tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu bộ biến đổi front – end trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’

23 366 0
  • Loading ...
1/23 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 18/08/2015, 20:46

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, bộ nguồn điện nói chung là một khái niệm rất quen thuộc trong đời sống hàng ngày. Trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt thường nhật, bộ nguồn điện không chỉ có chức năng cung câp nguồn điện mà nó còn giúp biến đổi, chuyển hóa các mức điện áp và dòng điện phụ thuộc vào từng yêu cầu của tải.Sự đa dạng về tải tiêu thụ đặt ra các yêu cầu cao hơn về nguồn cung cấp như hiệu suât, mật độ điện năng cao, cung cấp nhiều tải cùng lúc, tổn thất trong mạch nhỏ, độ bền vật liệu, kích thước nhỏ gọn, dải điện áp và dòng điện ra đa dạng…Với những yêu cầu ngày càng cao đó, hệ thống nguồn phân tán DPS ra đời như là một nhu cầu cấp bách, mà nó có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu đặt ra. Hệ thống nguồn phân tán DPS là một khái niệm tương đối rộng, nó bao gồm nhiều khâu, nhiều bộ biến đổi kết hợp với nhau trong một bo mạch khép kín để tạo ra dạng dòng và áp duy nhất cung cấp cho tải như các bộ PFC (Power Factor Correction), bộ biến đổi DC/DC, cấu trúc bus trung gian (Intermediate Bus Architecture)…Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, tôi xin trình bày chủ yếu về bộ biến đổi cộng hưởng LLC là một trong những phương pháp tối ưu khi chọn bộ DC/DC. Qua đó thiết kế thử nghiệm và mô phỏng để so sánh giữa tính toán và thực nghiệm. Được sự hướng dẫn của Thầy giáo TS. Trần Trọng Minh - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu bộ biến đổi Front – End trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’’. Luận văn của tôi gồm có 6 chương sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống nguồn phân tán DPS Chương 2: Bộ PFC(Power Factor Correction) Chương 3: Bộ biến đổi cộng hưởng Chương 4: Thiết kế thử nghiệm bộ biến đổi 1 Chương 5: Thiết kế mạch phản hồi Chương 6: Mô phỏng Kết luận và kiến nghị Đề tài đã được hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự chỉ bảo, giúp đỡ động viên của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo - TS Trần Trọng Minh, người đã luôn quan tâm động viên, khích lệ và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Các vấn đề được đề cập đến trong quyển luận văn này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011 Tác giả Dương Quốc Cường 2 Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NGUỒN PHÂN TÁN DPS 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống nguồn DPS (Distributed Power System) 1.2. Cấu trúc nguồn DPS 1.2.1. Bộ PFC(Power Factor Correction) 1.2.2. Bộ DC/DC 1.2.2.1. Nguyên lý cộng hưởng 1.2.2.2. Tìm hiểu nguyên lý chuyển mạch ZVS và ZCS a. Chuyển mạch ZCS (Zero Current Switching) b. Chuyển mạch ZVS (Zero Voltage Switching) 1.2.2.3. Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng tải 1.2.3. Tải tiêu thụ 1.3. Ưu nhược điểm của nguồn DPS 1.4. Ứng dụng và phương hướng phát triển nguồn DPS 1.5. Kết luận Với sự phát triển trong ngành công nghệ thông tin, thị trường cấp nguồn cho các thiết bị viễn thông và máy tính luôn luôn tăng trưởng mạnh mẽ. Hệ thống nguồn DPS đã được chấp nhận rộng rãi PFC Front – End Rectifice Hình 1.1. Cấu trúc nguồn phân tán 3 trong các ứng dụng viễn thông và máy tính với tính năng hiệu suất và ổn định cao. Một trong những khối quan trọng trong nguồn DPS, bộ biến đổi DC/DC trong bộ biến đổi front-end vẫn đang chịu áp lực tăng hiệu suất và mật độ công suất. Gần đây, yêu cầu về mật độ công suất cao với dải tải rộng đang là yêu cầu cấp bách và bộ biến đổi cộng hưởng LLC ra đời với tính năng đạt hiệu suất cao với khả năng đáp ứng dải điện áp đầu vào rộng bởi vì đặc tính khuếch đại của nó. Ở chương sau, tôi đi sâu vào phân tích bộ biến đổi cộng hưởng LLC qua đó làm tiền đề để dễ dàng hơn trong việc thiết kế, mô phỏng. 4 Chương 2 Bộ PFC(Power Factor Correction) 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Ý nghĩa của hệ số công suất trong hệ thống cung cấp điện: 2.3 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất. 2.3.1 Điều chỉnh hệ số công suất tuyến tính 2.3.2 Điều chỉnh hệ số công suất phi tuyến tính 2.4 Chỉnh lưu tích cực 2.4.1 Chỉnh lưu có dòng đầu vào hình sin, hệ số công suất điều chỉnh được 2.4.2. Chỉnh lưu có điện áp ra cao hơn biên độ điện áp xoay chiều đầu vào sử dụng sơ đồ BoostRec một pha 2.5. Kết luận Qua phân tích và tìm hiểu về bộ PFC (Power Factor Correction) ta thấy việc thiết kế ra một bộ điều chỉnh hệ số công suất cho bộ chỉnh lưu là một ý tưởng có ý nghĩa thực tiễn cao. Thực tế hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện, chip điện tử đã cho ra đời nhiều dòng sản phẩm IC tương tự chuyên để xử lý trong các mạch điều chỉnh hệ số công suất (Power factor correction - PFC). Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn ,em sẽ phát triển ý tưởng này để chế tạo ra một bộ PFC sử dụng chỉnh lưu tích cực. 5 Chương 3 BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG 3.1. Giới thiệu qua các bộ biến đổi cộng hưởng phổ biến 3.1.1. Bộ cộng hưởng nối tiếp SRC (Series Resonant Converter) 3.1.2. Bộ cộng hưởng song song PRC(Parallel Resonant converter) 3.1.3.Bộ biến đổi nối tiếp-song song SPRC (Series-Parallel Resonant Converter) 3.2. Bộ cộng hưởng LLC 3.2.1. Giới thiệu chung 3.2.2. Sơ đồ bộ LLC Hình 3.7. Bộ biến đổi cộng hưởng LLC. 3.2.3. Các vùng làm việc Đặc tính của bộ biển đổi LLC có thể phân chia làm 3 vùng làm việc với 2 vùng ZVS và 1 vùng ZCS. 6 a. Vùng 1 Hình 3.12. Mô phỏng chế độ hoạt động ở vùng 1. b. Vùng 2 Hình 3.13. Mô phỏng chế độ hoạt động ở vùng 2. 7 c. Vùng 3 Hình 3.14. Mô phỏng chế độ hoạt động ở vùng 3. 3.2.4. Nguyên lý hoạt động Hình 3.15. Các vùng thời gian trong nguyên lý hoạt động. 3.3. Ưu điểm của bộ biến đổi cộng hưởng LLC Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các bộ biến đổi cộng hưởng khác như. 8 - Giảm tổn thất chuyển mạch thông qua chế độ chuyển mạch ZVS dẫn đến nâng cao hiệu suất. - Dải thay đổi tần số hẹp với dải tải rộng. - Chuyển mạch ZVS với cả chế độ không tải. - Năng lượng lan truyền trong mạch nhỏ. - Dải điện áp đầu vào lớn. - Đạt hiệu suất rất cao. - Điện áp ra nhỏ đi kèm với dòng lớn. - Chuyển mạch ZVS/ZCS đạt được với toàn bộ điều kiện hoạt động. 3.4. Một số mạch LLC trong thực tế 3.5. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi cộng hưởng 3.5.1. Phương pháp điều khiển tần số Ưu điểm: - Điều chỉnh tần số dải điều chỉnh rộng. - Cấu trúc điều khiển đơn giản Nhược điểm: Để đảm bảo van chuyển mạch trong điều kiện ZVS ta chỉ thay đổi tần số chuyển mạch trên tần số cộng hưởng. Vì vậy phương pháp này không đảm bảo luôn điều chỉnh trên tần số cộng hưởng. Ngoài ra khi trượt tần số đóng cắt thì điện áp đầu ra thay đổi nhiều tùy thuộc độ dốc đường đặc tính hàm truyền 3.5.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) 3.5.3. Điều khiển cả tần số và độ rộng xung 3.6. Kết luận Trong chương này, các bộ cộng hưởng lần lượt được phân tích và đánh giá để áp dụng vào bộ biến đổi front-end DC/DC. Mục tiêu là tìm ra một bộ thích hợp có khả năng đạt hiệu suất cao tại điện áp đầu vào cao và tổn thất chuyển mạch nhỏ nhất. Ba bộ biến đổi 9 truyền thống đưa ra là bộ SRC, PRC và SPRC. Tuy có những ưu điểm nhưng nhược điểm của cả ba bộ biến đổi là dải đầu vào bị hạn chế và không tận dụng được điện áp đầu vào cao. Trong khi đó bộ biến đổi LLC được ra đời như một giải pháp hiệu quả. Với bộ LLC, hiệu suất đầu vào tại điện áp cao được tối ưu hóa và bộ biến đổi vẫn có thể hoạt động ở dải điện áp đầu vào rộng. Qua các phân tích và đánh giá, bộ LLC tỏ ra là có thể làm tăng hiệu suất đáng kể cho bộ front-end DC/DC. Và để ổn định điện áp đầu ra của bộ biến đổi cộng hưởng LLC, trong luận văn này tôi sử dụng phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số, bởi vì qua phân tích các bộ điều khiển trên ta thây: Phương pháp điều khiển tần số có cầu trúc điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh tốt, tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển ít. 10 [...]... đáp ứng được yêu cầu bài toán KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận văn đã giới thiệu qua về hệ thống nguồn phân tán DPS đang được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực hiện nay Trong hệ thống nguồn phân tán, bộ biến đổi front- end vói thành phần chính là khối mạch cộng hưởng LLC đã được tôi tìm hiểu và phân tích, qua đó làm tiền đề cho việc thiết kế thử nghiệm một bộ nguồn áp dụng nguyên lý cộng hưởng... KẾ THỬ NGHIỆM Giả sử trong thực tế, ta thiết kế một bộ Front- End với các số liệu sau: * Bộ PFC(Power Factor Correction) - Điện áp đầu vào bộ PFC : 220 V (AC) - Tần số : 50 Hz - Điện áp đầu ra bộ PFC : 400 VDC - Công suất bộ PFC : 3000 W * Bộ biến đổi cộng hưởng LLC - Điện áp vào danh định : 400 Vdc ( đầu ra bộ PFC) - Điện áp đầu ra : 48V - Dòng điện đầu ra : 62,5A - Công suất bộ LLC : 3000W - Thời... liệu từ hóa, tần số hoạt động tối ưu nhất có thể lên đến MHz Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có thể tận dụng các vật liệu từ hóa này trong bộ biến đổi frontend 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất bản giáo dục, 2002 [2] Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [3] Hangseok Choi, Design Considerations... Qua đó thấy được, với những ứng dụng đòi hỏi điện áp đầu ra thấp và dòng điện cao thì bộ biến đổi cộng hưởng LLC là sự lựa chọn tối ưu nhất, đem lại hiệu suất cao và giảm tổn thất nhất so với các bộ biến đổi khác Kiến nghị: Phương hướng đề xuất nâng cao hiệu suất bộ biến đổi cộng hưởng LLC là bằng cách điều khiển thay đổi giá trị điện cảm từ hóa Lm, tổn thất chuyển mạch có thể kiểm soát được, điều này... đầu ra bộ PFC : 2500µF Hình 4.1 Sơ đồ bộ Front- End 4.1 Tính toán các thông số đầu vào - đầu ra 4.2 Xác định hệ số điện áp lớn nhất và nhỏ nhất 4.3 Tính toán các thông số mạch cộng hưởng 4.4 Tính toán chọn máy biến áp 4.4.1 Sơ đồ mạch điện tương đương của MBA 11 4.4.2 Tỷ số biến áp 4.4.3 Số vòng dây 4.4.4 Chọn lõi biến áp 4.5 Tính toán cho mạch chỉnh lưu 4.6 Tính toán chọn tụ cộng hưởng 4.7 Kết luận Ở... sau, ta sẽ đi vào phân tích và tính toán mạch điều khiển từ đó thiết kế hàm truyền mạch phản hồi thích hợp cho mạch điều khiển 12 Chương 5 THIẾT KẾ MẠCH PHẢN HỒI 5.1 Cấu trúc mạch phản hồi Hình 5.1 Cấu trúc mạch phản hồi bộ biến đổi LLC sử dụng bộ ghép quang 5.2 Phương pháp điều khiển phản hồi Có một vài phương pháp phân tích được áp dụng vào việc mô hình hoá tín hiệu nhỏ của bộ biến đổi cộng hưởng LLC... hoàn toàn so với điện áp uA, có dạng gần sin Không thể đạt được chất lượng dòng điện sin hoàn toàn trong phương pháp điều khiển này vì ảnh hưởng của độ đập mạch điện áp phía một chiều đưa về qua bộ điều chỉnh điện áp 17 6.2 Mô phỏng bộ biến đổi cộng hưởng LLC Hình 6.3 Sơ đồ bộ biến đổi cộng hưởng LLC trong Matlab Phần mô phỏng sẽ tập trung vào dạng điện áp trên tải, dòng điện và điện áp trên van, dòng... là sơ đồ mạch vòng kín tổng thể bộ nguồn Frond -End ứng dụng bộ PFC sử dụng chỉnh lưu tích cực và bộ cộng hưởng LLC với các số liệu cụ thể đã được tính toán ở chương 4 6.1 Mô phỏng bộ PFC sử dụng chỉnh lưu tích cực một pha Mô hình mô phỏng Bộ PFC sử dụng chỉnh lưu tích cực với dòng đầu vào hình sin, được xây dựng theo cấu trúc cho trên hình 6.1 Hình 6.1 Mô hình mô phỏng bộ PFC sử dụng chỉnh lưu tích cực... Ud và điện áp xoay chiều ngay đầu vào bộ biến đổi uAi, đã qua mạch lọc để thể hiện thành phần sóng cơ bản 50 Hz Có thể thấy sau 0,16 S điện áp một chiều đã đạt được giá trị đặt 400 V Điện áp một chiều có độ đập mạch không thể tránh khỏi ở tần số 100 Hz trong phương pháp điều khiển này vì bộ điều chỉnh dòng điện có dạng rất đơn giản Điện áp ngay đầu vào bộ biến đổi có dạng sin, chậm pha một góc nhỏ... (simplified describing function) Các phương pháp này được sử dụng rất thành công trong bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp LC Tuy nhiên khi áp dụng vào bộ biến đổi LLC thì chúng rất phức tạp Như một giải pháp thay thế các phương pháp trên, phương pháp mô phỏng miền thời gian (time-domain simulation) đã được đưa ra để mô hình hóa bộ cộng hưởng Phương pháp này được thực hiện với một tín hiệu đầu vào gây nhiễu, . hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp là: Nghiên cứu bộ biến đổi Front – End trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’ . Luận văn của tôi gồm có 6 chương sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống. phân tán 3 trong các ứng dụng viễn thông và máy tính với tính năng hiệu suất và ổn định cao. Một trong những khối quan trọng trong nguồn DPS, bộ biến đổi DC/DC trong bộ biến đổi front- end vẫn. rộng. Qua các phân tích và đánh giá, bộ LLC tỏ ra là có thể làm tăng hiệu suất đáng kể cho bộ front- end DC/DC. Và để ổn định điện áp đầu ra của bộ biến đổi cộng hưởng LLC, trong luận văn này tôi
- Xem thêm -

Xem thêm: tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu bộ biến đổi front – end trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’ , tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu bộ biến đổi front – end trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’ , tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu bộ biến đổi front – end trong hệ thống cung cấp nguồn phân tán’ , 2 Xác định hệ số điện áp lớn nhất và nhỏ nhất

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn