d  −1 u y  us  us  = Anm   u y  us  u s   d = − d1 − d Ts Hình Nguyên tắc điều chế vector điện áp I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Ma trận Anm sector: 2 3  A = Sector 1: nm Udc  0   −   Sector 2: Anm = Udc     −  Sector 3:  Anm = Udc    −1  3    =  Udc   0 3 3 −    −1   −    =  Udc    3  3   3   Sector 4: 2  −    = Udc  −     Sector 5:  −   Anm = Udc  −    −  −   =  Udc  −   3  Sector 6: 2 3  Anm = Udc  0  −1 2  −    = Udc  −       3 −   −1  −   Anm = Udc  −  I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN − 3     −1 3 −   3 −   −1  3    =  Udc  −  0 3    −  Bước Xác định thời gian (hệ số điều chế) thực nhánh van nghịch lưu chu kỳ Ts Đảm bảo số lần chuyển mạch (mỗi lần chuyển có nhánh cầu chuyển mạch) Trình tự chuyển mạch Sector: Sec tor 1: u0 → u1 → u2 → u7 → u7 → u2 → u1 → u0 Sec tor : u0 → u3 → u2 → u7 → u7 → u2 → u3 → u0 Sec tor : u0 → u3 → u4 → u7 → u7 → u4 → u3 → u0 Sec tor : u0 → u5 → u4 → u7 → u7 → u4 → u5 → u0 Sec tor : u0 → u5 → u6 → u7 → u7 → u6 → u5 → u0 Sec tor : u0 → u1 → u6 → u7 → u7 → u6 → u1 → u0 I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Hệ số điều chế cho nhóm nhánh van mạch nghịch lưu: Sector 1: da = d0 / Sector 4: db = d / + d1 db = d / + d1 dc = d0 / d c = d / + d1 + d Sector 2: d a = d / + d1 Sector 5: db = d / d a = d / + d1 + d d a = d / + d1 db = d / + d1 + d d c = d / + d1 + d Sector 3: d a = d / + d1 + d dc = d0 / Sector 6: da = d0 / db = d / db = d / + d1 + d d c = d / + d1 d c = d / + d1 I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHƠNG GIAN Thơng số hệ thống Thông số cài đặt Công suất pha P0 = 1000W Điện áp đầu vào UDC = 700 V Điện áp pha hiệu dụng đầu U0 = 220V Tụ điện phía nguồn vào C = 5.05 𝜇C Tần số đóng cắt PWM fs = 20 kHz Mạch lọc phía xoay chiều Tần số đóng cắt mạch lọc LC fLC = kHz Lt = 3.478 mH Ct = 1.82 𝜇C Điện áp đập mạch phía chiều ΔUDC = 5% UDC Hệ số cos φ Cos φ= 0.95 Tải (tải đối xứng, đấu hình sao) R = 43 Ohm L = 3mH Tần số f0 = 400 Hz II MÔ PHỎNG 10 III MÔ PHỎNG PIL CẤU HÌNH THƠNG SỐ 30 III MƠ PHỎNG PIL CẤU HÌNH THƠNG SỐ 31 III MƠ PHỎNG PIL CẤU HÌNH THƠNG SỐ 32 III MƠ PHỎNG PIL CẤU HÌNH THƠNG SỐ 33 III MƠ PHỎNG PIL CẤU HÌNH THƠNG SỐ 34 Hình Hệ số điều chế tính tốn từ khâu SVM III MÔ PHỎNG PIL KẾT QUẢ 35 Hình Phân tích phổ THD điện áp III MÔ PHỎNG PIL KẾT QUẢ 36 ❖Việc sử dụng PIL việc mơ ĐTCS có đóng góp lớn việc kiểm tra tính phù hợp BĐK chạy môi trường VĐK ❖Với việc cho kết giống với BĐK chạy Matlab-Simulink ta tự tin khẳng định rằng, áp dụng BĐK vào thực tế kết cho giống ta mong đợi IV KẾT LUẬN 37 1.Tính điện áp chiều UDC Ta có: UDC = Udm 0,9 Để dự phòng điện áp chiều thay đổi phạm vi +/-10%, cần chọn mmax = 0,9 Biên độ điện áp đầu yêu cầu bằng: Ud = 3U0 = 3.220 = 381 (V) Udm = Ud = 2.381 = 539 (V) 539 ’ U DC = Udm0,9 = = 599 (V) 0,9 Để dự phòng sụt áp cuộn cảm lọc Ls cỡ 10% điện áp nên phải chọn: UDC = 1,1.599 = 658,9 (V) 2.Tính biên độ dịng đầu u cầu: I0m (A) Cơng suất tồn phần tải: P c S0 = oso = 3.1000 = 0,95 3157,89 (VA) Dòng tải yêu cầu: S I0 = 3Uo = 3150 = 3.220 4,78 (A) Biên độ dòng tải: I0m = I0 = 4,78 = 6,76 (A) PHỤ LỤC 38 Tính dịng trung bình qua Van Diode: Dịng trung bình qua Van: 1+cos Iv = 2π I0m = 1+0,95 2π 6,76 = 2,10 (A) Dòng trung bình qua Diode: ID = 1−cos 2π I0m = 1−0,95 2π 6,76 = 0,054 (A) Xác định dòng đỉnh lớn qua Van Diode Bỏ qua ảnh hưởng Rs độ đập mạch dịng tải, ta có: L s di0 (t) dt  u0(t) Với u0(t) = 2UDC, dịng có độ đập mạch max hệ số lấp đầy xung d = 0,5 Suy ra: T U U Ts I0,max  4s L0,max  DC 2.L s PHỤ LỤC s 39 Xác định giá trị điện cảm Ls Lấy sụt áp tần số 10%U0 ULS = I0.XLs=0,1.U0 = 22 (V) 22  XLs = 4,78 = 4,60 (Ω) 4,60  Ls = 2π.400 =1,83 (mH) Suy độ đập mạch dòng tải lớn bằng: I0,max  PHỤ LỤC UDC Ts 2.Ls 658,9 =2.1,83.10−3 20000 = 8,99 40 Tính tốn tụ C mạch lọc LC Ta có: LC =  C = L. LC LC = 0,1 S = 0,1 2𝜋 fs = 4000𝜋 (rad/s) = 1,83.10−3 (4000𝜋)2 = 3,46 (µF) Cơng suất phản kháng tải: S QL = ( 30)2 −P0 = 3157,89 2 ) −1000 ( = 328,68(Var) Nếu bù tụ C thì: Q 328,68 C = UL = 2𝜋.400.2202 = 2,7 (µF) c PHỤ LỤC 41 Tính tốn tụ C mạch chiều UC = t x C IC t x = Ts IC = I0,max Với UC=0,05 UDC ta tính I 6,76 C = 6f cU = 6.20000.0,05.658,9 = 1,71 (µF) s c Tính tốn thơng số tải P0 R=I o 1000 = 4,782 = 43,77 (Ω) cos = 0,95 → tan = 0,329  XL= R tan =14,4(Ω) X 14,4  L = 2πfL = 2π.400 = 5,73 (mH) PHỤ LỤC 42 Sai lệch mô Matlab mô PIL PHỤ LỤC 43 ❖ Bài giảng học phần Điều khiển Điện tử công suất, Điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu nguồn áp pha, PGS TS Trần Trọng Minh, TS Vũ Hoàng Phương, BM Tự động hóa CN – Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ❖ STM32-MAT/TARGER tutorial https://www.st.com/en/development-tools/stm32-mat-target.html TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 ... usb, usc I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Thuật toán xác định vecto điện áp đặt sector: I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN Bước Xác định thời gian (hệ số điều chế) thực hai vecto... ua     ub 3   uc  −   Bảng Trạng thái van I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHƠNG GIAN Hình Vị trí vector chuẩn hệ tọa độ tĩnh αβ Bước Xác định vị trí vecto đặt điện áp us - Sử dụng...NỘI DUNG TRÌNH BÀY Thiết kế khối điều chế vector không gian Mô kiểm nghiệm Mô PIL Kết luận Bước Xác định trạng thái (vector chuẩn) van Chuyển hệ tọa độ Clark: Van dẫn ua ub uc