<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆ – ỆN TỬN ĐI</b>

  

<b>BÁO CÁO ĐỒ ÁN I</b>

<b>THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP BA PHA NỐI LƯỚI</b>

<b> Giảng viên hướng dẫ n: PGS. TS. Vũ Hoàng Phương</b>

PGS. TS. Trần Trọng Minh

Nhóm sinh viên thực hiện:STT Họ và tê n MSSV

1 Nguyê n Ng c Sơnọ 20202506 2 Trà n Đ c Trứứ ơ ng 20202720

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<i><b>1.2 Phương pháp điều chế vector không gian3 </b></i>

<b>CHƯƠNG 2. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NỐI LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM9 </b>

<i><b>2.2 Tiêu chuẩn về chất lượng điện năng9 </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>MỞ ĐẦU</b>

Trong thời đại công nghiệp 4.0, xe điện đang trở thành một phương tiện giao thông phổ biến. Để đáp ứng nhu cầu sạc nhanh và an toàn cho xe điện, hệ thống sạc cần được thiết kế một cách hiệu quả và ổn định. Trong khuôn khổ đồ án này, chúng ta tập trung vào việc thiết kế một nghịch lưu nguồn áp 3 pha nối lưới để ứng dụng cho bộ sạc xe điện.

Lý do chọn đề tài:

• Sự phát triển nhanh chóng của xe điện đang tạo ra một nhu cầu ngày càng tăng về hạ tầng sạc nhanh. Một hệ thống sạc hiệu quả và ổn định là cần thiết để đáp ứng nhu cầu này.

• Thiết kế một nghịch lưu nguồn áp 3 pha nối lưới đảm bảo khả năng điều chỉnh nguồn ra và ứng dụng trong các ứng dụng sạc xe điện sẽ mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Phạm vi nghiên cứu:

• Tìm hiểu và phân tích các yêu cầu và tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống sạc xe điện nối lưới.

• Thiết kế và triển khai hệ ống nghịch lưu nguồn áp 3 pha cho q thtrình sạc xe điện.

• Mơ phỏng và thử nghiệm hệ ống để đánh giá hiệu năng và tính thkhả thi.

Tóm lại, đề tài này tập trung vào việc thiết kế hệ ống sạc xe điện nốth i lưới sử dụng công nghệ nghịch lưu nguồn áp 3 pha. Kết quả nghiên cứu dự ến sẽ mang lại lợi ích về ệu suất sạc, tiết kiệm năng lượng và ki hiđóng góp vào sự phát triển của xe điện và hạ tầng sạc trong tương lai.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>CHƯƠNG 1. SƠ ĐỒ MẠCH LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN</b>

<b>Sơ đồ mạch lực</b>

Hình 1.1 Sơ đồ mạch lực bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha chế độ nối lưới

Sơ đồ mạch lực bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha chế độ nối lưới được biểu diễn trên hình 1.1 cấu tạo từ ba sơ đồ nửa cầu, tạo nên ba pha đầu ra. Sơ đồ gồm 6 van IGBT và 6 điôt ngược.

Các điốt ngược là các phần tử bắt buộc trong các sơ đồ nghịch lưu áp, giúp cho q trình trao đổi cơng suất phản kháng giữa tải với nguồn. Đầu vào một chiều là một nguồn áp với đặt trưng có tụ C với giá trị đủ lớn. Tụ C vừa có vai trò là tụ lọc san bằng điện áp trong trường hợp nguồn Vdc là một chỉnh lưu, vừa có vai trị kho chứa cơng suất phản kháng trao đổi với tái qua các điơt ngược. Nếu khơng có tụ C hoặc tụ C quá nhỏ dòng phản kháng sẽ khơng có đường chạy gây nên q điện áp trên các phần tử

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Phương pháp điều chế vector không gian</b>

Phương pháp điều chế vector không gian SVM là phương pháp biến điệu hoàn tồn dùng kỹ thuật số, đảm bảo độ chính xác cao, dễ dàng thực hiện trên các bộ vi xử lý hiện đại.

Hình 1.2 Sơ đồ ối hệ ống điều khiển nghịch lưu nguồn áp ba phakh th

Nhiệm vụ SVM: Tính tốn thời gian đóng ngắt van bán dẫn trong mạch nghịch lưu đảm bảo giá trị trung bình điện áp đầu ra mạch nghịch lưu bằng với giá trị điện áp đặt vào khâu SVM [2].

Nội dung phương pháp SVM

Kế ừa nguyên lý của phép điều chế độ rộng xung và ứng dụng lý thuyếth t vector không gian, phương pháp điều chế vector (SVM) ra đời nhằm tổ ức các chtrạng thái đóng ngắt van bán dẫn, sao cho giá trị vector điện áp điều chế được tính tốn là xấp xỉ vớ vector điện áp mong muốn.i

<b>• Bước 1: Xác định trạng thái vector chuẩn</b>

Bằng 3 nhánh van ta có 8 trạng thái logic (do NLNA không cho phép ngắn mạch nguồn vào một chiều, không hở mạch pha đầu ra). Ta qui ước, trạng thái logic 1 tương ứng van nhánh trên nối vớ cực (+); trạng logic 0 tương ứng van i nhánh dưới n i vố ới cực () nguồn một chiều.

Có 8 trạng thái : 2 trạng thái khơng (u0, u7) và 6 trạng thái tích cực (u1÷u6)

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Hình 1.3 ạng thái (vector chuẩn) mạch nghịch lưu nguồn áp ba phaTr

Các vector điện áp trong mỗi trạng thái gọi là vector chuẩn. Biên độ vector chuẩn xác định:

Bảng 1 Giá trị điện áp các vector <b>chuẩn </b>

Các vector biên chuẩn chia không gian vector thành 6 sector đều nhau

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>• Bước 2: Xác định vị trí vector điện áp đặt 𝐮</b>_𝐬

Sử dụng phương pháp đạ ố để xác định vị trí vector điện áp đặt i s 𝐮<small>𝐬</small>

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa các sector và điện áp tức thời

Hình 1.6 Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector

<b>• Bước 3: Tính tốn hệ số ều chế ực hiện hai vector chuẩn trong mỗi chu đithkỳ ều chế đi</b> 𝐮<small>𝐬</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

𝐮<small>𝐬</small> =

<small>𝐓</small>_𝐬𝐮<small>𝟎 </small>(𝐡𝐚𝐲 𝐮 _𝟕) = 𝐝_𝟏𝐮<small>𝐱</small>+ 𝐝_{𝟐 𝐲}𝐮 + 𝐝 𝐮_{𝟎 𝟎}(𝐡𝐚𝐲 𝐮 (1)<small>𝟕</small>)Trong đó hệ số ều chế;đi

ddddd₁₁₁₁₁ ===^T¹¹¹¹¹T<small>sssss</small>

; d; d<small>22222</small>== ²²²²²T<small>sssss</small>

; d; d<small>00000</small>== ⁰⁰⁰⁰⁰T_sssss

<b>Vì </b>|𝐮<small>𝟎</small>| = |𝐮 = 𝟎<small>𝟕</small>| nên (1) được viết lại 𝐮_𝐬= 𝐝_𝟏𝐮_𝐱+ 𝐝_𝟐𝐮_𝐲<b> (2)</b>

Viế ạt l i (2) theo thành phần trên hệ tọa độ tĩnh αβ[^U_U^sα

Hệ số ều ế vector không: 𝐝đi ch _𝟎= 11111 −ddddd₁₁₁₁₁−ddddd₂₂₂₂₂

Hình 1.7 Nguyên tắc điều chế vector điện áp

Sector 1:[d1_d2] = _U¹

<small>dc</small>[³^⁄ −√32⁄

] [^U_U^sα<small>sβ</small>]Sector 2:

[d1] = ¹ [−3

2⁄ ^√32⁄_{] [}Usα]

Sector 4: [d1_d2] = ¹

<small>U</small>_dc[₋₃⁰ ^{− 3}^√2⁄ ^√3_2⁄^{] [}

UsαU_sβ^]Sector 5:

[d1] = ¹[−3

2⁄ −√32⁄_{] [}Usα

]

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>• Bước 4: Tính tốn thời gian điều chế ực hiện nhánh van mạch nghịch lưu thtrong mỗi chu kỳ 𝑻</b>_𝐬

Đảm bảo số lần chuyển mạch ít nhất (mỗi lần chuyển chỉ có một nhánh cầu chuyển mạch)

Trình tự chuyển mạch:

• Sector 1: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟏 → 𝒖𝟐 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟐 → 𝒖𝟏 → 𝒖𝟎• Sector 2: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟑 → 𝒖𝟐 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟐 → 𝒖𝟑 → 𝒖𝟎• Sector 3: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟑 → 𝒖𝟒 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟒 → 𝒖𝟑 → 𝒖𝟎• Sector 4: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟓 → 𝒖𝟒 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟒 → 𝒖𝟓 → 𝒖𝟎• Sector 5: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟓 → 𝒖𝟔 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟔 → 𝒖𝟓 → 𝒖𝟎• Sector 6: 𝒖𝟎 → 𝒖𝟏 → 𝒖𝟔 → 𝒖𝟕 → 𝒖𝟔 → 𝒖𝟏 → 𝒖𝟎

Hình 1.8 Các mẫu xung chuẩn đưa ra trong mỗi sector

Căn cứ vào đặc điểm kênh PWM trong các vi điều khiển (thực chất là bộ đếm tiến lùi), ta sẽ xác định được hệ số điều chế cho nhánh van mạch nghịch lưu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Bảng 3 Hệ số ều chế cho nhóm nhánh van của mạch nghịch lưuđi

Kết luận

Phương pháp SVM có nhiều ưu điểm: [2]

Tận dụng được điện áp một chiều tốt hơn phương pháp sinPWM

Linh hoạt tạo ra các mẫu xung khác nhau trong mỗi sector để phù hợp với các ứng dụng riêng biệt. Từ đó xuất phương pháp điều chế mới: điều chế ngẫu nhiên (giảm sóng hài điện áp tại lân cận tần số phát xung) và điều chế hai nhánh van (giảm số lần chuyển mạch)....

ợp cài đặt cho vi điều khiển hiện tạ

ảm sóng điều hịa bậGi c cao

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>CHƯƠNG 2. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NỐI LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM</b>

<b>Tiêu chuẩn về ện áp và tần sốđi</b>

<b>Hệ ống điện lướ ở ệt Nam sử dụng điện áp 3 pha 400V/230V và tần số thi Vi50Hz</b>

<b>Theo tiêu chuẩn TCVN 7995 – 2009:</b>

• Điện áp vượt quá 230/400 V thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp nặng và cơ sở thương mại lớn.

• Trong điều kiện vận hành bình thường, khuyến cáo rằng điện áp tại các đầu nối nguồn không nên vượt quá ± 10 % so với điện áp danh nghĩa của hệ thống.

Hình 2.1 Hệ ống điện xoay chiều có điện áp danh nghĩa đến và bằ 1000 V th ngvà thiết bị liên quan

<b>Tiêu chuẩn về ất lượng điện năngch</b>

• Tiêu chuẩn IEEE 519 1992 về sóng hài dòng & áp: Bảng 4 Tiêu chuẩn IEEE 519 1992

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

• Theo Thông tư 39 của bộ công thương:

Với nhà máy điện: + 10% và – 05 %

• Trong trường hợp sự cố nhẹ , dao động điện áp cho phép trong khoảng +5% và 10% so với điện áp tiêu chuẩn.

• Trong trường hợp sự cố nghiêm trọng, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp tiêu chuẩn.

Sóng hài điện áp

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Nhấp nháy điện áp:

Dòng ngắn mạch:

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN</b>

I_om= I_o. √2 = 7,58. √2 = 10,72 (A) Xác định dòng đỉnh qua van và diode: 𝑰<small>𝒑𝒆𝒂𝒌</small> (𝑨)

I_peak= I_om= 10,72 (A)

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Tính tốn dịng qua van và diode: 𝑰<small>𝑽𝑨𝑽𝑮</small>, 𝑰<small>𝑫𝑨𝑽𝑮</small>, 𝑰<small>𝑽𝑹𝑴𝑺,</small>𝑰<small>𝑫𝑹𝑴𝑺</small>( )𝑨

Hình 3.1 Dạng dịng qua van IGBTTừ dạng dịng qua van IGBT, ta tính được:

Dịng trung bình qua van IGBT :𝑰<small>𝑽𝑨𝑽𝑮</small> = ¹

2π^{∫ I}<small>omπφ</small>

sin θ − φ dθ( ) = ^{1 + cosφ}_2π I_om [3] = (1 + 0.8)/(2 ∗ π) ∗10 72. = 3.07 (𝐴)

Dòng hiệu dụng qua van IGBT :

𝑰<small>𝑽𝑹𝑴𝑺</small>= √¹_2π ∫ (I_omsin(θ − φ))<small>2π</small>

dθ = I_om. √¹2π⁽

sin(2𝜑)4 ⁻

2^{) = 5.22 (𝐴)}Tính tốn dịng qua van và diode: 𝑰<small>𝑽𝑨𝑽𝑮</small>, 𝑰<small>𝑫𝑨𝑽𝑮</small>, 𝑰<small>𝑽𝑹𝑴𝑺,</small>𝑰<small>𝑫𝑹𝑴𝑺</small>( )𝑨

Hình 3.2 Dạng dịng qua diodeTừ dạng dịng qua diode, ta tính được:

Dịng trung bình qua van diode :

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Dịng hiệu dụng qua diode :

𝑰<small>𝑫𝑹𝑴𝑺</small>= √¹

2π^{∫ (I}<small>om</small>sin(θ − φ))<small>2φ</small>

dθ = I_om. √¹2𝜋⁽

4 ^{) = 1.22 (𝐴)}Chọn van IGBT

Từ các thơng số tính tốn ở trên ta được bảng tính tốn các thơng số cho nghịch lưu nguồn áp ba pha nối lưới.

Bảng 6 Tính tốn các thông số cho nghịch lưu nguồn áp ba pha nối lưới.Dòng tải yêu cầu ( 𝐼_𝑜) 7.5758 ABiên độ của dòng tải ( 𝐼_𝑜𝑚) 10.7137 ADòng hiệu dụng qua van IGBT (𝐼<small>𝑉𝑅𝑀𝑆</small>) 5.2156 ADòng hiệu dụng qua Diode (𝐼_{𝐷𝑅𝑀𝑆}) 1.2221 ADịng trung bình qua van IGBT (𝐼_{𝑉𝐴𝑉𝐺}) 3.0693 ADịng trung bình qua Diode (𝐼_{𝐷𝐴𝑉𝐺} ) 0.3410 ADịng đỉnh qua van và diode (𝐼_{𝑝𝑒𝑎𝑘}) 10.7137 VĐiện áp ngược lớn nhất qua van và diode (𝑈_{𝑛𝑔.𝑚𝑎𝑥}) 600.0000 V

Từ các thông s trên chố ọn IGBT <b>6MBP25RA120 </b>có thơng số kỹ thuật

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Tính tốn tổn hao qua van và diodeTổn hao qua van và diode

Tổn hao qua IGBT và diode (𝐏_𝐥), cũng như tổn hao trong bất kỳ thành phần bán dẫn nào, gồm 3 thành phần:

a) Tổn hao dẫn điện (𝐏<small>𝐜</small>)b) Tổn hao chuyển mạch (𝐏_𝐬𝐰)

c) Tổn hao do rị rỉ (𝐏_𝐛), thường được bỏ qua.Do đó, tổn hao qua IGBT và diode được xác định:

𝐏<small>𝐥</small>= 𝐏<small>𝐜</small>+ 𝐏<small>𝐬𝐰</small>+ 𝐏<small>𝐛</small>≈ 𝐏<small>𝐜</small>+ 𝐏<small>𝐬𝐰</small>

<b>• Tổn hao n (𝐏dẫ</b> _𝐜)

Điện áp 𝐮<small>𝐂𝐄</small> khi IGBT ở ạng thái dẫtr n: 𝐮_𝐂𝐄= 𝐮_𝐂𝐄𝟎+ 𝐫_𝐂𝐢_𝐂Điện áp 𝐮<small>𝐃</small>trên diode:

𝐮 = 𝐮<small>𝐃𝐃𝟎</small>+ 𝐫<small>𝐃</small>𝐢<small>𝐃</small>

Giá trị tức thời của tổn hao dẫn trên IGBT:

𝐏<small>𝐂𝐓</small>(𝐭) = 𝐮 ( )<small>𝐂𝐄</small>𝐭 . 𝐢<small>𝐂</small>(𝐭) = 𝐮<small>𝐂𝐄𝟎</small>. 𝐢 (𝐭) + 𝐫<small>𝐂</small> _𝐂𝐢<small>𝐂</small> (𝐭)Giá trị tức thời của tổn hao dẫn trên diode:

𝐏<small>𝐂𝐃</small>(𝐭) = 𝐮<small>𝐃</small>( )𝐭 . 𝐢 (𝐭) = 𝐮<small>𝐃𝐃𝟎</small>. 𝐢 (𝐭) + 𝐫<small>𝐃𝐃 𝐃</small>𝐢 <small>𝟐</small>(𝐭)

Nếu dịng trung bình qua IGBT, diode lần lượt là 𝐈_{𝐂𝐀𝐕𝐆}, 𝐈_{𝐃𝐀𝐕𝐆}và dòng hiệu dụng 𝐈<small>𝐂𝐑𝐌𝐒</small>, 𝐈_{𝐃𝐑𝐌𝐒}thì tổn hao dẫn của IGBT, diode trong khoảng thời gian chuyển mạch (𝐓_𝐬𝐰= ^𝟏

<small>𝐟</small>_𝐬𝐰) là:

𝐏<small>𝐂𝐓</small>= ^𝟏𝐓<small>𝐬𝐰</small>

∫ 𝐏<small>𝐂𝐓</small>( )𝐭 𝐝𝐭

= ^𝟏𝐓<small>𝐬𝐰</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Tổn hao đóng cắ ủa IGBT và diode: t c

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Tính tốn tổn hao

Hình 3.4 Datasheet IGBT 6MBP25RA120

Dựa trên đặc tính 𝐕_𝐂𝐄− 𝐈_𝐂<b> và 𝐕</b>_𝐟− 𝐈_𝐟<b> từ Datasheet IGBT 6MBP25RA120 ta xác </b>

định được:

r_C=^ΔU^CEΔI_C ⁼

10^{= 0.03 (Ω , U}⁾ ^CE0^{= 1.3 (V)}r_D=^ΔU^D

ΔI_D ⁼0.3

10^{= 0.03 (Ω) , U}^D0^{= 1.7 (V)}Tổn hao dẫn của IGBT, diode:

P_CT= U_CE0. I_CAVG+ r_C. I_CRMS<small>2</small>= 1.3 ∗ 3.07+ 0.03∗ 5.22<small>2</small>= 4.81 (W)P_CD= U_D0. I_DAVG+ r_D. I_DRMS<small>2</small>= 1.7 ∗ 0.34+ 0.03∗ 1.22<small>2</small>= 0.62 (W)Dựa trên đặc tính 𝐄 − 𝐈_𝐂<b>, </b>tổn hao đóng cắ ủa IGBT, t c

diode là:

P<small>swT</small>= (E<small>onT</small>+ E<small>offT</small>). f<small>sw</small>

= (0.6 + 0.5). 10<small>−3</small>. 10<small>4</small>

= 11 (W) P_swD= E_rr. f_sw

= 0.2.10<small>−3</small>. 10<small>4</small> = 2 (W)

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

∆𝑃 = 6.(4,81 + 0,62 + 11 +2) = 110,58 (W)

Từ các tính tốn ở trên ta được bảng tính tốn tổn hao cho van và diode:Bảng 7 Tính tốn tổn hao cho van và diode

<b>Tổn hao dẫn của IGBT (</b>𝐏<small>𝐂𝐓</small><b>)</b> 4.8061 W

<b>Tổn hao dẫn của Diode (</b>𝐏_𝐂𝐃<b>)</b> 0.6246 W

<b>Tổn hao đóng cắ ủa IGBT (t c</b> 𝐏<small>𝐬𝐰𝐓</small><b>)</b> 11.0000 W

<b>Tổn hao đóng cắ ủa Diode (t c</b> 𝐏<small>𝐬𝐰𝐃</small><b>)</b> 2.0000 W

<b>Tổn hao qua 6 cặp IGBT DIODE</b> 110.5840 W

• Có nhiều loại driver khác nhau phù hợp vào từng yêu cầu thiết kế.

• Thiết kế driver là điều tối quan trọng khi thiết kế một mạch điện tử cơng suất.• Về ngun tắ các driver cho MOSFET và IGBT là giống nhau. MOSFET là c

thiết bị điều khiển bằng điện áp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Các bước cơ bản khi thiế ế driver:t kChọn cấu hình Gate DriverTính tốn dịng điện peak cực GXác định điện áp điều khiển V_GSLựa chọn điện trở cổngThiết kế mạch Driver

<b>Bước 1: Chọn cấu hình Gate Driver</b>

Các cấu hình Gate Driver thơng dụng bao gồm: Boostrap

Cách ly quangBiến áp xung

Đặc điểm, ứng dụng của các cấu hình Gate Driver thơng dụng:

<b>• Boostrap</b>

Đơn giản, ứng dụng caoKhơng có q độ Khơng cách ly

Tần số chuyển mạch khơng cao

Thích hợp cho các ứng dụng cơng suất nhỏ

<b>• Cách ly quang</b>

Có cách ly

Tần số hoạt động caoNhỏ gọn

Giá thành tương đối cao

Hình 3.7 Boostrap

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>• Biến áp xung</b>

Giá thành rẻ, dễ sử dụngTrễ lan truyền nhỏCó cách ly Cồng kềnh Giới hạn duty cycle

Phụ thuộc vào chất lượng điện áp

<b>Bước 2: Tính tốn dịng điện peak cực G</b>

Dòng điện peak cực G:

𝐈<small>𝐎𝐍</small>= ^𝐐<small>𝐆</small>

; 𝐈<small>𝐎𝐅𝐅</small>= ^𝐐^𝐆𝐭<small>𝐨𝐟𝐟</small>

<b>o Lưu ý:</b>

• Tụ ký sinh trên cổng lớn• Cần q độ nhanh• Điện áp điều khiển lớn

Dịng điều khiển cao hơn

<b>o Nếu chọn 𝐭</b>_𝐨𝐧<b>và </b>𝐭<small>𝐨𝐟𝐟</small><b>nhỏ:</b>

• Giảm tổn thất chuyển mạch.

Hình 3.9 Biến áp xung

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>Dòng ra mức thấp (sink): thể hiện khả năng của Driver để đưa dịng điện tới </b>

van khi nó đang hạ áp, cần chọn Driver có dịng sink sao cho:𝐈_{𝐬𝐢𝐧𝐤}> 𝐈_𝐎𝐍⇒ 𝐈_{𝐬𝐢𝐧𝐤}> 𝟎.𝟒𝟐 (𝐀)

<b>Dòng ra mức cao (source)</b>: thể ện khả năng của Driver để đưa dòng tới van hikhi nó đang tăng áp, cần chọn Driver có dòng source sao cho

dòng peak tăng vọt gây phá hủy van.

<b>• Để tố ưu hiệu suất driver, đề xuấi t cấu hình on off (</b>𝐑_{𝐠_𝐨𝐧}<b> và </b>𝐑_{𝐠_𝐨𝐟𝐟}<b>).</b>

<small>I</small>_on − Rg<small>_int</small> ≈ 30 (Ω)R_off=^V<small>GS_max</small>

<small>I</small>_off − Rg__int 100 ≈ (Ω)

Hình 3.10 Cấu hình on off

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>Thiết kế mạch lọc LCL</b>

Bộ lọc LCL có nhiệm vụ lọc sóng hài bậc cao cho ngõ ra của nghịch lưu trước khi kết nối với lưới điện. Tuy nhiên, bộ lọc lại có thể gây cộng hưởng tần số nguy hiểm cho lưới điện.

Điện trở damping được mắc nối tiếp với tụ lọc để ử ảnh hưởng khcủa mạch lọc LCL tại tần số cộng hưởng.

. Các thông số cơ bản:

Từ các tham số mạch lực, ta có các thơng số cơ bản cho bộ lọc LCL:• Giá trị ệu dụng điện áp dây lướhi i: E = U_n _phaRMS. √3 =380 (V)• Giá trị cơng suất thiết kế của hệ ống: th P_n = 5000 (W)• Giá trị tần số góc cơ bản của lưới điện: ω<small>n</small>= 100π (rad/s) • Giá trị cơ bản của trở kháng hệ thống:

P_n ⁼380<small>2</small>

5000^{= 28 88}^{. (Ω)}• Giá ị cơ bản của dung kháng hệ tr thống:

C<small>b</small>= ¹ω_nZ_b⁼

100π ∗28 88. ^{= 110 21}^{. (μF)}• Giá trị cơ bản của cảm kháng hệ thống:

100π^{= 91 93}^{. (mH)}

Tính tốn thiết kế

Để thiết kế bộ lọc LCL ta có các bước sau:

Bước 1: Chọn giá trị đập mạch dịng điện cho phép (%ripple) là 40%, tính được giá trị ện cảđi m 𝐿_𝑖

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Bước 2: Chọn giá trị công suất phản kháng hấp thụ (%x) là 2.5%, tính được giá trị ện dungđi C<small>f</small>

|1 − 18 04r. |^{= 0.2}⇒ r = 0.33

lưới đến một nửa tần số đóng cắt, để tránh các vấn đề cộng hưởng ở ần dưới và phần trên của phổ ph hài gây nguy hiểm cho lưới điện [4].

Tần số cộng hưởng:

f_r𝑒𝑠= ¹2π^√

L_i+ L_g

L LC ^{= 4590 (Hz)}

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Bước 5: Xác định giá trị điện trở damping, điện dung tụ DCGiá trị của điện trở damping được xác định bằng 1/3 giá trị dung kháng tại tần số cộng hưởng

R_d= ¹3ω_resC_f⁼

3 ∗ 2π ∗ 4590 ∗ 2.76 10∗ <small>−6</small>= 4.2 Ω ( )Giả sử ện áp trên tụ ợc giữ bằng hằng số trong 2 chu kỳ ới, ta tính đi đư lưđược năng lượng của tụ ện DC link:đi

Q_c= 2P_nT_n=^2Pⁿf_nC<small>DC</small>=^2Q^c

U_DC<small>2</small> = ^4PⁿU_DC<small>2</small> f_n⁼

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

• Từ thơng đỉnh làm việc được chọn 0.6 (T). Với Bmax càng lớn thì kích thước lõi càng nhỏ nhưng độ tự cảm sẽ bị ảm sâu do đặc thù lõi giPowder core.

• Mật độ dịng điệ J được lựa chọn 450 (A/cm2). Mật độ dòng càng n lớn thì kích thước dây dẫn nhỏ, chi phí tiết kiệm nhưng điện trở DC lại tăng lên. Thông thường J đượ ựa chọn từ 300 – 1000 (A/cm2).c l• Window utilization factor (K ) được chọn là 0.32. Để tránh hiệ ứng <small>u</small> u

gần (proximity effect), thường chỉ quấn 1 lớp dây nên sẽ chọn K <small>u</small>

Từ hệ số A tính được, chọn lõi CH508060 với độ từ <small>p</small> thẩm 𝜇 = 60.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

• Giả sử tại điểm làm việc định mức, độ từ cảm giảm đi 30%, hệ số AL chỉ còn 51,1 (nH/N ). Từ đó, tính được số vịng quấn dây:<small>2</small>

𝑁 =√ _𝐴 ^𝐿

<small>𝐿×10−9×𝑛</small>≈ 185 vịng Hình dưới m tả quan hệ ữa A vơ gi <small>L</small> à F=N.I:

<b>Hình 3.12: Quan hệ AL NI của lõi CH508060</b>

• Tính tốn ng kớnh dõy qun:

=  ì⁴

= 0.174 (cm).ã Tớnh toán tổn hao:

Tổn hao đồng một chiều:+ MLT = 6,4 (cm)

+ Với thơng số dây, ta tính được điện trở một chiều của dây quấn:𝑅_𝑑𝑐= 𝑁 × 𝑀𝐿𝑇 ×(^𝛺

𝑐𝑚) = 0.0616 (𝛺)

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Bảng AWG=> Tổn hao đồng một chiều:

𝑃<small>𝑑𝑐</small>= 𝐼_𝑟𝑚𝑠<small>2</small> × 𝑅_𝑑𝑐 = 3,54 (𝑊)

Tổn hao đồng xoay chiều:

+ Tỉ số ện trở xoay chiều so với điện trở một chiềđi u được tính như sau:𝑅_𝑎𝑐

= 𝐴 × (^{sinh(2𝐴) + sin(2𝐴)}cosh 2𝐴 − cos 2𝐴( ) ( )⁺

2 × 𝑁_𝑙<small>2</small>− 1

sinh(𝐴) − sin(𝐴)cosh(𝐴)+ cos(𝐴)⁾

Trong đó,N là số lớp dây quấn, cịn A được tính theo:<small>l</small>

𝐴 = (^𝜋4⁾

×^𝑑^𝑏𝛿 × √^𝑑

<small>( )∗</small>

Trong đó, d và d lần lượt là đường kính dây trần và đường kính tính cả <small>b </small>

cách điện của dây, là độ 𝛿 thấm bề mặt

+ Sau khi thay số, ta tính được điện trở Rac = 0.404 (Ω).

</div>