Tài liệu điều khiển bộ chỉnh lưu điều rộng xung bằng phương pháp điều khiển công suất trực tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG LINH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 1 9 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP GVHD : PGS.TS NGUYỂN VĂN NHỜ HVTH : TRẦN QUANG LINH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ : 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG LINH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) Hình 3x4 I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Trần Quang Linh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/08/1985 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Nhân viên bảo trì điện Viên Tim TP Hồ Chí Minh Địa chỉ liên lạc: 19C Phạm Vấn phƣờng Phú Thọ Hòa quận Tân Phú TP.Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: 0838651586 Di động: 0948390811 Fax: Email:[email protected] II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 9/2003 đến 6/2008 Nơi học: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh. Ngành học: Công nghệ điện. Tên môn thi tốt nghiệp: Lý thuyết cơ sở, lý thuyết chuyên ngành, tƣ tƣởng Hồ Chí Minh & triết học Mac-Le. Ngày và nơi thi tốt nghiệp: 6/2008 tại Trƣờng Đại Học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh. 2.Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 8/2011 đến 8/2013 Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn: ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP Ngày và nơi bảo vệ luận văn: Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ. 3. Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B. i III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 9/2009 đến nay Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Viện Tim TP.Hồ Chí Minh Nhân viên bảo trì điện IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. ii LỜI CAM ĐOAN Tôi là TRẦN QUANG LINH, học viên lớp cao học ngành Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện niên khoá 2011-2013 sau hai năm học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là PGS.TS NGUYỂN VĂN NHỜ, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học thạc sĩ. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: " ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP". Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tp.Hồ Chí Minh, ngày ….tháng 4 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trần Quang Linh iii LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ đã nhiệt tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể Viện Tim đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi đi học. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trƣờng học tập tốt cho tôi. Xin cảm ơn các anh em học viên lớp TBM2011B ngành Thiết bị mạng và nhà máy điện cùng các anh chị học viên cùng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm B107 trƣờng Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã chia sẽ, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện kỹ thuật điều chế độ rộng xung bằng phƣơng pháp điều khiển công suất trực tiếp (PDC) nhằm điều khiển điện áp một chiều DC từ bộ nguồn 3 pha xoay chiều AC. Kỹ thuật điều chế (PWM) này sử dụng bởi phần mềm MATLAB nhằm kiểm tra các trạng thái hoạt động, thực hiện đối với tải R. So với bộ chỉnh lƣu cầu diode (bộ chỉnh lƣu truyền thống), bộ chỉnh lƣu với kỹ thuật điều chế độ rộng xung bằng phƣơng pháp điều khiển công suất trực tiếp (PDC) có hiệu suất tốt hơn bao gồm dòng điện đầu vào dạng hình sin, hệ số công suất bằng 1 và điện áp DC đầu ra ổn định cao... Do đó hiệu quả của hệ thống đƣợc cải thiện. Luận văn thực nghiệm trên phần cứng với IGBT STGW40N120K. Giải thuật điều khiển đề xuất đƣợc thực hiện trên vi xử lý điều khiển tín hiệu số DSP TMS320F 28335 với kỹ thuật lập trình nhúng từ mô hình mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK kết hợp chƣơng trình Code Composer Studio V3.3 tự động biên dịch ra ngôn ngữ C và nạp cho vi xử lý mà không cần phải lập trình lại. ABSTRACT This thesis analyzes the Pulse With Modulation technique of the Power Direct Control method (PDC) to control the DC voltage supplied by a three phase AC voltage source. PWM method used in this article is supported by MATLAB software to check the operating states, was tested with resistance load.In comparison to the diode brigde rectifier topology, the rectifier converter with PDC based PWM technique control yields better performance including sinusoidal input currents, unity power factor and highly stable DC output voltage... The system’s efficiency is thus improved considerably. A simulated model was builded on Matlab/Simulink software for calculating parameters and ensuring proposed algorithm. A experimental model, which using STGW40N120K IGBT and TI microprocessor DSP TMS320F28335, was established for validation. Control program was program on Simulink model then generate C-code and import to CCS software , micro processor automatically but not required reprogramming. v MỤC LỤC Trang tựa Trang Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn ............................................................................. Quyết định giao đề tài.............................................................................................. Lý lịch khoa học .....................................................................................................i Lời cam đoan....................................................................................................... iii Lời cảm tạ ............................................................................................................ iv Tóm tắt .................................................................................................................. v Mục lục ................................................................................................................ vi Danh sách các chữ viết tắt .................................................................................... ix Danh sách các hình ............................................................................................... xi Danh sách các bảng ............................................................................................. xv Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .............................................................................................. 1 1.1.1Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ................................................... 1 1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ........................................ 2 1.2 Mục đích của đề tài nghiên cứu ....................................................................... 3 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ...................................................................... 3 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BỘ CHỈNH LƢU 3 PHA 2.1 Tổng quan mạch chỉnh lƣu ba pha ................................................................... 5 2.2 Nguyên lý làm việc ......................................................................................... 7 2.3 Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh lƣu PWM ........................................... 9 Chƣơng 3 ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƢU ĐIỀU RỘNG XUNG PWM BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRỰC TIẾP CÔNG SUẤT(DPC) 3.1 Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ................................................ 10 3.1.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) ............................................................................... 11 3.1.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC ..................................... 12 vi 3.1.3 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất (DPC) ........................................................................................ 12 3.1.4 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VF-DPC .................................. 13 3.2 Bộ chỉnh lƣu điều rộng xung PWM bằng phƣơng pháptrực tiếp công suất DPC .............................................................................................. 14 3.3 Mô hình toán học điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM .............................................................................................. 15 3.3.1 Khối công suất ........................................................................................ 15 3.3.2 Chiến lƣợc điều khiển .............................................................................. 16 Chƣơng 4 MÔ PHỎNG BỘ NGUỒN AC/DC 3 PHA 4.1 Bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT .......................................................................... 31 4.1.1 Khối mạch động lực ................................................................................. 32 4.1.2 Bộ điều khiển . ......................................................................................... 35 4.1.3 Kết quả mô phỏng chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT ............................................ 36 4.2 Bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT (NPC 3 bậc). ................................................... 35 4.2.1 Khối mạch động lực ................................................................................. 46 4.2.2 Khối điều khiển ........................................................................................ 47 4.2.3 Kết quả mô phỏng chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT .......................................... 48 4.3 Phân tích thành phần hài ................................................................................ 55 4.4 Bảng so sánh của chỉnh lƣu 3 pha NPC – 2 bậc và 3 bậc................................ 57 Chƣơng 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM BỘ CHỈNH LƢU BA PHA BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP 5.1 Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm ............................................................. 58 5.2 Mô tả chi tiết mô hình thực nghiệm ............................................................... 60 5.2.1 Sơ đồ tổng quan mạch công suất .............................................................. 60 5.2.2 Mạch điều khiển....................................................................................... 63 5.2.2.1 Sơ đồ triển khai mạch kích xung......................................................... 63 5.2.2.2 Sơ đồ triển khai mạch cảm biến điện áp .............................................. 66 5.2.2.3 Sơ đồ triển khai mạch cảm biến dòng điện.......................................... 69 5.2.2.4 Sơ đồ triển khai mạch đệm bảo vệ DSP .............................................. 71 5.2.2.5 Kit DSP TMS320F28335 ................................................................... 71 vii Chƣơng 6 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRỰC TIẾP BỘ CHỈNH LƢU BA PHA BẰNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NHÚNG. 6.1 Giới thiệu thƣ viện lập trình nhúng của Matlab/Simulink............................... 76 6.2 Mô hình lập trình nhúng trên Matlab/simulink ............................................... 79 6.3 Kết quả thực nghiệm của bộ chỉnh lƣu ba pha ................................................ 84 6.4 Nhận xét ........................................................................................................ 94 6.5 Một số hình ảnh thực nghiệm tại phòng thí nghiệm ....................................... 96 Chƣơng 7 KẾT LUẬN 7.1 Kết luận ......................................................................................................... 97 7.2 Hƣớng phát triển của đề tài ............................................................................ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Current DC Direct Current ADC Analog-to-Digital Converter DSP Digital Signal Processor I/O Input/Output IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor GTO Gate-Turn-Off thyristor IGCT Integrated Gate Controlled Thyristor NPC Neutral Point Clamped PI Proportional-Integral PWM Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion PFC Power-Factor Correction CPWM Carrier Based Pulse Width Modulation IEC International Electrotechnical Commission POD Phase Opposition Dispostion VOC Voltage Oriented Control DPC Direct Power Control VFOC Virtual Flux Oriented FOC Field Oriented Control va,vb,vc Điện áp ba pha a,b,c ia, ib, ic Sa,Sb,Sc Dòng ba pha a, b, c Trạng thái đóng cắt của bộ biến đổi C Tụ lọc DC. R Điện trở tải. L Cuộn cảm Uref Điện áp nguồn tham chiếu Ua Điện áp nguồn pha A. Ia Dòng điện nguồn pha A. i(t), i Giá trị dòng điện tức thời ix p* Công suất tác dụng yêu cầu ptt Công suất tác dụng tức thời q* Công suất phản kháng yêu cầu qtt Công suất phản kháng tức thời S Công suất biểu kiến x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Mạch chỉnh lƣu ba pha .......................................................................... 6 Hình 2.2: Sáu vector điện áp cơ bản ...................................................................... 7 Hình 3.1: Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ...................................... 10 Hình 3.2: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC ................................... 11 Hình 3.3: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC ......... 12 Hình 3.4: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo DPC .................................... 13 Hình 3.5: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VF-DPC .............................. 13 Hình 3.6: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo DPC .................................... 14 Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chỉnh lƣu ba pha theo công suất trực tiếp ............ 16 Hình 3.8: Phân vùng vector cho phƣơng pháp điều khiển DPC ............................ 17 Hình 3.9: Các sector (n)....................................................................................... 18 Hình 3.10: Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế theo công suất yêu cầu P* .......................................................................................................... 19 Hình 3.11: Sơ đồ khối PI ..................................................................................... 20 Hình 3.12: Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT ............................................. 20 Hình 3.13: Phân vùng vector hệ trục tọa độ α – β ............................................... 22 Hình 3.14: Các vector điện áp làm thay đổi công suất tác dụng tức thời pi ........ 24 Hình 3.15: Các vector điện áp làm thay đổi công suất phản kháng tức thời qi ... 24 Hình 3.16: Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT ........................................... 25 Hình 3.17: Giản đồ vector điện áp bộ chỉnh lƣu 3 bậc.......................................... 27 Hình 3.18: Đơn giản hóa cấu trúc mạch chỉnh lƣu NPC 3 bậc ............................. 27 Hình 3.19: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 1......................... 28 Hình 3.20: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 2......................... 28 Hình 3.21: Mô hình hoạt động của chỉnh lƣu chế độ hoạt động 3......................... 29 Hình 4.1: Mô hình mô phỏng của bộ chỉnh lƣu ba pha 6IGBT ............................. 31 Hình 4.2: Mô hình mô phỏng khối nguồn ............................................................ 32 xi Hình 4.3: Nguồn ba pha và cửa sổ thông số cho mạch nguồn pha A ................... 32 Hình 4.4: Cửa sổ thông số của cuộn cảm L .......................................................... 33 Hình 4.5: Mô hình mô phỏng mạch công suất...................................................... 33 Hình 4.6: Tụ lọc C và tải R của bộ chỉnh lƣu ....................................................... 34 Hình 4.7: Cửa sổ thông số tụ lọc C và tải R ......................................................... 34 Hình 4.8: Khối hiển thị kết quả ............................................................................ 35 Hình 4.9: Khối nội suy ADC ............................................................................. 35 Hình 4.10: Khối điêu khiển.................................................................................. 35 Hình 4.11: Điện áp xoay chiều ba pha ................................................................. 36 Hình 4.12: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha ............................................ 36 Hình 4.13: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL1=120 ................ 37 Hình 4.14: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL2=90 .................. 37 Hình 4.15: Dạng sóng dòng điện xoay chiều ba pha với tải RL3=50 .................. 38 Hình 4.16: Dạng sóng dòng điện và điện áp pha A .............................................. 38 Hình 4.17: Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL1=120 ............................. 39 Hình 4.18 Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL2=90. ............................... 39 Hình 4.19: Phân tích FFT của dòng điện pha A tải RL3=50. .............................. 40 Hình 4.20: Dạng sóng cos. ................................................................................ 40 Hình 4.21 Dạng sóng công suất tính toán và công suất đặc Ptt,P*........................ 41 Hình 4.22: Dạng sóng công suất Ptt,Qtt ............................................................... 41 Hình 4.23: Dạng sóng điện áp vab và điện áp dạng bậc vab ................................... 42 Hình 4.24: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu Vdc khi quá độ và đóng tải...42 Hình 4.25: Dạng sóng dòng điện một chiều chỉnh lƣu Idc(A) .............................. 44 Hình 4.26: Mô hình mô phỏng của bộ chỉnh lƣu NPC 3bậc ................................. 45 Hình 4.27:Mạch công suất của bộ chinh lƣu 3 bậc ............................................... 46 Hình 4.28: Khối tải và cửa sổ thông số tụ lọc C và tải R ...................................... 47 Hình 4.29: Khối điều khiển.................................................................................. 47 Hình 4.30: Dạng sóng điện áp xoay chiều 3 pha .................................................. 48 Hình 4.31: Dạng sóng dòng điện xoay chiều 3 pha .............................................. 48 Hình 4.32: Dạng sóng dòng điện và điện áp pha A .............................................. 49 Hình 4.33: Dạng sóng điện áp dạng bậc vab ......................................................... 49 xii Hình 4.34: Dạng sóng công suất Ptt,Qtt ............................................................... 50 Hình 4.35: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu Vdc=Vdc1+Vdc2 ................. 50 Hình 4.36: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu cân bằng hai tụ Vdc1,Vdc2(V). .................................................................................................... 51 Hình 4.37: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu tụ 1 ....................................... 52 Hình 4.38: Dạng sóng dòng điện một chiều tải RL1 .............................................. 52 Hình 4.39: Dạng sóng điện áp một chiều chỉnh lƣu tụ 2 ....................................... 53 Hình 4.40: Dạng sóng dòng điện một chiều chỉnh lƣu tụ 2................................... 53 Hình 4.41: Dạng sóng cos. ................................................................................ 54 Hình 4.42: Phân tích FFT của dòng điện pha A ................................................... 54 Hình 4.43: Giao diện của tiện ích Powergui ......................................................... 56 Hình 4.44: Powergui cho phép quan sát các thành phần sóng hài dạng biểu đồ (Bar) ............................................................................................... 56 Hình 4.45: Powergui cho phép quan sát các thành phần sóng hài dạng dữ liệu (List) ....................................................................................................... 56 Hình 5.1: Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm .................................................... 58 Hình 5.2: Sơ đồ thực nghiệm tổng quan của bộ chỉnh lƣu 3 pha .......................... 59 Hình 5.3: Sơ đồ triển khai mạch công suất ........................................................... 60 Hình 5.4: Sơ đồ thi công mạch công suất ............................................................. 60 Hình 5.5: Sơ đồ nối dây mạch IGBT ................................................................... 61 Hình 5.6: Hình dạng và sơ đồ chân của IGBT STGW40N120KD ........................ 61 Hình 5.7: Sơ đồ thực tế mạch IGBT .................................................................... 62 Hình 5.8: Tụ HCGFA 1800F-450VDC .............................................................. 62 Hình 5.9: Sơ đồ thực tế tải R ............................................................................... 62 Hình 5.10: Sơ đồ tổng quan khối tạo xung ........................................................... 63 Hình 5.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ............................................................. 64 Hình 5.12: Thi công mạch nguồn ......................................................................... 64 Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý mạch lái các IGBT ................................................... 65 Hình 5.14: Thi công mạch lái các IGBT .............................................................. 66 Hình 5.15: Sơ đồ tổng quan mạch cảm biến áp .................................................... 66 Hình 5.16: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến áp .................................................... 67 xiii Hình 5.17: Thi công mạch cảm biến áp................................................................ 68 Hình 5.18: Sơ đồ tổng quan mạch cảm biến dòng ................................................ 69 Hình 5.19: Mạch cảm biến dòng sử dụng ACS712 .............................................. 70 Hình 5.20: Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến ACS712 ................................... 70 Hình 5.21: Sơ đồ mạch đệm bảo vệ DSP ............................................................. 71 Hình 5.22: Kit vi xử lý DSP TMS320F28335 ...................................................... 72 Hình 5.23: Sơ đồ bố trí 176 chân của F28335 ...................................................... 74 Hình 5.24: Sơ đồ khối chức năng của DSP F28335 ............................................. 75 Hình 6.1: Thƣ viện Target Preferences ................................................................ 76 Hình 6.2: Cửa sổ khai báo cấu hình phần cứng .................................................... 77 Hình 6.3: Thƣ viện Chip Support với các khối chức năng lập trình nhúng ........... 77 Hình 6.4: Cửa sổ lựa chọn ngõ vào/ra digital ....................................................... 78 Hình 6.5: Cửa sổ khai báo ePWM ....................................................................... 78 Hình 6.6: Mô hình thực nghiệm với kỹ thuật nhúng từ Matlab/simulink .............. 79 Hình 6.7: Khối giao tiếp Matlab – DSP TMS320F28335 và cửa sổ thông số ....... 80 Hình 6.8: Khối ADC............................................................................................ 81 Hình 6.9: Cửa sổ ADC của DSP TMS320F28335................................................ 81 Hình 6. 10: Khối điều khiển................................................................................. 83 Hình 6.11: Khối xuất xung ................................................................................. 83 Hình 6.12: Cửa sổ xuất xung GPIO ..................................................................... 84 Hình 6.13: Mô hình thực nghiệm bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT(2 bậc).................. 96 Hình 6.14: Các thiết bị đo trong quá trình thực nghiệm ....................................... 96 xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Bảng trạng thái kích dẫn IGBT theo vector không gian 3 bậc ................ 8 Bảng 3.1: Lựa chọn phân vùng sector .................................................................. 18 Bảng 3.2: Bảng thay đổi công suất tức thời (sector 1) .......................................... 25 Bảng 3.3: Bảng chọn vector điện áp trong (sector 1 )........................................... 25 Bảng 3.4: Bảng chuyển mạch bộ chỉnh lƣu 2 bậc................................................. 25 Bảng 4.1: Bảng số liệu mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha 6 IGBT............................ 31 Bảng 4.2: Bảng tổng kết điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) của bộ chỉnh lƣu hai bậc ...................................................................... 44 Bảng 4.3: Bảng số liệu mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha 12 IGBT.......................... 45 Bảng 4.4: Bảng tổng kết điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) của bộ chỉnh lƣu ba bậc ....................................................................... 55 Bảng 4.5: Bảng so sánh của chỉnh lƣu 3 pha NPC – 2 bậc và 3 bậc điện áp ngõ ra, hệ số Cosφ và độ méo dạng THD (%) ......................................... 57 Bảng 6.1: Bảng số liệu thực nghiệm của bộ chỉnh lƣu ba pha 6IGBT .................. 84 Bảng 6.2: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 120() ................ 85 Bảng 6.3: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 90() .................. 88 Bảng 6.4: Dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào đầu ra khi tải 50() .................. 91 Bảng 6.5: Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lƣu ba pha hai bậc.................................... 94 Bảng 6.6: Kết quả thực nghiệm bộ chỉnh lƣu ba pha hai bậc ................................ 94 Bảng 6.7: Bảng tổng kết quá trình thực nghiệm ................................................... 95 xv GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Những thập niên 80 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử chỉ được ứng dụng trong những mạch điều khiển, đo lường, khống chế, bảo vệ… hệ thống điện công nghiệp gọi là điện tử công nghiệp. Đến thập niên 90 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đã ứng dụng khá rộng rãi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện dùng để đóng ngắt nguồn điện cho những phụ tải một pha và ba pha, làm các bộ nguồn công suất lớn trong công nghiệp… Với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, dễ điều khiển và thuận tiện, đáp ứng tần số được mở rộng, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng được cải tiến. Trong đó, nhiều thiết bị biến đổi công suất đã được ứng dụng để phục vụ những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. Các thiết bị biến đổi công suất đã giúp nâng cao hiệu quả quá trình biến đổi năng lượng điện đồng thời luôn được cải tiến và hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu về chất lượng điện năng. Ngoài các ứng dụng truyền thống như điều khiển động cơ điện, các bộ nguồn công suất, phạm vi ứng dụng của bộ biến đổi công suất ngày càng được mở rộng như trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, lưu trữ năng lượng, và còn được ứng dụng trong truyền tải điện. Các vấn đề về sự hiệu chỉnh hệ số công suất, méo dạng sóng hài như đã biết, có đa dạng giải pháp được đề xuất bao gồm các bộ bù, các bộ lọc thụ động và tích cực … nhằm cải tiến chất lượng điện năng. Các nghiên cứu bộ biến đổi trước đây cho thấy bên cạnh các chức năng cơ bản của sự chuyển đổi công suất thì có một số nhược điểm như hệ số công suất thấp, năng lượng chỉ chảy theo một chiều và có HVTH: Trần Quang Linh Trang 1