Nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade Điều khiển Động cơ ba pha không Đồng bộ

Trong đề tài này, người thực hiện thiết kẻ mô hình nghịch lưu 3 pha 7 bac Cascade điều khiển động cơ không đẳng bộ 3 pha, Mô hình được thực hiện dựa trên việc sử dụng card DSP F28115 với

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NGHỊCH LƯU 3 PHA 7 BẬC CASCADE

DIEU KHIEN DONG CO’ BA PHA KHONG DONG BO

GVHD: BO DUC TRI SVTH: TRAN VAN NHO’

SKLOC

TP Hồ Chí Minh, thang 01/2015

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

MSSV: 10201029

ĐIỆN 3K 9603427 |

Thành phố Hồ Chí Minh — 1/2015

LOI CAM DOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai tông

bố trong bắt kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày À tháng 1 năm 2015

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

/ gle

Trần Văn Nhờ

LOI CAM ON

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã trang bị cho em kiến thức và giúp đỡ em giải quyết những khó khăn trong quá trình làm đồ án

Đặt biệt em xin chân thành cảm ơn Thay hướng dẫn, ThS Đỗ Đức Trí đã tận tình giúp đỡ trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện

Nhóm thực hiện để tài

Trần Văn Nhờ

TOM TAT

Ngày nay, năng lượng điện gần như là một phần không thé thiếu trong cuộc sống Tuy nhiên, giá thành cho việc sử dụng điện ở Việt Nam tương đối cao và còn

nhiều bắt cập Trong những năm gần đây pin năng lượng mặt trời dần được sử dụng

rộng rãi, các tuabin năng lượng gió cũng bắt đầu được sử dụng phổ biến hơn Qua

đó, chúng ta có thể xây dựng những bộ nghịch lưu có công suất nhỏ nhằm phục vụ

cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất nhằm chủ động trong sản xuất, giảm chỉ phí

sinh hoạt, giảm chỉ phí sản xuất, giảm gánh nặng thiếu điện cho nhà nước Trong đề tài này, người thực hiện thiết kẻ mô hình nghịch lưu 3 pha 7 bac Cascade điều khiển

động cơ không đẳng bộ 3 pha, Mô hình được thực hiện dựa trên việc sử dụng card

DSP F28115 với kỹ thuật lấp trình nhúng từ phân mềm Matlap kết hợp trình biên

dich Code Composer Stidio Va 3 để nạp chương trình vao card [SP F28335 Sau Khí được hại chuông tình card DẾP F28335 sẽ tạo ra các xung kích đóng, mở các

(GIHT tạo rà điện áp xoay chiều 3 pha, Kết quá thực nghiệm 5í m:ó hình hoạt động

cho thầy đã tạo ra được điện áp xoay chiều 3 pha điều khiế:

được động cơ 3 pha

không động bộ

ABSTRACT

Today, electrical energy is almost an indispensable part of the life However,

the cost for the use of electricity in Vietnam is relatively high and many shortcomings In recent years, solar cells being used more widely, the wind turbines are starting to be used more commonly Thereby, we can build the inverter small

capacity to cater to the needs of living and production in order to be active in the

production, reducing the cost of living, reduce production costs, reducing the burden severe lack of power to the state In this subject, the implementation of design patterns 7 levels 3-phase inverter motor control Cascade multiple 3-phase asynchronous The model was based on the use 28335 DSP card with embedded Programming fechniqnes from software Matlap combination Code Composer Studio compiler V4.4 te load the program into }2%445 DSP card Once loaded F28335

d voltage IGBT 3- were created by 3-

DSP caid program will create shock closed, open the generat

phase ae, The experimental results when operating mode! she

phase AC Voltage motor control three-phase asynchronous

MỤC LỤC

LOI CAM DOAN

TONG QUAN coos

1.1 Tổng Onan Về Lĩnh Vục Nghiên Củu

2.1.1.1 Bộ nghịch lưu áp

2.1.1.2 Phân loại bộ nghịch lưu áp

2.1.2 Cac dang cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc

2.3.4.1 Động cơ không đồng bộ rotor lồng s

2.3.4.2 Dong co không đồng bỏ rotor day quan

2.4 Diéu khién bé nghich hn ap da bic dang cascade — phương pháp điều c

rong xung (Carrier based PWM)

244/1 Tổng quát về kỹ thuật điệu che do réng xung- PWM

3.5 — MaLsávhi tiền đánh gia ky thuật PWM của bộ nghị

2.6 Các dạng sàng mang dùng trong kỹ thuật PWM.,

37 Phường pháp điều chế độ rộng xung Sỉn cải biến

3741 Nguyễn tặc thực hiện đối với bộ nghịch lưu cascade 7

đề án,

372

tải thuật tính toán uạu khi cho trước áp tí

2.8 Giới thiệu về card DSP TMS320F28335

2.8.1 Tổng quan về card xử lý tín hiệu số TMS320F28335

3.1.2 Khối phát xung -.:cccsrrrcc2ZvEErt.2EEEE.E 1 are 27

8:18 Khối đội HHHHIĐll:aseosnuiasetiag ngào SÓ Gu2 00101000 0seeeseeseesersd 28

vi

3.1.4 Khối công suất

3.2 Mô phỏng cho bộ nghịch lưu áp cascade 7 bậc

3.3 Phân tích sơ đồ khi

3.3.1 Khối tạo sóng sin

3.3.2 Khối tạo sóng tam giác

3.3.3 So sánh sỉn với tam giác

3.3.4 Khối mô phỏng kết nói IG

.45 46

DANH SACH BANG

Bang 2.1 Điện áp ngõ ra ứng với các trạng thái đóng ngắt của cascade 7 bậc

Bảng 3.1 Thông số của IGBT

Hình 29 [linh dạng sóng mang POD

Hinh 3 10 Hinh đang sàng mang

Hình 3 11 Nâng điều khiến bạn đầu

Hình 3 12 Hàn song điều khiển được điều chế từ sóng điêu

Ninh 2.13 Quan hệ giữa biên độ áp điều khiển và biên độ són

Nình 3.14 Giải thuật tính toán uạy khi biét dp tai Uy

Hình 3.7 Mạch bảo vệ IGBT,

Hình 3.8 Sơ đề mạch in mạch bảo vệ IGBT

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch bảo vệ IGBT

Hình 3.16 Sơ đồ mạch in lop bottom khối phát xung kích

Hình 3.17 Sơ đồ bố trí linh kiện khỏi phát xung kích

Hình 3.18 Mạch nguồn đỏi cho xung kích

Hình 3.19 Khối nguồn đôi cho xung kích

Hình 332 No đồ bố tị tinh kiện khỏi nguồn đôi cho xang kích:

Ninh 321 No đã nch mỏ phòng trong Simulink Matlab

inh 3.20 Khoi so sinh séng sin véi sóng tam giác trong Sim

Uinh 3.27 Khéi m6 phéng két néi IGBT trong Simulink Matlab

Uinh 3.28 Khối mô phống kết nối tải trong Simulink Matlab

Hinh 4.1 Ap tai 3 pha mô phỏng

Hinh 4.2 Xung kich 1 pha

Hinh 4.10 Mach nguén DC

Hình 4.11 Biến áp

Hình 4.12 Tụ giữ áp cho mạch nguồn DC

Hình 4.13 Mạch công suất và mạch bảo vé IGBT

Hình 6.1 Thư viện simulink

Hình 6.2 Thư viện khối Source

Hình 6.3 Hộp thoại thông sồ Consuent

Hình 6 4 Hộp thoại Signal Attributes của khói Còn

Hnh 6 Š Hiệp thoại thông sẻ khỏi Sine WaVEU

Hinh 6 6 Hap thoại thang số Khôi Niep

ink 6.10 Vidy m6 phong str dung Pulse Generator

1tình 6.12 Ví dụ mô phỏng sử dụng Clocl

Hình 6.13 Hộp thoại thông số khối Digital Clock

Hình 6.14 Ví dụ mô phỏng sử dụng Digital Clock

Hình 6.15 Hộp thoại thông số khối From File

Hình 6.16 Hộp thoại thông số khối From Workspace

Hình 6.17 Hộp thoại thông số khối Ground

Hình 6.18 Thư viện khối hiển thị Sinks

Hình 6.19 Thanh công cụ khối Scope

Hình 6.20 Hộp thoại thông số khối Scope

Hình 6.21 Hộp thoại thông số Data history khối Scope

Hinh 6.22 Vi du m6 phong sit dung khéi XY Graph

Hình 6.23 Ví dụ mô phỏng sử dụng, khối XY Graph

Hình 6.24 Hộp thoại thông số khối Display

Hinh 6.25 Hộp thoại thông số khối Stop simulation

Hinh 6.26 Hộp thoại thông số khối To file

Hình 6.27 Hộp thoại thông số khối To Workspace 2.81

Hinh 6.28 Thu vién khéi hién thj Continuous „.82

Hình 6.29 Hộp thoại thông số khối Integrator „83

Hình 6.30 Ví dụ mô phỏng sử dụng khối Integrator

Hình 6.31 Hộp thoại thông sẻ khỏi Transport I)elay

Hình 6.12 Hộp thoại thông số khỏi Transfer Pen

Hình 6.31 VỊ dụ mê phòng sử dụng khói Transpon F'cn

Hinh 6.44 Thú viện khái kháng hen tue Discontinuities:

Hinh 6 11 Tập thoại thang xà Mot Saturation

Hinh 6.46 Hop thoại thông số Khỏi Relay

Ninh 6 38 Thu viện khôi rời rạc

Hinh &.39 Thông số khối Unit Delay

Nình 6-40 Thư viện khối các phép tích logic và bit- Logic and Bit Operations

Hinh 6.41 Thu viện các khối đọc bảng Lookup Tables

Hình 6.42 Thư viện các khối phép tính toán học Math Operations

Hình 6.43 Thông số khối Abs

Hình 6.44 Thông số khối Abs

Hình 6.45 Ví dụ mô phỏng sử dụng khối Abs

Hình 6.46 Thông số khối Sum

Hình 6.47 Thông số khối Sum

Hình 6.48 Ví dụ mô phỏng sử dụng khôi Sum

Hình 6.49 Thông số khối Product

Hình 6.50 Ví dụ mô phỏng sử dụng khôi Product

Hình 6.51 Thơng số khối Gain

Hình 6.52 Ví dụ mơ phỏng sử dụng, khối Gạn

Hình 6.53 Thơng số khối Slider Gain

Hình 6.54 Ví dụ mơ phỏng sử dụng khối Slider Gain

Hình 6.55 Thơng số khối Dot Product

Hình 6.56 Thơng số ối math Funetion 103 Hình 6.57 Thơng số khối Trigonomectric Function 105

Hình 6.58 Thơng số khối Complex to Real-Imag .105

Hình 6.59 Thơng số khối Complex to Magnitude- Angle 106

Hình 6.60 Thơng số khơi Real-lmap to Complex

Hình 6.61 Thơng số khơi Magnitide- Angle to Complex

Hình 662 Thu viện các Khải kiểm nghiệm mơ lình Model Ver

Hình 6.61 Thu viện các khỏi phụ trọ Model Wide UU1ies

Hinh 6 64 Thụ viên các khái cơng và hệ thống con Pons & Subbsysterr

Hinh 665 Thủ viền các Khor thude tinh cua tin higu Signal Au:

Hình 6 66 TH viên các khơi truyền tín hiệu Signal Routing

Hinh 6.67 Thang s6 Khoi Mux

Hình e8 Vì dụ mơ phỏng sử dụng khối Mux

Hình 6.71 Thơng số khối Bus Selector 118

Hình 6.73 Thơng số khối Goto 120 Hình 6.74 Thơng số khối From

Hình 6.75 Thơng số khối Switch

Hình 6.76 Thư viện các khối hàm của người sử dụng User- Defined Functions

Hình 6.77 Thơng số khối MATLAB Fcn

Hình 6.78 Thư viện các khối thường được sử dụng Commonly Used Blocks

xiii

Chương 1 Tổng Quan

Chương 1

TONG QUAN

1.1 Tổng Quan Về Lĩnh Vực Nghiên Cứu

Bộ nghịch lưu hiện nay không còn là một khái niệm mới mẻ nữa, nó đã hiện hữu trên tất cả các quốc gia trên thế giới và hiện đang đóng một vai trò rất quan trong trong các ngành công nghiệp và ngành điện Việc nghiên cứu bộ nghịch lưu

đã có từ hơn 30 năm qua Trong những năm gần đây việc nghiên cứu các phương

pháp điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày càng nhiều hơn và với

sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên thế giới, Việt

Năm đang từng ngày hội nhấp và tiếp nhận những thành tựu mới nhất của khoa học

và công nghệ Dặc biệt trong công nghiệp điện từ, các thiết bị điện tử công suất

được sản XUẤT ngày cảng nhiều, được ứng dụng trong công n trong đời sống hãng ngày và phát triển hết si thạnh nể,

Tuy nhicn ở nuờc tá, các công trình nghiên cứu về nghịch izu lại rất khiêm tốn

Phần lớn kết quả các công trrzh nghiền cứu dựa trên có số lý thuy st và phần mềm mô phỏng, số bậc trong các zz2 hính thực tế còn thấp, Do đó việc đưa các công trình nghiên cứu trên ứng ở yao thuc tiễn cũng edn rat han che

đặc biết là về nghịch lưu đa

(.3 Mục Đích Của Đề Tài

Mục đích của đề tài là thiết kế và xây dựng thành công mô hình nghịch lưu 3

pha 7 bậc Cascade bằng việc sử dụng card DSP F28335 tạo ra các xung kích đóng,

mở các IGBT Việc đóng, mở các IGBT làm biến đổi nguồn điện một chiều sẵn có

thành nguồn điện xoay chiều 3 pha sử dụng được và điều khiển được động cơ 3 pha không đồng bộ

1⁄3 Nhiệm Vụ Và Giới Hạn Của Đề Tài

Nhiệm Vụ

~ _ Nghiên cứu bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Khảo sát các phương pháp và chọn phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade

-_ So sánh mô phỏng với thực nghiệm

Chạy thực nghiệm với tải là động cơ 3 pha không đồng bộ

Giới Hạn

Trong để tài này nhóm chỉ tập trung nghiên cứu

- Tổng quát các khối phần cứng của bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade

- Phương thức nhủng chương trình mô phỏng từ Matlab Simulink qua card DsP

Khảo sát và chạy thục nghiệm

1.4 Phương Pháp Nghiên Cửa

Tim và đặc tài liệu về nghịch lưu, tìm hiểu phân niềm X4stlap

Liền hành mà phang các module của bộ nghịch lưu trí mérn Matlap

Thiết kẻ các module thực tế dựa trên kết quả mô phông

No sảnh kết quá mô phỏng với kết quả đo đạt thực tế

Danh gia kết quả thực tế đạt được

-_ Chương 2: Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về một số phương pháp điều

khiển

-_ Chương3: Trình bày về thiết kế hệ thống

- Chương 4: Kết quả làm được

-_ Chương 5: Phần kết luận và hướng phát triển của đề tài

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2

CO SO LY THUYET

2.1 Tổng quan về bộ nghịch lưu áp

2.1.1 Giới thiệu tổng quát

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều

không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều

Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện, tương ứng ta

có bộ nghịch lưu được gọi là bỏ nghịch lưu áp và bộ nghịch dòng

Nguồn một chiều cung cập cho bộ nghịch lưu áp có tính chất nguồn điện áp

và nguồn cho bộ nghịch lu đồng vò tỉnh chất lá nguôn dòng điện Các bộ nghịch lưu tương ng được gọi là bộ nehạch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn

đồng hoặc gọi tất lÀ bộ nehịch luu áp và bộ nghịch lưu đúng

Irong tony hap muda dign ở đầu vào và đại lượng ở ø¿ð ra không giống

nhau, ví dụ bộ nghịch luan cũng cấp dòng điện xoay chiều tư ng¿¿n điện áp một

chiều, ta gọi chúng là bộ nghịch lưu điều khiển dòng điện từ zg¿2n điện áp hoặc bộ

nphich lưu dòng nguồn áp

Các bộ nghịch lưu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu 4o của bộ biến tần Ứng dụng quan trọng và tương đối rộng rãi của chúng nhằm váo lĩnh vực truyền

động điện động cơ xoay chiều với độ chính xác cao Trong lĩnh vực tân số cao, bộ

nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần

Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, bộ nghịch lưu còn được ứng dụng

vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng

Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (ví dụ động cơ không đồng

bộ, lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện không thể ngắt bằng quá trình chuyển

mạch tự nhiên Do đó, mạch bộ nghịch lưu thường chứa linh kiện tự kích ngắt để có

thể điều khiển quá trình ngắt dòng điện

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra Nguồn

điện áp một chiều có thể ở dạng đơn giản như acquy, pin điện hoặc ở dạng phức tạp gồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng

Linh kiện trong hộ nghịch lưu áp có khả năng kích đóng và kích ngắt dòng

điện qua nó tức đồng vai trò một công tác Trong các ứng dụng công suất vừa và

nhỏ, có thể sử dụng transister HƠI, MOSII.T, IGIT làm công tắc và ở phạm vì

ông sHẤI lớn có thể sử dụng G1Ó, IGCT hoặc SC R kết hợp với bộ chuyển mạch

Với TÀi tổng quát, thuật vòng te cOn trang bj mot diode mac déi song voi né

Cae diode miẤc đất sàng nảy tạo thành mạch chinh luu cau khong điều khiển có chiều dẫn điện nguạc với chiều dẫn điện của các công tác Nöi£rn vụ của bộ chỉnh lúu cầu duxte là tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đói cóng suất ảo giữa

sinh khi kích

tguẩn một chiều và tải xoay chiều, qua đó hạn chế quá điện áp ph

net cae cng tặc

2.1.1.2 Phân loại bộ nghịch lưu áp

Bộ nghịch lưu áp có rất nhiều loại cũng như nhiều phương pháp điều khiển

khác nhau

> Theo số pha điện áp đầu ra: 1 pha, 3 pha

> Theo số bậc điện áp giữa một đầu pha tải và một điểm điện thế chuẩn trên

mạch (phase to pole voltage): 2 bậc (two level), đa bậc (multi — level, từ 3

bậc trở lên)

> Theo cấu hình của bộ nghịch lưu: dang cascade (Cascade inverter), dang

diode kep NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter), hoặc dạng

dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)

> Theo phương pháp điều khiển:

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Phương pháp điều rộng

Phương pháp điều biên

Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM)

modulation, hoac Space vector PWM)

v Phuong phap Discontinuous PWM

2.1.2 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc

Có 3 dạng thường được sử dụng trong bộ nghịch lưu áp đa bậc:

¥ Dang diode kep NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter)

¥ Dang ding tu chen thay dor U lying Capacitor Multilevel Inverter)

¥ Dang phep ting vascade (Cascade Inverter)

sẽ CẤu trếc đạng ghép tầng (Caseade Inverter)

hak Pha 8 Phe ©

í L

oh “ye

Tai

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Sử dụng các nguồn DC riêng, thích hợp trong trường hợp sử dụng nguồn DC

có sẵn, ví dụ đưới dạng acquy, battery Cascade inverter gồm nhiều bộ nghịch lưu

áp cầu một pha ghép nối tiếp, các bộ nghịch lưu áp dạng cầu một pha này có các

nguồn DC riêng

Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghịch lưu áp một pha, ba

mức điện áp (-U, 0, U) được tạo thành Sự kết hợp hoạt động của n bộ nghịch lưu áp

trên một nhánh pha tải sẽ tạo nên n khả năng mức điện áp theo chiều âm (-U, -2U, -

3U, -4U, =nU), n khả năng mức điện áp theo chiều đương (U, 2U, 3U, 4U, nU)

và mức điện áp 0 Như vậy, bộ nghịch lưu áp dạng cascade gồm n bộ nghịch lưu áp

một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo thành bộ nghịch lưu (2n+]) bậc

Tần số đóng ngất trong mỗi module của dạng mạch này có thể giảm đi n lần

và dv/di cing prim đi nhụ vậy Diện áp tiên áp đất lên các linh kiện giảm đi 0,57n

Hin, cho phep att dunp GTLT điện ấp tap:

Npoai dong iach gin eae bd nghich luu 4p mét pha mach nghich Juu ap da

bậc còn có đang hiệp tú ngô ra eda céc bG nghjch Juu ap ba pha Cu trúc này cho

phép pm dì và tản số đóng ngất còn 1/3 Mạch cho phép sử

nehich lau ap ba pha chuẩn Mạch nghịch lưu đạt được sự cá:

nguồn De, khong tồn tại dòng cân bằng giữa các module Tuy cấu tạo mạch đồi hỏi sử dụng các máy

Chương 2 Co Sở Lý Thuyết

2.1.3 Nhận xét

Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc: công suất của bộ nghịch lưu áp tăng

lên; điện áp đặt lên các linh kiện bị giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình

đóng ngắt các linh kiện cũng giảm theo; với cùng tần số đóng ngắt, các thành phần

sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với trường hợp bộ nghịch lưu áp 2 bậc

Đối với tải công suất lớn, điện áp cung cấp cho các tải có thể đạt giá trị

tương đối lớn

2.2 Cấu trúc bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng cascade

2.2.1 Bộ nghịch lưu áp cầu 1 pha

Bộ nghịch hữu ápt một phá đang mạch cầu (còn được gọi là bộ nghịch lưu áp

dang chit H) clita bản công tặc và bón diode mắc đối song

Hình 2.3 Bộ nghịch lưu áp cầu 1 pha

Quy tắc kích đóng đối nghịch: cặp công tắc trên cùng một nhánh không được

kích đóng đồng thời, tức là 2 công tắc trên cùng một nhánh luôn ở trong trạng thái

một được kích đóng và một được kích ngắt Trạng thái cả 2 cùng kích đóng (trạng

thái ngắn mạch điện áp nguồn) hoặc cùng kích ngắt không được phép xảy ra

Nếu biểu diễn trạng thái được kích đóng của linh kiện là 1 và trạng thái được kích ngất là 0 thì ta có:

Chương 2 Co Sở Lý Thuyết

SI+§2=1 (2.1)

{ $83 +S4=1

Bằng cách điều khiển đóng ngắt các khóa ta có thể thu được điện áp xoay

chiều ở ngõ ra của bộ nghịch lưu Điện áp ở ngõ ra trên 2 điểm A, B của bộ nghịch

lưu thay đôi giữa 3 trạng thái +V, 0, -V Điện áp của bộ nghịch lưu được tạo ra như sau: khóa $1 va S2 đồng thời được kích đóng sẽ tạo ra điện 4p Vag = +V, khóa S3

và S4 đồng thời kích đóng sẽ tạo ra điện áp Vạp = -V và khi (S1, §3) hoặc (S4, S2) được kích đóng sẽ tạo ra mức điện áp 0

Hình 2.4 Dạng điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu câu ] pha

2.2.2 Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng cascade

Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng cascade như đã giới thiệu ở trên có cấu tạo

gồm nhiều bộ nghịch lưu áp cầu một pha ghép nối tiếp với nhau Một bộ nghịch lưu

áp dang cascade n bậc thì trên mỗi nhánh pha sẽ có (n-1)⁄2 bộ nghịch lưu áp cầu

một pha ghép nối tiếp với nhau

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyêt

trạng thái đóng ngắt của cascade 7 bậc

ứng với các Bảng 2.1 Điện áp ngõ ra

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

2.3 Động cơ không đồng bộ 3 pha

2.3.1 Khai niệm chung

Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong may Dong cơ không đồng hộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt

vì chế tạo đơn giản giá rẻ, đỏ tin cây cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần

như không cần bảo trì Các loại động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là ba pha còn động

cơ nhỏ hơn Thị thuờng là miệt phá

23.2 CẤU tạo

Giẳng nhụ vác loại may điện quay khác, động cơ không 4áng bộ ba pha gồm

có các bộ phản hình, phầu tỉnh hay còn gọi là suator và phê y còn gọi là

OLE,

3.A.1.1 Phan tinh (stator): Gém có vỏ máy, lõi thép và dây quấn,

* Vỏ may có tác dụng có định lỏi thép và dây quan Thuong thi vo may lam

bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn (1000kw) thuong

dùng thép tắm hàn lại làm vỏ máy

*/ Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép lả tử trường quay nên

để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm

hao tổn do dòng điện xoáy gây nên

11

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Hình 2.6 Lá thép kỹ thuật điện

Dây quấn stator thường được kim bang day đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lồi thép, Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quận bà phá stator xế tạo nền từ trường quay

2.3.2.2 Phin dong (rotor): Rao góm lôi thép, dầy quấn và trục máy

Ý Tãi thiếp rotor ply cae la thep kỹ thuật điện được lấy tư phán bén trong của

Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhóm đặt trong rãnh và bị

ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với đồng cỡ nhỏ, đây quan rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tàn nhiệt và cánh quạt làm mát Đối với các động cơ công suất trên 100kW, thanh dẫn làm bằng đồng được

đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch

Rotor dây quần cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như dây quấn stator Dây quần kiểu này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu

vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than

cố định và luôn tỳ trên vành trượt này đẻ dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

12

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động

cơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành ha nên

động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm 1 vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống hằng ngày

sóc kép, tà cả thể thiết kế các loại động cơ không đồng bộ có ính phù hợp với

từng ứng đụng cụ thẻ Với công suât cỡ vừa và nhỏ, đưới 1 S01, đóng cơ lồng SóC

thường được chế tạo theo quy chuẩn nhất định Tùy theo tiều

féng của mình mid midi quốc gia có qui chuân khác nhau cho động cơ không

2.3.4.2 Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn

Ưu điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ rotor đáy guán là có thể

thêm điện trở vào mach rotor dé dang, do đó động cơ thường được chẻ tạo với điện

trở rolor tháp để tăng hiệu suất khi làm việc Khi khởi động động cơ, điện trở phụ

có thể được thêm vào động cơ để tang moment khởi động đến mức yêu cầu Ngoài

ra cũng có thể đưa nguồn điện áp vào rotor để điều khiển tốc độ động cơ

Tuy nhiên, động cơ loại này có nhiều khuyết điểm so với động cơ lồng

sóc: giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt hoặc dễ cháy nổ, Do đó

động cơ loại này không thông dụng như động cơ lồng sóc

2.4 Điều khiển bộ nghịch lưu áp đa bậc dang cascade — phuong pháp điều chế

độ rộng xung (Carrier based PWM)

13

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Phụ thuộc vào phương pháp thiết lập giản đồ kích đóng các công tắc trong bộ

nghịch lưu áp, ta có thể phân biệt các dạng điều chế độ rộng xung khác nhau

2.4.1 Tổng quát về kỹ thuật điều chế độ rộng xung - PWM

Các bộ nghịch lưu áp thường được điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ

rộng xung — PWM (Pulse Width Modulation) và qui tắc kích đóng, đối nghịch Qui

tắc kích đông đổi nghịch đảm bảo dạng áp tá được điều khiển tuân theo giản đồ

kich đồng công lắc và k€ thuật điều chế độ ròng xung có tác dụng hạn chế tối đa các

Anh hưởng bất lợi của sóng hài bạc cao xuất hiện ở phía ta1

Phụ thuậc vào phường pháp thiết lập gián đô kích đói

các công tắc trong bộ nghịch lưu áp ta cô thế phần biệt các dạng điều chế độ rộng xung khác nhau

3,8 — Một số chỉ tiêu đảnh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu

> Chỉ xẻ điều chế (Modulation Index) m: được định nị như tỉ số giữa biên

> Độ méo dạng tổng do sóng hài THD (Total Harmonic Distortion)

Là đại lượng dùng để đánh giá tác dụng của các sóng hài bậc cao

(2.3 ) xuất hiện trong nguồn điện, được tính theo:

14

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Độ méo dạng trong trường hợp dòng điện không chứa thành phần DC được

THD =

tính theo hệ thức sau:

Trong đó 1(j): trị hiệu dụng sóng hài bậc j với j >2

I(1): trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản của dòng điện

> Tin số đóng ngắt và công suất tổn hao do đóng ngắt:

Công suất tổn hao xuất hiện trên linh kiện bao gồm hai thành phần: tổn hao công suất khi linh kiện ở trạng thái dẫn điện P„ và tổn hao công suất động Pạy; Tôn

hao công suất Pạy tăng lên khí tần số đồng ngất của linh kiện tăng lên Tần số đóng,

ngất của lính kiến không thể tăng lên túy ý vì những lÍ do sau:

&- Công suất tên hào trên lình kiện tầng lên H lệ với tân số đóng ngất

«linh kiện công suất làn thường gây ra công suất 1 + đáng ngắt lớn hơn

dụ các linh kiện

12Hz

Do đã, tân số Kích đồng của nó phải giam cho phụ ñ›

GIỎ vàng suất MÁV chỉ có thể đóng ngất ở tấn số khoz

® Các qui định về tuong thich dign tir (Electromagnet Compatibility ~ EMC)

qui định kha nghiém ngat déi vi cde b6 bién déi céng sudt déng ngdt với tằn

sd cao hon 9KHz

2.6 Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật PWM

> Hai séng mang kế cận liên tiếp nhau sẽ bị địch 180 độ- APOD (Alternative

Phase Opposition Disposition)

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

> Bé trf cing pha — PD (In Phase Disposition): tắt cả các sóng mang đều cùng

> Hỗ trí đôi xứng qua trục zero — POI) (Phase Opposition Disposition): cdc

sone mang nine ten trục zero sẻ cũng phá nhan, ngược lại các sóng mang cùng nằm đuái tục zere xẻ bị dịch đi 180 độ,

Vet MA Ve Vat

Hinh 2.9 Hinh dang song mang POD

Trong các phương pháp bồ trí sóng mang, phương pháp bố trí các sóng mang đa bậc

cùng pha — PD cho độ méo dạng áp dây nhỏ nhất Đối với bộ nghịch lưu áp ba bậc,

phương pháp POD và APOD cho cùng kết quả đạng sóng mang

Trong đề tài này, đối với mạch nghịch lưu cascade 7 bậc, không sử dụng các

phương pháp trên mà chỉ sử dụng 1 sóng mang duy nhất có tần số 10kHZ

16

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Phường pháp cên và ten Lt Modified PWM hose Switching Frequency

Hình 2.10 1 linh dạng sóng mang

3.7 Phường pháp điền chế độ rộng xung Sỉn cái biến

Optimal PWM iethod - SEO PM

2.7.1 Nguyễn tắc thực hiện đối với bộ nghịch lưu cascade 7 bậc được sử

dụng trong đồ an

Để tạo giản đồ kích đóng các linh kiện trong cùng một p*⁄ tai, ta sir dung

một sông mang (dạng tam giác) và bốn tín hiệu điều khiển (dạng sĩn)

iản đồ kích đóng các công tắc của bộ nghịch lưu dựa trến cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản:

œ _ Sóng mang u, (carrier signal) tần số cao, ở dạng tam giác

« _ Sóng điều khiển u, (reference signal) hoặc sóng điều chế (modulating signal)

dang sin

Tần số sóng mang càng cao, lượng sóng hài bậc cao xuất hiện trong dạng điện

áp và dòng điện tải bị khử càng nhiêu

Sóng mang có tần số là f, và biên độ đỉnh là A„ Bốn sóng điều chế (

hay sóng điều khiển ) được tạo ra từ một sóng điều khiển ban đầu bằng cách

dịch pha và dịch biên độ _Bốn sóng điều khiễn trên có cùng biên độ và tần số

THƯ VIỆN TP.ƯỜNG ĐHSPKT

hiệu nhỏ nhất trong 3 tín hiệu điều chế - phương pháp SFO PWM

Gọi Va, Vb,Ve là các tín hiệu điều khiển của phương pháp điều chế PWM Tín hiệu điều khiển theo phương pháp SFO — PWM có thể biểu diễn

đưới dạng toán học như sau:

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Gọi my là tỉ số điều chế tần số ( frequency modulation ratio):

aa fearrier_ _ Se (2.6)

freference fm 'Việc tăng giá trị my sẽ dẫn đến việc tăng giá trị tần số các sóng hài xuất hiện

Điểm bat lợi của việc tăng tần số sóng mang là vấn dé tổn hao do số lần đóng cắt

Néu m, <1 (bién độ sóng sỉn nhỏ hơn tổng biên độ sóng mang) thì quan hệ

giữa thành phần cơ bản của điện áp ra và điện áp điều khiển là tuyến tính

Khi giá tị mạ> T biên độ tạ hiệu điệu chế lớn hơn tổng biên độ sóng mang,

thì biên độ hải cơ bản của điền áp ra tầng không tuyến tính theo mạ Lúc nay, bat

đâu xuất hiện lượng sóng hài bậc cao tầng dan cho đến khi đạt ø mức giới han cho

bởi phường pháp 6 buốc Trường hợp này còn được g2 l4 quá điều chế

Covermodulation) hode digu ché mo réng

Phuong pháp này cho phép thực hiện điều khiển tuyến tính điện áp tải với

ehi số điều chế nằm trong phạm vi 0 <m < 0.907, biên độ sóng ï4¡ điện áp đạt giá

trị cực đại bằng U/V3 và tương ứng chỉ số điều chế lúc đó la:

Hình 2.13 Quan hệ giữa biên độ áp điều khiển và biên độ sóng mang

19

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Gọi my là tỉ số điều chế tần số ( ftequency modulation ratio):

ty fcarrier_ — Ức (2.6)

freference fm 'Việc tăng giá trị my sẽ dẫn đến việc tăng giá trị tần số các sóng hài xuất hiện

Điểm bat lợi của việc tăng, tần số sóng mang là vấn đề tổn hao do số lần đóng cắt

Khi giá trị mạ> 1, Biến do tin higu điều chế lớn hơn tổng biên độ sóng mang,

thì biên độ hài cơ bản của thiện áp rả tầng không tuyến tính theo mạ Lúc này, bắt

Phuong pháp nay cho phép thực hiện điều khiển tuyến tính điện áp tải với

chí sẻ điều chế nằm trong phạm vỉ 0 <m < 0.907, biên độ sóng ái điện áp đạt giá

trị cực đại bằng U/V3 và tương ứng chỉ số điều chế lúc đó la:

Hình 2.13 Quan hệ giữa biên độ áp điều khiển và biên độ sóng mang

19

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

2.7.2 Giải thuật tính toán uạ¡¿ khi cho trước áp tải 3 pha

2.8 Giới thiệu về card DSP -TMS320F28335

2.8.1 Tống quan về card vú ly tra hiệu số '† S320E28335

_— > -Ị

Hình 2.14 Giải thuật tính toán uạy khi biết áp tải Uy

«Thiết kế theo công nghệ CMON

lần số hoạt đàng LS0MIZ, chu ky máy 6.6756 Điện áp core 1.9

Là loại CPU 32Bit (TMS320F28xx)

Đạt tiều chuẩn IEEE — 754

1.8V, điện áp xuất ra L/O la 0-3 2V

Kiên trúc thiết kế kiểu Harvard

Đáp ứng và xử lý ngắt với tốc độ nhanh Loại bộ nhớ lập trình hợp nhất

Có thể dùng C/C++ hoặc assemly để lập trình hoặc nhúng khỏi

- Có 6 kênh điều chỉnh dành cho (ADC, ePWM )

- Giao diện người dùng 16 hoặc 32bit

2M x16 dia chi

- B6 nhétrén chip

256Kx16 flash, 34Kx16 SARAM

1Kx16 ROM

- ROM khéi dong (8Kx16)

Với phần mềm khởi động các chuẩn truyền (SCI, SP )

20

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Chuẩn toán học

- Xung và hệ thống điều khiển

Có bộ dao động trên chip

Có module watchdog timer

-_ Có GPIO0 đến GPIO63 có thể kết nối đến 8 nguồn ngắt

- _ Có thể mở rộng đến 58 ngắt ngoài

- C6 128 Bit bao vé

Bảo vệ bộ nhớ flash và phần mềm của người lập trình

Tang cường điều khiên các thiết bị ngoại vi

Có I8 ngõ ra cP WM

Có 6 ngõ ra PIRPWM

COR timer 42 Wat

COO timer 16 Hit

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

Các chân 00 đến 11 là ePWM của 2 kênh A và B, chân 12 đến 17 là

HRPWM, có 2 nhóm ADC kênh A và kênh B., còn lại là các GPIO

2.8.3 Sơ đồ khối CPU 28xx

May wea (iin Dusan} Texnw acs OW ee

Wis tre ewe Truy ve eta 0u Mại a

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết

2.8.3.1 CPU C28xx

Là họ TMS320C2000 thuộc loại xử lý tín hiệu số 32bit của hang Texas

Intrusments Ngôn ngữ lập trình từ cấp thấp đến cấp cao nhu asemly, C, C++

Cho phép phát triển tốt các thuật toán trên C, C++ và các thuật toán điều khiển tự

động, điều khiển mờ

Xử lý các tín hiệu điều khiển ở độ phân giải cao và hiệu quả, đáp ứng ngắt

nhanh, thực thi nhiều tín hiệu điều khiển mà thời gian trễ là ngắn nhất, thực hiện các

phép toán ở tốc độ cao mà không cần đến các bộ nhớ đắc tiền, hiệu suất hoạt động

cao

2.8.3.2 Tổ chức hộ nhớ theo kiểu Harvard

Cũng giống nhụ nhiều thiết bị D)SC khác, việc đi chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ

và thiết Bị ngoại bằng nhiều búy khác nhàu, VỊ thế nên thời gián đáp ứng nhanh,

ther pian Ít, nên tốc độ vụ lý nhanh, Cầu trúc bộ nhớ của đong C2#xx có bus doc

VÀ búa ghí l0 liệu Giảm cá 32 dòng địa chỉ và 32 dòng đỡ liệu, Các Bus đữ liệu có

32 Hút cha phép

ZHAI Bus ngogi vi

DE cho phep cdc thiét bj ngoai vi két ndi TI 4p dung bus ngoai vi cho dong

ĐẶC, Bus ngoại vì gồm nhiều bus kết nối lại với nhau tạo nén bộ ví xử lý Bus duy

nhat co 16 dòng địa chỉ và 32 dòng dữ liệu và các tín hiệu điều khiến liên quan Có

3 phiên bản như sau: một là 16 Bit, hai là hỗ trợ cả 16 và 32 Bít, ba là hỗ trợ truy cip DMA 16 va 32 Bit

2.8.3.4 Thời gian thực JTAG

Các dòng 28333x và 2823x được sản xuất theo tiêu chuẩn IEEE 1149 Các

thiết bị hỗ trợ thời gian thực hoạt động trong nội dung của bộ nhớ Chúng ta có thể

thay đổi trong lúc khối vi xử lý đang chạy Đây là tính năng riêng biệt của họ 2833x

và 2823x

2.8.3.5 Giao tiếp bên ngoài

Gồm 20 đường địa chỉ và 32 đường dữ liệu và 3 đường chọn chip