Mô phỏng hệ thống truyền động điện nạp từ bôh biến tần PWM

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những năm gần đây do sự phát triể của công nghệ điện tử, đã xuất hiện nhiều loại van bán dẫn công suất mới có những ưu điểm hơn van cũ

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mô phỏng hệ thống truyền động điện nạp từ bôh biến tần PWM

M« pháng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn n¹p tõ bé biÕn tÇn PWM pgstskh th©n ngäc hoµn ®¹i häc hµng h¶i 1. Më ®Çu Nh÷ng n¨m gÇn ®©y do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö, ®· xuÊt hiÖn nhiÒu lo¹i van b¸n dÉn c«ng suÊt míi cã nh÷ng −u ®iÓm h¬n c¸c van cò. Mét trong lo¹i van míi ®ã lµ IGBT. Sù ra ®êi cña lo¹i van nµy gióp cho ta chÕ t¹o c¸c bé biÕn tÇn lo¹i PWM mét c¸ch dÔ dµng, chÝnh v× thÕ c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn n¹p tõ bé biÕn tÇn PWM ®ang ®−îc nghiªn cøu réng r·i. D−íi ®©y tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu m« pháng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ dÞ bé r« to lång sãc n¹p tõ bé biÕn tÇn PWM gióp cho ta nghiªn cøu hÖ thèng ë chÕ ®é qu¸ ®é. 2. M« pháng bé biÕn tÇn PWM 2.1.M« pháng transistor Trªn h×nh 1 biÓu diÔn m¹ch ®iÖn gåm mét transistor IGBT ®−îc n¹p tõ nguån ®iÖn mét chiÒu Ud, transistor cÊp ®iÖn cho mét tæng trë R vµ c¶m kh¸ng L. Ta biÕt r»ng transistor IGBT dÉn ®iÖn ph¶i tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau: - Khi cã ®iÖn ¸p d−¬ng ®Æt lªn cùc colect¬ cña transistor (tøc lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn hai cùc colect¬ vµ emit¬ cña transistor lµ UCE ph¶i lín h¬n 0) vµ cã xung ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn UGE ®−a vµo cùc cöa cña transistor th× transistor sÏ cho dßng ®iÖn ch¹y qua, nÕu kh«ng tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn trªn th× transistor sÏ t¾c. §Ó m« pháng c¸c transistor ta gi¶ thiÕt r»ng: transistor lµ mét khãa lý t−ëng nghÜa lµ khi dÉn ®iÖn th× ®iÖn trë cña nã b»ng kh«ng cßn khi kh«ng dÉn ®iÖn th× ®iÖn trë cña nã v« cïng lín. +Ud i Udk R Ur Ud L H×nh 1 S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n cña transistor IGBT Gäi Uc , X, T lµ c¸c biÕn logic, chóng cã gi¸ trÞ nh− sau: 1 - khi ®iÖn ¸p trªn cùc colect¬ cña transistor IGBT d−¬ng Uc = 0 - khi ®iÖn ¸p trªn cùc colect¬ cña transistor IGBT ©m 1- khi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®−a vµo cùc ®iÒu khiÓn cña transistor IGT X= 0- khi kh«ng cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®−a vµo cùc ®iÒu khiÓn cña IGBT 1- khi transistor dÉn ®iÖn T= 0- khi transistor kh«ng dÉn ®iÖn 1
Theo nguyªn lý ho¹t ®éng cña transistor IGBT, ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña tran-si-to IGBT cã thÓ biÓu diÔn nh− sau: T = Uc. X (1) §iÖn ¸p ra cña transistor IGBT cã thÓ biÓu diÔn: Ur = Ud.T (2) Ph−¬ng tr×nh c©n b¨ng ®iÖn ¸p theo KiÕc khèp khi tran-si-to dÉn cã d¹ng: di Ur = R.i + L. (3) dt Trong ®ã: Ud lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu l−íi n¹p, Ur lµ ®iÖn ¸p ra trªn t¶i, R lµ gi¸ trÞ ®iÖn trë trªn t¶i, L lµ gi¸ trÞ ®iÖn c¶m trªn t¶i, i lµ dßng t¶i, di / dt lµ thµnh phÇn ®¹o hµm dßng t¶i . 2. ThuËt gi¶i m« pháng transistor IGBT Trªn c¬ së ph©n tÝch trªn ta x©y dùng thuËt gi¶i m« pháng tran-si-to (H.2) B§ NhËp Ud, R, L, Is(t,0) di(t,0)/ dt Uc > 0 § X =1 § S T=1 T=0 TÝnh Ur theo (2) Gi¶i pr−¬ng tr×nh vi ph©n (1.8) b»ng Rung Kutte bËc 4 KT In kÕt qu¶ H.2 ThuËt gi¶i m« pháng tran-si-to Ho¹t ®éng cña thuËt gi¶i nh− sau: NhËp gi¸ trÞ ®iÖn ¸p n¹p Ud, gi¸ trÞ diÖn trë R, ®iÖn c¶m L, gi¸ trÞ ®Çu cña dßng ®iÖn t¶i i vµ ®¹o hµm cña nã. Sau ®ã kiÓm tra tr¹ng th¸i dÉn cña transistor IGBT b»ng tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn X. Khi cã ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trªn cùc ®iÒu khiÓn cña transistor th× tÝn hiÖu X = 1 lµm cho transistor dÉn (T = 1). Khi ®· cã tr¹ng th¸i logic T, ta tÝnh ®iÖn ¸p trªn t¶i Ur theo ph−¬ng tr×nh (1.7) råi gi¶i ph−¬ng tr×nh vi ph©n (1.8) b»ng ph−¬ng ph¸p Rung Kutte bËc 4, in kÕt qu¶ råi dõng m¸y. 1.2.1 M« pháng tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tran-si-to TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tran si to th−êng lµ tÝn hiÖu xung. §Ó lËp tr×nh tÝnh hµm ®iÒu khiÓn ta cã nhËn xÐt sau: Trong mét chu kú khi tT/2 th× Ur=0; Trong ®ã T- 2
chu kú, ur - xung ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn , Urmc biªn ®é cña xung. §Ó cã chuçi xung ta l¹i thÊy r»ng khi thêi gian nhá h¬n sè nguyªn chu kú th× thêi gian t=t nh−ng khi t lín h¬n sè nguyªn chu kú th× thêi gian b»ng 0 ( t=0) råi lÆp l¹i. Ta cã thuËt gi¶i sau ®©y ®Ó m« pháng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tran- si-to B§ t=0 t>kT k:=k+1 k:=k t:=t-(k-1).T t >T/2 ur=Umrc ur=0 §i tiÕp H.2 ThuËt gi¶i tÝnh tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tran-si to KÕt qu¶ m« pháng biÓu diÔn trªn H.3 ^ Urmc H.3 TÝn hiÒu ®iÒu khiÓn tran-si to 12.2 M« pháng bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp ba pha nguån ¸p PWM dïng transistor IGBT 1.2.2.1 Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé biÕn tÇn Bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp ba pha nguån ¸p PWM dïng transistor IGBT, biÓu diÔn trªn h.4. S¬ ®å gåm 6 transistor IGBT: T1, T2, T3, T4, T5, T6 m¾c theo s¬ ®å cÇu. Do c¸c tran-si-to kh«ng cã kh¶ n¨ng chÞu ®−îc ®iÖn ¸p ©m nªn ta dïng c¸c diod m¾c song song víi c¸c ti-ri-sto ®Ó b¶o vÖ tran-si-to khái ®iÖn ¸p ng−îc vµ khÐp kÝn c«ng suÊt kh¸ng. Mçi transistor dÉn 120°. Nhãm 3O
transistor m¾c chung colect¬ sÏ t¹o nöa chu kú ®iÖn ¸p ra d−¬ng. Nhãm transistor m¾c chung emit¬ sÏ t¹o nöa chu kú ®iÖn ¸p ra ©m T1 T3 T5 C A B Usc ~3,f1 T4 T2 T6 H.4 S¬ ®å nguyªn lý bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp PWM dïng IGBT 1.2.2.2 M« pháng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tran-si to U V× bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp PWM dïng transistor IGBT nªn ®iÖn ¸p ra trªn t¶i lÆp l¹i ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trªn cùc cöa cña transistor. Do ®ã muèn m« pháng bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp PWM dïng transistor IGBT ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ra trªn t¶i cã d¹ng xung h×nh ch÷ nhËt mong muèn th× tr−íc hÕt ta ph¶i ®i m« pháng tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn c¸c transistor cña bé nghÞch l−u trong bé biÕn tÇn. §Ó t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn c¸c transistor IGBT cã d¹ng xung PWM ta dùa vµo nguyªn lý ®· tr×nh bµy ë phÇn trªn. Cô thÓ ta ®−a vµo bé so s¸nh mét ®iÖn ¸p mang d¹ng tam gi¸c c©n tÇn sè fr vµ 3 ®iÖn ¸p ®iÒu biªn cã d¹ng h×nh sin nh− sau: udb umang u® k H.5 §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tran-si-to cña bé biÕn tÇn PWM Ua = U®k.sinωt. Ub = U®k.sin(ωt - 120°) Uc = U®k.sin(ωt + 120°) U®k lµ gi¸ trÞ biªn ®é cña ®iÖn ¸p h×nh sinus, ω = 2πf - tÇn sè gãc cña ®iÖn ¸p chuÈn h×nh sinus. Kho¶ng ®iÖn ¸p mang n»m d−íi ®iÖn ¸p ®iÒu biªn h×nh sin x¸c ®Þnh ®é dµi tån t¹i c¸c xung ®iÒu khiÓn còng lµ kho¶ng më cña tran-si to. Trªn H.5 biÓu diÔn c¸ch x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tran-si-to theo nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®é réng xung cho mét pha. §Ó cã ®−îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Xi, ta thùc hiÖn nh− sau: §−a vµo thiÕt bÞ so s¸nh 3 ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn transistor cña c¸c pha a, b, c cã d¹ng xung h×nh ch÷ nhËt mµ ta võa m« pháng trªn vµ 3 4
®iÖn ¸p h×nh sin. Do c¸c tran-si-to chØ dÉn trong kho¶ng 1200 nªn c¸c tran-si-to chØ dÉn khi tháa m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau: Cho T1: ua>ub>uc vµ U®ka >0 th× X1 =1 suy ra T1=1 Cho T2: ub>ua>uc vµ U®kb >0 th× X3 =1 suy ra T3=1 Cho T5: uc>ub>ua vµ U®kc >0 th× X5 =1 suy ra T5=1 Cho T4: ua
3. M« h×nh to¸n ®éng c¬ dÞ bé §éng c¬ dÞ bé lång sãc ë ®¹i l−îng t−¬ng ®èi viÕt trong hÖ trôc vu«ng gãc g¾n vµo tõ tr−êng quay cã d¹ng: ω ω −ωr pids = a1{Lruds - LrRsids + s Lr(Lsiqs+Miqr) +MRridr -( s )M (Miqs + Lriqr)} ωb ωb ω ω −ωr piqs = a1{Lruqs -LrRsiqs - s Lr(Lsids+Midr) + RrMiqr +( s )M (Mids+Lridr)} ωb ωb ω ω −ωr pidr = a1{-Muds +MRsids - s M(Lsiqs+Miqr)-RrLsidr + ( s )Ls(Miqs+Lriqr)} ωb ωb ω ω −ωr piqr = a1{-Muqs +LsMiqs+ s M(Lsids+Midr) -RrLsiqr - ( s )Ls(Mids +Lridr)} ωb ωb ωb Trong ®ã a1 = , Lr,Ls,M,Rs,Rr lµ ®é tù c¶m cuén stato, cuén r« to, c¶m øng t−¬ng hç, Lr Ls − M 2 ®iÖn trë stato, ®iÖn trë r« to cña ®éng c¬. M« men quay cña ®éng c¬ cã d¹ng: me = M(iqs idr - ids iqr ) (2.13) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng truyÒn ®éng ®iÖn nh− sau dω r Tm = m e - m0 (2.14) dt 4.M« pháng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn n¹p tõ bé biÕn tÇn PWM HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cÇn m« pháng biÓu diÔn trªn h.7 Bæ biÆn T¨i ‡C t·n PWM H.7 HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cÇn m« pháng Dùa vµo kÕt qu¶ m« pháng bé biÕn tÇn vµ m« h×nh to¸n cña ®éng c¬ dÞ bé lång sãc ë trªn ta tiÕn hµnh m« pháng cho hÖ truyÒn ®éng ®éng c¬ dÞ bé n¹p tõ bé biÕn tÇn PWM. ThuËt gi¶i biÓu diÔn ë H.8. Trªn H.9 biÓu diÔn kÕt qu¶ m« pháng. Tõ kÕt qu¶ m« pháng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ dÞ bé n¹p tõ bé biÕn tÇn ta thÊy gi¸ trÞ tøc thêi cña m« men bÞ dao ®éng m¹nh so víi hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn n¹p tõ lø¬i cøng. Gi¸ trÞ cña m« men ®éng c¬ ngay ë chÕ ®é æn ®Þnh còng cã gi¸ trÞ biÕn ®æi. ë chÕ ®é nµy m« men trung b×nh cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi cßn gi¸ trÞ tøc thêi cña m« men vÉn bÞ dao ®éng. Nguyªn nh©n cña sù dao ®éng m« men lµ do ®iÖn ¸p vµ dßng n¹p ®éng c¬ kh«ng cã d¹ng h×nh sin, s− tham gia cña m« men c¸c sãng bËc cao lµm m« men dao ®éng. Trong nh÷ng hÖ thèng cã qu¸n tÝnh lín sù dao ®éng cña m« men bÞ dËp ®i nhiÒu. 6
B‡ Vµo ®iÒu kiÖn ®Çu, sè liÖu ®éng c¬, bé biÕn tÇn TÏnh cŸc giŸ trÙ c·n thiÆt TÏnh usd, usq cða bæ biÆn tn gi¨i phõçng trÖnh vi phµn TÏnh ia, me, ω t