(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu kỹ thuật PWM cho nghịch lưu 10 khóa điều khiển độc lập hai tải 3 pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HUỲNH LÂM NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PWM CHO NGHỊCH LƯU 10 KHÓA ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP HAI TẢI PHA NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HUỲNH LÂM NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PWM CHO NGHỊCH LƯU 10 KHÓA ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP HAI TẢI PHA NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng / 2016 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Hồ Huỳnh Lâm Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/11/1988 Nơi sinh: Đồng Tháp Quê quán: Đồng Tháp Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 644 – Trần Hưng Đạo – Phường – TP Cao Lãnh – Đồng Tháp Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: hohuynhlam@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2006 đến 3/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Ngành học: Kỹ Thuật Điện Đại học: Hệ đào tạo: khối K quy Thời gian đào tạo từ 7/2010 đến 1/ 2013 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 7/2012 trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Người hướng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian 8/2013 đến Công việc đảm nhiệm Trường Cao Đẳng Nghề GTVT Đường Thủy i Giáo viên khoa Máy – Điện LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Hồ Huỳnh Lâm ii LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Ngô Mạnh Dũng giáo viên hướng dẫn trực tiếp em Trong suốt trình thực luận văn, thầy theo sát, bảo sẵn sàng giải đáp thắc mắc chúng em Sự ân cần chu đáo thầy giúp chúng em thêm tự tin để hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM trường Đại học Bách Khoa TPHCM, thầy khoa Điện-Điện tử tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức cho chúng em suốt thời gian qua Mặc dù cố gắng nhiều hạn chế kiến thức, thời gian thực nên khơng tránh khỏi thiếu sót, chưa đạt luận văn mình, em mong nhận lời bảo, góp ý thầy cô bạn Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn học khóa giúp đở em suốt thời gian học vừa qua TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2016 Hồ Huỳnh Lâm iii TĨM TẮT LUẬN VĂN MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN:  Tìm hiểu kỹ thuật PWM cho nghịch lưu áp 10 khóa (5 chân) Sin PWM SV PWM Mô phần mềm psim cho nghịch lưu áp chân điều khiển tải ba pha độc lập phương pháp sóng mang (Sin PWM)  Lập trình vi điều khiển DSP TMS320F28335 cấp xung cho 10 khóa nghịch lưu áp điều khiển động không đồng pha trường hợp khác phương pháp điều chế Sin PWM  Kiểm tra đánh giá kết từ thực nghiệm PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:  Tham khảo tổng hợp tài liệu nước  Tiến hành thực nghiệm mơ hình thực tế  Theo dõi, đánh giá, nhận xét thông số thực nghiệm  Xử lý số liệu, tính tốn viết báo cáo Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU:  Giải thuật nghịch lưu năm chân cho phép điều khiển hai động cách độc lập (cùng tần số khác tần số) mà dùng nguồn DC, giảm thiểu tổn hao IGBT điều khiển vi xử lý DSP,ứng dụng phù hợp cho động có cấu hoạt động khác  Do hạn chế thời gian, kinh nghiệm điều kiện kinh tế nên phạm vi luận văn tốt nghiệp số vấn đề chưa tốt phát triển thêm như: chưa sử dụng phương pháp SV PWM cho nghịch lưu áp chân sử dụng lọc nhiễu tốt để tín hiệu ngõ tốt iv MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt luận văn iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách bảng xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Bố cục luận văn 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN (INVERTER), BỘ NGHỊCH LƢU VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 2.1 Giới thiệu biến tần (INVERTER) 2.1.1 Khái niệm biến tần 2.1.2 Nguyên lý hoạt động biến tần 2.2 Bộ nghịch lƣu 2.2.1 Định nghĩa nghịch lƣu 2.2.2 Bộ nghịch lƣu áp (VSI) 2.2.3 Giới thiệu nghịch lƣu áp pha ba pha v 2.3 Các phƣơng pháp điều chế nghịch lƣu áp (VSI) 13 2.3.1 Phƣơng pháp điều chế Sine PWM ( Sin PWM) 13 2.3.2 Phƣơng pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM) 16 2.3.3 So sánh phƣơng pháp Sine PWM SV PWM 27 Chƣơng BỘ NGHỊCH LƢU CHÂN VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ PWM CHO BỘ NGHỊCH LƢU CHÂN 3.1 Cấu trúc chuyển đổi năm chân 3.2 Phƣơng pháp điều khiển vector không gian cho nghịch lƣu áp chân 3.3 28 28 29 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung sin cho nghịch lƣu áp chân 32 Chƣơng MÔ PHỎNG NGHỊCH LƢU CHÂN ĐIỀU KHIỂN TẢI BẰNG PSIM 38 4.1 Giới thiệu phần mềm PSIM 38 4.2 Bộ nghịch lƣu chân khối sóng mang 39 4.3 Kết mơ 40 4.3.1 Trƣờng hợp tải số lệch góc 𝛂 40 4.3.2 Trƣờng hợp tải khác số lệch góc 𝛂 41 4.3.3 Kết ngõ nghịch lƣu chân điều khiển tải 43 4.4 Xét tính quan trọng chuỗi tín zero vno 51 Chƣơng THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ TRÊN PHẦN CỨNG CỦA BỘ NGHỊCH LƢU CHÂN 53 5.1 Thiết kế phần cứng cho nghịch lƣu chân 53 5.1.1 Sơ đồ khối cho nghịch lƣu chân 53 5.1.2 Mạch động lực cho nghịch lƣu chân 54 5.1.3 Mạch lái (Driver) 57 5.1.4 Mạch điều khiển 58 5.2 Thi công phần cứng cho nghịch lƣu chân 59 5.2.1 Mạch động lực 59 vi 5.2.2 Mạch lái 61 5.2.3 Vi điều khiển DSP TMS320F28335 62 5.3 Kết thực nghiệm phần cứng 63 5.3.1 Hệ thống nghịch lƣu chân 63 5.3.2 Tải 63 5.3.3 Kết đo đƣợc từ thực nghiệm 64 5.3.4 Nhận xét kết thực nghiệm cho nghịch lƣu chân 70 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 74 PHỤ LỤC 76 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC (Alternating Current) DSP (Digital Signal Processing) PWM (Pulse Width Modulation) SPWM (Sine Pulse Width Modulation) SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) SVM (Space Vector Modulation) IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) PID (Proportional Integral Derivative) VSI (Voltage source inverter) PTN (phịng thí nghiệm) viii 5.3 Kết thực nghiệm phần cứng: 5.3.1 Hệ thống nghịch lƣu chân: Hình 5.13: Hệ thống điều khiển nghịch lưu áp chân 5.3.2 Tải: Hình 5.14: Hai động đấu 63 Sử dụng động có thơng số đấu Hình 5.15: Thơng số động 5.3.3 Kết đo đƣợc từ thực nghiệm: 5.3.3.1 Xung kích IGBT: Dạng xung đóng ngắt IGBT Ta1 Ta2 Hình 5.16: Xung đóng ngắt Ta1 Ta2 64 Khoảng dead-time xung Ta1 Ta2 Hình 5.17: Dead-time xung Do hai IGBT Ta1 Ta2 khơng thể đóng hay mở, Ta1 đóng Ta2 phải mở ngược lại Khi Ta1 Ta2 bắt đầu chuyển trạng thái khơng có dead-time khoảng thời gian ngắn Ta1 Ta2 trang thái đóng, xảy tượng ngắn mạch Dó đó, cần phải có khoảng dead-time để tránh ngắn mạch mạch động lực 65 5.3.3.2 Kết đo đƣợc ngõ ra: Trƣờng hợp 1: Hai tải số biên độ điều chế Với biên độ điều chế tải m1 = 0.4 tần số f = 30Hz m2 = 0.4 tần số f = 30Hz Vdc = 250V Tần số đóng ngắt linh kiện f = 10kHz ~ chu kì lấy mẫu Ts = 100μs Ta có kết oscilloscope: Hình 5.18: Dịng điện điện áp dây tải trường hợp Từ hình 5.18 ta thấy tải hoạt động tần số dạng dịng điện điện áp dây Khi so với kết mô hình 4.16 4.17 ta thấy điện áp dây dòng điện tải phần thực nghiệm gần giống với kết mô 66 Trƣờng hợp 2: Hai tải khác số biên độ Với biên độ điều chế tải m1 = 0.4 tần số f = 30Hz m2 = 0.4 tần số f = 20Hz Vdc = 250V Tần số đóng ngắt linh kiện f = 10kHz ~ chu kì lấy mẫu Ts = 100μs Ta có kết oscilloscope: Hình 5.19: Dịng điện điện áp dây tải trường hợp Từ hình 5.19 ta thấy hai tải khác tần số dịng điện điện áp dây mõi tải khác Do tải có tần số nhỏ nên chu kỳ điện áp dây dòng điện dài chu kỳ điện áp dây dòng điện tải Khi so sánh với kết mơ hình 4.26 4.27 ta có kết tương tự phần kết mô 67 Trƣờng hợp 3: Hai tải khác số biên độ Với biên độ điều chế tải m1 = 0.4 tần số f = 20Hz m2 = 0.5 tần số f = 30Hz Vdc = 250V Tần số đóng ngắt linh kiện f = 10kHz ~ chu kì lấy mẫu Ts = 100μs Ta có kết oscilloscope: Hình 5.20: Dòng điện điện áp dây tải trường hợp Tương tự hình 5.19 hình 5.20 cho kết qủa thực nghiệm tải khác tần số khác biên độ điều chế Khi đó, tải sẻ có dạng sóng dịng điện không nhấp nhô tải chu kỳ dài Tương tự ta có điện áp tải co chu kỳ dài tải biên độ củng nhỏ tải Khi so sánh với kết mơ hình 4.26 4.27 ta thấy kết qủa phần thực nghiệm gần gần giống với kết qủa mô 68 Trƣờng hợp 4: Hai tải số biên độ lệch góc 30° Với biên độ điều chế tải m1 = 0.4 tần số f = 30Hz m2 = 0.3 tần số f = 30Hz Vdc = 250V Tần số đóng ngắt linh kiện f = 10kHz ~ chu kì lấy mẫu Ts = 100μs Ta có kết oscilloscope: Hình 5.21: Dịng điện điện áp dây tải trường hợp Hình 5.21 cho kết tương tự hình 5.17 với biên độ điều chế tải khác tải lệch góc 30° 69 5.3.4 Nhận xét kết thực nghiệm cho nghịch lƣu chân: Thực nghiệm cho thấy kết gần giống với mô psim dạng sóng bị nhiễu, nguyên nhân phần lớn prode dịng bị nhiễu Mơ psim ta coi tất linh kiện lí tưởng khơng có tổn hao, phần cứng nghịch lưu chân phải sử dụng mạch lái cặp IGBT nên việc tổn hao nhiễu tín hiệu điều khiển khơng thể tránh khỏi  Dịng điện điện áp dây tải theo thực nghiệm tần số yêu cầu trường hợp số khác tần số Dạng sóng bị nhiễu nên kết khơng xác theo mơ  Độ lớn điện áp dây gần với điện áp DC đầu vào, theo lý thuyết Ƣu nhƣợc điểm nghịch lƣu chân:  Ưu điểm: - Có thể điều khiển tải độc lập số hay khác số - Giảm số lượng IGBT điều khiển tải, giảm tổn hao mạch động lực - Sử dụng DSP để điều khiển động  Nhược điểm: - Giải thuật điều khiển theo phương pháp Sin PWM nên tỉ số điều chế m thấp đáp ưng ngõ không tốt phương pháp SVPWM 70 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Dựa mục tiêu đề chương luận văn đạt số nội dung: a) Về phần mơ phỏng:  Dịng điện dạng sine đồng với điện áp dây  Sử dụng phương pháp Sin PWM để điều chê tối ưu xung kích cho IGBT b) Về phần cứng:  Thiết kế hoàn chỉnh nghịch lưu áp chân điều khiển tải độc lập  Sử dụng phần mềm CCS để tạo xung điều khiển dead – time an tồn cho đóng/ngắt IGBT  Phần cứng điều khiển tải hay tải độc lập ( số khác số) Bên cạnh đó, hạn chế kinh nghiệm, thời gian luận văn cịn số điểm chưa hồn thành Đó là, chưa sử dụng phương pháp SV PWM cho nghịch lưu chân Sau đó, so sánh kết phương pháp Sin PWM SV PWM Hƣớng phát triển: Trong phần mô sử dụng giải thuật điều khiển phương pháp SVPWM để đạt tối đa tỉ số điều biên m đáp ứng tốt ngõ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhờ Điện tử công suất NXB Đại học Quốc gia [2] K Matsuse , H Kawai , Y Kouno and J Oikawa "Characteristics of speed sensorless vector controlled dual induction motor drive connected in parallel fed by a single inverter", IEEE Trans Ind Appl., vol 40, no 1, pp.153 -161 2004 [3] M Jones , D Dujic , E Levi , A Batako and O Mgaloblishvili "A novel fiveleg inverter PWM technique for two-motor centre-driven winders", Proc.IEEE Elect Mach Drive Conf., vol 1, pp.254 -259 2007 [4] S M Dehghan , M Mohamadian , A Yazdian and F Ashrafzadeh "A dualinput dual-output Z-source inverter", IEEE Trans Power Electron., vol 25, no 2, pp.360 -368 2010 [5] D Dujic , M Jones , S N Vukosavic and E Levi "A general PWM method for a (2n+1)-leg inverter supplying n three-phase machines", IEEE Trans Ind Electron., vol 56, no 10, pp.4107 -4118 2009 [6] X Liu , P Wang , P C Loh and F Blaabjerg "A compact three-phase singleinput/dual-output matrix converter", IEEE Trans Ind Electron., vol 59, no 1, pp.6 -16 2012 [7] Ramachandra Sekhar, K.; Srinivas, S., "Current ripple analysis in a decoupled SVPWM controlled dual two-level inverter fed open-end winding induction motor drive", Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference (PEDSTC), 2011 2nd , vol., no., pp.373,378, 16-17 Feb 2011 [8] Jayasinghe, S.D.G.; Vilathgamuwa, D.M.; Madawala, U.K., "A Dual InverterBased Supercapacitor Direct Integration Scheme for Wind Energy Conversion Systems", Industry Applications, IEEE Transactions on , vol.49, no.3, pp.1023,1030, May-June 201 72 [9] M Jones, S.N Vukosavic, D Dujic, E Levi, P Wright, Five-leg inverter PWM technique for reduced switch count two-motor constant power applications, IET Electr Power Appl., 2008, Vol 2, No 5, pp 275–287 73 PHỤ LỤC 1: (Datasheet module IGBT FMG2G150US60E) 74 75 PHỤ LỤC 2: (Datasheet driver SKHI22BR) 76 S K L 0 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HUỲNH LÂM NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PWM CHO NGHỊCH LƯU 10 KHÓA ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP HAI TẢI PHA NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202... xếp hình 3. 3 3. 4 Đây gian đồ đóng ngắt ta xem xét hai tải độc lập với 30 Hình 3. 3: Giải đồ đóng ngắt cho tải Hình 3. 4: Giải đồ đóng ngắt cho tải Tuy nhiên, nghịch lưu 10 khóa, hai tải ba pha có... iii TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN:  Tìm hiểu kỹ thuật PWM cho nghịch lưu áp 10 khóa (5 chân) Sin PWM SV PWM Mơ phần mềm psim cho nghịch lưu áp chân điều khiển tải ba pha độc lập phương pháp