TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN – BM. TỰ ĐỘNG HÓA XNCN Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương THI ẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT KẾ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH Hà N ội – Năm 2014 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC BẢNG 5 DANH MỤC HÌNH VẼ 6 MỞ ĐẦU 11 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 12 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 12 1.2 Một số vấn đề về đóng/ngắt cho Tiristor 13 1.2.1 Quá trình mở Tiristor 14 1.2.2 Quá trình khóa tiristor 15 1.2.3 Các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển tiristor 15 1.2.4 Mạch khuếch đại xung mở Tiristor 16 1.3 Một số vấn đề về điều khiển cho MOSFET, IGBT 17 1.3.1 Phân tích quá trình mở/ khóa đối với MOSFET 17 1.3.2 Phân tích quá trình mở/ khóa đối với IGBT 19 1.3.3 Mạch driver cho MOSFET và IGBT 20 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘCEquation Chapter (Next) Section 1 24 2.1 Driver cho hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc 24 2.1.1 Khối đồng pha và tạo điện áp tựa 25 2.1.2 Khâu so sánh 27 2.1.3 Khâu tạo xung 28 2.1.3.1 Khâu tạo xung kép 28 2.1.3.2 Khâu tạo xung chùm 29 2.1.4 Khâu khuếch đại xung 30 2.1.5 Ví dụ về mạch driver cho hệ thống điều khiển nhiều kênh 30 2.1.6 Sử dụng IC chuyên dụng làm driver cho chỉnh lưu phụ thuộc 32 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu tiristor 35 2.2.1 Mô hình hóa khối điều chế độ rộng xung 35 2.3 Kết quả mô phỏng 38 2.3.1 Chỉnh lưu cầu một pha 38 2.3.2 Chỉnh lưu cầu ba pha 39 2.3.2.1 Điều khiển vòng hở 39 2.3.2.2 Điều khiển vòng kín 40 2.4 Bài tập 41 3Equation Chapter 1 Section 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC/DC . 44 3.1 Phương pháp mô hình hóa bộ biến đổi kiểu DC/DC 44 3.1.1 Phương pháp trung bình không gian trạng thái 44 3.1.2 Phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt 46 3.2 Mô hình toán học bộ biến đổi kiểu buck 49 3.2.1 Phương pháp trung bình không gian trạng thái 49 3.2.2 Phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt 52 3.3 Mô hình toán học bộ biến đổi kiểu boost 53 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2 3.3.1 Phương pháp trung bình không gian trạng thái 53 3.3.2 Phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt 55 3.4 Mô hình toán học bộ biến đổi kiểu buck – boost 57 3.4.1 Phương pháp trung bình không gian trạng thái 57 3.4.2 Phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt 59 3.5 Mô hình bộ biến đổi DC/DC làm việc trong chế độ dòng điện gián đoạn (DCM) 59 3.5.1 Mô hình trung bình 59 3.6 Phương pháp điều khiển tuyến tính cho bộ biến đổi DC/DC 63 3.6.1 Nguyên lý điều khiển điện áp (Voltage mode) 63 3.6.2 Nguyên lý điều khiển dòng điện (Current mode) 63 3.6.2.1 Mô hình bộ biến đổi DC/DC điều khiển theo nguyên lý dòng điện 64 3.6.3 Nhắc lại một số kiến thức về lý thuyết điều khiển tự động 66 3.6.4 Một số bộ bù sử dụng trong cấu trúc điều khiển DC/DC converter 68 3.6.5 Tuyến tính hóa khâu điều chế độ rộng xung 73 3.7 Cấu trúc điều khiển tuyến tính cho bộ biến đổi kiểu buck 74 3.7.1 Điều khiển trực tiếp 74 3.7.2 Điều khiển gián tiếp 80 3.7.2.1 Điều khiển theo nguyên lý dòng điện trung bình 80 3.7.2.2 Điều khiển theo nguyên lý dòng điện đỉnh 83 3.8 Bộ biến đổi kiểu boost 83 3.8.1 Điều khiển trực tiếp 83 3.8.2 Điều khiển gián tiếp 86 3.9 Bài tập 89 3.10 Bộ biến đổi PFC 90 3.10.1 Sơ đồ mạch lực 90 3.10.2 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi PFC 91 3.10.2.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện 91 3.10.2.2 Thiết kề mạch vòng điện áp 92 3.10.3 Bài tập 92 4Equation Chapter (Next) Section 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP 94 4.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi nghịch lưu độc lập 94 4.2 Mô tả toán học nghịch lưu áp 94 4.2.1 Mô tả toán học nghịch lưu nguồn áp một pha 94 4.2.2 Mô tả toán học nghịch lưu nguồn áp ba pha 96 4.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu một pha 98 4.3.1 Phương pháp điều chế hai cực 98 4.3.2 Phương pháp điều chế đơn cực 99 4.3.3 Kết quả mô phỏng phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu một pha 102 4.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha 104 4.4.1 Phương pháp Sin PWM 104 4.4.2 Phương pháp điều chế vector không gian (SVM) 105 4.4.2.1 Khái niệm vector không gian 105 4.4.2.2 Phương pháp điều chế vector không gian 106 4.4.3 Kết quả mô phỏng phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha 114 4.5 Bù thơi gian chết deadtime trong nghịch lưu nguồn áp 116 4.6 Xây dựng mạch vòng dòng điện cho nghịch lưu nguồn áp một pha 116 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 3 4.6.1 Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện cho nghịch lưu nguồn áp một pha 116 4.6.2 Ví dụ về thiết kế mạch vòng dòng điện cho nghịch lưu nguồn áp một pha 118 4.7 Xây dựng mạch vòng dòng điện cho nghịch lưu nguồn áp ba pha 118 4.7.1 Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện cho nghịch lưu nguồn áp ba pha 118 4.7.1.1 Thiết kề bộ điều chỉnh dòng điện trên hệ tọa độ tĩnh αβ 119 4.7.1.2 Thiết kề bộ điều chỉnh dòng điện trên hệ tọa độ quay dq 119 4.8 Bài tập 121 5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTEquation Chapter (Next) Section 1 123 5.1 Nhắc lại kiến thức về điều khiển số 123 5.1.1 Mô hình đối tượng trên miền gián đoạn z 123 5.2 Hệ thống điều khiển số cho bộ biến đổi điện tử công suất 125 5.3 Yêu cầu về độ phân giải của A/D và khâu điều chế độ rộng xung 126 5.3.1 Độ phân giải của A/D 126 5.3.2 Yêu cầu độ phân giải DPWM 127 5.3.3 Đồng bộ giữa thời điểm trích mẫu ADC và khung thời gian điều chế độ rộng xung 128 5.4 Mô hình hóa khâu điều chế độ rộng xung 129 5.5 Thiết kế mạch vòng điều chỉnh số 130 5.5.1 Phương pháp thiết kế gián tiếp 130 5.5.1.1 Bộ biến đổi kiểu Buck 131 5.5.1.2 Nghịch lưu nguồn áp một pha 132 5.5.2 Phương pháp thiết kế trực tiếp 133 5.5.2.1 Bộ biến đổi kiểu Buck 133 5.5.2.2 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện nghịch lưu nguồn áp một pha 135 5.5.2.3 Bộ điều chỉnh dòng điện nghịch lưu nguồn áp một pha kiểu deadbeat 136 5.6 Chuẩn hóa bộ điều chỉnh 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC 141 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 4 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa PWM ĐCX Điều chế xung cho chỉnh lưu Tisitor Các ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa u o , U o V Điện áp trung bình và xác lập đầu ra bộ biến đổi DC/DC * o u V Lượng đặt điện áp đầu ra bộ biến đổi DC/DC u in , U in V Điện áp trung bình và xác lập đầu vào bộ biến đổi DC/DC u C , U C V Điện áp trung bình và xác lập trên tụ C i L , I L V Dòng điện trung bình và xác lập chảy qua cuộn cảm L * L i A Lượng đặt dòng điện qua cuộn cảm bộ biến đổi DC/DC d, D Hệ số điều chế và giá trị xác lập của nó ˆ i A Biến thiên tín hiệu nhỏ dòng điện quanh điểm làm việc xác lập ˆ u V Biế n thiên tín hi ệ u nh ỏ đ i ệ n áp quanh đ i ể m làm vi ệ c xác l ậ p ˆ d A Bi ế n thiên tín hi ệ u nh ỏ h ệ s ố đ i ề u ch ế quanh đ i ể m làm vi ệ c xác l ậ p T x s Chu k ỳ đ i ề u ch ế T s Chu k ỳ đ i ệ n áp l ướ i s Toán t ử Laplace p H ệ s ố đậ p m ạ ch đ i ệ n áp ra c ủ a b ộ ch ỉ nh l ư u α Rad Góc m ở Tiristor L H Giá tr ị cu ộ n c ả m C F Giá tr ị t ụ đ i ệ n u d V Giá tr ị trung bình đ i ệ n áp đầ u ra c ủ a b ộ ch ỉ nh l ư u Tiristor u dk V Đ i ệ n áp đ i ề u khi ể n b ộ ch ỉ nh l ư u Tiristor 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 5 DANH MỤC BẢNG B BB B  ng 5.1 ng 5.1ng 5.1 ng 5.1 Các phương pháp gián đoạn 131 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống điều khiển điện tử công suất tiêu biểu 12 Hình 1.2 So sánh tương đối về các phần tử van bán dẫn 13 Hình 1.3 Đặc tính von-ampe của tiristor 13 Hình 1.4 Dạng điện áp và dòng điện của Tiristor trong quá trình đóng cắt 15 Hình 1.5 Sơ đồ mạch nguyên lý tiêu biểu mở Tiristor, (a) dùng biến áp xung, (b) Dùng IC cách ly 16 Hình 1.6 Mạch điều khiển mở MOSFET 17 Hình 1.7 Đồ thị dạng xung dòng điện, điện áp trên MOSFET (a) Quá trình điều khiển mở, (b) Quá trình điều khiển khóa 18 Hình 1.8 Sơ đồ thử nghiệm đặc tính đóng/mở IGBT 19 Hình 2.1 Cấu trúc của hệ thống driver cho các bộ biến đổi phụ thuộc 24 Hình 2.2 Giới hạn góc điều khiển α. 24 Hình 2.3 Điện áp tựa dạng răng cưa sườn xuống 26 Hình 2.4 Điện áp tựa dạng răng cưa sườn lên 26 Hình 2.5 Điện áp tựa dạng cosin 27 Hình 3.1 Mô tả bộ biến đổi DC/DC, a) mạch lực bộ biến đổi DC/DC, b) Mô hình bộ biến đổi DC/DC tại điểm xác lập, c) Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC 47 Hình 3.2 Mạng điện hai cửa, a) tín hiệu trung bình, b) Mạch điện điện tương đương được tuyến tính tại điểm làm việc cân bằng 48 Hình 3.3 Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC, a)Bộ biến đổi Buck, b)Bộ biến đổi Boost 49 Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck (a), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck trong thái 1(b), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck trong thái 2 (c) 49 Hình 3.5 Mạch điện mô tả bộ biến đổi Buck với tín hiệu nhỏ 52 Hình 3.6 Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu boost (a), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu boost trong thái 1(b), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu boost trong thái 2 (c) 53 Hình 3.7 Mạch điện mô tả bộ biến đổi Boost với tín hiệu nhỏ. 56 Hình 3.8 Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck - boost (a), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck - boost trong thái 1(b), Sơ đồ mạch điện bộ biến đổi kiểu buck - boost trong thái 2 (c) 57 Hình 3.9 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi Buck 60 Hình 3.10 Dạng điện áp và dòng điện bộ biến đổi Buck trong chế độ DCM 60 Hình 3.11 M ạch điện tương đương bộ biến đổi Buck (DCM) với tín hiệu trung bình 62 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 7 Hình 3.12 Mạch điện tương đương bộ biến đổi Buck (DCM) ở trạng thái xác lập 62 Hình 3.13 Cấu trúc điều khiển tuyến tính cho bộ biến đổi DC/DC, a) điều khiển trực tiếp (direct mode), b) điều khiển gián tiếp (indirect mode). 64 Hình 3.14 Minh họa đồ thị Bode của ( ) G j ω [6] 67 Hình 3.15 Đồ thị bode của bộ bù Lead có cấu trúc (3.94) 69 Hình 3.16 Đồ thị bode của bộ bù có cấu trúc (3.105) 71 Hình 3.17 Đồ thị bode của hàm bộ bù (3.108) 72 Hình 3.18 Cấu trúc điều khiển trực tiếp bộ biến đổi kiểu buck 74 Hình 3.19 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.118) 75 Hình 3.20 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.118) và bộ bù (3.94) 76 Hình 3.21 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.118) và bộ bù (3.124) 77 Hình 3.22 Cấu trúc để đánh giá ảnh hưởng điện áp đầu vào và đầu ra bộ biên đổi kiểu Buck 77 Hình 3.23 Kết quả mô phỏng Buck converter sử dụng bộ bù (3.94) 78 Hình 3.24 Kết quả mô phỏng Buck converter sử dụng bộ bù (3.124) khi điện áp nguồn có đập mạch với biên độ 1V, tần số 100Hz 78 Hình 3.25 Kết quả mô phỏng Buck converter sử dụng bộ bù (3.124) 79 Hình 3.26 Kết quả mô phỏng Buck converter sử dụng bộ bù (3.124) khi điện áp nguồn có đập mạch với biên độ 1V, tần số 100Hz 79 Hình 3.27 Cấu trúc điều khiển gián tiếp theo nguyên lý dòng điện trung bình bộ biến đổi kiểu buck 80 Hình 3.28 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.129) 81 Hình 3.29 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.131) 82 Hình 3.30 Kết quả mô phỏng Buck converter theo nguyên lý điều khiển dòng điện trung bình 82 Hình 3.31 Cấu trúc điều khiển gián tiếp theo nguyên lý dòng điện đỉnh bộ biến đổi kiểu buck 83 Hình 3.32 Kết quả mô phỏng Buck converter theo nguyên lý điều khiển dòng điện đỉnh` 83 Hình 3.33 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt (3.138) 84 Hình 3.34 Đồ thị Bode của hàm truyền đạt vòng hở (Gvd.Gc) 85 Hình 3.35 Kết quả mô phỏng bộ Boost theo nguyên lý điều khiển điện áp 86 Hình 3.36 Cấu trúc điều khiển gián tiếp theo nguyên lý dòng điện đỉnh bộ biến đổi kiểu Boost 86 Hình 3.37 Đồ thị bode của hàm truyền đạt ( ) ui G s biến đổi kiểu Boost 87 Hình 3.38 Đồ thị bode của hàm truyền đạt ( ) ui G s và bộ bù (3.103) biến đổi kiểu Boost 88 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 8 Hình 3.39 Kết quả mô phỏng bộ biến đổi Boost theo nguyên lý điều khiển dòng điện đỉnh` 88 Hình 4.1 Hình 4.1Hình 4.1 Hình 4.1 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu độc lập kiểu nguồn áp, a) Một pha, b) Ba pha 94 Hình 4.2 Hình 4.2Hình 4.2 Hình 4.2 Mô hình nghịch lưu nguồn áp một pha được mô tả bởi khóa chuyển mạch 95 Hình 4.3 Hình 4.3Hình 4.3 Hình 4.3 Mô hình nghịch lưu nguồn áp ba pha được mô tả bởi khóa chuyển mạch 96 Hình 4.4 Hình 4.4Hình 4.4 Hình 4.4 Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu một pha, a) Điều chế lưỡng cực, b) Điều chế đơn cực 98 Hình 4.5 Hình 4.5Hình 4.5 Hình 4.5 Dạng sóng điện áp theo phương pháp điều chế hai cực, a) Sóng mang và tín hiệu điều khiển, b) Điện áp đầu ra mạch nghịch lưu 99 Hình 4.6 Hình 4.6Hình 4.6 Hình 4.6 Trạng thái mạch nghịch lưu theo phương pháp điều chế hai cưc 99 Hình 4.7 Hình 4.7Hình 4.7 Hình 4.7 Dạng sóng điện áp theo phương pháp điều chế đơn cực, a) Sóng mang và tín hiệu điều khiển, b) Điện áp đầu ra mạch nghịch lưu 100 Hình 4.8 Hình 4.8Hình 4.8 Hình 4.8 Trạng thái mạch nghịch lưu trong phương pháp điều chế đơn cực 100 Hình 4.9 Hình 4.9Hình 4.9 Hình 4.9 Biểu đồ vector của kỹ thuật điều chế vector đơn cực 101 Hình 4.10 Hình 4.10Hình 4.10 Hình 4.10 Mẫu xung chuẩn đưa ra nghịch lưu một pha, a) nửa chu kỳ dương, b) nưa chu kỳ âm 102 Hình 4.11 Hình 4.11Hình 4.11 Hình 4.11 Kết quả mô phỏng với phương pháp điều chế lưỡng cực 103 Hình 4.12 Hình 4.12Hình 4.12 Hình 4.12 Kết quả mô phỏng với phương pháp điều chế đơn cực 104 Hình 4.13 Hình 4.13Hình 4.13 Hình 4.13 Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha 104 Hình 4.14 Hình 4.14Hình 4.14 Hình 4.14 Quỹ đạo vector không gian trên mặt phẳng αβ 106 Hình 4.15 Hình 4.15Hình 4.15 Hình 4.15 Trạng thái mạch nghịch lưu nguồn áp tương ứng vector chuẩn 108 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất 9 Hình 4.16 Hình 4.16Hình 4.16 Hình 4.16 Vị trí vector chuẩn trên hệ tọa độ tĩnh αβ 109 Hình 4.17 Hình 4.17Hình 4.17 Hình 4.17 Mối quan hệ giữa các sector và điện áp tức thời u sa , u sb , u sc 109 Hình 4.18 Hình 4.18Hình 4.18 Hình 4.18 Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector 110 Hình 4.19 Hình 4.19Hình 4.19 Hình 4.19 Vector điện áp được điều chế trong Sector 1 110 Hình 4.20 Hình 4.20Hình 4.20 Hình 4.20 Trạng thái logic của vector chuẩn trong Sector 1 111 Hình 4.21 Hình 4.21Hình 4.21 Hình 4.21 Mẫu xung chuẩn trong Sector 1 112 Hình 4.22 Hình 4.22Hình 4.22 Hình 4.22 Các mẫu xung chuẩn đưa ra trong mỗi sector 113 Hình 4.23 Hình 4.23Hình 4.23 Hình 4.23 Quĩ đạo vector điện áp theo phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha nguồn áp 114 Hình 4.24 Hình 4.24Hình 4.24 Hình 4.24 Kết quả mô phỏng với phương pháp điều chế sinPWM 115 Hình 4.25 Hình 4.25Hình 4.25 Hình 4.25 Kết quả mô phỏng với phương pháp điều chế vector không gian 115 Hìn HìnHìn Hình 4.26 h 4.26h 4.26 h 4.26 Sơ đồ mạch điện thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp một pha 116 Hình 4.27 Hình 4.27Hình 4.27 Hình 4.27 Mô tả toán học mạch vòng điều khiển dòng điện 116 Hình 4.28 Hình 4.28Hình 4.28 Hình 4.28 Sơ đồ mạch điện thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu nguồn áp ba pha 118 Hình 4.29 Hình 4.29Hình 4.29 Hình 4.29 Biểu điện vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ 119 Hình 4.30 Hình 4.30Hình 4.30 Hình 4.30 Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ tĩnh αβ 119 Hình 4.31 Hình 4.31Hình 4.31 Hình 4.31 Cấu trúc điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ quay dq 121 Hình 5.1 Hình 5.1Hình 5.1 Hình 5.1 Hê thống điều khiển số 126 Hình 5.2 Hình 5.2Hình 5.2 Hình 5.2 Biểu diễn dữ liệu vào ADC 126 [...]... 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất MỞ ĐẦU 11 12 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Như đã biết, các bộ biến đổi bán dẫn sử dụng các phần tử bán dẫn công suất như các khoá điện tử, dùng để nối tải vào nguồn theo những quy... THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC Các bộ biến đổi phụ thuộc là lớp các bộ biến đổi trong đó các van chuyển mạch dưới tác dụng của điện áp lưới, bao gồm các bộ chỉnh lưu, các bộ biến đổi xung áp xoay chiều và biến tần trực tiếp Nguyên lý xây dựng hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi này là giống nhau 2.1 Driver cho hệ thống điều khiển các bộ biến. .. thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất ứng dụng trong các lĩnh vực: bộ biến đổi nối lưới, bộ biến đổi làm việc với tải độc lập được chỉ ra trên Hình 1.1 bao gồm: + Mạch phát xung mở van bán dẫn (driver) + Thực hiện chức năng điều chế, phân phối xung + Thực hiện các bộ điều chỉnh trong mạch vòng kín + Mạch đo lường và bảo vệ + Hệ thống điều khiển cấp trên: Giám sát, đưa ra lượng đặt điều khiển Hình. .. của các phần tử công suất trong bộ biến đổi cũng hoàn toàn do các mạch điện tử xử lý tín hiệu tạo ra Gọi là xử lý tín hiệu vì ở đây công suất hoàn toàn không có ý nghĩa gì, chỉ có giá trị, mức tín hiệu và hình dạng là cần thiết mà thôi Vì vậy, hệ thống điều khiển đóng vai trò hết sức quan trọng trong đảm bảo sự hoạt động của các bộ biến đổi 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất. .. trên hình 1.32 Quá trình khóa bắt đầu khi điện áp điều khiển giảm từ VG xuống –VG Trong thời gian thời gian trễ khi khóa td(off), chỉ có tụ đầu vào Cge phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với hằng số thời gian 20 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT bằng CgeRG, tới mức điện áp Miller Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữa cực điều khiển và emitter bị giữ không đổi do điện áp... được các đặc tính giới hạn về điện áp và dòng điện nhỏ nhất, ứng với một nhiệt độ môi trường nhất định mà tín hiệu điều khiển phải đảm bảo để mở được chắc chắn một tiristor Dòng điều khiển đi qua tiếp giáp p-n giữa cực 16 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT điều khiển và catôt cũng làm phát nóng tiếp giáp này Vì vậy tín hiệu điều khiển cũng phải bị hạn chế về công suất Công suất. .. các bộ biến đổi phụ thuộc Sơ đồ cấu trúc của hệ thống driver điều khiển cho các bộ biến đổi phụ thuộc theo nguyên tắc điều khiển dọc chỉ trên Hình 2.1 Trong các bộ biến đổi phụ thuộc các tiristo được điều khiển mở bởi các xung tại các thời điểm, chậm pha so với điểm chuyển mạch tự nhiên một góc α, gọi là góc điều khiển Điểm chuyển mạch tự nhiên có thể là các điểm điện áp nguồn qua không (chỉnh lưu một... nhờ đó mà biến đổi được các thông số của nguồn điện, đáp ứng các yêu cầu khác nhau của phụ tải cũng như các yêu cầu về điều chỉnh khác nhau Các phần tử công suất đóng cắt các dòng điện, có thể rất lớn, hàng trăm đến hàng nghìn A, dưới điện áp có thể rất cao, từ vài chục đến vài trăm V, tuy nhiên lại được điều khiển bởi những dòng điện, điện áp rất nhỏ, tạo ra bởi những mạch điện tử công suất nhỏ thông... sơ đồ hệ thống điều khiển 2.1.6 Sử dụng IC chuyên dụng làm driver cho chỉnh lưu phụ thuộc Hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc (chỉnh lưu, biến đổi xung áp xoay chiều) có thể được xây dựng rất thuận tiện nếu sử dụng vi mạch chuyên dụng TCA785 của 2.1 Driver cho hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc 33 Simens Sơ đồ cấu trúc của TCA785 và ký hiệu chân ra được cho trên hình 7.25 Có thể... và Q2 Dùng chân 13 có thể nhận được tín hiều điều khiển kiểu xung rộng (180°-α) Tín hiệu cấm ở chân 6 sẽ xóa bỏ tín hiệu ra Q1, Q2 và Q1, Q2 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu tiristor 35 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu tiristor id * id GPI ( s ) α udk id id * id GPI ( s ) udk Ld GDCX ( s ) ud = Krudk id Rd E Hình 2.17 Hệ thống điều khiển vòng kín cho chỉnh