Thiết lập mối tương quan giữa kỹ thuật điều chế sóng mang CBPWM và kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ nghịch lưu bốn khóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM THÚY NGỌC ĐỀ TÀI: THIẾT LẬP MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CBPWM VÀ KỸ THUẬ ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN CHO BỘ NGHỊCH LƯU BỐN KHÓA CHUYÊN NGÀNH: TB-M-NM ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHAN QUỐC DŨNG CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm - Trang 3: Tờ nhiệm vụ luận văn thạc sĩ - Trang 4: Lời cám ơn - Trang 5: Tóm tắt luận văn thạc sĩ - Trang kế tiếp: Mục lục - Các trang tiếp theo: Toàn nội dung luận văn (thực theo đề cương bảo vệ) - Các trang tiếp theo: Tài liệu tham khảo (xếp theo thứ tự A,B,C… ) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM THÚY NGỌC Giới tính : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 20.10.1976 Nơi sinh : TP Thái Nguyên Chuyên ngành : Thiết bị – Mạng – Nhà máy điện Khoá (Năm trúng tuyển) :2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT LẬP MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CPWM VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN SVPWM CHO BỘ NGHỊCH LƯU BỐN KHOÁ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • • • Nghiên cứu phương pháp điều khiển nghịch lưu khoá dùng kỹ thuật điều chế véc tơ không gian kỹ thuật sóng mang Thiết lập mối tương quan thuật điều chế sóng mang CBWM kỹ thuật điều chế vector không gian SVPWM nghịch lưu bốn khóa Khảo sát dạng sóng điện áp, dòng điện, độ méo dạng điện áp ngõ nghịch lưu áp bốn khóa phần mềm mô Matlab 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05 2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05 07 2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHAN QUỐC DŨNG Nội dung đề cương Luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời biết ơn chân thành đến Tiến Sỹ Phan Quốc Dũng người tận tình hướng dẫn, bảo động viên giúp đỡ suốt trình hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Đã hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình học tập qúa trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Chủ Nhiệm Khoa Điện, Thầy Cô tận tình giảng dạy hai năm học qua Xin cảm ơn bạn học viên khóa 2005, Những người sát cánh bên suốt thời gian học tập trường Xin cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố HCM, BCN khoa Điện trường ĐHCN giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Bố Mẹ gia đình người thân động viên giúp đỡ suốt khoá học thời gian thực luận văn, Cảm ơn người bạn đời, bạn đồng hành tôi, động viên tạo điều kiện để hoàn thành tốt luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày …….tháng ……….Năm 2007 Phạm Thuý Ngọc LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, thiết bị điện tử công suất đại sử dụng ngày nhiều với phạm vi ứng dụng rộng rãi, biến tần điều khiển vận tốc động không đồng ba pha sử dụng rộng rãi cho ứng dụng hệ truyền động công nghiệp Các biến tần truyền thống có nhược điểm giá thành tương đối cao, hệ số công suất nguồn không điều khiển được, tổn hao linh kiện lớn, độ dốc điện áp lớn, giá trị Common Mode lớn, dòng nguồn bị méo dạng so với sin nên làm nhiễu lưới nguồn, phải sử dụng lọc nguồn để đảm bảo chất lượng điện năng, … Do đó, mục tiêu đặt nghiên cứu biến tần giá thành thấp, chất lượng hiệu suất cao, xuất phát từ thực tiễn trên, luận văn sâu vào nghiên cứu phương pháp điều khiển nghịch lưu bốn khóa sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang kỹ thuật điều chế vector không gian, thiết lập mối tương quan hai phương pháp điều khiển trên, bao hàm phân tích mối quan hệ phức tạp Mối quan hệ tín hiệu điều chế vector không gian, tín hiệu điều chế sector vector không gian, mối quan hệ thời gian lấy mẫu đóng cắt điều chế vector không gian điều chế sóng mang… Tất mối quanhệ sở cho thiết lập tương quan, biến đổi hai chiều điều chế vector không gian điều chế sóng mang nhằm đạt điều khiển linh hoạt biến tần tiết kiệm với khả triển khai điều khiển thực dễ dàng tối ưu theo tiêu chí định trước Đây vấn đề khoa học thời mẻ Nó có ý nghóa quan trọng việc phát triển lý thuyết thực tiễn điều khiển PWM thiết bị điện tử công suất đại, đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển giá thành TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Nội dung luận văn gồm chương sau: Chương I: Giới thiệu tổng quan nghịch lưu áp bốn khóa, cấu hình phương pháp điều khiển nghịch lưu bốn khóa Chương II: Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển nghịch lưu áp bốn khóa dùng kỹ thuật điều chế sóng mang truyền thống, sử dụng phần mềm mô matlab để khảo sát phương háp điều khiển Từ kết qủa mô phỏng, đánh giá, nhận xét tổn hao, độ méo dạng điện áp, dòng điện ngõ hệ số phẩm chất khác Chương III Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển nghịch lưu áp bốn khóa dùng kỹ thuật điều chế vector không gian, sử dụng phần mềm mô matlab để khảo sát phương pháp điều khiển Từ kết qủa mô phỏng, đánh giá, nhận xét tổn hao, độ méo dạng điện áp, dòng điện ngõ hệ số phẩm chất khác Cơ sở chọn lựa thuật toán điều khiển tối ưu Chương IV: Thiết lập mối tương quan kỹ thuật điều chế sóng mang CBPWM kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM ) nhằm đạt điều khiển linh hoạt biến tần tiết kiệm với khả điều khiển thực dễ dàng tối ưu theo tiêu chí định trước Chương V: Kết luận Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP BA PHA TIẾT KIỆM 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Bộ nghịch lưu 1.1.2 Bộ nghịch lưu áp 1.2 BỘ NGHỊCH LƯU TIẾT KIỆM 1.2.1 Đặc điểm tổng quan nghịch lưu ba pha bốn khóa ( FSTPI ) 1.2.2 Lịch sử phát triển nghịch lưu áp ba pha giá thành thấp 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP GIÁ THÀNH THẤP 1.3.1 Phương pháp điều chế sóng mang – CBPWM 1.3.2 Phương pháp điều chế vector không gian – SVPWM 1.3.2 Phương pháp điều khiển SHE PWM 1.4 CÁC CẤU HÌNH CỦA BỘ BIẾN TẦN GIÁ THÀNH THẤP 1.4.1 Giới thiệu chung 1.4.2 Cấu hình biến tần tiết kiệm với ngõ vào pha ngõ cấp nguồn cho động pha 1.4.3 Cấu hình biến tần có cấu hình rút gọn (2 IGBT khâu chỉnh lưu IGBT khâu nghịch lưu) CHƯƠNG II KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG TỔNG QUAN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG 1.1 Nguyên lý hoạt động Bộ PWM sóng mang 2.1.2 Mối quan hệ biên độ điện áp ngõ hệ số ma 2.2 XÂY DỰNG MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP CBPWM TRONG MATLAB 2.2.1 Sơ đồ nghịch lưu phương pháp điều rộng sóng mang 2.2.2 Sơ đồ mô Simulink Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng 2.2.3 Khảo sát kết qủa qúa trình mô CHƯƠNG III KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN TỔNG QUAN 3.1 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP SVPWM 3.1.1 Khái niệm vector không gian 3.1.2 Kỹ thuật điều chế vector không gian 3.2 GIẢI THUẬT ANALOG THỰC HIỆN ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN 3.2.1 Cơ sở giải thuật 3.2.2 Xác định thời gian đóng ngắt cho công tắc 3.3 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVPWM TRONG MATLAB 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô phương pháp svpwm matlab 3.3.2 Kết qủa mô CHƯƠNG IV MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA PHƯƠNG PHÁP CBPWM-SVPWM TỔNG QUAN 4.1 THIẾT LẬP MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA PHƯƠNG PHÁP CBPWM-SVPWM 4.2 4.1.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sóng mang CBPWM 4.1.2 Phương pháp điều chế vector không gian SVPWM 4.1.2 Thiết lập mối tương quan CBPWM-SVPWM XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA PHƯƠNG PHÁP CBPWM- SVPWM 4.2.1 Xây dựng mô hình mô mối tương quan CBPWM- SVPWM 4.2.2 Kết qủa mô 4.2.3 Nhận xét CHƯƠNG V KẾT LUẬN Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Hình 4.3 Sơ đồ mô nghịch lưu áp ba pha bốn khóa Trong sơ đồ mô này, khâu tạo xung, khác với khâu tạo xung sơ đồ mô BNL điều khiển theo phương pháp sóng mang, tín hiệu điều khiển ua* , ub* biến đổi tương đương từ thời gian xuất xung tính toán theo phương pháp điều chế vector không gian chu kỳ lấy mẫu Các khâu lấy tín hiệu ngõ vào, khâu tính toán trung gian thông qua Vα, Vβ, 87 Luận văn tốt nghiệp Khâu chuyển HTĐ GVHD: TS Phan Quốc Dũng Hình 4.4 Khâu tạo sóng cưa Hình 4.5 Khâu chuyển HTĐ Các giá trị tính toán từ khâu đưa đến khâu tính toán thời gian xuất xung Thời gian xuất xung tương ứng khoảng thời gian lấy mẫu tính toán áp dụng công thức ( 3.27 ) phần chương III Khối S.Function viết m file phần phụ lục 88 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Hình 4.6 Chuyển từ tín thời gian xuất sung điều chế SVPWM sang tín hiệu điều chế CBPWM Hình 4.6 Khâu biến đổi từ Tx,Ty,Tz sang chế ua*, ub*, uc* Các khâu lại tương tự sô đồ mô theo phương pháp điều chế sóng mang Gồm khâu: Udc : Nguồn DC cung cấp cho nghịch lưu VSI: Bộ nghich lưu áp ba pha bốn khóa Tải : LOAD Chọn tải ba pha cân có giá trị: R = 2Ω, L = 4.e-3H Các thiết bị đo: Vab: Đo điện áp dây VaN: Đo điện áp pha Ia,b,c : Đo dòng điện pha a,b,c 89 Luận văn tốt nghiệp 4.2.2 GVHD: TS Phan Quốc Dũng Kết qủa mô thu được sau: a Kết qủa mô với Valpha = 50, Vbeta = 0, freq = 100 Hz Tín hiệu điều khiển ua*, sóng mang up Điện áp dây Ubc Dòng điện Ia, Ib, Ic 90 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Điện áp dây Ubc Điện áp dây UaN 91 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng b Kết qủa mô với Valpha = 100, Vbeta = 0, freq = 50 Hz Tín hiệu điều khiển ua*, sóng mang up Dòng điện Ia, Ib, Ic Điện áp dây Uab 92 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Điện áp dây Ubc Điện áp dây UaN 93 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng c b Kết qủa mô với Valpha = 100, Vbeta = 0, freq = 100 Hz Tín hiệu điều khiển ua*, sóng mang up Dòng điện Ia, Ib, Ic Điện áp dây Uab 94 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Điện áp dây Ubc Điện áp dây UaN 95 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng Nhận xét: Như thời điểm ta chuyển từ SVPWM sang CBPWM Tương tự, ta tiến hành mô tương tự cho qúa trình ngược lại: Từ tín hiệu điều chế ua*, ub*, uc* suy Tx, Ty, Tz tùy theo góc alpha (và sector) Dạng dòng áp khảo sát trường hợp biến đổi từ Tx, Ty, Tz sang ua*, ub*, uc* tương đương với trường hợp khảo sát phần điều chế sóng mang ( Chương II), từ ta kết luận: Mối tương quan SVPWM-CBPWM thiết lập sở lý thuyếtt ( Phần IV ) chứng minh khảo sát dạng sóng điều chế thiết lập, dạng sóng dòng áp thu ngõ hoàn toàn phù hợp với dạng sóng khảo sát phần MP, chương II 96 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG V 4.1 GVHD: TS Phan Quốc Dũng KẾT LUẬN Nội dung luận văn đề cập đến vấn đề sau: Giới thiệu tổng quan nghịch lưu ba pha bốn khóa ( giới thiệu cấu hình phương pháp điều khiển ) Trình bày phương pháp điều rộng xung sóng mang, xây dựng sơ đồ mô phương pháp điều chế độ rộng xung sóng mang dùng điều khiển nghịch lưu ba pha bốn khóa, việc khảo sát dạng tín hiệu ngõ nghịch lưu điều khiển phương pháp điều rộng xung sóng mang giúp cách nhìn trực quan, thực tế nguyên lý hoạt động, dạng sóng dòng điện, điện áp… , Các kết qủa thu hoàn toàn phù hợp với kết qủa công bố báo tài liệu tham khảo Trình bày phương pháp điều chế vector không gian, xây dựng sơ đồ mô nghịch lưu ba pha bốn khóa điều khiển phương pháp điều chế vector không gian , qua khảo sát dạng tín hiệu ngõ nghịch lưu So sánh với kết qủa khảo sát báo tài liệu tham khảo, dạng sóng thu sau qúa trình mô hoàn toàn phù hợp Thiết lập mối tương quan hai phương pháp điều chế sóng mang phương pháp điều chế vector không gian, Xây dựng sơ đồ mô chuyển đổi tương đương từ thời gian đóng cắt Tx, Ty, Tz ( phương pháp SVPWM ) sang tín hiệu điều chế ua*, ub*, uc* (trong phương pháp CBPWM) 97 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Quốc Dũng sau mô phỏng, kết qủa thu ( tín hiệu điện áp dòng điện ngõ ) phù hợp với lý thuyết thiết lập phần IV 4.2 Phương hướng phát triển - Luận văn khảo sát hệ thống phạm vi điều khiển tuyến tính, giới hạn trường hợp khảo sár trường hợp điện áp tụ cân ï nên số hạn chế định, Cần nghiên cứu điều khiển mở rộng điều chế, giải pháp cân điện áp tụ kỹ thuật điều chế độ rộng xung véc tơ không gian cho tối ưu mở rộng nghiên cứu cho nghịch lưu bốn khóa đa bậc 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Điện tử công suất 1- T.S Phan Quốc Dũng [2] C B Jacobina, E R C da Silva, A M N Lima, and R L A Ribeiro “Vector and scalar control of a four switch three phase inverter” In Proc IAS Conf Rec., pages 2422-2429,1995 [3] Keliang Zhou and Danwei Wang ”Relationship between space_vector modulation and three-phase carrier-based PWM_ a comprehensive analysis_ threephase inverters“., Member, IEEE transactions on industrial electronics, vol 49, no 1, february 2002 [5 ] Frede Blaabjerg, “A New Optimized Space-Vector Modulation Strategy for a Component-Minimized Voltage Source Inverter”, IEEE Transactions on power electronics, vol 12, no 4, july 1997 [6] M.B.R.Corre, C.B.Jacobina, E.R.C Da Sillva, and A.M.N.Lima “ A General PWM Stratery four switch three phase inverter” IEEE Trans On Power Electronic, vol.21,No.6,Nov.2006 [7] G Kim and T A Lipo, “VSI-PWM rectifier/inverter system with a reduced switch count,” in Proc IEEE-IAS Annu Meeting, 1995, pp.2327–2332 [8] R L A.Ribeiro, C B Jacobina, E.R C da Silva, and A M N Lima “AC/AC converter with four switch three phase structures” In Proc PESC Conf Rec.,pages 134-139, June 1996 [9 ] M.B.R Correa, C.B Jacobina, A.M.N Lima, E.R.C da Silva, “A New Approach to Generate PWM Patterns for Four-Switch Three-phase Inverters ” 07803-5421-4/99/$10.00 1999 IEEE [10] Darwin T.W Liang, “ Novel Modulation Strategy for a Four-switch Threephase Inverter”, 7803-3773-5/97/$10.00 1997 IEEE [11] C White and H.H Woodson, Electmmechanical energyconversion P Enjeti and A Rahman, “A new single phase to three phase converter with active input current shaping for low cost ac motor drives,” IEEE Transactions on power electronics, vol 12, no 4, july 1997 [12] A L Julian, G Oriti, and T A Lipo, “Elimination of common-mode voltage in three-phase sinusoidal power converters,” IEEE Trans.Power Electron., vol 14, no 5, pp 982–989, Sep 1999 [13 ] Frede Blaabjerg, Neacsu, Pederse, “Adaptive SVM to Compensate DC-Link Voltage Ripple for Four-Switch Three-Phase”, IEEE transactions on power electronics, vol 14, no 4, july 1999 743 [14] G.A Covic, G.L.Peter, and J.T.Bpys, “ An improved signe phase to three phase converter for low cost ac motor drive”, in Proc.PED’95, Singapore [15] Điện tử công suất 1- T.S Nguyễn Văn Nhờ [16] Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha , TS Nguyuyễn Phùng Quang LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Phạm Thúy Ngọc Ngày, tháng, năm sinh: 20.10.1976, Nơi sinh : TP Thái Nguyên Địa liên lạc: SN 11 Tổ1.KP4 P TTH Q.12.TPHCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1994 –T12 1999 : Học Khoa Điện- Trường ĐHKTCN Thái Nguyên 2005 - Đến : Học lớp CH 2005, KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐHBKTPHCM QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 2000 - Đến : Công tác Khoa Điện – Trường ĐHCNTPHCM ... sâu vào nghiên cứu phương pháp điều khiển nghịch lưu bốn khóa sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang kỹ thuật điều chế vector không gian, thiết lập mối tương quan hai phương pháp điều. .. tích mối quan hệ phức tạp Mối quan hệ tín hiệu điều chế vector không gian, tín hiệu điều chế sector vector không gian, mối quan hệ thời gian lấy mẫu đóng cắt điều chế vector không gian điều chế sóng. .. Thiết bị – Mạng – Nhà máy điện Khoá (Năm trúng tuyển) :2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT LẬP MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CPWM VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN SVPWM CHO BỘ NGHỊCH