Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung đồ án gồm 3 chương: Chương 1 - Tổng quan về sóng điều hòa, chương 2 - Các bộ lọc sóng điều hòa và chương 3 - Thiết kế bộ lọc tích cực song song. Mời các bạn tham khảo!
MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SĨNG ĐIỀU HỊA 5 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 5 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SĨNG ĐIỀU HỊA 5 1.3. CÁC NGUỒN SINH SĨNG ĐIỀU HỊA 8 1.3.1. Máy điện 8 1.3.2. Các đèn huỳnh quang 10 1.3.3. Các thiết bị hồ quang 10 1.3.4. Thiết bị điện tử công suất 11 1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG ĐIỀU HỊA BẬC CAO 16 1.4.1. Với máy biến áp 17 1.4.2. Động cơ điện 18 1.4.3. Với tụ điện 19 1.4.4. Dây trung tính 21 1.4.5. Dây dẫn điện 21 1.4.6. Nhiễu điện từ 22 1.4.7. Ảnh hưởng đến các thiết bị khác 22 1.5. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN GIỚI HẠN THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRÊN LƯỚI 23 1.5.2. Tiêu chuẩn IEC 100034 25 CHƯƠNG 2. CÁC BỘ LỌC SĨNG ĐIỀU HỊA 26 2.1. BỘ LỌC THỤ ĐỘNG 26 2.1.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài 26 2.1.2. Bộ lọc RC 29 2.1.3. Bộ lọc LC 30 2.1.4. Mạch lọc cản 30 2.1.5. Mạch lọc kép 31 2.1.4. Mô phỏng bộ lọc thụ động cho tải phi tuyến 31 2.2. BỘ LỌC TÍCH CỰC 35 2.2.1. Gới thiệu về bộ lọc tích cực 35 2.2.2. Các phạm vi cơng suất của mạch lọc tích cực 35 2.2.3. Phân loại mạch lọc tích cực 36 2.3 DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI XUNG TRONG THIẾT BỊ ĐỔI ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 42 2.3. BỘ LỌC HỖN HỢP 43 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 45 3.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHỈNH LƯU PWM 45 3.1.1. Sơ đồ nguyên lý mạch lực 45 3.1.2. Một số cấu trúc điều khiển 47 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC 48 3.2.1. Phương pháp dựa trên miền tần số 48 3.2.2. Các phương pháp dựa trên miền thời gian 50 3.3 CẤU TRÚC MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM 56 3.3.1. Nguyên lý điều khiển 56 3.3.2. Phương pháp điều khiển PWM dòng điện 57 3.3. THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM . 62 3.3.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng 62 3.3.2. Khảo sát với nguồn điện lý tưởng 68 3.3.3. Thiết kế thi cơng mơ hình mạch lọc tích cực 74 3.3.4. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng. 84 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 MỞ ĐẦU Tổn thất điện năng ở nước ta thuộc loại cao trong khu vực. Nhiều vùng của nước ta tổn thất điện năng lên tới hàng chục phần trăm. Điều này gây sức ép cho ngành điện buộc ngành điện phải vào cuộc nhằm giảm tổn thất điện năng tới mức thấp nhất. Trên thực tế đó, em đã lựa chọn tền đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song”. Đây là một trong những cơng nghệ hiện đại đã được ứng dụng rộng rãi các nước tiên tiến trên thế giới nhưng vẫn còn khá mới mẻ với nước ta Nội dung đồ án đi sâu vào xây dựng cấu trúc và thuật tốn điều khiển để lọc sóng điều hòa bậc cao. Để thực hiện điều đó nội dung đồ án cần phải giải quyết vấn đề sau: Nghiên về các thành phần sinh sóng điều hòa và những ảnh hưởng của sóng điều hòa Tìm hiểu về những bộ lọc sóng điều hòa thơng dụng và ưu nhược điểm của từng loại Nghiên cứu lý thuyết bộ lọc từ đó xây dựng cấu trúc và thuật điều khiển cho bộ lọc tích cực Đánh giá chất lượng điện lưới sau khi xử dụng bộ lọc Các u cầu đó sẽ được làm rõ và giải quyết trong đồ án. Các vấn đề được trình bày trong ba chương: Chương 1. Tổng quan về sóng điều hòa Chương 2. Các bộ lọc sóng điều hòa Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực song song Trong q trình nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các thầy giáo, cơ giáo trong Bộ mơn Điện tự động Cơng nghiệp đặc biệt là hai thầy Đồn Văn Tn và thầy Vũ Ngọc Minh, cùng với sự giúp đỡ của các bạn em đã hồn thành đồ án này. Tuy nhiên do thời gian còn tương đối ngắn và trình độ chun mơn vẫn còn hạn chế nên bản đổ án này khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ giáo để bản đồ án này được hồn thiện hơn CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SĨNG ĐIỀU HỊA 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng điện năng bao gồm tần số, điện áp. Tần số là thơng số mang tính hệ thống hầu như được giữ ổn định. Một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của điện áp là thành phần sóng hài. Trước đây thành phần sóng hài khơng được chú ý đến vì u cầu chất lượng điện chưa cao, mặt khác các thiết bị gây ra sóng hài còn ít. Hiện nay chất lượng điện u cầu cao hơn, các thiết bị điện tử cơng suất lớn sử dụng nhiều, dẫn tới tăng tỷ lệ sóng điều hòa so với sóng cơ bản. Các thiết bị sử dụng điện chỉ hoạt động tốt nhất nếu chất lượng điện đảm bảo Sóng điều hòa sinh ra do trên lưới điện tồn tại các phần tử phi tuyến, gây ra các bất lợi như; gây méo tín hiệu sin của lưới điện, làm giảm hệ số cơng suất, tăng tổn thất, giảm độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm chất lượng điện năng Nên việc lọc bỏ các thành phần sóng hài cần được giải quyết Tiếp theo ta sẽ đi tìm hiểu chung về sóng điều hòa bậc cao 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SĨNG ĐIỀU HỊA Sóng điều hòa hay sóng hài có thể coi là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó là bội số ngun của tần số cơ bản 40 30 20 I (A) 10 -10 -20 -30 -40 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Time (s) 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 Hình 1.1. Dạng sóng sin và dạng sóng điều hòa Ở chế độ vận hành đối xứng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành các thành phần thứ tự thuận, nghịch, khơng: Thành phần thứ tự thuận: Các sóng điều hòa bậc 4, 7, 11, … Thành phần thứ tự nghịch: Các sóng điều hòa bậc 2, 5 8, … Thành phần thứ tự khơng: Các sóng điều hòa bậc 3, 6, 9, … Khi vận hành khơng đối xứng thì mỗi sóng điều hòa có thể bao gồm một trong ba thành phần thứ tự nói trên Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lưới điện và phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao hơn mức độ cho phép. Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số ngun lần tần số cơ bản. Ví dụ 150(Hz) trên lưới 50 (Hz) là dòng điều hòa bậc 3, dòng 150(Hz) là dòng khơng sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy nó sẽ chuyển sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao Sử dụng chuỗi Furier với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T(s) (Hz) hay =2 f (rad) có thể biểu diễn một sóng điều hòa với biểu thức sau: f( t) = + Fsin(n t+ n) (1.1) Trong đó: : Giá trị trung bình F: Biên độ sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Furier F1sin( t+ ) : Thành phần sóng cơ bản Fnsin(n t+ n): Thành phần sóng điều hòa bậc n n : Góc pha của sóng điều hòa bậc n Ta có thể viết lại như sau: Fsin(n t+ ) = F(sinn t.cos +sin cosn t) Quy ước như sau: Fsin = b, Fcos = a Hình 1.2. Phân tích F thành a và b Khi đó ta có thể viết như sau: f( t) = +acosn t+bsinn t (1.2) Hay có thể viết (1.2) dưới dạng như sau: f( t) = + (1.3) Ví dụ về phổ của sóng điều hòa: Hình 1.3. Phổ của sóng điều hòa THD là một tham số quan trọng để đánh giá sóng điều hòa và được gọi là hệ số méo dạng (Total Harmonic Distortion) THD = (1.4) Trong đó: X: Là biên độ thành phần cơ bản X: Là biên độ thành phần điều hòa bậc n Theo đó từ (1.4) ta có thể đánh giá độ méo dòng điện và điện áp qua hệ số méo dạng dòng điện và hệ số méo dạng điện áp Hệ số méo dạng điện áp: THD = (1.5) Trong đó: U: Là biên độ thành phần điện áp cơ bản U: Là biên độ thành phần áp điều hòa bậc n 1.3. CÁC NGUỒN SINH SĨNG ĐIỀU HỊA Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử (như bộ điều chỉnh tốc độ động cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính,…) đã gây ra nhiều vấn đề liên quan đến sóng họa tần trong lưới điện. Đối với hệ thống truyền tải điện thì ảnh chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, thiết bị hồ quang như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các cuộn kháng điện trong các thiết bị hoạt động trên cơ sở cảm ứng điện từ Đối với điều kiện vận hành khơng cân bằng giữa các pha như điện áp hệ thống khơng cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải khơng cân bằng mỗi thành phần sóng hài có thể xảy ra trong ba thành phần (thuận, nghịch, khơng). Ngồi ra các tụ bù trong lưới điện thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại các dòng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới. Sau đây đi xem xét chi tiết các nguồn họa tần 1.3.1. Máy điện a.Máy biến áp Trong vận hành máy biến áp nếu xuất hiện hiện tượng bão hòa của lõi thép do q tải hoặc máy biến áp phải làm việc với điện áp cao hơn điện áp định mức thì có thể sinh ra sóng điều hòa bậc cao. [3] Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của máy biến áp. Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp làm việc khơng tải. Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh ra dòng điện khơng tải I chạy trong nó, dòng điện khơng tải I này sinh ra từ thơng chạy trong lõi thép. Ở đây nếu khơng kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện khơng tải I thuần túy là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép. Khi đó quan hệ =f(I) cũng chính là quan hệ từ hóa B=F(H). Trên cơ sở lý thuyết mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu là hình sin thì I khơng hình sin và có dạng nhọn đầu và trùng pha với , nghĩa là dòng điện I ngồi thành phần sóng cơ bản còn có các thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7…, trong đó đáng chú ý là thành phần hài bậc 3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác khá nhỏ Hình 1.4. Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện b. Động cơ điện Tương tự máy biến áp động cơ xoay chiều khi hoạt động sinh ra các sóng điều hòa bậc cao. Các sóng điều hòa bậc cao được phát sinh bởi máy điện quay liên quan chủ yếu đến các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa roto và stato. Các máy điện đồng bộ có thể sản sinh ra sóng điều hòa bậc cao bởi vì dạng từ trường, sự bão hòa trong các mạch chính và các đường dò và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặt khơng đối xứng Máy phát cấp cho tải khơng đối xứng: Trong q trình cung cấp điện có thể xảy ra các trường hợp tải các pha khơng bằng nhau. Như vậy máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải khơng đối xứng, trong máy điện đồng bộ sẽ sinh ra một số hiện tượng bất lợi như điện áp khơng đối xứng, các sóng hài sức điện động và dòng điện bậc cao. Và đặc biệt khi có dòng họa tần phát sinh mạch ngồi tác động lên đầu cực máy phát từ đó có sự biến thiên từ trở phản ứng giữa các khe hở của stator và rotor của máy làm chuyển đổi bậc dòng họa tần này lan truyền vào trong hệ thống 1.3.2. Các đèn huỳnh quang Ngày nay các đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm là tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên sóng điều hòa bậc cao sinh ra bởi đèn huỳnh quang cũng rất lớn 1.3.3. Các thiết bị hồ quang Các thiết bị thường gặp trong hệ thống điện là các lò hồ quang cơng nghiệp, các máy hàn… Theo thống kê thì điện áp lò hồ quang cho thấy sóng điều hòa bậc cao đầu ra biến thiên rất lớn ví dụ như sóng điều hòa bậc 5 là 8% khi bắt đầu nóng chảy, 6% cuối gian đoạn nóng chảy và 2% của giai đoạn cơ bản trong suốt thời gian tinh luyện.[3] Trong thực tế các lò quang thường dùng trong ngành cơng nghiệp thép có sơ đồ ngun lý như hình 1.5 Với lò hồ quang xoay chiều, sóng hài tạo ra là phi tuyến, bất đối xứng và khơng ổn định. Nó sinh ra dòng hài bậc chẵn, lẻ và phổ liên tục. Với lò hồ quang một chiều, được cấp điện qua bộ chỉnh lưu tĩnh dùng thyristor thì sinh các dòng hài bậc cao như bộ chỉnh lưu và tính liên tục của phổ dòng điện ở mức nhỏ hơn lò hồ quang dùng điện AC 10 phép hai hệ thống để hoạt động ở rất nhiều chế độ điện áp khác nhau được phổ biến trong động cơ cơng nghiệp và các ứng dụng chuyển đổi năng lượng khác. Một vi mạch đầu ra cung cấp bảo vệ cho IGBT để tránh hỏng hóc khi q dòng, và một cách ly quang thứ 2 phản hồi trạng thái lỗi tín hiệu phản hồi cho vi điều khiển. Mạch giám sát điện áp cung cấp điện áp làm đóng IGBT khi điện áp điều khiển cực điều khiển khơng đủ. Cực điều khiển IGBT tích hợp được thiết kế để tăng hiệu suất và độ tin cậy của một bộ điều khiển mà tốn ít chi phí, kích thước và độ phức tạp hơn một bộ điều khiển thiết kế rời rạc Module tạo xung áp: R _C H AR G E1 +12V D _ c h a rg e IR Q 1 VC C VB C C VR T1 C R G _1 R T H O IR R T1 VS P r1 P r2 PO W ER C T R G _2 C T1 C O M Q LO Q C -1 V Hình 3.44. Sơ đồ ngun lý của module tạo xung áp Trong module sử dụng IC IR2151 để tạo xung điều khiển đóng cắt cho 2 mosfet IRF640. IR2151 là IC có điện áp cao, tốc độ cao, tự dao động để điều khiển MOSFET và IGBT với cả hai kênh cao và thấp. Với cơng nghệ HVIC (HighVoltage Integrated Circuit) và chốt CMOS cho khả năng chịu đựng rất tốt. Đầu ra bộ điều khiển có một xung đệm dòng lớn và bên trong deadtime được thiết kế tăng độ truyền dẫn cho bộ điều khiển. Sự tác động trễ giữa hai kênh được kết hợp để đơn giản hóa sử dụng trong các ứng dụng có chu kỳ 50%. Mỗi kênh có thể được sử dụng để điều khiển MOSFET kênh N hoặc IGBT phía cao hoạt động ở điện áp cao lên đến 600 volts. 77 Với khả năng như vậy, nên IR2151 được ứng dụng trong mạch làm chức năng tạo ra xung áp với tần số cao để cấp cho đầu vào của biến áp xung tạo điện áp đóng hay mở IGBT. Sơ đồ thức tế của mạch driver cho IGBT: Hình 3.45. Hình ảnh thực tế mạch driver cho IGBT c. Khối mạch vi điều khiển Vi điều khiển được dùng ở đây là DSP TMS320F2812. DSP F2812 là vi điều khiển có hầu như tất cả các thiết bị ngoại ngồi vi cần thiết để xây dựng một hệ thống điều khiển. Các thiết bị ngoại vi tích hợp trên F2812 có một ưu thế quan trong so với các dòng vi điều khiển khác, một ngoại vi đơn giản nhất là GPIO. Tất cả các đầu vào ra số đều được nhóm lại thành các cổng gọi là GPIO ( General Purpose Input Output). F2812 được trang bị rất nhiều tính năng bên trong, tuy nhiên khơng phải tất cả các tính năng đều có thể kết nối đến các chân chun dùng của thiết bị cùng một lúc. Giải pháp cho việc này là sử dụng bộ dồn kênh (Mutiplex MUX). Có nghĩa là một chân có thể sử dụng cho hai hoặc ba chức năng khác nhau và nó được lựa chọn bởi người lập trình 78 Một trong những ngoại vi quan trọng của DSP F2812 là ADC. Nó tạo giao diện quan trọng giữa bộ điều khiển và các thơng số thực. Mục đích của ADC là chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Mối quan hệ giữa điện áp đầu vào tương tự và đầu ra số được cho bởi cơng thức: V = + V V và V là điện áp tham chiếu được sử dụng để giới hạn dải điện áp tương tự. Bất kỳ điện áp đầu vào nào vượt q điện áp cho phép thì sẽ tạo ra một số digital bão hòa. Trọng trường hợp của F2812 là từ 0 (V) đến 3 (V). Bộ ADC của F2812 là 12bit (n=12) do đó: V = Hầu hết các tín hiệu ứng dụng đòi hỏi khơng chỉ một tín hiệu tương tự đầu vào để chuyển đổi thành tín hiệu số, do đó F2812 được trang bị với 16 chân ADC đầu vào chun dụng để đo các tín hiệu tương tự Ngồi ra F2812 cũng tích hợp nhiều ngoại vi khác như: giao tiếp RS232, CAN, SPI, … Khơng với khả tích hợp nhiều ngoại vi thơng dụng, DSP F2812 còn có khả năng xử lý nhanh với bộ dao động lên tới 150MHz, khơng những thế với khả năng hỗ trợ lập trình của Matlab và CCS, cơng việc lập trình cho DSP F2812 trở lên cực kỳ đơn giản và dễ dàng dối với những người mới làm quen với dòng vi điều khiển này. Đó cũng là một trong số lý do làm cho vi điều khiển này là thích hợp trong việc điều khiển bộ lọc tích cực Sau đây là sơ đồ nguyên lý của mạch vi điều khiển TMS320F2812: 79 + + - G N D H 1 -3 V C P_V C C R 26_1 in A D C I N B C _N PVC C J13 +5V U M A X23 C M A X_ V IN R _L1 C AP_P1 D PO W ER +5V FB - R 26_2 U 23A A D C IN B C 26_1 + R 23_2 H 1 -3 V C P_33 C _N P33 R 26_3 in A D C I N B VO U T G N D 104 H 1 -1 V C P_18 3 V A 3 V A V V IN in A D C I N A C _N P18 U 26B + A D C IN B - R 26_4 U 23B R 23_3 C 26_2 + R 23_4 3 V A C _56 C _31 C _32 C _33 C _34 C _35 C _36 C _1,81 C _1 ,8 C _1,83 C _1,84 135 136 126 131 127 137 146 153 142 129 120 113 105 99 86 78 70 58 52 38 32 19 G G G G G G G G G G G G G G G G P P P P P P P P P P P P P P P P IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO B B B B B B B B B B B B B B B B 10 11 12 13 14 15 PW M PW M PW M PW M 10 PW M 11 PW M 12 T3P W M _T3C M P T4P W M _T4C M P C A P4_Q EP C A P5_Q EP - C A P _ Q E P I2 - T D IR B - T C L K IN B - C T R IP - C T R IP - C T R IP TR TC TM TD TD EM EM ST K S I O U U XM P /M C XR S G P IO F G P IO F G P IO F G P IO F S P IS IM O A S P IS O M IA - S P IC L K A - S P IS T E A G P IO F - S C ITX D A G P IO F - S C IR X D A G P IO F - C A N T XA G P IO F - C A N R XA 149 151 150 110 115 79 83 TM S 320F 2812_V XH O LD XH O L D A XR E A D Y G P IO F - M C L K XA G P IO F - M C LK R A G P IO F - M F S XA G P IO F 11 - M F S R A G P IO F - M D XA G P IO F - M D R A G P IO F - XF _ XP L L D IS G P IO E G P IO E G P IO E 03 08 11 18 21 25 30 32 38 41 44 48 52 56 58 XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA _0 _1 _2 _3 _4 _5 _6 _7 _8 _9 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 2 3 3 6 7 9 1 39 47 XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD _0 _1 _2 _3 _4 _5 _6 _7 _8 _9 _10 _11 _12 _13 _14 _15 8 33 IN IN IN IN IN IN 159 82 161 IN IN IN 17 160 IN IN 40 41 34 35 S IM O SO MI SC LK STEA 155 157 TXA R XA 87 89 C AN TX C AN R X - 2 2 2 R 24_4 C 27_2 R 25_4 + A D C IN A A A A A A A A A VC C G P IO E G P IO E G P IO E G N D D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A G N D F G N D F VC C VC C TXB R XB G N D PW M PW M PW M G N D G P IO G P IO G P IO G P IO G P IO G N D A A A A A 10 12 14 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 G P IO G - S C ITX D B G P IO G - S C IR X D B G P P P G G G G G G G N W W W N P P P P P N D M M M D IO IO IO IO IO D A A A A A - C 25_1 O A1 in A D C I N A 10 11 in in in in in in in in in in A A A A A A A A A A D D D D D D D D D D C C C C C C C C C C IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN A A A A A A B B B B V 3 V A O A2 in A D C I N A O A3 C A P _1,8 C A P _ ,3 AD C LO G N D F in A D C I N A O A4 in A D C I N A O A5 in A D C I N A J4 in A D C I N A O A7 C O N N E C TO R E D G E 10 in A D C I N B AD C LO O A8 in A D C I N B R _159 VC C O A9 in A D C I N B VC C O A10 J1 M P /M C in A D C I N B VC C VC C C AP _V C AP _V2 C AP_V3 C A P_V EM U TM S TD I VC C R 1_J TA G TD O J3 11 13 TC K TR ST 10 12 14 VC C R 2_JTAG EMU J TA G J2 M C LK VC C BC LK FSO U T F S IN D O U T D IN R _S IP R _140 IN 40 VC C TXB R XB 90 91 1 C LK_O U T Y C A N TX C AN R X G N D 8 A D C IN A C 25_2 J18 C 2_C R Y TAL J6 1 1 2 2 + R 25_2 - J5 10 11 12 13 14 15 C 1_C R Y TA L J7 U 25A R 25_1 in A D C I N A U 25B R 25_3 in A D C I N A 140 C 24_2 3 V A 33 F A D C IN A - 3 V A R _17 + R 27_4 U 24B A D C IN B J19 in A D C I N A + R 24_3 O A6 8 C 24_1 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S V V V V V V V V V V V V V V V 154 143 128 112 100 75 56 37 23 D D D D D D D D D D D D D D D D D D V V V V V V V V V 69 145 114 81 64 31 PW M PW M PW M PW M PW M PW M T1P W M _T1C M P T2P W M _T2C M P C A P1_Q EP C A P2_Q EP - C A P _ Q E P I1 - T D IR A - T C L K IN A - C T R IP - C T R IP - C T R IP - ST K S I O U U 1 10 11 12 13 14 15 G G G G TR TC TM TD TD EM EM 45 46 47 48 49 50 53 55 57 59 60 71 72 61 62 63 A A A A A A A A A A A A A A A A XC LKO U T 10 11 12 B6 B7 B8 B9 B1 B1 B1 B1 B1 B1 IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO X /X C L K IN M M M M M M IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO P P P P P P P P P P P P P P P P 77 W W W W W W P P P P P P P P P P G G G G G G G G G G G G G G G G XZ C S0AN D XZ C S2 XZ C S6AN D XW E XR D X R /W 8 1 1 1 1 1 1 1 A D C IN A 3 V A 119 P P P P P P G G G G G G G G G G 1 1 1 92 93 94 95 98 101 102 104 106 107 109 116 117 122 123 124 + R 24_2 IN 7 A A A A A A A A A A C R EF M C R EF P C R E S E XT SSR EF BG D D R EFBG C LO D S1 D A IO S A IO TMS320F2812/PGH(GHH) M M M M M M IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO D D D V V D D S D S X2 W W W W W W P P P P P P P P P P A A A A A A V V V V 76 P P P P P P G G G G G G G G G G XD [0 ] XD [1 ] XD [2 ] XD [3 ] XD [4 ] XD [5 ] XD [6 ] XD [7 ] XD [8 ] XD [9 ] XD [1 0] XD [1 1] XD [1 2] XD [1 3] XD [1 4] XD [1 5] VD D A1 VSSA1 IN 3 V A ST SEL ST1 ST2 C B G R E F IN 3 V A A D C LO V R A A A A A A A A E E E D C IN IN IN IN IN IN IN IN G P IO D G P IO D G P IO D G P IO D C 10 11 16 12 13 175 162 163 176 C C C C C C C C T T T A IN IN 1 1N 16 D D D D D D D D 134 67 66 164 14 15 VSSA2 VD D A2 A A A A A A A A C 27_1 U 27B R 27_3 in A D C I N B X A [0 ] X A [1 ] X A [2 ] X A [3 ] X A [4 ] X A [5 ] X A [6 ] X A [7 ] X A [8 ] X A [9 ] XA [10] XA [11] XA [12] XA [13] XA [14] XA [15] XA [16] XA [17] XA [18] IN IN 6 IN 3 V A G N D F 167 168 169 170 171 172 173 174 3 V A G P IO E - X IN T _ X B IO G P IO E - X IN T _ A D C S O C G P IO E - X N M I_ X IN T 3 7 _P D P IN T A /E V A S O C _ P D P IN T B /E V B S O C A A A A A A A A B B B B B B B B IP IP IP IP IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN R R R R C C C C C C C C C C C C C C C C T T T T D D D D D D D D D D D D D D D D 1C 2C 3C 4C A A A A A A A A 165 166 A A A A A A A A T T T T G N D F 3 V A - B B B B B B B B D D D D IN IN IN IN IN IN IN IN IO IO IO IO C C C C C C C C P P P P D D D D D D D D VD D 3V VD D VD D VD D VD D VD D A A A A A A A A U 24A A D C IN B - V FL IO IO IO IO IO U U 27A + R 27_2 VC C in A D C I N A R 27_1 in A D C I N B C _1,85 C _55 C _54 R 24_1 C _53 V C _52 C 23_2 C _51 3.3V A A D C IN A - 3 V A VC C C 23_1 VO U T U C 18 A D C IN A - G N D C _N P1 P ower VC C 3 V A in A D C I N A U 26A + R 23_1 VO U T 1 2 + - R XB_232 3 V A 3 V A VC C V IN C C C C V V 14 T1O U T T2O U T R XB C M AX_3 T1IN T2IN U 12 1 C M A X_2 R 1O U T R 2O U T 11 10 R IN R IN TXB C M A X_1 R S232 U 13 TXB _ 23 TXB _23 C OM 1 R XB _23 11 13 15 JU M P ER 15x2 V P P P G G G G G G G G G C W W W N P P P P P N P P C M M M D IO IO IO IO IO D IO IO 11 B B B B B 10 12 14 D D 2 2 1 1 8 2 2 2 1 1 9 JU M P ER 15x2 V P P P G G G G G G G G G G G C W W W N P P P P P N P P N N C M M M D IO IO IO IO IO D IO IO D D VC C S IM O S TEA G N D TXA G N D 10 12 B B B B B 11 13 15 D D A A A A D D D D F F SO U T D O U T IN G N D C IN B C IN B C IN B C IN B 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 V S S G R G A A A A A D D D D D C C O MI C LK N D XA N D BC LK F S IN D IN G N D G N D C IN B C IN B C IN B C IN B C LO JU M P ER 15x2 SW SW SW SW SW SW SW SW PW M PW M PW M P W M 10 P W M 11 P W M 12 G P IO B G P IO B G P IO A R 39 D G P IO A R 40 D G P IO A R 41 D G P IO A 1 R 42 D G P IO A R 43 D G P IO A R 44 D G P IO A R 45 D G P IO A R 46 D Hình 3.46. Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển Hình ảnh mạch thực: 80 Hình 3.47. Hình ảnh mạch thực của mạch vi điều khiển d. Khối mạch cảm biến dòng và áp Sơ đồ ngun lý của mạch đo dòng điện U1 J1 I_s ense IP+ IP+ IPIP- VCC VIOUT FILTER Vcc Vout C_byp Cf GND ACS712 R1 D1 Vcc J3 Vcc Vout LED s ignal Hình 3.48. Sơ đồ ngun lý của mạch đo dòng điện Trong mạch đo dòng ta sử dụng IC đo dòng chun dụng ACS71220 đo dòng lên tới 20 (A) với ngun lý hiệu ứng Hall do đó nó có khả năng cách ly mạch động lực với mạch điều khiển, đồng thời nó chuyển đổi tín hiệu dòng thành tín hiệu áp rất tiện dụng cho việc tính tốn. Dưới đây là hình ảnh mạch thực của mạch đo dòng điện 81 Hình 3.49. Hình ảnh thực của mạch đo dòng điện -1 2Vs +12Vs2 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp: VIN OUT R6_B + +3.3V D3_B HEADER -1 2Vs2 +12Vs2 16 +3.3V +12Vs2 U9 LM7805/T O VIN VOUT +12Vs1 D1 - C7 C2_A J4_B VIN Pha_b Pha_n C10 GND U10 +12Vs2 -1 2Vs HEADER + C8 DIODE BRIDGE C2_B C9 LED 12V -1 2Vs1 C2_C J_BA J_12 VR8_B GND D4 - R3_B b_signal D2_B R1_B Pha_n R4 J_3.3 +3.3V ISO122 R5_B V1+ V2+ V1V2- LM358 GND GND R12_B 10 + +12Vs1 +12Vs2 -1 2Vs1 -1 2Vs2 R11_B R2_B - 15 U13B U13A U3_B Pha_b VOUT -1 2Vs1 220V LM7905/T O3 Hình 3.50. Sơ đồ ngun lý của mạch đo điện áp Mạch đo áp có tác dụng giữ ngun được hình dạng điện áp lưới với biên độ nhỏ hơn, đồng thời nâng tồn bộ điện áp lên phía trên của trục hoảnh để đưa về vi điều khiển xử lý tính tốn. Để đảm bảo an tồn cho mạch điều khiển, trong mạch có sử dụng IC ISO122P, đây là IC có khả năng cách ly điện áp đồng thời có thể giữ ngun được hình dạng của điện áp đầu vào Sau đây là hình ảnh thực của mạch đo áp ba pha 82 Hình 3.51. Hình ảnh thực của mạch đo điện áp f. Mơ hình thực mạch lọc tích cực song song Hình ảnh dưới đây là kết quả sau khi kết nối các khối chức năng của tồn bộ mơ hình mạch lọc tích cực Hình 3.52. Mơ hình thực mạch lọc tích cực song song 83 3.3.4. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mơ phỏng Hình 3.52. Kết quả giá trị điện áp và dòng điện ADC đo được Từ kết quả đọc được từ các thanh ghi ADC của vi điều khiển ta tính tốn được giá trị thực của điện áp và dòng điện. Hình ảnh sau thể hiện kết quả thực của điện áp và dòng điện 15 10 -5 -10 -15 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.53. Giá trị mơ phỏng của điện áp và dòng điện 84 Hình 3.54. Giá trị thực của điện áp và dòng điện Từ hình ảnh trên ta thấy khi lắp thêm tải phi tuyến thì tín hiệu dòng điện bị méo, điều đó có nghĩa là dòng điện có chứa các thành phần sóng hài bậc cao Các kết quả của các phép tính được thể hiện qua các hình ảnh sau: 20 15 10 U (V) -5 -10 -15 -20 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 Hình 3.55. Kết quả mơ phỏng của điện áp trên hệ 0.09 0.1 85 Hình 3.56. Giá trị điện áp trên hệ trục khi tính tốn trên DSP -5 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.57. Kết quả mơ phỏng dòng điện I trên hệ -2 -4 -6 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.58. Kết quả mơ phỏng dòng điện I trên hệ 86 Hình 3.59. Giá trị dòng điện trên hệ trục khi tính tốn trên DSP 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.60. Kết quả mơ phỏng của cơng suất P trong hệ 40 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.61. Kết quả mơ phỏng của cơng suất Q trong hệ 87 Hình 3.62. Giá trị của cơng suất P, Q trên hệ khi tính tốn trên DSP I (A) -1 -2 -3 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.63. Kết quả mơ phỏng của dòng đặt pha A trong hệ abc Hình 3.64. Giá trị của dòng điện đặt pha A trong hệ abc khi tính tốn trên DSP Để kiểm tra kết quả của dòng điện đặt ta tiến hành lấy giá trị dòng điện đo được trừ đi giá trị của dòng đặt ta được giá trị lý tưởng dòng điện sau 88 bù. Ở đây ta lấy giá trị dòng đặt và dòng điện thực đo được của pha A, kết quả được biểu thị ở hình sau: I (A) -1 -2 -3 -4 -5 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.65. Giá trị lý tưởng của dòng điện sau bù khi mơ phỏng Hình 3.66. Giá trị lý tưởng của dòng điện sau bù khi tính tốn trên DSP Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng giá trị dòng cần bù được tính tốn theo thuyết pq là chính xác 89 KẾT LUẬN Đề tài tốt nghiệp về nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song là một đề tài khá thú vị và mới mẻ, phạm vi nghiên cứu tương đối rộng và để hồn thành nó cần phải có sự tìm tòi rất nhiều tài liệu và đòi hỏi chúng em phải nỗ lực rất nhiều. Hơn thế nữa đề tài này đã đem lại cho em nhiều kiến thức thực tế như cách thi cơng thiết kế mạch cơng suất, các phương pháp lập trình điều khiển mới mẻ,… Dưới đây là những đánh giá những kết quả đạt được của đồ án Đồ án tốt nghiệp đã đi vào nghiên cứu về sóng hài và các ảnh hưởng của sóng hài tới chất lượng điện năng và các phương pháp hạn chế sóng hài cũng như việc thiết kế bộ lọc tích cực cho các thiết bị tải phi tuyến Khi đã lắp thêm bộ lọc thì kết quả là chỉ số THD đã giảm đi rất đáng kể. Nhưng kết quả này chưa được như mong muốn là giảm chỉ số THD xuống dưới 5% theo tiêu chuẩn IEEE 519. Hướng phát triển của đề tài là tiếp tục tìm hiểu ngun nhân chưa đạt u cầu, hiệu chỉnh nó và ứng dụng kết quả này cho các tải phi tuyến khác. Ngồi ra có thể kết hợp cuộn kháng lọc với các tụ bù nhằm đạt được hiệu quả cao nhất Do sự hạn hẹp của thời gian và trình độ chun mơn nên đồ án khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em mong được các thầy cơ và các bạn giúp đỡ để đồ án hồn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. Nguyễn Bính, “Điện tử cơng suất”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2000 [2]. Nguyễn Phùng Quang, “Matlab & Simulink”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2005 [3]. Nguyễn Hữu Phúc, “Sử dụng phần mềm phân tích và tính tốn lưới điện PSS/ADEPT”, Trường đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh 2007 Tiếng Anh [4] Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Wantanabe, Mauricio Aredes, “Instantaneous Power Theory And Applications to Power Conditioning”, IEEE Book and Information Services 2007 Một số bài báo [5]. Kamalakanta Mahapatra, P.Karuppanan, “PLL Synchronization with PID Controller Based Shunt Active Power Line Conditioners”. International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.3, No.1, February 2011, 1793 8163 [6]. Luis A. Morán, Juan W. Dixon, Rogel R, Wallace, “A ThreePhase Active Power Filter Operating with Fixed Switching Frequency for Reacyive Power and Current Harmonic Compensation”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONIC, số 4, năm 1995, 402407 [7]. Thomas M. Blooming, Daniel J. Carnovale, “Application of IEEE std 519 1992 Harmonic Limits” 91 ... năng tới mức thấp nhất. Trên thực tế đó, em đã lựa chọn tền đề tài tốt nghiệp là: Nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song . Đây là một trong những cơng nghệ hiện đại đã được ứng... được trình bày trong ba chương: Chương 1. Tổng quan về sóng điều hòa Chương 2. Các bộ lọc sóng điều hòa Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực song song Trong q trình nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân và sự... tần số đi qua đồng thời loại bỏ những tần số khơng mong muốn Bộ lọc sóng điều hòa có thể là: Bộ lọc tích cực (Active Filters) Bộ lọc thụ động (Passive Filters) Bộ lọc hỗn hợp 2.1. BỘ LỌC THỤ ĐỘNG Bao gồm các phần tử R, L, C được ghép với nhau và được lụa chọn để