PHƯƠNG PHÁP STEP PULSE CHO BIẾN tần đa bậc DẠNG CASCADE

. . I I HC QUC GIA TP. H CHÍ MINH TRNG I HC BÁCH KHOA NGUYN HUY KHNG PHNG PHÁP STEP PULSE CHO BIN TN A BC DNG CASCADE Chuyên ngành: K THUT IN Mã s ngành : 2.02.01 LUN VN THC S TP. HCM, Ngày……tháng……nm 2006 . . II CÔNG TRÌNH C HOÀN THÀNH TI TRNG I HC BÁCH KHOA I HC QUC GIA TP. H CHÍ MINH Cán b hng dn khoa hc: Tin s NGUYN VN NH Cán b chm nhn xét 1: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Cán b chm nhn xét 2: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………… Lun vn Thc sc bo v ti HI NG CHM BO V LUN VN THC S TRNG I HC BÁCH KHOA TP. HCM Ngày……tháng……nm 2006 . . III i hc quc gia Tp. H Chí Minh CNG HÒA XÃ HI CH NGHA VIT NAM TRNG I HC BÁCH KHOA c lp – T do – Hnh phúc …………. …………. NHIM V LUN VN THC S  và tên hc viên : NGUYN HUY KHNG Gii tính: Nam Ngày tháng nm sinh : 08-07-1980 Ni sinh : Vnh Long Chuyên ngành : Thit b, mng và nhà máy n Khóa : K15 I. TÊN  TÀI PHNG PHÁP STEP PULSE CHO BIN TN A BC DNG CASCADE II. NHIM V VÀ NI DUNG 1. Gii thiu chung v bin tn a bc, ng dng 2. Trình bày phng pháp SHE-PWM. 3. Trình bày phng pháp c lng sóng hài chn lc OHSW 4. Nguyên cu và thc hin phng pháp step pulse PWM 5. Thc hin mô phng, ánh giá cht lng III. NGÀY GIAO NHIM V : 10/01/2006 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIM V : 06/07/2006 V. H VÀ TÊN CÁN B HNG DN : Tin s NGUYN VN NH VI. H VÀ TÊN CÁN B CHM NHN XÉT 1:……………………………………… VII. H VÀ TÊN CÁN B CHM NHN XÉT 2:…………………………………… CÁN B HNG DN CÁN B NHN XÉT 1 CÁN B NHN XÉT 2 Nguyn Vn Nh i dung và  cng lun vn Thc sã c Hi ng Chuyên Ngành thông qua. Tp. HCM, ngày……tháng……nm 2006 Trng phòng QLKH – SAU I HC Ch nhim ngành . . IV Xin chân thành gi li cám n n Tin s Nguyn Vn Nh Phó Khoa n - n tã nhit tình hng dn tôi hoàn thành công trình nghiên cu này. Xin chân thành gi li cám n n toàn th quý thy cô trng i hc Bách Khoa Tp. H Chí Minh ã ging dy, hng dn và o mi u kin tt cho tôi hoàn thành công trình nghiên cu này. Xin cám n các anh chi em khoá K15 Ngành Thit b mng và nhà máy n ã chia s, h tr, giúp  trong sut quá trình hc p va qua. Cui cùng, nhng quan trong nht, xin gi li cám n n các thành viên trong gia ình ã ng viên, khuyn kích, h tr v vt cht và tinh thn cho công vic hc tp ca tôi L I CM N . . V TÓM TT NI DUNG Bin tn a bc dng cascade vi ngun áp dc c lp ang c quan tâm do nhiu lí do, cu hình yêu cu ít linh kin nht so i các b bin tn a bc khác t c cùng bc áp. B bin tn này có th b trí và óng gói thành các module do mi cp có cu trúc ging nhau, và không cn thêm các diode kp và các t lái b sung. Trong s các k thut u chc s dng, k thut OHSW th hin mt s nhc m ln khi s bc áp ngày càng cao. Vì lý do ó K thut step pulse PWM c nghiên cu và trình bày. S dng  thut step pulse PWM cùng vi cu hình a bc,  méo dng sóng hài tng THD ca n áp ngõ ra là tng i nh so vi k thut OHSW mà không cn có s h tr ca mch lc  bên ngoài. Bên nh ó, các thit b chuyn mch chóng ct mt ln trong mt chu . Trong lun vn này, k thut step pulse PWM sc áp dng vào b bin tn a bc s dng bin tn a bc dng cascade vi ngun dc c lp. Mc tiu và nhim ca lun vn này nh sau: 1) Trình bày các khái nim c bn v bin tn a bc cascade ngun áp dc c lp và mt s vn  liên quan n b bin tn này. 2) Trình bày phng pháp c lng sóng hài chn lc (SHE-PWM), t phng pháp c bn và nn tng nht liên quan n hng nghiên cu này. 3) Trình bày phng pháp sóng hài ti u (OHSW)  tìm góc kích hp lí, cc tiu méo dng sóng hài toàn phn cho dng sóng áp ngõ ra ca bin tn a bc. 4) Trình bày phng pháp step pulse PWM áp dng cho bin tn a bc ng cascade s dng nguyên lý u khin gia các quo biên. 5) ánh giá sai s so vi gii pháp chính xác,  méo dng tn ti, phm vi u khin tuyn tính, ch quá u ch. 6) Xây dng các mô hình mô phng cho b bin tn a bc dng cascade. 7) Nguyên cu và  xut phng án n gin cho vic tìm góc kích cho  bin tn a bc dng cascade vi ngun dc c lp Lun vn này gm 6 chng. Chng mu s trình bày s c v các vn  ca bin tn a bc. Lý thuyt ca bin tn . . VI cascade vi ngun dc c lp c trình bày trong chng 2. Chng 3 s trình bày mt cách lý thuyt v phng pháp c lng sóng hài chn lc (SHE PWM) cho b bin tn 3 bc là nn tng c n cho tip cn ca hng nghiên cu này. Chng 4 s nói v k thut bc thang sóng hài ti u (OHSW) cho b bin tn a bc. Chng 5 trình bày phng pháp step pulse PWM là trng tâm ca công trình nghiên cu này ng thi ánh giá  méo dng n áp ngõ ra vi ch su ch. Nguyên lý u khin gia các quo biên áp dng cho bin tn a bc dng cascade vi ngun dc c lp s c trình bày ây, Chng 6 trình bày phng pháp step pulse a trên sóng sine  tính góc kích step pulse nhanh chóng, n gin không cn gii h phng trình phi tuyn. Kho sát mt s kt qu cho các bin tn bc cao 15, 17, 21 bc Chng 7 s tng kt các công vic ã làm. Chng trình Matlab và Simulink c xây dng và áp dng trong các chng  kim tra i chiu các kt qu nguyên u. . . VII c lc Chng 1 1 Gii thiu 1.1 Sóng hài trong h thng n 1 1.2 B nghch lu áp hai bc và ba bc thông thng 1 1.3 B nghch lu áp a bc 4 1.3.1 B nghch lu áp a bc diode kp (Diode clamp multilevel inverter) 4 1.3.2 B nghch lu áp a bc t lái (Flying capacitor Multilevel Inverter) 5 1.3.3 Bin tn a bc s dng b nghch lu dng cascade vi ngun dc c lp 7 1.3.4 So sánh các lnh vc ng dng ca ba b bin tn a bc 9 1.4 Cu hình u ch cho b bin tn a bc 10 1.4.1 u ch rng xung sine 10 1.4.2 Phng pháp PWM c lng sóng hài chn lc 14 1.4.3 Phng pháp bc thang sóng hài ti u (OHSP) 16 1.4.4 Phng pháp step pulse PWM 17 Chng 2 18 Bin tn ngun áp a bc s dng b nghch lu cascade vi ngun t chiu c lp 2.1 Cu nghch lu toàn phn hoc cu H 18 2.1.1 Gii thiu cu H 18 2.1.2 Tính hiu kích và hot ng ca bin tn a bc 18 2.1.3 Trì hoãn thi gian kích 20 2.2 Cu hình a bc dng cascade 20 2.2.1 Cu hình b bin tn a bc cascade mt pha 20 2.2.2 Cu trúc b bin tn a bc cascade ba pha 23 2.2.3 Ngun dc c lp 26 2.3 B bin tn a bc cascade ch s dng mt ngun dct 27 2.3.1 u m 28 2.3.2 Khuyt m 29 2.4 Kt lun 29 . . VIII Chng 3 30 Phng pháp c lng sóng hài chn loc (SHE-PWM) 3.1 Gii thiu 30 3.2 Dng sóng SHE-PWM 31 3.2.1 Chui Fourier ca dng sóng SHE-PWM 31 3.2.2 Phng pháp Newton-Rhapson 32 3.2.3 ng ng phng pháp Newton Raphson  tính góc chuyn ch cho SHE-PWM 33 3.2.4 Ví d 3.1 34 3.3 Kt lun 37 Chng 4 39  thut bc thang sóng hài ti u (OHSW) 4.1 Gii thiu chung 40 4.2 Dng sóng bc thang ti u 41 4.2.1 Dng sóng bc thang i xng ¼ chu k 41 4.2.2 Phân tích chui Fourier ca dng sóng bc thang ti u 43 4.2.3 Góc kích ti u 45 4.2.3.1 ng dng phng pháp Newton-Rhapson  tìm góc kích ti u 46 4.2.3.2 Ví d 4.1 48 4.2.4 Tính toán  méo dng sóng hài toàn phn 51 4.2.4.1 Ví d 4.2 52 4.3 Thc hin vi chng trình Matlab và Simulink 52 4.3.1 Chng trình Matlab tính góc kích và  méo dng sóng hài 52 4.3.2 Xây dng chng trình mô phng cho bin tn a bc 54 4.3.2.1 Khi công sut 55 4.3.2.2 Khi u khin 56 4.3.2.2.1 Khi nhp thông s và d liu 58 4.3.2.2.2 Khi tra bng và to giá tr chun 58 4.3.2.2.3 Khi to xung PWM 59 4.3.2.2.4 Kt lun 62 4.4 Kt lun 63 Chng 5 64 . . IX Phng pháp step pulse PWM cho bin tn a bc cascade 5.1 Gii thiu chung 64 5.2 Phng pháp step pulse PWM 64 5.2.1 Cn di ca ch su bin 65 5.2.3 Cn trên ca ch su bin 65 5.3 Xây dng mô hình mô phng 66 5.4 ánh giá các ch s cht lng 72 5.4.1 Trng hp các góc kích c gii bng h phng trình 73 5.4.2 Trng hp các góc kích c tính theo phng pháp step pulse 74 5.4.2.4 Trng hp 1:s dng 2 b góc kích 74 5.4.2.5 Trng hp 2:  dng 5 b góc 75 5.4.2.6 Trng hp 3: s dng 10 b góc kích 76 5.5 Kt lun 77 Chng 6 78 Phng pháp step pulse PWM da trên sóng sine tính góc kích chun cho bin tn a bc cascade 6.1 Cách tính góc kích Step Pulse PWM da trên sóng sine 78 6.2 Chng trình matlab tính góc kích 83 6.3 Kho sát cht lng n áp ngõ ra ca các b góc kích trên cho bin tn 11 bc 83 6.4 Kho sát cht lng n áp ngõ ra ca các b góc kích trên cho bin tn 15 bc 85 6.5 Kho sát cht lng n áp ngõ ra ca các b góc kích trên cho bin tn 21 bc 86 6.6 Kt lun 89 t lun 91 Tài liu tham kho 93 Ph lc 95 Lun vn cao hc Chng I Trang 1 Chng 1 GII THIU 1.1 Sóng hài trong h thng n t trong nhng vn  ln nht trong lnh vc cht lng n ng là các thành phn sóng hài trong h thng n. Nói chung, sóng hài có th chia làm hai loi: 1) Sóng hài áp, và 2) Sóng hài dòng. Sóng hài dòng thng c phát sinh do các sóng hài n áp có sn trong ngun áp và nó ph thuc vào loi ti s dng nh ti tr, ti dung hay i cm. C 2 loi sóng hài dòng và áp này có th phát sinh ra phía ti và phía ngun. Các loi sóng hài phát sinh  phía ti là do các thit b n hành phi tuyn nh các bin tn công sut, các lò h quang, các loi èn phóng n,…Các sóng hài phát sinh t phía ti s gây ra quá nhit lõi t máy bin áp và cun dây ng c. Ngc lai, sóng hài phát sinh t phía ngun n thng là các ngun cung cp có dng n áp không hình sin. Sóng hài dòng và sóng hài áp gây ra tn tht nng ng, tng thích n t (EMI) và momen p mch trong truyn ng ng c xoay chiu. Bt k dng sóng có chu k cng có th biu din bng cách xp chng thành phn sóng c bn và các thành phn sóng hài. Các thành phn này sc tách ra bng cách s dng phép bin i Fourier. Tn s ca các thành phn sóng hài là tích s nguyên i tn s thành phn c bn. Có nhiu phng pháp ánh giá  n ca các thành phn sóng hài. Tuy nhiên, phng pháp thng s ng nht là ch s méo dng sóng hài toàn phn (THD) [3], c tính theo biên  sóng hài H n  tn s ω n o, trong ó ω o là tn s thành phn c bn và n là s nguyên. THD có biu thc toán hc nh sau: THD = 1 2 2 )( H H n n∑ ∞ = 1.2 B nghch lu áp hai-bc và ba-bc thông thng (1.1) [...]... hài b c nh có biên l n Ph ng trình (1.7) cho th y r ng M–1 hài l (3, 5 …) và M–1 không b i ba (5th, 7th, …) có th lo i b kh i d ng sóng ngõ ra m t pha và ba pha K thu t OSHW s c làm rõ h n trong ch ng 3 1.4.4 Ph ng pháp step pulse PWM cho bi n t n a b c cascade Ph ng pháp b c thang t i u sóng hài t i u (OHSW) là m t gi i pháp tiêu bi u cho b bi n t n a b c ng cascade công su t l n Tuy nhiên v n còn... hài Cho n nay, có nhi u k thu t c ng d ng vào k thu t biên t n Trong k thu t a b c, ã có nhi u k thu t c bi t nh sau: 1) u ch r ng xung sin (S-PWM) 2) u ch r ng xung c l ng sóng hài ch n l c (SHE PWM) 3) Ph ng pháp b c thang sóng hài t i u (OHSW) 4) Ph ng pháp step pulse PWM cho bi n t n a b c d ng cascade Trong t ng ph ng pháp có u m và khuy t m riêng c a nó Sau ây s trình bày v n t t các ph ng pháp. .. Ph ng pháp step pulse PWM ra i nh m kh c ph c các nh c m trên V c b n ph ng pháp này a trên ph ng pháp PWM b c thang t i u sóng hài và k t h p v i ý ng n i suy m t vài giá tr (các qu o biên) có c các giá tr góc kích t c th i phù h p Ti p c n on-line này có l i gi i d dàng h n và không yêu c u b nh l n, tránh vi c ph i tìm toàn b các giá tr góc kích nh trong ph ng pháp offline Ph ng pháp step pulse. .. pháp là gi i pháp tính góc kích tr c ti p d a vào m t s giá tr tính tr c Gi i pháp này c xem là m t gi i pháp on line hi u qu và n gi n cho bi n t n a b c d ng cascade Do ph ng pháp OHSW còn t n i m t s l i gi i không liên c trong m t vài ph m vi ch s u ch S c a các b góc kích tìm c trong ph m vi toàn mi n a ch s i u ch g p ph i m t s vùng b t th ng, ôi khi không tìm c k t qu Thành công a ph ng pháp. .. t qu ng c ki m tra l i b ng mô ph ng Ph ng pháp b c thang t i u Ch ng I Trang 15 Lu n v n cao h c sóng hài s ch sau c phát tri n cho bi n t n a b c c trình bày trong 1.4.3 Ph ng pháp b c thang sóng hài t i u (Optimized Harmonic Stepped-Waveform Technique OHSW) thu t b c thang sóng hài t i u r t thích h p cho m ch bi n n a b c B ng cách ng d ng k thu t này cho c u hình bi n t n a c, méo d ng sóng hài... kê s ng khóa và diode chính c n cho b bi n t n a b c t c cùng s c p n áp Diode k p không s d ng trong c u hình cascade và trong c u hình t lái Trong khi ó t n cân b ng không yêu c u trong c u hình cascade và diode k p Nh v y,bi n t n a b c s d ng u hình cascade s d ng linh kiên ít nh t ng 1.4: So sánh linh ki n c a các b bi n t n trên m t pha u hình Diode k p lái ng cascade 2 (m - 1) 2 (m – 1) 2 (m... pháp step pulse PWM tuy n tính và on-line m i s c trình bày s d ng hàm l ng giác ng c kh c ph c m t s u mc a ph ng pháp OHSW nêu trên N i dung c a v n này s c trình bày trong ch ng 5 c a công trình nghiên c u này Ch ng I Trang 17 Lu n v n cao h c Ch ng 2 BI N T N NGU N ÁP A B C S D NG B NGH CH L U CASCADE V I NGU N M T CHI U CL P C u trúc a b bi n t n a b c s d ng các b ngh ch l u toàn ph n k t n i cascade. .. n dc c l p thích h p cho các ngu n n ng l ng tái t o nh t bào nhiên li u, quang n, …C u hình này vì v y r t thích h p cho các b ph n xoay chi u trong h th ng c p n cho xe Trong ng d ng truy n ng, bi n t n a b c còn c s d ng trong truy n ng t c ng c , nó dùng chuy n i ngu n ac có t n s c nh sang ngu n áp ac có t n s và biên thay i m khác bi t chính khi s ng cùng c u trúc ASD và cho k t n i back-to-back... sóng hài b c ch n t i thi u hóa THD, t t các góc kích d n c tính toán tr c, m t cách s hóa và s c trình bày chi ti t trong ch ng 4 Hay s d ng ph ng pháp step pulse t o ra d ng sóng áp này t các qu o biên s trình bày trong ch ng 5 2.2.2 C u trúc b bi n t n a cascade a b c 3 pha Ch ng 2 Trang 23 Lu n v n cao h c i v i h th ng 3 pha, chúng ta có th o ra h th ng ba pha t 2 pha b ng cách k t n i các c u hình... Hình 2.7: Bi n t n 7 b c 3 pha s d ng các b nghich l u cascade v i các ngu n dc c l p Trong hình (2.7), VAN là i n áp pha, là t ng c a các n áp thành ph n Va1, Va2, Va3 Các pha còn l i s t ng t nh pha A trên t o ra i n áp pha 7 b c chúng ta c n có 3 góc kích Chúng ta có th s d ng 3 góc kích gi ng nhau cho 3 pha b ng cách cho tr i 0, 120 0 , 240 0 i n cho các pha A, B, C Theo lý thuy t v ngu n 3 pha, i . lun 62 4.4 Kt lun 63 Chng 5 64 . . IX Phng pháp step pulse PWM cho bin tn a bc cascade 5.1 Gii thiu chung 64 5.2 Phng pháp step pulse PWM 64 5.2.1 Cn di ca ch su bin. quo biên áp dng cho bin tn a bc dng cascade vi ngun dc c lp s c trình bày ây, Chng 6 trình bày phng pháp step pulse a trên sóng sine  tính góc kích step pulse nhanh chóng,. TÀI PHNG PHÁP STEP PULSE CHO BIN TN A BC DNG CASCADE II. NHIM V VÀ NI DUNG 1. Gii thiu chung v bin tn a bc, ng dng 2. Trình bày phng pháp SHE-PWM. 3. Trình bày phng pháp c