Điều khiển định hướng trường động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bằng bộ biến tần đa bậc với kỹ thuật một trạng thái và kỹ thuật sóng mang cổ điển triệt tiêu điện áp common mode của biến tần

Luận văn tốt nghiệp iii iii TÓM TT Lun vĕn này trình bày phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC) vi k thut PWM 1 trng thái có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 11 bc NPC điu khin đng c không đng b . Dựa vào các trng thái đóng ngt ca b nghch lu NPC 11 bc đ xác đnh đin áp CM bng không. Phng pháp CPWM này đã trit tiêu đin áp CM và điu khin đáp ng tc đ nhanh . Ngoài ra còn có đa ra phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC) vi k thut sóng mang PWM c đin có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 11 bc NPC đ đánh giá kt qu thu đc .Tt c các kt qu mô phỏng trong lun vĕn thực hin trên phn mm Matlab/Simulink. ABSTRACT This thesis presents a method of Field Oriented Control(FOC) with a Novel Single- State PWM Technique for Common-Mode Voltage Elimination in eleven-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter controlled induction motor based on the proposed switching the states of the eleven-level NPC inverter. The proposed technique has shown that the CM voltage is eliminated the torque response of the motor is fast. Besides, this thesis also presents a method of Field Oriented Control(FOC) with carrier PWM method for Common-Mode Voltage Elimination in eleven-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter controlled induction motor to evaluate the proposed technique. All of the simulative results are performed by Matlab/Simulink. Luận văn tốt nghiệp iv iv MC LC Trang tựa Trang LI CM N ii TÓM TT iii MC LC iv DANH SÁCH CÁC CH VIT TT vii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BNG xiv Chng 1. TNG QUAN 1 1.1 Đặt vn đ 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tin ca đ tài 4 1.3 Đi tng và mc đích đ tài 5 1.4 Nhim v nghiên cu và gii hn đ tài 5 1.5 Phng pháp nghiên cu 6 Chng 2. CÁC B NGHCH LU ÁP ĐA BC VÀ CÁC PHNG PHÁP ĐIU KHIN 7 2.1 Cu trúc b nghch lu áp 7 2.1.1 B nghch lu đa bc cha cặp đi-t kẹp NPC 7 2.1.2 B nghch lu đa bc dng t thay đi 9 2.1.3 B nghch lu đa bc Cascade 10 2.2 Các phng pháp điu khin b nghch lu đa bc 12 2.2.1 K thut điu ch sóng mang CPWM 14 2.2.1.1 Phng pháp điu ch đ rng xung sin 15 2.2.1.2 Phng pháp điu ch đ rng xung ci bin SFO-PWM 17 2.2.1.3 Các dng sóng mang trong k thut điu ch PWM 19 2.2.1.4 Nhn xét 21 2.2.2 Phng pháp điu ch véc-t không gian 21 2.2.2.1 Khái nim véc-t không gian 21 2.2.2.2 Véc-t không gian ca b nghch lu áp đa bc 22 Luận văn tốt nghiệp v v 2.2.3 Phng pháp Carrier Base ậ SVPWM 26 2.2.3.1 Khi to Hàm Offset 26 2.2.3.2 Hàm Max, Mid, Min, Interger 26 2.2.3.3 Khi khoá thi gian k 1 , k 2 , k 3 27 2.2.3.4 Hàm offset ti u 28 2.2.3.5 Chọn Mode PWM 28 2.2.3.6 Khi to tín hiu tích cực 29 2.2.3.7 Điu ch di m rng 29 2.2.3.8 Điu ch ngoài m rng 30 2.3 Phân tích b nghch lu ba pha 32 2.4 K thut điu khin cho b nghch lu áp ba pha 11 bc 34 Chng 3. CÁC VN Đ VÀ PHNG PHÁP TRIT TIÊU ĐIN ÁP COMMON MODE CHO BIN TN ĐA BC 36 3.1 Vn đ đin áp CM 36 3.2 K thut PWM 1 trng thái và trit tiêu đin áp common mode ca bin tn37 3.3 K thut PWM c đin và trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 42 3.4 Mô phỏng tng quát trong Matlab/Simulink các phng pháp 47 3.4.1 Mô phỏng phng pháp 1(1 trng thái) trong Matlab/simulink 47 3.4.2 Mô phỏng phng pháp 2(PWM c đin) trong Matlab/simulink 54 3.4.3 Nhn xét 57 Chng 4. ĐIU KHIN ĐNH HNG TRNG(FOC)ĐNG C KHÔNG ĐNG B 3 PHA VI K THUT PWM 1 TRNG THÁI VÀ K THUT PWM C ĐIN TRIT TIÊU ĐIN ÁP COMMON MODE 58 4.1 Gii thiu phng pháp điu khin FOC 58 4.1.1Các phng pháp điu khin đnh hng trng từ thông Rotor 58 4.1.2 Biu din véc-t không gian trong h tọa đ từ thông Rotor 59 4.1.3 Thut toán và cu trúc phng pháp FOC 61 4.1.4 B điu khin PID 64 4.2 Mô hình trng thái đng c đng c không đng b 66 Luận văn tốt nghiệp vi vi 4.2.1 Xây dựng véc-t không gian 67 4.2.2 H trc tọa đ quay 69 4.2.3 Các phng trình ca đng c không đng b ba pha 71 4.2.4 Xây dựng mô hình đng c không đng b trên h tọa đ stato 73 4.2.5 Xây dựng mô hình ĐCKĐB trên h từ thông roto 75 4.3 Mô phỏng điu khin FOC vi k thut PWM 1 trng thái và trit tiêu đin áp CM ca bin tn 11 bc 76 4.4 Mô phỏng điu khin FOC vi k thut PWM c đin và trit tiêu đin áp CM ca bin tn 11 bc 87 4.5 Nhn xét 92 Chng 5. KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 94 5.1 Đánh giá kt qu đt đc 94 5.2 Nhng vn đ tn ti ca đ tài 94 5.3 Hng phát trin ca đ tài 94 TÀI LIU THAM KHO 95 PH LC 97 A.Phng pháp 1 97 B.Phng pháp 2 101 C.Các giá tr khai báo mô phỏng 103 Luận văn tốt nghiệp vii DANH SÁCH CÁC CH VIT TT CM MI EMI NPC FOC DTC DC SVPWM (SVM) PWM VSI CSI SVC IGBT BNL SFO THD CPWM PD APOD Common Mode (Kiu chung) Multilevel Inverter (B nghch lu đa bc) Electromagnetic Interference (Nhiu đin từ) Neutral Point Clamped Multilevel Inverter (B nghch lu đa bc kiu đi-t kẹp) Field Oriented Control (Phng pháp điu khin từ thông tựa theo từ thông roto) Direct Torque Control (Điu khin trực tip mommen) Direct Current (Dòng đin mt chiu) Space Vector Pulse Width Modulation (Điu ch đ rng xung véc-t không gian) Pulse Width Modulation (Điu ch đ rng xung) Voltage Source Inverter (B nghch lu áp) Current Source Inverter (B nghch lu dòng) Static Var Compensation (Thit b bù công sut phn kháng tĩnh) Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor có cực cng cách ly) B Nghch Lu Switching Frequency Optimum (K thut điu rng xung đóng ngt ti u) Total Harmonic Distortion (Tng méo dng sóng hài ) Carrier Based Pulse Width Modulation (K thut Sóng mang điu ch đ rng xung) Phase Dispostion (Các sóng mang b trí cùng pha) Alternative Phase Opposition Disposition (Hai sóng mang k tip nhau dch 180 0 ) Luận văn tốt nghiệp viii viii POD IM FFT MRAS Phase Opposition Disposition (Các sóng mang b trí đi xng qua trc chuẩn) Induction Motor (Đng c không đng b) Fast Fourier Transform (Phân tích nhanh chui Fourier) Model Reference Adaptive Systems (Mô hình điu khin thích nghi) Luận văn tốt nghiệp ix ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1. B nghch lu NPC ba pha sáu bc 8 Hình 2.2. Cu trúc BNL dùng t kẹp 10 Hình 2.3. Cu trúc BNL Cascade 12 Hình 2.4.Nguyên lý k thut CPWM 14 Hình 2.5. K thut CPWM nhiu sóng mang chuẩn và đin áp dây ca BNL 11 bc cascade 15 Hình 2.6. Mi liên h gia m và m a 17 Hình 2.7. Đin áp điu khin SFO pha A 18 Hình 2.8. Đin áp offset 18 Hình 2.9. Sóng đin áp cực đi 19 Hình 2.10. Sóng đin áp cực tiu 19 Hình 2.11. Sóng mang dng PD 20 Hình 2.12. Sóng mang dng APOD 20 Hình 2.13. Sóng mang dng POD 21 Hình 2.14. Hình chiu ca véc-t v  lên ba trc tọa đ 22 Hình 2.15. Gin đ véc-t đin áp b nghch lu áp ba bc 24 Hình 2.17. Gii thut chính ca phng pháp Sóng Điu Ch 26 Hình 2.18. a) S đ to tín hiu sin ch đo vùng quá điu ch m = m mid 31 b) Gii thut điu ch 2 Mode 31 Hình 2.19. a) S đ nguyên lý nghch lu áp ba pha 31 b) Mô hình tng đng tc thi 32 c) Mô hình tng đng trung bình 32 d) S đ xung điu khin các khóa S a , S b , S c 32 Hình 2.20. Mô hình ti ba pha đi xng, đu sao 33 Hình 2.21. S đ mch tng đng quan h áp ti và áp nghch lu 34 Luận văn tốt nghiệp x x a) S đ mch tng đng áp tc thi 34 b) S đ mch tng đng áp trung bình 34 Hình 2.22. S đ nguyên lý nghch lu áp ba pha 11 bc NPC 35 Hình 3.1. Dng sóng đin áp CM 36 Hình 3.2. S đ cu to đng c đo đin áp trc đng c và đo dòng rò  bi 37 Hình 3.3. Giá đỡ  bi hỏng do nh hng đin áp CM 37 Hình 3.4. B bin đi 3 cp 38 . a) Gin đ các trng thái véc-t và gii hn ca ZCM 43 .b) giãn đ vecto chia thành 7 vùng ng vi 7 vecto đin áp ZCM 43 Hình 3.5. Phng pháp sóng mang PD PWM đi vi bin tn đa bc: (a) giãn đ thi gian chuyn đi; (b) Giãn đ thi gian chuyn đi và dãy trng thái chuyn đi di điu kin 41 Hình 3.6. Thut toán PWM 1 trng thái vi đin áp ZCM X=A, B, C 41 Hình 3.7. S đ tng quát b nghch lu ba bc NPC 42 Hình 3.8. a) Gin đ các trng thái véc-t đin áp nghch lu 3 bc b) Gin đ các trng thái véc-t đin áp nghch lu 3 bc ZCM 43 Hình 3.9. Gin đ chuyn trng thái (111, 201, 210) 44 Hình 3.10. Dng sóng đin áp pha x + và x - 45 Hình 3.11. S đ trng thái đóng ngt dng sóng PS 46 Hình 3.12. S đ mô phỏng tng quát phng pháp 1 trng thái 47 Hình 3.13. S đ khi to ngun 3 pha 48 Hình 3.14. khi x lý 1 trang thái và trit tiêu áp common mode 48 Hình 3.15. S đ b nghch lu 11 bc NPC 49 Hình 3.16. Dng sóng th gii thut 50 Hình 3.17. Dng sóng sau khi công offset 50 Hình 3.18a. Đin áp nghch lu 3 pha 51 Hình 3.18b. Đin áp nghch lu pha a 51 Hình 3.19. Đin áp CM đã trit tiêu u N0’ 52 Hình 3.20. Phân tích FFT và THD đip áp tiUta ’ 52 Hình 3.21. Phân tích FFT và THD đip áp dây u ab 53 Luận văn tốt nghiệp xi xi s Hình 3.22. Phân tích FFT và THD áp nghch lu Uao 53 Hình 3.23. S đ mô phỏng tng quát phng pháp PWM c đin 54 Hình 3.24. khi x lý phng pháp PWM c đin và trit tiêu áp common mode 54 Hình 3.25. Dng sóng th gii thut pp PWM c đin 55 Hình 3.26. Dng sóng sau khi cng offset 55 Hình 3.27a. Đin áp nghch lu 3 pha 56 Hình 3.27b. Đin áp nghch lu pha a 56 Hình 3.28. Đin áp CM đã trit tiêu u N0’ 57 Hình 4.1. Vector dòng i s trong không gian vi các thành phn a, b, c 67 Hình 4.2. Dòng đin stator i s trong h (a, b, c) và (  ,  ). 60 Hình 4.3. Dòng đin stator i s trong h (  ,  ) và (d, q). 60 Hình 4.4. Cu trúc c bn ca phng pháp FOC. 61 Hình 4.5. Dòng đin, đin áp và từ thông rotor trên h tọa đ (d,q). 63 Hình 4.6. .Cu trúc b điu khin PID 64 Hình 4.7. H thng điu khin vòng kín 65 Hình 4.8. S đ cun dây và dòng đin stato ca đng c không đng b 67 Hình 4.9. Thit lp véc-t không gian từ các đi lng pha 68 Hình 4.10. Véc-t không gian đin áp stato u  tng quan gia h tọa đ  và tọa đ ba pha a, b, c 69   Hình 4.11. Chuyn h tọa đ cho véc-t không gian u s từ h tọa đ αβ sang h tọa đ dq và ngc li 70 Hình 4.12. Mô hình đn gin đng c không đng b ba pha 71 Hình 4.13. Gin đ véc-t từ thông stato và véc-t từ thông roto 76 Hình 4.14. Mô hình mô phỏng FOC ậ CPWM 1 trng thái b nghch lu 11 bc NPC ZCM 77 Hình 4.15. Từ thông đặt 77 Hình 4.16. Tc đ đặt 78 Luận văn tốt nghiệp xii Hình 4.17. S đ khi MTi 78 Hình 4.18. S đ khi CTDu 78 Hình 4.19. S đ khi single step and CMZ 79 Hình 4.20. S đ khi CTDu1 79 Hình 4.21. S đ khi CTDu2 80 Hình 4.22. S đ khi MTu 80 Hình 4.23. S đ khi ĐCKĐB 81 Hình 4.24. S đ khi HTD-CD 81 Hình 4.25. S đ khi bin tn 82 Hình 4.26. Đáp ng từ thông stato c lng 82 Hình 4.27. Sai s đáp ng từ thông stato c lng 82 Hình 4.28. Đáp ng tc đ đng c 83 Hình 4.29.Đáp ng từ thông,moment,tc đ đng c 83 Hình 4.30. Đin áp nghch lu 3 pha 84 Hình 4.31. Đin áp nghch lu pha a 84 Hình 4.32. Đin áp ti 3 pha 85 Hình 4.33. Đin áp ti pha a 85 Hình 4.34. Đin áp dây 3 pha 86 Hình 4.35. Đin áp dây pha a 86 Hình 4.36. Đin áp common mode đã b trit tiêu 87 Hình 4.37. Khi CMZ vi k thut PWM c đin 87 Hình 4.38. Đáp ng từ thông stato c lng 87 Hình 4.39. Sai s đáp ng từ thông stato c lng 88 Hình 4.40. Đáp ng tc đ đng c 88 Hình 4.41.Đáp ng từ thông,moment,tc đ đng c 88 Hình 4.42. Đin áp nghch lu 3 pha 89 Hình 4.43. Đin áp nghch lu pha a 89 Hình 4.44. Đin áp ti 3 pha 90 Hình 4.45. Đin áp ti pha a 90 [...]... thuật PWM 1 trạng thái có triệt tiêu điện áp common mode của biến tần Đồng thời khảo sát kỹ thuật PWM cổ điển có triệt tiêu điện áp common mode của biến tần. So sánh kết quả để đối chiếu với kỹ thuật PWM 1 trạng thái ” 1.2 Ý nghƿa khoa h c và thực ti n c a đ tài ng d ng bi n t n đa b c trong k thu t PWM vào đi u khi n t c đ đ ng c đã gây ra đi n áp CM (đi n áp tâm ngu n m t chi u - đi n áp trung tính... tr c Zero ậ gọi là sóng POD (Phase Opposition Disposition) T t c các sóng mang trên tr c 0 s cùng pha nhau và các sóng mang n m d i tr c 0 s b d ch 1800 20 20 Chương 2 Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển Hình 2.13 Sóng mang d ng POD 2.2.1.4 Nh n xét Trong các ph ng pháp b trí sóng mang, thì th ng pháp b trí các sóng mang đa b c cùng pha (d ng PD) cho đ méo d ng áp dây nhỏ nh t Riêng... Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển Ch CÁC B NGH CH L U ÁP ĐA B C NG PHÁP ĐI U KHI N VÀ CÁC PH Ch ng 2 ng này gi i thi u và nghiên c u các c u trúc b ngh ch l u áp đa b c, phân tích ho t đ ng c a b ngh ch l u áp ba pha ba b c NPC Trong ch ng này ng pháp c b n đ đi u khi n b ngh ch l u áp đa b c nh k trình bày các ph thu t đi u ch sóng mang, k thu t đi u ch đ r ng xung c i biên và. .. PWM Các sóng mang d ng tam giác có t n s cao (fsm < 9500Hz) Có th chia thành ba lo i nh sau:  B trí cùng pha (PD: In Phase Dispostion) T t c các lo i sóng mang đ u cùng pha nhau: 19 19 Chương 2 Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển Hình 2.11 Sóng mang d ng PD  Hai sóng mang k ti p nhau d ch 1800 ậ gọi là sóng APOD (Alternative Phase Opposition Disposition) Hình 2.12 Sóng mang d... Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển Ng đ c l i, khi biên đ sóng đi u khi n nhỏ h n biên đ sóng mang thì khóa S s c kích ng t OFF (m c 0) và khóa S’ s đ Có hai ph ng pháp CPWM c b n đ c kích đóng ON (m c 1) c s d ng đ đi u khi n BNL áp đa ng pháp s d ng m t sóng đi u khi n k t h p v i nhi u sóng mang b c là ph ng pháp s d ng nhi u sóng đi u khi n k t h p v i m t sóng mang chuẩn và. .. a,b,c ) ng pháp SFO - PWM k t qu mô phỏng cho ta k t qu nh sau: Đi n áp đi u khi n đ c cung c p b i ngu n ba pha sin, trong mô phỏng này l y t n s 50Hz và t s đi u ch m = 0,7 Hình 2.7 Đi n áp đi u khi n SFO pha A Hình 2.8 Đi n áp offset 18 18 Chương 2 Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển Hình 2.9 Sóng đi n áp cực đ i Hình 2.10 Sóng đi n áp cực ti u 2.2.1.3 Các d ng sóng mang trong... Véc-t không gian c a b ngh ch l u áp đa b c Quá trình đóng ng t các linh ki n t o ra đi n áp ba pha t i Theo lý thuy t v không gian véc-t thì đi n áp ba pha đó có th bi u di n d i d ng véc-t không gian Và nó s thay đ i nh y c p trên hình l c giác đa b c V trí c a m i véc-t đi n áp trong không gian s ph thu c vào các tr ng thái đóng ng t kinh ki n Ti n 22 22 Chương 2 Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các... tri t tiêu thành ph n từ thông rotor trên tr c (q), còn thành ph n từ thông rotor trên tr c (d) có th xem nh đ i l ng m t chi u Các đ i l ng dòng đi n, đi n áp khi chi u lên hai tr c d và q cũng là các thành ph n m t chi u Chính vì nh ng lý do nêu trên, trong lu n vĕn t t nghi p này tôi đã chọn đ tài: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3pha bằng phương pháp điều khiển định hướng trường( FOC) với kỹ thuật. .. t tiêu đi n áp CM ph u đi m c a ng pháp này là có th gi m hoặc tri t tiêu đi n áp CM b ng gi i thu t đi u khi n mà không c n b sung hoặc thay đ i c u trúc b ngh ch l u Ph ng pháp này có th áp d ng cho các b ngh ch l u đa b c vì trong c u này t n t i các tr ng thái sao cho đi n áp CM là zero Ph ng pháp tri t tiêu đi n áp CM dung ph tr ng thái cho b ngh ch l u đa b c đ Nguy n Vĕn Nh ng pháp 1 tr ng thái. .. Chương 2 Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển 3  0,866 2 V i ch s sóng đi u ch : m  m 1 0,866 U rm U pm 0 1 Hình 2.6 M i liên h gi a m và m a ng pháp đi u ch CPWM đ t ch s đi u ch m l n nh t trong vùng tuy n Ph tính khi biên đ sóng đi u ch b ng biên đ sóng mang Khi giá tr ma > 1, biên đ tín hi u đi u ch l n h n biên đ sóng mang thì biên đ hài c b n đi n áp ra tĕng không tuy n . pháp điều khiển định hướng trường( FOC) với kỹ thuật PWM 1 trạng thái có triệt tiêu điện áp common mode của biến tần .Đồng thời khảo sát kỹ thuật PWM cổ điển có triệt tiêu điện áp common mode. lu áp ba pha 11 bc 34 Chng 3. CÁC VN Đ VÀ PHNG PHÁP TRIT TIÊU ĐIN ÁP COMMON MODE CHO BIN TN ĐA BC 36 3.1 Vn đ đin áp CM 36 3.2 K thut PWM 1 trng thái và trit tiêu. áp khi chiu lên hai trc d và q cũng là các thành phn mt chiu. Chính vì nhng lý do nêu trên, trong lun vĕn tt nghip này tôi đã chọn đ tài: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3pha bằng