22
Hình 2.17 Sơ đồ khối chức năng bộ điều khiển theo phương pháp VOC
Khối chuyển hệ tọa độ
* Khâu biến đổi α-β/k-γ:
Thực hiện xác định góc pha 𝜃 = 𝛾𝑈𝐿 giữa vector điện áp lưới 𝐮𝐋 và trục α của hệ tọa độ cố định αβ. Với phương pháp VOC thì 𝐮𝐋 được chọn trùng với trục d của hệ tọa độ quay dq , vì thế góc 𝛾𝑈𝐿 được xác định bằng vòng khóa pha PLL dùng để chuyển đổi đại lượng điện qua lại giữa hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ quay dq (𝛾𝑈𝐿 chính là góc quay của hệ tọa độ quay dq so với hệ tọa độ cố định αβ) :
{
𝑠𝑖𝑛𝛾𝑈𝐿 = 𝑢𝐿𝛽
√(𝑢𝐿𝛼)2+ (𝑢𝐿𝛽)2 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑈𝐿 = 𝑢𝐿𝛼
√(𝑢𝐿𝛼)2+ (𝑢𝐿𝛽)2
* Khâu chuyển đổi tọa độ αβ/dq:
Thực hiện nhiệm vụ biến đổi dòng điện lưới từ hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq.
Công thức tính 𝑖𝐿𝑑, 𝑖𝐿𝑞trong hệ tọa độ dq từ 𝑖𝐿𝛼, 𝑖𝐿𝛽trong hệ tọa độ αβ là : [iiLd
Lq] = [−sinγcosγUL sinγUL
UL cosγUL] [
iLα iLβ]
* Khâu chuyển đổi tọa độ dq/αβ:
Thực hiện nhiệm vụ biến đổi vector điện áp tải quy đổi từ hệ tọa độ dq (𝑢𝑆𝑑, 𝑢𝑆𝑞) sang hệ tọa độ αβ (𝑢𝑆𝛼, 𝑢𝑆𝛽 ) là các tín hiệu đầu vào của khâu điều chế xung theo phương pháp SinPWM. Công thức chuyển đổi :
[uuLα
Lβ] = [cosγsinγUL −sinγUL
UL cosγUL ] [ uLd uLq] (2.31) (2.32) (2.33)
23
Khối điều chế xung SinPWM
Với các lượng đặt điện áp 𝑢𝐴∗, 𝑢𝐵∗, 𝑢𝐶∗ cho các pha được tính toán từ bộ điều khiển và phép chuyển tọa độ từ αβ sang abc , ta đưa vào so sánh với tín hiệu mẫu dạng xung tam giác tần số cao để tạo tín hiệu logic xung vuông điều khiển các cặp van đóng cắt tương ứng với 3 tín hiệu điều khiển van 𝑆𝑎, 𝑆𝑏, 𝑆𝑐 trong công thức (2.11) và các công thức liên quan.
Hình 2.18 Sơ đồ điều chế SinPWM
Bộ điều khiển dòng điện
Theo công thức (2.26) và (2.27) khi lựa chọn bộ điều khiển PI cho mạch vòng dòng điện ta có lượng đặt đầu ra bộ điều khiển :
𝑢𝑆𝑑 = −𝐾𝑝(𝑖𝐿𝑑∗− 𝑖𝐿𝑑) − 𝐾𝐼∫(𝑖𝐿𝑑∗− 𝑖𝐿𝑑)𝑑𝑡 + 𝑢𝐿𝑑 + 𝜔𝐿𝑖𝐿𝑞 𝑢𝑆𝑞 = −𝐾𝑝(𝑖𝐿𝑞∗− 𝑖𝐿𝑞) − 𝐾𝐼∫(𝑖𝐿𝑞∗− 𝑖𝐿𝑞)𝑑𝑡 + 𝑢𝐿𝑞 − 𝜔𝐿𝑖𝐿𝑑 Với : 𝐾𝑝, 𝐾𝐼 là thông số bộ điều khiển PI
𝜔 là tần số góc lưới điện ; L là điện kháng toàn mạch của bộ biến đổi 𝑖𝐿𝑑∗, 𝑖𝐿𝑞∗ là lượng đặt dòng điện lưới trên hệ tọa độ quay dq
𝑖𝐿𝑑, 𝑖𝐿𝑞 là dòng điện lưới trên hệ tọa độ quay dq 𝑢𝐿𝑑, 𝑢𝐿𝑞 là điện áp lưới trên hệ tọa độ quay dq
𝑢𝑆𝑑, 𝑢𝑆𝑞 là điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu tích cực trên hệ tọa độ quay dq Thay công thức (2.31) và (2.32) vào công thức (2.26) và (2.27), ta tìm được hàm truyền hệ kín mạch vòng dòng điện có dạng : 𝐺𝑘𝑖(𝑠) = 𝑖𝐿𝑑 𝑖𝐿𝑑∗ = 𝑖𝐿𝑞 𝑖𝐿𝑞∗ = 𝐾𝑝𝑠 + 𝐾𝐼 𝐿𝑠2+ (𝑅 + 𝐾𝑝)𝑠 + 𝐾𝐼
Xấp xỉ hàm truyền hệ kín ở trên về dạng hàm truyền khâu dao động bậc 2 có dạng :
𝐺𝑘𝑖(𝑠) ≈ 𝜔𝑛 2
𝑠2+ 2𝜀𝜔𝑛𝑠 + 𝜔𝑛2 Chọn 𝜀 = 1
√2 và điều chỉnh 𝜔𝑛 đến đáp ứng mong muốn , cân bằng hệ số tìm ra thông số 𝐾𝑝, 𝐾𝐼 của bộ điều khiển PI.
(2.34) (2.35)
24
Hình 2.19 Cấu trúc xen kênh mạch vòng dòng điện
Bộ điều khiển điện áp
Xét phương trình cân bằng năng lượng trên tụ C có : 𝐸𝐿 − 𝐸𝑙𝑜𝑎𝑑 =1
2𝐶𝑢𝑑𝑐 2
Với : 𝐸𝐿, 𝐸𝑙𝑜𝑎𝑑 là năng lượng ở trên lưới điện và năng lượng tiêu hao của phụ tải 𝑢𝑑𝑐 là điện áp một chiều tức thời 2 đầu tụ C
C là điện dung của tụ
Từ công thức (2.33) , ta có biến thiên năng lượng trên tụ chính là công suất trao đổi giữa lưới và tải :
1 2𝐶
𝑑𝑢𝑑𝑐2
𝑑𝑡 = 𝑃𝐿 − 𝑃𝑙𝑜𝑎𝑑 Với : 𝑃𝐿 là công suất lưới điện ; 𝑃𝑙𝑜𝑎𝑑 là công suất phụ tải Đặt W = udc2 có : 1 2𝐶 𝑑𝑊 𝑑𝑡 = 𝑃𝐿 − 𝑃𝑙𝑜𝑎𝑑 Mặt khác : 𝑃𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝑢𝑑𝑐2 𝑅𝑙𝑜𝑎𝑑= 𝑊 𝑅𝑙𝑜𝑎𝑑 ; 𝑃𝐿 =3
2𝐸𝑚𝑖𝐿𝑑 (𝐸𝑚 là biên độ điện áp pha lưới điện) 1 2𝐶𝑑𝑊 𝑑𝑡 =3 2𝐸𝑚𝑖𝐿𝑑 − 𝑊 𝑅𝑙𝑜𝑎𝑑 Ta có hàm truyền mạch vòng điện áp có dạng : G(s) = W iLd = 3Em 2 Rload + Cs
Với bộ điều khiển PI cho mạch vòng điện áp ta có hàm truyền hệ kín có dạng: ULq ULd ILd ILq USd (2.38) USq ILd∗ ILq∗ = 0 = (2.36) (2.37)
25 Gku(s) = A Tu 𝐾𝑝𝑠 + 𝐾𝐼 s2+ (1 + AKT p u ) s +AKT I u Trong đó : A = 3 2EmRload ; Tu = RloadC 2
Xấp xỉ hàm truyền hệ kín ở trên về dạng hàm truyền khâu dao động bậc 2 có dạng :
𝐺𝑘𝑢(𝑠) ≈ 𝜔𝑛 2
𝑠2+ 2𝜀𝜔𝑛𝑠 + 𝜔𝑛2 Chọn 𝜀 = 1
√2 và điều chỉnh 𝜔𝑛 đến đáp ứng mong muốn , cân bằng hệ số tìm ra thông số 𝐾𝑝, 𝐾𝐼 của bộ điều khiển PI.
26
CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU HỆ BIẾN TẦN SINAMICS S120