Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

Tải bản đầy đủ

Ta chọn van IRFP460:

Hình 3.1: Thông số kỹ thuật van IRFP460

3.2 Tính chọn tụ đầu vào mỗi cầu H
Tính chọn tụ điện dựa trên khả năng lưu trữ năng lượng trong một chu kỳ
điện áp lưới.
= 33,33 J
Giá trị tụ DC là:
C=
Chọn tụ đầu vào giá trị : 1000uF

3.3 Tính chọn mạch lọc
Page | 25

Méo dạng sóng hài gây ra bởi chuyển mạch trong các bộ biến đổi công suất
làm cho tổn hao công suất và suy giảm chất lượng tín hiệu. Vì lý do này nên giữa
các bộ Inverter ứng dụng nối lưới cần thiết kế mạch lọc để đảm bảo hiệu suất cũng
như chất lượng của lưới điện. Thực tế khi thiết kế mạch lọc gặp các vấn đề về kích
thước, giá thành và đáp ứng động kém. Do vậy cần tính toán, lựa chọn thông số
mạch lọc phù hợp với yêu cầu công nghệ cũng như là tính thực tế của nó.
Với bộ nghịch lưu đa mức ứng dụng PV nối lưới, các mạch lọc thường dùng
là L, LC, LCL. So với 2 mạch lọc L,LC thì mạch lọc LCL thường có chất lượng tốt
hơn cả, tuy nhiên mạch lọc này có thể gây mất ổn định bởi điểm trở kháng zero ở
một số tần số nhất định.
Để tránh được điều này, người ta dùng thêm các phần tử thụ động, cụ thể là đưa
điện trở nối tiếp tụ điện. Đây là giải pháp đơn giản, linh hoạt nhưng gây tổn hao
công suất và giảm khả năng loại bỏ sóng hài.

Page | 26

3.3.1 L filter
-

Hàm truyền bộ lọc với Vg=0:
Đồ thị bode với L = 2.3mH

Gl(s) =

-

Đặc điểm:
+ Độ dốc là 20 dB/decade trên toàn giải tần số. phù hợp với chuyển mạch
tần số cao
+ Khi cuộn cảm lớn gây giảm đặc tính động hệ thống.

3.3.2 LC filter
-

Hàm truyền với Vg = 0: Glc(s) =
Đồ thì bode với Lf = 2.3mH, Cf =

Page | 27

Đặc điểm:
+ Hàm truyền bậc 2, độ dốc chia ra làm 2 khoảng một khoảng 20
DB/decade và một khoảng 40 dB/decade.
+ Đặc tính suy giảm tốt hơn L-filter
+ Thích hợp với chuyển mạch tần số cao
3.3.3 LCL filter


-

-

Độ dốc của bộ lọc là 60dB với tần số trên tần số cộng hưởng, vì vậy tần
số chuyển mạch thấp hơn có thể sư dụng. Tách trở kháng giữa lưới và bộ
lọc tốt hơn, độ đập mạch qua trở kháng phía lưới bé với giá trị cuộn cảm
bé. Tuy nhiên, bộ lọc cũng có thể đem đến dao động và trạng thái không
ổn định co hệ thống.vì vậy thông số bộ lọc cần thiết kế chính xác theo
như tham số cụ thể của bộ chỉnh lưu.
Tham số quan trọng của bộ lọc là tần số cắt, tần số cắt phải bé hơn hoặc
bằng ½ tần số chuyển mạch, vì vậy bộ lọc phải có đủ sự suy giảm trong
phạm vi tần số chuyển mạch, tần số chuyển mạch phải có một khoảng đủ
từ tần số lưới
Tần số cắt có thể tính toán như sau:
Fres =
Bộ lọc LCL sẽ bị tổn hại từ hiện tượng quá dao động và sẽ khuếch đại tại
khu vực xung quanh tần số cắt. Khi đó, phương pháp damping có thể
được sử dụng để loại bỏ vấn đề này, cụ thể là dùng điện trở nối tiếp với tụ
và có thể được tính toán như sau:
Rsd =
Hàm truyền Vg =0 của bộ lọc không điện trở damping và có điện trở
damping:
• Không có damping:
=

Đồ thị bode với Li =2.3mH, Lg=1.4mH,Cf=5.4805.

Page | 28



Có damping:
Hàm truyền: =
Đồ thị Bode với Li= 2.3mH ; Lg = 1.4mH ; Cf = ; Rsd =

-

-

Có thể thấy khi có điện trở damping thì sự khuyếch đại xung quanh tần số
cắt đã giảm phần lớn, nhưng nhược điểm của phương pháp này là sự tổn
hao công suất và giảm hiệu suất của bộ lọc đáng kể.
Đồ thị bode tổng hợp các loại mạch lọc:
Page | 29

 Kết luận lựa chọn bộ lọc LCL với các ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:
Làm suy giảm sóng hài hiểu quả.
Đặc tính động tốt
Nhược điểm:
Có khả năng gây ra dao động ( do điểm zero impedance)
 Giải quyết: dùng điện trở damping nhưng gây tổn hao công suất và giảm
khả năng loại bỏ sóng hài


-

3.4 Tính toán tham số LCL
a. Cuộn cảm phía nghịch lưu (Li).
-

-

Cuộn cảm phía lưới và nghịch lưu làm giảm độ đập mạch của dòng điện,
giá trị cuộn cảm càng lớn thì độ đập mạch càng nhỏ. Nhưng giá trị lớn thì
đông nghĩa với kích thước, khối lượng, giá và điện áp rơi trên nó cũng
tăng lên. Nên phải chọn cuộn cảm có giá trị hợp lý để đảm bảo các yêu
cầu.
Độ đập mạch dòng điện đi qua cuộn cảm Li nằm trong khoảng 15% 40%:
0.15 0.4
Page | 30

Trong đó:
+
+
(1)
b.Tụ điện (Cf).
-

Tụ điện phải đảm bảo cho dòng hài bậc cao đi qua, đồng thời không làm
giảm hệ số công suất, nên công suất phản kháng của tụ phải nhỏ hơn 5%
công suất hiệu dụng đầu ra:
Qc

-

U : điện áp hiệu dụng cơ bản
: tần số góc lưới
Pn : điện áp hiệu dụng đầu ra
Sn: công suất toàn phần đầu ra 3 pha

Giả sử cos
C

(2)

c. Cuộn cảm phía lưới (Lg).
-

-

Thông số quan trọng nhất của bộ lọc là tần số cắt fc, tần số này phải đảm
bảo một khoảng so với tần số lưới và bé hơn 1/2 lần tần số chuyển mạch.
10 0.5
(3)
Bộ lọc LCL phải đảm bảo điện áp rơi trên 2 cuộn cảm nhở hơn 5% so với
điện áp lưới.
(4)

d. Điện trở damping R
-

Để đảm bảo hệ thống không dao động và hệ số khuyếch đại của bộ lọc
LCL quá lớn quanh khu vực tần số cắt thì điện trở damping được thêm
vào nối tiếp với tụ, nhưng cũng phải đảm bảo không gây tổn thất và suy
giảm khả năng lọc của LCL.
Điện trở được tính theo:
Page | 31

R=
Thay số với các tham số yêu cầu:
- Điện áp hiệu dụng của lưới: Un = 220V
- Công suất đầu ra nghịch lưu trên pha: Sn =
- Công suất tác dụng : Pn = Sa =5/3 KVA
- Điện áp một chiều đặt lên inverter: Udc =400V
- Tần số cơ bản của lưới : fn = 50Hz
- Tần số chuyển mạch : Fs = 10KHz
- Tần số cắt của LCL filter : Fres
 Thay số thu được kết quả sau:
• Biên độ dòng điện đầu ra : In=10.7A
• Cuộn cảm phía lưới
: Lg =3.12 mH
• Cuộn cảm phía nghịch lưu: Li=1.5 mH
• Tụ điện
: Cf=5.48
• Điện trở damping
: R = 4.53
• Tần số cắt
: fc = 2137 Hz

(5)

Page | 32

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU 5 BẬC NỐI
TẦNG BẰNG MATLAB
4.1 Xây dựng khối PWM

Hình 5.1a: Sơ đồ khối PWM tương ứng với 3 pha của bộ nghịch lưu đa mức

Hình 5.1b: Sơ đồ khối 1 kênh PWM pha A

Page | 33

4.2 Xây dựng khối mạch lực

Hình 5.2: Sơ đồ mạch lực nghịch lưu đa mức 3 pha nối tầng cầu H

Hình 4.2 là sơ đồ mạch lực nghịch lưu đa mức 3 pha nối tầng cầu H. Ở đây ta
mong muốn điện áp ra gồm 5 mức nên ta xây dựng mỗi pha dùng 2 cầu H, đầu vào
mỗi cầu H là một nguồn 1 chiều có độ lớn bằng nhau. Van sử dụng là IGBT hoặc
Mosfet. Thực tế ta dùng Mosfet để giảm độ sụt áp trong quá trình van đóng cắt.

Page | 34