L ỜI NÓI ĐẦU
3.2.1. Thiết kế bộ biến đổi nguồn áp (VSC) sử dụng trong DVR
Bộ biến đổi là bộ biến đổi nguồn áp (VSC), là thiết bị được thiết kế với các van công suất điều khiển được hoàn toàn. Ba loại van công suất phổ biến nhất thường được lựa chọn cho VSC là IGBT, GTO và IGCT. Trong luận văn này, van IGBT được chọn để sử dụng trong VSC do nó có khả năng điều khiển đơn giản, kết hợp được khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thông thường. Mặt khác, từ việc so sánh các cấu trúc của biến đổi ở mục 2.1, cấu trúc sử dụng ba bộ biến đổi cầu một pha được sử dụng trong DVR do đây là một cấu trúc tương đối linh hoạt:
- Có thể chèn được thành phần điện áp thứ tự không.
- Có thể tổng hợp ba cấp điện áp, tần số chuyển mạch hiệu quả gấp đôi tần số chuyển mạch thực tế của thiết bị, do đó có thể giảm kích thước bộ lọc.
- Có thể dễ dàng nạp và điều khiển tụ điện DC-link.
Trong hình 3.3 dưới đây là một pha bộ biến đổi của DVR với bộ lọc LC và máy biến áp nối tiếp.
• Tính toán điện áp định mức DC-link VDC.
Tụ điện DC-link được duy trì điện áp qua một bộ biến đổi chỉnh lưu cầu 3 pha lấy điện áp từ nguồn như trên hình 3.2, khi đó giá trị điện áp trên tụ dc được tính như sau:
𝑉𝐷𝐶 =2𝜋6 ∫ √2𝜋3 2𝑉𝑆𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝜔𝑡
𝜋
3 = 2,34.𝑉𝑆
√3= 2,34.380√3 ≈ 520𝑉 (3.1)
Chương 3: Thiết kế phần mạch lực cho hệ thống DVR.
47
Biên độ điện áp hiệu dụng điều chế lớn nhất:
𝑢𝑐𝑜𝑛𝑣 =4𝑈𝐷𝐶𝜋√2 =4𝜋√2.520 = 504 𝑉 (3.2)
Tuy vậy, ở một số ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao VSC chỉ hoạt động ở vùng tuyến tính, biên độ hiệu dụng điều chế có thể được tính như sau:
𝑢𝑐𝑜𝑛𝑣 =𝑈𝐷𝐶√2 =520√2 = 396 𝑉 (3.3)
• Điện áp lớn nhất đặt lên van IGBT Uvmax :
Ta xét tại thời điểm V1 khóa và V4 dẫn, Khi đó cực C của V1 sẽ nối với cực dương của nguồn một chiều (UDC ), V4 dẫn nối với cực E của V1 và cực E của V4 nối với cực âm của nguồn một chiều (UDC) do đó:
Uvmax = UDC = 520V.
• Dòng điện trung bình qua van IGBT: Dòng tải: 𝐼𝑚= 𝑃𝑡 √3𝑈𝑆 =√36000.380 = 9,12𝐴 (3.4) Trong chế độ định mức có: 𝑍𝑑𝑚 =𝑈𝑠𝐼 𝑡 =5380,26= 72,24Ω (3.5) 𝑋𝐿 =𝜔𝐿 =314.0,002 = 0,628Ω (3.6) 𝜑 =𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛0,62872,24 = 0,00869
Dòng trung bình qua van IGBT:
𝐼𝑣 =𝐼𝑚
2𝜋∫𝑜𝜋sin(𝜔𝑡+𝜑)𝑑𝜔𝑡 (3.7) Rút gọn biểu thức 3.6 ta được:
𝐼𝑣 = 𝐼𝑚
2𝜋(1 + cos𝜑) (3.8)
Vậy dòng trung bình qua van IGBT Iv = 2,9 A Chọn hệ số dự trữ dòng điện Ki = 5
Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku = 1,5
Chương 3: Thiết kế phần mạch lực cho hệ thống DVR.
48 UVdm = 520. 1,5 = 780V
IVdm = 2,9. 5 = 14,5A
• Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van diode VDngmax = VDC = 520V • Dòng điện trung bình đi qua van diode:
𝐼𝐷 =𝐼𝑚
2𝜋(1− 𝑐𝑜𝑠𝜑) = 92𝜋,12(1− 𝑐𝑜𝑠0,00869) = 0,010961 𝐴 (3.9) Dòng điện và điện áp định mức của van Diode cần chọn là:
UDdm = 520. 1,5 = 780V
IDdm = 0,010961. 5 = 0,054805A
Từ những yêu cầu về thông số cơ bản của van IGBT và diode ta sẽ chọn van IGBT có tích hợp diode của hãng sản xuất SIEMENS: FP75R12KE3 (105A/1200V).