Mô tả:
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH LONG
BỘ NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP 3 PHA 3 BẬC NPC
CÂN BẰNG TỤ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202
SKC 0 0 6 2 4 1
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH LONG
BỘ NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP 3 PHA 3 BẬC NPC
CÂN BẰNG TỤ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG
Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 11/2018
Trang ii
%Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7
7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+
3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ
'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ
7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭX%ӝQJKӏFKOѭXWăQJiSSKDEұF13&FkQEҵQJWө
7rQWiFJLҧ 1*8<ӈ17+$1+/21*
MSHV: 1780650
Ngành: .ӻWKXұWÿLӋQ
Khóa: 2017
Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ
+ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 3*676+XǤQK&KkX'X\
&ѫTXDQF{QJWiF 7UѭӡQJĈҥLKӑF&{QJQJKӋ7S+ӗ&Kt0LQK
ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ 0938 707 507
,é.,ӂ11+Ұ1;e7
9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ
+uQKWKӭFYjNӃWFҩXFӫDOXұQYăQOjFyWKӇFKҩSQKұQ
9ӅQӝLGXQJ
2.1. Nh̵n xét v͉Àб
ǡÙǡЛ
Л
ǡï
ЪOX̵QYăQ
/XұQYăQFyJLiWUӏNKRDKӑF
2.2. Nh̵±¯Ю
уоЦ
À
РЪМ
прк
ׯï¯а
Ю
пСлфÀЮ
+ӑFYLrQÿmWUtFKGүQFiFNӃWTXҧQJKLrQFӭXYjWjLOLӋXWKDPNKҧRÿ~QJWKHRTX\ÿӏQK
2.3. Nh̵±Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng trong LVTN
0өFWLrXYjSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXOjFyWKӇFKҩSQKұQ
2.4. Nh̵n xét T͝ng quan cͯ¯͉ tài
7әQJTXDQFӫDÿӅWjLOjSKKӧS
2.5. С±¯͉ n͡Ƭ
Нрн
п
1ӝLGXQJYjFKҩWOѭӧQJFӫDOXұQYăQOjFyWKӇFKҩSQKұQ
2.6. С±¯͉ kh̫£ͱng dͭǡах
Э
ͯ¯͉ tài
/XұQYăQFyJLiWUӏWKӵFWLӉQWURQJJLDLÿRҥQQJjQKF{QJQJKLӋSQăQJOѭӧQJWiLWҥRÿDQJSKiWWULӇQ
2.7. Lu̵£
О
Яуǡефз¿ȋ͇t sót và t͛n t̩i):
/XұQYăQFҫQSKҧLSKkQWtFKFKLWLӃWKѫQFiFNӃWTXҧP{SKӓQJYjWKӵFQJKLӋP
3KҫQSKөOөF3KҫQPӅPOұSWUuQKQrQ[HP[pWNK{QJÿѭDYjROXұQYăQ
II. CÁC VҨ0ӄ CҪN LÀM RÕ
&iFFkXK͗LFͯDJL̫QJYLrQSK̫QEL͏Q
1*LҧLWKXұWNLӇPVRiWPҩWFkQEҵQJÿLӋQiS'&OLQNFӫDEӝQJKӏFKOѭX3 pha 3EұF13&ÿѭӧFWKӇKLӋQQKѭ
WKӃQjRWURQJOXұQYăQӣNӃWTXҧP{SKӓQJYjWKӵFQJKLӋP
2ĈӅQJKӏKӑFYLrQWUuQKEj\FiFKOӵDFKӑQEӝFiFWK{QJVӕÿLӋQWUӣÿLӋQFҧPYjÿLӋQGXQJWURQJP{
SKӓQJ"
37ҥLVDRKӑFYLrQOӵDFKӑQÿLӋQiSQJ}UDOj110 V?
Ǥ0
TT
0өFÿiQKJLi
ĈiQKJLi
ĈҥW
1
7tQKNKRDKӑFU}UjQJPҥFKOҥFNK~FFKLӃWWURQJOXұQYăQ
x
2
x
3
ĈiQKJLiYLӋFVӱGөQJKRһFWUtFKGүQNӃWTXҧ1&FӫDQJѭӡLNKiFFyÿ~QJTXL
ÿӏQKKLӋQKjQKFӫDSKiSOXұWVӣKӳXWUtWXӋ
0өFWLrXQJKLrQFӭXSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXVӱGөQJWURQJ/971
4
7әQJTXDQFӫDÿӅWjL
x
5
ĈiQKJLiYӅQӝLGXQJ FKҩWOѭӧQJFӫD/971
x
6
ĈiQKJLiYӅNKҧQăQJӭQJGөQJJLiWUӏWKӵFWLӉQFӫDÿӅWjL
x
Không
ÿҥW
x
0Н
±ȋȌØг0
Ǥϸϯ
*L̫QJYLrQSK̫QEL͏QJKLU}êNL͇Q³7iQWKjQKOX̵QYăQ” hay “.K{QJWiQWKjQKOX̵QYăQ”)
7iQWKjQKOXұQYăQ
73+&0QJj\WKiQJQăP
1JѭӡLQKұQ[pW
.ê JKLU}KӑWrQ
3*676+XǤQK&KkX'X\
%Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7
7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+
3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ
'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ
7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭX%ӝQJKӏFKOѭXWăQJiSSKDEұF13&FkQEҵQJWө
7rQWiFJLҧ 1*8<ӈ17+$1+/21*
MSHV: 1780650
Ngành: .ӻWKXұWÿLӋQ
Khóa: 2017
Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ
+ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 76/r0ӻ+j
&ѫTXDQF{QJWiF .KRDĈLӋQĈLӋQWӱ
ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ 0938 811 201
,é.,ӂ11+Ұ1;e7
9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ
+uQKWKӭFYjNӃWFҩXOXұQYăQKӧSOêOXұQYăQÿѭӧFWUuQKEj\WKjQKFKѭѫQJEDRJӗPWәQJTXDQFѫVӣOê
WKX\ӃWP{SKӓQJWKӵFQJKLӋPYjÿiQKJLiNӃWTXҧ
9ӅQӝLGXQJ
2.1. Nh̵n xét v͉Àб
ǡÙǡЛ
Л
ǡï
ЪOX̵QYăQ
/XұQYăQÿѭӧFWUuQKEj\U}UjQJPҥFKOҥF9ҩQÿӅJLҧLTX\ӃWWURQJÿӅWjLÿѭӧFWUuQKEj\FyWtQKNKRDKӑF
2.2. Nh̵±¯Ю
уоЦ
À
РЪМ
прк
ׯï¯а
Ю
пСлфÀЮ
/XұQYăQWUtFKGүQQKӳQJWjLOLӋXWKDPNKҧRFKLWLӃWYjÿҫ\ÿӫ
2.3. Nh̵±Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng trong LVTN
0өFWLrXQJKLrQFӭXU}UjQJ3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXGӵDWUrQFѫVӣOêWKX\ӃWFyP{SKӓQJYjWKӵF
QJKLӋPWUrQP{KuQKWKӵFWӃQrQÿӝWLQFұ\FDR
2.4. Nh̵n xét T͝ng quan cͯ¯͉ tài
7әQJTXDQFySKkQWtFKQKӳQJQJKLrQFӭXOLrQTXDQÿҫ\ÿӫEDRJӗPQKӳQJFұSQKұWPӟLQKҩWYӅOƭQKYӵF
này
2.5. С±¯͉ n͡Ƭ
Нрн
п
1ӝLGXQJYjFKҩWOѭӧQJOXұQYăQÿҥW\rXFҫXÿӫKjPOѭӧQJFӫDPӝWOXұQYăQWKҥFVӻ
2.6. С±¯͉ kh̫£ͱng dͭǡах
Э
ͯ¯͉ tài
ĈӅWjLFyWtQKWKӵFWLӉQFDR
2.7. Lu̵£
О
Яуǡефз¿ȋ͇t sót và t͛n t̩i):
&KӍQKVӱDKuQKWKӭFWUuQKEj\EDRJӗP&KӍQKVӱDFiFFKӳYLӃWGҥQJILOHҧQKFiFKuQKҧQKVӱGөQJFҫQU}
QpWKѫQNK{QJÿӇFiFNKRҧQJWUӕQJWURQJEjLYLӃW
II. CÁC VҨ0ӄ CҪN LÀM RÕ
&iFFkXK͗LFͯDJL̫QJYLrQSK̫QEL͏Q
1*LҧLWKtFKѭXÿLӇPFӫDEӝQJKӏFKOѭXWăQJip 3EұF13&TXDVLVZLWFKERRVW"
2&KҩWOѭӧQJEӝQJKӏFKOѭXÿiSӭQJQKѭWKӃQjRNKLWKD\ÿәLORҥLWҧLYjF{QJVXҩWWUrQWҧL"
Ǥ0
TT
0өFÿiQKJLi
ĈiQKJLi
ĈҥW
1
7tQKNKRDKӑFU}UjQJPҥFKOҥFNK~FFKLӃWWURQJOXұQYăQ
x
2
x
3
ĈiQKJLiYLӋFVӱGөQJKRһFWUtFKGүQNӃWTXҧ1&FӫDQJѭӡLNKiFFyÿ~QJTXL
ÿӏQKKLӋQKjQKFӫDSKiSOXұWVӣKӳXWUtWXӋ
0өFWLrXQJKLrQFӭXSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXVӱGөQJWURQJ/971
4
7әQJTXDQFӫDÿӅWjL
x
5
ĈiQKJLiYӅQӝLGXQJ FKҩWOѭӧQJFӫD/971
x
6
ĈiQKJLiYӅNKҧQăQJӭQJGөQJJLiWUӏWKӵFWLӉQFӫDÿӅWjL
x
Không
ÿҥW
x
0Н
±ȋȌØг0
Ǥϸϯ
*L̫QJYLrQSK̫QEL͏QJKLU}êNL͇Q³7iQWKjQKOX̵QYăQ” hay “.K{QJWiQWKjQKOX̵QYăQ”)
7iQWKjQKOXұQYăQ
73+&0QJj\WKiQJQăP
1JѭӡLQKұQ[pW
.ê JKLU}KӑWrQ
76/r0ӻ+j
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Long Xuyên, ngày
tháng 9 năm 2018
Nguyễn Thanh Long
Trang iv
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy TS. Nguyễn Mạnh Hùng đã tận
tình hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi
trường học tập tốt cho tôi.
Xin cảm ơn Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành
Phố Hồ Chí Minh và Ths. Đỗ Đức Trí đã hỗ trợ sử dụng phòng thí nghiệm Điện tử
công suất nâng cao D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Cảm ơn các anh chị em và bạn bè đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.
Học viên
Nguyễn Thanh Long
Trang v
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài tập trung khảo sát, phân tích mạch nghịch lưu tăng áp và giải thuật kiểm
soát mất cân bằng điện áp DC-link của bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC.
Đề tài thực hiện xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC. Mô hình được
thực hiện dựa trên việc sử dụng card DSP F28335 với kỹ thuật lập trình nhúng từ
phần mềm biên dịch Code Composer Studio V6.0.1 để nạp chương trình vào card
DSP F28335. Sau khi được nạp chương trình card DSP F28335 sẽ kết hợp với vi
mạch FPGA để tạo ra các xung kích đóng, mở các IGBT tạo ra điện áp xoay chiều 3
pha.
Thuật toán được xây dựng và mô phỏng trên PSIM, sử dụng cảm biến áp để
thu thập điện áp DC-link về card điều khiển DSP TMS320F28335 tạo thành vòng
điều khiển kín để cân bằng điện áp trên 2 tụ DC.
Trang vi
ABSTRACT
The study focused on inverting the circuit analysis and controlling the voltage
imbalance DC link of the three-phase three-level NPC inverter.
The three-phase three-level NPC inverter model. The model is based on using
the F28335 DSP card with embedded programming technology from the Composer
software Code Composer Studio V6.0.1 to load the program into the DSP F28335
card. After charging, the F28335 DSP card is combined with the FPGA chip to create
closed, open IGBTs that generate three-phase AC voltages.
The algorithm developed and simulated at PSIM uses voltage sensing to
collect the DC link voltage to the TMS320F28335 DSP controller. It creates a closedloop control to balance the voltage between two DC capacitors.
Trang vii
MỤC LỤC
TRANG
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................. xivv
............................................................................................1
Tổng quan.............................................................................................................1
Các kết quả nghiên cứu đã công bố .....................................................................6
Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .................................................................9
1.3.1. Nhiệm vụ ...........................................................................................................9
1.2.2. Giới hạn .............................................................................................................9
Phương pháp nghiên cứu......................................................................................9
...............................................................................11
Tổng quan về bộ nghịch lưu áp ..........................................................................11
2.1.1. Giới thiệu tổng quan ........................................................................................11
2.1.2. Bộ nghịch lưu áp .............................................................................................11
2.1.3. Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu đa bậc .......................................12
Bộ nghịch lưu áp NPC .......................................................................................12
2.2.1. Bộ nghịch lưu áp NPC ba bậc .........................................................................12
2.2.2. Nhận xét ..........................................................................................................14
2.3. Nghịch lưu ba bậc NPC quasi switch boost .......................................................14
2.3.1. Giới thiệu mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc quasi switch boost ...........................14
2.3.2. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................15
2.3.2.1 Trạng thái không ngắn mạch 1 (NST1) ........................................................15
Trang viii
2.3.2.2. Trạng thái không ngắn mạch 2 (NST2) .......................................................16
2.3.2.3. Trạng thái ngắn mạch (ST) ..........................................................................17
2.4. Phân tích trạng thái hoạt động ổn định ..............................................................18
2.5. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ................................................18
2.5.1. SPWM với kiểu bố sóng mang dịch pha .........................................................20
2.5.2 SPWM với kiểu bố sóng mang dịch mức ........................................................21
2.5.3. Phương pháp điều khiển bằng Vector không gian (SVPWM) ........................22
2.5.3.1. Khái niệm Vector không gian ......................................................................22
2.5.3.2. Vector không gian của bộ nghịch lưu đa áp đa bậc .....................................23
2.5.4. Điều khiển PWM cho bộ nghịch lưu tăng áp 3 bậc NPC quasi switch boost .25
2.6. Cân bằng tụ ........................................................................................................26
2.6.1. Hiện tượng mất cân bằng áp tụ .......................................................................26
2.6.2. Giải thuật cân bằng tụ ....................................................................................27
...................................................................................................................29
Xây dựng mô hình ..............................................................................................30
Kết quả mô phòng ..............................................................................................33
..............................................................................................31
Những vấn đề đã thực hiện được .......................................................................40
Những hạn chế ...................................................................................................40
.........................................................................................41
..................................................................................................................44
Giới thiệu phần mềm lập trình Code Composer Studio ........................................44
Giới thiệu ...............................................................................................................44
Trang ix
Hướng dẫn download ............................................................................................44
Hướng dẫn cài đặt..................................................................................................44
Viết chương trình cho hệ thống.............................................................................53
Trang x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DSP: Digital Signal Processing
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
UPS: Uninterruptible Power Supply
PV: Photovoltaics
MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
NPC: Neutral Point Clamped
SCR: Silicon Controlled Rectifier
BJT: Bipolar Junction Transistor
GTO: Gate Turn-Off Thyristor
EMI: Electromagnetic Interference
USB: Universal Serial Bus
CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
DMA: Direct Memory Access
ADC: Analog to Digital Converter
MCBSP:Multichanel Buffered Serial Port
EPWM: Enhanced Pulse Width Modulator
HRPWM: High Resolution Pulse Width
PWM: Pulse Width Modulator
GPIO: General Purpose IO
SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulator
SPWM: Sin Pulse Width Modulator
Trang xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống năng lượng tái tạo ..............................................................1
Hình 1.2: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp 3 pha 3 bậc NPC .............................................2
Hình 1.3: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp điều khiển động cơ công suất trung bình .......3
Hình 1.4: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp thông thường ...................................................3
Hình 2.5 Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp tăng áp bằng bộ DC-DC hay máy biến áp .......3
Hình 1.6: Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC nguồn Z ..............................................4
Hình 1.7: Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC q-ZSI...................................................5
Hình 1.8: Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC qSBI ....................................................5
Hình 2.1: Cấu trúc của nghịch lưu NPC ba bậc tải RL hình Y. ................................12
Hình 2.2: Cấu trúc của nghịch lưu 3 pha 3 bậc tăng áp NPC ...................................14
Hình 2.3: Sơ đồ tương đương tăng áp 3 bậc NPC ở trạng thái không ngắn mạch 1.16
Hình 2.4: Sơ đồ tương đương tăng áp 3 bậc NPC ở trạng thái không ngắn mạch 2.16
Hình 2.5: Sơ đồ tương đương tăng áp 3 bậc NPC ở trạng thái ngắn mạch ..............17
Hình 2.6: Tín hiệu điều khiển theo phương pháp SinPWM .....................................19
Hình 2.7: Phương pháp SPWM với kiểu bố trí sóng mang PSC ..............................21
Hình 2.8: Các dạng của CPWM dùng sóng mang dịch mức ....................................22
Hình 2.9: Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu 3 bậc .............................................24
Hình 2.10: Điều khiển PWM cho bộ nghịch lưu tăng áp 3 bậc NPC .......................26
Hình 2.11: Hiện tượng mất cân bằng điện áp trên các tụ ..........................................27
Hình 2.12: Giải thuật cân bằng điện áp trên các tụ ..................................................27
Hình 3.1: Sơ đồ mô hình thực nghiệm nghịch lưu tăng áp NPC 3 bậc và cân bằng
điện áp trên tụ ............................................................................................................29
Hình 3.2: Mô hình thực nghiệm nghịch lưu tăng áp NPC 3 bậc và cân bằng điện áp
trên tụ.........................................................................................................................30
Hình 3.3: Mạch công suất bộ nghịch lưu tăng áp NPC 3 bậc ...................................30
Hình 3.4: Card điều khiển DSP .................................................................................31
Hình 3.5: Mạch đệm, đảo ..........................................................................................31
Trang xii
Hình 3.6: Mạch kích nguồn IGBT ...........................................................................32
Hình 3.7: Mạch cảm biến áp ....................................................................................32
Hình 3.8: Kết quả mô phỏng điện áp ngõ ra khi ở tần số thấp .................................34
Hình 3.9: Tín hiệu điều khiển và điện áp DC-link khi ở tần số cao .........................34
Hình 3.10: Độ méo dạng sóng hài THD của dòng điện và điện áp ..........................35
Hình 3.11: Kết quả thực nghiệm điện áp pha trung tính tải VAN và điện áp pha trung
tính nguồn VAO .........................................................................................................36
Hình 3.12: Kết quả thực nghiệm điện áp dây VAB và dòng điện tải IR .....................36
Hình 3.13: Kết quả thực nghiệm điện áp ngõ vào Vg, điện áp trên tụ VC1, VC2 và
dòng điện ngõ vào IL ở tần số cao .............................................................................36
Hình 3.14: Kết quả thực nghiệm tín hiệu điều khiển T1 và T2 ..................................37
Hình 3.15: Kết quả thực nghiệm dòng điện IL ngõ vào ở tần số thấp, điện áp trên
diode VD1, VD2 và điện áp DC-link ...........................................................................37
Hình 3.16: Kết quả thực nghiệm THD dòng điện ....................................................37
Hình 3.17: Kết quả thực nghiệm điện áp trên tụ VC1 và VC2 ....................................38
Trang xiii
- Xem thêm -