TRƯỞNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ••• VIỆN ĐIỆN —oOo— BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Nghiên cứu tính tốn mạch Interleaved PFC LÊ KHƯƠNG DUY duy.lkl81444@sis.hust.edu.vn Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Đỉnh Bộ mơn: Tự động hóa cơng nghiệp Viện: Điện Chữ ký GVHD LỜI @ÓI ĐẦU Hiện nay, nguổn điện xoay ehiều ngày eàng đượe sử dụng rộng rãi ếe loại thiết bị máy móe, dan thay ehỗ eho eáe thiết bị sử dụng nguổn điện ehiều Nhưng nguổn điện ehiều ln ehỗ đứng eủa riêng lĩnh vựe mà điện xoay ehiều thay đượe nguổn eho eáe linh kiện điện tử, mạ điện, động eo ehiều Để tạo nguổn điện ehiều ta thể dùng nhiều ếeh như: dùng máy phát điện ehiều, sử dụng pin, ắe qui, ehỉnh lưu Với mạng lưới điện xoay ehiều phân bố rộng rãi ếeh mang lại hiệu tiện lợi sử dụng ehỉnh lưu Hiện nhiều loại hình ehỉnh lưu kháe hẬu hết nguổn thường hiệu suất khơng eao thường phát lại lưới sóng hài bậe eao làm ảnh hưởng tới ehất lượng eủa nguổn điện, từ làm giảm hiệu suất làm việe eủa ếe loại máy móe Do mụe tiêu thựe tập tốt nghiệp thiết kế đượe nguổn điều ehỉnh hệ số ng suất Việe đưa kiến thứe vào thựe tiễn khơng n q xa lạ sinh viên theo họe eáe trường đại họe đặe biệt eáe trường kỹ thuật Trong họe phẬn đổ án này, ehúng em thựe đề tài: “Nghiên eứu tính tốn mạeh Interleaved PFC” Toàn đổ án hướng dẫn eủa TS Nguyễn Duy Đỉnh đượe báo eáo ehưong ?hưong Giới thiệu ehung Chưong Lựa ehọn eấu trúe biến đổi eấu trúe mạeh lựe Chưong Mơ hình hóa Chưong Thiết kế điều khiển Chưong Kết mô Chúng em xin ehân thành eảm on TS Nguyễn Duy Đỉnh (bộ mơn Tự động hóa ng nghiệp) tận tình quan tâm hướng dẫn tạo điều kiện để ehúng em hồn thành họe phẬn Tóm tắt đồ án Trong đổ án này, ehúng em thựe mơ hình hóa thiết kế điều khiển eho mạch Interlẹaved PTC theo, ngun lí dịng trang bịnh., sử dụhgphưopg «flhápP.\M (Pulse wídth Mõdulation) Sử dựng ếe pnah mềm mơ Tíhh tốn như? Matlab Simulink, PSim Kết đạt đượe với lí thuyết Qua đổ án ehúng em họe đượe ếeh mơ hình hóa mạeh điện eáeh thiết kế điều khiển eho eáe mạeh PFC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Bộ biến đổi điều ehỉnh hệ sỗ eông suẩt 1.2 Cá e biện pháp hiệu ehỉnh hệ sỗ eông suẩt 1.2.1 Điều ehỉnh hệ sỗ ng suẩt tuyến tính 1.2.2 Táe dụng eủa hiệu ehỉnh hệ sỗ eông suẩt PFC .6 CHƯƠNG LựA CHỌN CẨU TRÚC BỘ BIẾN ĐƠI VÀ CẨU TRÚC MẠCH LựC • 2.1 u eầu thiết kế 2.2 Lựa ehọn eẩu trúe mạeh nguyên lí làm việe 2.3 T ính tốn eáe phần tử mạeh lựe 2.3.1 T ính tốn tụ điện đầu 2.3.2 Tính tốn tải trở 10 2.3.3 Tính tốn điện eảm 10 2.4 Lựa ehọn linh kiện bán dẫn 11 2.4.1 Van đóng eắt Mosfet 11 2.4.2 Diode đầu 12 2.4.3 Cầu diode ehỉnh lưu 13 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA 15 3.1 M hình trung bình tín hiệu lớn 15 CnrơAM04:u'h-THÍẾT,'Ếiiỉ ỘĐ^KinẺN.^^ 4.1 Ph ưong pháp điều khiển dịng trung bình 17 4.2 Thiết kế điều khiển 17 4.2.1 Mạeh vòng dòng điện 18 4.2.2 Mạeh vòng điện áp 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 21 5.1 Mô bang phần mềm Psim 21 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 DANH MỤC HÌNH VẼ • Hình 2.1: Mạeh Interleaved PFC eơ Hình 2: Mosfet IPB65R115CFD7A 11 Hình 3: Diode IDD10G65C6 13Y Hình 1: Dạng xung đóng eắt eủa van U1 ,s2 D > 0.5 15 Hình 2: Dạng xung đóng eắt eủa van S1, S2 D < 0.5 Hình 1: Sơ đổ nguyên lý eủa phương pháp điều khiển dòng trung bình .17 Hình 2: Sơ đổ mạeh vòng dòng điện 18 Hình 3: Đổ thị bode eủa hệ hở 19 Hình 4: Sơ đổ khối mạeh vòng điện áp 19 Hình 5: Đổ thị bode hệ hở eủa mạeh vòng điện áp 20 Hình 1: Sơ đổ mơ mạeh Interleaved PFC 22 Hình 2: Dạng dịng điện đau vào điện áp đau vào 22 Hình 3: Dạng điện áp đẬu 23 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Bộ biến đổi điều chỉnh hệ số công suẩt Hiện bầu hết eáe thiết bị biển đổi điện sử dụng đến ebỉnb luu từ nguổn xoay ehiều (eung eấp từ luới điện) sang nguồn ehiều Nguồn điện ehiều sau ehỉnh luu đóng vai trò nguồn eấp eho tất eả module bên eủa thiết bị (kể eả eáe module xoay ehiều qua hệ thống mạeh nghịeh luu) Thông thuờng để đảm bảo đuợe ehất luợng điện áp nhu mong muốn ta phải mắe tụ san phang với giá trị điện dung lớn vào sau ehỉnh luu Chính điều đẫn đến số vấn đề eần phải đuợe quan tâm mà điển hình sóng hài Dịng điện vào từ nguồn luới dòng gián đoạn tồn khoảng thời gian ngắn (hài) Sở dĩ eó tuợng q trình phóng nạp liên tụe eủa tụ lọe Thiết bị ehỉ nhận luợng từ luới thời gian tụ nạp Khi eáe hài đuợe sinh gây hại đến hệ thống luới điện Táe hại eủa hài eàng lớn ng suất tải lớn, hoặe đồng thời nhiều thiết bị gây hài mắe vào eùng nguồn luới Nhu ,ta biết ehất'luợng hệ thống cung eấp điện 4uợe đánh giá hai (trong số) ehỉ tiêu hệ so bồng suất (PowerFaetor - PF) Tvà tổhg TUọng song hai (Total Harmonie Distortion - THD) Hiệu eủa hệ thống luới điện phụ thuộe nhiều vào yếu tố sóng hài, tổng luợng sóng hài ềng nhỏ hiệu luới điện eàng eao Hệ số eông suất (PF), theo định nghĩa ehung nhất, tỷ số eông suất táe dụng P eông suất toàn phần S: PF ; -| (7 ) U Trong đó: P: Cơng suất tiêu thụ S: Cơng suất biểu kiến ,0: Cộng suất phản kháng ., Đối với dòng điện điện áp sin lý tuởng hệ số eó dạng đon giản: PF=cos^ (7 ) Trong ọ góe lệeh pha dịng điện điện áp, điều ehỉnh hệ số ng suất ehính điều ehỉnh hay bù eosọ Trong thựe tế dòng điện điện áp thuờng dạng sin khơng lý tuởng Hệ số ng suất theo ếeh hiểu đon giản khơng n phù hợp ếe phân tíeh eũng nhu tính tốn phải xuất phát từ định nghĩa ehung Để dễ tính tốn dịng điện thựe tế đuợe eoi tổng eủa ếe dịng sin lý tuởng, dịng sin thành phần đuợe gọi hài Hài eó tần số thấp nhất, bang tần số dòng thựe tế, đuợe gọi hài eo bản, ếe hài kháe, tần số eao hon, đuợe gọi hài bậe eao Khi mứe độ hay tính ehất sin eủa dịng điện thựe tế đuợe đánh giá tuong quan tổng luợng eủa eáe hài bậe eao lượng eủa hài eơ Tương quan đượe gọi bệ sỗ méo dạng tổng thường đượe viết tắt TDH, tỷ sỗ trị hiệu dụng eủa tất eả ếe dịng bậe eao trị hiệu dụng eủa dòng eơ bản: ầ 1' (1 V n,rms -) THD=— F 1, rms Dòng điện bệ sỗ ềng lớn thí dạng eàng kbáe nhiều so với sin lý tưởng, dòng sin lý tưởng eó THD = Điện áp thựe tế eũng đượe biểu diễn tương tự biểu diện dòng điện Trong eáe ứng dụng thựe tế điện áp dòng điện đượe eoi sin lý tưởng hệ sỗ méo dạng tổng không lớn 3%, nhiên theo tiêu ehuẩn eủa hiệp hội kỹ thuật điện thí giá trị 2% Nhìn ehung điện áp lưới tan sỗ eông nghiệp ehuẩn, trường hợp đượe đề eập đây, đượe eoi eó dạng sin lý tưởng Khi đó, theo ếeh hiểu hay định nghĩa ehung hệ sỗ ng suất ng thứe (1.1) eó dạng sau: cos rms rms rms (7 ) = —— ; (7-7 cos V ; p V Dr7 Y F VF PF O Y F rms rms F O rms _ Trong hệ sỗ ™s r™ tượng ứụg trị hiệu , dụng điện áp nguồíư„eủa, dịng 4.-/V > 7/ c> điện eơ “bản góe lệeh pha dòng điện eơ điện áp, hệ sỗ p = °v= 7 rks O F rms ... eáe trường kỹ thuật Trong họe phẬn đổ án này, ehúng em thựe đề tài: ? ?Nghiên eứu tính tốn mạeh Interleaved PFC? ?? Tồn đổ án hướng dẫn eủa TS Nguyễn Duy Đỉnh đượe báo eáo ehưong ?hưong Giới thiệu ehung... hướng dẫn tạo điều kiện để ehúng em hồn thành họe phẬn Tóm tắt đồ án Trong đổ án này, ehúng em thựe mơ hình hóa thiết kế điều khiển eho mạch Interlẹaved PTC theo, ngun lí dịng trang bịnh., sử dụhgphưopg... 1.2.1 Điều ehỉnh hệ sỗ ng suẩt tuyến tính 1.2.2 Táe dụng eủa hiệu ehỉnh hệ sỗ eông suẩt PFC .6 CHƯƠNG LựA CHỌN CẨU TRÚC BỘ BIẾN ĐÔI VÀ CẨU TRÚC MẠCH LựC • 2.1 Yêu eầu thiết kế