Tìm hiểu các bộ điều khiển bộ biến tần nguồn áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinhviên : Đào Viết Định Giáo viên hướng dẫn : GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn HẢI PHÒNG - 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Đào Viết Định Mã sinh viên: 1412102092 Lớp: ĐC 1802 Ngành: Điện tự động cơng nghiệp Tên đề tài: Tìm hiểu điều khiển biến tần nguồn áp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn bảnvẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốtnghiệp: CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Thân Ngọc Hoàn Học hàm, học vị : GS.TSKH Cơ quan công tác : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đềtàitốtnghiệpđượcgiaongày 15 tháng 10 năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thànhtrướcngày tháng năm2019 Đã nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N Đã nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Đào Viết Định GS.TSKH Thân Ngọc Hồn Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: 1.Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………………………………… ……………… CHƯƠNG : CẤU TẠO CỦA BIẾN TẦN INVERTER……………………………………………………………… 1.1 TÌM HIỂU BIẾN TẦN 1.1.1 Khái niệm biến tần 1.1.2 Phân loại biến tần 1.1.3 Tầm quan trọng biến tần công nghiệp 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 1.2.1 Sơ đồ khối 1.2.2 Nguyên lí hoạt động: 10 1.2.3 Các chức hình hiển thị phím: 11 1.3 CÁC THAM SỐ CÀI ĐẶT: 21 1.3.1 Các chức ứng dụng tham số 22 CHƯƠNG 2: BIẾN TẦN NGUỒN ÁP……………………………………………………………………………………46 2.1 Khái niệm 46 2.2 Các loại biến tần nguồn áp 47 2.2.1 Biến tần nguồn áp pha (Bộ nghịch lưu áp cầu pha) 47 2.2.2 Hệ thống Mac – Maray – Betfor 50 2.2.3 Bộ nghịch lưu nối tiếp 52 2.2.4 Nghịch lưu hỗn hợp (song song- nối tiếp) 55 2.2.5 Biến tần nguồn áp ba pha 57 CHƯƠNG 3: KIỂM SOÁT DÒNG ĐIỆN CỦA BIẾN TẦN NGUỒN ÁP……………………………………….59 3.1 Giới thiệu 59 3.2 Các phương pháp kiểm soát lớp 60 3.2.1 Điều khiển trễ 60 3.2.2 Điều khiển dòng tuyến tính với PWM 62 3.3 Mơ tả kiểm sốt tại 63 3.3.1 Chiến lược kiểm soát 63 3.3.2 Chức chất lượng 64 3.3.3 Mơ hình biến tần 65 3.3.4 Mơ hình tải 67 3.3.5 Mô hình thời gian rời rạc 68 3.3.6 Lựa chọn véc tơ điện áp 69 3.4 Thực chiến lược kiểm soát 70 3.4.1 Cân nhắc thực tế 70 3.4.2 Thuật toán điều khiển 71 3.5 Kết mô 75 3.6 Kết thực nghiệm 81 Ý KIẾN VÀ KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 LỜI MỞ ĐẦU Trong công nghiệp đại, thiết bị điều khiển hay điều tốc có vai trò quan trọng Những thiết bị việc đáp ứng yêu cầu khắt khe điều khiển mà tạo tiện ích ngồi mong muốn cho nhà sản xuất Có nhiều loại thiết bị điều khiển sử dụng điều khiển động công nghiệp pha biến tần trực tiếp, gián tiếp Do ưu điểm biến tần gián tiếp so với biến tần trực tiếp nên đồ án tốt nghiệp em trình bày loại biến tần gián tiếp điều khiển nguồn áp Đề tài “Tìm hiểu điều khiển nguồn áp” mẻ sinh viên chúng em Để nghiên cứu đề tài đòi hỏi phải tìm tòi, nghiên cứu khơng tài liệu nước mà có tài liệu nước Tuy nhiên với giúp đỡ thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với kết khả quan Cuối em xin cảm ơn thầy cô khoa điện- điện tử, ngành điện công nghiệp đặc biệt thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Hải Phòng, Ngày Tháng Năm 201 Sinh viên thực Đào Viết Định 3.5 Kết mô Mô biến tần điều khiển ba phương pháp điều khiển khác thực với MATLAB/ SIMULINK, để đánh giá hiệu suất phương pháp dự đoán đề xuất, so với phương án cổ điển Các tham số hệ thống mô phỏng: Vdc = 100V; R=0.5 Ohm, L= 10mH EMF phía sau có dạng hình sin với biên độ tần số cố định Hình 3.9 Kết mơ dùng dòng tham chiếu để dòng trễ điều khiển 75 Hình 3.10 Kết mơ dùng dòng tham chiếu cho dòng điều khiển PWM Hình cho thấy dòng tải điện áp cho đề xuất kiểm sốt dự đốn Có thể thấy dạng song điện áp tải giống với điện áp tạo với kỹ thuật điều chế cổ điển Trong phần đầu tiên, kết trình bày hành vi thời hệ thống điều khiển, dòng ban đầu khơng Kết đạt với thời gian lấy mẫu Ts = 100µs Đối với mục đích so sánh, tham số điều khiển phương pháp cổ điển xem xét công việc thiết kế để có tần số chuyển đổi trung bình tương đương Cụ thể, độ rộng trễ 𝛿 = ±0.3𝐴 tần số sóng mang PWM KHz 76 Một so sánh đề xuất kiểm soát dự đốn với độ trễ thơng thường điều khiển PWM trình bày hình 3.9 Ở đây, biên độ dòng tham chiếu giảm từ 13 A xuống 5,2 A lập tức, giữ biên độ dòng điện cố định Điều thực để đánh giá tách rời khả vòng điều khiển Kiểm sốt độ trễ, thể hình 9, thể phản ứng động tốt với số hiệu ứng khớp nối đáng ý Các quy định dòng điện sử dụng điều chế PWM, hình 10, hành vi khớp tương tự và, phản ứng chậm động lực vòng đóng Phản hồi kiểm sốt dự đốn tại, cho kiểm tra, hiển thị Hình 11 Phản ứng động nhanh có cách điều khiển trễ với tách rời vốn có hai thành phần Bên cạnh khả theo dõi tham chiếu phương pháp kiểm soát, biện pháp hiệu suất quan trọng khác phổ điện áp đầu tạo biến tần Điện áp phổ cho ba phương pháp điều khiển so sánh hình 12 Trong hình 12 (a), thấy điều khiển trễ tạo điện áp đầu dải tần số liên tục rộng Hình 13 Ảnh hưởng lỗi mơ hình lỗi bình phương dòng tải phổ, coi bất lợi phương pháp Phổ tần số hình 12 (b) cho thấy sóng hài nội dung tạo sử dụng điều khiển dòng điện PWM, tập trung xung quanh tần số sóng mang Đây coi lợi PWM điều khiển trễ Cuối cùng, hình 12 (c) trình bày phổ tần số thu với điều khiển dòng dự đốn Phổ điện áp phương pháp đề xuất đặc trưng vạch quang phổ trải tần số phạm vi Một lời giải thích cho điều này, thực tế trạng thái chuyển đổi biến tần thay đổi lần 77 lần lấy mẫu lập tức, tần số chuyển đổi giới hạn 1/2 tần số lấy mẫu Tuy nhiên, chuyển trạng thái không thay đổi lần lấy mẫu lập tức, trung bình tần số chuyển đổi ln ln nhỏ Kết cho thấytần số chuyển đổi trung bình tập trung - Ảnh hưởng lỗi mơ hình tải Xem xét chất lượng chiến lược kiểm sốt phụ thuộc mơ hình sử dụng để dự đốn hành vi dòng tải, Ảnh hưởng sai số giá trị độ tự cảm điện trở tải lỗi bình phương trung bình dòng tải hiển thị hình 13 Điện trở tải có ảnh hưởng nhỏ so vớidự đốn và, thực tế, bị bỏ qua Tuy nhiên, lỗi độ tự cảm tải có tầm quan trọng lớn dòng tải dự đốn, đó, hành vi kiểm sốt Như hiển thị Hình 13, ước tính giá trị thấp độ tự cảm có ảnh hưởng sâu sắc lỗi so với ước tính cao giá trị Sử dụng giá trị nhỏ làm tăng độ trễ theo dõi tham chiếu, hình 14 (a) Đối với giá trị cao của, hành vi dòng tải thể hình 14 (b) 78 Hình 3.11 Kết mơ dùng dòng tham chiếu để dự đốn dòng điều khiển Hình 3.12 Phổ điện áp tải 79 Hình 3.13 Ảnh hưởng bình phương lỗi lên dòng tải Hình 3.14 Ảnh hưởng lỗi lên dòng tải a) Với -50% lỗi tải tự cảm b) Với +50% lỗi tải tự cảm 80 3.6 Kết thực nghiệm Một thiết lập thử nghiệm phát triển mơ hình DSP TMS320F2812 cho thời gian lấy mẫu và thử nghiệm với tải hoạt động với giá trị Tổng quan hệ thống hiển thị Hình 15 Liên kết DC Tụ nuôi chỉnh lưu pha, biến tần chế tạo với mô-đun IGBT kết nối với tải RL hoạt động Hai dòng điện đo để đóng vòng điều khiển DSP lập trình để thực thuật tốn tạo tín hiệu Để thực hiện, phiên đơn giản hóa (13) sử dụng, bỏ qua ảnh hưởng kháng chiến Phương trình giảm đến (17) Phản ứng động hệ thống với thời gian lấy mẫu hiển thị hình 16 cho bước thay đổi biên độ (từ A đến A thời điểm), tham chiếu với hành vi động nhanh chóng mà khơng ảnh hưởng Điều kết giống với kết trình bày hình 11 validatin Hình 16 cho thấy điện áp tải cho dòng điện dự báo điều khiển Với chiến lược điều khiển này, không cần phải thực điều biến tín hiệu điều khiển cho công tắc tạo trực tiếp Hiệu suất chiến lược điều khiển sử dụng dạng sóng vng tọa độ trực giao dòng tham chiếu, hiển thị hình 17 Trong thử nghiệm này, dòng điện theo tham chiếu số tương tác xuất dòng quan sát Hiệu việc thay đổi tần số lấy mẫu thử nghiệm Thử nghiệm tương tự áp dụng cho Hình 16 xem xét cách sử dụng mẫu thời gian Nó hiển thị, hình 18, sử dụng nhỏ thời gian lấy mẫu, tách biệt lớn chuyển hài hài thu Hiệu suất tổng thể 81 kiểm soát cải thiện, đạt theo dõi tham chiếu tốt, phản ứng thoáng qua tốt Phổ điện áp thu cho hiển thị hình 19 Nó quan sát thấy cho phổ phân phối kết mô hiển thị hình 12, tập trung gần KHz Đối với trường hợp sử dụng thời gian lấy mẫu nhỏ hơn, phổ điện áp trải rộng dải tần số rộng nội dung hài hòa trình bày biên độ nhỏ xuất đỉnh rõ ràng gần KHz Thời gian tính toán DSP sử dụng để thực kiểm soát điều kiện đề cập trước Thuật tốn điều khiển đơn giản để thực phần lại thời gian xử lý tài nguyên sử dụng cho khác nhiệm vụ điều khiển tốc độ 82 Hình 3.15 Tổng quan thiết lập hệ thống thí nghiệm Hình 3.16 Kết thực nghiệm Ts = 100µs dòng tải điện áp tải 83 Hình 3.17 Kết thực nghiệm với Ts = 100µs với dòng tham chiếu dạng xung hình vng Hình 3.18 Kết thực nghiệm với Ts = 20µs Hình 3.19 Kết thực nghiệm phổ điện áp tải 84 KẾT LUẬN CHƯƠNG Một chiến lược điều khiển dự đoán thực thực tế trình bày Nó đề xuất phương pháp điều khiển hiệu dòng tải có phản ứng động tốt so sánh tốt với cổ điển phương pháp Việc thực chiến lược điều khiển thảo luận Phương pháp đơn giản thuật toán điều khiển dễ dàng để thực DSP Chiến lược đề xuất tránh sử dụng điều khiển tuyến tính phi tuyến Ngồi ra, không cần thiết để bao gồm loại điều biến Các tín hiệu ổ đĩa cho IGBT tạo trực tiếp điều khiển Do tầm quan trọng mơ hình sử dụng để điều khiển, mạnh mẽ phương pháp điều khiển nghiên cứu cho lỗi giá trị độ tự cảm tải điện trở mơ hình Các ảnh hưởng kháng chiến bị bỏ qua Hiệu suất điều khiển xấu độ tự cảm ước tính thấp giá trị thực, khơng bị ảnh hưởng đánh giá q cao giá trị tự cảm Điều làm cho thích để đánh giá cao chút giá trị điện cảm Chiến lược giới thiệu viết đơn giản mạnh mẽ, thuận lợi xem xét chất rời rạc quyền lựcbộ chuyển đổi vi xử lý Ngồi ra, tính tốn caosức mạnh ngày hơm DSP làm cho phương pháp hấp dẫn để điều khiển chuyển đổi lượng.Những kết cho thấy điều khiển dự đốn mạnh mẽ cơng cụ với cách tiếp cận khái niệm khác 85 TỔNG KẾT ĐỒ ÁN CHƯƠNG Thông qua đồ án ”Tìm hiểu điều khiển biến tần nguồn áp”.Em hiểu khái niệm biến tần,phân loại biến tần gồm biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Biết cách đọc sơ đồ khối trình bày sơ đồ ngun lí hoạt động loại biến tần thông thường,hiểu trị số giá trị biến tần thực hành tầm qtrong biến tần công nghiệp ứng dụng thực tế CHƯƠNG Thông qua chương em biết biến tần nguồn áp có cách điều khiển cách an toàn.Các cách điều khiển đơn giản hiệu dùng nghịch lưu nguồn áp pha,em thấy dễ hiểu dễ làm.các ứng dụng lại khơng cần phải bàn cãi.An tồn thao tác thực hành CHƯƠNG Khi làm xong chương em biết cách điều khiển dòng điện biến tần nguồn áp phương pháp mô tả mơ hình tải chuyển đổi sử dụng dự đốn hành vi chọn cách xác nhất,được ghi lại tài liệu.Lợi phuong pháp khả kết hợp phi tuyến hệ thống giảm thiểu khó khăn q trình.Phương pháp có cách điều khiển dễ làm điều khiển trễ dòng điều khiển dòng tuyến tính với PWM điều khiển dòng.Cuối chiến lược điều khiển thực tế với thuật toán điều khiển 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J Holtz, Chuyển đổi lượng điện tử điều biến băng thông, điều chỉnh Proc IEEE, tập 82, trang 1194 Vang1214, tháng năm 1994 [2] M P Kazmierkowski, R Krishnan F Blaabjerg, Kiểm soát quyền lực Thiết bị điện tử New York: Học thuật, 2002 [3] N Mohan, T M Undeland W P Robbins, Điện tử công suất, Tái lần New York: Wiley, 1995 [4] R Kennel A Linder, Điều khiển dự đoán biến tần cung cấp ổ điện, trực tiếp Proc Conf Chuyên gia điện tử kỷ lục, Galway, Ireland, tháng năm 2000, trang 761 Lỗi766 [5] R Kennel, A Linder M Linke, kiểm soát dự đoán tổng quát (GPC) sẵn sàng để sử dụng ứng dụng ổ đĩa chưa?, Trong Proc Conf Ghi lại Chuyên gia điện tử, Vancouver, Canada, tháng năm 2001 [6] H Le-Huy, K Slimani, P Viarouge, Cỗ máy phân tích thực điều khiển dự báo thời gian thực cho đồng nam châm vĩnh cửu ổ đĩa servo, IEEE IEEE Trans Ind Electron., Tập 41, không 1, trang 110 Mũi 117, tháng năm 1994 [7] O Kukrer, Điều khiển dòng điện thời gian rời rạc ba pha cấp điện áp Biến tần PWM, IEEE IEEE Trans Ind Electron., Tập 11, không 2, trang 87 260 Pha269, tháng năm 1996 [8] L Malesani, P Mattavelli S Buso, kiểm soát cho chỉnh lưu PWM lọc hoạt động, IEEE IEEE Trans Ind Appl., Tập 35, không 3, trang 613 Điện620, Tháng / Tháng 1999 [9] P Mattavelli, G Spiazzi, P Lềui, ăn điều khiển kỹ thuật số dự đoán yếu tố tiên sức mạnh, trực tiếp Proc Conf Ghi điện tử Chuyên gia, Mexico, 2003, trang 1703 Vé1708 [10] W Zhang, G Feng Y.-F Liu, phân tích thực phương pháp điều khiển kỹ thuật số PFC mới, ngành Proc Conf Ghi điện tử Chuyên gia, Mexico, 2003, tr 335 335340 [11] A DẠNG DellAquila, A Lecci M Liserre, Thái điều khiển dự đoán Bộ lọc hoạt động pha nửa cầu, Proc Kỷ lục 10 Eur Conf Điện tử công suất Appl., Tháng Chín 2003, CD-ROM [12] J Holtz S Stadtfeld, Một điều khiển dự đốn cho dòng điện stato véc tơ máy ac cung cấp từ nguồn điện áp chuyển mạch, Proc Nội Điện tử công suất Conf., Tokyo, 1983, trang 1665 trừ1675 [13] S Muller, U Ammann S Rees, Chiến lược điều chế cho chuyển đổi ma trận với lọc nhỏ, trực tiếp Proc Điện tử công suất Chuyên gia Conf., Mexico, 2003, trang 1275 trừ1280 88 [14] J Rodríguez, J Pontt, C Silva, P Cortés, S Rees U Ammann, Điều khiển mô-men xoắn trực tiếp dự đoán máy cảm ứng, Proc Điện tử công suất Điều khiển chuyển động Conf., Riga, Latvia, ngày tháng năm 2004, 2004, Ổ ĐĨA CD [15] J Rodríguez, J Pontt, P Correa, P Lezana P Cortés, Hồi dự đốn điều khiển cơng suất chuyển đổi ac / dc / ac, Proc Năm thứ 40 IEEE Cuộc họp ngành công nghiệp Appl Xã hội, Hồng Kông, ngày tháng 10, 6, 2005, trang 934 bóng939 [16] J Rodríguez, J Pontt, P Cortés R Vargas, Thời gian kiểm soát dự đốn biến tần trung tính ba pha kẹp, biến tần Proc Điện tử công suất Chuyên gia Conf., Recife, Brazil, ngày 12 tháng năm16, 2005, trang 1364 trừ1369 [17] Predictive Current Control of a Voltage Source Inverter 89 ... gián tiếp Do ưu điểm biến tần gián tiếp so với biến tần trực tiếp nên đồ án tốt nghiệp em trình bày loại biến tần gián tiếp điều khiển nguồn áp Đề tài Tìm hiểu điều khiển nguồn áp mẻ sinh viên... CẤU TẠO CỦA BIẾN TẦN INVERTER……………………………………………………………… 1.1 TÌM HIỂU BIẾN TẦN 1.1.1 Khái niệm biến tần 1.1.2 Phân loại biến tần 1.1.3 Tầm quan trọng biến tần công nghiệp... niệm 46 2.2 Các loại biến tần nguồn áp 47 2.2.1 Biến tần nguồn áp pha (Bộ nghịch lưu áp cầu pha) 47 2.2.2 Hệ thống Mac – Maray – Betfor 50 2.2.3 Bộ nghịch lưu nối tiếp