Tài liệu Phương pháp điều chế độ rộng xung gián đoạn (dpwm) cho nghịch lưu ba pha t npc

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP. HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA -------------------- NGUYӈN THÚY VY 3+ѬѪ1*3+È3Ĉ,ӄU CHӂ ĈӜ RӜ1*;81**,È1Ĉ2ҤN (DPWM) CHO NGHӎ&+/Ѭ8%$3+$7-NPC Chuyên ngành: KӺ THUҰ7Ĉ,ӊN Mã sӕ: 8520201 LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ TP. HӖ CHÍ MINH, tháng 8 QăP &Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI: 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA ± Ĉ+4*± TP.HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc : PGS.TS. NguyӉQĈuQK7X\rQ «««««««««« Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: PGS. TS. Phan QuӕF'NJQJ««««««««««««« Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: 769ăQ7ҩQ/ѭӧng «««««««««««««««« LuұQ YăQ WKҥF Vƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥL 7UѭӡQJ Ĉҥi hӑF %iFK .KRD Ĉ+4* 73 +&0 ngày 14 tháng 8 QăP2021. Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1. Chӫ tӏch hӝLÿӗng: PGS. TS. NguyӉQ9ăQ1Kӡ 2. 7KѭNê767UѭѫQJ3Kѭӟc Hòa 3. Phҧn biӋn 1: PGS. TS. Phan QuӕF'NJQJ 4. Phҧn biӋQ769ăQ7ҩQ/ѭӧng 5. Ӫy Viên: PGS. TS. NguyӉQ7KDQK3KѭѫQJ Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/XұQYăQYj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG PGS. TS. NGUYӈ19Ă11+Ӡ 75ѬӢNG KHOA Ĉ,ӊN ± Ĉ,ӊN TӰ ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$9,ӊT NAM Ĉӝc lұp - Tӵ do - Hҥnh phúc NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ +ӑWrQKӑFYLrQ1JX\ӉQ7K~\9\ MSHV: 1970252 1Jj\WKiQJQăPVLQK 08/06/1996 1ѫLVLQKĈӗng Nai Chuyên ngành: .ӻWKXұWÿLӋQ 0mVӕ 8520201 I. 7Ç1Ĉӄ TÀI: 3+ѬѪ1*3+È3Ĉ,ӄU CHӂ ĈӜ RӜ1*;81**,È1Ĉ2ҤN (DPWM) CHO NGHӎ&+/Ѭ8%$3+$7-NPC STUDY ON DISCONTINUOUS PULSE WIDTH MODULATION METHODS FOR THREE ± PHASE THREE ± LEVEL T-NPC II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG: x Tìm hiӇu bӝ nghӏFKOѭXEDEұc NPC. x Tìm hiӇu và sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQ(SVPWMYjÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ[XQJJLiQÿRҥn (Discontinuos PWM). x Thӵc hiӋn mô phӓQJFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ cho 3L T-NPC: SVPWM và DPWM. x ThiӃt kӃ mô hình bӝ nghӏFK OѭX ED Eұc NPC và thӵc nghiӋm trên DSP TMS320F28377. III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ : 22/2/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 20/7/2021 V. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN : PGS.TS. NguyӉQĈuQK7X\rQ TP+&0QJj\WKiQJQăP CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO PGS.TS. NGUYӈ1ĈÎ1+78<ÇN 75ѬӢNG KHOA Ĉ,ӊN ± Ĉ,ӊN TӰ i LӠI CҦ0Ѫ1 LӡLÿҫu tiên, tôi xin gӱLÿӃn Thҫ\Kѭӟng dүn NguyӉQĈuQK7X\rQOӡi cҧPѫQYj lòng kính trӑng sâu sҳc nhҩt. CҧP ѫQ 7Kҫ\ ÿm FXQJ Fҩp tài liӋu, kiӃn thӭc, kinh nghiӋPYjÿmKѭӟng dүn tұQWuQKÿӇ tôi có thӇ hoàn thành luұQYăQQj\7Kҫ\ÿm tҥRÿLӅu kiӋQÿӇ tôi nghiên cӭu, nâng cao kiӃn thӭc YjJL~Sÿӥ rҩt nhiӅu trong quá trình thӵc hiӋn luұQYăQ Fy SKҫQNKyNKăQ Yuÿҥi dӏFKQKѭKLӋn nay Ĉy OjQLӅm vinh dӵ và tӵ KjR NKL ÿѭӧc hӑc tұp và nghiên cӭX Gѭӟi sӵ Kѭӟng dүn cӫa Thҫy trong suӕt thӡi gian qua. Ĉӗng thӡi, tôi xin gӱi lӡi cҧP ѫQ FKkQ WKjQK QKҩW ÿӃn quý Thҫy, Cô trong PTN Nghiên cӭX ĈLӋn tӱ công suҩt, bӝ môn Cung cҩS ÿLӋQ .KRD ĈLӋn ± ĈLӋn tӱ 7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa TP. Hӗ &Kt0LQKÿmQkQJÿӥ và dìu dҳt, truyӅQÿҥt cho tôi nhӳng kiӃn thӭc và kinh nghiӋm quý báu nhҩt trong suӕt quá trình tôi hӑc tұp, nghiên cӭu ӣ WUѭӡQJ9jW{LFNJQJ[LQÿѭӧc ghi nhӟ tình cҧm và sӵ JL~Sÿӥ cӫa các anh chӏ em trong PTN Nghiên cӭXÿLӋn tӱ công suҩt ± 3KzQJ%ÿmÿӗng hành, hӛ trӧ tôi hoàn thành luұQYăQQj\ Cuӕi cùng tôi xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃQJLDÿuQKQJXӗQÿӝng lӵc to lӟQÿmWҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧi nhҩWÿӇ tôi thӇ YѭӧWTXDNKyNKăQWURQJTXiWUuQKKӑc tұp và nghiên cӭu. TP. Hӗ Chí Minh, tháng 7 QăP1 NguyӉn Thúy Vy ii TÓM TҲT LUҰ19Ă1 Nӝi dung chính cӫa luұQYăQKѭӟng tӟi phân tích hoҥWÿӝng cӫa mҥch ba pha ba bұc dҥng T-7\SH 3KkQ WtFK FiF SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ [XQJ Oj SKѭѫQJ SKiSÿLӅu chӃ YHFWRUNK{QJJLDQ693:0YjSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ sóng mang. Bên cҥQKÿySKѭѫQJSKiS3:0JLiQÿRҥn (DPW0FNJQJÿѭӧc trình bày trong luұQYăQÿӇ giҧm tәn hao các khóa công suҩW.KLSKѭѫQJSKiS'3:0iSGөng, thì mӝt trong ba pha sӁ kӃt nӕi vào cӵFGѭѫQJkPKRһc trung tính cӫa nguӗn DC trong khoҧng 1/3 chu kǤGRÿyVӕ [XQJÿyQJQJҳt sӁ giҧPĈӇ hӛ trӧ các phân tích lý thuyӃt, mô hình PSim vӟLSKѭѫQJSKiS693:0'3:0ÿѭӧc xây dӵng và các kӃt quҧ mô phӓQJ ÿѭӧc thӇ hiӋn trong luұQ YăQ. Ngoài ra, mӝt mô hình thӵc nghiӋm ba pha ba bұc dҥQJ7ÿѭӧc xây dӵng trong phòng thí nghiӋP7URQJÿy linh kiӋQ6L&ÿѭӧc sӱ dөng. Linh kiӋQ6L&ÿѭӧc biӃWÿӃQQKѭOjOLQKNLӋn thay thӃ Si trong các mҥch công suҩt lӟn, tҫn sӕ chuyӇn mҥch cao. Mô hình thӱ nghiӋm WURQJ/DEÿmKRҥWÿӝng tӕt. Tuy nhiên, do thӡLJLDQJLiQÿRҥn, chӍ FySKѭѫQJSKiS 693:0ÿѭӧc thӱ nghiӋm và các kӃt quҧ thí nghiӋm chӭQJPLQKÿѭӧc giҧi thuұt SVPWM cho bӝ nghӏFKOѭXEDSKDEDEұc dҥng T. iii ABSTRACT This thesis concentrates to analysis the operation principal of three-phase threelevel T-Type NPC inverter. The analysis of pulse width modulation methods which are Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) and Discontinuous Pulse Width Modulation (DPWM) is presented. When the DPWM is applied, the output terminal is connected to the positive, negative or neutral point of DC-link in one third of cycle. Hence, the switching loss is reduced. To verify the theory analysis, the simulation model was built in Psim software. The SVPWM and DPWM methods are implemented. Furthermore, a prototype of three-phase three-level TType NPC inverter was built in Laboratory, in which the Sic devices are used. In order to improve the power converter performance, the SiC is considered to replaced the Si devices for high power and high frequency application. The prototype is working well with SVPWM method. The experimental results show the effectiveness of the proposed prototype with SVPWM method. iv LӠ,&$0Ĉ2$1 Tác giҧ [LQFDPÿRDQÿk\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭu cӫa bҧn thân tác giҧ. Các kӃt quҧ nghiên cӭu và kӃt luұn trong luұQYăQOjWUXQJWKӵc không sao chép tӯ bҩt kǤ mӝt nguӗQQjRGѭӟi bҩt kǤ hình thӭc nào. ViӋc tham khҧo tài liӋXÿmÿѭӧc trích dүn và ghi nguӗn tài liӋu tham khҧRÿ~QJWKHR\rXFҫu. Tác giҧ luұQYăQ NguyӉn Thúy Vy v MӨC LӨC &KѭѫQJ,*,ӞI THIӊU TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI ............................................................ 1 1.1. Lí do chӑQÿӅ tài ..................................................................................................... 1 1.2. MөFWLrXÿӅ tài ........................................................................................................ 2 3KѭѫQJSKiSWKӵc hiӋn ........................................................................................... 2 1.4. Bӕ cөc luұQYăQ ...................................................................................................... 3 ChѭѫQJ,,3+Æ17Ë&++2Ҥ7ĈӜNG CӪA BӜ NGHӎ&+/Ѭ8%$3+$%$%ҰC DҤNG T (T-NPC) ............................................................................................................... 4 2.1 Tәng quan vӅ nghӏFKOѭXiS .................................................................................... 4 2.1.1. Giӟi thiӋu nghӏFKOѭXiS ............................................................................... 4 2.1.2. Ӭng dөng và Phân loҥi ................................................................................. 4 2.2. Bӝ nghӏFKOѭXÿDEұc .............................................................................................. 7 2.3. NghӏFKOѭXSKDEұc T-type ............................................................................. 10 2.3.1. Giӟi thiӋu nghӏFKOѭXSKDEұc dҥng T................................................... 10 2.3.2. VҩQÿӅ chuyӇn mҥch trong cҩu trúc NPC dҥng T....................................... 11 2.3.3. Ӭng dөQJѭXYjQKѭӧFÿLӇm cӫa bӝ nghӏFKOѭXSKDEұc dҥng T ........ 16 &KѭѫQJ,,,3+ѬѪ1*3+È3693:0&+21*+ӎ&+/Ѭ83+$%ҰC TTYPE.................................................................................................................................. 17 3.1. Tәng quan vӅ SKѭѫQJSKiS693:0FKRQJKӏFKOѭXSKDEұc T-type ......... 17 3.2. Kӻ thuұWÿLӅu chӃ vector không gian cho T-Type NPC ....................................... 20 &KѭѫQJ,9.Ӻ THUҰ7Ĉ,ӄU CHӂ ĈӜ RӜ1*;81**,È1Ĉ2ҤN (DPWM) ... 32 4.1 Giӟi thiӋu ............................................................................................................... 32 3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ 3:0JLiQÿRҥn ............................................................... 33 3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ 3:0JLiQÿRҥn theo kӻ thuұt sóng mang ....................... 40 3KѭѫQJSKiSVyQJPDQJWUX\Ӆn thӕng ....................................................... 41 +jPRIIVHWWURQJSKѭѫQJSKiS'3:0 ...................................................... 42 &KѭѫQJ9.ӂT QUҦ MÔ PHӒNG ............................................................................. 47 5.1 . Xây dӵng mô phӓng bҵng Psim........................................................................... 47 5.1.1 Giӟi thiӋu ..................................................................................................... 47 5.1.2. Xây dӵng mô hình trên PSim...................................................................... 49 5.2 . Thông sӕ và kӃt quҧ mô phӓng ............................................................................ 52 5.2.1 KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS693:0 .......................................... 53 vi 5.2.2. KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 55 5.2.3. KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 58 5.2.4. KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 61 5.2.5. KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 64 &KѭѫQJ9,7+,ӂT Kӂ PHҪN CӬNG VÀ KӂT QUҦ THӴC NGHIӊM................ 68 6.1. Lӏch sӱ cӫa linh kiӋn MOSFET và SiC ................................................................ 68 6.1.1 Giӟi thiӋu vӅ Mosfet và Sic ......................................................................... 68 ѬXÿLӇm cӫa SiC và ӭng dөng trong nghӏFKOѭXEұc .............................. 70 6.2. Xây dӵng hӋ thӕng thӵc nghiӋm........................................................................... 71 &DUGÿLӅu khiӇn ........................................................................................... 72 6.2.2 .Mҥch công suҩt và mҥch lái ........................................................................ 73 6.2.3 MҥFKÿROѭӡng ............................................................................................. 75 6.3. KӃt quҧ thӵc nghiӋm ............................................................................................. 76 &KѭѫQJ9,,.ӂT LUҰN ............................................................................................... 80 TÀI LIӊU THAM KHҦO................................................................................................ 81 LÝ LӎCH TRÍCH NGANG ............................................................................................. 84 vii DANH MӨC HÌNH ҦNH Hình 2.1. ӬQJGөQJFӫDEӝQJKӏFKOѭXWURQJWUX\ӅQÿӝQJ ....................................... 5 Hình 2.2. 3KkQORҥLFҩXWU~FFӫDEӝELӃQÿәLF{QJVXҩWFDR ...................................... 7 Hình 2.3. 9tGөYӅPӝWQKiQKÿӇWăQJVӕEұFFӫDSKD$ .......................................... 9 Hình 2.4. &ҩXKuQKEDSKDEDEұF ........................................................................... 10 Hình 2.5. &ҩXKuQKEӝQJKӏFKOѭXEDEұFGҥQJ7 .................................................... 10 Hình 2.6. 0ӝWQKiQKWURQJQJKӏFKOѭXSKDEұFGҥQJ7 .................................... 11 Hình 2.7. S1 on, S4 off, S2 on và S3 off ................................................................. 12 Hình 2.8. S1 off, S4 off, S2 on và S3 off ................................................................ 12 Hình 2.9. S1 off, S4 off, S2 on và S3 on ................................................................. 13 Hình 2.10. S1 on, S4 off, S2 on và S3 off ............................................................ 13 Hình 2.11. S1 off, S4 off, S2 on và S3 off ............................................................ 14 Hình 2.12. S1 off, S4 off, S2 on và S3 on ............................................................. 14 Hình 2.13. S1 off, S4 off, S2 on và S3 on ............................................................. 15 Hình 2.14. S1 off, S4 off, S2 on và S3 off ............................................................ 15 Hình 2.15. S1 on, S4 off, S2 on và S3 off ............................................................ 15 %ҧQJ %ҧQJWUҥQJWKiLFӫDPҥFK ........................................................................ 17 Hình 3.1. *LҧQÿӗYHFWRUNK{QJJLDQ ...................................................................... 18 Hình 3.2. ĈLӅXFKӃ9HFWRUNK{QJJLDQ .................................................................... 18 Hình 3.3. /ѭXÿӗWKӵFKLӋQÿLӅXFKӃYHFWRUNK{QJJLDQ ......................................... 21 Hình 3.4. ;iFÿӏQK9UHI .......................................................................................... 22 Hình 3.5. 9HFWRUNK{QJJLDQYjWKӡLJLDQWӗQWҥLFӫDFK~QJ ................................... 24 Hình 3.6. 7UuQKWӵÿyQJQJҳWFӫDFiFNKyDWUrQFӫD,-WURQJPӝWFKXNǤÿyQJQJҳW .................................................................................................................................. 29 Hình 3.7. 7UҥQJWKiLÿyQJQJҳWFӫDFiFNKyDWUrQFӫD,-WURQJPӝWFKXNǤÿyQJ QJҳW ........................................................................................................................... 30 Hình 3.8. 7UҥQJWKiLÿyQJQJҳWFӫDFiFNKyDWUrQFӫD,-WURQJPӝWFKXNǤÿyQJ QJҳW ........................................................................................................................... 30 Hình 3.9. 7UҥQJWKiLÿyQJQJҳWFӫDFiFNKyDWUrQFӫD I-WURQJPӝWFKXNǤÿyQJ QJҳW .......................................................................................................................... 31 Hình 4.1a. 9HFWRUNK{QJJLDQFӫDPҥFKSKDEұFGҥQJ7 ................................ 33 Hình 4.1b. 6ҳS[ӃSWKӭWӵFiFYHFWRUWәQJKӧSYHFWRUWKDPFKLӃX ......................... 34 %ҧQJ*LiWUӏFӫDNWѭѫQJӭQJYӟLPӛLSKѭѫQJSKiS'3:0 .......................... 35 Hình 4.2a. 9ӟLN  ................................................................................................ 35 Hình 4.2b. 9ӟLN -1 .............................................................................................. 36 Hình 4.3. DPWM1 ................................................................................................... 36 Hình 4.4a. 7UuQKWӵÿyQJQJҳWӣWDPJLiFVHFWRU, .............................................. 38 Hình 4.4b. 7UuQKWӵÿyQJQJҳWӣWDPJLiFVHFWRU, .............................................. 39 Hình 4.4c. 7UuQKWӵÿyQJQJҳWӣWDPJLiFVHFWRU, .............................................. 39 Hình 4.4d. 7UuQKWӵÿyQJQJҳWӣWDPJLiF, sector I .............................................. 40 viii Hình 4.7. 1JX\rQOêFӫDSKѭѫQJSKiS'3:0GӵDYjRVyQJPDQJ ...................... 43 Hình 4.8. 1JX\rQOêFӫDSKѭѫQJSKiS'3:0GӵDYjRVyQJPDQJ ...................... 44 Hình 4.9. WUuQKEj\VyQJÿLӅXNKLӇQFӫDSKѭѫQJSKiS'3:0 .............................. 46 Hình 5.1. &iFKOҩ\NKӕL'//WURQJ36LP ............................................................... 48 Hình 5.2. &iFKWҥR3URMHFWWURQJ9LVXDO6WXGLR ............................................. 48 Hình 5.3. &iFKOLrQNӃWILOH&WURQJ9LVXDO6WXGLRYӟLNKӕL'//FӫD36LP . 49 Hình 5.4. .KӕLF{QJVXҩWEӝELӃQÿәL7-7\SH13&[k\GӵQJWUrQSKҫQPӅP36LP .................................................................................................................................. 49 Hình 5.5. .KӕL[XҩW[XQJWKHRSKѭѫQJSKiS693:0 .......................................... 50 Hình 5.6a. +jPWҥRRIIVHWWKӭQKҩW ......................................................................... 50 Hình 5.6b. +jPWҥRRIIVHWWKӭ .............................................................................. 51 Hình 5.6c. +jPWҥRVyQJÿLӅXNKLӇQ ....................................................................... 51 Hình 5.6d. 3KѭѫQJSKiS[XҩW[XQJWKHRVyQJPDQJ .............................................. 52 %ҧQJ 7K{QJVӕP{SKӓQJ ................................................................................. 52 Hình 5.7a. 'zQJÿLӋQWҧLWKHRSKѭѫQJSKiS693:0............................................ 53 Hình 5.7b. ĈLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS693:0 .............................................. 53 Hình 5.7c. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS69PWM .................. 54 Hình 5.7d. ĈLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS693:0 .............................................. 54 Hình 5.7e. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS693:0 .................. 55 Hình 5.8a%DVyQJPDQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ........................................... 55 Hình 5.8b'zQJÿLӋQWҧLWKHRSKѭѫQJSKiS'3WM1............................................ 56 Hình 5.8c. ĈLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 .............................................. 56 Hình 5.8d. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 .................. 57 Hình 5.8e. ĈLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 .............................................. 57 Hình 5.8f. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ................... 58 Hình 5.9a. %DVyQJPDQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ........................................... 58 Hình 5.9b. 'zQJÿLӋQWҧLWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0............................................ 59 Hình 5.9c. ĈLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 .............................................. 59 Hình 5.9d. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiSDPWM2 .................. 60 Hình 5.9e. ĈLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 .............................................. 60 Hình 5.9f. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ................... 61 Hình 5.10a. %DVyQJPDQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 61 Hình 5.10b. 'zQJÿLӋQWҧLWKHRSKѭѫQJSKiS DPWM3 ......................................... 62 Hình 5.10c. ĈLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ............................................ 62 Hình 5.10d. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ................ 63 Hình 5.10eĈLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ............................................ 63 Hình 5.10f. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ................. 64 Hình 5.11a. %DVyQJPDQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 64 Hình 5.11b. 'zQJÿLӋQWҧLWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ......................................... 65 Hình 5.11c. ĈLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ............................................ 65 Hình 5.11d. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSSKDWKHRSKѭѫQJSKiS'PWM4 ................ 66 ix Hình 5.11e. ĈLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ............................................ 66 Hình 5.11f. 3KkQWtFK)RXULHUÿLӋQiSGk\WKHRSKѭѫQJSKiS'3:0 ................. 67 Hình 6.1. 6ѫÿӗPҥFK7-13&EұF ........................................................................ 71 Hình 6.2. &DUGÿLӅXNKLӇQ706)' ......................................................... 72 Hình 6.2. %ӕWUtOLQKNLӋQNKyDF{QJVXҩWFӫDPҥFK7-NPC ................................... 73 Hình 6.3a. 6ѫÿӗPҥFKOiLFKR6L,*%7.................................................................. 74 Hình 6.3b. 6ѫÿӗPҥFKOiLFKR6L&,*%7 ............................................................... 74 Hình 6.3c. 6ѫÿӗWҥRQJXӗQQJXӗQOѭӥQJ9-9FӵFFiFKO\WӯQJXӗQ9 .................................................................................................................................. 75 Hình 6.4a. 0ҥFKÿROѭӡQJÿLӋQiSWҧL ..................................................................... 75 Hình 6.4b. 0ҥFKÿROѭӡQJGzQJÿLӋQWҧL ................................................................ 76 Hình 6.4c. 0ҥFKÿROѭӡQJÿLӋQiSQJXӗQ'& ........................................................ 76 Hình 6.5. %RDUGPҥFK7-W\SH13&KRjQFKӍQK ...................................................... 77 Hình 6.6. +ӋWKӕQJWKӵFQJKLӋP ............................................................................. 77 Hình 6.76yQJÿLӅXNKLӇQFӫDSKѭѫQJSKiS693:0 ........................................... 78 Hình 6.8ĈLӋQiSGk\WUѭӟFOӑFYjVDXEӝOӑF ........................................................ 78 Hình 6.9. 'zQJÿLӋQWҧL ........................................................................................... 79 x DANH MӨC BҦNG BIӆU %ҧQJ 6RViQKJLӳDELӃQWҫQWҫQEұFYjEұF.................................................. 8 %ҧQJ %ҧQJWUҥQJWKiLFӫDPҥFK ........................................................................ 17 %ҧQJ3KkQORҥLYHFWRUӭQJYӟLWUҥQJWKiLNKyDF{QJVXҩW ............................... 19 %ҧQJ 9ӏWUtFӫD Vref GӵDYjRJyF OӋFKT ............................................................ 22 %ҧQJ 9ӏWUtFӫD Vref GӵDYjR m1 , m2 ................................................................. 23 %ҧQJ 7KӡLJLDQWiFGөQJFӫD Vref trong vùng I................................................. 26 %ҧQJ 7UuQKWӵÿyQJQJҳWWURQJYQJ,-1, II-1, III-1, IV-1, V-1, VI-1.............. 26 %ҧQJ 7UuQKWӵÿyQJQJҳWWURQJYQJI-2, II-2, III-2, IV-2, V-2, VI-2. ........... 27 %ҧQJ 7UuQKWӵÿyQJQJҳWWURQJYQJI-3, II-3, III-3, IV-3, V-3, VI-3 ............ 28 %ҧQJ7UuQKWӵÿyQJQJҳWWURQJYQJI-4, II-4, III-4, IV-4, V-4, VI-4 ............ 28 %ҧQJ*LiWUӏFӫDNWѭѫQJӭQJYӟLPӛLSKѭѫQJSKiS'3:0 .......................... 35 %ҧQJ7UuQKWӵFKX\ӇQPҥFKFKRFiFVHFWRUFӫDSKѭѫQJSKiS'3:0 ......... 37 %ҧQJ 7K{QJVӕP{SKӓQJ ................................................................................. 52 %ҧQJ /LQKNLӋQ6LYj6L&ÿѭӧFVӱGөQJWURQJPҥFKF{QJ VXҩW ....................... 73 xi &+ѬѪ1*, GIӞI THIӊU TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 1.1. Lí do chӑQÿӅ tài 1Jj\QD\ÿLӋn tӱ công suҩt là mӝWOƭQKYӵc ÿӏQKKѭӟng ӭng dөng và liên QJjQK1yÿyQJYDLWUzTXDQWUӑng trong viӋc chuyӇQÿәLYjÿLӅu khiӇn công suҩt ÿLӋn. Các bӝ biӃQÿәLÿLӋn dӵDWUrQÿLӋn tӱ công suҩWFNJQJÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong các hӋ thӕQJQăQJOѭӧng tái tҥo, truyӅQÿӝQJ«7URQJFiFEӝ biӃQÿәi công suҩt thì bӝ nghӏFK OѭX '&$& JLӳ vai trò là bӝ biӃQ ÿәL ÿLӋn áp mӝt chiӅu sang xoay chiӅXÿӇ ÿLӅu khiӇn các thiӃt bӏ xoay chiӅu mӝt pha hoһFEDSKDYjQyÿѭӧc GQJÿӇ kӃt nӕi giӳa nguӗQQăQJOѭӧng tái tҥRQKѭQăQJOѭӧng mһt trӡLKD\QăQJ OѭӧnJJLyYjOѭӟLÿLӋn. Bҵng cách nghiên cӭu phát triӇn các cҩu trúc cӫa các bӝ nghӏFKOѭXYjFiF SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn chúng ta có nhiӅu bӝ biӃQÿәi công suҩWFyFiFѭXÿLӇm KѫQFiFEӝ truyӅn thӕQJĈӇ hҥn chӃ các khuyӃWÿLӇm cӫa nghӏFKOѭXKDLEұc truyӅn thӕng, nghӏFKOѭXÿDEұFUDÿӡi vӟi nhӳQJѭXÿLӇPYѭӧt trӝLQKѭOjӭng dөng trong FiFOƭQKYӵc yêu cҫu công suҩt lӟQÿLӋn áp lӟn. GҫQÿk\OLQKNLӋn bán dүQ6L&6LOLFRQ&DUELGHÿmÿѭӧc biӃWÿӃn và ӭng dөQJWURQJOƭQKYӵFÿLӋn tӱ công suҩt. Các linh kiӋn SiC có thӇ hoҥWÿӝng ӣ tҫn sӕ cao vӟi tәn hao thҩSGRÿyQkQJFDRKLӋu suҩt cӫa bӝ biӃQÿәi công suҩt. So vӟi linh kiӋn Si, thì linh kiӋn SiC có mӝt sӕ ѭXÿLӇPOjÿӝ dүn nhiӋWFDRKѫQNKҧ QăQJ ÿiQKWKӫQJÿLӋQiSFDRKѫQ Tӯ hai lí do chính trên, luұQYăn này sӁ tiӃn hành nghiên cӭu bӝ nghӏFKOѭX ba bұc sӱ dөng linh kiӋn SiC. Nӝi dung cӫa luұQYăQKѭӟng tӟi phân tích hoҥWÿӝng cӫa mҥch ba pha ba bұc dҥng T-7\SH3KkQWtFKFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝng [XQJ Oj SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ vector không gian (SVPWM Space vector Pulse :LGWK 0RGXODWLRQ Yj SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ kiӇX JLiQ ÿRҥn (DPWM Discontinuous Pulse Width Modulation). HiӋu suҩt cӫa bӝ biӃn tҫn ba bұc bӏ ҧnh Kѭӣng bӣi sӵ mҩt cân bҵQJÿLӋn áp tҥLÿLӇPWUXQJWtQK9uÿLӋn áp cӫa các tө ÿLӋn 1 ÿѭӧc mҳc nӕi tiӃp cҫn cân bҵQJQKDXQrQÿLӋQiSEÿҳSRIIVHWÿѭӧc thêm vào ÿLӋn áp tham chiӃX WURQJ SKѭѫQJ SKiS FkQ EҵQJ ÿLӋQ iS WK{QJ WKѭӡng này. Tuy nhiên, khi sӱ dөQJ SKѭѫQJ SKiS '3:0 KLӋu suҩW WKѭӡng bӏ giӟi hҥn vì viӋc chuyӇn mҥch bұt và tҳt xҧy ra liên tөc3KѭѫQJSKiSÿӅ xuҩWÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng FiFKÿLӅu chӍQKÿӝ rӝng xung mӝt cách không liên tөc cӫa chu kǤ GѭѫQJYjkP nhҵm mөF ÿtFKGX\ WUuWәn thҩt chuyӇn mҥch thҩS Yj ÿҥW ÿѭӧc cân bҵQJ ÿLӋn áp hiӋu quҧ mà không cҫQÿҫXWѭWKD\ÿәi cho phҫn cӭng và tính toán phӭc tҥp. 1.2. MөFWLrXÿӅ tài - Tìm hiӇu và phân tích hoҥWÿӝng cӫa nghӏFKOѭXEDSKDEDEұc dҥng T (T- NPC). - Tìm hiӇu và sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQ693:0± Space Vector Pulse Width Modulation) cho T-NPC. - Tìm hiӇu và sӱ dөQJ SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ [XQJ JLiQ ÿRҥn (Discontinuos PWM) cho T-NPC - Thӵc hiӋn mô phӓQJFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ cho 3L T-NPC: SVPWM và D-PWM. - Thӵc nghiӋm mҥch 3L T-NPC: dӵa trên thiӃt kӃ mүu cӫa hang Texas Instrument bao gӗm: Nghiên cӭu linh kiӋn SiC, mҥch lái cho SiC, thiӃt kӃ mҥch công suҩWÿLӅu khiӇn cho 3L T-NPC. - Sӱ dөQJYLÿLӅu khiӇn DSP TMS320F28377 lұp trình nhúng các giҧi thuұt SVPWM và D-PWM cho 3L T-NPC. 1.3. 3KѭѫQJSKiSWKӵc hiӋn 3KѭѫQJSKiSWKӵc hiӋn luұQYăQGӵa trên phân tích lý thuyӃt, mô phӓng kiӇm tra và thӵc nghiӋm kiӇm chӭng. Trong luұQ YăQ FiF WjL OLӋu tham khҧR Oj FiF EjL EiR WUrQ WKѭ YLӋn IEEE FNJQJQKѭFiFGDWDVKHHWFiFOLQKNLӋn cӫa các hãng. Các phân tích lý thuyӃWÿѭӧc dӵa trên các tài liӋu tham khҧRQj\VDXÿyP{KuQKP{SKӓng ÿѭӧc xây dӵng trên 2 phҫn mӅm chuyên ngành PSim 9.1. ThiӃt kӃ và thӵc nghiӋm phҫn cӭng dӵa trên phҫn mӅm Altium và lұp trình code trên DSP TMS320F28379D. Các kӃt quҧ mô phӓQJÿѭӧFWUuQKEj\ÿӇ ÿiQKJLiFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ phù hӧp vӟi bӝ T-Type NPC. 1.4. Bӕ cөc luұQYăQ Nӝi dung cӫa luұQYăQÿѭӧc trình bày bao gӗPFKѭѫQJQKѭVDX &KѭѫQJ*Lӟi thiӋu tәQJTXDQÿӅ tài &KѭѫQJ3KkQWtFKKRҥWÿӝng cӫa bӝ nghӏFKOѭXEDEұc ba pha dҥng T &KѭѫQJ3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ vector không gian &KѭѫQJ3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ[XQJJLiQÿRҥn &KѭѫQJ0{SKӓQJSKѭѫQJSKiS3:0 &KѭѫQJ7KLӃt kӃ mҥch, thӵc hiӋn thӵc nghiӋm &KѭѫQJ.Ӄt luұQYjÿӅ xuҩWFiFKѭӟng nghiên cӭu tiӃp theo 3 &+ѬѪ1*,, PHÂN TÍCH HOҤ7ĈӜNG CӪA BӜ NGHӎ&+/Ѭ8%$3+$%$ BҰC DҤNG T (T-NPC) 2.1 Tәng quan vӅ nghӏFKOѭXiS 2.1.1. Giӟi thiӋu nghӏFKOѭXiS Bӝ nghӏFKOѭXiSOjWKLӃt bӏ biӃQÿәLÿLӋn áp mӝt chiӅXWKjQKÿLӋn áp xoay chiӅu ӣ ngõ ra vӟi tҫn sӕ mong muӕn.Trong thӵc tӃ nguӗn áp mӝt chiӅu là nguӗn ÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn rӝng rãi và quen thuӝFQKѭEuQKDFTX\SLQÿLӋn, hoһc tӯ nguӗn chӍQKOѭX«+ѫQQӳDÿLӋn áp ra cӫa nghӏFKOѭXiSFyWKӇ ÿѭӧFÿLӅu chӃ theo nhiӅXSKѭѫQJSKiSNKiFQKDXÿӇ có thӇ giҧPÿѭӧFVyQJÿLӅu hòa bұc cao. Các linh kiӋn bán dүQ ÿѭӧc sӱ dөng trong các bӝ nghӏFK OѭX iS ÿD Gҥng, phә biӃQ QKѭ IGBT, BJT, MOSFET trong các mҥFKFѫEҧn, công suҩt nhӓ và IGCT, GTO hay kӃt hӧp các bӝ chuyӇn mҥch trong các mҥch phӭc tҥSYjÿzLKӓi công suҩt lӟQKѫQ Các linh kiӋn kӇ WUrQÿѭӧFÿyQJYDLWUzQKѭF{QJWҳc chuyӇn mҥch, có khҧ QăQJ ÿyQJQJҳt các dòng ÿLӋQÿLTXDQy>@± [2]. 2.1.2. Ӭng dөng và Phân loҥi Trong quá khӭPi\ÿLӋn mӝt chiӅXÿѭӧc sӱ dөng do sӵ dӉ GjQJWURQJÿLӅu khiӇn tӕF ÿӝ. Tuy nhiên nӃu so sánh vӟL Pi\ ÿLӋn xoay chiӅX WKu Pi\ ÿLӋn mӝt chiӅu có mӝt sӕ QKѭӧFÿLӇPQKѭJLiWKjQKFDRKѫQTXiQWtQKURWRUFDRKѫQYjNKy NKăQWURQJYҩQÿӅ bҧo trì chәi than. Do nhӳng vҩQÿӅ Qj\FiFPi\ÿLӋn mӝt chiӅu ÿmGҫQÿѭӧc thay thӃ bҵQJPi\ÿLӋn AC. Mһt khác, nhӳng máy này lҥLNKyÿLӅu khiӇn mӝt cách hiӋu quҧ khi kӃt nӕi trӵc tiӃSYjROѭӟL ÿLӋQ 'Rÿy viӋc sӱ dөng ASD (Bӝ ÿLӅu chӍnh tӕFÿӝÿӇ kiӇm soát giá trӏ và tҫn sӕ cӫDÿLӋQiSÿҫu ra là rҩt cҫn thiӃW6RQJVRQJÿyOjVӵ phát triӇn cӫa các bӝ ÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ, sӵ phө thuӝc YjRFiFÿӝQJFѫ[RD\FKLӅXEDSKDÿmWăQJOrQÿiQJNӇ YuWtQKÿѫQJLҧn cӫa rotor và cҧm ӭQJÿӝQJFѫFyFKLSKtWKҩSKѫQ Vì hҫu hӃt các ӭng dөng hiӋQQD\ÿӅu yêu cҫXÿLӅu khiӇQÿѭӧc tӕFÿӝ thay ÿәLQrQSKѭѫQJSKiS$6'ÿѭӧc sӱ dөng và nghiên cӭu. Nguyên tҳc cӫa nó là biӃn 4 ÿLӋn áp xoay chiӅXNK{QJÿәLWKjQKÿLӋn áp biӃn thiên vӟi mөFÿtFKÿLӅu khiӇn tӕc ÿӝ cӫDÿӝQJFѫ[RD\FKLӅu. MӝWP{KuQKÿLӇn hình trong Hình 2.1. Hình 2.1. Ͱng dͭng cͯa b͡ ngh͓FKO˱XWURQJWUX\͉Qÿ͡ng 3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝng xung (PWM) cҫn tәng hӧSÿLӋQiSÿҫu vào ÿӇ FyÿѭӧFÿLӋQiSÿҫXUDWKD\ÿәi mong muӕn vӟi dҥQJ[XQJWѭѫQJӭng hình sin. Bӝ ÿLӅu chӍnh truyӅQÿӝng tӕFÿӝ có thӇ ÿѭӧc phân loҥi dӵa trên cҩu trúc liên kӃt biӃn tҫn: x BiӃn tҫn nguӗQ ÿLӋQ iS 96, Fy ÿLӋn áp DC-OLQN NK{QJ ÿәi. Các tө ÿLӋn liên kӃW'&ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ cung cҩp công suҩt phҧn NKiQJFKRÿӝQJFѫYj OjPWUѫQÿLӋn áp liên kӃt mӝt chiӅu. x BiӃn tҫn nguӗQÿLӋQiSÿDEұc: sӱ dөQJFiF,*%7ÿLӋn áp thҩSÿѭӧc kӃt nӕi nӕi tiӃp. x BiӃn tҫn nguӗn dòng (CSI): sӱ dөQJGzQJÿLӋn DC-link. x Các biӃn tҫn tҧLWKD\ÿәi (LCI): chiӃm mӝt phҫn cӫa CSI, loҥLQj\OѭX trӳ QăQJOѭӧng trong cuӝn cҧm DC-OLQNÿӇ tҥRGzQJÿLӋn gҫQQKѭKuQKVLQ x Cycloconverter: không có khҧ QăQJWtFKWUӳ QăQJOѭӧng trong DC-link. Tӯng pha cӫa Cycloconverter biӃQÿәLÿLӋn áp xoay chiӅu dòng cӕ ÿӏQKWKjQKÿLӋn áp xoay chiӅu ӣ tҧi vӟi tҫn sӕ WKD\ÿәi. 5 x Bӝ truyӅQ ÿӝng phân tҫng: sӱ dөng bӝ chӍQK OѭX GLRGH ED SKD KRҥt ÿӝng ӣ tҫn sӕ WUѭӧt và dùng nguӗQÿLӋQÿѭӧFQX{LÿӇ cung cҩp cho hӋ thӕng thông qua mӝt cuӝn kháng và biӃn tҫn chuyӇn mҥch dòng. TӕF ÿӝ ÿӝQJ Fѫ ÿѭӧF ÿLӅu khiӇn bҵng dòng ÿLӋn DC. Ngày nay, hiӋu quҧ kinh tӃ OX{Qÿѭӧc chú trӑQJTXDQWkPKjQJÿҫu trong mӝt quy trình sҧn xuҩt, vì vұy nhu cҫXWăQJKLӋu quҧ và giҧm chi phí sҧn xuҩt là chӫ ÿӅ ÿѭӧc thҧo luұn nhiӅu nhҩWĈLӅu này có thӇ ÿҥWÿѭӧc bҵQJFiFKWăQJNtFK WKѭӟc và công suҩt cӫa tҩt cҧ thiӃt bӏ trong hӋ thӕng. Và có thӇ ÿѭӧc thӵc hiӋn theo hai cách: x 7ăQJNKҧ QăQJFӫa chҩt bán dүn ӣ ÿLӋn áp cao (HV) vӟi khҧ QăQJFKһn ÿLӋQiSWăQJOrQ x Phát triӇn bӝ biӃn tҫQÿDEұc Dӵa vào các tính chҩt cҩu tҥo bұc (ba bұF QăP Eұc, bҧy bұc,«  FKӭc QăQJFӫa bӝ nghӏFKOѭXWҥRÿLӋQiSQJ}UDSKDKD\SKDKD\SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇQSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ[XQJ«FiFP{KuQKEӝ nghӏFKOѭXFyWKӇ ÿѭӧc phân chia thành nhiӅu loҥi. Cҩu trúc liên kӃWѭXWKӃ FKRÿLӋn áp thҩp là VSI hai bұc. Ӣ ÿLӋn áp trung bình và cao có nhiӅu loҥi cҩu trúc liên kӃt. Ӣ ÿLӋn áp cao, có thӇ sӱ dөng bӝ biӃn ÿәi trӵc tiӃp (cyclo-inverter) và bӝ biӃQÿәi gián tiӃp (vӟLGzQJÿLӋn hoһFÿLӋn áp trong DC-link). Hình 2.2 trình bày các loҥi cҩu trúc cӫa biӃn tҫn sӱ dөng trong công suҩt cao [4] ± [6]. 6 Hình 2.2. Phân lo̩i c̭u trúc cͯa b͡ bi͇Qÿ͝i công sṷt cao 2.2. Bӝ nghӏFKOѭXÿDEұc Trong xu thӃ nghiên cӭu nhӳQJQăPJҫQÿk\Eӝ nghӏFKOѭXÿDEұc ngày FjQJÿѭӧc quan tâm, các cҩXWU~FÿDGҥng ÿѭӧc ӭng dөQJYjROѭӟLÿLӋn. Khҧ QăQJ tәng hӧp cҧi thiӋn các dҥQJVyQJKjLYjÿLӋQiSWKXÿѭӧFFDRKѫQYӟLÿӏnh mӭc tӕi ÿDÿmNKLӃn bӝ biӃn tҫn ba bұc phù hӧSKѫQFKRFiFӭng dөng ӣ ÿLӋQiSFDRKѫQVR vӟLWK{QJWKѭӡng. Các cҩu trúc bӝ nghӏFKOѭXEDEұc cә ÿLӇQÿmÿѭӧc giӟi thiӋu lҫQÿҫ\QăP 1981 bӣL1DEDHÿLӇPWUXQJWtQKGѭӧFÿһt giӳa liên kӃt. Chính viӋc bӕ trí bӝ nghӏch OѭXNҽp diode ba bұFQrQQyFzQÿѭӧc gӑi là bӝ nghӏFKOѭX13&EDEұc. So vӟi bӝ nghӏFKOѭXQJXӗQÿLӋn áp hai bұc thì cҩu trúc liên kӃt này có hiӋu suҩt tӕWKѫQĈD bұc biӃn tҫn làm giҧm áp lӵFÿLӋn áp trên các thiӃt bӏ. NhiӅu nhà nghiên cӭXÿmFҧi thiӋn cҩu trúc cӫDFiFVyQJÿҫu ra trong bӝ biӃn tҫQÿDEұc. Tӯ cҩu trúc liên kӃt ban ÿҫu vӟLÿLӇPWUXQJWtQKÿѭӧc mӣ rӝng lên sӕ bұFFDRKѫQKhҧ QăQJFKһQÿLӋn áp yêu cҫu cӫDFiFÿLӕt kҽp ӣ mӛi bұFNKiFQKDXGRÿyVӕ OѭӧQJÿLӕt ӣ mӭc cao có thӇ ÿѭӧc yêu cҫu nhiӅXKѫQ%ҧQJVRViQKѭXYjNKX\ӃWÿLӇm giӳa biӃn tҫn 2 bұc và 3 bұc. 7