Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ biến đổi điện tử một pha ba pha công suất 10 hp

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO NGHIỆM THU TÊN ĐỀ TÀI: “NGHI N C U THI T K CH T O A HA CÔNG SU T H IGITA I N Đ I ĐIỆN T HAS CONV CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PGS.TS DƯ NG H TH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/ 2016 I NGH A M T HAT ” ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng nghiệm thu) ĐỀ TÀI: Đ Đ BA PHA C CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký tên) CƠ QUAN QUẢN LÝ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/ 2016 - MỤC LỤC Trang Tóm tắt Abstract Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị 1.1 1.2 1.3 1.4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan Khảo sát, đánh giá khả đáp ứng nhu cầu hệ thống biến đổi pha – pha có thị trường Phân tích phương án, so sánh đánh giá tính kỹ thuật, tính tốn so sánh giá biến đổi pha - pha Bộ biến đổi pha – pha phịng thí nghiệm nghiên cứu I II III IV V 10 CHƯƠNG II: BỘ BIẾN ĐỔI MỘT PHA – BA PHA MỘT CHẾ ĐỘ 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.2 Cơ sở lý thuyết biến đổi 1f-3f Tính toán thiết kế biến đổi 1f-3f Bộ biến đổi AC/DC PFC Boost Tính tốn nghịch lưu áp (DC/AC) Tính tốn nhiệt Nghiên cứu tính tốn chọn mạch lọc EMC f ngõ vào, ngõ Tính tốn thiết kế chế tạo board điều khiển Kít DSP TMS320F28069 Sơ đồ triển khai mạch đệm bảo vệ DSP Mạch kích lái Mạch kích xung, nguồn ni Cảm biến điện áp Cảm biến dòng điện Mạch bảo vệ dòng áp Mạch phụ trợ, thiết bị bảo vệ Hệ thống điều khiển biến đổi 1f-3f cấp điện cho truyền động động điện không đồng 3f Phân tích thiết kế chế độ làm việc cho biến đổi Nguyên lý vận hành biến đổi 1f-3f Qui trình hoạt động Qui trình khởi động dừng Lập trình điều khiển biến đổi 1f-3f Lập trình mơ Chương trình 12 17 17 21 24 26 29 29 29 31 32 32 34 36 38 41 41 42 45 45 46 46 46 2.6.3 2.7 Chương trình bảo vệ q dịng điện điện áp Thực nghiệm biến đổi 1f-3f 48 48 CHƯƠNG III: BỘ BIẾN ĐỔI MỘT PHA – BA PHA HAI CHẾ ĐỘ 3.1 Giới thiệu biến đổi pha – pha cấu hình 66 3.2 3.3 Tính tốn thiết kế chế tạo biến đổi pha – pha hai chế độ Thực nghiệm biến đổi 1f-3f cấu hình 67 68 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 103 105 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU -3 -3 k ệm, ô s ấ ấ ọ lự ụ ọ l ô ồm s ấ lớ (>6HP) Cô kệ , ô vệ, m ệm k ể v ả í m lườ , mơ ì mơ ệm v r ể k ự ệ r Tươ pha hai ch phép xử lý ấ ụ kệ ự AC ồm v ệ ệ í ợ ụ ỏ v k ả sá í s ấ,m m ệ Vệ ă lượng v lự , ừ, m ệ ử, ả Cô ỉ v v ệ lắ ả ô ặ, ệ cậ cấ ) ợ - pha thíc vệ ự, n (ch ( ả rú ự m ện cho tải ch bi nhậ ă lượng tải phát v ), cho ầu nguồn tải làm việc ch I i pha - máy phát SUMMARY OF RESEARCH CONTENT In the project, a theoretical analysis and practical implementation of an economic digital phase converter from single phase to three phases will be realized In this study, a proper converter topology will be selected for designing a high power single phase to three phase converter (higher HP three-phase load) The research content will select a suitable of structure phase - phase converter for large capacity applications (> 6HP) The work also includes the circuit analysis, components selection such as: power electronic devices, magnetic components, electronic circuit protection, digital controller and sensor and measuring circuits suitable for the application It includes as well circuit analysis, simulation modeling The work of installation, testing and fabrication will take into account of individual practical application The adjustment and technological improvements will be implemented in practical stage Similarly, the contents of the study also will be related to active front end single phase to - phase converter, which allows the power transfering in both direction II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT 1f-3f AC DC ADC DSP I/O IGBT GTO IGCT PI PWM SPWM THD PFC AFE NPC THUẬT NGỮ pha pha Alternating Current Direct Current Analog-to-Digital Converter Digital Signal Processor Input/Output Insulated-Gate Bipolar Transistor Gate-Turn-Off thyristor Integrated Gate Controlled Thyristor Proportional-Integral Pulse Width Modulation Sine Wave Pulse Width Modulation Total Harmonic Distortion Power-Factor Correction Active Front End Neutral Point Clamped III DANH SÁCH BẢNG SỐ 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 3.1 TÊN BẢNG SỐ LIỆU Thông số SKKD160/16 Thông số cuộn kháng Thông số tụ lọc DC Thông số MOSFET CMF20120D Thông số QC962-8A Thông số Mornsun QA01 Thông số IGBT SKM100GB Kết tính tốn phần mềm Thơng số hoạt động nghịch lưu pha Bảng thông số lắp đặt tản nhiệt tốc độ quạt Thông số FN510-24-33 Trạng thái cổng logic IC IC SN74LVC4245A HV25-400 Sơ đồ chân kết nối chân cảm biến dỏng Thông số kỹ thuật biến dịng ACS759LCB-200B-T-DK Thơng số kỹ thuật thiết bị đóng cắt ngõ vào Bảng số liệu thực nghiệm với nguồn 1f không đổi với tải R Bảng số liệu thực nghiệm thay đổi áp nguồn 1f cung cấp Bảng số liệu thực nghiệm với tải pha R nguồn ổn định 3.2 Bảng số liệu thực nghiệm với tải pha R nguồn áp thay đổi IV TRANG 18 18 19 19 20 21 22 23 24 24 27 30 33 35 35 39 50 50 69 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỐ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 TÊN HÌNH ẢNH Mạng điện nhu cầu sử dụng biến đổi pha – pha Hệ thống động điện sở sản xuất (Trà Vinh) Hệ thống động điện sở sản xuất (Trà Vinh) Hệ thống động điện sở sản xuất (Trà Vinh) Bộ biến đổi sử dụng máy điện quay Bộ biến đổi f – 3f tĩnh Bộ biến đổi 1f – 3f tĩnh Model PAM-1200 Bộ biến đổi 1f – 3f dạng quay Các biến đổi 1f – 3f dạng quay c a h ng T MC Phase-A-Matic Bộ biến đổi f – 3f số Bộ biến đổi 1f – 3f Sơ đồ tổng thể biến đổi pha – pha chế độ Sơ đồ mạch boost PFC nhánh Dòng điện điện áp vào boost PFC Sơ đồ nguyên lý mạch interleaved (hoặc double) boost PFC Nguyên lý điều chế SPWM pha Nghịch lưu áp ba pha Nguyên lý điều chế SPWM ba pha Diode SKKD162/16 Cuộn kháng lọc Tụ điện DC MOSFET CMF20120D QC962-8A Mornsun QA01 Mạch nghịch lưu pha IGBT SKM100GB Mạch bảo vệ cổng Gai áp cảm kháng ký sinh Tụ bảo vệ đề nghị sử dụng Tụ bảo vệ không nên sử dụng có cảm kháng ký sinh lớn Đồ thị trình nhiệt độ phần tử S MIS L Tản nhiệt quạt thổi làm mát S MIKR N Sơ đồ kết nối biến đổi lọc Thiết bị FN2410-100-34 Thiết bị FN510-24-33 sơ đồ kết nối dv/dt over-shoot c a thiết bị 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 Kit vi xử lý DSP TMS320F28069M Sơ đồ nguyên lí mạch đệm, đảo 3.3V lên 5V Mạch đệm tín hiệu xung kích trước sau mạch đệm Mạch lái Nguồn cấp đầu vào từ SMPS V TRANG 4 8 10 10 11 12 13 13 14 14 15 15 18 18 19 19 20 21 21 22 22 23 23 23 25 25 26 26 27 27 29 30 31 32 32 2.31 Mạch nguồn ổn áp 3V 32 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 Sơ đồ nguyên lý HV25-400 Sơ đồ chân c a biến dịng ACS759LCB-200B-T-DK Cảm biến dịng Honeywell Đặc tính thiết kế c a p-Amp Mạch khuếch đại đo lường Kí hiệu khối FF Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động c a FF D Mạch bảo vệ dòng điện Thiết bị bảo vệ MCCB Giải thuật điều khiển nâng áp hiệu chỉnh hệ số công suất nguồn Giải thuật điều khiển động không đồng pha Sơ đồ tổng quan kết nối điều khiển c a nguồn Quy trình khởi động c a hệ thống nguồn Quy trình dừng c a hệ thống nguồn Lưu đồ giải thuật chương trình hoạt động Lưu đồ giải thuật chương trình bảo vệ sai lệch áp áp thấp áp Các thiết bị đo trình thực nghiệm Tải thử nghiệm Đáp ứng điện áp dòng điện nguồn lưới tải 6.2 kW Điện áp, dòng điện nguồn lưới với tải 6.2 kW THD dịng điện nguồn lưới với tải 6.2 kW Cơng suất , PF nguồn lưới với tải 6.2 kW Ccos phi , điện áp dòng điện nguồn lưới với tải 6.2 kW THD áp nguồn lưới với tải 6.2kW Đáp ứng điện áp dòng điện nguồn lưới tải 8.2 kW Điện áp, dòng điện nguồn lưới với tải 8.2 kW THD dòng điện nguồn lưới với tải 8.2 kW Công suất , PF nguồn lưới với tải 8.2 kW Cos phi , điện áp dòng điện nguồn lưới với tải 8.2 kW THD áp nguồn lưới với tải 8.2 kW Đáp ứng điện áp dòng điện nguồn lưới tải 9.1 kW Điện áp, dòng điện nguồn lưới với tải 9.1 kW THD dòng điện nguồn lưới với tải 9.1 kW Công suất , PF nguồn lưới với tải 9.1 kW Cos phi , điện áp dòng điện nguồn lưới với tải 9.1 kW THD áp nguồn lưới với tải 9.1 kW Đáp ứng điện áp dòng điện nguồn lưới tải 10.1 kW Điện áp, dòng điện nguồn lưới với tải 10.1 kW THD dòng điện nguồn lưới với tải 10.1 kW Công suất , PF nguồn lưới với tải 10.1 kW Cos phi , điện áp dòng điện nguồn lưới với tải 10.1 kW THD áp nguồn lưới với tải 10.1 kW 33 34 35 36 36 37 37 38 39 41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.57 2.58 2.59 2.60 2.61 2.62 2.63 2.64 2.65 2.66 2.67 2.68 2.69 2.70 2.71 2.72 2.73 VI 42 43 45 46 47 48 49 49 52 52 52 52 52 52 53 53 53 53 53 53 54 54 54 54 54 54 55 55 55 55 55 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] OMRON, Industrial Automation/ producs/ Inverters, Omron Corporation, 2013 [2] MITSUBISHI, Automation/ products/ Inverters, Mitsubishi Electric, 2013 [3] FUJI ELECTRIC/ Products & Resolution/ Inverters, 2013 [4] MicroMaster 424, Operating Instructions, User Documentation, Siemens , Germany, 2013 [5] Phase – A – Matic serries 222, Static Converters Model PAM-1200HD / - 12 H.P Range / Heavy Duty, Product Description, 2013 [6] TEMCO, AC55 TRU-WAVE™ PC0055 Inverter, Product Description, 2013 [7] gu n:http://www.cncgroup.com.vn/may-chuyen-doi-dien/may-bien-doi-dien-1-phara-3-pha - 319956.html [8] PT-330 Digital Phase Converter – 10hp, Product Description, 2013 (http://www.emachinetool.com/accessories/catalog/large.cfm?OptionCatID=Phase%2 0Converters&OptionFamilyID=232), [9] N.V.Nho, M.J Youn, Carrier PWM algorithm with optimized switching loss for threephase four-leg multilevel inverters, IEE Electronics Letters, UK, Vol.41, pp.43-44, No.1, ISSN 0013-5194, Jan 2005 [10] N.V Nho, Q.T Hai and Hong-Hee Lee, Carrier based Single-state PWM Technique Of Minimised Vector Error In Multilevel Inverter, Journal of Power Electronics, Vol.10, No.4, July, 2010 [11] N.V.Nho,H.H Lee, Generalized Carrier PWM Algorithms For Multilevel Inverters With Unbalanced DC Voltages, Proceeding of the 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC 18-22nd June 2006, Jeju , Korea [12] N.V.Nho, H.H.Lee, Carrier PWM Algorithm For Multi-leg Multilevel Inverters, EPE 2007 - 12th European Conference on Power Electronics and Applications - September 2007, Aalborg, Denmark [13] N.V.Nho, H.H.Lee, Analysis of Carrier PWM Method for Common Mode Elimination in Multilevel inverter, EPE 2007 - 12th European Conference on Power Electronics and Applications - September 2007, Aalborg , Denmark [14] D H Nghia, N V Nho, N X Bac and H H Lee, Real time control of induction motor using IMC approach, Journal of Power Electronics Vol.9, No.3, May 2009 [15] N.V.Nho, N.X Bac and H-H Lee, An Optimized Discontinuous PWM Method to Minimize Switching Loss for Multilevel Inverters, IEEE Transactions On Industrial Electronics, 2011 [16] N.V.Nho,M.J Youn, Comprehensive Study On SVPWM and Carrier Based PWM Correlation In Multilevel Inverters, IEE- Proceedings Electric Power Applications, Jan 2006, Vol.153, No.1, pp.149-158 [17] Nguy ă ờ, Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm thiết bị công suất cho mục tiêu cải tiến chất lượng điện năng, Báo cáo k t qu tài cấp TP., nghi m thu tháng 06-2012 Trang 105 Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 Thực nghiệm điều khiển biến đổi AC-DC-AC pha-ba pha bậc dùng DSP TMS320F28335 Experimental implementation of single phase to three phase 3-level AC-DCAC converter Nguyễn Văn Nhờ, Duong-Hoai Nghia,Cao Trường, Lê Thiên Vũ, Nguyễn Văn Vui Trường ĐHBK TP.HCM e-Mail: nvnho@hcmut.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày kỹ thuật điều khiển biến đổi ACDC-AC bậc sử dụng kit DSP TMS320F28335 Bài báo phân tích điều khiển biến đổi pha AC-DC bậc đạt hệ số công suất trì điện áp phía DC cân không đổi Để đạt điện áp AC ngõ pha, biến đổi bậc diode kẹp (Neutral Point Clamped inverter) điều khiển dùng kỹ thuật PWM sóng mang Tính đắn phân tích điều khiển biến đổi pha-3 pha theo công nghệ biến đổi bậc chứng minh mô thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật lập trình nhúng kit TMS320F28335 phần mềm PSIM Từ khóa: Bộ biến đổi pha -ba pha; Công nghệ bậc; Thực nghiệm dùng DSP TMS320F28335 Abstract: This paper presents PWM control of a single phase –to- three phase converter using DSP TMS320F28335 The converter consists of singlephase 3-level PFC boost converter and 3-level Neutral Point clamped inverter The article presents the control of single phase AC-DC PFC converter to obtain unit power factor and balancing DC voltages To achieve 3-phase AC output voltages, 3-level diode clamp inverter is controlled using carrier based PWM technique A conventional PWM control and eliminated common mode PWM control have been implemented The single-phase to three phase converter control have been verified by experiment with application of embedded software PSIM for kit TMS320F28335 PSIM Keywords: Single-phase to three phase converter, 3level PFC boost converter, carrier PWM technique, DC voltage balancing, NPC 3-level inverter Phần giới thiệu Bộ biến đổi pha sang pha có ứng dụng quan trọng vùng hẻo lánh, khu vực ngoại ô, mà điện pha chưa kịp phủ kín Điều xảy thực tế không nước phát triển mà VCCA-2015 Việt nam Thực tế cho thấy, nhu cầu dùng điện cho thiết bị pha công suất lớn từ 10HP trở lên cho nhà máy xay xát chạy động điện, nhà máy chế biến gỗ, trạm bơm nước phục vụ chăn ni, thủy sản, v.v Một giải pháp giải vấn đề sử dụng biến đổi pha – thành pha bán dẫn cơng suất Bộ biến đổi có nhiều dạng phụ thuộc vào đặc điểm sử dụng thiết bị Với tải động thông thường, cấu trúc đơn giản gồm kết hợp mạch biến đổi AC-DC tăng áp với hệ số công suất (AC-DC PFC boost converter) mạch nghịch lưu pha cấp điện cho động xoay chiều pha Những biến đổi AC-DC tăng áp thường gặp với cấu hình bậc, có nghĩa điện áp tạo q trình đóng ngắt khóa bán dẫn đạt mức giá trị khác Gần đây, xu phát triển biến đổi công suất quan tâm đến cấu hình bậc, chúng đạt nhiều lợi ích khác so với cấu trúc biến đổi bậc Chắng hạn, linh kiện chịu áp thấp hơn, có khả tăng tần số đóng ngắt cao dùng cấu trúc bậc Hơn nữa, đặc điểm bậc xuất q trình đóng ngắt giúp giảm độ méo dạng điện áp dòng điện phía ngõ vào; đồng thời giảm mức độ thay đổi dV/dt điện áp tác dụng giảm nhiễu EMC Bộ biến đổi pha-3 pha bậc nghiên cứu cơng bố nhiều nhóm tác giả khác [1-5] Trong báo này, nọi dung nghiên cứu muốn áp dụng kỹ thuật điều chế PWM triệt tiêu điện áp common mode cho phần nghịch lưu bậc NPC ngõ để cấp cho động cơ; điều giúp giảm hiệu ứng common mode áp dụng tải động AC pha Mặt khác, báo giới thiệu khả áp dụng kỹ thuật lập trình nhúng phần mềm PSIM cho vấn đề điều khiển biến đổi công suất Để tiện theo dõi, chế độ làm việc chỉnh lưu bậc trình bày cơng trình [2] nhắc lại Phân tích mạch biến đổi pha- pha bậc Bộ biến đổi pha -3 pha bậc mô tả sơ đồ hình Nó bao gồm chỉnh lưu tăng áp dạng bậc nghịch lưu bậc diode kẹp NPC Bộ chỉnh lưu pha Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 bậc gồm có mạch chỉnh lưu diode cầu mắc nối tiếp với cuộn kháng lọc DC L Điện áp chỉnh lưu sau mạch lọc điểm nút X,Y điều rộng xung bậc giá trị 0,Vd/2,Vd để trì điện áp không đổi tụ C1,C2 cho Vc1+Vc2=Vd=v0>Vs Điện áp DC tổng tụ lọc chiều C1,C2 lớn biên độ điện áp nguồn ngõ vào vs dùng làm nguồn cho nghịch lưu bậc NPC Chế độ dùng để tăng dòng cuộn dây L dòng cuộn dây L nhỏ dòng yêu cầu giảm điện áp tụ Chế độ (MODE2) Công tắc T1 ON T2 OFF, diode D1 phân cực ngược D2 dẫn Điện áp cuộn L │Vs│ V02 (giả sử rL = 0) Dịng qua cuộn L có độ dốc (│Vs│– V02)/L tăng tuyến tính │Vs│> V02 giảm │Vs│< V02 Tụ C1 phóng lượng cho tải với dòng i0 tụ C2 nạp lượng với dịng iL – i0 Điện áp Vxy = V02 Hình Sơ đồ biến đổi 1f-3f bậc Bộ biến đổi AC/DC ba bậc (AC-DC 3-level Boost Converter) Hình Trạng thái MODE2 Phân tích hoạt động biến đổi AC/DC, có chế độ hoạt động, ký hiệu MODE 1, , MODE4 Các biểu thức toán học: │Vs│= L + rLiL + V02 (4) C1 + = (5) C2 + = iL(6) Chế độ dùng để tăng điện áp tụ C2 điện áp tụ V01 lớn điện áp tụ V02 Hình Sơ đồ phần chỉnh lưu tăng áp bậc Chế độ (MODE1) Cả hai công tắc T1, T2 kích dẫn, diode D1, D2 khơng dẫn chế độ Dịng qua cuộn L (iL) tăng tuyến tính với độ dốc │Vs│/L (bỏ qua điện trở L), cuộn L tích lượng Năng lượng ngõ tụ C1, C2 giảm cung cấp dòng cho tải Điện áp Vxy Các biểu thức toán học: │Vs│= L C1 C2 + + Chế độ (MODE3) Công tắc T2 diode D1 dẫn công tắc T1 diode D2 không dẫn Điện áp cuộn L │Vs│ - V01 (giả sử rL = 0) Dòng cuộn L (i L ) có độ dốc (│Vs│– V02)/L tăng tuyến tính │Vs│> V01 giảm │Vs│< V01 Tụ C2 phóng lượng cho tải với dịng i0 tụ C1 nạp lượng với dòng iL – i0 Điện áp Vxy = V01 + rLiL (1) = (2) = (3) Hình Trạng thái MODE3 Các biểu thức toán học: │Vs│= L + rLiL + V01 (7) Hình Trạng thái MODE1 VCCA-2015 C1 + = iL (8) C2 + = (9) Chế độ dùng để tăng điện áp tụ C1 điện áp tụ V02 lớn điện áp tụ V01 tăng ( giảm) dòng cuộn dây L │Vs│> V01 (│Vs│< V01) Chế độ (MODE4) T1, T2 kích khóa diode D1, D2 dẫn Điện áp cuộn L │Vs│ - V0 Dịng cuộn L giảm │Vs│< V0 Tụ C1, C2 nạp lượng với dòng iL – i0 Điện áp Vxy = V01 + V02 Các biểu thức toán học: │Vs│= L + rLiL + V01 + V02(10) C1 + = iL(11) C2 + = iL (12) Trong chế độ hoạt động điện áp vào lớn điện áp tụ vxy v0/2 v0 MODE MODE sử dụng để cân điện áp tụ tăng dịng cn L với độ dốc (│vs│- v01)/L (│vs│- v02)/L Vì điện áp L lúc dương MODE dùng để giảm điện áp cuộn L v0 > │vs│ Chế độ dùng để giảm dòng cuộn L tăng điện áp tụ Hình Sơ đồ giải thuật chỉnh lưu bậc [3] Hình Trạng thái MODE4 Kỹ thuật điều khiển chỉnh lưu tăng áp bậc thực với điều kiện VS,peak < V0 < VS,peak Với : VS,peak điện áp đỉnh ngõ vào V0 điện áp ngõ DC tụ C1 C2 Giả thiết cuộn L lý tưởng, biến đổi dòng điện cuộn L sau: diL  ( vs (t )  vxy ) / L dt (13) Nếu biến đổi dòng cuộn L chọn điện áp đầu vào vs có điện áp vxy định việc lựa chọn đóng cắt cơng tắc cơng suất T1 T2 thích hợp Để tạo điện áp vxy có ba bậc có hai vùng hoạt động chỉnh lưu ba bậc Vùng 1: (0< vs< v0/2) Điện áp tụ lớn điện áp chỉnh lưu, cuộn dây nạp điện áp vs điện áp xả v01 – │vs│, v02 – │vs│ v0 – │vs│ Để tăng dịng qua cuộn L MODE chọn điện áp cuộn L dương vs Chế độ MODE MODE dùng để giảm dòng cuộn L nạp cho tụ ngõ Nếu MODE sử dụng dịng L giảm nạp cho tụ C2 ngõ Sau để cân điện áp hai tụ MODE sử dụng để tăng điện áp tụ C1 giảm dòng cuộn L Tóm lại có MODE dùng cho vùng để điêu khiển dòng cuộn L làm cho điện áp hai tụ cân Vùng 2: (v0/2< vs< v0) VCCA-2015 Giải thuật sử dụng tín hiệu hồi tiếp dòng qua cuộn dây L, điện áp tụ điện áp nguồn Vs để dẫn giải tín hiệu điều khiển Điện áp Vd ngõ trừ điện áp tham khảo đặt trước, qua khâu tỉ lệ tích phân nhân với góc pha điện áp vào tạo thành tín hiệu điều khiển dịng điện cuộn dây Tín hiệu qua khâu tích phân tỉ lệ cộng với tín hiệu pha có biên độ dao động từ 0.5 ÷ để tạo tín hiệu điều khiển Vdk, Vdk so sánh với sóng mang ( Vtri) lệch pha 1800 có biên độ từ ÷ tạo tín hiệu điều khiển dịng điện đầu vào k3 Điều khiển cân áp tụ điều khiển tín hiệu k2, tín hiệu k1 lựa chọn vùng hoạt động ta có hệ thức liên quan sau: k1 = │vs│> min(v01,v02)( 14) k1 = │vs│< min(v01,v02) k2 = v01> v02 ( 15) k2 = v01< v02 k3 = Vdk ≥ Vtri (16) k3 = Vdk < Vtri Mối quan hệ tín hiệu điều khiển, trạng thái T1, T2 MODE hoạt động cho Bảng Bảng 1: Quan hệ hàm điều khiển xung kích T1,T2 theo trạng thái hàm logic K1,K2,K3 k1 k2 k3 T1 T1 MODE vxy 0 0 v0/2 0 1 1 0 1 v0/2 1 1 1 0 0 vo 1 v0/2 1 0 v0 1 1 v0/2 Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 Dùng phương pháp rút gọn bìa Karnaugh cho biểu thức xác định trạng thái kích transistor T1 T2: T1 = k2 + k3 + k2k3 ( 17) T2 = + k3 + k3 ( 18) Bộ biến đổi DC-AC bậc NPC Bộ biến đổi DC/AC ba bậc NPC có sơ đồ hình Điện áp nghịch lưu có ba trạng thái khác Vdc, Vdc/2, Chẳng hạn, xét pha A, trạng thái đóng ngắt Ta1 Ta3, Ta2 Ta4 đối nghịch (nghĩa Ta1 + Ta3 = 1, Ta2 + Ta4 =1) Quan hệ điện áp trạng thái đóng ngắt linh kiện mơ tả Bảng Tương tự cho trạng thái đóng ngắt khóa cầu B C Bảng 2: Trạng thái đóng ngắt nghịch lưu bậc NPC Vout Vd Vd/2 Ta1 ON OFF OFF Ta2 ON ON OFF Ta3 OFF ON ON Ta4 OFF OFF ON Điện áp tụ C1, C2 phần hai điện áp nguồn Vdc=vo Vấn đề nghịch lưu bậc NPC xem xét ứng dụng cân điện áp hai tụ C1,C2 giảm điện áp common mode Do sử dụng biến đổi AC-DC bậc với khả điều khiển cân điện áp tụ chiều, nên việc cân áp tụ DC khơng cần xét đến tốn điều khiển nghịch lưu bậc NPC Một số phương pháp điều khiển nghịch lưu kỹ thuật điều chế vector không gian (Space Vector PWM), kỹ thuật điều chế dùng song mang Trong báo, kỹ thuật PWM dùng song mang áp dụng Hình Nguyễn lý kỹ thuật PWM sóng mang thơng thường 1  s1  s2  s1  s2 0 s1 0 s2 d 1 0 s1 1 1 0 s2 1 0 1 1 1 T1 T2 2 T3 T2 T1 2 Pattern I a) Fe   s1   s   d  d T1 T2 2 T3 T2 T1 2 Pattern II b) Fe   s1   s   d  Hình 10 Kỹ thuật PWM song mang triệt tiêu điện áp common mode Kỹ thuật PWM triệt tiêu điện áp common mode thiết kế dựa theo hai mẫu điều chế giới thiệu [7], mơ tả hình 10 Việc thực mẫu điều chế dạng I, dạng II phụ thuộc vị trí vector điện áp mặt phẳng vector không gian Tham số mạch: Yêu cầu: Áp đầu vào Vs, tần số f; điện áp DC ngõ với độ nhấp nhô VCMAX , độ nhấp nhơ dịng điện qua cuộn kháng I LMAX , tần số chuyển mạch fs, công suất P=Vs.Is (hệ số công suất 1) Giá trị cuộn kháng L tụ C1,C2 suy từ biễu thức sau [3]: Vd 16Lf S VS I S  8C1Vd*f I LMAX  VCMAX Kết mô thực nghiệm Hình.8 Sơ đồ nghịch lưu bậc NPC Kỹ thuật điều chế PWM dùng song mang cho nhánh pha nghịch lưu bậc NPC dựa so sánh song điều khiển với sóng mang để kích linh kiện [6], hình Tùy theo vị trí tương đối song điều khiển mà áp ngõ nghịch lưu đạt giá trị 0, Vd/2 Vd VCCA-2015 Mô phỏng: Sơ đồ mô hệ thống biến đổi 1f-3f dùng phần mềm PSIM mơ tả hình 11 Các khối giúp cho việc tạo xung kích chỉnh lưu T1,T2 dẫn giải theo điều kiện (14)-(18) Giá trị nguồn điện ngõ vào Vs=220V, 50Hz Cuộn kháng lọc DC L=0.5mH, điện dung C1=C2=10mF Công suất tải khoảng 10kW Tần số song mang 12kHz Kết thực nghiệm : Bộ biến đổi pha-3 pha bậc lắp đặt thử nghiệm cho phạm vi công suất nhỏ hình 13 Hệ thống điều khiển kit DSP TMS320F28335 Phần mềm PSIM sử dụng cho mô phỏng, đồng thời kết hợp khả lập trình nhúng để tận dụng kết lập trình mơ PSIM cho việc tạo xung kích hệ thống phần cứng Hình 11 Mơ hình mơ điều khiển biến đổi pha-3 pha bậc Hình 13 Khối nguồn AC: Gồm máy biến áp biến đổi điện áp từ 220V/50Hz xuống 75V/50Hz tụ lọc nguồn cuộn cảm đầu vào Khối mạch công suất: Gồm AC/DC bậc DC/AC bậc Bộ AC/DC bậc có mức áp yêu cầu 200V Khối tải: Gồm tải R ba pha( 90Ω/pha) mắc hình Cuộn cảm L=4mH, tụ DC có giá trị 3,3mF, áp tụ 150VDC, tải 45Ω Tần số sóng mang 10 kHz cho nghich lưu chỉnh lưu Hình 12 Kết mơ phỏng: tả hình 12 Kết thu điện áp dòng điện qua nguồn AC ngõ vào cho thấy đạt dạng sin với độ méo dạng THD thấp 440V Dòng khởi động tr c tiếp lớn >120A cho động kéo hệ thống xay xát Kết số liệu thu trình thử nghiệm biến đổi f-3f với điều kiện làm việc tải khác Kết thử nghiệm ban đầu đạt yêu cầu đ t c a đề tài c a nhóm nghiên cứu giảm dịng điện khởi động xuống thấp, đạt hệ số công suất gần điều chỉnh thay đổi vận tốc cho động Ghi nhận: Cơng trình nghiên cứu tài trợ chương trình khoa học công nghệ cấp Sở Thành Phố Hồ Ch Minh, mã số đề tài : 224/2014/HĐ-SKHCN Trần Thanh Vũ sinh năm 1980 Gia Lai ăm 2004 giảng viên BM Cung Cấp Điện Khoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Bách Khoa ăm 2008 anh công tác khoa Điện tử - Viễn thông trường ĐH GTVT Tp.HCM Anh làm nghiên cứu sinh ĐH Ulsan Hàn Quốc năm 2009 sau tiến sĩ ĐH Ulsan năm 2013 Hiện C BM Điện công nghiệp khoa Điện tử - Viễn thông trường ĐH GTVT Tp.HCM Lãnh v c anh quan tâm bao gồm lập trình điều khiển t động, điều khiển ngành lượng, ứng dụng biến đổi công suất Nguyễn Văn Vui sinh năm 1976 Long An Anh nhận kỹ sư Điện Công Nghiệp vào năm 2000, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TpHCM Từ năm 2000 anh giảng dạy môn Thiết Bị Điện, Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa ăm 2013 anh làm việc phịng Thí nghiệm Hệ Thống ăng Lượng Hướng nghiên cứu c a anh điện tử công suất, điều khiển động H.12 Thực nghiệm biến đổi 1f-3f địa phương H.13 Theo dõi giá trị áp dòng khởi động sử dụng phương pháp khởi động cũ nhà máy xay xát gạo Kết luận Bài báo trình bày kết th c nghiệm biến đổi điện tử từ pha sang pha cho nhu cầu sử dụng làm nguồn pha điều khiển động Kết th c nghiệm kỹ thuật PWM cho thấy, đạt hệ số công suất ngõ vào gần Thiết bị thử nghiệm vận hành cơng suất lớn nhiều tháng phịng th nghiệm sở xay xát lúa tỉnh Trà Vinh cho thấy đạt ổn định tốt VCM-2016 Nguyễn Văn Nhờ sinh năm 1964 Ông nhận thạc sĩ tiến sĩ Điện-Điện tử Đại học Tây Bohemia, Cộng hòa Séc vào năm 1988 and 1991 Từ năm 1992, ông làm việc khoa Điện-Điện Tử, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, nơi ơng Phó giáo sư Ơng làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ KAIST sáu tháng c a năm 2001 giáo sư thỉnh giảng năm 2003-2004 Lĩnh v c nghiên cứu c a ông mô điều khiển động cơ, lọc tích c c, kỹ thuật PWM Dương Hoài Nghĩa sinh năm 1957 Ông nhận thạc sĩ tiến sĩ vào năm 1989 1993 ngành kỹ thuật điện the Institut National Polytechnique de Grenoble, Cộng hòa Pháp Từ năm 1981, ông cán giảng dạy khoa điệnđiện tử, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Hiện nay, ơng phó giáo sư Lãnh v c ơng quan tâm bao Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử - VCM-2016 gồm lý thuyết điều khiển t động, điều khiển ngành lượng Tài liệu tham khảo [1] Miwa, B.A.; Otten, D.M.; Schlecht, M.E.; “High efficiency power factor correction using interleaving techniques”, IEEE APEC 1992 pp 557 – 568 [2] D J Shortt, W T Michael, R L Avant, and R E Palma, "A 600 Watt Four Stage Phase-ShiftedParallel DC-to-DC Converter," IEEE Power Electronics Specialist Conference Record, June 1985 pp 136-143 [3] Zhang, M.T.; Jovanovic, M.M.; Lee, F.C.Y.; “Analysis and evaluation of interleaving techniques in forward converters,” Power Electronics, IEEE Transactions on, Volume 13, Issue 4, July 1998 Page(s):690 – 698 [4] Destraz, B.; Louvrier, Y.; Rufer, A.; “High Efficient Interleaved Multi-channel dc/dcConverter Dedicated to Mobile Applications,” Industry Applications Conference, 2006 41st IAS Annual Meeting Conference Record of the 2006 IEEE, Volume 5, 8-12 Oct 2006 Page(s):2518 – 2523 [5] Chin Chang; Knights, M.A.; “Interleaving technique in distributed power conversion systems,” Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, IEEE Transactions on, Volume 42, Issue 5, May 1995 Page(s):245 – 251 [6] Chuanyun Wang, Investigation on Interleaved Boost Converters and Applications, PhD Thesis, 2009 VCM-2016