Phân tích nguyên lý điều khiển trượt bộ biến đổi giảm áp kiểu quadratic

Dòng điện gián đoạn

- Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xảy ra do năng lượng điện từ tích lũy trong mạch khi dòng điện tăng (. L ) không đủ duy trì tích chất liên tục của dòng điện khi nó giảm dẫn đến hiện tượng dòng điện trở về không trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn. Elip này tạo thành biên liên tục của vùng dòng điện gián đoạn như sau: Phía trong vùng elip là vùng dòng điện gián đoạn còn phía ngoài elip là vùng dòng điện liên tục. Tập hợp các điểm trạng thái biên [ωblt , Iblt] khi thay đổi góc điều khiển α = 0 π gần đúng là đường elip có các trục chính là các trục tọa độ, là đường cong nét đứt trên hình 1.21.

Tuy nhiên việc tăng số xung m kéo theo tăng độ phức tạp của mạch lực và mạch điều khiển chỉnh lưu, còn khi tăng điện cảm L kéo theo là xấu quá trình quá độ và làm tăng trọng lượng kích thước của hệ thống.

PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CHỈNH LƯU BIẾN ĐIỆU ĐỘ RỘNG XUNG

Trong hệ thống phân bố năng lượng một chiều hay biến đổi xoay chiều – một chiều, năng lượng xoay chiều đầu tiên được biến đổi sang một chiều nhờ vào chỉnh lưu 4 góc phần tư. Dòng phía đầu vào bộ biến đổi gồm những xung dòng, chứa thành phần sóng hài cơ bản ở tần số lưới và các thành phần hài bậc cao, là bội số của tần số lấy mẫu. Mạch nguyên lí của chỉnh lưu bốn góc phần tư gồm 6 cặp IGBT tạo nên hai bộ biến đổi, một bộ làm việc theo chiều thuận, còn bộ kia làm việc theo chiều ngược lại nên ta chỉ cần xét SVM (space vector modulation) cho 6 van trong số 12 van của FQR là đủ.

Trong biểu diễn vector không gian, việc biến điệu vector không gian trong sơ đồ là tổng hợp vector chuẩn dùng bảng chuyển mạch vector. Ứng với mỗi trạng thái có thể đưa của van ta tính được giá trị dòng điện qua các pha theo dòng idc, sau đó áp dụng (2.3) tính ra vector dòng điện trong trạng thái van dẫn này. 1   hướng theo các góc cố định trên mặt phẳng tọa độ, những vector này được xác định từ các trạng thái van được phép, ứng với mỗi trạng thái van được phép, tính ra được vector dòng điện, vector này có độ dài và vị trí xác định gọi là các vector biên chuẩn, kí hiệu là I1, I2,…I6.

Trên mặt phẳng tọa độ các vector này tạo nên một hình lục giác đều, chia mặt phẳng thành sáu góc bằng nhau, gọi là các sector, đánh số từ I đến VI. Ba trạng thái ngắn mạch đầu ra tạo nên ba vector không, khi đó dòng không chảy qua các pha phía xoay chiều (độ dài vector dòng điện bằng không) kí hiệu i0. Mỗi vector quay ở vị trí bất kỳ trên mặt phẳng tọa độ đang làm trong góc phần sáu nào đó có thể tổng hợp từ hai vector chuẩn gần nhất.

Dòng điện đặt iref là tổng vector của hai vector biên d1in , d2in+1, có hướng trùng với hướng của hai vector chuẩn liền kề nó. Sau khi tìm được hệ số ta phải tìm cách chuyển thành thời gian đóng cắt cho mỗi van bán dẫn (xét trong trường hợp biến điệu đối xứng). Các vector chuẩn và vector không được thực hiện thay phiên nhau trong giai đoạn này nhưng theo một nguyên tắc là khi diễn ra sự thay đổi thì chỉ có một nhánh van được chuyển trạng thái.

Biến điệu vector không gian SVM cho các bộ biến đổi chỉnh lưu đã giải quyết được các tồn tại của các bộ chỉnh lưu như: dòng đầu vào chứa nhiều sóng hài, tác động chậm.

ỨNG DỤNG CHỈNH LƯU PWM CHO TRUYỀN ĐỘNG ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông , phần ứng là phần quay nối với điên áp lưới qua vành góp và chổi than. Đối tượng điều khiển là động cơ điện một chiều, cần phải điều chỉnh dòng điện (qua đó điều khiển momen quay của động cơ) và điều chỉnh tốc độ quay. Trong mô hình của ta, hằng số thời gian cơ học lớn hơn rất nhiều hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng nên ta có thể coi sức điện động của động cơ.

Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc độ góc của động cơ điện, các hệ này rất thường gặp trong kỹ thuật. Ở trên ta đã tổng hợp được mạch vòng dòng điện, trong phần này ta sẽ sử dụng kết quả của nó để tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ. Điều chỉnh tỷ lệ (P): Điều chỉnh tỷ lệ là phương pháp điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỷ lệ với sai lệch đầu vào.

Điều chỉnh tích phân (I): Phương pháp điều chỉnh tỷ lệ để lại một độ lệch (offset) sau điều chỉnh rất lớn. Điều chỉnh tích phân là phương pháp điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho độ lệch giảm tới 0. Mối liên hệ giữa các thành phần trong tọa độ quay Trong hệ tọa độ quay d-q dòng điện I.

Nhờ đó mà công suất tác dụng cũng như công suất phản kháng có thể điều khiển một cách độc lập. Việc ứng dụng chỉnh lưu PWM cho truyền động đảo chiều động cơ một chiều có khả năng làm việc ở 4 góc phần tư, dòng điện đầu vào có dạng sin và hệ số công suất có thể điều khiển được.

MÔ PHỎNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mô phỏng bộ chỉnh lưu ba pha bốn góc phần tư

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn.

Với đầu vào là 3 thành phần gồm: dòng điện trên hệ tọa độ αβγ và dòng điện một chiều idc. Tín hiệu ra khâu SVM được đưa vào khối “phát xung” với tần số băm xung là 2,5kHz để đưa ra điều khiển các van cụ thể. Thực chất khối này tương tự chuyển hệ abcdqtrong hệ thống 3 pha 3 nhánh van truyền thống chỉ thêm 1 trục 0.

Thực chất của khối này là chuyển hệ dq trong hệ thống 3 pha 3 nhánh van truyền thống. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. - Dòng điện lưới hình sin, sóng hài bậc cao không đáng kể, nhỏ hơn nhiều lần so với bộ chỉnh lưu ba pha dùng tiristor.

Xây dựng mô hình thực nghiệm 1. Cấu trúc thực nghiệm

- Card ds1104 trong máy tính PC - Card giao diện và hệ thống đo - Phần mềm controller desk. Card ds1104 là một thiết bị điều khiển hiện đại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: điều khiển động cơ, điều khiển robot, các thực nghiệm về máy bay, ô tô…Card dc1104 cho phép rút ngắn quá trình thực nghiệm nhờ sự kết nối trực tiếp với phần mền mô phỏng Matlab – Simulink, ds1104 hỗ trợ hầu hết tất cả các khối và hàm định nghĩa bởi Matlab – Simulink trong các lĩnh vực kể trên. Card ds1104 cung cấp một thư viện real time trong Simulink, theo đó các cổng I/O của ds1104 được biểu diễn bằng các khối tương tự như các khối hỗ trợ Simulink.

Do đó việc truy xuất tín hiệu trở nên đơn giản hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống. Phần mền Control Desk đi kèm với DS1104 là chiếc cầu nối giữa mô hình và phần cứng bên ngoài. Control Desk cung cấp các công cụ đi, thu thập dữ liệu và hiện tín hiệu từ mô hình Simulink cũng như các cổng I/O của ds1104.

- Build mô hình Simulink, trong quá trình build Matlab sẽ chuyển đổi mô hình Simulink sang dạng sdf (file mô tả hệ thống) và lưu trữ nó trong bộ vi xử lý của DS1104. - Sau khi Build xong, file sdf sẽ tự động được chuyển tới môi trường Control Desk, file này gồm thông tin về các biến được sử dụng trong mô hình Simulink. Thiết kế phần điều khiển: trên cơ sở mô phỏng offline bằng matlab/simulink/plecs ta sử dụng chính phần điều khiển đã được xây dựng, bỏ đi phần mạch lực và kết hợp với các khối giao diện của card ds1104 để điều khiển bộ chỉnh lưu PWM.

Phần mềm matlab/simulink liên kết với phần mềm control desk để truyền các giá trị biến, tham số để điều khiển, còn phần mềm control desk nhận các biến, tham số để điều khiển trực tiếp cho card ds1104. Trên phần mềm control desk người ta có thể thay đổi offline các tham số và hiển thị dữ liệu dưới dạng bảng và đồ thị.