Đồ án tốt nghiệp xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu lỗi

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI GVHD: ThS Đỗ Đức Trí SVTH: Nguyễn Thái Duy MSSV: 13141039 SVTH: Lê Minh Quý MSSV: 13141266 Tp Hồ Chí Minh - 7/2018 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI GVHD: ThS Đỗ Đức Trí SVTH: Nguyễn Thái Duy MSSV: 13141039 SVTH: Lê Minh Quý MSSV: 13141266 Tp Hồ Chí Minh - 7/2018 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Thái Duy Lê Minh Quý Kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng Đại học quy 2013 MSSV: 13141039 MSSV: 13141266 Mã ngành: 141 Mã hệ: Lớp: 13141DT I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Xây dựng mơ hình nghịch lưu pha ba bậc hình T tăng áp - Giảm nguồn đầu vào số lượng phần tử LC mạng trở kháng trung gian - Bộ nghịch lưu có khả chịu cố pha nhánh nghịch lưu Nội dung thực hiện: - Thu thập nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài “Xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả chịu lỗi” - Tìm hiểu phần cứng, phần mềm nghiên cứu giải thuật điều khiển - Viết chương trình điều khiển xây dựng mơ hình chạy thực tế - Ghi nhận kết từ thực nghiệm đưa đánh giá III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Đỗ Đức Trí CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 19 tháng 03 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thái Duy Lớp: 13141DT2B MSSV: 13141039 Họ tên sinh viên 2: Lê Minh Quý Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141266 Tên đề tài: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI Tuần/ngày Nội dung Nhận đề tài tìm hiểu tài liệu liên quan đến đề tài Cài đặt, làm quen, sử dụng phần mềm liên quan đến việc thực đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu giải thuật điều chế Thực mô phần mềm Psim Tiến hành vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, vẽ mạch in Thi công mạch in Hoàn thiện mạch in Nghiên cứu hoàn thiện giải thuật Thiết kế mơ hình hệ thống Hồn thiện module Thực thi cơng mơ hình hệ thống Tối ưu kích thước hệ thống Cho chạy mơ hình, kiểm tra hệ thống chạy chưa ổn định, xuất lỗi 10 Tiếp tục chạy mơ hình, tìm khắc phục lỗi hệ thống chạy sai Xác nhận GVHD 11 Tìm hiểu giải thuật khắc phục cố hệ thống bị cố Viết báo cáo 12 Chạy thực nghiệm Viết báo cáo 13 Viết báo cáo 14 Viết báo cáo 15 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực hướng dẫn Thạc sĩ Đỗ Đức Trí có tính kế thừa từ cơng trình trước Phịng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao - D405 trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Đề tài nghiên cứu phát triển dựa tài liệu, báo, tạp chí cơng bố phương tiện truyền thơng Mọi tài liệu tham khảo nhóm ghi nguồn đầy đủ phần phụ lục tài liệu tham khảo đề tài Nhóm thực đề tài Lê Minh Quý – Nguyễn Thái Duy LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin phép gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ths Đỗ Đức Trí - người đã định hướng đề tài, tận tình giúp đỡ sẵn sàng chia sẻ kinh nghiệm q báu để chúng em kịp hồn thành đề tài tốt nghiệp quãng thời gian ngắn ngủi Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến hỗ trợ nhiệt tình anh Vân, anh Trí, anh Bằng đồng nghiệp khác làm việc nghiên cứu phịng D405 – Phịng thí nghiệm Điện Tử Công Suất nâng cao Đặc biệt thiếu bạn Vĩnh Thanh - người bạn thông minh, vui tính, khơng hỗ trợ mặt tảng kiến thức mà cịn mặt tinh thần giúp nhóm vượt qua lúc khó khăn, mệt mỏi lúc làm việc Sự đồng hành tất người suốt thời gian qua điều vô quý giá, chúng em trân trọng điều chắn kỷ niệm đáng nhớ cho quãng đời sinh viên Trong trình thực đồ án, nhóm cố gắng chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Do chúng em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp q báu từ thầy Trí nói riêng thầy cô giáo môn khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung để nhóm thực đề tài hoàn thành báo cáo đồ án tốt nghiệp tốt Mọi ý kiến đóng góp quý thầy niềm động lực để nhóm tiếp tục cố gắng phát huy tương lai Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực đề tài Lê Minh Quý - Nguyễn Thái Duy MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ xi Tóm tắt xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Tổng quan nghịch lưu áp 10 2.1.1 Giới thiệu tổng quát 10 2.1.2 Bộ nghịch lưu áp 10 2.1.3 Các dạng cấu trúc nghịch lưu đa bậc 11 2.2 Giới thiệu mạch nghịch lưu pha hình T 11 2.2.1 Tổng quan nghịch lưu hình T 11 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.3 Giới thiệu nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp chuyển mạch LC 13 2.3.1 Giới thiệu mạch nghịch lưu pha bậc hình T tăng áp 13 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 15 2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) 19 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 26 3.1 Giới thiệu 26 3.2 Sơ đồ khối hệ thống chức khối 26 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 26 3.2.2 Chức khối 26 3.3 Giới thiệu thành phần linh kiện khối 27 3.3.1 Tổng quan card xử lý tín hiệu số TMS320F28335 27 3.3.2 Giới thiệu FPGA Cyclone II EP2C5T144C8 29 3.3.3 Mạch kích 32 3.3.4 Mạch nguồn DC đầu vào 33 3.3.5 Mạch công suất 34 3.3.6 Mạch cảm biến 35 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.1 Giới thiệu 39 4.2 Thi công hệ thống 39 4.2.1 Thi công board mạch 39 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 45 4.2.3 Hình ảnh module thi công, lắp ráp 46 4.3 Hồn thiện mơ hình 48 4.3.1 Đóng gói điều khiển 48 4.3.2 Mơ hình thi cơng 49 4.4 Lập trình hệ thống 50 4.5 Lập trình mơ 52 4.5.1 Sơ đồ mô 52 4.5.2 Hình ảnh mơ PSIM 53 4.6 Quy trình hướng dẫn thao tác 56 CHƯƠNG KẾT QUẢ _NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 58 5.1 Kết thực nghiệm 58 5.1.1 Dạng sóng xung kích cho khóa IGBT 58 5.1.2 Dạng sóng điện áp dịng điện ngõ nghịch lưu 59 5.2 Đánh giá nhận xét 62 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 6.1 Kết luận 65 6.1.1 Phương pháp nghiên cứu 65 6.1.2 Những vấn đề tồn đọng 65 ii 6.2 Hướng phát triển 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iii PHỤ LỤC Chọn “I accept the terms of the license agreement” => “Next” Chọn vị trí cài đặt chương trình => chọn “Next” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxv PHỤ LỤC Chọn “Next” Chọn “Next” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxvi PHỤ LỤC Tiến trình cài đặt chạy tới hồn thành Chọn “Finish” để kết thúc q trình cài đặt BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxvii PHỤ LỤC Hướng dẫn sử dụng Quartus II 12.1 Web Edition: Double Click biểu tượng Quartus II 12.1 Web Edition Desktop Ở cửa sổ hình chọn: + Create a New Project: để tạo dự án + Open Existing Project: để mở dự án tạo trước Bước 1: Tạo Project + Sau chọn “Create a New Project” cửa sổ nêu “File” => “New Project Wizard” ta có hình => Chọn “Next” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxviii PHỤ LỤC + Chọn đường dẫn để lưu Đặt tên cho dự án => Nhấn “Next” Tiếp tục nhấn “Next” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxix PHỤ LỤC Tại hình ta cài đặt Chip cho dự án + Chọn “Cyclone II” cho “Family” + Tại khung “Available devices” tìm chọn “EP2C5T144C8” => “Next” + Cửa sổ => “Next” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxx PHỤ LỤC =>Nhấn “Finish” Đợi Project tạo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxi PHỤ LỤC + Tại hình làm việc chọn “File” => “New” => “VHDL File” => “OK” Màn hình lập trình xuất BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxii PHỤ LỤC Bước 2: Viết chương trình hình vừa Lưu ý tên chương trình bắt buộc phải trùng tên với tên Project tạo Bước 3: Tiến hành biên dịch Nhấn biểu tượng Start Compilation công cụ hình Bước 4: Cấu hình I/O + Sau biên dịch => Chọn “Pin Planner” công cụ để cấu hình I/O cho FPGA hình bên BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxiii PHỤ LỤC + Màn hình “Pin Planner” cho phép cài đặt chân + Định cấu hình I/O không sử dụng mức tổng trở cao Chọn “Assignments” => “Device” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxiv PHỤ LỤC Chọn “Device and Pin Options” Chọn “Unused Pins” Ở mục “Reserve all unused pins” chọn “As input tri-stated” => “OK” Bước 5: Biên dịch lại tồn chương trình BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP - Y SINH xxxv PHỤ LỤC Bước 6: Đổ chương trình xuống FPGA Ta tiến hành đổ chương trình xuống FPGA => Chọn “Programmer” Màn Khi “Start” khơng sáng có nghĩa chưa có kết nối máy tính với FPGA ta khơng thể tiến hành đổ chương trình cho FPGA Ta chọn “Hardware Setup” góc bên trái Cửa sổ “Hardware Setup” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxvi PHỤ LỤC Chọn “USB-Blaster [USB-0]” => “Close” Nút “Start” sáng lên cho phép đổ chương trình xuống phần cứng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxvii PHỤ LỤC 2.2 Viết chương trình điều khiển FPGA Ta thực đến bước hướng dẫn tiến hành viết code sau: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity Graduation_Project is Port ( SinA_0, SinA_Carr, SinAn_Carr: in STD_LOGIC; SinB_0, SinB_Carr, SinBn_Carr: in STD_LOGIC; SinC_0, SinC_Carr, SinCn_Carr: in STD_LOGIC; Carr_VSH, VSL_Carr: in STD_LOGIC; SA1, SA2, SA3: out STD_LOGIC; SB1, SB2, SB3: out STD_LOGIC; SC1, SC2, SC3: out STD_LOGIC; S1, S2: out STD_LOGIC); end Graduation_Project; architecture Behavioral of Graduation_Project is SIGNAL Temp, Short, SAT1, SAT2, SBT1, SBT2, SCT1, SCT2: STD_LOGIC; begin Short