(Đề tài NCKH) nghịch lưu 3 pha 2 bậc điều khiển bằng card DSP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHỊCH LƯU PHA BẬC ÐIỀU KHIỂN BẰNG CARD DSP MÃ SỐ: T2014-13 SKC005559 Tp Hồ Chí Minh, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHỊCH LƯU PHA BẬC ĐIỀU KHIỂN BẰNGCARD DSP Mã số: T2014-13 Chủ nhiệm đề tài: Ths Đỗ Đức Trí TP HCM, 12/2014 Mục Lục Mục lục Danh mục hình bảng THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học, thực tiển đề tài Những đóng góp đề tài Cấu trúc đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN I Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nƣớc Điều khiển nghịch lƣu pha bậc nƣớc Điều khiển nghịch lƣu pha bậc nƣớc CHƢƠNG 2: sở lý thuyết 2.1 Mơ hình tốn nghịch lƣu pha bậc 2.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng trình tốn nghịch lƣu pha bậc 2.2.1 Phƣơng trình tốn nghịch lƣu pha bậc 2.2.2 Giải thuật tính tốn Udkj cho trƣớc áp tải pha 2.2.3 Các phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu áp 2.2.4 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mangCPWM 2.2.5 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung Sin dùng sóng mangSin 2.2.6 Phƣơng pháp điều khiển theo vector không gian 2.2.7 Card DSP CHƢƠNG3: Nội dung nghịch lƣu pha bậc điều khiển card DSP 3.1 Mơ hình tốn học, phƣơng trình tốn nghịch lƣu áp pha bậc 3.1.1 Mơ hình tốn học nghịch lƣu áp pha bậc 3.1.2 Phƣơng trình tốn nghịch lƣu áp pha bậc 3.1.3 Điều chế độ rộng xung 3.2 Xây dựng file đồ mô 3.2.1 Tác giả nghiên cứu chọn tải AC có thơng số 30 3.2.2 Kết mô 30 3.2.2.1.Kết mô m=0.5, fabc=50Hz, fVc=900 Hz 30 3.2.2.2 Kết mô m=0.6, fabc=50Hz, fVc=3000 Hz 33 3.2.2.3 Kết mô m=0.75, fabc=50Hz, fVc=7000 Hz 34 3.3 Phần mềm mã hóa ngơn ngữ DSP mơ hình phần cứng 36 3.3.1 Chƣơng trình mã hóa nhúng vào mơ hình thực 36 3.3.2 Phần cứng nghịch lƣu áp pha bậc 36 3.3.3 Kết nhúng vào mô hình thực 36 CHƢƠNG Kết luận hƣớng nghiên cứu 40 4.1 Những đóng góp đề tài 40 4.2 Hạn chế đề tài 40 4.3 Hƣớng phát triển đề tài 40 Tài liệu tham khảo 41 Danh mục hình Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối khối cơng suất Hình 3.14 Hình 3.15 Sơ đồ mơ thực tế nghịch lƣu áp pha bậc Matlab Dạng sóng điện áp sóng mang nghịch lƣu pha bậc Hình 3.16 Dạng sóng tín hiệu điều khiển nghịch lƣu pha bậc Hình 3.17 Dạng sóng điện áp tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.18 Dạng sóng dịng điện tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.19 Sơ đồ kiểm tra điện áp sóng hài tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.20 Sơ đồ kiểm tra dịng điện sóng hài tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.21 Sơ đồ kiểm tra điện áp sóng hài tải qua lọc bậc Hình 3.22 Dạng sóng điện áp tải nghịch lƣu pha m=0.6, fVc=3000Hz Hình 3.23 Dạng sóng dịng điện tải nghịch lƣu pha m=0.6, f =3000Hz Sơ đồ điện áp, dòng điện tải kiểm tra sóng hài m=0.6, f =3000Hz Sơ đồ điện áp tải qua lọc kiểm tra sóng hài m=0.6, f =3000Hz Dạng sóng điện áp tải nghịch lƣu pha m=0.75, f =7000Hz Dạng sóng dòng điện tải nghịch lƣu pha m=0.75, f =7000Hz Sơ đồ điện áp, dòng điện tải kiểm tra sóng hài m=0.75, fVc =7000Hz Mơ hình phần mềm điều khiển nghịch lƣu áp pha bậc Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Sơ đồmạch nguồn kích cho driver Hình 3.31 Sơ đồmạch cơng suất Hình 3.32 Hình 3.33 Dạng sóng tín hiệu điều khiển nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Dạng sóng điện áp nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Hình 3.37 Dạng sóng dịng điện nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Danh mục bảng Bảng Điện áp ngõ nghịch lƣu áp pha bậc Bảng Giá trị thông số tải nghịch lƣu áp pha bậc TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, Ngày 10tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHỊCH LƢU PHA BẬC ĐIỀU KHIỂN BẰNG CARD DSP - Mã số: T2014-13 - Chủ nhiệm: Ths.Đỗ Đức Trí - Cơ quan chủ trì:Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện:12 tháng Mục tiêu:  Xây dựng mơ hình hóa cho nghịch lƣu áp pha bậc  Xây dựng file mô cho nghịch lƣu áp pha bậc  Xây dựng chƣơng trình nhúng với mơ hình thực Tính sáng tạo:  Về lý thuyết: - Xây dựng phƣơng trình tốn, mơ hình tốn, luật điều khiển cho nghịch lƣu áp pha bậc - Luật điều khiển đại  Về thực tiễn: - Ứng dụng DSP điều khiển cho nghịch lƣu áp pha bậc điều khiển động pha không đồng bộ, tải đèn Kết nghiên cứu: - Xây dựng phƣơng trình tốn, mơ hình tốn, luật điều khiển cho nghịch lƣu áp pha bậc - Xây dựng file mô hệ thống cho nghịch lƣu áp pha bậc theo sở lý thuyết Sản phẩm:  01 file mô cho nghịch lƣu áp pha bậc  01 báo Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Cơ sở lý thuyết cho giảng dạy nghiên cứu - Ứng dụng kết mô nhúng vào mô hình thực thơng qua card DSP Chủ nhiệm đề tài Trƣởng Đơn vị (ký, họ tên) (ký, họ tên) INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Three phase Inverters two level controlled by card DSP F28335 Code number: T2014-13 Coordinator: Master DO DUC TRI Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technical Education Duration: from 01-2014 to 12-2014 Objective(s): - ModelingforThree phase Inverters two level - Making simulationfileforThree phase Inverters two level - Embedded program simulation for three phase Inverters two level controlled by card DSP F28335 Creativeness and innovativeness:  Theory Modeling, contructing mathematical model, DSPcontrol forthree phase Inverters two - level - Modern control  Practices - Applicatingthree phase Inverters two level controlled forthree phase motorsasynchronous Research results: Modeling, Contructing mathematical model, Using card DSPcontrol forthree phase - Inverters two level Making simulation file of three phase Inverters two level - Products: - 01Simulation file of three phase Inverters two level - 01article - 01 CD Simulation file of three phase Inverters two level Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - Theoretical basisforteachingand research - Applicatingthree phase Inverters two level controlled forthree phase motorsasynchronousembedded by DSPcard PHẦN MỞ ĐẦU Trongnhữngnămgầnđâykhoahọckỹthuậtvàcơngnghệpháttriểnrất vựcĐiện- Điệntửcũngkhơngnằm mạnhmẽ,lĩnh ngồitràolƣuđó.Chính khảnăngpháttriểnmạnhmẽnhƣvậyđãlàmnênqtrìnhchuyểnbiếnsâu sắccảvềlýthuyếtlẫnthựctiễntrongđờisốngkhoahọckỹthuậtvàcơngnghệ Tùy theo nhu cầu mục đích đối tƣợng mà ngƣời sử dụng chọn mạch điều khiển thích hợp Tuy nhiên mơi trƣờng giáo dục sở lý thuyết thực tiễn phải đôi với nhau, với nhu cầu vừa nêu Tác giả nghiên cứu nghịch lƣu áp pha bậc điều khiển cho động pha không đồng Ngồi đề tài cịn tiền đề để phát triển cho hệ nghich lƣu đa bậc mà giới quan tâm  Tính cấp thiết, mục đích nhiệm vụ đề tài Tính cấp thiết đề tài: Trong lĩnhvựckỹthuậthiệnđạingàynay,việcchếtạoracácbộnghịch lƣu cóchấtlƣợngđiệnápcao,kíchthƣớcnhỏgọnchocácthiếtbịsửdụngđiệnlà hếtsứccầnthiết Mặt khác với môi trƣờng giáo dục chế tạo mơ hình chƣa đủ, phải hội đủ sở lý thuyết rõ ràng đồng thời giữ cho mô hình xanh Dựa lý luận Tác giả đề xuất nghiên cứu chế tạo nghịch lƣu áp pha bậc điều khiển cho động pha không đồng hay thiết bị khác Mục tiêu nghiên cứu:  Xây dựng mơ hình hóa cho nghịch lƣu pha bậc  Xây dựng file mô cho nghịch lƣu áp ba pha hai bậc  Nhúng kết mơ cho mơ hình nghịch lƣu áp pha bậc Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Chọn Động pha không đồng nghịch lƣu áp pha bậc, xây dựng mô hình tốn, phƣơng trình tốn, file mơ nghịch lƣu áp pha bậc, kiểm chứng, đánh giá kết mơ phỏng, chế tạo mơ hình thực, nhúng chƣơng trình mơ xuống mơ hình thực Ý nghĩa khoa học, thực tiển đề tài: Hiện phịng thực tập điện tử cơng suất D505, D506 với mơ hình đóng nên phát triển khó Hiện công nghệ phần mềm, phần cứng phát triển cho phép ta điều khiển nhiều đối tƣợng khác cách thay đổi giải thuật mà phần cứng không 30 pha[ V] 0.5 Trạng thái áp điều khiển 0.5 0.5 0.005 Hình 3.16: Dạng sóng tín hiệu điều khiển ng 200 Trạng thái điện áp tải V] pha[ -200 200 -200 200 -200 0.01 Trạng thái dòng điện tải[A] -1 -2 -3 -4 0.01 Hình 3.18: Dạng sóng dịng điện tải ngh 31 Hình 3.19: Sơ đồ kiểm tra điện áp sóng hài tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.20: Sơ đồ kiểm tra dịng điện sóng hài tải nghịch lƣu pha bậc Hình 3.21: Sơ đồ kiểm tra điện áp sóng hài tải qua lọc bậc 32  Với thông số m=0.5, fabc=50Hz, fVc=900 Hz Tác giả nhận thấy sóng hài điện áp 123,68%, dịng điện= 95,21% tải lớn gây bất lợi cho tải 3.2.2.2 Kết mô m=0.6, fabc=50Hz, fVc=3000 Hz 200 -200 200 -200 Trạng thái điện áp tải V] pha[ 200 -200 Trạng thái dịng điện tải[A] Hình 3.22: Dạng sóng điện áp tải nghịch lƣu pha m=0.6, fVc=3000Hz Hình 3.23: Dạng sóng dịng điện tải nghịch lƣu pha m=0.6, f Vc=3000Hz Hình 3.24: Sơ đồ điện áp, dịng điện tải kiểm tra sóng hài m=0.6, fVc=3000Hz 33 Hình 3.25: Sơ đồ điện áp tải qua lọc kiểm tra sóng hài m=0.6, fVc=3000Hz Với thông số m=0.6, fabc=50Hz, fVc=3000 Hz Tác giả nhận thấy sóng hài điện áp  105,36%, dòng điện= 44,27% tải nhỏ lại nhƣng lớn 3.2.2.3 Với thông số m=0.75, fabc=50Hz, fVc=7000 Hz 200 3pha[ V] -200 thái điện áp tải 200 Trạng -200 200 -200 dòng điện áp tải A]pha[ Hình 3.26: Dạng sóng điện áp tải nghịch lƣu pha m=0.75, f Vc=7000Hz -1 Trạng thái -2 -3 Hình 3.27: Dạng sóng dịng điện tải nghịch lƣu pha m=0.75, fVc=7000Hz 34 Hình 3.28: Sơ đồ điện áp, dòng điện tải kiểm tra sóng hài m=0.75, fVc=7000Hz Với thơng số m=0.75, fabc=50Hz, fVc=7000 Hz Tác giả nhận thấy sóng hài điện áp 81,95%, dòng điện= 18,72% tải tƣơng đối chấp nhận đƣợc 35 3.3.Phần mềm mã hóa ngơn ngữ DSP mơ hình phần cứng 3.3.1 Chƣơng trình mã hóa nhúng vào mơ hình thực Do ngơn ngữ mơ Simulink Matlab thể kết mơ phỏng, cịn điều khiển mơ hình thực ta phải qua giai đoạn mã hóa ngơn ngữ Simulink Matlab tƣơng thích với ngơn ngữ DSP sau ta biên dịch nạp vào cardDSP điều khiển mơ hình thực Hình 3.29: mơ hình phần mềm điều khiểnbộ nghịch lƣu áp pha bậc 3.3.2.Phần cứng nghịch lƣu áp pha bậc 3.3.2.1Sơ đồ nguyên lý Hình 3.30: Sơ đồmạch nguồn kích cho driver 36 Hình 3.31: Sơ đồmạch kích cho driver Hình 3.32: Sơ đồmạch cơng suất 37 3.3.3 Kết nhúng vào mơ hình thực Hình 3.33: Dạng sóng tín hiệu điều khiển nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Hình 3.34: Dạng sóng điện áp nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Hình 3.35: Dạng sóng điện áp nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực 38 Hình 3.36: Dạng sóng điện áp pha nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Hình 3.37: Dạng sóng dịng điện nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực Hình 3.38: Dạng sóng dịng điện nghịch lƣu pha bậc mơ hình thực 39 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 5.1 Những đóng góp đề tài:  Về lý thuyết:  Xây dựng mo hình, phƣơng trình toán cho nghịch lƣu pha bậc  Xây dựng file mô cho nghịch lƣu pha bậc theo sở lý thuyết  Xây dựng chƣơng trình nhúng mơ hình thực để so sánh, đánh giá  Về thực tiễn:  Ứng dụng biến đổi nguồn chiều xoay chiều pha  Ứng dụng điều khiển động pha không đồng  Ứng dụng điều khiển thiết bị sử dụng điện áp xoay chiều 5.2 Hạn chế đề tài  Do thiết bị chƣa đầy đủ nên chất lƣợng sóng hài tải chƣa thấy rõ ràng để so sánh với kết mô  Do đề tài nghịch lƣu pha bậc nên sóng hài tải lớn 5.3Hƣớng phát triển đề tài Nghiên cứuthêm giải thuật điều khiển cho sóng hài nhỏ nhất, nghiên cứu thêm nghịch lƣu đa bậc nhƣ pha bậc Diode kẹp, pha bậc Cascade 40 Tài liệu tham khảo Nguyễn Văn Nhờ “Giáo trình điện tử công suất 1” Nha xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2002 Sinusoidal PWM Signal Generation Technique for Three Phase Voltage Source Inverter with Analog Circuit & Simulation of PWM Inverter for Standalone Load & Micro-grid System, Nazmul Islam Raju Mathematical Modelling of PV Module With multilevel 3-Ø inverter using SPWM technique for Grid application Lunavath Hemsingh 2013 Online Harmonic Elimination of SVPWM for Three Phase Inverter and a Systematic Method for Practical Implementation Nisha G K Research of Novel Three-phase Inverter and its Modulation Technique, Wang Shuwen, 2006 Hur Namho, Jung Junhwan, Nam K wanghee Fast Dynamic DC-link Power balancing Scheme for a PWM converter-inverter System[A] IECON’ 99 th Proceedings[C] The 25 Annual conference of the IEEE, 1999, 2:767~772 Jung Jinhwan, Lim Sunkyoung, Nam Kwanghee A Feed-back Linearizing Control Scheme for a PWM Converter –inverter Having a very Small DC-link Capacitor[J].IEEE Trans on Ind Appl., 1999,35(5):1124~1131 M Depenbrock, “Pulsewidth control of a 3-phase inverter with nonsinusoidal phase voltages,” in Proc IEEE-IAS Int Semiconductor Power Conversion Conf., Orlando, FL, 1975, pp 389–398 41 ... mềm điều khiển nghịch lƣu áp pha bậc Hình 3. 24 Hình 3. 25 Hình 3. 26 Hình 3. 27 Hình 3. 28 Hình 3. 29 Hình 3. 30 Sơ đồmạch nguồn kích cho driver Hình 3. 31 Sơ đồmạch cơng suất Hình 3. 32 Hình 3. 33 Dạng... Hình 2. 9 Hình 2. 10 Hình 2. 11 Hình 2. 12 Hình 3. 1 Hình 3. 2 Hình 3. 3 Hình 3. 4 Hình 3. 5 Hình 3. 6 Hình 3. 7 Hình 3. 8 Hình 3. 9 Hình 3. 10 Hình 3. 11 Hình 3. 12 Hình 3. 13 Sơ đồ kết nối khối cơng suất Hình 3. 14... tốn nghịch lƣu pha bậc 2. 2.1 Phƣơng trình tốn nghịch lƣu pha bậc 2. 2 .2 Giải thuật tính tốn Udkj cho trƣớc áp tải pha 2. 2 .3 Các phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu áp 2. 2.4 Kỹ thuật điều