Nghiên cứu điều khiển biến tầng 3 pha đa bậc dạng nối tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ NGỌC NAM NGHIÊN CỨU ÐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN PHA ÐA BẬC DẠNG NỐI TẦNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÔ NGỌC NAM NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN PHA ĐA BẬC DẠNG NỐI TẦNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÔ NGỌC NAM NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN PHA ĐA BẬC DẠNG NỐI TẦNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 LUẬN VĂN THẠC SĨ - GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Trường hợp 2: m=0,5 Hình 5.30: Điện áp pha nghịch lưu với m=0,5 Hình 5.31: Điện áp pha tải với m=0,5 Hình 5.32: Điện áp common-mode với m=0,5 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 89 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Hình 5.33: Phân tích FFT điện áp pha tải với m=0,5 - Trường hợp 3: m=0,866 Hình 5.34: Điện áp pha nghịch lưu với m=0,866 Hình 5.35: Điện áp pha tải với m=0,866 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Hình 5.36: Điện áp common-mode với m=0,866 Hình 5.37: Phân tích FFT điện áp pha tải với m=0,866 - Trường hợp 4: m=1 Hình 5.38: Điện áp pha nghịch lưu với m=1 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Hình 5.39: Điện áp pha tải với m=1 Hình 5.40: Điện áp common-mode với m=1  Để có nhìn trực quan hơn, số hình ảnh bảng biểu lập nhằm đối chiếu kết thực nghiệm mơ Hình 5.41: Điện áp pha nghịch lưu thực nghiệm mô với m =0,5 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Hình 5.42: Điện áp pha tải thực nghiệm mô với m=0,5 Hình 5.43: Điện áp common-mode thực nghiệm mơ với m=0,5 Hình 5.44: Điện áp pha nghịch lưu thực nghiệm mơ với m=0,866 HVTH: NGƠ NGỌC NAM 93 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Hình 5.45: Điện áp pha tải thực nghiệm mơ với m=0,866 Hình 5.46: Điện áp common-mode thực nghiệm mô với m=0,866 Bảng 5.2: Giá trị RMS điện áp pha tải mô thực nghiệm phương pháp sóng mang PD Mơ Thực nghiệm Sai lệch (V) (V) (%) 0,2 29,2 28,2 3,4 0,5 58,1 56 3,6 0,866 91,6 91,9 0,3 113,3 107 5,5 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 94 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Bảng 5.3: Giá trị đỉnh-đỉnh điện áp common-mode mô thực nghiệm phương pháp sóng mang PD Mơ Thực nghiệm Sai lệch (V) (V) (%) 0,2 ±53,3 ±56 4,8 0,5 ±53,3 ±56 4,8 0,866 ±53,3 ±55 4,8 ±53,3 ±54 1,3 Bảng 5.4: Giá trị RMS điện áp commom-mode mơ thực nghiệm phương pháp sóng mang PD  Mô Thực nghiệm Sai lệch (V) (V) (%) 0,2 25,3 25,4 0,4 0,5 24,9 23,9 0,866 25,3 25,9 2,3 25,2 25,2 Sóng hài mơ hình thực nghiệm đánh gia thơng qua phân tích chuỗi FFT điện áp pha tải: Hình 5.47: Sóng hài giá trị m=0,2 m=0,5 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Bảng 5.5: Giá trị THD điện áp pha tải thực nghiệm mô THDv THDv Sai số Thực nghiệm Mô (%) m=0,2 109,59 115,7 5,28 m=0.5 35,51 37 4,02 m=0.866 17,75 18,4 5,16 m=1 17,56 18,3 4,04 Nhận xét: - Qua phân tích FFT phần cứng thấy số điều chế tăng khiến biên độ sóng hài giảm rõ rệt (Hình 5.47) - Dựa vào kết so sánh giá trị THDv mô thực nghiệm (bảng 5.5) thấy sóng hài thực nghiệm mơ tương đối Tuy nhiên xuất sai số (cao 5,28%, thấp 4,02), sai số xuất khách quan linh kiện phần cứng nhiễu board mạch điện tử tải thực tế tải lý thuyết không hoàn toàn giống - Các sai số THD phần cứng thực nghiệm không lớn chấp nhận  Dựa vào hình (từ hình 5.41 đến 5.46) bảng (bảng 5.2, 5.3 5.4) rút nhận xét sau: - Dạng sóng điện áp ngịch lưu thực nghiệm mô tương đồng nhau, với m=0,5 sóng điện áp nghịch lưu hình thành bậc, cịn tăng lên m=0,866 hình thành bậc, tần số biên độ đỉnh-đỉnh gần tương đồng (hình 5.41 5.44) - Đối với điện áp pha tải, dạng sóng gần nhau, tăng số điều chế độ mịn sóng cao (hình 5.42 5.45), giá trị RMS gần giống nhau, có sai lệch điều kiện khách quan linh kiện điện tử HVTH: NGÔ NGỌC NAM 96 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ mô hình thực nghiệm, sai lệch cao 5,5% với m=1 sai lệch thấp 0,3 với m=0,866 (bảng 5.2) - Tương tự, điện áp common-mode, dạng sóng giống thực nghiệm mơ (hình 5.43 5.46), sai lệch lớn giá trị RMS 4,8% sai lệch nhỏ 1,3%, sai lệch lớn giá trị đỉnh-đỉnh 2,3% nhỏ 0% 5.4 Kết luận thực nghiệm Từ bước tính tốn xây dựng mơ hình thực nghiệm, xây dựng giải thuật, kết khảo sát nhận xét rút số kết luận chương sau:  Việc tính tốn, xây dựng mơ hình thực nghiệm đạt kết khả quan có tính xác cao, mơ hình thực nghiệm chạy ổn định đạt yêu cầu theo mục tiêu đề xuất  Giải thuật điều khiển xây dựng cho nghịch lưu cascade bậc dạng điều chế sin PWM với cách xếp sóng mang PD từ mơ nhúng thực nghiệm hoạt động xác ổn định  Các linh kiện mô lý tưởng, linh kiện thực tế có sai số dù hay nhiều nên kết thực nghiệm mơ có sai lệch với nhau, sai lệch khơng nhiều chấp nhận  Giải thuật điều khiển điều chế sin PWM cho nghịch lưu cascade bậc cho chất lượng điện áp tốt, tải động hoạt động ổn định suốt trình thử nghiệm Tuy nhiên với giải thuật điện áp commom – mode cịn cao, gây ảnh hưởng xấu động hoạt động lâu dài thực tế HVTH: NGÔ NGỌC NAM 97 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Luận văn tiến hành nghiên cứu nghịch lưu đa bậc dạng nối tầng, cụ thể nghịch lưu cascade bậc Các kết đạt bao gồm: - Phân tích cấu trúc nghịch lưu đa bậc bản, đánh giá ưu nhược điểm chúng xác định nghịch lưu cascade có lợi số thiết bị mạch dễ dàng thay đổi cấu trúc, số bậc Từ luận văn xác định dùng cấu trúc nghịch lưu cascade bậc để xây dựng mơ hình thực nghiệm - Phân tích phương pháp điều chế sin PWM cho nghịch lưu cascade bậc, xác định kiểu xếp sóng mang PD tốt để xây dựng vào giải thuật nhúng cho mơ hình thực nghiệm sau - Tìm hiểu xây dựng mơ hình mơ nghịch lưu casde bậc phần mềm matlab với kiểu xếp sóng mang APOD, POD PD cho kết hoàn toàn lý thuyết - Nghiên cứu, tính tốn chế tạo thành cơng mơ hình vật lý nghịch lưu cascade bậc với công suất 1,5 kW - Nghiên cứu xây dựng giải thuật nhúng với phương pháp điều chế sin PWM kiểu sóng mang PD phần mềm matlab r2016a cho card điều khiển TMS320F28335 mơ hình thực nghiệm - Mơ hình thực nghiệm có tính tin cậy cao, động chạy ổn định Các kết đo mơ hình thực nghiệm hồn tồn phù hợp với mơ lý thuyết 6.2 Hướng phát triển đề tài Từ đề nghiên cứu kết đạt được, luận văn nêu số tồn hướng phát triển sau: - Hạn chế phương pháp điều chế sóng mang sin PWM điện áp common – mode cao, hoạt động lâu dài ảnh hưởng đến động Vì vậy, HVTH: NGƠ NGỌC NAM 98 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ hướng phát triển nghiên cứu áp dụng giải thuật triệt tiêu điện áp common – mode - Mơ hình vật lý chạy tải động ổn định, hướng nghiên cứu bổ sung thêm giải thuật điều khiển động mặt như: khởi động mềm, điều khiển tốc độ, điều khiển chiều quay, hãm - Vì tính linh hoạt nghịch lưu cascade nên tiếp tục phát triển lên dạng cascade bậc HVTH: NGÔ NGỌC NAM 99 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dae-Woong Chung, Seung Ki Sul, “Minimum-Loss PWM Strategy for 3-Phase PWM Rectifier”, 28th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vol 2, pp 1020-1026, 1997 [2] Hag-Wone Kim, Nguyen Van Nho, Myung-Joong Youn, “Current Control of PM Synchronous Motor in Overmodulation Range”, Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Vol 1, pp 896-901, 2004 [3] K Komatsu, M Yatsu, et al, “New IGBT Modules for advanced Neutral-PointClamped -Level Power Converters”, International Power Electronics Conference, pp 523-527, 2010 [4] Lars Helle, “Modeling and Comparison of Power Converters for Doubly Fed Induction Generators in Wind Turbines”, Ph.D thesis; Aalborg university institute of energy technology [5] Nguyen Van Nho, Hong Hee Lee and Nguyen Huy Khuong, “Sinusoidal Based Step Pulse PWM Method in Cascade Multilevel Inverters”, Strategic Technology, the 1st International Forum on 2006, pp 322-325 [6] N.V.Nho, Q.T.Hai, H.H.Lee, “Carrier based Single-state PWM Technique of Minimised Vector Error in Multilevel Inverter”, Journal of Power Electronics (SCI-E), Vol.10 No.4, pp 357-364, 2010 [7] Nguyễn Văn Nhờ, “Điện tử công suất 1” NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [8] Phan Thanh Hoàng Anh, “Luận văn thạc sĩ” Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2009 [9] Lê Việt Dũng, “Luận văn thạc sĩ” trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2016 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 100 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ [10] Trần Quốc Hoàn, “Luận văn thạc sĩ” Trường đại học bách khoa Tp Hồ Chí Minh [11] Nguyễn Thanh Toàn, “Luận văn thạc sĩ” trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh [12] Bộ nghịch lưu biến tần Internet: http://tailieu.vn/doc/bo-nghich-luu-bobien-tan-569984.html, 15/4/2016 [13] Tính tốn thiết kế máy biến áp cho mạch nghịch lưu Internet: http://tailieu.vn/doc/tinh-toan-thiet-ke-may-bien-ap-cho-mach-nghich-luu612022.html, 20/12/2016 HVTH: NGÔ NGỌC NAM 101 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ 102 ... nghịch lưu áp hai bậc truyền thống, sử dụng ngày rộng rãi thực tiễn Chính tơi chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN PHA ĐA BẬC DẠNG NỐI TẦNG” Nghiên cứu đáp ứng thực tiễn nghiên cứu cho sinh... nghiên cứu điều khiển nghịch lưu đa bậc dạng nối tầng, thành phần chủ yếu cấu tạo nên biến tần Cụ thể, luận văn nghiên cứu cấu trúc loại nghịch lưu đa bậc để ưu nhược điểm loại, từ cấu trúc nối. .. phương pháp điều khiển điều chế sóng mang dạng sin Từ đó, tiến hành xây dựng mơ hình thực tế nghịch lưu pha đa bậc dạng nối tầng để điều khiển động pha không đồng 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài