Thiết kế hệ thố ng điều khiển biến đổ i PFC kiểu Boost - Nộ i dung thiết kế: Mơ hình hó a, Cấ u trú c điều khiển cá ch thứ c tính tố n điều chỉnh dị ng điện điện p sử dụ ng bù loạ i II - Tham số thiết kế: Điện p 400VDC, Cô ng suấ t 1kW, Điện p lướ i 220V ±10%/50Hz±1% (C =400 µF; =1.5 mὩ; L =1mH; R =160Ὡ) - Mô phỏ ng cấ u trú c điều khiển: + Tả i đầ u thay đổ i + Lướ i điện thay đổ i + Nhậ n xét kết mô phỏ ng TRÌNH TỰ THIẾ T KẾ S1 S2 S3 Mơ hình hóa Thiết kế Mơ hệ thống điều khiển Mơ hình hó a hệ thố ng I Bộ biến đổi PFC Khá i niệm Điều chỉnh hệ số cô ng suấ t vớ i mụ c đích đả m bả o toà n bộ hệ thố ng có thể hoạ t độ ng vớ i hiệ u suấ t tố i đa Cấ u trú c Mộ t cầ u chỉnh lưu khô ng Bộ biến đổ i PFC (Power Factor Correction) điều khiển diode và bộ biến đở i DC-DC kiểu Boost Mơ hình hó a hệ thố ng II Mơ hình hóa biến đổi PFC DC-DC BOOST - Mơ hình biến đổ i PFC tương tự mơ hình biến đổ i Boost xấ p xỉ nh phầ n đầ u vào
Thiết kế hệ thố ng điều khiển biến đổ i PFC kiểu Boost Nhó m 34 Tr ầ n T h n h Đ t 20173731 N g uy ễ n V i ệ t Đ ứ c 20173759 GVHD: TS Vũ Hoà ng Phương YÊ U CẦ U THIẾ T KẾ - Thiết kế hệ thố ng điều khiển biến đổ i PFC kiểu Boost - Nộ i dung thiết kế: Mơ hình hó a, Cấ u trú c điều khiển cá ch thứ c tính tố n điều chỉnh dị ng điện điện p sử dụ ng bù loạ i II - Tham số thiết kế: Điện p 400VDC, Cô ng suấ t 1kW, Điện p lướ i 220V ±10%/50Hz±1% (C =400 µF; =1.5 mὩ; L =1mH; R =160Ὡ) - Mô phỏ ng cấ u trú c điều khiển: + Tả i đầ u thay đổ i + Lướ i điện thay đổ i + Nhậ n xét kết mô phỏ ng TRÌNH TỰ THIẾ T KẾ S1 S2 S3 Mơ hình hóa Thiết kế Mơ hệ thống điều khiển Mơ hình hó a hệ thố ng I Bộ biến đổi PFC Khá i niệm Điều chỉnh hệ số cô ng suấ t vớ i mụ c đích đả m bả o toà n bộ hệ thố ng có thể hoạ t độ ng vớ i hiệ u suấ t tố i đa Cấ u trú c Mộ t cầ u chỉnh lưu khô ng Bộ biến đổ i PFC (Power Factor Correction) điều khiển diode và bộ biến đở i DC-DC kiểu Boost Mơ hình hó a hệ thố ng II Mơ hình hóa biến đổi PFC DC-DC BOOST - Mơ hình biến đổ i PFC tương tự mơ hình biến đổ i Boost xấ p xỉ nh phầ n đầ u vào - Tiến hà nh mơ hình hó a biến đổ i DC-DC Boost Mơ hình hó a hệ thố ng Phương pháp Trung bình mạ ng phầ n tử ng cắt Nội dung Thay mộ t phầ n củ a mạ ch điện bằ ng mộ t mạ ng hai cử a vớ i cá c biến điện p, dò ng điện cử a o cử a Mơ hình biến đổ i cầ n phả i đượ c tuyến tính tạ i điểm m việc câ n bằ ng: Mơ hình trung bình biến đổi Boost Mơ hình hó a hệ thố ng Ta thu đượ c mơ hình tín hiệu nhỏ củ a phầ n tử ng cắ t sơ đồ mạ ch lự c biến đổ i Boost Hệ thố ng có hai đầ u o, điện p điều khiển, điện áp đầ u đượ c biểu diễn bở i xếp chồ ng tá c độ ng củ a ng: ~𝑣 (𝑠)=𝐺 (𝑠) ~𝑣 (𝑠)+𝐺 (𝑠)~𝑑(𝑠) 𝑜 𝑣𝑔 𝑔 𝑣𝑑 Phương trình cho mạ ch vị ng dị ng điện qua Mạch điện mơ tả biến đổi Boost với tín hiệu nhỏ cuộ n m nú t điện p tụ : ~ ~ ¿ 𝑠𝐿 𝑖 𝐿 (𝑠)=𝑉 𝑜 𝑑 (𝑠)− 𝐷′ ~𝑣 𝑜 (𝑠)+ ~𝑣 𝑔 ( 𝑠 ) (1) ~𝑣 𝑜 ( 𝑠 ) ′ ~ ~ ~ ¿𝑠𝐶 𝑣 𝑜 (𝑠)=− 𝐼 𝐿 𝑑 (𝑠)− + 𝐷 𝑖 𝐿 ( 𝑠 ) (2) 𝑅 { Mơ hình hó a hệ thố ng Hàm truyền đạt Qua cá c phép biến đổ i từ hai phương trình trên, ta thu đượ c cá c hàm truyền đạ t sau: (*) = (***) (**) Thiết kế điều khiển I Cấu trúc điều khiển Sơ đồ - Điều khiển theo nguyên lý dị ng điện trung bình - Cá c điều khiển sử dụ ng bù loạ i II Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vịng dịng điện Bộ bù Từ ng thứ c (1), ta xấ p xỉ gầ n đú ng mố i quan hệ giữ a hệ số điều chế dị ng điện trung bình qua cuộ n m sau: ~ 𝑖 𝐿 (𝑠) 𝐺𝑖𝑑 (𝑠)= ~ 𝑑 (𝑠) 𝑈𝑜 ≈ ¿ ~𝑣 (𝑠)=0 𝑠𝐿 ~ |{ 𝑖𝑛 ¿ 𝑣 𝐶 (𝑠)=0 - Lự a chọ n bù loạ i II cho mạ ch vò ng điều chỉnh dò ng điện, để hệ hở có PM = , tầ n số cắ t = 20kHz 10 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vịng dịng điện Tính tốn giá trị , , - Sử dụ ng lệnh [mag,phase]=bode(Gid,2*pi*20e+3) ta có biên độ pha củ a đố i tượ ng tạ i tầ n số 20kHz - Do sử dụ ng bù loạ i II có thêm nh phâ n tích phâ n o nên gó c pha bù xét nh phầ n PD (Lead) đượ c xá c định: - Tầ n số điểm khô ng điểm cự c đượ c xá c định theo cô ng thứ c: 11 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng dòng điện - Hệ số đượ c xá c định: Trong hà m truyền Gc1(s) có ng sau: 12 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp Hàm truyền đạt - Hàm truyền đạ t giữ a dò ng điện đặ t (thự c chấ t dò ng qua cuộ n m) điện p đầ u sau: - Từ biểu thứ c (**), (***) kết hợ p vớ i điều kiện điểm m việc câ n bằ ng củ a biến đổ i Boost: 13 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp Ta thu đượ c hà m truyền sau: - Mặ t c, tạ i tầ n số thấ p coi cuộ n m bị ngắ n mạ ch, hà m truyền (s) đượ c viết lạ i: 14 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp Bộ bù - Lự a chọ n bù cho mạ ch vò ng điều chỉnh điện p, để hệ hở có độ dự trữ pha , tầ n số cắ t củ a mạ ch vò ng điện p 15Hz - Sử dụ ng lệnh [mag,phase]=bode(Gvi,2*pi*15) ta có biên độ pha củ a đố i tượ ng tạ i tầ n số 15Hz - Gó c pha bù xét nh phầ n PD (Lead) đượ c xá c định sau: - Tính tố n , , tương tự cho mạ ch vò ng dị ng điện 15 Mơ phỏ ng Thiết kế 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; 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 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); 16 Mô phỏ ng Thiết kế mạch vòng 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); 17 Mô phỏ ng Kết 18 Mô phỏ ng Sử dụ ng MATLAB, ta thiết kế hệ thố ng điều khiển sau: 19 Mô phỏ ng Mô phỏ ng biến đổ i PFC: 20 Mô phỏ ng Kết mô phỏ ng: Kết 21 Mô phỏ ng Khi điện p o thay đổ i: Kết 22 Kết luận - Kết ng minh rằ ng biến đổ i đá p ứ ng tố t điều kiện thay đổ i tả i điện p o 23 THANKS FOR LISTENING! 24 ... ng Kết 18 Mô phỏ ng Sử dụ ng MATLAB, ta thiết kế hệ thố ng điều khiển sau: 19 Mô phỏ ng Mô phỏ ng biến đổ i PFC: 20 Mô phỏ ng Kết mô phỏ ng: Kết 21 Mô phỏ ng Khi điện p o thay đổ i: Kết 22 Kết... ng Bộ biến đổ i PFC (Power Factor Correction) điều khiển diode và bộ biến đở i DC-DC kiểu Boost Mơ hình hó a hệ thố ng II Mơ hình hóa biến đổi PFC DC-DC BOOST - Mơ hình biến đổ i PFC tương... định theo cô ng thứ c: 11 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng dòng điện - Hệ số đượ c xá c định: Trong hà m truyền Gc1(s) có ng sau: 12 Thiết kế điều khiển II Thiết kế mạch vòng điện áp Hàm