(Đồ án hcmute) xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình t tăng áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU PHA BẬC HÌNH T TĂNG ÁP GVHD: ThS ÐỖ ÐỨC TRÍ SVTH: NGUYỄN CƠNG THÀNH MSSV: 13142421 SVTH: TRẦN TRUNG VỸ MSSV: 13142369 SKL 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀ NH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU PHA BẬC HÌNH T TĂNG ÁP SVTH : MSSV : SVTH : MSSV : Khoá : Ngành : GVHD: NGUYỄN CÔNG THÀNH 13142421 TRẦN TRUNG VỸ 13142369 2013 - 2017 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ThS ĐỖ ĐỨC TRÍ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên:…………………………………………MSSV………………… Ngành:……………………………………………………….Lớp………………… Họ tên sinh viên:…………………………………………MSSV………………… Ngành:……………………………………………………….Lớp………………… Giảng viên hướng dẫn…………………………………… ĐT:…………………… Ngày nhận đề tài:……………………….Ngày nộp đề tài…………………………… Tên đề tài:…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Các số liệu, tài liệu ban đầu:…………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Nội dung thực đề tài:…………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Sản phẩm:………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: MSSV: Họ và tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ưu điểm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Khuyế t điểm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại ……………………………………………………………… Điểm:……………….(Bằ ng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: MSSV: Họ và tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài …………………………………………………………………………………… Họ và tên Giáo viên phản biện: I NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Ưu điểm ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Khuyết điểm ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Đề nghị cho bảo vệ hay không ? …………………………………………………………………………… Đánh giá loại: …………………………………………………………………………… Điểm:…………….(Bằng chữ:………………………………………… ) Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2017 Giáo viên phản biện (Kí ghi rõ họ tên) iii an LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đồ án chúng em nhận nhiều dẫn giúp đỡ thầy, cô Qua chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp trang bị cho em kiến thức Phịng Thí nghiệm Điện tử cơng suất nâng cao – D405 giúp đỡ em giải khó khăn q trình làm đồ án Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn, ThS Đỗ Đức Trí tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ kiến thức điều kiện thực đồ án Nhóm thực đề tài Nguyễn Cơng Thành Trần Trung Vỹ iv an TÓM TẮT Ngày nay, lượng điện gần phần thiếu sống Tuy nhiên, giá thành cho việc sử dụng điện Việt Nam tương đối cao nhiều bất cập Trong năm gần pin lượng mặt trời dần sử dụng rộng rãi, tuabin lượng gió bắt đầu sử dụng phổ biến Qua đó, xây dựng nghịch lưu có cơng suất nhỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất nhằm chủ động sản xuất, giảm chi phí sinh hoạt, giảm chi phí sản xuất, giảm gánh nặng thiếu điện cho nhà nước Trong đề tài thực xây dựng mơ hình nghịch lưu pha bậc hình T chuyển mạch LC Mơ hình thực dựa việc sử dụng card DSP TMS320F28335 với kỹ thuật lập trình nhúng từ phần mềm biên dịch Code Composer Studio V6.0.1 để nạp chương trình vào card DSP TMS320F28335 Sau nạp chương trình card DSP TMS320F28335 kết hợp với vi mạch FPGA để tạo xung kích đóng, mở IGBT tạo điện áp xoay chiều pha Mục tiêu nghiên cứu xây dựng mơ hình nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp chuyển mạch LC, nghiên cứu phương pháp điều khiển so sánh kết lý thuyết với kết từ mơ hình thực tế Mơ hình thực nghiệm xây dựng chạy ổn định So với lý thuyết thực nghiệm có tổn hao kéo theo sai lệch lý thuyết thực nghiệm nhiên kết thực nghiệm tuân theo quy tắc mạch nghịch lưu kết thực nghiệm chấp nhận v an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.4 Mục tiêu thực đề tài .5 1.5 Nội dung nghiên cứu .6 1.6 Giới hạn 1.7 Bố cục đồ án CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan nghịch lưu áp .8 2.1.1 Giới thiệu tổng quát 2.1.2 Bộ nghịch lưu áp .8 2.1.3 Các dạng cấu trúc nghịch lưu đa bậc .9 2.2 Giới thiệu mạch nghịch lưu pha hình T 2.2.1 Tổng quan nghịch lưu hình T 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 10 2.3 Giới thiệu nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp chuyển mạch LC .10 2.3.1 Giới thiệu mạch nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp 10 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung 17 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 20 3.1 Giới thiệu .20 vi an 3.2 Xây dựng hệ thống .20 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 20 3.2.2 Các khối chức 20 3.2.3 Hình ảnh chức khối 21 CHƯƠNG 4: THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 41 4.1 Giới thiệu .41 4.2 Thi công hệ thống 41 4.2.1 Thi công bo mạch 41 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra .45 4.2.3 Hình ảnh module thi công, lắp ráp 46 4.3 Hồn thiện mơ hình .48 4.3.1 Đóng gói điều khiển 48 4.3.2 Mơ hình thi công 48 4.4 Lập trình hệ thống 49 4.5 Lập trình mơ .50 4.5.1 Sơ đồ mô 50 4.5.2 Hình ảnh mơ PSIM .51 4.6 Quy trình hướng dẫn thao tác 53 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 55 5.1 Kết thực nghiệm 55 5.2 So sánh kết thực nghiệm với lý thuyết 57 5.3 So sánh kết thực nghiệm nhóm đồ án so với kết công bố IEEE 58 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 6.1 Kết luận 59 6.1.1 Phương pháp nghiên cứu 59 6.1.2 Những vấn đề tồn đọng 59 6.2 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 61 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển DSP TMS320F28335 61 Phần mềm lập trình cho FPGA 72 vii an DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DSP: Digital Signal Processing IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor FPGA: Field-Progammable Gate Array UPS: Uninterruptible Power Supply PV: Photovoltaics MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor NPC: Neutral Point Clamped SCR: Silicon Controlled Rectifier BJT: Bipolar Junction Transistor GTO: Gate Turn-Off Thyristor NLNA: Nghịch Lưu Nguồn Áp NLND: Nghịch Lưu Nguồn Dòng EMI: Electromagnetic Interference USB: Universal Serial Bus CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers DMA: Direct Memory Access ADC: Analog to Digital Converter McBSP:Multichanel Buffered Serial Port ePWM: Enhanced Pulse Width Modulator HRPWM: High Resolution Pulse Width PWM: Pulse Width Modulator GPIO: General Purpose IO viii an Phụ Lục  Custom : lựa chọn tính mong muốn Nhấp “Next” Chọn “Next” 76 an Phụ Lục Tiến trình cài đặt chạy tới hoàn thành Chọn “Yes” để tạo truy cập Desktop ngược lại Chọn “Finish” để kết thúc trình cài đặt 77 an Phụ Lục Double Click biểu tượng Quartus II 9.0sp1 Web Edition Desktop Ở cửa sổ hình chọn: + Create a New Project : để tạo dự án + Open existing Project: để mở dự án tạo trước B1: Tạo Project 78 an Phụ Lục + Sau chọn “Create a New Project” cửa sổ nêu “File” => “New Project Wizard” ta có hình => Chọn “Next” + Đặt tên cho dự án => “Next” => “Next” 79 an Phụ Lục Tại hình ta cài đặt Chip cho dự án + Chọn “Cyclone II” cho “Family” + Tại khung “Available devices” tìm chọn “ EP2C5T144I8” => “Next” + Cửa sổ => “Next” => “Finish” 80 an Phụ Lục Đợi Project tạo + Tại hình làm việc chọn “File” => “New” => “Verilog HDL File” => “OK” 81 an Phụ Lục Màn hình lập trình xuất B2 : Viết chương trình hình vừa Lưu ý tên chương trình bắt buộc phải trùng tên với tên Project tạo B3 : Tiến hành biên dịch Nhấn biểu tượng Start Compilation cơng cụ hình Màn hình biên dịch thành cơng 82 an Phụ Lục B4 : Cấu hình I/O + Sau biên dịch => Chọn “Pin Planner” công cụ để cấu hình I/O cho FPGA hình bên + Màn hình “Pin Planner” cho phép cài đặt chân + Định cấu hình I/O khơng sử dụng mức tổng trở cao Chọn “Assignments” => “Settings” 83 an Phụ Lục Chọn “Device and Pin Options” Chọn “Unused Pins” Ở mục “Reserve all unused pins” chọn “As input tri-stated” => “OK” 84 an Phụ Lục B5 : Biên dịch lại tồn chương trình Hướng dẫn: Mơ dạng sóng trước đổ chương trình xuống FPGA Chọn “File” => “New” => “Vector Waveform File” 85 an Phụ Lục Thêm chân I/O từ file lập trình vào file mơ hình Điền tên chân khai báo vào ô “Name” => “OK” 86 an Phụ Lục Chọn hiệu chỉnh dạng sóng ngõ vào Chọn Start Simulation hình xem kết B6 : Đổ chương trình xuống FPGA Ta tiến hành đổ chương trình xuống FPGA => Chọn “Programmer” Màn Khi “Start” khơng sáng có nghĩa chưa có kết nối máy tính với FPGA ta khơng thể tiến hành đổ chương trình cho FPGA Ta chọn “Hardware Setup” góc bên trái Cửa sổ “Hardware Setup” 87 an Phụ Lục Chọn “USB-Blaster [USB-0]” => “Close” Nút “Start” sáng lên cho phép đổ chương trình xuống phần cứng 2.2 Viết chương trình điều khiển FPGA Ta thực đến bước hướng dẫn tiến hành viết code sau: module CodeDA(P00,P01,P02,P03,P04,P05,Shoot,Xd1,Xd2,Xd3,Sa1,Sa2,Sa3,Sa4,Sb,Sb3, Sb4,Sc1,Sc2,Sc3,Sc4); input P00,P01,P02,P03,P04,P05,Shoot,Xd1,Xd2,Xd3; output Sa1,Sa2,Sa3,Sa4,Sb1,Sb2,Sb3,Sb4,Sc1,Sc2,Sc3,Sc4; reg Sa1,Sa2,Sa3,Sa4,Sb1,Sb2,Sb3,Sb4,Sc1,Sc2,Sc3,Sc4; reg Pa1,Pa2,Pb1,Pb2,Pc1,Pc2,Fa,Fan,Fb,Fbn,Fc,Fcn,Xa1,Xa2,Xa3; always @(*) begin Pa1 = (P00) && (~P01); Pa2 = (P01) && (~P00); Pb1 = (P02) && (~P03); Pb2 = (P03) && (~P02); Pc1 = (P04) && (~P05); Pc2 = (P05) && (~P04); 88 an Phụ Lục Xa1 = (~Xd1); Xa2 = (~Xd2); Xa3 = (~Xd3); Fa = ((Pa1) && (Xd1)) ; Fan = ((Pa2) && (Xa1)) ; Fb = ((Pb1) && (Xd2)) ; Fbn = ((Pb2) && (Xa2)) ; Fc = ((Pc1) && (Xd3)) ; Fcn = ((Pc2) && (Xa3)) ; Sa2 = (~Fan); Sa3 = (~Fa); Sb2 = (~Fbn); Sb3 = (~Fb); Sc2 = (~Fcn); Sc3 = (~Fc); Sa1 = ((Fa) |(Shoot)); Sa4 = ((Fan)|(Shoot)); Sb1 = ((Fb) |(Shoot)); Sb4 = ((Fbn)|(Shoot)); Sc1 = ((Fc) |(Shoot)); Sc4 = ((Fcn)|(Shoot)); end endmodule Chương trình FPGA đóng vai trị cổng logic thay cho mạch logic IC thơng thường Chương trình lập trình cho FPGA theo giải thuật đề nhằm tạo xung kích hồn chỉnh cho IGBT mạch công suất Các xung đưa qua mạch kích giới thiệu để tăng điện áp kích cho xung Các xung dùng để kích cho mạch cơng suất 89 an S an K L 0 ... quan nghịch lưu hình T Hình 2.1: Mạch nghịch lưu pha bậc hình T Nghịch lưu pha bậc hình T biểu diễn hình 2.1.Đây mạch nghịch lưu ho? ?t động t? ? ?t cho hiệu su? ?t cao thường sử dụng cho nghịch lưu hệ thống... nghịch lưu hình T .10 Hình 2.4: Cấu trúc mạch nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp 11 Hình 2.5: Mạch nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp chuyển mạch LC 12 Hình 2.6: Mạch điện t? ?ơng đương pha. .. nghiên cứu xây dựng mơ hình nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp chuyển mạch LC, nghiên cứu phương pháp điều khiển so sánh k? ?t lý thuy? ?t với k? ?t từ mơ hình thực t? ?? Mơ hình thực nghiệm xây dựng chạy