Luận văn Đề xuất hàm offset giảm tổn hao do sự chuyển mạch cho nghịch lưu cầu H-NPC 5 bậc (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Đề xuất hàm offset giảm tổn hao do sự chuyển mạch cho nghịch lưu cầu H-NPC 5 bậc (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THANH MINH NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT NGHỊCH LƯU GIẢM TỔN HAO DO CHUYỂN MẠCH CHO CẤU HÌNH NPC 5 BẬC CẦU H NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 0 5 2 0 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THANH MINH NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT NGHỊCH LƯU GIẢM TỔN HAO DO CHUYỂN MẠCH CHO CẤU HÌNH NPC 5 BẬC CẦU H NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THANH MINH NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT NGHỊCH LƯU GIẢM TỔN HAO DO CHUYỂN MẠCH CHO CẤU HÌNH NPC 5 BẬC CẦU H NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS QUÁCH THANH HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: Phan Thanh Minh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/03/1978 Nơi sinh: Quảng Binh Quê quán: Quảng Bình Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: E41 Lê Anh Xuâng, Khu phố Lê Anh Xuân, Phường Vĩnh Quang, Thành phố Rạch Giá, Tỉnh Kiên Giang. Điện thoại cơ quan: 0773 863 530 Di động: 0989220288 Fax: 0773 863 421 Email: ptminh@kgtec.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐẢO TẠO: Hệ đào tạo: Chính qui (chuyển tiếp), Thời gian đào tạo từ : 08/2008 đến 01/2010. Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM. Ngành học: Kỹ thuật Điện – Điện Tử. Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mạch điều khiển máy in hóa đơn. Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Chương. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 2010 Trường Cao Đẳng Giáo viên giảng dạy tại Đến nay Kinh Tế– Kỹ Thuật. Kiên Giang khoa Điện – Điện Tử i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 02 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phan Thanh Minh ii
6. LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Quách Thanh Hải,Ths. Đỗ Đức Trí, đã tận tình hướng dẫn tôi để thực hiện hoàn thành luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi. Xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ sử dụng phòng thí nghiệmĐiện tử công suất nâng cao D405vàthiết bị sử dụng trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sau đại học trên phòng thực tập Điện Tử Công Suất D405 đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Học viên Phan Thanh Minh iii
7. TÓM TẮT Đề tài này trình bày kỹ thuật điều chế sóng mang thông qua việc sử dụng hàm offset nhằm giảm tổn hao do sự chuyển mạch của các khóa công suất cho nghịch lưu cầu H-NPC 5 bậc. Kỹ thuật này sử dụng hàm offset là thành phần bậc 3 để chuyển các sóng điện áp điều khiển về ngưỡng cực đại hoặc cực tiểu của biên độ các sóng mang tại thời điểm dòng điện pha không đạt cực tiểu và biên độ dịch chuyển của điện áp điều khiển là cực tiểu. Khi điện áp điều khiển về ngưỡng cực đại hoặc cực tiểu của biên độ các sóng mang sẽ giảm giao cắt giữa sóng điều khiển và sóng mang để giảm số lần chuyển mạch ở vùng tổn hao do sự chuyển mạch lớn. Với kỹ thuật xây dựng hàm offset trình bày trong nghiên cứu, các khóa công suất đang chịu dòng tải lớn sẽ hạn chế chuyển trạng thái. Do đó tổng tổn hao do sự chuyển mạch sẽ giảm. Kết quả của giải thuật được kiểm chứng qua mô phỏng và thực nghiệm. Từ khóa: Điều chế sóng mang, hàm offset, giảm số lần chuyển mạch, nghịch lưu, 5 bậc. ABSTRACT This project presents a new carrier pulse width modulator algorithm to reduce switching loss in five-level H-bridge neutral point clamped inverter. The proposed technique is based on the offset function being 3rd harmonic voltage. The offset voltage will be added to the control voltages so that the voltage of phase which has absolute of load current largest move into top (or bottom) of the carriers. So reducing the intersection of control voltage in that phase and the carriers and then reducing the number of switching losses. With the pulse width modulation method and flexible offset voltages in this study, switching loss in a cycle will be decrease. Simulation and experiment results will be provides in order to validate the proposed algorithm. Keywords: carrier based pulse width modulation, offset function, reducing the number of switching losses, five-level h-bridge neutral point clamped inverter, control voltage iv
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH HÌNH x DANH SÁCH BẢNG xiii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. 1 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. 1 1.1.2 Các kết quả trong và ngoài nước đã công bố. 2 1.1.2.1Các công bố ngoài nước. 2 1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước: 2 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. 3 1.3 Mục đích của đề tài 4 1.4 Giới hạn của đề tài. 4 1.5 Phương pháp nghiên cứu. 4 1.6 Điểm mới của đề tài 5 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾ T 6 2.1Tổng quan về nghicḥ lưu. 6 2.1.1Khái niệm nghịch lưu. 6 2.1.2Phân loạivà phương pháp điều khiển nghịch lưu. 7 2.1.2.1Phân loại. 7 2.1.2.2Phương pháp điều khiển. 7 2.2 Các cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc 7 2.2.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu NPC (Neutral Point Clamped). 7 v
9. 2.2.2 Cấu trúc bộ nghịch lưu kẹp tụ (Flying capacitor inverter). 8 2.2.3Cấu trúc bộ nghịch lưu áp dạng Cascade. 9 2.2.4 Nhận xét. 10 2.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) cho bộ nghịch lưu đa bậc. 10 2.3.1 Các dạng song mang dùng trong kỹ thuật PWM. 10 2.3.2Phương pháp điều chế độ rộng xungPWM. 11 2.3.2.1Phương pháp điều chế độ rộng xung Sin PWM [1]. 11 2.3.2.2Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (MSPWM: Modified (PWM) 13 2.3.2.3Phương pháp điều chế vector không gian: 14 Chương 3. GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG GIẢM TỔN HAO DO SỰ CHUYỂN MẠCH CHO NGHỊCH LƯU CẦU H-NPC 5 BẬC 21 3.1Nguyên lý bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC. 21 3.2Kỹ thuật điều khiển bộ nghịch lưu ba pha 5 bậc H-NPC. 23 3.2.1Điện áp điều khiển uđkj. 23 3.2.2Điều chế PWM dùng nhiều sóng mang. 25 3.3Vấn đề tổn hao do chuyển mạch và đề xuất giải thuật. 27 3.4Vấn đề đề xuất. 27 3.5Giải thuật đề xuất 29 3.5.1Nguyên lý giải thuật. 29 3.5.2. Lưu đồ giải thuật. 31 3.6Mô phỏng giải thuật đề xuất trên bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC. 32 3.6.1Thông số mô phỏng. 32 3.6.2Mô hình mô phỏng. 33 3.6.3 Chức năng các khối trong mô hình. 33 3.6.3.1Khối tạo sóng điều khiển. 33 3.6.3.2Khối sóng mang và so sánh tạo xung kích. 34 3.7Kết quả mô phỏng với chỉ số điều chế m = 0.75 và tải R = 40Ω, L = 0,1H. 35 3.7.1Kết quả mô phỏng. 35 vi
10. 3.7.2Phân tích FFT. 37 3.8Kết luận. 38 Chương 4. MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 39 4.1 Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm. 39 4.2Sơ đồ nguyên lý và thực nghiệm các khối: 39 4.2.1Khối chỉnh lưu. 39 4.2.2 Khối công suất. 40 4.2.3 Khối mạch lái: 41 4.2.4 Khối nguồn: 42 4.2.5. Khối điều khiển (DSP TMS320F28335). 43 4.2.5.1 Các đặc điểm cơ bản của F28335: 43 4.2.5.2 Đặc điểm thiết kế phần cứng. 44 4.2.6 Khối cảm biến và khuếch đại tín hiệu cảm biến dòng. 44 4.2.7Khối lọc thông thấp. 46 4.3. Tổng thể mô hình thực nghiệm. 47 4.3.1 Mô hình thực nghiệm sử dụng tải điện trở và cuộn cảm R=40Ω, L=100mH. 47 4.3.2 Các thiết bị đo hỗ trở cho phần thực nghiệm. 47 4.3.3 Tải điện trở và cuộn cảm. 48 4.4 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm. 48 4.4.1 Kết quả xung kích. 49 4.4.2Điện áp pha tâm nguồn. 49 4.4.3Điện áp pha tâm tải. 51 4.4.4 Dòng điện 3 pha. 54 4.4.5 Điện áp tâm nguồn với dòng điện 3 pha. 54 4.4.6Độ lệch pha của dòng điện và điện áp. 56 4.4.7Phân tích FFT điện áp pha A tâm tải. 57 4.4.8 Thông số thực nghiêm điện áp pha, THD%, số lần chuyển mạch theo chỉ số m của giải thuật đề xuất. 58 4.4.9 So sánh giải thuật đề xuất với các kết quả đã công bố ở Việt Nam. 60 vii
11. 4.5 Kết luận. 62 Chương 5. KẾT LUẬN VÀHƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 5.1 Kết luận. 63 5.2 Hướng phát triển của đề tài. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 viii
12. DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT Ac : Biên độ đỉnh sóng mang Am : Biên độ đỉnh sóng điều khiển APOD : Alternative Phase Opposition Disposition - sóng mang dạng tam giác bố trí dịch pha 1800. fc : Tần số sóng mang fm : Tần số sóng điều khiển H-NPC : Neutral Point clamped Multilevel H-bridge Inverter - Nghịch lưu đa bậc kiểu diode kẹp cầu H m : Chỉ số điều chế. ma : Tỉ số điều chế biên độ mf : Tỉ số tần số MSPWM : Modified Sin Pulse width modulation – Điều chế độ rộng xung cải biên PD : In Phase Disposition - sóng mang dạng tam giác bố trí cùng pha. PWM : Pulse width modulation - điều chế độ rộng xung S : Các khóa đóng ngắt. THD : Total Harmonic Distortion - Tổng méo dạng do sóng hài. Vd : Điện áp DC của bộ chỉnh lưu. Vref : Điện áp tải tham chiếu. TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam. Min CM : Minimun Common mode. ix
13. DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1:Bô ̣nghicḥ lưu áp dang̣ NPC 8 Hình 2.2:Bô ̣nghicḥ lưu áp dang̣ kep̣ tu.̣ 8 Hình 2.3:Bô ̣nghicḥ lưu áp đa bâc̣ dang̣ cascade. 10 Hình 2.4:Dạng song mang APOD. 10 Hình 2.5: Dạng sóng mang PD 11 Hình 2.6: Dạng sóng mang POD. 11 Hình 2.7:Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế liên tục. 13 Hình 2.8:Đường đặc tuyến giữa chỉ số m và tỉ sốbiên độ sóng sin/sóng mang [1]. 13 Hình 2.9:Dạng sóng điều khiển và sóng mang. 14 Hình 2.10:Dạng sóng kích. 14 Hình 2.11:Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu 3 bậc. 16 Hình 2.12:Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu 5 bậc. 17 Hình 2.13:Phân tích phương pháp SVM. 18 Hình 3.1:Sơ đồ nguyên lý 21 Hình 3.2:Sơ đồ phân tích 1 pha 5 bậc H-NPC. 22 Hình 3.3:Sơ đồ khốitính uđkj. 23 Hình 3.4:Sơ đồ khối tạo xung PWM bằng nhiều sóng mang. 25 Hình 3.5:So sánh sóng mang và uđk tạo xung kích. 26 Hình 3.6:Kết quả mô phỏng so sánh 1 sóng sin với 4 sóng mang. 26 Hình 3.7:Mô tả nguyên lý giải thuật PWM cải biến giảm số lần chuyển mạch 28 Hình 3.8:Nguyên lý của giải thuật đề xuất. 30 Hình 3.9:Lưu đồ giải thuật đề xuất 31 Hình 3.10:Sơ đồ khối mô phỏng trong PSIM. 32 Hình 3.11:Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc H-NPC giảm tổn hao. 33 Hình 3.12:Khối tạo áp điều khiển. 33 Hình 3.13: Áp điều khiển 3 pha với dạng sóng sin cải biến. 34 Hình 3.14:Khối sóng mang và so sánh tạo xung kích. 34 Hình 3.15:Dạng sóng xung kích pha A. 34 x
14. Hình 3.16:Dạng sóng điện áp pha A, B, C tâm nguồn 35 Hình 3.17:Dạng sóng điện áp tâm tải 3 pha. 35 Hình 3.18:Dạng sóng dòng điện tải 3 pha. 36 Hình 3.19:Dạng sóng điện áp tâm nguồn pha A và dòng điên pha A 36 Hình 3.20:Dạng sóng điện áp tâm nguồn pha B và dòng điên pha B. 36 Hình 3.21:Dạng sóng điện áp tâm nguồn pha C và dòng điên pha C. 37 Hình 3.22:Kết quả phân tích FFT áp tải và dòng tải pha A. 37 Hình 4.1:Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm. 39 Hình 4.2:Sơ đồ nguyên lý và ảnh thực tế board mạch công suất. 40 Hình 4.3:Sơ đồ chân và hình dạng của IGBT FGA25N120 41 Hình 4.4:Sơ đồ nguyên lý mạch driver 41 Hình 4.5:Sơ đồ mạch driver thực nghiệm. 42 Hình 4.6:Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn. 42 Hình 4.7:Sơ đồ mạch nguồn thực nghiệm. 43 Hình 4.8:Kit vi xử lý DSP TMS320F28335. 43 Hình 4.9:CPU F28335. 44 Hình 4.10:Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến dòng. 45 Hình 4.11:Sơ đồ thực tế và nguyên lý mạch cảm biến dòng ACS 712. 45 Hình 4.12:Sơ đồ thực nghiệm mạch cảm biến dòng. 46 Hình 4.13:Sơ đồ nguyên lý thực nghiệm mạch lọc. 46 Hình 4.14:Mô hình tổng thể thực nghiệm 47 Hình 4.15:Máy hiển sóng Textronex và máy phần tích Hioki 3197 47 Hình 4.16:Modul tải điện trở và cuộn cảm 48 Hình 4.17:Dạng sóng xung kích 49 Hình 4.18:Dạng sóng điện áp pha A tâm nguồn. 49 Hình 4.19:Dạng sóng điện áp pha B tâm nguồn. 50 Hình 4.20:Dạng sóng điện áp pha C tâm nguồn 50 Hình 4.21:Điện áp tâm nguồn 3 pha 51 Hình 4.22:Kết quả mô phỏng và thực nghiệm điện áp pha A tâm tải 51 xi
15. Hình 4.23:Kết quả mô phỏng và thực nghiệm điện áp pha B tâm tải. 52 Hình 4.24:Là dạng sóng điện áp pha c tâm tải 52 Hình 4.25: Kết quả dạng sóng điện áp 3 pha tâm tải, mô phỏng và thực nghiệm 53 Hình 4.26:Kết quả dạng sóng điện áp pha tâm nguồn, mô phỏng và thực nghiệm . 53 Hình 4.27:Kết quả dạng sóng dòng điện 3 pha, mô phỏng và thực nghiệm 54 Hình 4.28: Kết quả dạng sóng dòng điện 3 pha và điện áp tâm nguôn pha A, mô phỏng và thực nghiệm 54 Hình 4.29: Kết quả dạng sóng dòng điện 3 pha và điện áp pha B, mô phỏng và thực nghiệm 55 Hình 4.30: Kết quả dạng sóng dòng điện 3 pha và điện áp pha C, mô phỏng và thực nghiệm 55 Hình 4.31: Kết quả thực nghiệm 56 Hình 4.32:Kết quả mô phỏng và thực nghiệm 57 Hình 4.33:Đặc tuyến điều khiển áp tải hiệu dụng pha A theo chỉ số m 59 Hình 4.34:Đặc tuyến THD theo chỉ số m 59 Hình 4.35:Đặc tuyến sô lần chuyển mạch trên 1 chu kỳ 1 pha theo chỉ số m. 60 Hình 4.36:So sánh số lần chuyển mạch của giải thuật đề xuất và giải thuật MinCommon Mode. 61 Hình 4.37:So sánh số THD% của giải thuật đề xuất và giải thuật Min Common Mode. 61 xii
16. DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1:Trạng thái đóng ngắt các khóa pha A 22 Bảng 3.2: Giá trị offset 30 Bảng 4.1:Giá trị điện áp, THD%, số lần chuyển mạch theo chỉ số m 58 Bảng 4.2: Thông sô THD%, số lần chuyển mạch của giải thuật đề xuất và giải thuật Min CM 60 xiii
17. Chương 1 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử đặc biệt với sự phát triển của các linh kiện bán dẫn công suất như SCR, MOSFET, IGBT Nó đã ứng dụng khá rộng rãi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn cho những phụ tải một pha, ba pha, làm các bộ nguồn công suất lớn trong công nghiệp Với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, dễ điều khiển và thuận tiễn, đáp ứng tần số được mở rộng, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng được cải tiến dần. Đặc biệt là việc ứng dụng các linh kiện điện tử công suất trong việc chuyển đổi nguồn 1 chiều sang nguồn xoay chiều mà ta gọi là bộ nghịch lưu hay là bộ biến tần. Việc nghiên cứu điều khiển nghịch lưu đã có từ nhiều năm qua. Trong những năm gần đây, với việc sử các dạng năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió tăng cao việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày một nhiều hơn. Đối tượng chính trong các nghiên cứu này, ở thời kỳ đầu, thường là nghiên cứu nghịch lưu theo phương pháp điều chế độ rộng sóng mang (Carriers Pulse Width Modulation – CPWM). Chỉ đến những năm cuối 1980 các nghiên cứu mới đã thu được nhiều thành quả nhất là nghiên cứu theo phương pháp vector không gian (Space Vector Pulse Width modulation – SVPWM). Hiện nay bộ nghịch lưu áp đa bậc 3 pha được sử dụng rộng rãi do những ưu điểm của nó như công suất cao hơn, chất lượng dòng điện và điện áp ngõ ra tốt hơn, mạch lọc ngõ ra nhỏ hơn và ứng dụng thực tiễn của nó đạt hiệu quả rất cao. Nghịch lưu 5 bậc cũng mới nghiên cứu đưa vào sử dụng với những ưu điểm tốt hơn 3 bậc về chất lượng dòng điện và điện áp, nhưng còn tổn hao về công suất nhiều nếu ta sử dụng các loại thiết bị công suất lớn. Trang 1
18. Chương 1 1.1.2 Các kết quả trong và ngoài nước đã công bố. 1.1.2.1Các công bố ngoài nước. Các công trình nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc xuất phát từ các phòng thí nghiệm của các nước Mỹ, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc cũng chỉ theo hai hướng trên. Các công trình tiêu biểu cho hướng nghiên cứu có thể kể đến là công trình của các tác gải sau: - “A Novel Switching Sequence Design for Five-Level HNPC-Bridge Inverters With Improved Output Voltage Spectrum and Minimized Device Switching Frequency” [3]. Đây là nghiên cứu tiêu biểucho hướng điều chế sử dụng kỹ thuật SVPWM. Bài báo tập trungtrình bàymộttrình tựchuyển mạchtheođiều chếvector không giannhằm tối ưu hóachocáccải thiệngiảm hài bậc cao và giảm tần số chuyển mạch của các khóa công suất. Cấu hình nghịch lưu trong nghiên cứu là cấu hình nghịch lưu lai 5 bậc. Trong đó, mỗi pha của nghịch lưu bao gồm hai nhánh NPC, một nhánh được kết nối với thiết bị đầu ra (tải) và nhánh còn lại kết nối với điểm trung tính. Mỗi cầu H được cung cấp bởi nguồn DC độc lập. - “A Multilevel SVPWM Algorithm for Linear Modulation and Over Modulation Operation” [4]. Bài báo này đề xuất một thuật toán SVPWM chung cho biến tần đa bậc dựa trên tiêu chuẩn SVPWM hai bậc. Kể từ khi các phương pháp SVPWM đa cấp đề xuất sử dụng điều chế hai bậc để tính toán trước đó,việc tính toán trên cho một biến tần n bậc trở nên dễ dàng hơn. Các thuật toán SVPWM đề xuất có thể được áp dụng trong cả hai chế độ điều chế tuyến tính và chế độ quá điều chế. Biến tần 5 bậc H-NPC sử dụng các phương pháp đã được đề xuất ở trên, với số lần chuyển mạch ít và THD áp tải < 5% . 1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước: Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung để điều khiển tối ưu nghịch lưu đa bậc trong luận án tiến sĩ của tác giả Quách Thanh Hải, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu này tập trung phân tích các cấu trúc nghịch lưu đa bậc bao gồm các nghịch lưu chuẩn truyền thống và các mạch nghịch lưu lai hiện nay (bằng mô phỏng và thực nghiệm) [2]. Trang 2
19. Chương 1 Nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha cầu H gồm hai mạch NPC ba bậc trong luận văn thạc sĩ của tác giả Bùi Thanh Hiếu, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. Nghiên cứu này tập trung phân tích mô phỏng và thực nghiệm bằng phương pháp điều chế mới cho biến tần lai cầu H ba pha gồm hai nhánh NPC 3 bậc sử dụng một sóng mang có số lần chuyển mạch ít, hiệu quả trong việc giảm common-mode [7]. Nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha 5 bậc trong luận văn thạc sĩ của tác giả Danh Tuấn Lê trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. Nghiên cứu này trình bày kỹ thuật điều chế sóng mang thông qua việc sử dụng hàm offset nhằm giảm số làn chuyển mạch của các khóa công suất cho nghịch lưu cầu H-NPC 5 bậc. Kỹ thuật này sử dụng hàm offset là thành phần bậc 3 để chuyển các sóng điện áp điều khiển về các ngưỡng cực đại hoặc cực tiểu của biên độ sóng mang để giảm giao cắt giữa sóng điều khiển và sóng mang để giảm số lần chuyển mạch. Với kỹ thuật xây dựng hàm offset trình bày trong nghiên cứu, số lần chuyển mạch của các khóa công suất/pha trong một chu kỳ có thể giảm đến 30%. Kết quả của giải thuật được kiểm chứng qua mô phỏng và qua quá trình thực nghiệm[6]. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế. Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu về năng lượng càng lớn dẫn đến suy giảm nhanh chóng nguồn nhiên liệu hóa thạch, đẩy giá nhiên liệu (xăng dầu, than, khí ) lên cao và gia tăng lượng khí CO2 thải vào khí quyển, gây nên hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu. Do đó, ngoài những nghiên cứu giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả thì nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ mới nhằm phát triển, tạo ra nguồn năng lượng thay thế, bổ sung cho các nguồn năng lượng hoá thạch cần được quan tâm. Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của các bộ điện tử công suất và được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực biến đổi nguồn điện 1 chiều từ các nguồn năng lượng xanh sạch (năng lượng gió, năng lượng mặt trời ) thành nguồn xoay chiều để hòa vào lưới điện mà ta gọi đó là mạch nghịch lưu. Nghịch lưu sử dụng rất là phổ biến và ngày càng được thiết kế với số bậc cao hơn như 3 bậc, 5 bậc với nhiều dạng nghịch Trang 3
20. Chương 1 lưu khác nhau.Khi đưa vào thực nghiệm thì điều mà ta quan tâm nhất đó là tổn hao công suất điện, mà tổn hao công suất điện chủ yếu là tổn hao do sự chuyển mạch của các khóa công suất. Do đó vấn đề của chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu giải thuật giảm tổn hao do chuyển mạch. Để giải quyết được vấn đề trên đề tài : “Nghiên cứu giải thuật nghịch lưu giảm tổn hao do chuyển mạch cho cấu hình NPC 5 bậc cầu H” đã được đề xuất. 1.3 Mục đích của đề tài. - Nghiên cứu và mô phỏng giải thuật nghịch lưu giảm tổn hao do chuyển mạch cho cấu hình NPC 5 bậc cầu H trên phần mềm PSIM. - Xây dựng mô hình và lấy kết trên mô hình thực nghiệm card điều khiển DSP F28335 với tải là điện trở và cuộn dây. - So sánh tổn hao do chuyển mạch của giải thật đề xuất với các kết quả đã công bố trước đó. So sánh THD của giải thuật đề xuất với tiêu chuẩn Việt Nam từ đó đưa ra kết luận. 1.4 Giới hạn của đề tài. - Đề tài được mô phỏng trên phần mềm PSIM. - Đề tài được thực hiện trên mô hình thực nghiệm cấu hình NPC 5 bậc cầu H và lập trình C cho card DSP F28335 bằng phần mềm CCS 6.1. - Đề tài thực hiện với tải là điện trở và cuộn dây. - Điện áp nguồn cung cấp là 200V. 1.5 Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu đa bậc. - Ứng dụng kỹ thuật điều chế xây dựng mô hình mô phỏng và thuật toán điều khiển sử dụng phần mềm PSIM cho bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC. - Thực hiện giải thuật mới trên mô hình nghịch lưu 5 bậc H-NPC. - So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của giải thuật đề xuất, so sánh kết quả đề xuất với các kết quả trước đó, so sánh kết quả của giải thuật đề xuất vớicác TCVN để rút ra các kết luận trong việc ứng dụng thực tế nghịch lưu 5 bậc H- NPC. Trang 4
21. S K L 0 0 2 1 5 4