Bộ biến đổi cộng hưởng LLC ba pha xen kẽ với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, mô hình cộng hưởng LLC xen kẽ ba pha kết nối hình sao dây quấn sơ cấp các biến áp kết hợp với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB cho thấy khả năng cân bằng dòng cộng hưởng giữa các pha được cải thiện đáng kể, khắc phục được nhược điểm sự bất đối xứng do sai số linh kiện giữa các khối cộng hưởng. Do đó, độ đập mạch dòng điện đẩu ra giảm đáng kể cho phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn hao công suất và phân bố nhiệt tốt hơn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bộ biến đổi cộng hưởng LLC ba pha xen kẽ với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC BA PHA XEN KẼ VỚI KỸ THUẬT CÂN BẰNG DÒNG LƯỢNG GIÁC TCB Hoàng Trung Thông Trường Đại học Thủy lợi, email: thonght@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Bảng 1. Bộ biến đổi LLC là được cho hoạt Trong thời gian gần đây, bộ biến đổi cộng động với đầu vào 400V danh định từ tầng boost PFC. Biến áp cách ly được thiết kế tích hưởng LLC, đặc biệt với dạng bán cầu, đã được ứng dụng rộng rãi cho màn hình TV, hợp các thành phần từ hóa gồm điện cảm các máy tính nhỏ, nơi yêu cầu cao về hiệu công hưởng (LR) nối tiếp điện cảm shunt suất, mật độ công suất và việc đáp ứng theo (LM) trong cùng một cuộn cảm sơ cấp. Do đó, chuẩn EMC của các nguồn cấp chuyển mạch không cần thêm cuộn cảm cộng hưởng bên tần số cao (SMPS). Dòng điện chỉnh lưu hình ngoài. Cuộn dây thứ cấp biến áp được cấu sin bơm vào tụ đầu ra có thể được giảm nhẹ hình dạng center-tap, nối với các diode chỉnh bởi sử dụng nhiều nhánh nối song song như lưu Schottky đẩu ra nhằm giảm tổn hao công trong giải pháp hạ áp xen pha của bộ điều suất. Dung lượng tụ lọc đầu ra được chọn khá chỉnh điện áp. Cấu hình này đã được trình bày lớn để dễ giảm bớt độ đập mạch điện áp đầu trong các bài báo [1]-[3] cho 2 nhánh hoạt ra. Dòng điện đầu ra hình sin sau chỉnh lưu động lệch pha một góc 90 độ. Một trong có biên độ đập mạch đỉnh-đỉnh khá lớn. những nhược điểm của giải pháp này là sự mất cân bằng dòng điện do sự không đối xứng của các linh kiện cộng hưởng trong các nhánh. Để khắc phục nhược điểm trên, một cấu hình ba pha của bộ biến đổi cộng hưởng LLC với các cuộn dây sơ cấp biến áp tại các nhánh được nối hình sao khắc phục sự mất cân bằng dòng điện. Sơ đồ cơ bản của một pha LLC và Hình 1. Sơ đồ một bộ biến đổi cộng hưởng các đặc tính chính của bộ biến đổi công LLC một pha hưởng nhiều pha được trình bày tóm tắt trong mục 2. Mục 3 trình bày kết quả thiết kế bộ Bảng 1. Các tham số của bộ biến đổi điều khiển dùng kỹ thuật cân bằng hình học cộng hưởng LLC lượng giác dòng điện giữa các nhánh Điện áp đầu vào Vdc = 320  420V (Trigonometic Current Balancing: TCB) và Vdc Nominal 400V kết qủa mô phỏng ở mục 4 cho thấy độ ổn Điện áp ra Vout = 48V định điện áp đầu ra và hiệu suất cao của bộ Công suất tải đầu ra Pout = 3600W biến đổi ở vùng tải nhỏ. Tần số cộng hưởng fr = 200kHz Tần số làm việc lớn nhất fMAX = 230kHz 2. BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG BA PHA Tỷ số máy biến áp N = 4.1 XEN KẼ Tụ điện Cr Cr = 70.32nF Sơ đồ của mô hình cộng hưởng LLC một Điện cảm Lr Lr = 9.01uH pha dạng bán cầu như được mô tả trong hình 1 Điện cảm từ hóa Lm Lm = 3.92uH và các thông số khảo sát như liệt kê trong Tụ lọc đầu ra Cout = 10000uF 291
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có đập mạch 3. THIẾT KẾ BỘ CÂN BẰNG DÒNG điện áp trên tụ lọc đầu ra lớn bởi dòng điện ĐIỆN LƯỢNG GIÁC (TCB). trước khi chỉnh lưu qua cuộn dây thứ cấp của Như đã được nêu trong các phần trên, biến áp. Để giảm bớt dung lượng tụ điện dòng điện không cân bằng giữa các pha làm và/hoặc độ đập mạch điện áp đầu ra ở trạng độ đập mạch dòng điện đầu ra cao hơn, tổn thái ổn định, giải pháp xen kẽ các pha có thể hao trên các pha không đều nhau và hậu quả tiếp cận. nhiệt độ trong mạch cao hơn, giá trị đỉnh của Các bộ biến đổi công hưởng được nối song điện áp và dòng điện cao hơn và tổn hao dẫn song các nhánh để cấp nguồn cho cùng tải và cũng cao hơn. Nguyên nhân chính của sự cùng chia sẻ tụ lọc đầu ra có nhược điểm do không cân bằng dòng điện giữa các pha là do sự bất đối xứng của các linh kiện cộng hưởng sai số của các phần tử Cr, Lr, Lm giữa các trong các nhánh. Các nhánh làm việc cùng khối cộng hưởng LLC. Trong phần 4 sẽ trình tần số chuyển mạch được điều khiển bởi bày cơ sở toán học để phát triển kỹ thuật vòng điều chỉnh điện áp, trong khi sự bất đối TCB cho mạch không cần bằng. xứng của các linh kiện công hưởng khiến cho Dựa trên định luật cosin, mối quan hệ giữa ba pha xuất hiện các tỷ lệ biến đổi điện áp các góc và chiều dài các cạnh của một tam khác nhau. Hậu quả là dòng điện tải không giác có thể là sử dụng cho các véc tơ dòng được cung cấp cân bằng từ các pha và thậm điện trong mạch LLC ba pha. chí dòng ở một pha có thể suy giảm về Nếu góc giữa các vector dòng điện là không. Trong sản xuất loạt, ta không thể chính xác 120 độ, dòng điện ở các pha sẽ cân tránh sự bất đối xứng này, nên trong bài báo bằng. Trong trường hợp mạch là không cân này đề xuất một cấu hình ba pha với các cuộn bằng, ta có thể điều khiển hai biến biên độ và dây sơ cấp biến áp được nối hình sao như góc pha của điện áp đầu vào bằng chuyển trong hình 2. Với cấu hình này, khả năng cân mạch các van MOSFET. Biên độ của điện áp bằng tốt dòng điện cộng hưởng tốt giữa do đầu vào có thể thay đổi bằng cách điều chế điều chỉnh điện áp của điểm nôi hình sao. độ rộng xung PWM và góc pha có thể điều khiển bằng cách dịch pha điện áp đầu vào các pha. Các vector dòng điện không cân bằng với vector điện áp đầu vào được dịch pha cơ một góc cơ bản 120 độ. Ý tưởng là để chính xác góc giữa các vector dòng điện không cân bằng bằng cách thay đổi góc giữa các vector điện áp đầu vào để cho góc các vector dòng tiến tới 120 độ như trong Hình 3. Hình 3. Kỹ thuật cân bằng : dịch pha điện Hình 2. Bộ cộng hưởng ba pha xen kẽ với áp đầu vào để đưa góc pha dòng điện về 120 cuôn sơ cấp các biến áp nôi kiểu hình sao độ nhằm cân bằng dòng điện giữa các pha 292
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp đầu ra đạt trạng thái xác lập nhanh (sau 0.02s) sau 13O khi hệ thống bắt đầu được bật với độ quá điện áp là 2.5V (độ quá điều chỉnh = 5%) độ đập mạch dòng điện là 0.1A và khi cho tải thay đổi từ 100% xuống 50% tải thì độ quá điện áp là 0.4V, ổn định sau 0.01s. b) Không sử dụng phương pháp TCB Hình 5. Dạng dòng điện giữa các pha trước khi sử dụng TCB và sau khi sử dụng TCB 5. KẾT LUẬN Trong bài báo này, mô hình cộng hưởng LLC xen kẽ ba pha kết nối hình sao dây quấn t(s) sơ cấp các biến áp kết hợp với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB cho thấy khả năng cân bằng dòng cộng hưởng giữa các pha Hình 4. Mô hình mô phỏng Matlab/Simulink được cải thiện đáng kể, khắc phục được thay đổi tải đột ngột từ 100% nhược điểm sự bất đối xứng do sai số linh tải xuống 50% tải kiện giữa các khối cộng hưởng. Do đó, độ đập mạch dòng điện đẩu ra giảm đáng kể cho Hình dưới thể hiện kết quả mô phỏng đáp phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn ứng TCB với giả thiết mạch không đối xứng hao công suất và phân bố nhiệt tốt hơn. có tụ cộng hưởng Cr3 gấp 1.1 lần tụ Cr1 và Cr2. Dòng điện các pha lệch từ 8% xuống 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO còn 1% nhờ TCB. [1] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc, Bảng 2. Dòng điện trung bình trên : Nonlinear and Adaptive Control Design. các pha cộng hưởng John Wiley & Sons, Inc., New York 1995. [2] M. Gopinath, Bridgeless PFC Converter for Không sử dụng TCB Sử dụng TCB Power Factor Correction, Research Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 1 Pha 2 Pha 3 Scholar, Bharath University, Chenna, India [3] T. Jin and K.. Smedley: “Multiphase LLC 15A 12A 8A 12A 12.5A 11.5A series resonant converter for microprocessor voltage regulation”, IEEE 41st Industry Applications Conference – IAS, Vol. 5, 8- 12 Oct. 2006, pp. 2136 2143. 1O a) Sử dụng phương pháp TCB 293