Luận văn Điều khiển bộ chỉnh lưu điều rộng xung bằng phương pháp điều khiển công suất trực tiếp (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển bộ chỉnh lưu điều rộng xung bằng phương pháp điều khiển công suất trực tiếp (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 TRẦN QUANG LINH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 1 9 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP GVHD : PGS.TS NGUYỂN VĂN NHỜ HVTH : TRẦN QUANG LINH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ : 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG LINH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) Hình 3x4 I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Trần Quang Linh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/08/1985 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Nhân viên bảo trì điện Viên Tim TP Hồ Chí Minh Địa chỉ liên lạc: 19C Phạm Vấn phƣờng Phú Thọ Hòa quận Tân Phú TP.Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: 0838651586 Di động: 0948390811 Fax: Email:tranquanglinh0885@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 9/2003 đến 6/2008 Nơi học: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh. Ngành học: Công nghệ điện. Tên môn thi tốt nghiệp: Lý thuyết cơ sở, lý thuyết chuyên ngành, tƣ tƣởng Hồ Chí Minh & triết học Mac-Le. Ngày và nơi thi tốt nghiệp: 6/2008 tại Trƣờng Đại Học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh. 2.Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 8/2011 đến 8/2013 Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn: ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP Ngày và nơi bảo vệ luận văn: Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ. 3. Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B. i
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 9/2009 Viện Tim TP.Hồ Chí Minh Nhân viên bảo trì điện đến nay IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. ii
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi là TRẦN QUANG LINH, học viên lớp cao học ngành Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện niên khoá 2011-2013 sau hai năm học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là PGS.TS NGUYỂN VĂN NHỜ, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học thạc sĩ. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: " ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP". Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tp.Hồ Chí Minh, ngày .tháng 4 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trần Quang Linh iii
7. LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ đã nhiệt tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể Viện Tim đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi đi học. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trƣờng học tập tốt cho tôi. Xin cảm ơn các anh em học viên lớp TBM2011B ngành Thiết bị mạng và nhà máy điện cùng các anh chị học viên cùng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm B107 trƣờng Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã chia sẽ, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. iv
8. TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện kỹ thuật điều chế độ rộng xung bằng phƣơng pháp điều khiển công suất trực tiếp (PDC) nhằm điều khiển điện áp một chiều DC từ bộ nguồn 3 pha xoay chiều AC. Kỹ thuật điều chế (PWM) này sử dụng bởi phần mềm MATLAB nhằm kiểm tra các trạng thái hoạt động, thực hiện đối với tải R. So với bộ chỉnh lƣu cầu diode (bộ chỉnh lƣu truyền thống), bộ chỉnh lƣu với kỹ thuật điều chế độ rộng xung bằng phƣơng pháp điều khiển công suất trực tiếp (PDC) có hiệu suất tốt hơn bao gồm dòng điện đầu vào dạng hình sin, hệ số công suất bằng 1 và điện áp DC đầu ra ổn định cao Do đó hiệu quả của hệ thống đƣợc cải thiện. Luận văn thực nghiệm trên phần cứng với IGBT STGW40N120K. Giải thuật điều khiển đề xuất đƣợc thực hiện trên vi xử lý điều khiển tín hiệu số DSP TMS320F 28335 với kỹ thuật lập trình nhúng từ mô hình mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK kết hợp chƣơng trình Code Composer Studio V3.3 tự động biên dịch ra ngôn ngữ C và nạp cho vi xử lý mà không cần phải lập trình lại. ABSTRACT This thesis analyzes the Pulse With Modulation technique of the Power Direct Control method (PDC) to control the DC voltage supplied by a three phase AC voltage source. PWM method used in this article is supported by MATLAB software to check the operating states, was tested with resistance load.In comparison to the diode brigde rectifier topology, the rectifier converter with PDC based PWM technique control yields better performance including sinusoidal input currents, unity power factor and highly stable DC output voltage The system’s efficiency is thus improved considerably. A simulated model was builded on Matlab/Simulink software for calculating parameters and ensuring proposed algorithm. A experimental model, which using STGW40N120K IGBT and TI microprocessor DSP TMS320F28335, was established for validation. Control program was program on Simulink model then generate C-code and import to CCS software , micro processor automatically but not required reprogramming. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xv Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1 1.1.1Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 2 1.2 Mục đích của đề tài nghiên cứu 3 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 3 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BỘ CHỈNH LƢU 3 PHA 2.1 Tổng quan mạch chỉnh lƣu ba pha 5 2.2 Nguyên lý làm việc 7 2.3 Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh lƣu PWM 9 Chƣơng 3 ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG PWM BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRỰC TIẾP CÔNG SUẤT(DPC) 3.1 Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM 10 3.1.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) 11 3.1.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC 12 vi
10. 3.1.3 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất (DPC) 12 3.1.4 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VF-DPC 13 3.2 Bộ chỉnh lƣu điều rộng xung PWM bằng phƣơng pháptrực tiếp công suất DPC 14 3.3 Mô hình toán học điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM 15 3.3.1 Khối công suất 15 3.3.2 Chiến lƣợc điều khiển 16 Chƣơng 4 MÔ PHỎNG BỘ NGUỒN AC/DC 3 PHA 4.1 Bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT 31 4.1.1 Khối mạch động lực 32 4.1.2 Bộ điều khiển . 35 4.1.3 Kết quả mô phỏng chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT 36 4.2 Bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT (NPC 3 bậc). 35 4.2.1 Khối mạch động lực 46 4.2.2 Khối điều khiển 47 4.2.3 Kết quả mô phỏng chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT 48 4.3 Phân tích thành phần hài 55 4.4 Bảng so sánh của chỉnh lƣu 3 pha NPC – 2 bậc và 3 bậc 57 Chƣơng 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM BỘ CHỈNH LƢU BA PHA BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP 5.1 Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm 58 5.2 Mô tả chi tiết mô hình thực nghiệm 60 5.2.1 Sơ đồ tổng quan mạch công suất 60 5.2.2 Mạch điều khiển 63 5.2.2.1 Sơ đồ triển khai mạch kích xung 63 5.2.2.2 Sơ đồ triển khai mạch cảm biến điện áp 66 5.2.2.3 Sơ đồ triển khai mạch cảm biến dòng điện 69 5.2.2.4 Sơ đồ triển khai mạch đệm bảo vệ DSP 71 5.2.2.5 Kit DSP TMS320F28335 71 vii
11. Chƣơng 6 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP BỘ CHỈNH LƢU BA PHA BẰNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NHÚNG. 6.1 Giới thiệu thƣ viện lập trình nhúng của Matlab/Simulink 76 6.2 Mô hình lập trình nhúng trên Matlab/simulink 79 6.3 Kết quả thực nghiệm của bộ chỉnh lƣu ba pha 84 6.4 Nhận xét 94 6.5 Một số hình ảnh thực nghiệm tại phòng thí nghiệm 96 Chƣơng 7 KẾT LUẬN 7.1 Kết luận 97 7.2 Hƣớng phát triển của đề tài 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO viii
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Current DC Direct Current ADC Analog-to-Digital Converter DSP Digital Signal Processor I/O Input/Output IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor GTO Gate-Turn-Off thyristor IGCT Integrated Gate Controlled Thyristor NPC Neutral Point Clamped PI Proportional-Integral PWM Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion PFC Power-Factor Correction CPWM Carrier Based Pulse Width Modulation IEC International Electrotechnical Commission POD Phase Opposition Dispostion VOC Voltage Oriented Control DPC Direct Power Control VFOC Virtual Flux Oriented FOC Field Oriented Control va,vb,vc Điện áp ba pha a,b,c ia, ib, ic Dòng ba pha a, b, c Sa,Sb,Sc Trạng thái đóng cắt của bộ biến đổi C Tụ lọc DC. R Điện trở tải. L Cuộn cảm Uref Điện áp nguồn tham chiếu Ua Điện áp nguồn pha A. Ia Dòng điện nguồn pha A. i(t), i Giá trị dòng điện tức thời ix
13. p* Công suất tác dụng yêu cầu ptt Công suất tác dụng tức thời q* Công suất phản kháng yêu cầu qtt Công suất phản kháng tức thời S Công suất biểu kiến x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Mạch chỉnh lƣu ba pha 6 Hình 2.2: Sáu vector điện áp cơ bản 7 Hình 3.1: Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM 10 Hình 3.2: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC 11 Hình 3.3: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC 12 Hình 3.4: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo DPC 13 Hình 3.5: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VF-DPC 13 Hình 3.6: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo DPC 14 Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chỉnh lƣu ba pha theo công suất trực tiếp 16 Hình 3.8: Phân vùng vector cho phƣơng pháp điều khiển DPC 17 Hình 3.9: Các sector (n) 18 Hình 3.10: Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế theo công suất yêu cầu P* 19 Hình 3.11: Sơ đồ khối PI 20 Hình 3.12: Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT 20 Hình 3.13: Phân vùng vector hệ trục tọa độ α – β 22 Hình 3.14: Các vector điện áp làm thay đổi công suất tác dụng tức thời pi 24 Hình 3.15: Các vector điện áp làm thay đổi công suất phản kháng tức thời qi 24 Hình 3.16: Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT 25 Hình 3.17: Giản đồ vector điện áp bộ chỉnh lƣu 3 bậc 27 Hình 3.18: Đơn giản hóa cấu trúc mạch chỉnh lƣu NPC 3 bậc 27 Hình 3.19: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 1 28 Hình 3.20: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 2 28 Hình 3.21: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 3 29 Hình 4.1: Mô hình mô phỏng của bộ chỉnh lƣu ba pha 6IGBT 31 Hình 4.2: Mô hình mô phỏng khối nguồn 32 xi
15. Hình 4.3: Nguồn ba pha và cửa sổ thông số cho mạch nguồn pha A 32 Hình 4.4: Cửa sổ thông số của cuộn cảm L 33 Hình 4.5: Mô hình mô phỏng mạch công suất 33 Hình 4.6: Tụ lọc C và tải R của bộ chỉnh lƣu 34 Hình 4.7: Cửa sổ thông số tụ lọc C và tải R 34 Hình 4.8: Khối hiển thị kết quả 35 Hình 4.9: Khối nội suy ADC 35 Hình 4.10: Khối điêu khiển 35 Hình 4.11: Điện áp xoay chiều ba pha 36 Hình 4.12: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha 36 Hình 4.13: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL1=120 37 Hình 4.14: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL2=90 37 Hình 4.15: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL3=50 38 Hình 4.16: Dạng sóng dòng điện và điện áp pha A 38 Hình 4.17: Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL1=120 39 Hình 4.18 Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL2=90. 39 Hình 4.19: Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL3=50. 40 Hình 4.20: Dạng sóng cos . 40 Hình 4.21 Dạng sóng công suất tính toán và công suất đặc Ptt,P* 41 Hình 4.22: Dạng sóng công suất Ptt,Qtt 41 Hình 4.23: Dạng sóng điện áp vab và điện áp dạng bậc vab 42 Hình 4.24: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu Vdc khi quá độ và đóng tải 42 Hình 4.25: Dạng sóng dòng điện một chiều chỉnh lƣu Idc(A) 44 Hình 4.26: Mô hình mô phỏng của bộ chỉnh lƣu NPC 3bậc 45 Hình 4.27:Mạch công suất của bộ chinh lƣu 3 bậc 46 Hình 4.28: Khối tải và cửa sổ thông số tụ lọc C và tải R 47 Hình 4.29: Khối điều khiển 47 Hình 4.30: Dạng sóng điện áp xoay chiều 3 pha 48 Hình 4.31: Dạng sóng dòng điện xoay chiều 3 pha 48 Hình 4.32: Dạng sóng dòng điện và điện áp pha A 49 Hình 4.33: Dạng sóng điện áp dạng bậc vab 49 xii
16. Hình 4.34: Dạng sóng công suất Ptt,Qtt 50 Hình 4.35: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu Vdc=Vdc1+Vdc2 50 Hình 4.36: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu cân bằng hai tụ Vdc1,Vdc2(V). 51 Hình 4.37: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu tụ 1 52 Hình 4.38: Dạng sóng dòng điện một chiều tải RL1 52 Hình 4.39: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu tụ 2 53 Hình 4.40: Dạng sóng dòng điện một chiều chỉnh lƣu tụ 2 53 Hình 4.41: Dạng sóng cos . 54 Hình 4.42: Phân tích FFT của dòng điện pha A 54 Hình 4.43: Giao diện của tiện ích Powergui 56 Hình 4.44: Powergui cho phép quan sát các thành phần sóng hài dạng biểu đồ (Bar) 56 Hình 4.45: Powergui cho phép quan sát các thành phần sóng hài dạng dữ liệu (List) 56 Hình 5.1: Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm 58 Hình 5.2: Sơ đồ thực nghiệm tổng quan của bộ chỉnh lƣu 3 pha 59 Hình 5.3: Sơ đồ triển khai mạch công suất 60 Hình 5.4: Sơ đồ thi công mạch công suất 60 Hình 5.5: Sơ đồ nối dây mạch IGBT 61 Hình 5.6: Hình dạng và sơ đồ chân của IGBT STGW40N120KD 61 Hình 5.7: Sơ đồ thực tế mạch IGBT 62 Hình 5.8: Tụ HCGFA 1800F-450VDC 62 Hình 5.9: Sơ đồ thực tế tải R 62 Hình 5.10: Sơ đồ tổng quan khối tạo xung 63 Hình 5.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 64 Hình 5.12: Thi công mạch nguồn 64 Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý mạch lái các IGBT 65 Hình 5.14: Thi công mạch lái các IGBT 66 Hình 5.15: Sơ đồ tổng quan mạch cảm biến áp 66 Hình 5.16: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến áp 67 xiii
17. Hình 5.17: Thi công mạch cảm biến áp 68 Hình 5.18: Sơ đồ tổng quan mạch cảm biến dòng 69 Hình 5.19: Mạch cảm biến dòng sử dụng ACS712 70 Hình 5.20: Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến ACS712 70 Hình 5.21: Sơ đồ mạch đệm bảo vệ DSP 71 Hình 5.22: Kit vi xử lý DSP TMS320F28335 72 Hình 5.23: Sơ đồ bố trí 176 chân của F28335 74 Hình 5.24: Sơ đồ khối chức năng của DSP F28335 75 Hình 6.1: Thƣ viện Target Preferences 76 Hình 6.2: Cửa sổ khai báo cấu hình phần cứng 77 Hình 6.3: Thƣ viện Chip Support với các khối chức năng lập trình nhúng 77 Hình 6.4: Cửa sổ lựa chọn ngõ vào/ra digital 78 Hình 6.5: Cửa sổ khai báo ePWM 78 Hình 6.6: Mô hình thực nghiệm với kỹ thuật nhúng từ Matlab/simulink 79 Hình 6.7: Khối giao tiếp Matlab – DSP TMS320F28335 và cửa sổ thông số 80 Hình 6.8: Khối ADC 81 Hình 6.9: Cửa sổ ADC của DSP TMS320F28335 81 Hình 6. 10: Khối điều khiển 83 Hình 6.11: Khối xuất xung 83 Hình 6.12: Cửa sổ xuất xung GPIO 84 Hình 6.13: Mô hình thực nghiệm bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT(2 bậc) 96 Hình 6.14: Các thiết bị đo trong quá trình thực nghiệm 96 xiv
18. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Bảng trạng thái kích dẫn IGBT theo vector không gian 3 bậc 8 Bảng 3.1: Lựa chọn phân vùng sector 18 Bảng 3.2: Bảng thay đổi công suất tức thời (sector 1) 25 Bảng 3.3: Bảng chọn vector điện áp trong (sector 1 ) 25 Bảng 3.4: Bảng chuyển mạch bộ chỉnh lƣu 2 bậc 25 Bảng 4.1: Bảng số liệu mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT 31 Bảng 4.2: Bảng tổng kết điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) của bộ chỉnh lƣu hai bậc 44 Bảng 4.3: Bảng số liệu mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT 45 Bảng 4.4: Bảng tổng kết điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) của bộ chỉnh lƣu ba bậc 55 Bảng 4.5: Bảng so sánh của chỉnh lƣu 3 pha NPC – 2 bậc và 3 bậc điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) 57 Bảng 6.1: Bảng số liệu thực nghiệm của bộ chỉnh lƣu ba pha 6IGBT 84 Bảng 6.2: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 120() 85 Bảng 6.3: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 90() 88 Bảng 6.4: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 50() 91 Bảng 6.5: Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha hai bậc 94 Bảng 6.6: Kết quả thực nghiệm bộ chỉnh lƣu ba pha hai bậc 94 Bảng 6.7: Bảng tổng kết quá trình thực nghiệm 95 xv
19. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Những thập niên 80 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử chỉ được ứng dụng trong những mạch điều khiển, đo lường, khống chế, bảo vệ hệ thống điện công nghiệp gọi là điện tử công nghiệp. Đến thập niên 90 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đã ứng dụng khá rộng rãi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện dùng để đóng ngắt nguồn điện cho những phụ tải một pha và 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 tiện, 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. Trong đó, nhiều thiết bị biến đổi công suất đã được ứng dụng để phục vụ những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. Các thiết bị biến đổi công suất đã giúp nâng cao hiệu quả quá trình biến đổi năng lượng điện đồng thời luôn được cải tiến và hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu về chất lượng điện năng. Ngoài các ứng dụng truyền thống như điều khiển động cơ điện, các bộ nguồn công suất, phạm vi ứng dụng của bộ biến đổi công suất ngày càng được mở rộng như trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, lưu trữ năng lượng, và còn được ứng dụng trong truyền tải điện. Các vấn đề về sự hiệu chỉnh hệ số công suất, méo dạng sóng hài như đã biết, có đa dạng giải pháp được đề xuất bao gồm các bộ bù, các bộ lọc thụ động và tích cực nhằm cải tiến chất lượng điện năng. Các nghiên cứu bộ biến đổi trước đây cho thấy bên cạnh các chức năng cơ bản của sự chuyển đổi công suất thì có một số nhược điểm như hệ số công suất thấp, năng lượng chỉ chảy theo một chiều và có HVTH: Trần Quang Linh Trang 1
20. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ nhiều sóng hài bậc cao. Do đó các bộ biến đổi AC/DC PWM (pulse width modulation) có thể khắc phục được các nhược điểm trên để bắt kiệp với các yêu cầu đặt ra trong tình hình mới, nó có nhiều phương pháp điều khiển. Các phương pháp điều khiển cũ và mới bao hàm một sự thay đổi nhỏ trong cấu trúc của lược đồ điều khiển của các bộ biến đổi. Ở các bộ biến đổi năng lượng điện này các van chuyển mạch nguồn được điều khiển như các transistor lưỡng cực có cực cửa cách ly (IGBT), các thyristor tắt mở bằng cực cửa (GTO), hoặc các thyristor điều khiển có cực cửa kết hợp (IGCT) được chứa trong mạch công suất của bộ chỉnh lưu để tích cực thay đổi dạng sóng của dòng điện ngõ vào, làm giảm độ méo, giảm sóng hài và do đó chúng cải thiện được hệ số công suất. Để nghiên cứu bộ chỉnh lưu học viên sử dụng phần mềm Matlab và Simulink của hãng Mathwork, Inc [19], phần mềm này có rất nhiều thuận lợi riêng biệt. Matlab cho phép sử dụng ngôn ngữ cấp cao như là C, C++ . Matlab có hàng trăm hàm xây dựng sẵn và có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực: toán học, sự thống kê, việc xử lý và thu nhận ảnh, việc xử lý tín hiệu, sự mô phỏng, . . . Simulink là nền tảng mà có nhiều hàm giống nhau trong Matlab và có nhiều tập khối chuẩn cho phép người dùng thực hiện các nhiệm vụ như: vào/ra, các phép tổng, hiển thị, đường tín hiệu, . . . Còn về phần cứng, khi học viên chọn Matlab là phần mềm phát triển sơ đồ, thì phần cứng có thể chọn để thực hiện mã tạo ra từ trong MATLAB nên học viên đã chọn card DSP F28335 của hãng Texas Instruments [20] vì nó có khả năng lập trình nhúng. Card DSP có hiệu suất cao, ít tổn hao công suất, không phụ hoạt động hệ thống, và rất tương thích với MATLAB và Simulink. 1.1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Trong những năm gần đây, chỉnh lưu đa bậc dạng đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rải trong nước như: Luận văn thạc sĩ của Bùi Thị Thanh Hiền– Thái nguyên về “ Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần-động cơ xoay chiều sử dụng biến tần 4 góc phần tư” - HVTH: Trần Quang Linh Trang 2