Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Buck theo chế độ dòng điện đỉnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.33 MB, 25 trang )
Đề tài
Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho
bộ biến đổi Buck theo chế độ dịng
điện đỉnh
NHĨM 3
Power Electronics Laboratory
Cấu trúc
9/30/2021
1
u Cầu Thiết Kế
2
Mơ Hình Hóa
3
Cấu Trúc Điều Khiển
4
Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh
5
Kết Quả Mơ Phỏng
6
Kết Luận
Nhóm 3
2
Yêu cầu thiết Kế
Thiết kế bộ biến đổi buck :
U g 32V
Điện áp đầu vào
U 0 U c 20V
Điện áp đầu ra
Dòng điện tải đinh mức I dm 5 A( R 4)
Điện cảm
L 100 H
Điện dung
C 500 F
Tần số đóng cắt
f 100kHz
s
Đập mạch điện áp
Đập mạch dịng điện
1%
15%
L
iL
Q1
iC
uC
Ug
9/30/2021
D
NHĨM 3
C
R
3
Mơ hình hóa
Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình
-Với giả thiết xét ở điều kiện :
+Các phần tử thụ động L,C là tuyến tính
+Van bán dẫn đóng cắt lí tưởng
9/30/2021
NHĨM 3
4
Mơ Hình Hóa
Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình
-Trạng thái 1 (van Q dẫn ,D Khóa ) :
L
iL
iC
uC
Ug
C
R
Vg vc
iL
L L
v iL v0
c C RC
(1)
-Trạng thái 2(van Q khóa ,D dẫn ):
L
iL
iC
uC
Ug
9/30/2021
C
R
NHĨM 3
vc
iL L
v iL vc
c C RC
(2)
5
Mơ Hình Hóa
=>Mơ hình trung bình 1 chu kì điều chế của bộ biến đổi :
diL
L. dt d .u g uc
C. duc i uc
L
dt
R
9/30/2021
NHÓM 3
6
Mơ Hình Hóa
-Do mơ hình trung bình của bộ biến đổi buck là tuyến tính nên ta có
hàm truyền điện áp tải và dòng điện trên cuộn cảm như sau:
uc ( s )
R
4
Gvi ( s)
iL ( s) RCs 1 2e 3s 1
Khâu qn tính bậc nhất
9/30/2021
NHĨM 3
7
Cấu Trúc Điều Khiển
* Cấu trúc điều khiển gồm 2 vòng điều chỉnh:
- Vòng trong phản hồi dòng điện qua van
- Vịng ngồi phản hồi điện áp tải
9/30/2021
NHĨM 3
8
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
Để đơn giản ta coi hàm truyền mạch vòng trong xấp xỉ 1
=>hàm truyền giữa điện áp và dòng điện đặt là :
vc ( s)
R
Gvi* ( s) * k .
iv ( s) 1 s
wp
Với
1
1
wp
;k 1
RC 2e 3
Do hàm truyền là khâu quán tính bậc 1 , nên sử dụng bộ điều chỉnh PI
wl
G pi ( s) kc (1 )
s
Chọn
9/30/2021
wl wp để khử hằng số thời gian trong đối tượng điều khiển
NHÓM 3
9
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
*Tìm Kc
-Hàm truyền hệ kín của mạch vòng điện áp :
Gvi ( s)G pi ( s)
v0 ( s)
1
1
Gk ( s) *
v0 ( s) 1 Gvi ( s)G pi ( s) 1
Tqd s 1
s 1
kc Rw p
-chọn
9/30/2021
kc
Tqd 0.001s
NHÓM 3
C
5.105
Tqd
10
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
• Tổng hợp bộ bù độ nghiêng khi hệ số điều chế D 0.5
• -Lí do phải bù độ nghiêng :
• Xét dạng biến động dịng điện tại đầu mỗi chu kì
iL (0) I L 0 iL (0)
• Xét trong khoảng
0 t DT iL ( dTs ) ic iL (0) m1dTs
• Xét trong khoảng
DTs t T iL: (Ts ) iL (dTs ) m2 d 'Ts iL (0) m1dTs m2 d 'Ts
9/30/2021
NHÓM 3
11
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
Với buck-converter : m1
Trong chế độ xác lập
vg v0
L
vo
32 20
120.000; m2
200.000
100e 6
L
iL (0) iL (Ts ) , d D, m1 M 1 , m2 M 2
M 1 DTs M 2 D 'Ts 0
,Ta có
M2 D
'
M1 D
Biến động dịng điện đầu chu kì và cuối chu kì
m1
D
iL (Ts ) iL (0)
iL (0) '
D
m2
9/30/2021
NHÓM 3
12
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
Chu kì tiếp theo :
Chu kì n :
D
D
iL (2Ts ) iL (Ts ) ' iL (0) '
D
D
2
D
D
iL (nTs ) iL ((n 1)Ts ) ' iL (0) '
D
D
Để biến động dịng điện qua cảm nhỏ thì
biến động dịng qua cuộn cảm lớn
n
D 0.5 ,với D 0.5 thì
Để khắc phục ta bù 1 độ nghiêng vào mỗi chu kì điều chế
9/30/2021
NHĨM 3
13
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
* Tìm độ nghiêng mc
- Biến động dòng điện ở thời điểm thứ k:
i ' L (k ) iL (k ) iL (k ) m1dTs mc dTs
- Biến động dòng điện ở thời điểm thứ k+1:
i ' L (k 1) iL (k 1) iL (k 1) m2 dTs mc dTs
- Tỉ số sai lệch dòng điện giữa 2 giai đoạn :
iL (k 1) m2 mc
1
iL (k )
m1 mc
m2 m1
mc
80000
2
Chọn mc 125.000
9/30/2021
NHÓM 3
14
Tổng Hợp Bộ Điều Khiển
* Khâu điều chỉnh dòng điện phản hồi dịng điện qua van
9/30/2021
NHĨM 3
15
Kết Quả Mô Phỏng
* Mô phỏng hoạt động của mạch trên matlab , kiểm tra phản ứng của
mạch khi xảy ra các điều kiện sau :
- Giá trị đặt thay đổi ( D 0.5 và D 0.5 )
- Nguồn đầu vào thay đổi
10%
- Tải thay đổi (định mức-quá tải 80%)
9/30/2021
NHÓM 3
16
Kết Quả Mơ Phỏng
9/30/2021
NHĨM 3
17
Kết Quả Mô Phỏng
* Giá trị đặt thay đổi (D<0.5 và D>0.5)
Thay đổi điện áp đặt từ 15V lên 20V hay hệ số điều chế thay đổi từ 0.468 lên 0.625
Điện áp đầu ra bám theo sát giá trị đặt:
9/30/2021
NHÓM 3
18
Kết Quả Mơ Phỏng
- Dịng điện trên cuộn cảm
Dịng trung bình khi D=0.468 là 4A và độ đập mạch là 0.8A
Khi D=0.625 (chưa có bù độ nghiêng mc ) thì dịng trên cảm mất ổn
định
9/30/2021
NHĨM 3
19
Kết Quả Mơ Phỏng
Khi có bù góc nghiêng mc=125.000 thì dịng điện trên tải dao động ổn định có giá trị
trung bình bằng 5A và có độ đập mạch là 0.8A
9/30/2021
NHÓM 3
20
Kết Quả Mơ Phỏng
- Dạng tín hiệu khâu điều chỉnh dịng điện
9/30/2021
NHĨM 3
21
Kết Quả Mô Phỏng
*Nguồn đầu vào thay đổi (± 10%)
-Điện áp trên tải vẫn bám theo giá trị đặt , dịng diện trên cuộn cảm khá
ổn định, có độ đập mạch lớn nhất là 0.9A
9/30/2021
NHÓM 3
22
Kết Quả Mô Phỏng
* Tải thay đổi (từ định mức đến quá tải 80%)
Tại thời điểm xảy ra hiện tương quá tải thì áp sụt xuống 17V, sau khoảng thời
gian 0.01s thì lại ổn định trở lại và dịng điện quá tải tăng từ 5A đến 9A
9/30/2021
NHÓM 3
23
Kết Luận
-Độ đập mạch điện áp và dòng điện đúng với yêu cầu đề bài
- Bộ điều khiển dòng đỉnh buck converter có lợi thế là khơng cần tạo chênh nhau
về hằng số thời gian giữa 2 mạch vòng trong và mạch vịng ngồi
- Thiết kế bộ điều chỉnh đơn giản do đối tượng điều khiển có dạng đơn giản
- Có khả năng bảo vệ van vì khi dịng đỉnh qua van vượt q dịng đặt thì van sẽ
khóa lại
-Bộ biến đổi Buck là mơ hình tuyến tính, việc mơ hình hóa với tín hiệu nhỏ
là khơng cần thiết.
9/30/2021
NHĨM 3
24
Thank You
9/30/2021
NHÓM 3
25
