Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch

Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài thực kỹ thuật điều chế sóng mang thơng qua việc sử dụng hàm offset nhằm giảm số lần chuyển mạch từ giảm tổn hao chuyển mạch khóa cơng suất cho nghịch lƣu cầu H-NPC bậc Kỹ thuật sử dụng hàm offset thành phần bậc để chuyển sóng điện áp điều khiển ngƣỡng so sánh cực đại cực tiểu biên độ sóng mang sở điều chế gián đoạn Việc chuyển điện áp điều khiển pha nhiều ngƣỡng khác đƣợc lựa chọn tối ƣu cho biên độ điện áp offset nhỏ Với kỹ thuật xây dựng hàm offset trình bày nghiên cứu tồn ngƣỡng so sánh sóng mang đƣợc sử dụng để giảm số lần chuyển mạch khóa cơng suất Số lần chuyển mạch/pha/chu kỳ giảm đến 33% theo lý thuyết đạt 15.25% tần số sóng mang 3000Hz Kết giải thuật đƣợc kiểm chứng qua mô qua trình thực nghiệm Luận văn thực nghiệm phần cứng với IGBT STGW25N120K Các giải thuật điều khiển đề xuất đƣợc thực vi xử lý điều khiển tín hiệu số DSP TMS320F 28335 với kỹ thuật lập trình nhúng từ mơ hình mơ phần mềm MATLAB/SIMULINK kết hợp chƣơng trình Code Composer Studio V6 tự động biên dịch ngôn ngữ C nạp cho vi xử lý mà không cần phải lập trình lại HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải ABSTRACT This thesis implement carrier modulation with a novel offset based to reduce switching loss in five-level H-brigde neutral point clamped inverter will be presented in this paper The proposed technique uses the offset is 3rd voltages to transfer the control voltage into the levels of each carriers This transferring is depend on the distances of control voltage to levels is minimum So that in this research five levels of carrier will be used to reduce the intersection of control and the carrier wave to reduce the number of switching losses With the pulse width modulation method and flexible offset voltages in this study, the number of switchings/phase in a cycle can be reduced about 33% in theory and 15.25% in experimental at frequency carrier 3000Hz Simulation and experimental results are provided in order to validate the proposed method The project has been experienced on the hardware of IGBT STGW25N120 The proposed control techniques have been implemented on DSP - F28335 with the embedded programming technique of the simulation model in MATLAB/Simulink combined with the software Code Composer Studio V6, which compile automatically to C-language and download to processor without programming again HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang v Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN .ii LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH HÌNH x DANH SÁCH BẢNG xv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1Tổng quan l nh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nƣớc 1.1.1 Tổng quan chung l nh vực nghiên cứu 1.1.2 Các kết ngồi nƣớc cơng bố 1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc……………………………………… 1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc ……………………………………… 1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý ngh a khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6 Điểm đề tài : 1.7 Giá trị thực tiễn đề tài : Chƣơng 2: CƠ SỞ L THUYẾT…………………………………………………… 2.1 Tổng quan nghịch lƣu đa bậc 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Phân loại 2.2 Các cấu trúc nghịch lƣu đa bậc 2.2.1 Cấu trúc nghịch lƣu NPC (Neutral Point Clamped) 2.2.2 Cấu trúc nghịch lƣu kẹp tụ (Flying capacitor inverter) [2] 2.2.3 Cấu trúc nghịch lƣu áp dạng cascade HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải 2.2.4 Cấu trúc nghịch lƣu áp dạng H-NPC 10 2.2.5 Nhận xét 11 2.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) nghịch lƣu pha bậc H-NPC 11 2.3.1 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung Sin PWM 11 2.3.2 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung cải biến (MSPWM: Modified SPWM)13 2.3.3 Phƣơng pháp điều chế vector không gian: 14 2.3.3.1 Khái niệm vector không gian………………………………………… 14 2.3.3.2 Vector không gian nghịch lƣu áp đa bậc……………………… 15 2.3.3.3 Nguyên lý điều chế vector không gian nghịch lƣu áp đa bậc… 17 Chƣơng 3: GIẢI THUẬT NGHỊCH LƢU PHA BẬC NPC CẦU H GIẢM SỐ LẦN CHUYỂN MẠCH…………………………………………………………….20 3.1 Nguyên lý nghịch lƣu ba pha năm bậc H-NPC 20 3.2 Phƣơng pháp PWM đề xuất cho nghịch lƣu pha bậc H-NPC giảm số lần chuyển mạch 22 3.3 Mô giải thuật đề xuất nghịch lƣu ba pha năm bậc H-NPC giảm số lần chuyển mạch 24 3.3.1 Thông số mô 24 3.3.2 Mơ hình mơ 25 3.3.3 Chức khối mơ hình 25 3.3.3.1 Khối tạo sóng sin 25 3.3.3.2 Khối sóng mang 26 3.3.3.3 Sơ đồ khối xung kích 26 3.4 Kết mô 27 3.4.1 Mô với số điều khiển m = 0.3 27 3.4.2 Mô với số điều khiển m = 0.5 29 3.4.3 Mô với số điều khiển m = 0.86 31 3.4.4 Mô với số điều khiển m = 0.95 33 3.4.5 Nhận xét 35 3.5 Bảng phân tích FFT áp tải dịng điện tải với số điều chế m 35 3.5.1 Phân tích FFT điện áp tải 35 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải 3.5.2 Phân tích FFT dịng điện tải 36 3.6 So sánh phƣơng pháp đề xuất với phƣơng pháp công bố Việt Nam 36 3.7 Kết luận 37 Chƣơng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 38 4.1 Sơ đồ tổng thể mơ hình thực nghiệm 38 4.2 Mạch động lực 38 4.3 Mạch điều khiển 39 4.4 Module mạch kích 40 4.5 Mạch nguồn kích IGBT 41 4.6 Tổng thể mơ hình thực nghiệm 42 4.7 Mô tả mơ hình thực nghiệm kỹ thuật lập trình nhúng 43 4.7.1 Sơ đồ tín hiệu hệ thống lập trình nhúng 43 4.7.2 Mơ hình lập trình nhúng Matlab/Simulink 44 4.8 Kết thực nghiệm tải R-L, R = 40Ω L = 100mH 45 4.8.1 Kết thực nghiệm với số m = 0.8 45 4.8.2 Kết thực nghiệm với số điều chế m = 46 4.8.3 Phân tích FFT điện áp pha tâm tải 48 4.8.4 Đặc tuyến điều khiển điện áp tải dòng điện tải theo số điều chế m 49 4.8.5 So sánh THD Uta mô thực nghiệm 52 4.8.6 So sánh THDu giải thuật đề xuất với kết công bố Việt Nam 52 4.9 Khảo sát số lần chuyển mạch giải thuật đề xuất 54 4.10 Kết luận 55 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 56 5.1 Những kết đạt đƣợc 56 5.2 Kết luận 56 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 60 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT A : Ampe – Đơn vị đo dịng điện Ac : Biên độ đỉnh sóng mang Am : Biên độ đỉnh sóng điều khiển APOD : Alternative Phase Opposition Disposition - sóng mang dạng tam giác bố trí dịch pha 1800 C : Tụ lọc nguồn DC CPWM : Carrier Based Pulse Width Modulation – Điều chế sóng mang PWM fc : Tần số sóng mang fm : Tần số sóng điều khiển H-NPC : Neutral Point clamped Multilevel H-bridge Inverter - Nghịch lƣu đa bậc kiểu diode kẹp cầu H IA : Dòng điện tải pha A K : Số khóa chuyển mạch/1 pha L : Điện cảm tải m : Chỉ số điều chế ma : Tỉ số điều chế biên độ mf : Tỉ số tần số MSPWM : Modified Sin Pulse width modulation – Điều chế độ rộng xung cải biên PD : In Phase Disposition - sóng mang dạng tam giác bố trí pha PWM : Pulse width modulation - điều chế độ rộng xung R : Điện trở tải S : Các khóa đóng ngắt THD : Total Harmonic Distortion - Tổng méo dạng sóng hài V : Voltage – Đơn vị đo điện áp Vac : Điện áp dây nguồn lƣới ba pha Vd : Điện áp DC chỉnh Vref : Điện áp tải tham chiếu HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: Qch Thanh Hải DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Bộ nghịch lƣu áp dạng NPC Hình 2: Bộ nghịch lƣu áp dạng kẹp tụ Hình 3: Bộ nghịch lƣu áp đa bậc dạng cascade 10 Hình 4: Bộ nghịch lƣu áp đa bậc dạng H-NPC .10 Hình 5: Dạng sóng mang, sóng điều khiển xung kích điều chế liên tục .12 Hình :Dạng sóng mang, sóng điều khiển xung kích điều chế gián đoạn 13 Hình : Đƣờng đặc tuyến số m tỉ số biên độ sóng sin/sóng mang 13 Hình : Dạng sóng điều khiển, .14 Hình 9: Giản đồ vector điện áp nghịch lƣu bậc 16 Hình 10: Giản đồ vector điện áp nghịch lƣu bậc 17 Hình 11: Phân tích phƣơng pháp SVM 18 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý 20 Hình 3.2 : Sơ đồ phân tích pha bậc H-NPC 21 Hình 3.3 : Mô tả dịch chuyển điện áp điều khiển theo giải thuật đề xuất .22 Hình 3.4: Lƣu đồ giải thuật đề xuất 23 Hình 5: Sơ đồ khối mơ Matlab 24 Hình 3.6: Mơ hình mơ nghịch lƣu pha bậc H-NPC .25 Hình 3.7 : Dạng sóng sin đƣợc tạo 25 Hình : Dạng sóng tam giác đƣợc tạo 26 Hình 9: Sơ đồ khối tạo xung kích 26 Hình 3.10: Điện áp điều khiển pha xung kích (m = 0.3) 27 Hình 3.11: Điện áp tâm nguồn pha (m =0.3) 27 Hình 3.12: Điện áp dịng điện tải pha (m = 0.3) .28 Hình 3.13: Phân tích FFT điện áp dòng điện tải (m = 0.3) 28 Hình 3.14: Điện áp điều khiển pha xung kích (m = 0.5) 29 Hình 3.15: Điện áp tâm nguồn pha (m =0.5) 29 Hình 3.16: Điện áp dịng điện tải pha (m = 0.5) .30 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang x Luận văn tốt nghiệp GVHD: Qch Thanh Hải Hình 3.17: Phân tích FFT điện áp dòng điện tải (m = 0.5) 30 Hình 3.18: Điện áp điều khiển pha xung kích (m = 0.86) 31 Hình 3.19: Điện áp tâm nguồn pha (m =0.86) .31 Hình 3.20: Điện áp dòng điện tải pha (m = 0.86) .32 Hình 3.21: Phân tích FFT điện áp dịng điện tải (m = 0.86) 32 Hình 3.22: Điện áp điều khiển pha xung kích (m = 0.95) 33 Hình 3.23 : Điện áp tâm nguồn pha (m =0.95) 33 Hình 3.24: Điện áp dịng điện tải pha (m = 0.95) .34 Hình 3.25: Phân tích FFT điện áp dòng điện tải (m = 0.95) 34 Hình 4.1: Sơ đồ tổng thể mơ hình thực nghiệm 38 Hình : Sơ đồ nối dây ảnh thực tế board mạch IGBT .39 Hình 3: Vi xử lý DSP TMS320F28335 Experimenter Kit 40 Hình 4 : Sơ đồ nguyên lý mạch driver 41 Hình : Sơ đồ mạch driver thực nghiệm [14] 41 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 42 Hình : Sơ đồ mạch nguồn thực nghiệm [14] 42 Hình 8: Mơ hình thực nghiệm sử dụng tải R-L [14] .42 Hình 9: Sơ đồ tín hiệu hệ thống thực nghiệm với kỹ thuật lập trình nhúng 43 Hình 10 : Mơ hình thực nghiệm với kỹ thuật nhúng từ Matlab/Simulink 44 Hình 11: Dạng sóng xung kích mơ thực nghiệm pha a (m = 0.8) 45 Hình 12: Kết điện áp tâm nguồn pha mơ thực nghiệm (m = 0.8)45 Hình 13: Kết điện áp tải dòng điện pha mơ thực nghiệm .46 Hình 14: Dạng sóng xung kích mơ thực nghiệm pha a (m = 1) 46 Hình 15: Kết điện áp tâm nguồn pha mô thực nghiệm 47 Hình 16: Kết điện áp tải dòng điện tải pha mơ thực nghiệm 47 Hình 17: Độ lệch pha điện áp pha .48 Hình 18: Kết thực nghiệm mơ điện áp dịng điện tải .48 Hình 19: Đặc tuyến điều khiển điện áp tải pha a theo số m 50 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang xi Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải Hình 4.20: Đặc tuyến điều khiển dòng tải hiệu dụng pha a theo số m 50 Hình 4.21: Đặc tuyến THD theo số m 51 Hình 4.22: so sánh THD với tài liệu [2] [14] .53 Hình 4.23: Đặc tuyến chuyển mạch theo số điều chế m .54 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang xii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1: Trạng thái đóng ngắt khóa pha a 21 Bảng 3.2: Phân tích FFT điện áp tải pha a 35 Bảng 3.3: Phân tích FFT dịng điện tải pha a 36 Bảng 3.4: Phân tích FFT áp tải phƣơng pháp khác 37 Bảng 4.1: Giá trị điện áp dòng điện theo số m 49 Bảng 4.2: Đặc tuyến THD Uta theo số điều chế kết mô thực nghiệm 52 Bảng 4.3: Kết thực nghiệm phƣơng pháp đề xuất với tài liệu [2] tài liệu [14] 53 Bảng 4.4: Số lần chuyển mạch phƣơng pháp đề xuất với medimum [14] 54 HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang xiii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải PHỤ LỤC Phụ lụ : Chƣơ trì h tạo điệ áp điều khiển function [Udk1,Udk2,Udk3,voffset,Voffset1,vsin,t]=fcn(m,t_p) t=t_p+0.00001; f=50; %tan so vao pi=3.1419; a =m*2; %bien cua ap dieu khien va1=a*cos(2*pi*f*t); %ap dieu khien pha a chua co offset ( Nhap Va) vb1=a*cos(2*pi*f*t+2*pi/3); %ap dieu khien pha b chua co offset ( Nhap Vb) vc1=a*cos(2*pi*f*t-2*pi/3); %ap dieu khien pha c chua co offset ( Nhap Vc) va=va1; vb=vb1; vc=vc1; MinP=va*(va>vb)*(va>vc)+vb*(vb>va)*(vb>vc)+vc*(vc>vb)*(vc>va);% { MinP=Min(Pa, Pb, Pc)} MinN=va*(va