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

22 332 0
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

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ THANH TƯỜNG 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 S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- 605270 S KC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ THANH TƢỜNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TRƢỜNG 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 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- 605270 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 08/2012 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Võ Thanh Tƣờng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/01/1979 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 36 đƣờng 06, khu phố 5, phƣờng Trƣờng Thọ, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại quan: 08.38960727 Điện thoại nhà riêng: 0908486872 E-mail: thanhtuongvo@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/1997 đến 2/2002 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH GIAO TIẾP GIỮA KÍT VÀ KÍT Ngày & nơi bảo vệ đồ án: tháng năm 2002, trƣờng Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Võ Tấn Thông Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 2/ 2009 đến 2/2011 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện tử Tên luận văn: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TRƢỜNG 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 Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 28/10/2012, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn, trình độ B1 theo chuẩn châu Âu III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2/2002 – 12/2004 Công việc đảm nhiệm Nơi công tác - Giám sát thi công điện - Kiểm tra dây chuyền Công ty SGE Việt Nam 12/2004 đến Công ty cổ phần sữa VIỆT NAM VINAMILK XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN (Ký tên, đóng dấu) sản xuất Ngày tháng 11 năm 2012 Ngƣời khai ký tên Luận văn tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày30 tháng 08 năm 2012 Ngƣời viết Võ Thanh Tường i Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu trƣờng, hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học Để có đƣợc thành này, nhận đƣợc nhiều hỗ trợ giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản bạn bè Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Ngƣời tận tình hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu quan trọng, định hƣớng sửa chữa thiếu sót suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Trong thời gian tham gia học tập nghiên cứu Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý Thầy Cô, Phòng Đào tạo sau Đại học trƣờng tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành khoá học Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Điện Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh quý Thầy, Cô Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh tận tình dạy học suốt trình học tập trƣờng Tôi xin cảm ơn lời thăm hỏi, giúp đỡ động viên nhiệt tình anh chị học viên lớp cao học ngành Kỹ thuật điện tử gia đình tạo điều kiện thuận lợi cho học tập tốt Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Võ Thanh Tường ii Luận văn tốt nghiệp TÓM TẮT Luận văn trình bày phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng (FOC) với kỹ thuật PWM trạng thái có triệt tiêu điện áp common mode biến tần 11 bậc NPC điều khiển động không đồng Dựa vào trạng thái đóng ngắt nghịch lƣu NPC 11 bậc để xác định điện áp CM không Phƣơng pháp CPWM triệt tiêu điện áp CM điều khiển đáp ứng tốc độ nhanh Ngoài có đƣa phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng (FOC) với kỹ thuật sóng mang PWM cổ điển có triệt tiêu điện áp common mode biến tần 11 bậc NPC để đánh giá kết thu đƣơc Tất kết mô luận văn thực phần mềm Matlab/Simulink ABSTRACT This thesis presents a method of Field Oriented Control(FOC) with a Novel SingleState 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 iii iii iii Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang tựa Trang LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT .iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Đối tƣợng mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng CÁC BỘ NGHỊCH LƢU ÁP ĐA BẬC VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 2.1 Cấu trúc nghịch lƣu áp 2.1.1 Bộ nghịch lƣu đa bậc chứa cặp đi-ốt kẹp NPC 2.1.2 Bộ nghịch lƣu đa bậc dạng tụ thay đổi 2.1.3 Bộ nghịch lƣu đa bậc Cascade 10 2.2 Các phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu đa bậc 12 2.2.1 Kỹ thuật điều chế sóng mang CPWM 14 2.2.1.1 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung sin 15 2.2.1.2 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung cải biến SFO-PWM 17 2.2.1.3 Các dạng sóng mang kỹ thuật điều chế PWM 19 2.2.1.4 Nhận xét 21 2.2.2 Phƣơng pháp điều chế véc-tơ không gian 21 2.2.2.1 Khái niệm véc-tơ không gian 21 2.2.2.2 Véc-tơ không gian nghịch lƣu áp đa bậc 22 iv iv Luận văn tốt nghiệp 2.2.3 Phƣơng pháp Carrier Base – SVPWM 26 2.2.3.1 Khối tạo Hàm Offset 26 2.2.3.2 Hàm Max, Mid, Min, Interger 26 2.2.3.3 Khối khoá thời gian k1, k2, k3 27 2.2.3.4 Hàm offset tối ƣu 28 2.2.3.5 Chọn Mode PWM 28 2.2.3.6 Khối tạo tín hiệu tích cực 29 2.2.3.7 Điều chế dƣới mở rộng 29 2.2.3.8 Điều chế mở rộng 30 2.3 Phân tích nghịch lƣu ba pha 32 2.4 Kỹ thuật điều khiển cho nghịch lƣu áp ba pha 11 bậc 34 Chƣơng CÁC VẤN ĐỀ VÀ PHƢƠNG PHÁP TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO BIẾN TẦN ĐA BẬC 36 3.1 Vấn đề điện áp CM 36 3.2 Kỹ thuật PWM trạng thái triệt tiêu điện áp common mode biến tần37 3.3 Kỹ thuật PWM cổ điển triệt tiêu điện áp common mode biến tần 42 3.4 Mô tổng quát Matlab/Simulink phƣơng pháp 47 3.4.1 Mô phƣơng pháp 1(1 trạng thái) Matlab/simulink 47 3.4.2 Mô phƣơng pháp 2(PWM cổ điển) Matlab/simulink 54 3.4.3 Nhận xét 57 Chƣơng ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TRƢỜNG(FOC)ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA VỚI KỸ THUẬT PWM TRẠNG THÁI VÀ KỸ THUẬT PWM CỔ ĐIỂN TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE 58 4.1 Giới thiệu phƣơng pháp điều khiển FOC 58 4.1.1Các phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng từ thông Rotor 58 4.1.2 Biểu diễn véc-tơ không gian hệ tọa độ từ thông Rotor 59 4.1.3 Thuật toán cấu trúc phƣơng pháp FOC .61 4.1.4 Bộ điều khiển PID 64 4.2 Mô hình trạng thái động động không đồng 66 v v Luận văn tốt nghiệp 4.2.1 Xây dựng véc-tơ không gian 67 4.2.2 Hệ trục tọa độ quay 69 4.2.3 Các phƣơng trình động không đồng ba pha 71 4.2.4 Xây dựng mô hình động không đồng hệ tọa độ stato 73 4.2.5 Xây dựng mô hình ĐCKĐB hệ từ thông roto 75 4.3 Mô điều khiển FOC với kỹ thuật PWM trạng thái triệt tiêu điện áp CM biến tần 11 bậc 76 4.4 Mô điều khiển FOC với kỹ thuật PWM cổ điển triệt tiêu điện áp CM biến tần 11 bậc 87 4.5 Nhận xét 92 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 94 5.1 Đánh giá kết đạt đƣợc 94 5.2 Những vấn đề tồn đề tài 94 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 97 A.Phƣơng pháp 97 B.Phƣơng pháp 101 C.Các giá trị khai báo mô 103 vi vi Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CM Common Mode (Kiểu chung) MI Multilevel Inverter (Bộ nghịch lƣu đa bậc) EMI Electromagnetic Interference (Nhiễu điện từ) NPC Neutral Point Clamped Multilevel Inverter (Bộ nghịch lƣu đa bậc kiểu đi-ốt kẹp) FOC Field Oriented Control (Phƣơng pháp điều khiển từ thông tựa theo từ thông roto) DTC DC Direct Torque Control (Điều khiển trực tiếp mommen) SVPWM Direct Current (Dòng điện chiều) (SVM) Space Vector Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung véc-tơ PWM không gian) VSI Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) CSI Voltage Source Inverter (Bộ nghịch lƣu áp) SVC Current Source Inverter (Bộ nghịch lƣu dòng) IGBT Static Var Compensation (Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh) BNL Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor có cực cổng cách ly) SFO Bộ Nghịch Lƣu Switching Frequency Optimum (Kỹ thuật điều rộng xung đóng ngắt tối THD ƣu) CPWM Total Harmonic Distortion (Tổng méo dạng sóng hài ) Carrier Based Pulse Width Modulation (Kỹ thuật Sóng mang điều chế PD độ rộng xung) APOD Phase Dispostion (Các sóng mang bố trí pha) Alternative Phase Opposition Disposition (Hai sóng mang dịch 1800) vii Luận văn tốt nghiệp POD Phase Opposition Disposition (Các sóng mang bố trí đối xứng qua trục chuẩn) IM Induction Motor (Động không đồng bộ) FFT Fast Fourier Transform (Phân tích nhanh chuỗi Fourier) MRAS Model Reference Adaptive Systems (Mô hình điều khiển thích nghi) viii viii viii Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Bộ nghịch lƣu NPC ba pha sáu bậc Hình 2.2 Cấu trúc BNL dùng tụ kẹp 10 Hình 2.3 Cấu trúc BNL Cascade 12 Hình 2.4.Nguyên lý kỹ thuật CPWM .14 Hình 2.5 Kỹ thuật CPWM nhiều sóng mang chuẩn điện áp dây BNL 11 bậc cascade 15 Hình 2.6 Mối liên hệ m m a 17 Hình 2.7 Điện áp điều khiển SFO pha A 18 Hình 2.8 Điện áp offset 18 Hình 2.9 Sóng điện áp cực đại 19 Hình 2.10 Sóng điện áp cực tiểu 19 Hình 2.11 Sóng mang dạng PD 20 Hình 2.12 Sóng mang dạng APOD 20 Hình 2.13 Sóng mang dạng POD 21  Hình 2.14 Hình chiếu véc-tơ v lên ba trục tọa độ 22 Hình 2.15 Giản đồ véc-tơ điện áp nghịch lƣu áp ba bậc 24 Hình 2.17 Giải thuật phƣơng pháp Sóng Điều Chế 26 Hình 2.18 a) Sơ đồ tạo tín hiệu sin chủ đạo vùng điều chế m = mmid 31 b) Giải thuật điều chế Mode 31 Hình 2.19 a) Sơ đồ nguyên lý nghịch lƣu áp ba pha 31 b) Mô hình tƣơng đƣơng tức thời 32 c) Mô hình tƣơng đƣơng trung bình 32 d) Sơ đồ xung điều khiển khóa Sa, Sb, Sc 32 Hình 2.20 Mô hình tải ba pha đối xứng, đấu 33 Hình 2.21 Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng quan hệ áp tải áp nghịch lƣu 34 ix ix Luận văn tốt nghiệp a) Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng áp tức thời 34 b) Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng áp trung bình 34 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý nghịch lƣu áp ba pha 11 bậc NPC 35 Hình 3.1 Dạng sóng điện áp CM 36 Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo động đo điện áp trục động đo dòng rò ổ bi 37 Hình 3.3 Giá đỡ ổ bi hỏng ảnh hƣởng điện áp CM 37 Hình 3.4 Bộ biến đổi cấp 38 a) Giản đồ trạng thái véc-tơ giới hạn ZCM 43 b) giãn đồ vecto chia thành vùng ứng với vecto điện áp ZCM 43 Hình 3.5 Phƣơng pháp sóng mang PD PWM biến tần đa bậc: (a) giãn đồ thời gian chuyển đổi; (b) Giãn đồ thời gian chuyển đổi dãy trạng thái chuyển đổi dƣới điều kiện 41 Hình 3.6 Thuật toán PWM trạng thái với điện áp ZCM X=A, B, C 41 Hình 3.7 Sơ đồ tổng quát nghịch lƣu ba bậc NPC 42 Hình 3.8 a) Giản đồ trạng thái véc-tơ điện áp nghịch lƣu bậc b) Giản đồ trạng thái véc-tơ điện áp nghịch lƣu bậc ZCM 43 Hình 3.9 Giản đồ chuyển trạng thái (111, 201, 210) 44 Hình 3.10 Dạng sóng điện áp pha x+ x- 45 Hình 3.11 Sơ đồ trạng thái đóng ngắt dạng sóng PS 46 Hình 3.12 Sơ đồ mô tổng quát phƣơng pháp trạng thái 47 Hình 3.13 Sơ đồ khối tạo nguồn pha 48 Hình 3.14 khối xử lý trang thái triệt tiêu áp common mode 48 Hình 3.15 Sơ đồ nghịch lƣu 11 bậc NPC 49 Hình 3.16 Dạng sóng thử giải thuật 50 Hình 3.17 Dạng sóng sau công offset 50 Hình 3.18a Điện áp nghịch lƣu pha 51 Hình 3.18b Điện áp nghịch lƣu pha a 51 Hình 3.19 Điện áp CM triệt tiêu uN0’ 52 Hình 3.20 Phân tích FFT THD điệp áp tảiUta’ 52 Hình 3.21 Phân tích FFT THD điệp áp dây uab 53 x x Luận văn tốt nghiệp Hình 3.22 Phân tích FFT THD áp nghịch lƣu Uao 53 Hình 3.23 Sơ đồ mô tổng quát phƣơng pháp PWM cổ điển 54 Hình 3.24 khối xử lý phƣơng pháp PWM cổ điển triệt tiêu áp common mode 54 Hình 3.25 Dạng sóng thử giải thuật pp PWM cổ điển 55 Hình 3.26 Dạng sóng sau cộng offset 55 Hình 3.27a Điện áp nghịch lƣu pha 56 Hình 3.27b Điện áp nghịch lƣu pha a 56 Hình 3.28 Điện áp CM triệt tiêu uN0’ 57 Hình 4.1 Vector dòng is không gian với thành phần a, b, c 67 Hình 4.2 Dòng điện stator is hệ (a, b, c) (  ,  ) 60 Hình 4.3 Dòng điện stator is hệ (  ,  ) (d, q) 60 Hình 4.4 Cấu trúc phƣơng pháp FOC 61 Hình 4.5 Dòng điện, điện áp từ thông rotor hệ tọa độ (d,q) 63 Hình 4.6 .Cấu trúc điều khiển PID 64 Hình 4.7 Hệ thống điều khiển vòng kín 65 Hình 4.8 Sơ đồ cuộn dây dòng điện stato động không đồng 67 Hình 4.9 Thiết lập véc-tơ không gian từ đại lƣợng pha 68  Hình 4.10 Véc-tơ không gian điện áp stato u s tƣơng quan hệ tọa độ  tọa độ ba pha a, b, c 69  Hình 4.11 Chuyển hệ tọa độ cho véc-tơ không gian u s từ hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq ngƣợc lại 70 Hình 4.12 Mô hình đơn giản động không đồng ba pha 71 Hình 4.13 Giản đồ véc-tơ từ thông stato véc-tơ từ thông roto 76 Hình 4.14 Mô hình mô FOC – CPWM trạng thái nghịch lƣu 11 bậc NPC ZCM 77 Hình 4.15 Từ thông đặt 77 Hình 4.16 Tốc độ đặt 78 xi xi Luận văn tốt nghiệp Hình 4.17 Sơ đồ khối MTi 78 Hình 4.18 Sơ đồ khối CTDu 78 Hình 4.19 Sơ đồ khối single step and CMZ 79 Hình 4.20 Sơ đồ khối CTDu1 79 Hình 4.21 Sơ đồ khối CTDu2 80 Hình 4.22 Sơ đồ khối MTu 80 Hình 4.23 Sơ đồ khối ĐCKĐB 81 Hình 4.24 Sơ đồ khối HTD-CD 81 Hình 4.25 Sơ đồ khối biến tần 82 Hình 4.26 Đáp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 82 Hình 4.27 Sai số đáp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 82 Hình 4.28 Đáp ứng tốc độ động 83 Hình 4.29.Đáp ứng từ thông,moment,tốc độ động 83 Hình 4.30 Điện áp nghịch lƣu pha 84 Hình 4.31 Điện áp nghịch lƣu pha a 84 Hình 4.32 Điện áp tải pha 85 Hình 4.33 Điện áp tải pha a 85 Hình 4.34 Điện áp dây pha 86 Hình 4.35 Điện áp dây pha a 86 Hình 4.36 Điện áp common mode bị triệt tiêu 87 Hình 4.37 Khối CMZ với kỹ thuật PWM cổ điển 87 Hình 4.38 Đáp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 87 Hình 4.39 Sai số đáp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 88 Hình 4.40 Đáp ứng tốc độ động 88 Hình 4.41.Đáp ứng từ thông,moment,tốc độ động 88 Hình 4.42 Điện áp nghịch lƣu pha 89 Hình 4.43 Điện áp nghịch lƣu pha a 89 Hình 4.44 Điện áp tải pha 90 Hình 4.45 Điện áp tải pha a 90 xii Luận văn tốt nghiệp Hình 4.46 Điện áp dây pha 91 Hình 4.47 Điện áp dây pha a 91 Hình 4.48 Điện áp common mode bị triệt tiêu 92 Hình 4.49 Đáp ứng từ thông,tốc độ, moment dòng đóng tải………… 93 xiii xiii xiii Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Trạng thái đóng ngắt BNL ba pha sáu bậc NPC Bảng 3.1 Dãy trạng thái biến đổi 39 Bảng 3.2 Vec tơ điện áp ngõ CMZ phƣơng pháp PWM trạng thái 40 Bảng 3.3 Phân tích chuỗi trạng thái vùng tam giác (111, 201, 210) 44 Bảng 3.4 T Trạng thái séc-tơ giản đồ véc-tơ không gian hình 3.5 45 xiv xiv xiv Chương Tổng quan Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, nghịch lƣu hai bậc đƣợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp dân dụng Bên cạnh ƣu điểm đạt đƣợc, nghịch lƣu hai bậc có hạn chế nhƣ chất lƣợng điện áp không cao giới hạn phạm vi ứng dụng công suất nhỏ Chính vậy, nghịch lƣu đa bậc MI (Multilevel Inverter) đƣợc nghiên cứu phát triển Các nghịch lƣu đa bậc không đƣợc sử dụng truyền động điện công suất lớn, lọc tích cực mà đƣợc sử dụng hệ thống nguồn lƣợng nhƣ lƣợng mặt trời, lƣợng gió, fuel cell, So với nghịch lƣu hai bậc truyền thống, nghịch lƣu đa bậc có ƣu điểm nhƣ hoạt động tần số đóng ngắt cao, công suất lớn, điện áp bị biến dạng, điện áp đặt linh kiện giảm gây nhiễu điện từ EMI (Electromagnetic Interference) Từ Nabae, Takahashi Akagi giới thiệu nghịch lƣu đa bậc NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter) vào năm 1981 Đến có nhiều dạng cấu trúc nghịch lƣu đa bậc đƣợc nghiên cứu phát triển Các dạng cấu trúc thƣờng gặp dạng Cascade H-Bridge Inverter với nguồn chiều riêng, dạng đi-ốt kẹp (Diode Clamped Multilevel Inverter), dạng tụ kẹp (Capacitor Clamped) cấu trúc lai (Hybrid Multilevel Inverter).Trong cấu hình NPC cấu hình đƣợc sử dụng phổ biến Trong ứng dụng truyền động điện, nghịch lƣu hai bậc truyền thống nghịch lƣu đa bậc gặp phải hạn chế xuất điện áp common mode (CM) hai điểm trung tính tải trung tính nguồn Điện áp CM làm xuất dòng điện rò chạy trục động Dòng điện làm nóng trục động cơ, làm cho ổ bi bị bào mòn dẫn đến việc giảm tuổi thọ gây nhiễu điện từ EMI [4-7].Có nhiều phƣơng pháp để giảm ảnh hƣởng điện áp CM Chương Tổng quan đƣợc nghiên cứu công bố nhƣ phƣơng pháp dùng mạch lọc thụ động RC, RLC mắc song song với tải Von Jouanne đề nghị năm 1996; phƣơng pháp thay đổi cấu trúc nghịch lƣu cách tăng số nhánh nghịch lƣu Bộ nghịch lƣu áp ba pha bốn nhánh đƣợc Oriti giới thiệu vào năm 1997 Julian năm 1999 Trong đó, ba nhánh đƣợc điều khiển bình thƣờng, nhánh thứ tƣ đƣợc điều khiển để giảm điện áp CM Năm 1999, Von Jouanne and Zhang giới thiệu cấu trúc Dual Bridge Inverter (DBI) Các phƣơng pháp vừa trình bày đƣợc sử dụng nghịch lƣu hai bậc truyền thống với ƣu điểm giảm đƣợc điện áp CM, dòng rò, hiệu suất cao Tuy nhiên, phƣơng pháp có khuyết điểm phải thêm phần cứng làm cho nghịch lƣu trở nên cồng kềnh, chi phí đắt Năm 1998, Ratnayake and Murai, Haoran Zhang, Annette Von Jouance, Shaoan Dai giới thiệu phƣơng pháp điều khiển cho nghịch lƣu áp ba bậc NPC sử dụng trạng thái mà điện áp CM zero để triệt tiêu điện áp CM Ƣu điểm phƣơng pháp giảm triệt tiêu điện áp CM giải thuật điều khiển mà không cần bổ sung thay đổi cấu trúc nghịch lƣu Phƣơng pháp áp dụng cho nghịch lƣu đa bậc cấu tồn trạng thái cho điện áp CM zero Phƣơng pháp triệt tiêu điện áp CM dung phƣơng pháp trạng thái nhiều trạng thái cho nghịch lƣu đa bậc đƣợc tham khảo từ công trình nghiên cứu Nguyễn Văn Nhờ Hong Hee Lee “Analysis of Carrier PWM Method for Common Mode Elimiation in Multilevel Inverter ” [8-9] Dựa công trình đó, luận văn tác giả trình bày phƣơng pháp triệt tiêu CM cho biến tần đa bậc NPC cấp nguồn cho động không đồng Chính lý trên, luận văn trình bày phƣơng pháp điều khiển động không đồng cấp nguồn biến tần với kỹ thuật triệt tiêu CM Trong lĩnh vực điều khiển động cơ, động không đồng dễ chế tạo, giá thành rẻ nhƣng điều khiển xác tốc độ động không đồng khó khăn Nhờ phát triển vi xử lý nên việc áp dụng phƣơng pháp điều khiển phức tạp vào điều khiển động không đồng ngày trở nên dễ dàng Chương Tổng quan Có nhiều phƣơng pháp điều khiển động không đồng Tuy nhiên, vấn đề đặt cho hệ truyền đồng điện điều khiển động xác lập nhanh độ khoảng thời gian cho phép Có phƣơng pháp điều khiển sau:  Phƣơng pháp điều khiển U/f  Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng (FOC)  Phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC)  Phƣơng pháp U/f: phƣơng pháp điều khiển đơn giản phổ biến phần lớn ứng dụng công nghiệp Điểm đặc biệt phƣơng pháp mối quan hệ điện áp tần số số Cấu trúc mạch đơn giản thƣờng sử dụng dạng phản hồi tốc độ Tuy nhiên, phƣơng pháp điều khiển có đáp ứng tốc độ momen độ xác không cao  Phƣơng pháp FOC: kỹ thuật đƣợc sử dụng phổ biến với hiệu suất cao việc điều khiển động từ thông moment đƣợc điều khiển độc lập FOC phƣơng pháp điều khiển dòng stator chủ yếu dựa vào biên độ góc pha đặc trƣng vector Điều khiển dựa vào tham chiếu thời gian tốc độ hệ trục d – q, hệ trục bất biến Sự tham chiếu nhằm mục đích để hƣớng việc khảo sát động KĐB thành việc khảo sát động DC  Phƣơng pháp DTC: từ thông momen điện từ đƣợc điều khiển trực tiếp độc lập cách chọn chế độ chuyển mạch tối ƣu cho nghịch lƣu nguồn áp dựa sai biệt giá trị đặt giá trị ƣớc lƣợng từ khâu tính toán hồi tiếp momen từ thông Mặt khác, ta điều khiển trực tiếp trạng thái nghịch lƣu PWM thông qua tín hiệu điều khiền đóng ngắt khóa công suất nhằm mục đích giảm sai số momen từ thông phạm vi cho phép đƣợc xác định trƣớc Trong phƣơng pháp phƣơng pháp điều khiển FOC có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp khác nhƣ:  Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông FOC đƣợc sử dụng phổ biến có hiệu với khả điều khiển tách biệt hai thành phần từ thông S K L 0 [...]... pháp triệt tiêu CM cho biến tần đa bậc NPC cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ Chính vì những lý do trên, trong luận văn trình bày phƣơng pháp điều khiển động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần với kỹ thuật triệt tiêu CM Trong lĩnh vực điều khiển động cơ, động cơ không đồng bộ dễ chế tạo, giá thành rẻ nhƣng điều khiển chính xác tốc độ động cơ không đồng bộ rất khó khăn Nhờ sự phát triển của. .. việc áp dụng các phƣơng pháp điều khiển phức tạp vào điều khiển động cơ không đồng bộ ngày càng trở nên dễ dàng hơn 2 Chương 1 Tổng quan Có rất nhiều phƣơng pháp điều khiển động cơ không đồng bộ Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho hệ truyền đồng điện điều khiển động cơ xác lập nhanh và quá độ trong khoảng thời gian cho phép Có các phƣơng pháp điều khiển sau:  Phƣơng pháp điều khiển U/f  Phƣơng pháp điều khiển. .. thay đổi cấu trúc bộ nghịch lƣu Phƣơng pháp này có thể áp dụng cho các bộ nghịch lƣu đa bậc vì trong cấu này tồn tại các trạng thái sao cho điện áp CM là zero Phƣơng pháp triệt tiêu điện áp CM dung phƣơng pháp 1 trạng thái và nhiều trạng thái cho bộ nghịch lƣu đa bậc đƣợc tham khảo từ công trình nghiên cứu của Nguyễn Văn Nhờ và Hong Hee Lee “Analysis of Carrier PWM Method for Common Mode Elimiation in... cứng làm cho bộ nghịch lƣu trở nên cồng kềnh, chi phí đắt Năm 1998, Ratnayake and Murai, Haoran Zhang, Annette Von Jouance, Shaoan Dai giới thiệu phƣơng pháp điều khiển cho bộ nghịch lƣu áp ba bậc NPC trong đó chỉ sử dụng các trạng thái mà tại đó điện áp CM là zero để triệt tiêu điện áp CM Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể giảm hoặc triệt tiêu điện áp CM bằng giải thuật điều khiển mà không cần bổ... PWM 1 trạng thái với điện áp ZCM X=A, B, C 41 Hình 3.7 Sơ đồ tổng quát bộ nghịch lƣu ba bậc NPC 42 Hình 3.8 a) Giản đồ các trạng thái véc-tơ điện áp nghịch lƣu 3 bậc b) Giản đồ các trạng thái véc-tơ điện áp nghịch lƣu 3 bậc ZCM 43 Hình 3.9 Giản đồ chuyển trạng thái (111, 201, 210) 44 Hình 3.10 Dạng sóng điện áp pha x+ và x- 45 Hình 3.11 Sơ đồ trạng thái đóng ngắt dạng sóng PS ... độ và momen độ chính xác không cao  Phƣơng pháp FOC: là kỹ thuật đƣợc sử dụng phổ biến với hiệu suất cao trong việc điều khiển động cơ vì từ thông và moment có thể đƣợc điều khiển độc lập FOC là phƣơng pháp điều khiển dòng stator chủ yếu dựa vào biên độ và góc pha và đặc trƣng là các vector Điều khiển này cơ bản dựa vào sự tham chiếu về thời gian và tốc độ trên hệ trục d – q, đây là hệ trục bất biến. .. 88 Hình 4.42 Điện áp nghịch lƣu 3 pha 89 Hình 4.43 Điện áp nghịch lƣu pha a 89 Hình 4.44 Điện áp tải 3 pha 90 Hình 4.45 Điện áp tải pha a 90 xii Luận văn tốt nghiệp Hình 4.46 Điện áp dây 3 pha 91 Hình 4.47 Điện áp dây pha a 91 Hình 4.48 Điện áp common mode đã bị triệt tiêu 92 Hình 4.49 áp ứng từ thông,tốc độ, moment và dòng khi đóng... hƣởng điện áp CM 37 Hình 3.4 Bộ biến đổi 3 cấp 38 a) Giản đồ các trạng thái véc-tơ và giới hạn của ZCM 43 b) giãn đồ vecto chia thành 7 vùng ứng với 7 vecto điện áp ZCM 43 Hình 3.5 Phƣơng pháp sóng mang PD PWM đối với biến tần đa bậc: (a) giãn đồ thời gian chuyển đổi; (b) Giãn đồ thời gian chuyển đổi và dãy trạng thái chuyển đổi dƣới điều kiện 41 Hình 3.6 Thuật toán PWM 1 trạng. .. dụng phổ biến nhất Trong các ứng dụng truyền động điện, các bộ nghịch lƣu hai bậc truyền thống và các bộ nghịch lƣu đa bậc đều gặp phải hạn chế là xuất hiện điện áp common mode (CM) giữa hai điểm trung tính tải và trung tính nguồn Điện áp CM làm xuất hiện dòng điện rò chạy trên các trục của động cơ Dòng điện này sẽ làm nóng các trục động cơ, làm cho các ổ bi bị bào mòn dẫn đến việc giảm tuổi thọ và gây... Hình 4.34 Điện áp dây 3 pha 86 Hình 4.35 Điện áp dây pha a 86 Hình 4.36 Điện áp common mode đã bị triệt tiêu 87 Hình 4.37 Khối CMZ với kỹ thuật PWM cổ điển 87 Hình 4.38 áp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 87 Hình 4.39 Sai số áp ứng từ thông stato ƣớc lƣợng 88 Hình 4.40 áp ứng tốc độ động cơ 88 Hình 4.41. áp ứng từ thông,moment,tốc độ động cơ

Ngày đăng: 08/06/2016, 09:51

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • 1.pdf

    • Page 1

    • 2.pdf

      • SKC003599 - W.pdf

      • BIA SAU.pdf

        • Page 1

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan