TÓM TAT LUẬN VANNội dung chính của luận văn là nghiên cứu phương pháp điều chế vector không gian déđiều khiến và giảm tốn hao do chuyên mach trong bộ nghịch lưu ba bậc dạng diode kẹpNPC
CHO BỘ NGHỊCH LƯU BA BẬC NPC
Vị trí của V,,, dựa vào góc lệch 0
Dé biét Vir đang ở tam giác đều nhỏ nào ta dựa vào hình 3.3
Chiêu Vier lên hai cạnh của tam giác ta được m, và m, như hình 3.3.a)
Dựa vào hình 3.3.b) ta có a = V„„ sin8 (3.18)
= cos@—c= cos @ — = COS — mM, ref ref J3 J3 3
Sau khi tính toán được m, và m,, dựa vào bang 3.3 ta sẽ xác định được Vier ở tam giác đêu nhỏ nào trong tam giác đêu lớn mà ta đã xác định được dựa vào góc lệch 8.
Bang 3.3: VỊ trí của V„„ dựa vaom,, m, m,, mM, VỊ trí m, 0.5 4 m, (1-1,0) > (10/0) > 1-10) > (1-1-1) Trang thái đóng ngắt của các khóa trên trong vùng I-1, I-2, I-3, I-4 khi đã loại các trang
` V V fo, thỏi cú điện ỏp common-mode băng + 3 J+ ơ được thờ hiện trong cỏc hỡnh (4.3) đến
Sx ee ees see ee ee
Hình 4.3: Chuỗi đóng ngắt các khóa trên của vùng I-1
Ss: See eee ee k9 | to | ơ to | |e
Hình 4.5: Chuỗi đóng ngắt các khóa trên của vung I-3
Hình 4.4: Chuỗi đóng ngắt các khóa trên của vùng I-2
Ss: eee eee eee eee eee
Hình 4.6: Chuỗi đóng ngắt các khóa trên của vùng I-4
4.2.2 Triệt tiêu điện áp common-mode
Phương pháp nay còn gọi là phương pháp Zero Common-mode (ZCM) Phương pháp nay sử dụng sáu vector vừa va trang thái (0,0,0) của vector không do những vector nay có điện áp common-mode bang 0 Những vector nay được thé hiện như trong hình 4.7
Hinh 4.7: Vector khong gian cho phuong phap ZCM
Dé thực hiện phương pháp nay, trước tiên ta cần phân vùng lại các vector không gian như trong hình 4.7 Ta thực hiện lại các bước trong phương pháp điều chế vector không gian cho bộ nghịch lưu NPC ba bậc.
Như trong hình 4.7, vector tham chiếu Vir nam trong vung L ta chon ba vector gan với V es nhất là V,, , V„ V, va thời gian tac dụng của các vector này lần lượt là Ta, To, Te.
Vector Wj„, V„, V„ được thể hiện như trong biểu thức (4.13)
Vie" T, = By, eT + By, eT, (4.14)
Và (cosỉ+ jsin@)T, Sy, (cos + jsinƠ V1.4 FV, ‘cos + jsin Jr,
Tach phân thực va phan ảo trong biéu thức (4.15) ta được:
NNH: " : (4.16)
NGHỊCH LƯU NPC BA PHA TÁM KHÓA
MO PHONG BỘ NGHỊCH LƯU NPC
6.1 Bộ nghịch lưu ba bậc NPC
Bảng 6.1: Thông số mô phỏng
Tân sô đóng ngắt 10 kHz Điện áp DC ngõ vào 100 V Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm L 20 mH
Tân sô ngõ ra 50 Hz Chỉ sô điều chế mạ 0.7
Hình 6.1: Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu ba bậc NPC e Khối NPC_Inverter i = yo
GETOlIde -đ ISET/Obde+ a IGET/Obde? we as a GBT Ondes 4 KẠ8ETOkcœe7 K3ET/Otơe11 4
Hình 6.2: Sơ đồ khối NPC_Inverter e Khối Load
|Voltage Meas Lư emerrt 1 Vab ộ:ằ ^JW-fTtt- =
A RLa éz ot WT B RLb
Hình 6.3: So dé khối Load
6.1.2 Kết quả mô phỏng a Phương pháp điều chế vector không gian điều khiến bộ nghịch lưu ba bậc NPC
Hinh 6.4: Dién ap day va dong dién qua tai phuong phap SVPWM
Hình 6.5: Điện áp common-mode phương pháp SVPWM
Hình 6.6: Điện áp dây và dòng điện qua tải trong trường hợp giảm CMV
Hình 6.7: Điện áp common-mode trong trường hợp giảm CMV
-100 c Triệt tiêu điện áp common-mode cho bộ nghịch lưu ba bac NPC
Hình 6.9: Điện áp common-mode trong trường hợp ZCM
6.2 Bo nghịch lưu ba pha tam khóa
6.2.1 Trường hợp điện áp hai tụ điện cân bằng a Sơ đồ mô phỏng
Bảng 6.2: Thông số mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha tám khóa
Tân sô đóng ngắt 10 kHz Điện áp DC ngõ vào 200V Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm L 20 mH
Tân sô ngõ ra 50 Hz Chỉ sô điều chế mạ 0.4 Œ 200 10 0.02
Hình 6.10: Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha tám khóa b Kết quả mô phóng
Hình 6.12: Điện áp dây ngõ ra trong trường hợp điện áp tụ cân bang
Hình 6.13: Điện áp tải trong trường hợp điện áp tu cân bang
ANAAAA
ANA YYÌYY VYY VYY
6.2.2 Trường hợp điện áp hai tụ điện không cân bằng a Sơ đồ mô phỏng:
Bảng 6.3: Thông số mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha tám khóa trường hợp điện áp tụ không cân băng
Tan sô đóng ngắt 10 kHz
Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm
Tân sô ngõ ra 50 Hz
VDCI 120 V VDC2 100 V Vin 50V cue om,
1p —Ю2) voce vóc I xt r {wa ‹128 aes: ma dk1 +
Hình 6.15: Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha tám khóa trường hợp điện áp tụ không cân bằng b Kết quả mô phóng
Hình 6.16: Điện áp dây ngõ ra trường hợp điện áp tụ không cân bang
Hình 6.17: Điện áp tải trường hợp điện áp tu không cân bằng
WV VV VV VV VV VV V OV VN ft!
Ầ LAIMA AAT AAL
VLA AADAAAAADAADAA
THỰC NGHIỆM BỘ NGHỊCH LƯU BA BẬC NPC
Quá trình thực nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử công suất 115B1 — Trường đại học Bách Khoa TPHCM Chương trình tính toán các thông số của giải thuật được viết băng ngôn ngữ C trên máy tính và được nạp vào Board DSP TMS320F28335 để xuất ra xung kích thông qua mach lái điều khiển đóng ngắt cho các khóa công suất dé điều khiến tải RL.
Dạng sóng dòng điện và điện áp được hién thị thông qua dao động ký để đánh giá độ lớn cũng như độ méo dạng của điện áp và dòng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu.
Mô hình thực nghiệm bộ nghịch lưu ba bậc NPC có cầu hình nhu trong hình 7.1 Thành phan chính là khối công suất gồm 12 khóa công suất IGBT và 6 diode kẹp hoạt động được là nhờ mạch điều khiến sử dụng DSP TMS320F28335 của hãng Texas Instrument thông qua mạch lái Mô hình gồm các khối chính: mạch nguồn, mạch công suất, mạch điều khiến, mạch lái, tai R-L.
Mạch điều Mach lái Mạch công Tải 3 pha khiên suât R-L
Hình 7.1: Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm bộ nghịch lưu ba bậc NPC
7.2.1 Mạch nguồn DC a Nguồn DC 5V và + 15V
Dùng để cấp cho mạch điều khiển và mạch lái hoạt động Bộ nguồn được sử dụng trong mạch là bộ nguồn DC SP50U-0533T có thông số như trong bảng 7.1
Bảng 7.1: Thông số bộ nguồn DC SP50U-0533T
Parameter ValueNumber of Outputs 3Voltage - Input 85 ~ 264 VOutput | @ Current (Max) 5V @ 6AOutput 2 @ Current (Max) I5V @14AOutput 3 @ Current (Max) -l5V @ IAPower 50w b Nguồn DC:
Nguồn DC cho mạch công suất được chỉnh lưu va lọc từ nguồn AC ba pha 380v như trong hình 7.3.
F—>| Chỉnh lưu ———>| Nguồn DC ba pha áp
Hình 7.3: Sơ đồ khối mạch nguồnNguồn AC được lay từ máy biến áp ba pha có ngõ vao là điện áp ba pha 380v và ngõ ra có thể thay đối được từ 0 đến 400v như trong hình 7.4. Ở đây, ta sẽ lay điện áp ngõ ra máy biến áp là 380 V nối vào ngõ vào của bộ chỉnh lưu tạo nguồn DC thay đôi được như trong hình 7.5 Ở đây ta sử dụng hai bộ nguồn DC dé cấp điện cho hai tụ điện một chiều trong thí nghiệm bộ nghịch lưu ba pha tám khóa trong trường hợp điện áp trên hai tụ không cân băng.
Mạch điều khiến có chức năng thực hiện các giải thuật và xuất các tín hiệu PWM thông qua mạch lái để điều khiển đóng ngắt cho các khóa công suất trong mạch công suất đồng thời nhận các tín hiệu hồi tiếp điện áp tụ, dòng điện qua tải để xử lý đưa vào trong giải thuật.
Mạch điều khiến sử dung DSP TMS320F28335 dé xuất xung PWM, DSP TMS320F28335 là một loại vi điều khiến thuộc loại mạnh nhất trong dòng vi điều khiển 32 bit C2000 của hang Texas Instrument Vị diéu khién nay dugc su dung rat nhiéu trong lĩnh vực điện tử công suất dé điều khiển động cơ, robot, hay các bộ truyền động điện khác ee
Hình 7.6: Mạch điều khiến sử dung TMS320F28335 của hãng TI
Nhằm cách ly mạch điều khiển và mạch lái, các xung PWM trước khi được truyền đến mạch lái sẽ được chuyền đổi từ tín hiệu điện — quang băng bộ phát HFBRT1521Z (điện
—> quang) và ở mạch lái sẽ chuyển đổi tín hiệu quang —> điện bang bộ thu HFBR-R2521Z
Hình 7.7: Bộ thu phát quang HFBR-T1521Z và HFBR-R2521Z
Mạch lái có chức năng cách ly mạch điều khiến và mạch công suất đồng thời chuyên đổi tín hiệu điện áp 5V từ mạch điều khiến lên thành điện áp kích phù hợp (15V) dé IGBT hoạt động.
OUT Tin hiéu quang Cong Chuyện đôi Ì ỊN OPTO
PWM từ tín hiệu ——*> A3120 — mạch điều khiển Quang — Điện
Hình 7.8: So đồ khối của mach lái
Mạch lái được thiết kế gồm 3 ngõ vào PWM từ mạch điều khiến và 3 ngõ ra kích cho mach công suất Bộ nghịch lưu ba bậc NPC cần 12 xung kích cho IGBT, do đó ta cần đến bốn mạch lái ghép lại với nhau như hình 7.9
Bộ nghịch lưu ba bậc NPC gồm 6 bộ FMG2G150US60E và 6 diode RURG8060 của hãng Fairchild Semiconductor có thông số như bảng 7.2 và bảng 7.3
Bang 7.2: Thông số kỹ thuật FMG2G150US60E
Symbol Description FMG2G150US60E UnitsVoces Collector-Emitter Voltage 600 VVocEs Gate-Emitter Voltage +20 V lc Collector Current @Tc= 25°C 150 A lom (1) Pulsed Collector Current 300 A lp Diode Continuous Forward Current @ Tc = 100°C 150 A lem Diode Maximum Forward Current 300 ATsc Short Circuit Withstand Time @ Tc = 100°C 10 usPp Maximum Power Dissipation @Tc= 25°C 500 WTy Operating Junction Temperature -40 to +150 °CTstg Storage Temperature Range -40 to +125 °CVie Isolation Voltage @ AC 1minute 2500 VMounting Power Terminals Screw : M5 2.0 N.mTorque Mounting Screw : M6 2.5 N.m
Gi Et internal Circuit Diagram
Bang 7.3: Thông số kỹ thuật của diode RURG8060
Absolute Maximum Ratings Tc = 25°C, Unless Otherwise Specified
Peak: Repetitive Reverse Vửllage - VRRM Working Peak: Reverse VOHAOOLie220 2:22 -.:: :i.-:22//222201522/02002020202002/2/202X566 002254 VRwM DC Blocking Vote: - -. -‹ - ret Seteiaieie #:nvanaaiteiareraueumetisteee sacoromteiece erecereie mie VN
Average Rectified Forward Current lF(AV)
Repetitive Peak: Surge Current S22 e2 22220222 c6 ema cio Mime Glen G emit ames l-FRM (Square Wave, 20kHz)
Nonrepetitive Peak Surge CUfrerit: : :‹ ee 22220222122222222261622/A0722064/40A06i8564/6(402Y6266614(s04142212 2 lESM (Halfwave, 1 Phase, 60Hz)
Maximum Power Dissipation ẶŸŸẶằŸằằSS Pp Avalanche Energy (See Figures 7 and.) ¿222242222 2222722 Pea 256405 4047208743 EAVL Operating and 'StửIA0GTTEIIBGIGHESI.- e2 26225222 C wie lend Giả lim thản G013(6/914l(908002287822:04 ee TseTe Ty
Hình 7.12: Mô hình bộ nghịch lưu ba bậc NPC 7.2.5 Tải ba pha R-L
Mỗi pha tải gồm một điện trở R = 10Q và cuộn cảm L = 20mH mắc nối tiếp Tải ba pha mắc kiểu Y như hình 7.12
7.3 Thực nghiệm Đề kiểm chứng lại kết quả mô phỏng đạt được trong chương 6, ta tiến hành làm thực hiện với thông số thực nghiệm như thông số mô phỏng.
7.3.1 Bộ nghịch lưu ba bậc NPC
Bảng 7.4: Thông số thực nghiệm cho bộ nghịch lưu ba bậc NPC
Tân sô đóng ngắt 10 kHz Điện áp DC ngõ vào 100 V Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm L 20 mH
Tân sô ngõ ra 50 Hz Chỉ sô điều chế mạ 0.7 a Phương pháp điều chế vector không gian s* Lưu đồ giải thuật
Vv - ta, tb, tcứng với region 4 - Thực hiện chuỗi đóng ngắt cho từng sector
Hình 7.14: Lưu đỗ giải thuật phương pháp điều chế vector không gian
- ta, tb, tcứng với region 1 - Thực hiện chuỗi đóng ngắt cho từng sector s* Kết quả thực nghiệm
Vv - ta, tb, tcứng với region 2 - Thực hiện chuỗi đóng ngắt cho từng sector mi >0,5
Vv - ta, tb, tcứng với region 3 - Thực hiện chuỗi đóng ngắt cho từng sector
T T ee mT TT T a TT 1 TT T T ee TT T a
INM im Ni ii Ki, a a tet Espa bế Hơi bed ae ai NHIÊN i a a Đột đới tse bay chi 3,
Hình 7.15: Điện áp dây và dòng điện qua tải theo phương pháp điều chế vector không gian (50V/div, 4A/div, 20ms/div)
T a T T T ee TT T ee TT 1 TT T T~- lãi ANH li NI,
TẾ NI)
Ð đới se a tet ep a bế Hơi si 3:
Set Đội đời + bếi, đơn dời )j: £ a Giảm điện áp common-mode l8 Ni N00 Ni I0 000000100 001000000000 0000000000000 0) l0 00000 0000000000000 000000000000 OG Ễ G1) 500mVidiv 1MO R,:500M | (acer y\ 150mv )[2o.omsldiv500kSis — 2.0us/pt
Hình 7.17: Điện ap day và dòng điện qua tai trường hop giảm điện áp common-mode
(SOV/div, 4A/div, 20ms/div) lễ 4
5 1 l8 Ni N00 Ni I0 000000100 001000000000 0000000000000 0) l0 00000 0000000000000 000000000000 OG ÍCSZ)200mVidiv ima 500M Ì (ACETN 150mv )[2o.omsldiv500kSis — 2.0us/pt
Hình 7.18: Điện 4p common-mode trường hợp giảm điện áp common-mode (20V/div, b Triệt tiêu điện áp common-mode
Hình 7.19: Điện ap day va dòng điện qua tải trường hợp triệt tiêu điện 4p common-mode
(SOV/div, 4A/div, 20ms/div)
[A Ni N00 Ni OG GD 0) l0 00000 0000000000000 000000000000 OG (( €2 )200mVldiv 1MQ R„:500M Ì (A CETTN 150mv ] 5.0ms/div 500kS/s 2.0us/pt
7.3.2 Bộ nghịch lưu ba pha tam khóa a Trường hợp điện áp tụ cân bằng
Bang 7.5: Thông số thực nghiệm bộ nghịch lưu ba pha tám khóa trường hợp điện áp tụ cân bằng
Tân sô đóng ngắt 10 kHz Điện áp DC ngõ vào 200V Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm
Tân sé ngõ ra 50 Hz Chi sô điều chế mạ 0.4 wo 5 oe le if Movin tac 5, =e
Hình 7.21: Điện áp dây trường hop điện áp tụ cân băng (100v/div, 5ms/div) lên Vi Ni Ni NIN: HN tý ti li Vi VI Ts De L1 X ——
“1 MO 4y 500m ACcr Y\ are | S.Omaldiv 50.0M$/3 2?0.0nx~!p+
Hình 7.22: Điện áp pha trường hợp điện áp tụ cân băng (50v/div, 5ms/div)
' lí Maes ee = ow * ` ` ` Aree | Deen te tar 5, oe ce pee
— “nim b Trường hợp điện áp tụ không cân băng
Bảng 7.6: Thông số thực nghiệm bộ nghịch lưu ba pha tám khóa trường hợp điện áp tụ không cân bằng
Tân sô đóng ngắt 10 kHz
Ci 20000 WF Ca 20000 WF R 10 Ohm
Tân sô ngõ ra 50 Hz
NORE
| (ail dW il c1 )200mVidiv 1MQ R„:500M (ACSTTN.194v | 5.0ms/div 1.0MS/s 1.0us/pt
( cz )200mVidiv 1MQ B„:500M Preview ( c3 )200mV(div 1MO B„:500M 0 acqs RL:50.0k ( c4 )500mV/div 1MQ R„:500M Auto
Hình 7.24: Dòng điện qua tải và điện áp dây trong trường hợp Vpci 0v, Vpca =l00v
- Kết qua thực nghiệm và kết quả mô phỏng tương đối giống nhau Tuy nhiên do ảnh hưởng của thiết bị đo nên dòng điện qua tải có độ nhấp nhô nhiều so với kết quả mô phỏng.
- Trong phương pháp triệt tiêu điện áp common-mode, thực nghiệm cho thay vẫn xuất hiện nhiều gai điện áp, còn trong mô phỏng thì không xuất hiện Điều này có thé giải thích là sự xuất hiện các gai điện áp là ảnh hưởng của dead-time trong quá trình chuyển mạch.
- Trong thực nghiệm bộ nghịch lưu ba pha tam khóa trường hợp điện áp tụ mất cân bang thì cần sử dụng hai nguồn điện tạo điện áp DC 120v và 100v làm cho mồ hình thực nghiệm công kénh, khó khăn trong thao tác.
- Cần cải thiện mô hình thực nghiệm dé cải thiện chất lượng dòng điện và điện áp ngõ ra.
KET LUẬN
Kết luận e Đề tài giới thiệu về cau hình và nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu ba bậc NPC và bộ nghịch lưu ba pha tám khóa là bộ nghịch lưu ba bậc NPC có một nhánh bị sự cô hở mạch. e Đề tài trình bày phương pháp điều chế vector không gian dé điều khiến bộ nghịch lưu ba bậc NPC và dùng phương pháp này để giảm và triệt tiêu điện áp common- mode. e Đề tài cũng trình bay kỹ thuật điều chế sóng mang cho bộ nghịch lưu ba bậc NPC khi bộ này bị sự cố hở mạch. e Các phương pháp đều được mô phỏng và thực nghiệm dé đánh giá, chứng minh tính đúng đắn của đề tài. e Các kết quả đạt được trong quá trình thực hiện dé tài sẽ là dữ liệu đầu vào đáng tin cậy cho các nghiên cứu về sau.
Hướng pháp triển đề tài e Ung dung diéu khién dong co dé chế tao các bộ bién tan ba pha trong thuc té. e Khắc phục gai điện áp do ảnh hưởng của dead-time trong trường hop triệt tiêu điện áp common-mode. e Kết hợp bộ biến đổi điện áp một chiều kết hợp với bộ nghịch lưu dé sử dụng điện mặt trời cho các ứng dụng công suất lớn. e Nghiên cứu về van dé mat cân băng điện áp tụ khi chỉ sử dụng một nguôn DC.
SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN)
[1] Tuong Duy NGUYEN, Dung Quoc PHAN, Tuyen Dinh NGUYEN, “Space Vector Modulation to Reduce and Eliminate Common-Mode Voltage for Three-Level Neutral- Point-Clamped Inverter’, ICSE 2015 Proceeding of The 4th International Conference on Sustainable Energy (ICSE 2015) Page: 179 — 187.
[2] Nguyen Dinh Tuyen, Nguyen Duy Tuong, Tran Thanh Vu, Phan Quoc Dung,
“Carrier-based PWM Method for Eight-Switch Multilevel Three-phase Inverter’, ISEE 2015 Proceeding of The 2015 International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (SEE2015) Page: 344 — 351.
[3] Tuyen Nguyen Dinh, Tuong Nguyen, Hong Hee Lee, “Carrier-based PWM Method for Eight-Switch Multilevel Three-phase Inverter”, IPEMC 2016 — ECCE Asia.