(Luận văn thạc sĩ) giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu h giảm số lần chuyển mạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI MINH ẨN GIẢI THUẬT NGHỊCH LƯU PHA BẬC NPC CẦU H GIẢM SỐ LẦN CHUYỂN MẠCH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI MINH ẨN GIẢI THUẬT NGHỊCH LƢU PHA BẬC NPC CẦU H GIẢM SỐ LẦN CHUYỂN MẠCH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI MINH ẨN GIẢI THUẬT NGHỊCH LƢU PHA BẬC NPC CẦU H GIẢM SỐ LẦN CHUYỂN MẠCH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: TS QUÁCH THANH HẢI Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 05 năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Bùi Minh Ẩn HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Quách Thanh Hải, Ths Đỗ Đức Trí, tận tình hƣớng dẫn để thực luận văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh giảng dạy, hƣớng dẫn tạo điều kiện, môi trƣờng học tập tốt cho Xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh hỗ trợ sử dụng phịng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao D405 suốt thời gian thực luận văn Cảm ơn ba mẹ, anh chị em, vợ bạn bè động viên suốt thời gian học Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn Học viên Bùi Minh Ẩn HVHT: Bùi Minh Ẩn Trang iii 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 MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 38 4.1 Sơ đồ tổng thể mô 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 Mơ 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổ qu hu h vực nghiên cứu, kết nghiên cứu oài ƣớc 1.1.1 Tổng quan chung h vực nghiên cứu Ngày ngành điện phát triển mạnh mẽ trở thành ngành chủ đạo tất ngành khác, bên cạnh kỹ thuật điện tử ứng dụng rộng rãi thành công việc thay khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn cho phụ tải pha, ba pha, làm nguồn công suất lớn công nghiệp…Với ƣu điểm kích thƣớc nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện, đáp ứng tần số đƣợc mở rộng, khả cơng suất, điện áp, dịng điện độ tin cậy ngày đƣợc cải tiến dần Bộ nghịch lƣu có nhiệm vụ chuyển đổi lƣợng từ nguồn điện chiều không đổi sang dạng lƣợng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều Đại lƣợng đƣợc điều khiển ngõ điện áp dịng điện, tƣơng ứng ta có nghịch lƣu đƣợc gọi nghịch lƣu áp nghịch dòng Nguồn chiều cung cấp cho nghịch lƣu áp có tính chất nguồn điện áp nguồn cho nghịch lƣu dịng có tính chất nguồn dòng điện Các nghịch lƣu tƣơng ứng đƣợc gọi nghịch lƣu áp nguồn áp nghịch lƣu dòng nguồn dòng gọi tắt nghịch lƣu áp nghịch lƣu dòng Các nghịch lƣu tạo thành phận chủ yếu cấu tạo biến tần Ứng dụng quan trọng tƣơng đối rộng rãi chúng nhằm vào l nh vực truyền động điện động xoay chiều với độ xác cao Trong l nh vực tần số cao, nghịch lƣu đƣợc dùng thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần Bộ nghịch lƣu đƣợc dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, nghịch lƣu đƣợc ứng dụng vào l nh vực bù nhuyễn công suất phản kháng Các tải xoay chiều thƣờng mang tính cảm kháng (ví dụ động khơng đồng bộ, lị cảm ứng), dịng điện qua linh kiện khơng thể ngắt trình chuyển HVTH: Bùi Minh Ẩn Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải mạch tự nhiên Do đó, mạch nghịch lƣu thƣờng chứa linh kiện tự kích ngắt để điều khiển q trình ngắt dịng điện Trong trƣờng hợp đặc biệt nhƣ mạch tải cộng hƣởng, tải mang tính chất dung kháng (động đồng kích từ dƣ), dịng điện qua linh kiện bị ngắt trình chuyển mạch tự nhiên phụ thuộc vào điện áp nguồn phụ thuộc vào điện áp mạch tải Khi linh kiện bán dẫn chọn thyristor (SCR) Nghịch lƣu đƣợc nghiên cứu gần 40 năm Trong năm gần đây, việc nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu đƣợc thực ngày nhiều Đối tƣợng nghiên cứu này, thời kỳ đầu, thƣờng nghiên cứu nghịch lƣu theo phƣơng pháp điều chế độ rộng sóng mang (Carriers Pulse Width Modulation – CPWM) Chỉ đến năm đầu 1990 nghiên cứu thu đƣợc nhiều thành nghiên cứu theo phƣơng pháp vector không gian (Space Vector Pulse Width modulation – SVPWM) Hiện nghịch lƣu áp đa bậc pha đƣợc sử dụng rộng rãi ƣu điểm nhƣ cơng suất cao hơn, chất lƣợng dòng điện điện áp ngõ tốt hơn, mạch lọc ngõ nhỏ v.v ứng dụng thực tiễn đạt hiệu cao Nghịch lƣu bậc nghiên cứu đƣa vào sử dụng với ƣu điểm tối bậc chất lƣợng dòng điện điện áp, nhƣng tổn hao công suất nhiều ta sử dụng loại thiết bị cơng suất lớn Chính vậy, tơi chọn hƣớng nghiên cứu đề tài là: “Giải thuật nghị h ƣu ph bậc NPC cầu H giảm số lần chuyển mạ h” 1.1.2 Các kết tro ồi ƣớ bố 1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước Nghiên cứu nghịch lƣu đa bậc xuất phát từ phịng thí nghiệm nƣớc Mỹ, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc Các cơng trình tiêu biểu cho hƣớng CPWM kể đến cơng trình Steinke.J.K-Germany, Tolbert, Cartrasa – USA, nhóm hợp tác T.A.Lipo-USA, D.G.Holmes-Ustralia (1990-2005), Chiasson, Tolbert-USA, F.Blaabjerg Denmark (1990-2005), D.S.Huyn-Korea (1990-2005), K.Gopakumar-Indie (2000-2005), J.W.Dixon-Chile (2000-2005) Trong HVTH: Bùi Minh Ẩn Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: Quách Thanh Hải else Lb=fix(vb)-1; end if fix(vc)