L ỜI NÓI ĐẦU
3.2.4. Thiết kế bộ lọc LC
Bộ lọc LC là một trong những thành phần quan trọng trong hệ thống DVR sử dụng cấu trúc mạch cầu – H xếp tầng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến dạng sóng đầu ra của điện áp bù, tốc độ phản ứng động và hiệu suất của các hệ thống điều khiển. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến chi phí và khối lượng của hệ thống DVR. Bởi vì các hệ thống DVR được kết nối nối tiếp với lưới điện, nên đặc tính tải sẽ xác định yêu cầu thiết kế cho bộ lọc LC. Trong các tình huống công nghiệp thực tế, dòng điện của tải chứa một lượng lớn các sóng hài dẫn đến biến dạng điện áp lưới, do đó ngày càng yêu cầu cao hơn đối với các bộ lọc LC tài liệu [22], [24], [25]:
Hình 3.4: Sơ đồ tương đương một pha của hệ thống sử dụng bộ lọc LC.
Chương 3: Thiết kế phần mạch lực cho hệ thống DVR.
52
L được xác định bởi giá trị 𝑛𝑉𝑑𝑐 − 𝑒𝑐𝑚𝑠𝑖𝑛𝜑, với 𝑒𝑐𝑚sin𝜑 là giá trị điện áp tại điểm về không của dòng điện và giá trị này luôn nằm trong khoảng (n-1)Vdc tới nVdc. Và khi đó nó lớn nhất tại Vdc, vì vậy giá trị Lmaxđược xác định bởi công thức sau :
𝐿 ≤ 𝑉𝑑𝑐
𝜔𝐼𝐿𝑚 (3.16)
Giả định rằng dòng tải được thành lập bởi các sóng hài bậc thứ n, nhằm đáp ứng các yêu cầu thay đổi tỷ lệ sóng hài thứ n, giá trị trên của điện cảm được xác định như sau, với 𝜔0 = 2𝜋𝑓0 :
𝐿 ≤𝑛𝜔𝑉𝑑𝑐
0𝐼𝐿𝑚 (3.17)
Từ những phân tích trên, rõ ràng là giới hạn trên của độ tự cảm là không liên quan đến độ sâu điện áp võng và hệ số công suất đầu ra nhưng được xác định bởi sự hài hòa tải hiện hành, tài liệu [25]. Giá trị 𝑍𝑒𝑞 = 𝑈𝑒2
𝑃 =22060002 = 8,07Ω.. Các trở kháng tương đương của máy biến áp là tương đối nhỏ hơn so với trở kháng của tải nhạy cảm, do đó điện áp của Zeq có thể coi như điện áp của tải nhạy cảm.
𝑉𝐿𝑓 ≪ 𝑉𝐶𝑓
𝑦1
100�𝑍𝑒𝑞//𝑍𝐶𝑓� ≤ 𝑍𝐿𝑓 ≤ 𝑦2
100�𝑍𝑒𝑞//𝑍𝐶𝑓� (3.18) Zeqlà tương đối nhỏ so với ZCfdo đó �𝑍𝑒𝑞//𝑍𝐶𝑓� ≈ 𝑍𝑒𝑞 = 8,07Ω. Chọn y1 = 1 và y2 = 5. Theo công thức 3.21, khoảng giá trị của điện cảm có thể được tính như sau:
0,26𝑚𝐻 ≤ 𝐿𝑓 ≤1,29𝑚𝐻
• Xác định khoảng giá trị của tụ điện Cf.
Thứ nhất, do sự giới hạn hiện tại của các thiết bị điện tử công suất chuyển mạch, các tụ lọc hiện tại không thể quá lớn, nếu không nó sẽ làm tăng chi phí của thiết kế và dẫn tới sự gia tăng tổn thất điện năng. Thứ hai, vai trò quan trọng của tụ điện C là để lọc các gợn sóng điện áp trong CPS-SPWM và mịn điện áp đầu ra DVR dạng sóng để giảm méo. Điều này cũng đảm bảo rằng băng thông LC bộ lọc có thể đáp ứng các yêu cầu của điện áp đầu ra tính năng theo dõi. Khi xem xét việc thiết kế của điện dung, có hai điểm quan trọng: 1) Dòng của tụ điện phải nhỏ hơn rất nhiều so với dòng
Chương 3: Thiết kế phần mạch lực cho hệ thống DVR.
53
của tải; 2) Tần số tự nhiên của bộ lọc phải thỏa mãn điều kiện 10𝑓𝑛 ≤ 𝑓𝑠 ≤0.5𝑓𝑠𝑤, tài liệu [25].
𝑖𝐿𝑎 =𝑖𝐶𝑎 +𝑖𝐿𝑜𝑎𝑑 trong đó iCa là rất nhỏ so với iLoad nên ta có: 1 100 𝑢𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑍𝑒𝑞 ≤ 𝑖𝐶𝑎 =𝑒𝐶𝑎 𝑍𝑒𝑞 ≤101 𝑢𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑍𝑒𝑞 (3.19)
Sau khi bù lõm điện áp, điện áp tải trở về điện áp định mức ta có giới hạn của tụ bộ lọc nằm trong khoảng : 1 100 𝑈𝑚 ∆𝑢𝑚𝜔0𝑍𝑒𝑞≤ 𝐶 ≤ 101 𝑈𝑚 ∆𝑢𝑚𝜔0𝑍𝑒𝑞 (3.20)
Từ 3.20 ta tính ra được khoảng giá trị của tụ điện C : 7,89𝜇𝐹 ≤ 𝐶 ≤ 78,9𝜇𝐹. Sau khi xác định được khoảng giá trị của tụ điện và điện cảm, tần số cắt của bộ lọc được thiết kế để xem xét loại bỏ những sóng hài. Do bộ lọc LC phải lọc các sóng hài bậc cao trong quá trình chuyển mạch, tần số cắt của bộ lọc LC sẽ được thiết kế đáp ứng các điều kiện sau đây:
𝑓𝑠𝑤
3 ≤ 𝑓𝑐𝑢𝑡−𝑜𝑓𝑓 ≤𝑓𝑠𝑤
2 (3.21)
𝑓𝑐𝑢𝑡−𝑜𝑓𝑓 =2√𝐿𝐶1 (3.22)
Tần số đóng cắt của bộ biến đổi fsw = 10Hz, ta chọn L = 0,1 mH và C = 20µF. Tần số cắt của bộ lọc LC fcut-off = 3,56 kHz.