Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất: Phần 2

Chia sẻ: Tri Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Ứng dụng PSIM trong Điện tử công suất: Phần 2 gồm có những nội dung chính sau: Các mạch chỉnh lưu có điều khiển, bộ biến đổi AC – AC, bộ biến đổi DC – DC, bộ nghịch lưu. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm những nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất: Phần 2

Chương 3 MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN I. CHỈNH LƯU TIA MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Sơ đồ nguyên lý tia một pha có điều khiển U2 ISCR I1 I2 t SCR R 0 Ud U1 U2 Ud VA >VK VG >0 α t 0 α π 2π GĐ1 GĐ2 GĐ3 Hình 3.1: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R tia một pha có điều khiển Điều kiện để SCR dẫn: V A >V K , V G >0 (V G >0 được kích xung trong bán kỳ từ 0÷π, V G 0, chưa có xung kích ⇒SCRchưa đủ điều kiện dẫn (do chưa có xung kích) ⇒ U d có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ α ÷ π , u 2 >0, V G >0 (có xung trong bán kỳ từ 0÷ π) ⇒ SCR dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn ⇒ U d có dạng sóng ngõ ra bằng u 2 (tính từ góc kích). Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ π÷2π, u 2
Sơ đồ nguyên lýhình thành xung π 2π 1 0 Vp 2 3 π 2π VRT 50% ON Hình 3.2: Đồ thị dạng sóng thay đổi độ rộng xung - Tín hiệu 1: Tín hiệu đồng bộ lối vào, đây cũng chính là bộ dò điểm Zero. - Tín hiệu 2: gồm hai thành phần, một là tín hiệu răng cưa được tạo ra bởi tín hiệu đồng bộ (sóng sin), tín hiệu thứ hai là V P là tín hiệu một chiều cho qua biến trở để thay đổi xung quanh tín hiệu răng cưa. - Tín hiệu 3: là tín hiệu so sánh giữa tín hiệu răng cưa với tín hiệu V P , đây cũng chính là thời điểm phát xung kích. - Tín hiệu V RT : điện áp trên tải R khi PWM ở 50% b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Từ sơ đồ lý thuyết ta vẽ mạch chỉnh lưu cần mô phỏng trên PSIM. Vào Elements/Sources/Voltage/Sine để lấy nguồn tín hiệu sine (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/Power/Switchs/Thyristor để lấy SCR (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). 126
- Từ sơ đồ nguyên lý hình thành xung, ta chọn các thành phần điều khiển cho SCR Vào Elements/Other/Sensors/Voltage Sensor để lấy bộ cảm biến điện áp (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/Control/Comparator để lấy bộ so sánh (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/Other/Switch controls/Alpha control để lấy bộ điều khiển góc kích α. 127
Vào Elements/sources/Voltage/DC để lấy nguồn một chiều (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/sources/Current/Step để lấy hàm bước (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Khai báo thông số cho các khối: trong các khối ta khai báo cho SCR, Anpha control, các khối khác đã hướng dẫn khai báo trong chương 2: - Khai báo thông số cho SCR + Name: tên linh kiện + Voltage Drop: độ sụt áp + Holding current: dòng điện duy trì + Latching current: dòng điện chốt + Initial position: thời điểm ban đầu + Current flag: cờ dòng điện Các thông số trên khi mô phỏng giữ mặc định theo phần mềm, chỉ có Name có thể thay đổi tùy theo mỗi người gán tên. 128
- Khai báo thông số cho Anpha control + Name: tên linh kiện + Frequency: tần số, trong khối anpha control tần số của bộ phải cùng với tần số của lưới điện nếu khai báo sai xung kích sẽ không chính xác. + Pulse width: Độ rộng xung, để cho đúng với lý thuyết ta chọn độ rộng xung 100 còn thực tế khi mô phỏng ta có thể chọn từ 010-1800 129
Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.3: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia một pha có điều khiển 130
2. TẢI R-L a. Cơ sở lý thuyết U2 I1 I2 ISCR t SCR R Ud 0 U1 U2 Ud L α t α π 2π 0 GĐ1 GĐ2 GĐ3 λ Hình 3.4: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R+L tia một pha có điều khiển Điều kiện để SCR dẫn: V A >V K , V G >0 (có xung trong bán kỳ từ 0÷π). Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ α, u 2 >0, chưa được kích xung⇒ SCR chưa đủ điều kiện dẫn ⇒ U d có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ α ÷ π, u 2 >0, V G >0 (được kích xung từ 0÷π) ⇒ SCR dẫn (thỏa mãn điều kiện)⇒ U d có dạng sóng ngõ ra bằng u 2 (tính từ góc kích α), L nạp năng lượng. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ π÷2π, u 2
b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.5: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L tia một pha có điều khiển 132
3. TẢI R-E a. Cơ sở lý thuyết U2, E I1 I2 ISCR E t SCR R Ud 0 U1 U2 + Ud E α t 0 θ1 α θ2 π 2π GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 Hình 3.6: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R+E tia một pha có điều khiển Điều kiện để SCR dẫn: V A >V K , u 2 >E, V G >0. Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ 1 , u 2 >0, u 2 E, SCR chưa được kích xungnênchưa đủ điều kiện dẫn (do chưa có xung kích)⇒ U d có dạng sóng ngõ ra bằng nguồn E. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ α÷ θ 2 , V A >V K , u 2 >E, V G >0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR dẫn ⇒U d có dạng sóng giống như dạng sóng u 2 (u 2 tính từ α ÷ θ 2 ) . Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ θ 2 ÷ π, V A >V K , u 2
b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.7: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+E tia một pha có điều khiển 134
4. TẢI R-L-E a. Cơ sở lý thuyết U2 I1 I2 ISCR E t SCR R Ud 0 U1 U2 L Ud + α E λ t 0 θ1 α θ2 π θ3 θ4 2π GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 Hình 3.8: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R+L+E tia một pha có điều khiển Điều kiện để SCR dẫn: VA>VK, u2>E, VG>0. Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, u2>0, u2E, chưa được kích xungnên SCR chưa đủ điều kiện dẫn (do chưa có xung kích) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng nguồn E. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ α ÷ θ2 , VA>VK, u2>E, VG>0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR dẫn. Vì thế Ud có dạng sóng giống như dạng sóng u2 (u2 tính từ α ÷ θ2), L nạp năng lượng. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ θ2÷ π , VA>VK, u20 nên SCR PCN (do u2
b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.9: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L+E tia một pha có điều khiển 136
II. CHỈNH LƯU TIA HAI PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết U21, U22 U21 U22 I1 I21 SCR1 t U21 0 R Id U1 Xung từ π=>2π Ud Ud VA >VK U22 VG >0 I22 SCR2 α t 0 α π π+α 2π Xung từ 0=>π GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 Hình 3.10: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R tia hai pha có điều khiển Điều kiện để SCR1 dẫn: VA>VK, VG>0 (VG>0 được kích xungtừ 0÷π). SCR1 dẫn: VA>VK, VG>0 (VG>0 được kích xungtừ π÷2π). Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ α, u21>0, SCR1 chưa được kích xung nên chưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ α ÷ π , u21>0, VG>0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng u21 (tính từ góc kích α). Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ π ÷ (π +α), u22>0, SCR2 chưa được kích xung nên chưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ (π +α)÷2π , u22>0, VG>0 (được kích xung từ π÷2π) nên SCR2 dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng u22 (tính từ góc kích α). 137
b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Trong phần điều khiển tia hai pha, phần quan trọng nhất là xung điều khiển, ta biết điều kiện SCR dẫn VA>VK, VG>0 (đồng bộ giữa điện áp đặt trên tải và xung kích) nếu mất đồng bộ điện áp trên tải rất khó điều khiển. Đối với mạch chỉnh lưu một pha khi tín hiệu sin > 0.7, VA>VK, trong sơ đồ mô phỏng ta lấy cảm biến áp đặt vào hai đầu tín hiệu đồng bộ (nguồn sin) ngõ ra cảm biến sẽ đến mạch điều khiển phát xung. Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.11: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia hai pha có điều khiển 138
2. TẢI R+L a. Cơ sở lý thuyết U21, U22 t 0 I1 I21 SCR1 Ud U21 L R Id α Id Dòng gián đoạn U1 t Ud 0 π 2π U22 I22 SCR2 λ λ GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 GĐ6 Id Dòng liên tuc t 0 GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 Hình 3.12: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp lối vào, dòng điện, điện áp trên tải R+L tia hai pha có điều khiển Điều kiện để SCR1 dẫn: VA>VK, VG>0 (VG>0 được kích xungtừ 0÷π). SCR1 dẫn: VA>VK, VG>0 (VG>0 được kích xungtừ π÷2π). - Nguyên lý liên tục: Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ α, u21>0, SCR1 chưa có xungkích nênchưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ α ÷ π, u21>0, VG>0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng u21 (tính từ góc kích α), L nạp năng lượng. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ π ÷(π +α), u210, VG>0 (được kích xung từ π÷2π) nên SCR2 dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng dạng sóng u22 (tính từ góc kích α). 139
Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 2π÷(2π+α), u220, SCR1 chưa có xungkích nên chưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ α ÷ π, u21>0, VG>0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng u21 (tính từ góc kích), L nạp năng lượng. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ π ÷λ, L xả năng lượng nên duy trì thời gian dẫn SCR1 ⇒ Ud có dạng sóng xả qua trục 0 và bằng năng lượng cuộn dây xả ra. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ λ÷(π +α), u22>0, SCR2 chưa có xungkích nênchưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ α÷ 2π, u22>0, VG>0 (được kích xung từ π÷2π) nên SCR2 dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng u21 (tính từ góc kích α), L nạp năng lượng. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ 2π ÷(2π +λ), L xả năng lượng duy trì thời gian dẫn SCR2 ⇒ Ud có dạng sóng xả qua trục 0 và bằng năng lượng cuộn dây xả ra. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: 140
Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Dạng sóng liên tục Hình 3.13: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L tia hai pha có điều khiển trường hợp liên tục Dạng sóng gián đoạn Hình 3.14: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L tia hai pha có điều khiển trường hợp gián đoạn 141
3. HIỆN TƯỢNG TRÙNG DẪN a. Cơ sở lý thuyết u21, u22 u21 u22 0 π 2π θ Lng I SCR1 SCR 1 u21 Ld ic Rd id u22 I SCR1 I SCR2 id θ α γ Lng SCR 2 I SCR2 ud SCR1 SCR 2 SCR1, SCR2 ud cuøng daãn 0 θ ∆uγ ∆uγ ∆uγ π+α Hình 3.15: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng dòng điện, điện áp trên tải R+L tia hai pha có điều khiển trường hợp trùng dẫn - Nguyên lý hoạt động: Trong khoảng từ 0 ÷ α: SCR1 được kích, dòng điện ISCR1 tăng dần, dòng điện đi qua cuộn dây Lng21, qua điện trở R, qua cuộn dây Ld. Trong khoảng từ π+α: SCR2 được kích, dòng điện ISCR2 tăng dần, đồng thời dòng điện ISCR1 giảm dần (do năng lượng của cuộn dây Lng21 và Ld xả ra). Tại thời điểm γ tồn tại cả hai dòng điện của ISCR1, ISCR2 nên ngắn mạch ngõ ra làm sụt áp ngõ ra, giải thích tương tự cho giai đoạn 2. Hiện tượng trên ta gọi là hiện tượng trùng dẫn. 142
b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 3.16: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L tia hai pha có điều khiển trường hợp trùng dẫn 143
4. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết U21,, U22, E I21 E I1 SCR1 t E 0 U21 R Id U1 + Ud Ud α U22 I22 SCR2 t 0 θ1 θ2 π π+θ1 π+θ2 2π GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 GĐ6 GĐ7 GĐ8 Hình 3.17: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp vào, điện áp trên tải R+E tia hai pha có điều khiển Điều kiện để SCR1 dẫn: VA>VK, u2>E, VG>0 (VG>0 được kích xung(từ 0÷π). SCR2 dẫn: VA>VK, u2>E, VG>0 (VG>0 được kích xungtừ π÷2π). Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, u21>0, u21VK, u21>E, SCR1 chưa có xung kích nên SCR1 PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng nguồn E. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ α1÷ θ2, VA>VK, u21>E, VG>0 (được kích xung từ 0÷π) nên SCR1 dẫn (thỏa mãn điều kiện dẫn) ⇒ Ud có dạng sóng giống như dạng sóng u21 (u21 tính từ α÷ θ2) . Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ θ2÷ π , VA>VK, u220 (xung được duy trì) nên SCR1 PCN (phân cực ngược) (do u22E, SCR2 chưa có xung kích nên chưa đủ điều kiện dẫn ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng nguồn E. 144