Nghiên ứu phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha bốn dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BA PHA BỐN DÂY NGHÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: 1046 HỒ MẠNH TIẾN Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU HỒNG VIỆT HÀ NỘI 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113919251000000 Lời cam đoan Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo Tiến sĩ Lưu Hồng Việt Các số liệu kết đồ án hoàn toàn trung thực Để hoàn thành đồ án này, em sử dụng tài liệu tham khảo ghi bảng tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà không liệt kê phần tài liệu tham khảo Học viên Hồ Mạnh Tiến Mục lục Mục lục Trang Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Lời nói đầu CHƯƠNG TẢI/NGUỒN KHÔNG CÂN BẰNG VÀ TẢI PHI TUYẾN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái niệm tải/nguồn không cân 1.2.1 Định nghĩa tải/nguồn không cân dựa vào chênh lệch công suất 1.2.2 Định nghĩa tải/nguồn không cân dựa vào thành phần đối xứng 1.3 Ảnh hưởng tải/nguồn không cân 1.4 Tải phi tuyến 12 1.4.1 Khái niệm tải phi tuyến 12 1.4.2 Ảnh hưởng tải phi tuyến 13 1.4.3 Biểu diễn tải phi tuyến dạng mạch điện 20 1.5 Kết luận 22 CHƯƠNG BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BA PHA 23 2.1 Đặt vấn đề 23 2.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha ba dây .23 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 23 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 24 2.2.3 Kết luận 27 2.3 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha bốn dây 27 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 27 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 29 2.4 Mơ hình biến đổi bốn dây hệ tọa độ abc 32 Mục lục 2.4.1 Mơ hình biến tần bốn dây hệ tọa độ abc 32 2.4.2 Mơ hình chỉnh lưu bốn dây hệ tọa độ abc 34 2.5 Mơ hình biến đổi bốn dây hệ tọa độ dq0 .35 2.5.1 Mơ hình biến tần bốn dây hệ tọa độ quay dq0 35 2.5.2 Phân tích trạng thái cân biến tần bốn dây hệ tọa độ quay dq0 .38 2.5.3 Mô hình chỉnh lưu bốn dây hệ tọa độ quay dq0 .40 2.5.4 Phân tích trạng thái cân chỉnh lưu bốn dây hệ tọa độ quay dq0 .41 2.6 Mơ hình tải không cân tải phi tuyến hệ tọa độ dq0 42 2.6.1 Tải cân hệ tọa độ quay dq0 42 2.6.2 Tải không cân hệ tọa độ dq0 42 2.6.3 Tải phi tuyến hệ tọa độ dq0 44 2.6.4 Tải không cân tải phi tuyến hệ tọa độ dq0 .45 2.7 Kết luận 47 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTƠ KHÔNG GIAN 49 3.1 Điều chế vectơ không gian hai chiều 49 3.1.1 Vectơ không gian hai chiều .49 3.1.2 Tổng hợp vectơ chuẩn 52 3.2 Điều chế vectơ không gian ba chiều 53 3.2.1 Vectơ không gian ba chiều 53 3.2.2 Tổng hợp vectơ chuẩn hệ tọa độ αβγ 57 3.3 Thuật tốn điều chế vectơ khơng gian cho biến đổi bốn dây .64 3.3.1 Đặt vấn đề 64 3.3.2 Tổng quan phương pháp điều chế vectơ điện áp cho biến đổi bốn dây 65 3.3.3 Thuật toán điều chế vectơ không gian cho biến đổi bốn dây 68 3.4 Kết luận 76 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU BỐN DÂY 77 4.1 Các cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM ba pha 77 4.2 Điều khiển trực tiếp công suất tựa theo điện áp từ thông ảo 79 4.2.1 Điều khiển trực tiếp công suất tựa theo điện áp (DPC) 79 Mục lục 4.2.2 Điều khiển trực tiếp công suất tựa theo từ thông ảo (VF–DPC) 82 4.3 Điều khiển tựa theo điện áp từ thông ảo 85 4.3.1 Điều khiển tựa theo điện áp (VOC) 85 4.3.2 Điều khiển tựa theo từ thông ảo (VFOC) 89 4.4 Kết luận 90 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 91 5.1 Mơ hình chỉnh lưu bốn dây Matlab\Simulink\PLECS 91 5.1.1 Mơ hình mạch lực 91 5.1.2 Mơ hình khâu điều chế vectơ khơng gian ba chiều 92 5.1.3 Các điều chỉnh điện áp dòng điện 93 5.1.4 Mơ hình khâu điều chế vectơ không gian ba chiều 94 5.1.5 Mơ hình khâu tính góc phi điện áp lưới 95 5.2 Kết mô 95 5.2.1 Trường hợp nguồn điện lưới cân 95 5.2.2 Trường hợp nguồn điện lưới không cân 106 5.3 Kết luận 116 KẾT LUẬN 117 PHỤ LỤC 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 Danh mục bảng Danh mục bảng Bảng 1.1 1.2 Nội dung Tải khơng cân dịng trung tính Tải khơng cân hệ số không cân Trang So sánh tỷ lệ độ lớn thành phần sóng hài bậc cao Tải không cân tải phi tuyến hệ tọa độ dq0 Bảng vectơ chuyển mạch điện áp tương ứng 17 3.2 Bảng vectơ chuyển mạch điện áp tương ứng hệ tọa độ αβγ 57 3.3 Vectơ chuyển mạch khác không tương ứng V1, V2 V3 Các ma trận dùng cho việc tính tốn tỉ số điều biến 61 Bảng vectơ chuẩn điện áp tương ứng hệ tọa độ cố định αβγ Sự bố trí tứ diện lăng trụ Đặc điểm phân loại sector lăng trụ 67 Bảng liệt kê ma trận A(3x3) phục vụ việc tính toán tỷ số điều biến d1, d2, d3 73 1.3 3.1 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 46 56 62 67 71 Danh mục hình vẽ Danh mục hình vẽ Hình vẽ 1.1 1.2 Nội dung Phân tích tải/nguồn khơng cân thành ba thành phần riêng biệt: Thứ tự thuận, thứ tự ngược thứ tự khơng Bốn khả nối nguồn tải Trang 11 1.3 Sơ đồ dòng pha A chỉnh lưu điơt ba pha khơng có lọc chiều 14 1.4 Sơ đồ dòng pha A chỉnh lưu điơt ba pha có tụ lọc chiều 15 1.5 Sơ đồ dòng pha A chỉnh lưu điôt ba pha với lọc L/C chiều 16 1.6 Ba chỉnh lưu điôt pha có tụ lọc 18 1.7 Dạng dịng điện ba chỉnh lưu điơt pha có tụ lọc 18 1.8 Dịng trường hợp tải phi tuyến có mơ hình giống nguồn dòng điều hòa 21 1.9 Điện áp trường hợp tải phi tuyến có mơ hình giống nguồn áp điều hòa Bộ biến đổi điện áp ba dây Sơ đồ chuyển mạch ba dây Đặc tính chuyển mạch van lý tưởng Sơ đồ khối tổng quát biến đổi ba dây Sơ đồ nghịch lưu áp bốn dây Sơ đồ chỉnh lưu bốn dây Sơ đồ lọc tích cực bốn dây Sơ đồ chuyển mạch biến đổi bốn dây Đặc tính chuyển mạch van lý tưởng Sơ đồ chuyển mạch bốn dây 22 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 24 25 25 26 28 28 29 30 30 32 Danh mục hình vẽ 2.11 Mơ hình tín hiệu trungbình lớn nghịch lưu áp bốn dây 33 2.12 Mơ hình tín hiệu trung bình lớn chỉnh lưu ba pha bốn dây 34 2.13 Mơ hình mạch tín hiệu trung bình lớn nghịch lưu bốn dây hệ tọa độ quay dq0 39 2.14 Mơ hình mạch tín hiệu trung bình nhỏ nghịch lưu bốn dây hệ tọa độ quay dq0 39 2.15 Mơ hình mạch tín hiệu trung bình lớn chỉnh lưu bốn dây hệ tọa độ dq0 40 2.16 Mô hình mạch tín hiệu trung bình nhỏ chỉnh lưu bốn dây hệ tọa độ quay dq0 41 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Các khả chuyển mạch biến đổi ba pha ba dây Điện áp phía xoay chiều cho biến đổi ba dây Vectơ điện áp chuyển mạch Tổng hợp vectơ chuẩn sector thứ Mười sáu khả chuyển mạch Chọn lọc vectơ chuyển mạch kế tiếp, bước một: xác định lăng kính Chọn lọc vectơ chuyển mạch kế tiếp, bước hai: xác định tứ diện – ví dụ cho trường hợp vectơ chuẩn lăng kính I 50 51 52 53 56 59 60 3.8 3.9 3.10 3.11 Sơ đồ nghịch lưu bốn dây Sơ đồ chỉnh lưu bốn dây Vị trí 16 vectơ chuẩn khơng gian Lưu đồ thuật toán xác định lăng trụ chứa vectơ V 64 65 66 70 3.12 Vectơ V nằm tứ diện có vectơ chuẩn V 1, V2 75 3.13 4.1 4.2 V3 Biểu đồ xung mở van thuộc tứ diện 14 Mối liên hệ điều khiển chỉnh lưu PWM điều khiển nghịch lưu động không đồng Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM ba pha 76 77 78 Danh mục hình vẽ 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 Sơ đồ cấu trúc DPC điều khiển chỉnh lưu ba pha bốn dây Các điều khiển trễ Sơ đồ cấu trúc VF–DPC điều khiển chỉnh lưu ba pha bốn dây Sơ đồ cấu trúc VOC điều khiển chỉnh lưu ba pha bốn dây Điều khiển ba kênh dòng điện chỉnh lưu bốn dây Sơ đồ cấu trúc VOC điều khiển chỉnh lưu ba pha bốn dây Sơ đồ cấu trúc VFOC điều khiển chỉnh lưu ba pha bốn dây Mơ hình chỉnh lưu PWM bốn dây Simulink\Plecs Khối điều chế vectơ không gian ba chiều Bộ điều khiển điện áp Bộ điều khiển dịng điện Khâu tính góc phi điện áp lưới Mơ hình tồn hệ thống Simulink\Plecs Điện áp lưới VAG, VBG V CG nguồn cân Các dòng điện IS_a, IS_b IS_c Các dòng điện IS_d, IS_q IS_0 Điện áp điều khiển V S_a, VS_b V S_c Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SW cp SWfp Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc Dòng điện tải đặt i load_ref Các dòng điện IS_a, IS_b IS_c Các dòng điện IS_d, IS_q IS_0 Điện áp điều khiển V S_a, VS_b V S_c Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SW cp SWfp Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc 79 81 83 85 88 89 90 92 93 93 94 94 95 96 96 97 97 98 98 99 100 100 101 101 102 Danh mục hình vẽ 5.19 5.20 5.21 5.22 5.23 Dòng điện tải đặt iload_ref Các dòng điện IS_a, IS_b, I S_c Các dòng điện IS_d, IS_q IS_0 Các điện áp điều khiển V S_a, VS_b VS_c Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SW cp SWfp 103 103 104 104 105 5.24 5.25 5.26 5.27 Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc Điện áp lưới VAG, VBG V CG nguồn pha C Các dòng điện IS_a, I S_b IS_c Các điện áp điều khiển VS_a, VS_b VS_c 107 107 108 108 5.28 Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SWcp SWfp 109 5.29 5.30 5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc Dòng điện tải đặt i load_ref Các dòng điện IS_a, IS_b, I S_c Điện áp điều khiển V S_a, VS_b V S_c Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SW cp SWfp Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc Dòng điện tải đặt iload_ref Các dòng điện IS_a, IS_b, I S_c Điện áp điều khiển VS_a, VS_b V S_c Xung điều khiển bốn van SWap , SWbp, SW cp SWfp Điện áp đặt Vdc_ref đầu V dc 109 110 111 111 112 112 113 114 114 115 115