23
Bài tp ln Thiết kế hthống điện tcông sut 2 Bài tp 9: Thiết kế cu trúc điu khin cho nghch lưu độc lp ngun áp ba pha có công sut 5kVA làm vic chế độ chnh lưu tích cc Tham sđồ mch lc nghch lưu ngun áp ba pha Lượng đặt đin áp mt chiu trên tC dc U dc = 700V Tham sđin cm phía lưới L s = 2mH Tn sphát xung mch nghch lưu 5kHz 380 V / 50 Hz Sơ đồ mch lc nghch lưu độc lp ngun áp mt pha làm vic chế độ chnh lưu tích cc Yêu cu: 1. Tính chn mch lc 2. Thiết kế khâu điu chế độ rng xung theo nguyên lý điu chế vector không gian. 3. Thiết kế mch vòng điu khin dòng đin theo nguyên lý điu khin vector dòng đin i s (la chn điu khin theo cu trúc PR trên hta độ tĩnh αβ hoc PI trên hta độ quay dq) . 4. Tng hp mch vòng đin áp U dc 5. Mô phng bng phn mm Matlab để kim chng kết quthiết kế.

BÀI TẬP LỚN

Embed Size (px)

DESCRIPTION

bai tap lon

Citation preview

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    Bi tp 9: Thit k cu trc iu khin cho nghch lu c lp ngun p ba pha c

    cng sut

    5kVA lm vic ch chnh lu tch cc

    Tham s s mch lc nghch lu ngun p ba pha

    Lng t in p mt chiu trn t Cdc Udc = 700V Tham s in cm pha li Ls = 2mH Tn s pht xung mch nghch lu 5kHz

    380V / 50Hz

    S mch lc nghch lu c lp ngun p mt pha lm vic ch chnh lu tch

    cc

    Yu cu:

    1. Tnh chn mch lc

    2. Thit k khu iu ch rng xung theo nguyn l iu ch vector khng gian.

    3. Thit k mch vng iu khin dng in theo nguyn l iu khin vector

    dng in is (la chn iu khin theo cu trc PR trn h ta tnh hoc PI

    trn h ta quay dq) .

    4. Tng hp mch vng in p Udc

    5. M phng bng phn mm Matlab kim chng kt qu thit k.

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    TI: Thit k cu trc iu khin cho nghch lu c lp ngun p ba

    pha c cng sut 5KV lm vic ch chnh lu tch cc

    I. Tnh chn mch lc

    1. Tnh ton chn van IGBT

    a) in p ln nht t ln van UVmax

    Xt ti thi im van V1 m,van V4 dn:

    Cc C ca V1 ni vi cc dng ca ngun Vg

    Van V4 thng ni cc E ca V1 vi cc m ca ngun Vg

    UVmax = Vg = 2.3

    2.q . Udm =

    2.3

    2.0,75 . 380 = 1074,8 V

    Trong q l h s bin iu ( 0 < q < 0,866)

    b) Dng in trung bnh qua van

    Vi S = 3U.I => I = S

    U =

    5000

    3.380 = 4,386 (A)

    Trong ch nh mc c:

    Zdm = Udm

    Idm=

    380

    4,386 = 86,64

    XL = L =314. 0,002 = 0,628

    = arcsin 0,628

    86,64 = 024

    Rtdm = z.cos = 86,64 . 0,9999 = 86,63

    Biu thc dng in trung bnh qua van ng lc trong mt chu k in p ra:

    IV = 1

    2. Im sin( + ) d

    0

    Rt gn ta c :

    IV = Im

    2. (1 + cos )

    Dng trung bnh qua van l :

    IV = Im

    2. (1 + cos ) =

    4,386

    2. (1 + cos 024) = 1,4 A

    Dng in v in p nh mc ca van cn chn l :

    UVdm = ku . UVmax =1,4. 1074,8 = 1504,72 (V) 1505 V

    IVdm = kI . IVmax = 5. 1,4 = 7A

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    T 2 thng s trn ta chn IGBT loi n BSM200GA170DLC vi cc

    thng s chnh sau:

    Ucemax = 1700 V

    IC = 200 A

    2. Tnh chn iot

    a) in p ngc ln nht t ln van UDngmax

    Xt thi im van V1 , D4 kha v V4 , D1 thng:

    Cc anode ca D4 c ni vi cc m ca Vg .Cc Kathode ca D4 do van D1

    thng nn ni vi cc dng ca Vg. Nh vy in p ngc ln nht t ln van

    UDngmax = Vg

    b) Dng in trung bnh i qua Diode ID

    Biu thc dng in trung bnh i qua diode trong mt chu k in p ra l:

    ID = 1

    2 Im

    0sin( )d

    Dng trung bnh qua van l :

    ID = Im

    2. (1 - cos ) = ID =

    4,386

    2. (1 - cos 024) = 0,00007 A

    Dng in v in p nh mc ca Diode cn chn l:

    UDdm = ku . UDngmax = 1,1. 1074,8 = 1182,28 V

    IDdm = kI . IDngmax = 5. 0,00007= 0,00035 A

    T hai thng s trn ta chn Diode BYX38 c cc thng s c bn sau:

    I = 6 A

    Ungmax = 1200 V

    3. Ga tr t in

    Cmax = 1,3 . Lt

    Rt2 = 1,3 .

    0,002

    69,3122 = 0,54.10-6 F= 0,54 F

    Chn t C = 0,6 F

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    II. Thit k khu iu ch rng xung theo nguyn l iu ch vecto khng

    gian

    Sau y l s nguyn l ca b bin tn s dng 6 kha transitor cng sut :

    Hnh 2.1. S nguyn l b nghch lu 3 pha

    i vi phng php iu rng xung vector khng gian, b nghch lu c xem nh l mt khi duy nht vi 8 trng thi ng ngt ring bit t 0 n

    Hnh 2.2. Trng thi ng ngt cc kha bn nghch lu

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    Bng tm tt :

    Vector

    in p

    Trng thi ca kha in p pha in p dy

    Q1 Q3 Q5 Uan Ubn Ucn Uab Ubc Uca U0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1 U2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1 U3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 U4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 U5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1 U6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0 U7 1 1 1 0 0 0 0 0 0

    Ghi ch: ln in p phi nhn vi VDC

    i vi ngun p ba pha cn bng, ta lun c phng trnh sau:

    ua (t ) + ub (t ) + uc

    (t ) = 0

    (2.12)

    V bt k ba hm s no tha mn phng trnh trn u c th chuyn

    sang h ta 2 chiu vung gc. Ta c th biu din phng trnh trn

    di dng 3 vector gm: [ua 0 0]T trng vi trc x, vector [0 ub 0]T lch mt

    gc 120o v vector [0

    0 uc]T lch mt gc 240o so vi trc x nh hnh sau y.

    Hnh 2.3. Biu din vector khng gian trong h ta x-y

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    T ta xy dng c phng trnh ca vector khng gian trong h ta phc nh sau

    ( ) +

    Ta xt trng hp b nghch lu trng thi u U1 :

    Ta c: Ua= 2/3 Vdc ; Ub=Uc= -1/3 Vdc Xt trn h ta : trong Us = U1 = K * (Ua + Ub + Uc) ; K=2/3 l h s

    bin hnh

    Hnh 2.4. Vector in p U1 trn ta

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    + Tng t nh vy vi cc vector U2-> U6 , ta c gin sau:

    Hnh 2.5. Vector in p V1(U1)->V6(U6) trn gin

    + Ngoi ra , chng ta cn 2 trng hp c bit l vector U0 =U7= 0

    Hnh 2.6. U7 & U0

    tng ca vic iu ch vector khng gian l to nn s dch chuyn

    lin tc ca vector khng gian tng ng ca vector in p b nghch lu

    trn qu o ng trn, tng t nh trng hp ca vector khng gian ca

    i lng 3 pha hnh sin to c. Vi s dch chuyn ca u n ca vector

    khng gian trn qu o trn cc sng hi bc cao c loi b v bin

    p ra tr nn tuyn tnh. Vector tng ng y chnh l vector trung bnh

    trong thi gian mt chu k ly mu Ts ca qu trnh iu khin b nghch lu

    p

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    2

    Hnh 2.7. Vector Vs trn h trc

    Hnh 2.8. in p 3 pha ng ra trong min thi gian tng ng Hnh 2.11

  • 9

    Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Hnh 2.9. Vs sector 1

    Xt gc 1 phn 6 ca hnh lc gic c xc nh bng nh ca 3 vector U1.U2,U0-7

    Gi s trong thi gian Ts, ta cho tc dng vecto U1 trong khong thi gian TA, vecto U2

    trong khong thi gian TB, U0-7 trong khong thi gian T-TA-TB.

    Vector tng ng c tnh bng vector trung bnh ca chui tc ng lin tip

    Trong in p pha Vs=Us in p pha ng ra ca Ua, Ub, Uc

    Chiu phng trnh vecto Vs v dng cng thc Ts, t s m:

  • 10

    Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 11

    Nh vy vector trung bnh ( Us) c iu khin theo qu o ng trn.

    Chiu quay c th thun hay nghch theo chiu kim ng h. ng trn ni

    tip hnh lc gic l qu o ca vector ko gian ln nht m phng php

    iu ch vector khng gian ca b nghch lu p hai bc c th t c trong

    phm vi iu khin tuyn tnh. Bn knh ng trn ny chnh bng bin

    thnh phn c bn in p (pha) ti, vi Udc=700V

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 12

    III.Thit k mch vng iu khin dng in theo nguyn l iu khin vecto

    dng in is

    Thit k biu chnh dng in trn h ta tnh

    Do lng t dng in trn h ta tnh c dng hnh sin vi tn s bng s (tn

    s c bn dng in hnh sin), ta s s dng cu trc iu chnh kiu cng hng (PR) c

    tn s cng hng 0 =s gii quyt vn ny.

    Gc(s) = Kp + Kis

    s2+ 02

    Phng thc thit k biu chnh ny c thit k trn min tn s, trn c s la

    chn bng thng (bandwidth) cho hm truyn h thng kn . Thng thng, bng thng

    c la chn trong khong 10 ln tn s c bn v 1/10 tn s pht xung vo mch

    nghch lu m bo h thng c p ng ng hc nhanh v n nh.

    Hm truyn kn mch vng dng in

    GPR(s) = i (s)

    i(s) =

    Kps2+ Kis+ Kp0

    2

    Ls3+ (Kp+ R)s2+ (Ki+ 02 L )s+ Kp0

    2+ 02R

    |GPR(j)| = (Ki )

    2+ KP2 (0

    2 2)2

    [Ki+L ( 022)]2 2 + ( Kp+ R )2 ( 0

    2 2)2

    GPR (jw) = arctan [ Ki

    Ki( 02 2)

    ] - arctan [ [ L (0

    2 2)+ Ki]

    ( Kp+ R )( 02 2 )

    ]

    Cho Ki = 0,ta c:

    |GPR(j)| = Kp

    [(L )]2 + ( Kp+ R )2

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 13

    c h s suy gim bin l -3dB ( hay |GPR(jbw)|= 1

    2 ), vi bng thng bw=

    5000,ta c:

    Kp = R + (L bw)2 + 2R2

    = 86,63 + (0,002 .2. 5000)2 + 2.86,632

    = 224,3

    a thnh phn tch phn vo biu thc bin

    Ki = bw

    2 02

    bw . [(R + Kp)2 + 2. (Lbw)2 2. Kp

    2 - Lbw] =

    (314002 3142)

    31400[( 86,63 + 224,3)2 + 2. (0,002.2. 5000)2 2. 224,32 0,002.5000]

    = 328,27

    Thay vo ta c:

    Gc(s) =224,3 + 328,27s

    s2+ 3142

    * s u

    PR

    PR SVM NLNA

    s i

    L u

    abc

    s i

    s i

    s i

    * s u

    s u

    * s i

    * s i

    s i

    s i

    C dng in

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 14

    IV. Tng hp mch vng in p

    1. Tnh ton T C-rc

    T lc C phi ln m bo p mch ip p u ra v s st p khi ng

    ti trong phm vi cho chp. p mch gm 2 thnh phn : do in tr ni tip t C

    gy ra, v do t lc cc xung in p t u ra b bin i.

    p mch :

    CC rV V V

    (Error! No

    text of

    specified

    style in

    document..1)

    Hnh . p mch in p ra

    Thnh phn p mch do t C :

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 15

    1 1

    2 2 2

    L SC

    Q I TV

    C C

    (Error! No

    text of

    specified

    style in

    document..2)

    Suy ra gi tr t C p ng c yu cu :

    .

    8.

    L S

    C

    I TC

    V

    (Error! No

    text of

    specified

    style in

    document..3)

    i vi cc mch ngun DC-DC, p mch khng nn vt qu 1% Vo.

    2. Mch vng iu chnh in p

    Hnh. Cu trc iu khin mch vng in p b bin i Buck

    Hm truyn in p gia in p u ra v h s iu ch di dng :

    2( ) 0

    ( ) 1 . .( )

    ( )1

    .

    in

    o cvd vdo

    u s

    o o o

    u s r C sG s G

    d s s s

    Q

    (Error! No

    text of

    specified

    style in

    document..4)

    Trong : vdoG = Vin = 700V

    o =2*500 Q0=RC

    L = 1,5

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 16

    D=U0/UIn= 380/700=0.54

    GVD(s) = (1+ 0,6s)/(1+s/(1,5*2*5000)+(s/1,5)2)

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 17

    V. M phng

    Hnh 5.1. in p dy u ra nghch lu ba pha

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 18

    Hnh 5.2.Mch iu ch rng xung theo nguyn l iu khin vecto

    Hnh 5.3. Sng sin ,

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 19

    Hnh 5.3. Mch vng iu khin dng in

    Hnh 5.4 . Dng dng in

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 20

    Nhn xt : Dng phn hi Is bm gi tr t

    Hnh 5.5. Khu so snh xung rng ca

    6

    PWM6

    5

    PWM5

    4

    PWM4

    3

    PWM3

    2

    PWM2

    1

    PWM1

    Sign2

    Sign1

    Sign

    Satu5

    Satu4

    Satu3

    Satu2

    Satu1

    Satu

    RC

    -1

    Gain2

    -1

    Gain1

    -1

    Gain

    3

    dc

    2

    db

    1

    da

    6

    PWM6

    5

    PWM5

    4

    PWM4

    3

    PWM3

    2

    PWM2

    1

    PWM1d0

    d1

    d2

    sector

    da

    db

    dc

    tinh da,db,dc

    anpha

    beta

    Udc

    d0

    d1

    d2

    sector

    Tinh d0,d1,d2

    sector

    Scope

    da

    db

    dc

    PWM1

    PWM2

    PWM3

    PWM4

    PWM5

    PWM6

    PWM

    3

    Udc

    2

    beta

    1

    anpha

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 21

    Hnh 5.6. Khu iu ch vecto khng gian

    Ub

    Uc

    Ua

    4

    sector

    3

    d2

    2

    d1

    1

    d0

    -K-

    cong

    Switch2

    Switch1

    Switch

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Multiport

    Switch

    Matrix

    Concatenate2

    Matrix

    Multiply

    Matrix

    -0.5

    Gain

    f(u)

    FcnDivide

    0

    C3

    1

    C2

    2

    C1

    4

    C

    3/2 sqrt(3)/2

    0 -sqrt(3)

    A6

    -3/2 -sqrt(3)/2

    3/2 -sqrt(3)/2

    A5

    0 -sqrt(3)

    -3/2 sqrt(3)/2

    A4

    0 sqrt(3)

    -3/2 -sqrt(3)/2

    A3

    -3/2 sqrt(3)/2

    3/2 sqrt(3)/2

    A2

    3/2 -sqrt(3)/2

    0 sqrt(3)

    A1

    1-D T(u)

    1-D Lookup

    Table

    3

    Udc

    2

    beta

    1

    anpha

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 22

    Hnh 5.7. Khi tnh cc secto

    ]

    3

    dc

    2

    db

    1

    da

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Multiport

    Switch

    Matrix

    Concatenate

    Matrix

    Multiply

    Matrix

    [A6]

    Goto4

    [A5]

    Goto3

    [A4]

    Goto2

    [A3]

    Goto1

    [A2]

    Goto

    [A6]

    F5

    [A5]

    F4

    [A4]

    F3

    [A2]

    F2[A3]

    F1

    0.5 0 0

    0.5 1 1

    0.5 1 0

    A6

    0.5 1 0

    0.5 1 1

    0.5 0 0

    A5

    0.5 1 1

    0.5 1 0

    0.5 0 0

    A4

    0.5 1 1

    0.5 0 0

    0.5 1 0

    A3

    0.5 1 0

    0.5 0 0

    0.5 1 1

    A2

    0.5 0 0

    0.5 1 0

    0.5 1 1

    A1

    4

    sector

    3

    d2

    2

    d1

    1

    d0

  • Bi tp ln Thit k h thng in t cng sut

    Page 23

    Hnh 5.8. Khi tnh da, db, dc