Quy trình thao tác

Hình 4.24 Quy trình thao tác

Hình 4.24 Mô tả quy trình thao tác toàn hệ thống. Máy tính là nơi soạn chương trình, lập trình download chương trình xuống các mạch điều khiển DSP và FPGA, với bộ chuyển đổi nguồn tương ứng sẽ ra bộ nguồn ổn định 12vdc và 5vdc nhằm nuôi kit DSP, FPGA và mạch kích.

Sau khi cài đặt các nguồn và kit điều khiển thì sẽ bắt đầu vận hành hệ thống theo quy trình. Máy tính Mạch điều khiển DSP-FPGA Nguồn 12V và 5V Mạch kích Nguồn điện Nguồn VIN đầu vào Mạch công suất

Chương 5 KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả thực nghiệm các xung kích

Kết quả thực nghiệm được thực hiện trên tải RL (gồm tải R mắc nối tiếp với L) và trên tải động cơ.

Hình 5.1 trình bày kết quả thực nghiệm dạng xung điều khiển bốn khóa pha a sau khi đã kết hợp với xung ngắn mạch. Tính từ trên xuống dưới, ta có được các xung điều khiển của các khóa là S1a1, S1a2, S2a1, S2a2. Các xung này được phóng to tương ứng ở hình 5.2, kết quả này phù hợp với kết quả đã phân tích ở phần lý thuyết và kết quả mô phỏng ở hình 4.12 và hình 4.13

Sau khi kiểm tra xung điều khiển các khóa đúng với phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng ở hình 4.12 thì chúng ta tiến hành thực hiện kết nối với tải.

Hình 5.1 Kết quả thực nghiệm dạng xung điều khiển bốn khóa pha a tính từ trên

Hình 5.2 Kết quả thực nghiệm dạng dạng xung điều khiển bốn khóa pha a tính từ

trên xuống dưới: S1a1, S1a2, S2a1, S2a2 (phóng to)

5.1 Kết quả thực nghiệm của tải RL chưa có hồi tiếp (R=50Ω, L=50 mH)

Hình 5.3 trình bày kết quả thực nghiệm của điện áp ngõ vào Vdc, điện áp trên tụ Vc, điện áp ngõ ra đo trên tải R của pha a cho thấy khi ngõ vào là Vdc = 45 V thì điện áp trên tụ là Vc = 110V phù hợp với kết quả mô phỏng 112,8V (sai số 1.2%) và kết quả theo lý thuyết ở công thức (3.6) là 112.5V (sai số 1.1%). Biên độ điện áp Vm trên tải R của pha a đo được là 78V phù hợp với kết quả mô phỏng đã trình bày ở hình 4.20 là 80V (sai số 3.2%) và kết quả lý thuyết theo công thức (3.8) là 78.7V (sai số 2.4%).

Tần số điện áp ngõ ra trên tải của pha a là 50Hz (chu kỳ T=2*10ms nên f=1/T=50Hz) bằng với tần số sóng điều khiển.

Hình 5.3 Kết quả thực nghiệm tính từ từ trên xuống: dạng sóng điện áp ngõ vào

Vdc, điện áp trên tụ Vc, điện áp ngõ ra đo trên tải R của pha a.

Hình 5.4 trình bày kết quả thực nghiệm tính từ trên xuống: dạng sóng dòng điện qua cuộn dây IL, điện áp trên tụ Vc, điện áp DC_Link Vpn cho ta thấy điện áp Vpn là các xung áp có biên độ bằng với điện áp trên tụ Vc, dòng điện qua cuộn dây IL là có độ nhấp nhô (ripple) bằng 0.2A. Hình 5.5 trình bày kết quả của ba dạng sóng này được phóng to cho thấy được quá trình nạp xả của cuộn dây trong khoảng thời gian ngắn mạch và không ngắn mạch như sau: trong khoảng thời gian ngắn mạch thì điện áp Vpn bằng không, tụ điện xả, cuộn dây tích trữ năng lượng nên dòng điện qua cuộn dây IL tăng, trong khoảng thời gian không ngắn mạch thì điện áp Vpn bằng điện áp trên tụ Vc, tụ điện nạp điện, cuộn dây truyền năng lượng đến mạch nghịch lưu nên dòng điện qua cuộn dây IL giảm. Kết quả đúng với kết quả đã phân tích ở phần lý thuyết.

Hình 5.4 Kết quả thực nghiệm tính từ trên xuống: dạng sóng dòng điện qua cuộn

dây IL, điện áp trên tụ Vc, điện áp DC_Link Vpn.

Hình 5.5 Kết quả thực nghiệm tính từ trên xuống: dạng sóng dòng điện qua cuộn

dây IL, điện áp trên tụ Vc, điện áp DC_Link Vpn (phóng to)

Hình 5.6 trình bày kết quả thực nghiệm dạng sóng điện áp ba pha đo trên tải RL, qua kết quả đo được ta thấy điện áp ba pha ngõ có biên độ là 110V đúng với

kết quả đo được ở phần mô phỏng trên hình 4.14 là 112.8V (sai số 1.2%) và đúng với kết quả lý thuyết ở công thức (3.6) và (3.7) là 112.5V (sai số 1.1%), biên độ này bằng với điện áp DC_Link Vpn theo công thức (3.8), điện áp pha a, b, c lệch

pha nhau 120o bằng với độ lệch pha của sóng điều khiển như đã phân tích.

Hình 5.6 Kết quả thực nghiệm tính từ trên xuống: dạng sóng điện áp pha a, b, c đo

trên tải RL

Hình 5.7 trình bày kết quả thực nghiệm dạng sóng điện áp ba pha đo trên tải R cho ta thấy được điện áp ba pha trên tải có dạng sin ba pha, biên độ là Vm = 65V,

lệch pha nhau 120o, có tần số là 50Hz (chu kỳ gồm 4 ô, mỗi ô là 5ms nên tần số

Hình 5.7 Kết quả thực nghiệm dạng sóng điện áp pha a, b, c trên tải R

Như vậy, qua các kết quả thực nghiệm chúng ta thấy được rằng với các thông số thực nghiệm theo bảng 4.3. Khi ta cấp điện áp DC ngõ vào là 45V thì điện áp DC_link bằng 110V, như vậy hệ số tăng áp DC – DC của mạch là:

110 2.44 45 Vc B Vdc

Khi so sánh với lý thuyết được tính theo công thức (3.6) thì

1 1 2.5 1 2 1 2 * 0.3 Vc B Vdc D

Hệ số tăng áp DC – AC của mạch theo thực nghiệm là

* 0.7*2.44 1.71

G M B

Khi so sánh với lý thuyết được tính theo công thức (3.8) là

* 0.7*2.5 1.75 G M B (5.1) (5.2) (5.3) (5.4)

5.2 Tải động cơ không đồng bộ ba pha 1Hp

Mạch thực nghiệm cấu hình đề xuất được thực hiện trên tải động cơ ba pha sáu đầu dây công suất 1Hp chạy không tải với các thông số điều khiển như ở bảng 4.3. Quá trình thực nghiệm được thực hiện như sau: ta tăng điện áp ngõ vào Vdc từ 0V đến 30V, ta đo điện áp ngõ vào Vdc, điện áp ngõ ra trên tụ Vc và dạng sóng điện áp pha a trên động cơ theo từng giá trị điện áp ngõ Vdc là 10V, 20V và 30V để kiểm tra hệ số của của mạch.

Khi hệ số boost của mạch là 2.5 (D=0.3) thì ta có kết quả như sau:

Hình 5.8 Kết quả thực nghiệm khi B=2.5 và Vdc=10.8V

Hình 5.8 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=10.8V thì điện áp trên tụ Vc=25.02V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=25.02/10.8=2.3.

Hình 5.9 Kết quả thực nghiệm khi B=2.5 và Vdc=21.4V

Hình 5.9 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=21.4V thì điện áp trên tụ 21.4Vc=50.09V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=50.09/21.4=2.4.

Hình 5.10 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=30.2V thì điện áp trên tụ 73.6Vc=50.09V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=73.6/30.2=2.4.

Khi thay đổi hệ số boost B=3.3(M=0.65 và D=0.35) thì, ta được các kết quả như sau:

Hình 5.11 Kết quả thực nghiệm khi B=3.3 và Vdc=21.2V

Hình 5.11 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=21.2V thì điện áp trên tụ Vc=64.95V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=64.95/21.2=3.1.

Hình 5.12 Kết quả thực nghiệm khi B=3.3 và Vdc=30.9V

Hình 5.12 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=30.9V thì điện áp trên tụ Vc=99.0V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=99.0/30.9=3.2

Hình 5.13 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=39.1V thì điện áp trên tụ Vc=148.4V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=148.4/39.1=3.8

Hình 5.14 Kết quả thực nghiệm khi B=3.3 và Vdc=59.2V

Hình 5.14 cho ta thấy kết quả thực khi ngõ vào Vdc=59.2V thì điện áp trên tụ Vc=222.2V. như vậy hệ số boost theo thực nghiệm là B=222.2/59.2=3.7

Như vậy, qua các kết quả đo được, chúng ta thấy rằng mạch hoạt động tốt khi ngõ vào là 59.2V và có hệ số boost ổn định.

5.3 Tải RL có hồi tiếp (R=150Ω và 77Ω, L=150 mH)

Kênh CH1 điện áp trên 1 pha Kênh CH2 dòng điện qua tải

- Điện áp ngõ ra ra 27V

Khi có hồi tiếp áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R=77Ω sau đó thay đổi tải lên 150Ω thì dòng giảm nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi.

Hình 5.15 Thay đổi tải 77Ω lên 150Ω

Khi có hồi tiếp áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R=150Ω sau đó thay đổi tải xuống 77Ω thì dòng tăng nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi. (Hình 5.16).

Hình 5.16 Thay đổi tải 150Ω xuống 77Ω

Ngõ ra khi tải 150Ω chưa thay đổi (Hình 5.17).

- Điện áp ngõ ra ra 58V

Ngõ ra khi tải 150Ω chưa thay đổi (Hình 5.18).

Hình 5.18 Ngõ ra và dòng điện qua tải

Khi có hồi tiếp điện áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R=77Ω sau đó thay đổi tải lên 150Ω thì dòng giảm nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi.(Hình 5.19)

Hình 5.19 Thay đổi tải 77Ω lên 150Ω

Khi có hồi tiếp điện áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R=150Ω sau đó thay đổi tải xuống 77Ω thì dòng tăng nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi. (Hình 5.20).

Hình 5.20 Thay đổi tải 150Ω xuống 77Ω

- Điện áp ngõ ra ra 110V

Khi có hồi tiếp điện áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R=150Ω sau đó thay đổi tải xuống 77Ω thì dòng tăng nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi. (Hình 5.21).

Hình 5.21 Thay đổi tải 150Ω xuống 77Ω

Khi có hồi tiếp điện áp ổn định khi thay đổi tải, ban đầu tải R 77Ω sau đó thay đổi tải lên 150Ω thì dòng giảm nhưng điện áp ngõ ra vẫn không thay đổi. (Hình 5.22)

a. Điện áp DC link ổn

định 30V (trái) Điện áp vào 16V(phải)

b. Điện áp DC link ổn

định 30V (trái) Điện áp vào 17V(phải)

c. Điện áp DC link ổn

định 30V (trái) Điện áp vào 18V(phải)

Hình 5.22 Thay đổi tải 77Ω lên 150Ω

5.4 Tải động cơ không đồng bộ ba pha 1Hp có hồi tiếp ổn định ngõ ra

Hình 5.23 Điện áp DC link ổn định khi ngõ vào tăng từ 16 đến 18V

Hình a-b-c cho thấy khi điện áp DC link đúng như giá trị đặt mong muốn là 30v thì PID sẽ cân bằng và ổn định trong khoảng điện áp vào dù có thay đổi, ở đây sẽ ổn định khi thay đổi ngõ vào từ 16-18v.

Hình 5.24 Điện áp DC link ổn định 50v khi ngõ vào tăng từ 22 đến 27V a. DC link (trái)

điện áp ngõ vào 22v (phải)

b. DC link (trái)

điện áp ngõ vào 23v (phải)

c. DC link (trái)

điện áp ngõ vào 24v (phải)

d. DC link (trái)

Hình a,b,c,d cho thấy khi điện áp DC link đúng như giá trị đặt mong muốn là 50v thì PID sẽ cân bằng và ổn định trong khoảng điện áp vào dù có thay đổi, ở đây sẽ ổn định khi thay đổi ngõ vào từ 22-27v .

Hình 5.25 Điện áp DC link ổn định khi ngõ vào tăng từ 48 đến 52V a. Điện áp DC link (trái) ngõ

vào 48v (phải)

b. Điện áp DC link (trái) ngõ

vào 49v (phải)

c. Điện áp DC link (trái) ngõ

vào 50v (phải)

d. Điện áp DC link (trái) ngõ

Hình a,b,c,d cho thấy khi điện áp DC link đúng như giá trị đặt mong muốn là 110v thì PID sẽ cân bằng và ổn định trong khoảng điện áp vào dù có thay đổi, ở đây sẽ ổn định khi thay đổi ngõ vào từ 48-52v.

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận

 Mô hình “ NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG

CƠ 3 PHA 6 DÂY CÓ HỒI TIẾP” sử dụng bộ điều khiển DSP và FPGA điều khiển hệ thống thông qua bộ điều khiển PID, hoạt động ổn định đáp ứng được 90% yêu cầu đặt ra ban đầu.

 Mô phỏng được dạng sóng phù hợp với lý thuyết trình bày.

 Hoàn thành được mô hình thực tế và đã hoạt động theo yêu cầu ban đầu đề

ra.

 Ngõ ra AC đáp ứng được hoạt động của động cơ và thay đổi tải

6.2 Ưu và nhược điểm

6.2.1 Ưu điểm

 Cấu hình đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận hành hệ thống.

 Dễ dàng thay đổi hệ số điện áp đặt trên tụ nhằm ổn định điện áp đầu ra AC

cho phù hợp khi có nhu cầu.

 Các linh kiện trên mạch dễ dàng thay thế nếu gặp sự cố.

6.2.2 Nhược điểm

 Hồi tiếp điện áp và dòng điện tương đối chính xác khi điện áp cao.

 Sử dụng cảm biến áp sẵn có để đọc giá trị điện áp.

 Bộ nguồn hoạt động ổn định sai số ± 2V.

 Xuất hiện gai nhỏ dòng ở ngõ ra khi thay đỗi tải.

 Giải thuật điều khiển còn dài.

 Các sai số của thiết bị đo ảnh hưởng tới tính chính xác của kết quả.

 Trong quá trình thực hiện có xảy ra cháy nổ làm hư hỏng thiết bị.

6.3 Hướng phát triển

 Xây dựng mô hình với công suất cao hơn, đáp ứng nhanh hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hoàng Ngọc Văn “Giáo trình điện tử công suất”, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2013.

[2] Moises Tanca V. and Ivo Barbi “Nonisolated High Step-up Stacked DC-DC Converter Based on Boost Converter Elements for High Power Application”, ieeexplore.ieee.org, 2011.

[3] “Boost Converter”, http://www.learnabout-electronics.org.

[4] “Thuật toán PID trong điều khiển tự động”, https://www.stdio.vn, 2017.

[5] Võ Minh chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2005.

[6] Bùi Thanh Hiếu, “Nguyên cứu bộ nguồn ba pha cầu H gồm hai mạch NPC ba bậc”, Luận văn Thạc sỹ, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2013.

[7] Lương Hoàn Tiến, “Nguyên cứu, phát triển bộ nghịch lưu đa bậc giảm số lượng công tắc bán dẫn”, Luận văn Thạc sỹ, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2017.

[8] F.Z.Peng, “Z-source inverter,” IEEE Trans.Ind.Appl., vol.39, no.2, pp.504-510, March/April 2003.

[9] M.K.Nguyen, T.V.Le, S.J.Park, Y.C.Lim, “A Class of Quasi-Switched Boost Inverters”. IEEE transaction on industrial electronics, vol.62, no.3, pp.1526-1536, March 2015.

[10] N.Minh-Khai, “Cascaded five-level embedded-type switched boost inverter,” J. of Advanced Engineering and Technology., vol.7, no.9, pp.107-112, 2014.

[11] M.Alam, J.Jana and H.Saha, "Switched boost inverter applicable for solar photovoltaic system based micro-grid," 2016 2nd International Conference on

Control, Instrumentation, Energy & Communication (CIEC), Kolkata, 2016, pp. 422-426.

[12] M.K.Nguyen, Y.C.Lim, J.H.Choi and Y.O.Choi, "Trans-switched boost inverters," in IET Power Electronics, vol.9, no.5, pp.1065-1073, 4 20 2016.

[13] M.K.Nguyen, T.V.Le, S.J.Park, Y.C.Lim and J.Y.Yoo, "Class of high boost inverters based on switched-inductor structure," in IET Power Electronics, vol.8, no.5, pp.750-759, 5 2015.

[14] E.S.Asl, E.Babaei and M.Sabahi, "High voltage gain half-bridge quasi- switched boost inverter with reduced voltage stress on capacitors," in IET Power Electronics, vol.10, no.9, pp.1095-1108, 7 28 2017.

[15] M.K.Nguyen; Y.O.Choi, "PWM Control Scheme for Quasi-Switched-Boost Inverter to Improve Modulation Index," in IEEE Transactions on Power Electronics , vol.PP, no.99, pp.1-1, 2017.2717487.

[16] V.JAGAN; J.Kotturu; S.Das, "Enhanced-Boost Quasi-Z-Source Inverters with Two Switched Impedance Network," in IEEE Transactions on Industrial Electronics , vol.PP, no.99, pp.1-1, 2017.2688964

[17] V.Anusree and P.Saifunnisa, "Closed loop control of switched boost inverter," 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), Chennai, 2016, pp.3040-3044, 2016.7755259.

[18] Y.Jia,S.Zhang, L.Liu, S.Wang and C.Qie, "Improved switching boost inverter," 2016 IEEE 11th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), Hefei, 2016, pp.2468-2471, 2016.7604007.

[19] M.K.Nguyen, Y.C.Lim and S.J.Park, "A Comparison Between Single-Phase Quasi- $Z$-Source and Quasi-Switched Boost Inverters," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol62, no.10, pp.6336-6344, Oct.2015.

[20] M.R.Baiju, K.K Mohapatra, R.S.Kanchan and K.Gopakumar, "A dual two- level inverter scheme with common mode voltage elimination for an induction motor drive," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.19, no.3, pp.794- 805, May 2004.

PHỤ LỤC

* Kit DSP