Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với giảm nguồn và phần tử LC

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH

NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP

VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI

GVHD: ThS. Đỗ Đức Trí

SVTH: Nguyễn Thái Duy

MSSV: 13141039

SVTH: Lê Minh Quý

MSSV: 13141266

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2018

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH

NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP

VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI

GVHD: ThS. Đỗ Đức Trí

SVTH: Nguyễn Thái Duy

MSSV: 13141039

SVTH: Lê Minh Quý

MSSV: 13141266

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2018

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o----

Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mã hệ: Lớp: 1 13141DT MSSV: 13141039 MSSV: 13141266 Lê Minh Quý Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 141 Đại học chính quy 2013

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI.

ThS. Đỗ Đức Trí

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thái Duy Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I. TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha ba bậc hình T tăng áp. - Giảm nguồn đầu vào và số lượng các phần tử LC trong mạng trở kháng trung gian. - Bộ nghịch lưu có khả năng chịu được sự cố mất pha ở một nhánh nghịch lưu bất kỳ. 2. Nội dung thực hiện: - Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài “Xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu lỗi”. - Tìm hiểu phần cứng, phần mềm và nghiên cứu giải thuật điều khiển. - Viết chương trình điều khiển và xây dựng mô hình chạy thực tế. - Ghi nhận kết quả từ thực nghiệm và đưa ra đánh giá. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o----

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp. HCM, ngày 19 tháng 03 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI. Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thái Duy Lớp: 13141DT2B MSSV: 13141039 Họ tên sinh viên 2: Lê Minh Quý Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141266 Tên đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC

Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD

1 Nhận đề tài và tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài.

2 Cài đặt, làm quen, sử dụng các phần mềm liên quan đến việc thực hiện đồ án tốt nghiệp.

3 Nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu giải thuật điều chế. Thực hiện mô phỏng trên phần mềm Psim.

Tiến hành vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, vẽ mạch in. 4

Thi công mạch in. 5

6 Hoàn thiện mạch in. Nghiên cứu hoàn thiện giải thuật.

7 Thiết kế mô hình hệ thống. Hoàn thiện các module.

8 Thực hiện thi công mô hình hệ thống. Tối ưu kích thước hệ thống.

9 Cho chạy mô hình, kiểm tra khi hệ thống chạy chưa ổn định, xuất hiện lỗi.

10 Tiếp tục chạy mô hình, tìm và khắc phục lỗi khi hệ thống chạy sai.

11 Tìm hiểu về giải thuật khắc phục sự cố khi hệ thống bị sự cố. Viết báo cáo.

12 Chạy thực nghiệm. Viết báo cáo.

Viết báo cáo. 13

Viết báo cáo. 14

Viết báo cáo. 15

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Đỗ Đức Trí và có tính kế thừa từ những công trình trước đó của Phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao - D405 trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Đề tài được nghiên cứu và phát triển dựa trên các tài liệu, bài báo, tạp chí đã được công bố trên các phương tiện truyền thông. Mọi tài liệu tham khảo đều được nhóm ghi nguồn đầy đủ trong phần phụ lục tài liệu tham khảo của đề tài.

Nhóm thực hiện đề tài

Lê Minh Quý – Nguyễn Thái Duy

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em xin được phép gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy

Ths. Đỗ Đức Trí - người đã đã định hướng đề tài, tận tình giúp đỡ và sẵn sàng chia sẻ

những kinh nghiệm quý báu của mình để chúng em kịp hoàn thành đề tài tốt nghiệp trong

quãng thời gian ngắn ngủi này. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến sự hỗ trợ nhiệt

tình của anh Vân, anh Trí, anh Bằng cùng các đồng nghiệp khác đã làm việc và nghiên

cứu tại phòng D405 – Phòng thí nghiệm Điện Tử Công Suất nâng cao. Đặc biệt không

thể thiếu bạn Vĩnh Thanh - một người bạn thông minh, vui tính, không những hỗ trợ về

mặt nền tảng kiến thức mà còn về mặt tinh thần giúp nhóm vượt qua những lúc khó khăn,

mệt mỏi trong lúc làm việc. Sự đồng hành của tất cả mọi người trong suốt thời gian qua

là điều vô cùng quý giá, chúng em rất trân trọng điều đó và chắc chắn sẽ là một kỷ niệm

đáng nhớ cho quãng đời sinh viên của mình.

Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù nhóm đã rất cố gắng nhưng chắc chắn sẽ

không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó chúng em rất mong nhận được nhiều ý kiến

đóng góp quý báu từ thầy Trí nói riêng và các thầy cô giáo bộ môn khoa Điện – Điện tử

trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung để nhóm thực hiện đề tài có thể

hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này được tốt hơn. Mọi ý kiến đóng góp của quý

thầy cô là niềm động lực để nhóm tiếp tục cố gắng và phát huy hơn nữa trong tương lai.

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Lê Minh Quý - Nguyễn Thái Duy

MỤC LỤC

Trang bìa .................................................................................................................... i

Nhiệm vụ đồ án ......................................................................................................... ii

Lịch trình ................................................................................................................ iii

Cam đoan ................................................................................................................ iv

Lời cảm ơn ................................................................................................................ v

Mục lục .................................................................................................................... vi

Liệt kê hình vẽ ......................................................................................................... ix

Liệt kê bảng vẽ ........................................................................................................ xi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 1

Tóm tắt ................................................................................................................... xii

1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1

1.2 Mục tiêu .......................................................................................................... 7

1.3 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 8

1.4 Giới hạn. .......................................................................................................... 8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................ 10

1.5 Bố cục ............................................................................................................. 8

2.1 Tổng quan về bộ nghịch lưu áp ..................................................................... 10

2.1.1 Giới thiệu tổng quát .................................................................................... 10

2.1.2 Bộ nghịch lưu áp ........................................................................................ 10

2.1.3 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu đa bậc .................................... 11

2.2 Giới thiệu mạch nghịch lưu 3 pha hình T....................................................... 11

2.2.1 Tổng quan nghịch lưu hình T ..................................................................... 11

2.2.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 12

2.3 Giới thiệu về nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng chuyển mạch LC .. 13

2.3.1 Giới thiệu mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp .............................. 13

2.3.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 15

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................ 26

2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) ................................................. 19

3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 26

3.2 Sơ đồ khối hệ thống và chức năng các khối .................................................... 26

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ....................................................................... 26

3.2.2 Chức năng của từng khối ............................................................................ 26

3.3 Giới thiệu thành phần linh kiện trong các khối ............................................... 27

3.3.1 Tổng quan về card xử lý tín hiệu số TMS320F28335 .................................. 27

3.3.2 Giới thiệu FPGA Cyclone II EP2C5T144C8 ............................................... 29

3.3.3 Mạch kích ................................................................................................... 32

3.3.4 Mạch nguồn DC đầu vào............................................................................. 33

3.3.5 Mạch công suất ........................................................................................... 34

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................... 39

3.3.6 Mạch cảm biến ............................................................................................ 35

4.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 39

4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................ 39

4.2.1 Thi công board mạch .................................................................................... 39

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ....................................................................................... 45

4.2.3 Hình ảnh các module đã thi công, lắp ráp ..................................................... 46

4.3 Hoàn thiện mô hình ......................................................................................... 48

4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................ 48

4.3.2 Mô hình đã thi công ...................................................................................... 49

4.4 Lập trình hệ thống ........................................................................................... 50

4.5 Lập trình mô phỏng ......................................................................................... 52

4.5.1 Sơ đồ mô phỏng ........................................................................................... 52

4.5.2 Hình ảnh mô phỏng trên PSIM ..................................................................... 53

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ _NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................ 58

4.6 Quy trình và hướng dẫn thao tác ...................................................................... 56

5.1 Kết quả thực nghiệm ....................................................................................... 58

5.1.1 Dạng sóng xung kích cho các khóa IGBT ..................................................... 58

5.1.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu ............................ 59

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................... 65

5.2 Đánh giá nhận xét ............................................................................................ 62

6.1 Kết luận ........................................................................................................... 65

6.1.1 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 65

6.1.2 Những vấn đề còn tồn đọng .......................................................................... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................

PHỤ LỤC ..........................................................................................................

6.2 Hướng phát triển ............................................................................................. 66

iii

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 1.1: Sơ đồ khối bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều ........ 2

Hình 1.2: Sơ đồ khối bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số ........... 2

Hình 1.3: Bộ nghịch lưu Z-Source ............................................................................. 3

Hình 1.4: Bộ nghịch lưu Quasi-Z-Source với dòng ngõ vào liên tục .......................... 3

Hình 1.5: Bộ nghịch lưu Quasi-Z-Source NPC .......................................................... 4

Hình 1.6: Bộ nghịch lưu NPC 3 bậc tăng áp bằng chuyển mạch LC .......................... 5

Hình 1.7: Cấu hình bộ nghịch lưu tăng áp mới dùng cầu diode kẹp ........................... 7

Hình 2.1: Mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T .......................................................... 11

Hình 2.2: Chế độ dòng thụ động nghịch lưu hình T ................................................... 12

Hình 2.3: Chế độ dòng tích cực nghịch lưu hình T ..................................................... 12

Hình 2.4: Cấu trúc mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp ................................ 14

Hình 2.5: Mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng chuyển mạch LC .......... 15

Hình 2.6: Mạch điện tương đương 1 pha.................................................................... 15

Hình 2.7: Trạng thái +VDC ở trường hợp không ngắn mạch ....................................... 16

Hình 2.8: Trạng thái -VDC ở trường hợp không ngắn mạch ........................................ 17

Hình 2.9: Mạch tương đương 1 pha ở trường hợp mức "không" ................................ 17

Hình 2.10: Mạch tương đương 1 pha ở trạng thái ngắn mạch ..................................... 18

Hình 2.11: Phương pháp điều chế độ rộng xung tổng quát ......................................... 21

Hình 2.12: Các xung kích cho mạch nghịch lưu trên pha A ....................................... 21

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống bộ nghịch lưu 3 pha ................................................... 26

Hình 3.2: Hình ảnh Kit DSP TMS320F28335 ............................................................ 28

Hình 3.3: Sơ đồ tổng quan các các khối của TMS320F28335 .................................... 29

Hình 3.4: Hình ảnh FPGA Cyclone II EP2C5T144C8 ............................................... 31

Hình 3.5: Hình ảnh G1215S-1W ................................................................................ 32

Hình 3.6: Sơ đồ và chức năng các chân của G1215S-1W ........................................... 32

Hình 3.7: Hình ảnh opto TLP250 ............................................................................... 33

Hình 3.8: Sơ đồ khối tạo nguồn DC đầu vào .............................................................. 34

Hình 3.9: Hình ảnh IGBT FGL40N150D ................................................................... 34

Hình 3.10: Hình ảnh cảm biến điện áp LV-20P ......................................................... 35

Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện bên trong cảm biến điện áp LV-20P .............................. 35

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ............................................................... 36

Hình 3.13: Khối ngõ vào cảm biến ............................................................................ 36

Hình 3.14: Khối điều chỉnh mức khuếch đại của tín hiệu ........................................... 37

Hình 3.15: Khối cộng điện áp .................................................................................... 38

Hình 4.1: Sơ đồ khối module nguồn .......................................................................... 39

Hình 4.2: Mạch nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha .......................................................... 40

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch kích ........................................................................ 40

Hình 4.4: Sơ đồ mạch in mạch kích (lớp trên) ........................................................... 41

Hình 4.5: Mạch PCB mạch kích (mạch in lớp dưới) .................................................. 41

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến áp ............................................................ 42

Hình 4.7: Sơ đồ mạch in mạch cảm biến áp ............................................................... 42

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất ................................................................ 43

Hình 4.9: Mạch tăng áp LC với IGBT ....................................................................... 43

Hình 4.10: Mạch công suất hình T ............................................................................. 44

Hình 4.11: Nhánh hình T ........................................................................................... 44

Hình 4.12: Module khối nguồn .................................................................................. 46

Hình 4.13: Module mạch kích ................................................................................... 47

Hình 4.14: Mô hình mạch công suất .......................................................................... 47

Hình 4.15: Mô hình mạch tăng áp bằng LC ............................................................... 48

Hình 4.16: Mô hình mạch cảm biến áp ...................................................................... 48

Hình 4.17: Mô hình hoàn chỉnh ................................................................................. 49

Hình 4.18: Lưu đồ giải thuật tổng quát ...................................................................... 50

Hình 4.19: Lưu đồ giải thuật cho chương trình xử lý pha A ....................................... 51

Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch mô phỏng trên PSIM ............................................ 52

Hình 4.21: Khối tạo xung kích điển hình cho 1 pha ................................................... 52

Hình 4.22: Sơ đồ khối tạo xung ngắn mạch trên PSIM .............................................. 53

Hình 4.23: Xung kích cho khóa Sa1-Sa2-Sa3 ............................................................ 53

Hình 4.24: Xung kích cho khóa Sb1-Sb2-Sb3 ............................................................ 53

Hình 4.25: Xung kích cho khóa Sc1-Sc2-Sc3 ............................................................ 54

Hình 4.26: Xung kích cho khóa Sa1-Sb1-Sc1 ............................................................ 54

Hình 4.27: Dạng sóng điện áp pha ............................................................................. 55

Hình 4.28: Dạng sóng điện áp dây ............................................................................. 55

Hình 4.29: Dạng sóng điện áp cực ............................................................................. 55

Hình 4.30: Dạng dòng điện ngõ ra ............................................................................. 56

Hình 4.31: Quy trình và hướng dẫn thao tác .............................................................. 57

Hình 5.1: Dạng sóng xung kích cho SA1-SA2-SA3-Short giữa thực nghiệm và

mô phỏng ................................................................................................... 58

Hình 5.2: Dạng sóng xung kích cho SA1-SB1-SC1 giữa thực nghiệm và mô phỏng .. 59

Hình 5.3: Dạng sóng điện áp cực (Van) trước lỗi và sau lỗi ....................................... 59

Hình 5.4: Dạng sóng điện áp pha (Vph) trước lỗi và sau lỗi ....................................... 60

Hình 5.5: Dạng sóng điện áp dây (Vab) trước lỗi và sau lỗi ....................................... 60

Hình 5.6: Dạng sóng điện áp trên tải R (Vr) trước lỗi và sau lỗi ................................ 60

Hình 5.7: Dạng sóng dòng điện qua tải trước lỗi và sau lỗi ........................................ 61

Hình 5.8: Tổng độ méo hài (THD) của dòng điện trước lỗi và sau lỗi ........................ 61

Hình 5.9: Dạng sóng điện áp trên tụ C1, C2 trước lỗi và sau lỗi ................................. 62

Hình 5.10: Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây L trước lỗi và sau lỗi ........................ 62

iii

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 4.1: Thông số các linh kiện sử dụng trong mạch ................................................. 44

Bảng 5.1: Các thông số được sử dụng trong bộ nghịch lưu 3 pha ................................. 63

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây, các tấm pin năng lượng mặt trời dần được sử dụng rộng

rãi, các tuabin năng lượng gió cũng bắt đầu được sử dụng phổ biến hơn ở các tỉnh thành

Việt Nam. Việc sử dụng các bộ nghịch lưu là rất cần thiết để tận dụng các nguồn năng

lượng sạch này nhằm phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của mọi nhà, qua đó

sẽ giảm được đáng kể chi phí điện năng tiêu thụ về lâu dài.

Đề tài thực hiện xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha ba bậc hình T tăng áp điều

khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu được sự cố mất pha ở một nhánh nghịch lưu bất

kỳ. Mô hình được thực hiện dựa trên việc sử dụng card xử lý tín hiệu số DSP

TMS320F28335 kết hợp với vi mạch FPGA để lập trình tạo ra các xung kích đóng, mở

các IGBT tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha cấp cho tải. Phương pháp nghiên cứu chính của

đề tài dựa trên những yếu tố sau:

- Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các bài báo khoa học đã công bố.

- Có tính kế thừa những phần cứng đã thiết kế từ các công trình nghiên cứu trước đó

của phòng thí nghiệm và từ đó tiếp tục đào sâu nghiên cứu để phát triển thêm các

tính năng mới.

- Dựa vào lý thuyết tiến hành mô phỏng bằng phần mềm và xây dựng mô hình chạy

thực tế.

- Ghi nhận kết quả từ thực nghiệm và đánh giá.

Việc mô phỏng cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc mới đã được thực hiện trên

phần mềm Psim, và để kiểm tra lại các kết quả này thì một mô hình thử nghiệm đã được

nhóm thực hiện đề tài xây dựng tại phòng thí nghiệm. Quá trình thực nghiệm bộ nghịch

lưu cũng đã được tiến hành ở cả hai điều kiện hoạt động của mạch: điều kiện hoạt động

bình thường và trong điều kiện gặp sự cố mất pha A.

Các dạng sóng điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu quan sát được từ thực nghiệm có

hình dạng giống với lý thuyết mô phỏng khi hoạt động trong cả hai điều kiện bình thường

và xảy ra sự cố. Về mặt biên độ thì có sự sai lệch tương đối khi so với lý thuyết, điều này

có thể chấp nhận được vì các linh kiện ngoài thực tế không thể đạt được các trạng thái và

thông số lý tưởng như trong lý thuyết mô phỏng. Ngoài ra, nhiễu tác động đến các xung

kích cũng làm cho IGBT phát nóng làm giảm hiệu suất làm việc của linh kiện, qua đó ảnh

hưởng đến kết quả thực nghiệm.

Chương 1.

TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Nền sản xuất công nghiệp phát triển, kéo theo nhiều tác động xấu đến môi

trường. Cụ thể, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề được mọi người đặc biệt

quan tâm trong những năm gần đây. Đã có nhiều cuộc tranh cãi nảy lửa giữa người

dân với các nhà máy sản xuất công nghiệp xảy ra tại nước ta với tần suất xuất hiện

trên các báo đài, mạng xã hội ngày càng tăng. Nguyên nhân chủ yếu của các vụ việc

này liên quan tới vấn đề các công ty, xí nghiệp sản xuất đã xả trực tiếp các chất thải

độc hại chưa qua xử lý ra môi trường. Để giảm thiểu tình trạng này, nhiều quốc gia

trên thế giới trong đó có Việt Nam đang hướng đến mục tiêu sử dụng năng lượng

sạch sẵn có từ thiên nhiên như năng lượng gió, năng lượng mặt trời,… để giảm thiểu

tình trạng ô nhiễm môi trường.

Một bộ phận không thể thiếu trong các hệ thống sản xuất năng lượng sạch này

là các bộ nghịch lưu (Inverters). Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các bộ nghịch lưu

đang là một yêu cầu bắt buộc để có thể biến đổi và sử dụng năng lượng một cách hiệu

quả hơn song cũng góp phần giảm thiểu chi phí lắp đặt để có thể phổ biến rộng rãi

hơn việc sử dụng nguồn năng lượng này đến với cộng đồng.

Các bộ nghịch lưu nguồn áp thông thường (VSI) vẫn còn tồn tại một số hạn chế

nhất định [1-2]. Cụ thể như:

- Không chịu được sự cố ngắn mạch trên cùng một nhánh nghịch lưu dẫn tới hư

hỏng linh kiện chuyển mạch (IGBT).

- Hoạt động như một bộ chuyển đổi nguồn bậc thấp, điện áp xoay chiều ngõ ra

luôn nhỏ hơn điện áp nguồn một chiều cung cấp cho ngõ vào. Do đó, trong

một hệ thống năng lượng tái tạo, để có được một điện áp AC đạt yêu cầu thì

một bộ chuyển đổi điện áp một chiều (DC-DC converter) sẽ được ghép tầng

với VSI như hình 1.1 hoặc một máy biến áp xoay chiều được lắp đặt đằng sau

VSI như hình 1.2. Tuy nhiên, với nhiều giai đoạn chuyển đổi năng lượng sẽ

làm giảm hiệu suất của hệ thống, trong khi đó việc lắp đặt máy biến áp lại làm

tăng kích thước, trọng lượng và giá thành của cả hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

Tải

Khối nguồn DC

Bộ tăng áp DC-DC

Bộ nghịch lưu DC-AC

150-300VDC

400VDC

220VAC

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Tải

Khối nguồn DC

Bộ nghịch lưu DC-AC

Máy biến áp 50Hz

150-300VDC

110VAC

220VAC

Hình 1.1. Sơ đồ khối bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều.

Hình 1.2. Sơ đồ khối bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số.

Sớm nhận ra được những hạn chế của bộ nghịch lưu truyền thống, việc nghiên

cứu và phát triển các cấu hình nghịch lưu đã được thực hiện một cách liên tục mỗi

ngày bởi các chuyên gia hàng đầu và các kỹ sư điện giàu kinh nghiệm trên toàn thế

giới nhằm hướng tới mục tiêu cải thiện chất lượng điện năng ngày một tốt hơn, đồng

thời giảm chi phí lắp đặt và tăng hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Cụ

thể, số lượng các bài báo về các công trình nghiên cứu đã được công bố ngày càng

nhiều bởi các tạp chí nổi tiếng về điện – điện tử như IEEE, IET... Điều đó chứng tỏ

rằng việc nghiên cứu về các bộ nghịch lưu cho các hệ thống điện năng lượng tái tạo

là đúng hướng và ngày càng được mọi người quan tâm nhiều hơn trong những năm

 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

gần đây.

Năm 2003, cấu hình nghịch lưu nguồn Z đã được đề xuất cho phép tăng điện áp

DC ngõ vào qua đó tăng áp xoay chiều ngõ ra chỉ qua một chặng biến đổi năng lượng

là một bước tiến khá lớn cho lĩnh vực này [3-4]. Mạng trở kháng trung gian của bộ

nghịch lưu nguồn Z (ZSI) này bao gồm hai cuộn cảm có thông số bằng nhau, hai tụ

thông số bằng nhau và một diode. Đối với bộ nghịch lưu truyền thống, chỉ có hai

trạng thái hoạt động là trạng thái ngắn mạch và trạng thái trạng thái active. Trong khi

đó bộ ZSI tận dụng trạng thái ngắn mạch để tăng điện áp DC ngõ vào, qua đó cải

thiện độ tin cậy cho bộ nghịch lưu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2

Sa1

Sb1

Sc1

C A

ả T

Sa2

Sb2

Sc2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Hình 1.3. Bộ nghịch lưu Z-Source.

Cho đến nay đã có rất nhiều các cấu hình liên quan được công bố như: Novel Z-

source, Quasi Z-source…là các cải tiến từ nghịch lưu nguồn Z.

Năm 2008, một biến thể cải tiến từ ZSI là Quasi-Z-Source (qZSI) đã được đề

xuất [5]. Bộ qZSI này cũng tương tự như ZSI nhưng có một số ưu điểm như: giảm

nguồn đặt vào, giảm trị số của các linh kiện, giảm số lượng phần tử thụ động, đơn

giản hóa phương pháp điều khiển và đặc biệt là cải thiện dòng điện ngõ vào được liên

Sa1

Sb1

Sc1

C A

ả T

Sa2

Sb2

Sc2

tục – một hạn chế còn tồn tại của cấu hình ZSI trước đó.

Hình 1.4. Bộ nghịch lưu Quasi-Z-Source với dòng ngõ vào liên tục.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Các bộ nghịch lưu trong giai đoạn này hầu hết là nghịch lưu bậc thấp, không

phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi sử dụng điện năng với chất lượng ngày càng cao

nên các bộ qZSI nhiều bậc đã được nghiên cứu để đáp ứng kịp thời cho nhu cầu này.

Năm 2014, một cấu hình qZSI NPC 3 bậc đã được đề xuất trong bài báo [6] của tạp

chí IEEE. Mạng trở kháng trung gian của qZSI NPC 3 bậc sử dụng hai mạng lưới trở

kháng của qZSI theo dạng đối xứng như hình 1.5 với bốn cuộn cảm, bốn tụ điện và

hai diode. Bộ qZSI NPC 3 bậc này cũng có chế độ tăng áp chỉ qua một chặng biến

đổi năng lượng nhưng cung cấp được điện áp ngõ ra AC ba bậc. Tuy nhiên, việc tăng

gấp đôi số lượng các linh kiện thụ động công suất lớn ở mạng trở kháng trung gian

như vậy sẽ làm tăng kích thước, chi phí lắp đặt của cả hệ thống và cũng không phù

Sb1

Sc1

Sa1

Sb2

Sc2

Sa2

Db1

Dc1

Da1

C A

ả T

Sa3

Sb3

Sc3

Db2

Dc2

Da2

Sa4

Sb4

Sc4

hợp với các ứng dụng sử dụng công suất vừa và nhỏ.

Hình 1.5. Bộ nghịch lưu Quasi-Z-Source NPC.

Vào năm 2016, bài báo [7] “A three level LC-Switching Based Voltage Boost

NPC Inverter” được công bố bởi tổ chức IEEE với nghiên cứu về nghịch lưu 3 pha 3

bậc NPC diode kẹp tăng áp bằng chuyển mạch LC. Bộ nghịch lưu này vừa có thể tăng

được điện áp đầu vào vừa sử dụng tương đối ít các linh kiện thụ động trong mạng trở

kháng trung gian bởi sự trợ giúp của một linh kiện chuyển mạch tích cực bổ sung, do

đó tạm thời giải quyết được vấn đề về kích thước và trọng lượng của các bộ nghịch

lưu đa bậc trước đó.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4

Sb1

Sc1

Sa1

Sb2

Sc2

Sa2

Da1

Db1

Dc1

C A

ả T

Sa3

Sb3

Sc3

Da2

Db2

Dc2

Sa4

Sb4

Sc4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Hình 1.6. Bộ nghịch lưu NPC 3 bậc tăng áp bằng chuyển mạch LC.

Trong nước, hiện tại hướng nghiên cứu về bộ nghịch lưu đa bậc hình T vẫn còn

là một hướng nghiên cứu mới.

Tiên phong cho hướng nghiên cứu về cấu hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình

T tăng áp bằng chuyển mạch LC thực hiện trong đồ án là ThS. Đỗ Đức Trí - Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Cụ thể, trong năm 2017, bài báo về

công trình nghiên cứu nghịch lưu hình T “Three-Level Quasi-Switched Boost T-Type

Inverter: Analysis, PWM Control, and Verification” của thầy đã được tổ chức IEEE

thông qua và cho phát hành đến các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện tại phòng “Thí nghiệm Điện tử công suất nâng

cao” - D405. Phòng thí nghiệm đã và đang đi sâu vào nghiên cứu và phân tích các

cấu hình và các giải thuật về nghịch lưu hình T tăng áp.

Chưa dừng lại ở đó, một minh chứng cho tình hình nghiên cứu về các bộ nghịch

lưu vẫn đang tiếp tục phát triển, bài báo [8] “Fault tolerant three-level boost inverter

with reduced source and LC count” cũng vừa được tạp chí IET Power Electronics

phát hành trong năm 2017 vừa qua. Trong bài báo, một cấu hình nghịch lưu mới đã

được đề xuất với việc tiếp tục giảm bớt một cuộn cảm ở mạng trở kháng trung gian

và giảm thêm 6 diode nữa khi so với mạch nghịch lưu NPC trước đó. Ngoài việc giảm

đáng kể số lượng các linh kiện thụ động, bộ nghịch lưu này còn có thể chịu được lỗi

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

trong các trường hợp như: lỗi ngắn mạch, lỗi mạch hở bằng cách thực hiện một kỹ

thuật điều chế PWM đặc biệt.

Bộ nghịch lưu trong đề tài mà nhóm đang nghiên cứu được thực hiện dựa trên

bài báo “Fault tolerant three-level boost inverter with reduced source and LC count”.

Với hai IGBT ở nhánh hình T đã được nhóm thực hiện đề tài thay thế bằng cấu hình

gồm một IGBT kẹp bởi cầu Diode để cách ly điểm trung tính với dòng tải ngõ ra được

tốt hơn. Khi so với bộ nghịch lưu ba pha ba bậc truyền thống, bộ nghịch lưu cải tiến

này có các đặc tính nổi trội hơn như:

 Có khả năng tăng áp DC đầu vào, qua đó giảm số lượng nguồn pin hay ắc-

quy ngõ vào, giảm chi phí lắp đặt.

 Chỉ qua một chặng chuyển đổi năng lượng DC-AC nên có hiệu suất chuyển

đổi cao. Kích thước và trọng lượng của hệ thống được giảm đi đáng kể.

 Giảm điện áp và dòng đặt lên các linh kiện chuyển mạch IBGT.

 Sử dụng ít linh kiện thụ động hơn trong mạng trở kháng trung gian giữa nguồn

DC ngõ vào và nhánh nghịch lưu.

 Cách ly điểm trung tính với dòng tải ngõ ra tốt hơn.

 Chịu được lỗi ngắn mạch do có sự hiện diện của mạng trở kháng trung gian

giữa nguồn đầu vào và nhánh nghịch lưu. Lỗi mạch hở cũng có thể giải quyết

bằng cách thay đổi kỹ thuật điều chế.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6

Sa1

Sb1

Sc1

Sa3

Vdc

C A

Sb3

ả T

Sc3

Sa2

Sb2

Sc2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.2 MỤC TIÊU

Hình 1.7. Cấu hình bộ nghịch lưu tăng áp mới dùng cầu diode kẹp.

Mục tiêu tạo ra bộ nghịch lưu ba pha ba bậc tăng áp có ngõ ra điện áp được cải

thiện hơn về độ gợn sóng và tần số ổn định hơn.

Dựa trên cấu hình tham khảo từ bài báo “Fault tolerant three-level boost inverter

with reduced source and LC count”. nhóm tiến hành cải tiến các linh kiện chuyển

mạch ở nhánh hình T của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T tăng áp thành cầu diode

kẹp để cách ly điểm trung tính với dòng tải ngõ ra tốt hơn. Cấu hình nghịch lưu mới

này cũng loại bỏ bớt ba IGBT trên nhánh hình T cũng giúp giảm được số lượng linh

kiện trên mạch kích kèm theo. Ngoài ra việc điều khiển chỉ một IGBT thay vì hai trên

mỗi nhánh T cũng sẽ đơn giản hơn.

Bộ nghịch lưu sử dụng một nguồn 𝑉(cid:3031)(cid:3030), mạng trở kháng trung gian của bộ nghịch

lưu này bao gồm một cuộn cảm, hai tụ điện, bốn diode, hai linh kiện chuyển mạch

tích cực và sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM để điều khiển các linh

kiện chuyển mạch. Trong đó, Card DSP TMS320F28355 được lập trình để tạo xung

ngõ ra cho mạch kích hoạt động đồng thời sử dụng board mạch FPGA Cyclone II

EP2C5T144C8 để thực hiện các thuật toán logic.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

 NỘI DUNG 1: Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài “Xây

dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả năng

chịu lỗi”.

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu phần cứng, phần mềm và nghiên cứu giải thuật điều

khiển.

 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển.

 NỘI DUNG 4: Xây dựng mô hình.

 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm

1.4 GIỚI HẠN

 NỘI DUNG 6: Kết luận và hướng phát triển của đồ án.

 Nghịch lưu ba pha ba bậc dạng hình T tăng áp.

 Chỉ thực hiện sửa lỗi cho trường hợp một nhánh nghịch lưu của pha bất kỳ bị

lỗi mất pha.

 Điện áp cực ngõ ra đỉnh là ±100 VAC.

 Đây là đề tài mới nên tài liệu nghiên cứu bị hạn chế và mang tính tham khảo,

đa số là tài liệu nước ngoài cần có thời gian nghiên cứu và tìm hiểu.

 Đề tài chỉ xây dựng mô hình với mục đích kiểm chứng giữa lý thuyết và thực

tế.

 Đề tài được thực hiện với sự trợ giúp phần lớn các linh kiện, trang thiết bị sẵn

có của phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao của trường ĐH Sư phạm

kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh.

1.5 BỐ CỤC

 Các trang thiết bị gây ra sai số trong quá trình thực nghiệm.

 Chương 1: Tổng quan.

Chương này trình bày vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu

và bố cục đồ án.

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Hệ thống lại những kiến thức nền cơ bản.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

 Chương 3: Xây dựng hệ thống.

Đưa ra phương án thực hiện, dựa vào những kiến thức nền tảng và kiến thức đã

được học.

 Chương 4: Thi công mô hình.

Làm khung mô hình, gia công mạch in, hàn linh kiện và kiểm tra mạch.

 Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá.

Trình bày kết quả trên mô phỏng và thực nghiệm đưa ra nhận xét và đánh giá.

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra kết luận cho đồ án, những điểm đã và chưa đạt được. Có hướng phát

triển cho đề tài.

 Tài liệu tham khảo, phụ lục.

Dẫn chứng nguồn tài liệu tham khảo trong lúc thực hiên đồ án tốt ngiệp.

Hướng dẫn sử dụng phần mềm CCS và Quartus II.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

2.1.1 Giới thiệu tổng quát

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bộ nghịch lưu là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ nguồn năng lượng điện một

chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay

chiều hoạt động.

Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có tính chất nguồn điện áp và

nguồn cho bộ nghịch lưu dòng có tính chất là dòng điện. Các bộ nghịch lưu tương

ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hay

gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng.

Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ngõ ra không giống nhau,

ví dụ như bộ nghịch lưu tạo ra dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều, ta

gọi chúng là bộ nghịch lưu điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp hay còn được gọi

là bộ nghịch lưu dòng nguồn áp.

Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (ví dụ động cơ không đồng bộ,

lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện không thể ngắt bằng quá trình chuyển mạch

tự nhiên. Do đó, bộ nghịch lưu thường chứa linh kiện đóng ngắt để có thể điều khiển

quá trình ngắt dòng điện.

Trong các trường hợp đặc biệt như mạch tải cộng hưởng, tải mang tính chất

dung kháng (động cơ đồng bộ kích từ dư), dòng qua các linh kiện có thể bị ngắt do

quá trình chuyển mạch tự nhiên phụ thuộc vào điện áp nguồn hoặc phụ thuộc vào

2.1.2 Bộ nghịch lưu áp

điện áp mạch tải. Khi đó linh kiện bán dẫn có thể chọn là thyristor (SCR).

Bộ nghịch lưu cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ngõ ra. Nguồn điện áp

một chiều có thể ở dạng đơn giản như acquy, pin điện… hoặc ở dạng phức tạp như

điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng. Linh kiện trong bộ nghịch lưu có

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

khả năng kích đóng hay ngắt dòng điện đi qua nó tức là đóng vai trò như một công

tắc. Trong các ứng dụng công suất vừa và nhỏ có thể sử dụng transistor BJT,

MOSFET, IGBT làm công tắc. Ở các ứng dụng có công suất lớn có thể sử dụng GTO,

IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch.

Các hệ thống phát điện tái tạo cho ra các nguồn điện sơ cấp khác nhau, phụ thuộc

vào điều kiện làm việc, yêu cầu trong quá trình vận hành. Do đó cần thiết phải có

thiết bị biến đổi điện tử công suất để cho phép truyền tải bằng phần tử phi tiếp điểm

2.1.3 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu đa bậc

có khả năng điều khiển được, khi ghép nối với lưới hoặc phụ tải.

Có 3 dạng thường được sử dụng trong bộ nghịch lưu áp đa bậc:

- Dạng diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter).

- Dạng dùng tụ thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter).

2.2 GIỚI THIỆU MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T

2.2.1 Tổng quan nghịch lưu hình T

- Dạng ghép tầng (Cascade inverter).

Hình 2.1. Mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T được biểu diễn tại hình 2.1. Đây là mạch nghịch

lưu cho hiệu suất cao và hoạt động tốt hơn các mạch nghịch lưu truyền thống nên

thường được sử dụng cho mạch nghịch lưu của hệ thống pin năng lượng mặt trời.

So với các mạch nghịch lưu truyền thống thì mạch nghịch lưu đa bậc hình T có

hiệu suất cao hơn mà lại sử dụng ít linh kiện đóng ngắt hơn. Qua đó giúp giảm chi

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

phí và tăng hiệu quả sử dụng.

Về cơ bản mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T hoạt động sẽ có 3 mức trạng thái:

+ Sa1 dẫn: Điện áp ngõ ra là +Vdc/2.

+ Sa3 dẫn: Điện áp ngõ ra bằng 0.

+ Sa2 dẫn: Điện áp ngõ ra bằng -Vdc/2.

Mạch nghịch lưu hình T hoạt động với 6 chế độ cho mỗi pha bao gồm 3 chế độ

với dòng điện tích cực và 3 chế độ dòng thụ động:

Hình 2.2. Chế độ dòng thụ động nghịch lưu hình T

Hình 2.3. Chế độ dòng tích cực nghịch lưu hình T

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12

2.3 GIỚI THIỆU VỀ NGHỊCH LƯU 3 PHA 3 BẬC HÌNH T TĂNG

ÁP BẰNG CHUYỂN MẠCH LC

2.3.1 Giới thiệu mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nghịch lưu sử dụng trong ứng dụng hiện nay phân làm hai loại cơ bản: Nghịch

lưu nguồn áp - NLNA, nghịch lưu nguồn dòng - NLND.

Nghịch lưu nguồn áp được sử dụng phổ biến và có đặc điểm sau: đầu vào nghịch

lưu áp phải có tụ điện dung lượng lớn, điện áp đầu ra nghịch lưu bị giới hạn bởi điện

áp một chiều và không cho phép ngắn mạch đầu ra.

Nghịch lưu nguồn dòng sử dụng trong ứng dụng có công suất lớn và có đặt điểm

sau: đầu vào NLND phải có điện cảm giá trị lớn và cần có bộ điều chỉnh để duy trì

dòng điện không đổi, điện áp ra của NLND lớn hơn điện áp đầu vào và không cho

phép làm việc hở mạch. Như vậy, cả hai cấu hình NLNA và NLND chỉ có thể thực

hiện chức năng tăng áp hoặc giảm áp.

Hệ thống phát điện bằng pin năng lượng mặt trời có ngõ ra là một nguồn DC có

điện áp thấp, không ổn định nên chúng ta cần có một mạch nghịch lưu vừa có thể

chuyển đổi DC/AC vừa có thể tăng điện áp ngõ ra để phù hợp với thiết bị sinh hoạt

trong hộ gia đình, chung cư, nhà xưởng, hay hòa vào điện lưới quốc gia theo giá trị

mong muốn. Do đó, mạch nghịch lưu hình T đã mở ra triển vọng ứng dụng cho các

hệ phát điện như phân tán như: pin năng lượng mặt trời, fuel cell, sức gió…thích hợp

trong lưới điện.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13

Hình 2.4. Cấu trúc mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cấu trúc mạch động lực đồng nhất không có sự phân biệt rõ các tầng biến đổi

công suất. Điện áp DC đầu vào được tăng áp nhờ chuyển mạch bởi các khóa S1 và

S2. Cuộn cảm L1 để dòng điện liên tục trong quá trình chuyển mạch bởi các khóa S1

và S2. Giá trị của tụ C1 và C2 sẽ bằng nhau để chia đôi cân bằng điện áp. So với

mạch nghịch lưu NPC truyền thống, mạch nghịch lưu hình T cho phép giảm được 3

IGBT và 1 cuộn dây so với mạch nghịch lưu NPC truyền thống.

Đề tài nghiên cứu của nhóm sẽ sử dụng mạch nghịch lưu hình T điều khiển bằng

cầu diode kẹp sẽ có ưu điểm hơn mạch nghịch lưu hình T truyền thống: giảm 1 IGBT

cho mỗi nhánh giữa, sẽ giúp giảm bớt xung kích điều khiền và các IC liên quan.

Đề tài sẽ nghiên cứu mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T điều khiển bằng cầu

diode kẹp tăng áp bằng chuyển mạch LC hướng đến ứng dụng cụ thể cho hệ phát điện

sử dụng pin năng lượng mặt trời.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14

2.3.2 Nguyên lý hoạt động

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5. Mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng chuyển mạch LC

Nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng

chuyển mạch LC được giải thích dựa trên mạch điện tương đương 1 pha như hình 2.6

Hình 2.6. Mạch điện tương đương 1 pha

Mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng chuyển mạch LC hoạt động

dựa trên 3 trạng thái chính: trạng thái mức “không”, trường hợp không ngắn mạch và

trường hợp ngắn mạch. Đối với trường hợp ngắn mạch và không ngắn mạch, dòng

điện qua cuộn cảm phải liên tục. Để đảm bảo điều này thì giá trị của cuộn cảm phải

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

đủ lớn để duy trì dòng điện, nếu cuộn cảm có giá trị nhỏ thì dòng điện sẽ có độ đập

mạch lớn, hay có thể bị gián đoạn. Tùy thuộc vào công suất yêu cầu của phụ tải mà

giá trị của các cuộn cảm và tụ điện được thiết kế và lựa chọn để đảm bảo độ đập mạch

Xét trường hợp không ngắn mạch:

của dòng điện, điện áp cho phép của mạch nghịch lưu.

Hình 2.7. Trạng thái + VDC ở trường hợp không ngắn mạch

Ở trường hợp không ngắn mạch, cuộn cảm thực hiện quá trình nạp xả năng

lượng qua mạch nghịch lưu cấp điện cho phụ tải, điện áp đầu ra lúc này sẽ có 2 giá

trị là +Vdc/2 hoặc –Vdc/2.

Ở hình 2.7, các IGBT S1, S2, Sa3, Sa2 sẽ mở, IGBT Sa1 sẽ đóng để tạo điện

áp +Vdc.

Điện áp ngõ ra trong trường hợp không ngắn mạch là:

(1) Vout = +Vdc/2 hoặc Vout = -Vdc /2.

Điện áp đặt lên cuộn cảm L trong trường hợp không ngắn mạch là:

(2) VL = Vdc – (VC1 + VC2)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.8. Trạng thái -VDC ở trường hợp không ngắn mạch

Ở hình 2.8, các IGBT S1, S2, Sa3, Sa1 sẽ mở, IGBT Sa2 sẽ đóng để tạo điện

áp -Vdc.

Dòng điện đặt lên các phần tử trong trạng thái không ngắn mạch là:

(3) IC = IL

Xét trường hợp mức “không”

(4) IC1 = IC2

Hình 2.9. Mạch tương đương 1 pha ở trường hợp mức "không"

Ở trường hợp mức “không” các IGBT S1, S2, Sa1, Sa2 sẽ mở, chỉ có nhánh

nghịch lưu ở giữa IGBT Sa3 được đóng lại để tạo điện áp 0.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Điện áp của mạch nghịch lưu ở trạng thái mức “không” là:

Vout = 0

(5)

Điện áp đặt lên cuộn cảm L trong trạng thái mức “không” là:

(6)

VL = Vdc – (VC1 + VC2)

Xét trường hợp ngắn mạch:

Hình 2.10. Mạch tương đương 1 pha ở trạng thái ngắn mạch

Ở trường hợp ngắn mạch, cho phép ngắn mạch một hoặc hai hoặc cả ba IGBT

mạch nghịch lưu hình T, ví dụ như hình 2.10 là ngắn mạch 2 IGBT Sa1, Sa2, Sa3 của

pha A. Cả 3 IGBT Sa1, Sa2 và Sa3 sẽ đóng đồng thời với 2 IGBT S1, S2.

Tại thời điểm ngắn mạch, các cuộn cảm thực hiện quá trình nạp điện áp từ tụ

điện và nguồn DC. Dòng điện tải đầu ra đối với tải trở cảm của mạch nghịch lưu sẽ

được duy trì liên tục qua hệ thống các Diode của các IGBT S1, S2, Sa1 và Sa2. Trong

trường hợp ngắn mạch thì điện áp đầu ra sẽ bằng 0, vì mạch nghịch lưu đã bị ngắn

mạch đầu vào.

Điện áp ngõ ra ở trường hợp ngắn mạch là:

(7)

Vout = 0

Điện áp đặt trên cuộn cảm L trong trường hợp ngắn mạch là:

(8)

VL = Vdc + VC1 + VC2

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Dòng điện trên các phần tử trong mạch ở trường hợp ngắn mạch là:

(9) IL = - IC1 = -IC2

Gọi D là thời gian ngắn mạch trong chu kỳ sóng mang của các khóa IGBT trong

mạch nghịch lưu, do đó ta có 1-D sẽ là thời gian không ngắn mạch của các khóa

M D

1 

IGBT. Gọi M là hệ số điều chế độ rộng xung, ta có:

(10)

Mà ta có điện áp trung bình qua cuộn cảm trong một chu kỳ bằng 0 nên ta có:

(11) (Vdc – (VC1 + VC2))(1 - D) + (Vdc + VC1 + VC2)D = 0

Điện áp trên cả hai tụ bằng nhau nên:

(12) VC1 = VC2



Từ (11) và (12), ta có:

V C

V dc 2(1 2 ) D 

(13)



Điện áp đỉnh ngõ ra pha AC:

out

M V . C

M V . dc 2(1 2 ) D 

(14)

B 

Gọi B là hệ số tăng áp của mạch nghịch lưu, ta có:

M 2(1 2 D) 

2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG (PWM)

(15)

Điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation), hay điều chế thời gian xung

(Pulse-duration modulation), là một kỹ thuật điều chế được sử dụng để mã hóa một

thông điệp thành một tín hiệu xung. Mặc dù kỹ thuật điều chế này có thể được sử

dụng để mã hóa thông tin để truyền tải, việc sử dụng chính của nó là cho phép điều

khiển nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện, đặc biệt là để tải quán tính như động

cơ. Ngoài ra, PWM là một trong hai thuật toán chính được sử dụng trong bộ sạc pin

quang điện năng lượng mặt trời, thuật toán kia là giám sát điểm công suất cực đại.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tần số đóng cắt PWM phải cao hơn nhiều so với tần số ảnh hưởng đến tải (các

thiết bị sử dụng điện), để dạng sóng cuối cùng được đưa tới tải phải càng mịn càng

tốt.

Ưu điểm chính của PWM đó là tổn hao công suất trên các thiết bị đóng cắt

(chuyển mạch) rất thấp. Khi khóa chuyển mạch tắt thì không có dòng điện nào đi qua,

và khi bật thì nguồn sẽ được đưa sang phụ tải, thì hầu như không có sụt áp trên thiết

bị chuyển mạch. Tổn hao công suất, là tích của điện áp và dòng điện, do đó trong cả

hai trường hợp gần như bằng không. PWM cũng hoạt động tốt với điều khiển kỹ thuật

số, mà vì tính chất bật/tắt, ta có thể dễ dàng thiết lập chu kỳ làm việc cần thiết.

Các ứng dụng:

- PWM được sử dụng để điều khiển các cơ cấu servo.

- PWM là một dạng điều chế tín hiệu trong viễn thông.

- PWM có thể được sử dụng để kiểm soát lượng điện được cung cấp.

- PWM cũng được sử dụng trong các bộ điều chỉnh điện áp.

- Hiệu ứng âm thanh và khuếch đại âm thanh.

- Kỹ thuật điện.

Ở các mạch nghịch lưu truyền thống, trường hợp hai khóa trên một nhánh hay

còn gọi là trường hợp ngắn mạch ngõ ra thì sẽ được tránh vì trường hợp này sẽ làm

ngắn mạch mạch công suất và hư hỏng thiết bị điện tử công suất. Nhưng ở mạch

nghịch lưu có mạch tăng áp chuyển mạch bằng LC cho phép tồn tại trạng thái ngắn

mạch trong các trạng thái hoạt động của mạch.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.11: Phương pháp điều chế độ rộng xung tổng quát

Đề tài nhóm thực hiện sẽ tiến hành điều chế độ rộng xung dựa trên phương

pháp:

- So sánh xung tam giác với điện áp DC (đường thẳng).

- So sánh xung tam giác với điện áp AC (Sin).

Hình 2.12. Các xung kích cho mạch nghịch lưu trên pha A

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

M Sin .

)





v ref

f t 0

M Sin .







v ref

f t 0

(16)

M Sin .







v ref

f t 0

2  ) 3 2  ) 3

       

Điện áp tham chiếu AC Sin:

M Sin .

)

 



v ref

f t 0

M Sin .

 





v ref

f t 0

(17)

M Sin .

 





v ref

f t 0

2  ) 3 2  ) 3

       

Điện áp tham chiếu AC Sin đảo:

Trong đó: vref_a, vref_b, vref_c, vref_an, vref_bn, vref_cn là điện áp tham chiếu điều khiển ngõ

ra của pha A, B, C.

M, fo lần lượt là chỉ số điều chế và tần số ngõ ra.

Giải thuật điều chế xung điều khiển cho các khóa công suất thực hiện trong đồ

án được thể hiện ở hình 2.12 có thể giải thích như sau:

- Tại mỗi pha ta so sánh 2 sóng Sin lệch pha nhau 1800 là Sin(t) ở (16) và

-Sin(t) ở (17) với sóng mang tần số cao Vcarr.

- Với 3 pha thì các bộ sóng Sin (Sin(t) và -Sin(t)) này sẽ lệch pha nhau 1200 ở

biểu thức (16) và biểu thức (17).

- Các xung ngắn mạch được tạo bằng việc so sánh sóng mang với 2 tín hiệu điện

áp cố định (Vdc) kí hiệu là Vsh (Vshoot_high) và Vsl (Vshoot_low) như trong hình 2.12.

Biên độ của tín hiệu Vdc này sẽ quyết định đến giá trị độ lợi tăng áp.

- Để đảm bảo trường hợp ngắn mạch không cản trở trạng thái hoạt động (hoặc

trường hợp không ngắn mạch), trạng thái ngắn mạch được thêm vào trong trạng thái

mức “không” trong mỗi chu kỳ chuyển mạch như trong hình 2.12.

- Các xung ngắn mạch được cộng thêm vào các khóa trên cùng một nhánh để

tạo ra trường hợp ngắn mạch.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 22

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Việc ngắn mạch tín hiệu cổng (‘S1’ và ‘S2’) được đưa đến các thiết bị chuyển

mạch trong mạng trung gian qua đó giúp tăng điện áp một chiều ngõ vào.

V Sin .

)



f t 0







v b

V Sin . m

f t 0

Điện áp ngõ ra:

V Sin .







v c

f t 0

2  ) 3 2  ) 3

   v a      

(18)

Trong đó: va, vb, vc, van, vbn, vcn là điện áp ngõ ra của pha A, B, C.

Vm, fo lần lượt là điện áp ngõ ra cực đại và tần số ngõ ra.

.Sin(2

)















v ab

v a

v b

V m

f t V Sin o

f t o

2  ) 3

.Cos(2

Sin







f t o

V 2. m

 3

 ( ) 3

.Cos(2







V 3. m

f t o

 ) 3

.Sin(





2 



V 3. m

f t o

 2

 ) 3

.Sin(2







Từ (18), ta có:

V 3. m

f t o

 ) 6

.Sin(2

V Sin .















v bc

v b

v c

V m

f t o

2  ) 3

.Cos(2

(







V 2. m

f t Sin ). o

2  ) 3

.Cos(2

)

 

V 3. m

f t o

.Sin(

)

 



2 

V 3. m

f t o

 2

.Sin(2







V 3. m

f t o

(19)

 ) 2

(20)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 23

.Sin(2

V Sin .

)















v ca

v c

v a

V m

f t o

2  ) 3

.Cos(2

Sin







V 2. m

f t o

 3

 ( ) 3

.Cos(2







V 3. m

f t o

 ) 3

.Sin(





2 



V 3. m

f t o

 2

 ) 3

.Sin(2







CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

V 3. m

f t o

5  ) 6

(21)

.Sin(2







v ab

V 3. m

f t o

.Sin(2







v bc

V 3. m

f t o

Từ (19),(20),(21):

.Sin(2







v ca

V 3. m

f t o

 ) 6  ) 2 5  ) 6

        

Sau khi gặp sự cố:

(22)

va = 0

(23)

.Sin(2





0  





v b

v a

v ab

V 3. m

f t o

 ) 6

.Sin(



2   



V 3. m

f t o

 ) 6

.Sin(2







Từ (19) và (23), ta có:

V 3. m

f t o

7  ) 6

(24)

.Sin(2





0  





v c

v a

v ca

V 3. m

f t o

5  ) 6

.Sin(2







Từ (21) và (23), ta có:

V 3. m

f t o

5  ) 6

(25)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 24

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

.Sin(2







v b

V 3. m

f t o

Từ (23),(24),(25), ta được:

.Sin(2







v c

V 3. m

f t o

7  ) 6 5  ) 6

   v a      

(26)

Vậy sau khi gặp sự cố trên 1 pha, các pha còn lại là B và C sẽ thay đổi góc pha

trong thuật toán điều khiển. Và độ lệch pha giữa B và C sẽ là 600.

Như vậy có thể thấy rằng, tính hiệu đưa vào bộ nghịch lưu là sự kết hợp giữa

xung ngắn mạch cũng như tín hiệu phát ra từ việc so sánh các tín hiệu điều chế và tín

hiệu sóng mang.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 25

Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

 Sơ đồ khối hệ thống.

 Trình bày chức năng của từng khối trong sơ đồ.

3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

NGUỒN

NGUỒN DC ĐẦU VÀO

DSP

FPGA

TẢI 3 PHA

MẠCH KÍCH

MẠCH NGHỊCH LƯU

MÁY TÍNH

MẠCH CẢM BIẾN

 Trình bày chức năng những linh kiện sử dụng trong từng khối.

3.2.2 Chức năng của từng khối

Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống bộ nghịch lưu 3 pha.

 Khối máy tính: Nạp chương trình cho card DSP thông qua phần mềm Code

Composer Studio. Đọc các giá trị biến nhớ, thanh ghi khi DSP hoạt động.

 Khối DSP: Nhận chương trình từ máy tính, tạo xung ngõ ra cho mạch kích.

 Khối FPGA: thực hiện các thuật toán logic.

 Khối nguồn: Nguồn DC 5V cấp cho DSP, FPGA, ±12V cho mạch kích và

mạch cảm biến.

 Khối mạch kích: nhận tín hiệu xung từ card DSP 3.3V chuyển thành ±15V

kích cho IGBT hoạt động.

 Khối mạch nghịch lưu: Biến đổi điện áp một chiều ngõ vào thành điện áp

xoay chiều ngõ ra.

26 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

 Khối mạch cảm biến: Đọc giá trị điện áp ngõ ra, đưa về DSP để nhận diện

và xử lý lỗi.

 Khối tải 3 pha: thường sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha, thiết bị công

nghiệp, thiết bị gia dụng trong gia đình,…

 Khối nguồn DC đầu vào: là nguồn một chiều cần nghịch lưu, ví dụ: ắc-qui,

3.3 GIỚI THIỆU THÀNH PHẦN LINH KIỆN TRONG CÁC KHỐI

3.3.1 Tổng quan về card xử lý tín hiệu số TMS320F28335

nguồn pin năng lượng mặt trời,…

DSP (Digital Signal Processor) hiểu đơn giản là một loại vi xử lý đặc biệt.

Chúng cũng có tất cả các bộ phận cơ bản như: CPU, bộ nhớ, tập lệnh,… Điểm khác

biệt chủ yếu là ở chỗ: DSP sẽ có những điều chỉnh về thiết kế phần cứng và tập lệnh

sao cho quá trình tính toán, xử lý dữ liệu diễn ra nhanh nhất có thể và đáp ứng được

cho các ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực. Có tới hàng trăm vi xử lý ngoài thị

trường để lựa chọn và mỗi nhóm trong đó sẽ được sản xuất để phù hợp cho mỗi lĩnh

vực nhất định. DSP được thiết kế cho lĩnh vực xử lý tín hiệu, do đó nó sẽ tốn ít thời

gian, năng lượng và tài nguyên hơn các bộ xử lý đa mục đích (general-purpose

processor) khi thực thi các tác vụ xử lý tín hiệu.

TMS320F28335 là vi xử lý tín hiệu số 32 bit thuộc dòng giá rẻ C2000 của

hãng Texas Intruments. DSP TMS320F28335 được sử dụng rất rộng rãi hiện nay

trong các phòng thí nghiệm, trong ngành công nghiệp tự động hóa, robot, điện tử

công suất và các lĩnh vực cơ điện tử tiên tiến khác. DSP TMS320F28335 được trang

bị nhân hỗ trợ tính toán số thực với dấu phẩy động (FPU).

27 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.2. Hình ảnh Kit DSP TMS320F28335.

Đặc điểm cơ bản của TMS320F28335:

- Công nghệ CMOS tĩnh hiệu năng cao: lên đến 150MHz (6.67ns Cycle Time).

- 512 KB bộ nhớ Flash, 68 KB Ram.

- Có 16 kênh ADC 12 bit (0 - 3V) cho phép thời gian chuyển đổi nhanh (80ns).

- 18 kênh PWM trong đó có 6 kênh tốc độ cao sử dụng chức năng truy cập bộ

nhớ trực tiếp DMA.

- Có 96 ngắt, 88 chân giao tiếp vào ra GPIO.

- 3 Timer 32-bit.

- Giao tiếp: CAN, SCI, SPI, I2C, McBSP.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.3. Sơ đồ tổng quan các các khối của TMS320F28335.

Code Composer Studio (CCS) là phần mềm dùng để lập trình cho DSP. Phần

mềm này được phát triển bởi Texas Instuments (TI) nhằm hỗ trợ khách hàng trong

việc tiếp cận và phát triển các ứng dụng với sản phẩm của hãng. Với giao diện làm

việc trực quan và dễ sử dụng, người dùng có thể sử dụng các ngôn ngữ phổ biến như

C, C++ để lập trình một cách dễ dàng. Ngoài ra, việc phát triển các ứng dụng với card

DSP TMS320F28335 còn được hỗ trợ tối đa bởi các tài nguyên phong phú từ TI như

3.3.2 Giới thiệu FPGA Cyclone II EP2C5T144C8

a. Sơ lược về FPGA

các thư viện, chương trình mẫu, tài liệu giảng dạy…

FPGA được thiết kế và tạo ra bởi Ross Freeman, người sáng lập công ty Xilinx

vào năm 1984, FPGA với cấu trúc cho phép tích hợp số lượng lớn các phần tử bán

dẫn vào một vi mạch. FPGA có khả năng chứa từ 100.000 đến hàng trăm ngàn cổng

logic. FPGA có các phần tử logic chạy theo dạng song song, vi điều khiển dựa trên

cấu trúc CPU thực thi theo mã lệnh theo dạng tuần tự.

29 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

FPGA được viết tắt bởi cụm từ “Field-programmable gate array”: là một

loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể

lập trình được. Một vi mạch FPGA cấu tạo gồm các bộ phận:

 Các khối logic cơ bản có thể lập trình được

 Hệ thống mạch liên kết lập trình được

 Khối vào ra I/O

 Các phần tử thiết kế sẵn khác như Ram, Rom, nhân vi xử lý…

FPGA cũng được xem như một loại vi mạch bán dẫn chuyên dụng như ASIC,

nhưng nếu so sánh FPGA với ASIC thì FPGA không đạt tối ưu như ASIC nhưng

FPGA có ưu điểm hơn là có thể tái cấu trúc lại khi đang sử dụng. Ngoài ra hiện nay

FPGA còn hỗ trợ tái cấu trúc một bộ riêng lẻ trong khi vẫn đảm bảm bảo hoạt động

bình thường cho các bộ phận khác.

Việc nạp chương trình cho FPGA với số lần là không giới hạn, tuy nhiên dữ

liệu (chương trình) nạp cho FPGA sẽ bị mất khi ngừng cấp nguồn giống như RAM

trong máy tính. Như vậy, mỗi lần ngắt nguồn và khi bật lại thì phải nạp lại cho FPGA.

Muốn lưu giữ chức năng đã lập trình cho FPGA thì phải gắn thêm ROM ngoài, ROM

sẽ có nhiệm vụ lưu file và tự động nạp lại cho FPGA mỗi khi có nguồn trở lại. FPGA

có nhiều tài nguyên định tuyến đặc biệt để thực hiện các chức năng toán học như các

b. Ứng dụng của FPGA

bộ đếm, bộ cộng, bộ so sánh…

FPGA được sử dụng trong các ứng dụng như xử lý tín hiệu số DSP, các hệ

thống hàng không, vũ trụ, quốc phòng, phân tích nhận dạng ảnh, nhận dạng tiếng

nói… Do tính linh động cao, FPGA có thể giải quyết những bài toán phức tạp trong

khoảng thời gian rất ngắn. Ngoài ra vì FPGA có số lượng cổng logic lớn nên được

ứng dụng cho những bài toán đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và dùng trong các hệ

c. Giới thiệu Board FPGA Cyclone II EP2C5T144C8

thống làm việc theo thời gian thực.

Altera và Xilinx được biết đến là hai hãng nổi tiếng chuyên sản xuất các loại

FPGA cung cấp cho thị trường toàn cầu. Tùy từng loại mà chúng có các đặc điểm

phần cứng và giá thành tương ứng khác nhau. Ở đây nhóm sử dụng Board FPGA

Cyclone II EP2C5T144C8 được bán khá phổ biến tại thị trường Việt Nam. Board

30 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

mạch FPGA này có kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng

được nhu cầu thực hiện của đề tài.

Hình 3.4. Hình ảnh FPGA Cyclone II EP2C5T144C8.

Đặc điểm kỹ thuật cơ bản:

- Điện áp nguồn cung cấp: 5V

- Điện áp chân I/O: 3.3V

- Tổng số phần tử logic (LEs): 4608

- Số chân I/O cho người dùng: 89

- Tổng bộ nhớ Ram: 119 808 bit.

- Số bộ nhân 9-bit (Embedded multipliers 9-bit elements): 26

- Tổng số PLL (phase-locked loop): 2

Việc sử dụng FPGA sẽ có được một lợi thế to lớn là có thể tái cấu trúc được

phần cứng (mạng lưới các cổng logic) một cách dễ dàng bằng cách lập trình với phần

mềm Altera Quatus II, qua đó phù hợp cho mục đích nghiên cứu và phát triển tại các

phòng thí nghiệm. Trong khi đó, việc sử dụng các linh kiện IC logic rời trên một

board mạch in tuy có giá thành rẻ hơn nhưng lại không thể tái sử dụng cho các lần

sau.

31 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.3.3 Mạch kích

Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch kích:

 G1215S-1W:

Hình 3.5. Hình ảnh G1215S-1W.

Sơ đồ chân:

Function Vin GND -Vo 0V +Vo

Hình 3.6. Sơ đồ và chức năng các chân của G1215S-1W.

Thông số kỹ thuật cơ bản:

- Điện áp cung cấp: 12VDC.

- Điện áp ngõ ra: ±15VDC.

- Dòng ngõ ra (min – max): ±4 mA đến ±33 mA.

- Điện áp cách ly: 6000VDC.

- Công suất ngõ ra tối đa: 1W.

- Tần số đóng cắt lên đến: 50kHz.

 TPL250:

Photocoupler hay phần tử cách ly quang (opto-isolator, optocoupler) là một

phần tử bán dẫn thực hiện truyền tín hiệu giữa hai phần mạch bị cách ly với nhau về

điện bằng cách sử dụng ánh sáng. Opto cách ly quang TPL250 dùng để tạo sự cách

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

ly về điện giữa đầu vào và đầu ra. Cấu tạo của opto gồm một LED phát và một LED

thu là photo đi-ốt hay photo transitor, cả hai được tích hợp nằm bên trong một vỏ bọc

kín. Opto rất hay được sử dụng trong các hệ thống điện-điện tử công suất lớn, dùng

để ngăn các xung điện áp cao hay các phần mạch điện công suất lớn có thể làm hư

hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên một bo mạch (như các các ngõ ra của vi

xử lý).

Hình 3.7. Hình ảnh opto TLP250.

Thông số kỹ thuật cơ bản:

- Điện áp cung cấp: 10-35 VDC.

- Dòng điện cung cấp: 11mA.

- Dòng điện ngõ vào cho phép tối đa: 5mA.

- Dòng điện ngõ ra tối đa: ±1.5A.

- Thời gian chuyển mạch: 1.5 µs (max).

- Điện áp cách ly tối thiểu: 2500Vrms.

3.3.4 Mạch nguồn DC đầu vào

Mạch nguồn một chiều ngõ vào của bộ nghịch lưu của mô hình được cung cấp

bởi Variac. Để đảm bảo cho tính an toàn khi thực nghiệm và mạch nghịch lưu, nguồn

sẽ được tăng dần dần bằng Variac cho mô hình. Sau khi qua Variac, nguồn điện xoay

chiều sẽ được đi qua máy biến áp tới mạch chỉnh lưu cầu và qua bộ tụ để lọc phẳng

điện áp. Khi đó nguồn điện DC sẽ được cấp cho mạch công suất.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Variac

Máy biến áp

Bộ tụ lọc

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.3.5 Mạch công suất

Hình 3.8. Sơ đồ khối tạo nguồn DC đầu vào.

 Chức năng: Tạo điện áp nghịch lưu DC-AC.

 Nguyên lý hoạt động: Các linh kiện đóng ngắt IGBT sẽ được điều khiển bằng

các xung kích phù hợp để tạo ra dòng điện liên tục ở ngõ ra.

 Mạch Boost: Mạch điện gồm 4 đi-ốt, 2 IGBT, 2 tụ điện và một cuộn cảm.

Mạch có tác dụng nâng điện áp DC ngõ vào cung cấp cho mạch nghịch lưu

dựa trên trạng thái ngắn mạch trong kỹ thuật điều chế PWM.

Linh kiện đóng ngắt được sử dụng trong mạch nghịch lưu là IGBT FGL-

40N150D. Bên trong IGBT này được tích hợp sẵn một đi-ốt công suất cho phép hoạt

động ở tần số cao.

Hình 3.9. Hình ảnh IGBT FGL40N150D.

Thông số kỹ thuật cơ bản:

- Điện áp Vce: 1500 V (max).

- Điện áp Vge: ±25 V (max).

- Dòng qua Collector (Ic): 40A (max).

- Nhiệt độ hoạt động tối đa: 150ºC.

Có tất cả 11 IGBT trong bộ nghịch lưu 3 pha đang được sử dụng, chúng được

điều khiển đóng cắt một cách chính xác bởi một kỹ thuật điều chế độ rộng xung

(PWM) đặc biệt để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp AC với giá trị tần số và điện

áp ngõ ra như mong muốn. Các IGBT được gắn nhôm tản nhiệt giúp giảm nhiệt nhanh

và tăng hiệu suất của linh kiện.

34 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.3.6 Mạch cảm biến

Mạch nghịch lưu sử dụng cảm biến điện áp LV-20P của hãng LEM để đo

lường điện áp đầu ra trên tải phục vụ cho mục đích phát hiện và xử lý sự cố về lỗi hở

mạch do hư hỏng linh kiện IGBT trên các nhánh nghịch lưu. Cảm biến này cũng được

sử dụng khá phổ biến trong thực tế để đo điện áp DC, AC, xung,… với một lớp cách

ly về điện giữa mạch điện sơ cấp (nơi có điện áp lớn) và mạch điện thứ cấp (các mạch

điều khiển sử dụng linh kiện điện tử có mức điện áp thấp).

Hình 3.10. Hình ảnh cảm biến điện áp LV-20P.

Hình 3.11. Sơ đồ mạch điện bên trong cảm biến điện áp LV-20P.

Đặc điểm kỹ thuật:

- Dòng sơ cấp danh định Ipn: 10 mA.

- Phạm vi đo lường của dòng sơ cấp Ipm: 0…±14 mA.

- Giới hạn điện trở đo lường: 100 – 350 Ω (tương ứng điện áp nguồn

cung cấp ±15V, dòng sơ cấp ngõ vào ±10 mA (max).

- Dòng thứ cấp hiệu dụng ngõ ra: 25 mA.

- Điện áp nguồn cấp: ±12…15 V.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

- Dòng tiêu thụ: 10 mA.

Thiết kế mạch đọc cảm biến:

Mạch đọc cảm biến điện áp được thiết kế gồm 3 khối: khối ngõ vào cảm biến,

khối khuếch đại tín hiệu và khối cộng điện áp.

Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến.

 Khối 1: Ngõ vào cảm biến.

Hình 3.13. Khối ngõ vào cảm biến.

Theo tài liệu tham khảo của nhà sản xuất, với dòng sơ cấp đầu vào danh

định Ipn là 10 mA, điện áp cách ly Vpn tương ứng là 500V. Để đạt được mức

đo lường đó, một giá trị điện trở đo lường Rin = 500V/10mA = 50kΩ phải

được mắc nối tiếp ở ngõ vào như ở hình 3.12.

Với dòng sơ cấp ngõ vào của cảm biến là 10mA thì dòng ngõ ra phía

thứ cấp tương ứng là 25mA. Dòng ngõ ra có thể được chuyển đổi sang áp bằng

cách mắc một điện trở đo lường Rm giữa chân Output với chân Ground rồi đo

điện áp rơi trên điện trở này. Giá trị Rm khuyến nghị phải nằm trong khoảng

từ 100 - 350Ω. Vì điện áp ngõ ra cảm biến là ở dạng lưỡng cực (bipolar) tức

thuộc đoạn [-V;+V], nhưng điện áp ở ngõ vào analog của DSP

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

TMS320F28335 là dạng đơn cực (unipolar) trong khoảng từ 0 – 3V, do đó ta

sẽ cần đến khối chức năng thứ hai để xử lý vấn đề này.

 Khối 2: Điều chỉnh mức khuếch đại của tín hiệu.

Tín hiệu điện áp từ khối thứ nhất đưa qua cần được điều chỉnh lại về

mặt biên độ sao cho phù hợp với ngõ vào ADC của các vi xử lý. Ở đây, ta điều

chỉnh lại sao cho biên độ của nó dao động trong khoảng từ -1.5V đến 1.5V,

tương ứng điện áp pha ngõ ra của bộ nghịch lưu lúc đạt giá trị nhỏ nhất và lớn

Hình 3.14. Khối điều chỉnh mức khuếch đại của tín hiệu.

nhất đi vào cảm biến.

Giá trị điện áp ngõ ra V1 của mạch khuếch đại đảo hình 3.14 được biểu

diễn bởi:

(cid:4673) (27)

(cid:4673) (28) V0 = −Vin · (cid:4672)(cid:2902)(cid:2870) (cid:2902)(cid:2869) V1 = −V0 · (cid:4672)(cid:2902)(cid:2872) (cid:2902)(cid:2871)

Trong đó R1, R2, R3 là các điện trở còn R4 được thay thế bằng một

biến trở để có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại tín hiệu một cách linh hoạt, phù

hợp cho việc thí nghiệm với các mức điện áp ngõ vào khác nhau.

37 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

 Khối 3: Cộng điện áp.

Hình 3.15 Khối cộng điện áp.

Như đã nói ở trên, mức điện áp ở ngõ vào ADC mà DSP có thể đọc

được chỉ trong khoảng từ 0 – 3V, do đó ta sẽ lấy mức điện áp trong đoạn

[-1.5V; +1.5V] đã xử lý ở khối trước đem cộng với 1.5V điện áp nữa sẽ đạt

được mức mong muốn [0V; +3V].

Ở hình 3.15, áp dụng định lý cầu phân áp trong mạch điện ta có biểu

thức tính điện áp V2 như sau:

(cid:2902)(cid:3121)(cid:2878)(cid:2902)(cid:3122)

(29) V2 = (15 − V1) ⋅ (cid:4672) (cid:2902)(cid:3121) (cid:4673) + V1

Giá trị của các điện trở R5, R6 được lựa chọn dựa theo công thức (29)

để giá trị điện áp ngõ ra V2 dao động trong đoạn [0; +3V] khi ngõ vào là

[-1.5V; +1.5V] tương ứng.

Ở ngõ ra của mạch cảm biến, một Zener 3V cần thiết được sử dụng để

ghim áp 3V phòng trường hợp điện áp ngõ ra vượt quá ngưỡng cho phép, qua

đó bảo đảm an toàn cho vi xử lý DSP.

38 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1 GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

- Phần cứng: Bao gồm quá trình thi công mạch, lắp ráp, kiểm tra mạch, cách

đóng gói hệ thống để dễ dàng thao tác.

- Phần mềm: Giới thiệu về phần mềm CCS, Quartus II và cách thao tác trên phần

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG

4.2.1 Thi công board mạch

a. Module nguồn

mềm, cách mô phỏng…

Mạch nguồn công suất của mô hình được cấp bởi Variac. Để đảm bảo cho tính

an toàn cho mạch nghịch lưu và khi thực nghiệm, nguồn sẽ được đưa từ từ tăng dần

bằng Variac cho mô hình. Sau khi qua Variac, nguồn điện xoay chiều sẽ được đi qua

module máy biến áp, sau đó sẽ đi qua mạch chỉnh lưu cầu và tụ để lọc phẳng. Khi đó

Variac

Máy biến áp

Bộ tụ lọc

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

nguồn điện DC sẽ được cấp cho mạch công suất.

Hình 4.1. Sơ đồ khối module nguồn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4.2. Mạch nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha.

b. Thi công mạch kích

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý mạch kích.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

- Sơ đồ mạch in:

Hình 4.4. Sơ đồ mạch in mạch kích (lớp trên).

Hình 4.5. Mạch PCB mạch kích (mạch in lớp dưới).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

c. Thi công mạch cảm biến áp

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến áp.

- Sơ đồ mạch in:

Hình 4.7. Sơ đồ mạch in mạch cảm biến áp.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

d. Thi công mạch công suất

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý mạch công suất

- Sơ đồ mạch in:

Hình 4.9. Mạch tăng áp LC với IGBT.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4.10. Mạch công suất hình T.

Hình 4.11. Nhánh hình T.

Bảng 4.1. Thông số các linh kiện sử dụng trong mạch

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra

a. Lắp ráp module mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

- Bước 1: Kết nối Variac với bộ máy biến áp 3 pha.

- Bước 2: Kết nối dây bộ biến áp để lấy điện áp 74VAC.

- Bước 3: Kết nối dây từ bộ biến áp vào bộ chỉnh lưu 3 pha.

- Bước 4: Lắp bộ tụ lọc để giảm độ gợn của điện áp DC ngõ ra.

b. Lắp ráp module mạch kích

- Điện áp ngõ ra được đo trên Oscilloscope có độ gợn khá nhỏ và hoạt động tốt.

- Bước 1: Dùng nguồn 5VDC cấp vào cho card DSP, sau đó cấp tín hiệu ngõ ra

của card DSP vào tín hiệu đầu vào FPGA.

- Bước 2: Dùng nguồn 5VDC cấp vào cho FPGA, sau đó cấp tín hiệu ngõ ra của

FPGA vào tín hiệu đầu vào của mạch kích.

- Bước 3: Dùng nguồn 12VDC cấp vào cho mạch kích, sau đó đo ngõ ra của

mạch kích dạng sóng có tương tự như dạng sóng vào, và có biên độ 15V.

c. Lắp ráp module mạch công suất

- Ngõ ra mạch kích được có biên độ 15V cấp cho mạch công suất.

- Bước 1: In mạch in ra giấy sau đó dùng bàn là ủi mạch in lên board đồng, dùng

bút lông kẻ lại vết mực đã mất, cuối cùng ngâm board mạch vào dung dịch nước rửa

mạch.

- Bước 2: Dùng máy khoan lỗ và lắp các linh kiện lên board đồng.

- Bước 3: Gắn IGBT, tụ điện, cuộn cảm và các linh kiện khác lên board đồng.

- Bước 4: Cấp tín hiệu ngõ vào cho mạch. Sử dụng Oscilloscope đo tín hiệu ngõ

ra.

- Mạch ổn định: Dạng sóng ngõ ra như mong muốn (dạng sóng gần dạng sóng

mô phỏng)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Tiến hành lắp ráp và kết nối các module đã hoàn thiện bao gồm: module mạch

nguồn, mạch tăng áp LC, mạch công suất, mạch kích, FPGA, DSP và module tải với

điện trở (32Ω), cuộn cảm (1mH), tụ lọc.

Sau khi kết nối xong, ta tiến hành kiểm tra thông mạch.

4.2.3 Hình ảnh các module đã thi công, lắp ráp

a. Mô hình mạch nguồn

Hình 4.12. Module khối nguồn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

b. Mô hình mạch kích

Hình 4.13. Module mạch kích.

c. Mô hình mạch công suất

Hình 4.14. Mô hình mạch công suất.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4.15. Mô hình mạch tăng áp bằng LC.

d. Mô hình mạch cảm biến áp

Hình 4.16. Mô hình mạch cảm biến áp.

4.3 HOÀN THIỆN MÔ HÌNH

4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển

Từ kích thước của những module nhóm sinh viên tiến hành thiết kế mô hình của

đồ án. Mô hình sẽ có 2 tầng như sau:

- Tầng phía dưới giành cho module mạch nguồn cùng các biến áp, công tắc, tụ

lọc nguồn, cảm biến áp và CB.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

- Tầng phía trên là ngõ vào ra của mạch công suất, mạch tăng áp LC, mạch kích,

FPGA và card DSP.

Tiến hành lắp ráp và kết nối các module đã hoàn thiện bao gồm: module mạch

nguồn, mạch tăng áp LC, mạch công suất, mạch kích, FPGA, DSP và module tải với

điện trở (32Ω), cuộn cảm (1mH), tụ lọc.

Sau khi kết nối xong, ta tiến hành kiểm tra thông mạch.

4.3.2 Mô hình đã thi công

Hình 4.17. Mô hình hoàn chỉnh.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

BẮT ĐẦU

Tạo sóng sin: SinA, SinAn = Đảo SinA SinB, SinBn = Đảo SinB SinC, SinCn = Đảo SinC

Tạo sóng tam giác: Carr vsh = 1-D vsl = D-1

SAI

Khi bị sự cố hỏng IGBT trên pha A

ĐÚNG

D = 0.33

D = 0.4 SinA = 0

Pha A

Pha B

Pha C

Lưu đồ giải thuật

Hình 4.18. Lưu đồ giải thuật tổng quát.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

BẮT ĐẦU

SinAn>Carr

Vsl>Carr

Vsh

SinA>0

SinA>Carr

SAI

ĐÚNG

VSL = 1

VSL = 0

VSH = 0

VSH = 1

Shf(A) = 0

Shf(A) = 1

A = 1

A = 0

An = 1

An = 0

F1 =[1- Shf(A)]*An*(1-A)

F2 = Shf(A)*A*(1-An)

Shoot = VSH + VSL

Sa1 = F1 +Shoot

Sa2 = F2 +Shoot

Sa3 =[ 1 - (F1 + F2)] * (1-VSH)

Lưu đồ giải thuật cho chương trình xử lý pha A:

Hình 4.19. Lưu đồ giải thuật cho chương trình xử lý pha A.

Lưu đồ giải thuật trên áp dụng để tạo xung điều khiển cho các IGBT (Sa1-Sa2-

Sa3) pha A và ta làm tương tự cho các pha còn lại là pha B và pha C bằng cách dịch

sóng Sin lần lượt 1200

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

4.5 LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG

4.5.1 Sơ đồ mô phỏng

Sơ đồ nguyên lý trên PSIM

Hình 4.20. Sơ đồ nguyên lý mạch mô phỏng trên PSIM

Sơ đồ tạo xung kích trên PSIM:

Hình 4.21. Khối tạo xung kích điển hình cho 1 pha.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4.22. Sơ đồ khối tạo xung ngắn mạch trên PSIM.

4.5.2 Hình ảnh mô phỏng trên PSIM

Dạng sóng mô tả xung kích cho khóa Sa1-Sa2-Sa3

a b Hình 4.23. Xung kích cho khóa Sa1-Sa2-Sa3 (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

a b Hình 4.24. Xung kích cho khóa Sb1-Sb2-Sb3 (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

a b

Hình 4.25. Xung kích cho khóa Sc1-Sc2-Sc3

(a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

Khi hoạt động bình thường dạng sóng các xung kích cho các IGBT trên pha A,

pha B và C cũng có hình dạng giống nhau như hình 4.23a tuy nhiên các xung trên

pha B và C sẽ lần lượt lệch 1200 so với các xung kích trên pha A như hình 4.24a và

4.25a.

Sự lệch pha các xung kích khi hoạt động bình thường được thể hiện trên hình

4.26a với điển hình là xung kích S1 của 3 pha A – B – C.

Khi hệ thống bị sự cố và khắc phục bằng thay đổi chương trình điều khiển, dạng

sóng các xung kích sẽ có sự thay đổi như hình 4.23b, 4.24b, 4.25b. Các xung trên pha

C sẽ lệch 600 so với các xung kích trên pha B như hình 4.26b.

Dạng sóng mô tả xung kích cho khóa Sa1 - Sb1 - Sc1

a b Hình 4.26. Xung kích cho khóa Sa1-Sb1-Sc1 (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 54

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

a b Hình 4.27. Dạng sóng điện áp pha (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

a b Hình 4.28. Dạng sóng điện áp dây (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

a b Hình 4.29. Dạng sóng điện áp cực (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 55

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

4.6 QUY TRÌNH VÀ HƯỚNG DẪN THAO TÁC

a b Hình 4.30. Dạng sóng dòng điện ngõ ra (a) Khi hoạt động bình thường (b) Khi khắc phục sự cố trên pha A

Về cơ bản ta nên thực nghiệm theo quy trình như sau để đảm bảo rằng mô hình

có thể làm việc một cách ổn định và có thể kiểm sát được các lỗi hay thiếu xót trong

quá trình thao tác.

Bước 1: Bật công tắc cấp nguồn cho DSP và FPGA hoạt động.

Bước 2: Nhúng chương trình từ CCS trên máy tính xuống DSP TMS320F28335.

Bước 3: Nhúng chương trình từ Quartus trên máy tính xuống FPGA Cyclone II

EP2C5T144C8.

Bước 4: Bật công tắc cấp nguồn mạch kích hoạt động.

Bước 5: Kiểm tra dạng xung kích trên các IGBT để chắc chắn DSP và FPGA

đã hoạt động chính xác theo yêu cầu.

Bước 6: Cung cấp nguồn cho cảm biến áp.

Bước 7: Vặn Variac dần cho đến khi đạt giá trị áp DC mong muốn (75V).

Bước 8: Đo các thông số bằng Oscilloscope và ghi nhận kết quả.

Quy trình thao tác được thể hiện qua hình 4.31

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 56

Nguồn DC

DSP

FPGA

Mạch kích

Tải

Mạch điện tử công suất

Nguồn 5v

Nguồn 12v

Cảm biến áp

Nguồn +15v, -15v

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4.31. Quy trình và hướng dẫn thao tác

Ta thực thiện cấp nguồn cho DSP và FPGA sau đó nhúng chương trình xuống

DSP và FPGA. Tiếp tục cấp nguồn cho mạch kích và tiến hành đo xung trên IGBT.

Cấp nguồn DC cho mạch công suất bằng cách vặn dần Variac cho tới khi đạt

giá trị mong muốn (75V) và bắt đầu đo các thông số.

Nhóm thực hiện giả lập sự cố lỗi mất pha A bằng một switch gạt On-Off.

Lưu ý: khi vặn Variac đạt giá trị mong muốn ta đo thông số nhanh chóng rồi trả

Variac về 0, cứ lần lượt như vậy cho đến khi đo hết các thông số. Việc này làm giảm

thời gian hoạt động của mạch qua đó giảm tổn hao do nhiệt giúp cho việc lấy kết quả

chính xác hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 57

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Việc mô phỏng cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc mới đã được thực hiện trên

phần mềm Psim, và để kiểm tra lại các kết quả này thì một mô hình thử nghiệm đã được

nhóm thực hiện đề tài xây dựng tại phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao. Quá

trình thực nghiệm bộ nghịch lưu cũng đã được tiến hành ở cả hai điều kiện hoạt động

của mạch: điều kiện hoạt động bình thường và trong điều kiện gặp sự cố mất pha A

giống như trong mô phỏng ở chương 4.

5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.1.1 Dạng sóng xung kích cho các khóa IGBT

 Dạng sóng mô tả xung kích cho các khóa SA1-SA2-SA3-Short (S1, S2).

Hình 5.1. Dạng sóng xung kích cho SA1-SA2-SA3-Short

giữa thực nghiệm và mô phỏng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

 Dạng sóng mô tả xung kích cho các khóa SA1-SB1-SC1.

Hình 5.2. Dạng sóng xung kích cho SA1-SB1-SC1

giữa thực nghiệm và mô phỏng.

5.1.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu

 Dạng sóng điện áp pha A với trung tính nguồn (Van)

Hình 5.3. Dạng sóng điện áp cực (Van) trước lỗi và sau lỗi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

 Dạng sóng điện áp pha A với trung tính tải (Vph).

Hình 5.4. Dạng sóng điện áp pha (Vph) trước lỗi và sau lỗi.

 Dạng sóng điện áp dây giữa pha A và pha B (Vab).

Hình 5.5. Dạng sóng điện áp dây (Vab) trước lỗi và sau lỗi.

 Dạng sóng điện áp trên tải R (Vr).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Hình 5.6. Dạng sóng điện áp trên tải R (Vr) trước lỗi và sau lỗi.

 Dạng sóng dòng điện qua tải Ia, Ib, Ic.

Hình 5.7. Dạng sóng dòng điện qua tải trước lỗi và sau lỗi.

 Tổng độ méo hài (THD).

Hình 5.8. Tổng độ méo hài (THD) của dòng điện trước lỗi và sau lỗi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

 Dạng sóng điện áp tụ Vc.

Hình 5.9. Dạng sóng điện áp trên tụ C1, C2 trước lỗi và sau lỗi.

 Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây L.

Hình 5.10 Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây L trước lỗi và sau lỗi.

5.2 ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT

Khi xảy ra sự cố hở mạch pha A (sau lỗi), thông thường nếu chưa xử lý thì điện áp

dây ngõ ra giảm đi √3 lần so với lúc bình thường. Để bù lại sự giảm điện áp này, các hệ

số điều chế M và hệ số ngắn mạch D đã được điều chỉnh lại tương ứng là 0.6 và 0.4

bằng công thức (10) và (14) của chương 2. Lúc này điện áp cực Van = 0 như hình 5.3,

linh kiện chuyển mạch IGBT SA3 được kích dẫn liên tục để kết nối nhánh A bị hở với

trung tính nguồn. Số bậc điện áp trong các điện áp pha (Vph) và điện áp dây (Vab) đã

được giảm xuống một bậc như hình 5.4 và 5.5 nhưng biên độ quan sát được gần giống

như ở điều kiện hoạt động bình thường (trước lỗi). Ngoài ra, số bậc điện áp giảm xuống

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

cũng ảnh hưởng đến tổng độ méo hài của dòng điện qua tải. Theo quan sát trên hình 5.7

với THD tăng từ 1.90% lên 3.55% cho thấy chất lượng dòng điện sẽ suy giảm sau khi

xảy ra lỗi, tuy nhiên giá trị THD này vẫn còn nằm trong ngưỡng cho phép (<5%), do đó

vẫn có thể tiếp tục cấp cho tải hoạt động bình thường.

Quá trình mô phỏng và thực nghiệm bộ nghịch lưu đã được tiến hành với các thông

số được liệt kê như ở bảng 5.1 dưới đây:

Bảng 5.1 Các thông số được sử dụng trong bộ nghịch lưu 3 pha

Thông số Giá trị

Điện áp DC ngõ vào 75V

Cuộn cảm L 3mH

Tụ điện C1, C2 2200uF

Tải trở 16Ω

Tải cảm 1mH

Tần số sóng mang 15kHz

Với các kết quả vừa trình bày ở trên ta có thể thấy các dạng sóng điện áp ngõ ra

của bộ nghịch lưu đo được có hình dạng giống với lý thuyết mô phỏng khi hoạt động

trong cả hai điều kiện bình thường và xảy ra sự cố. Về mặt biên độ thì có sự sai lệch

tương đối khi so với lý thuyết, điều này có thể chấp nhận được vì các linh kiện ngoài

thực tế không thể đạt được các trạng thái và thông số lý tưởng như trong lý thuyết mô

phỏng. Chúng ta có thể điều chỉnh lại về mặt biên độ dễ dàng bằng cách hiệu chỉnh lại

các hệ số ngắn mạch D và hệ số điều chế M trong chương trình điều khiển cho phù hợp

với điện áp ngõ ra thực tế. Để cải thiện độ chính xác điện áp ngõ ra, ta có thể sử dụng

cảm biến đọc điện áp ngõ ra sau đó hồi tiếp về DSP để điều chỉnh các hệ số M và D một

cách tự động để đạt được điện áp ngõ ra mong muốn. Với việc chỉ cần điều chỉnh lại các

thông số trong chương trình điều khiển DSP thay vì tác động đến phần cứng như điều

chỉnh điện áp ngõ vào cũng cho thấy ưu điểm của phương pháp điều khiển bộ nghịch

lưu bằng phần mềm khi so với điều khiển bằng phần cứng. Ngoài ra các yếu tố khác

cũng ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm như: nhiễu từ lưới điện bên ngoài, nhiễu sinh

ra từ quá trình IGBT đóng cắt với tần số cao, nhiễu gây ra khi chạy tải cảm, hiện tượng

trùng dẫn gây ra do các linh kiện chuyển mạch IGBT có thời gian đóng nhanh nhưng

ngắt chậm, đáp ứng tần số của các diode… Trong số các yếu tố gây ảnh hưởng đó, nhiễu

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 63

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

từ phía bên mạch nghịch lưu gây ra đưa ngược trở về làm ảnh hưởng đến chất lượng

dạng sóng của mạch kích đã được quan sát thấy từ thực nghiệm. Cụ thể, khi điện áp đầu

ra càng lớn thì nhiễu tác động lên dạng sóng xung kích càng tăng, nhẹ thì các xung nhiễu

này làm cho IGBT phát nóng từ đó giảm hiệu suất làm việc và cũng gây tổn hao một

phần năng lượng của hệ thống, còn nặng thì có thể làm cho IGBT đóng cắt không chính

xác như đã thiết kế từ ban đầu gây hư hỏng hệ thống. Có thể giảm thiểu sự ảnh hưởng

này gây ra bằng cách thiết kế bộ phận lọc nhiễu phù hợp, tuy nhiên vì giới hạn của đề

tài nên nhóm chưa nghiên cứu đến nội dung này.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 64

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 KẾT LUẬN

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau quá trình khoảng 4 tháng thực hiện đề tài “Xây dựng mô hình nghịch lưu 3

bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu lỗi”, nhóm thực hiện đề tài dưới sự

hướng dẫn của thầy Đỗ Đức Trí đã hoàn thiện được mô hình và mô hình đã hoạt động.

Kết quả thực nghiệm thu được là:

 Mạch cải tiến từ nghịch lưu NPC truyền thống thành nghịch lưu hình T

dùng cầu diode kẹp đã hoạt động ổn định.

 Chỉ sử dụng một cuộn cảm ở mạng trở kháng trung gian ở đầu vào.

 Kết quả đạt được gần giống với lý thuyết.

 Bộ nghịch lưu có thể chịu được lỗi hở mạch ở một nhánh nghịch lưu. Ở

6.1.1 Phương pháp nghiên cứu.

đây nhóm thực hiện sửa lỗi ở nhánh nghịch lưu pha A.

Phương pháp nghiên cứu chính của đề tài dựa trên những yếu tố sau:

 Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các bài báo khoa học đã công bố.

 Có tính kế thừa những phần cứng đã thiết kế từ các công trình nghiên cứu

trước đó của phòng thí nghiệm và từ đó tiếp tục đào sâu nghiên cứu để phát

triển thêm các tính năng mới.

 Dựa vào lý thuyết tiến hành mô phỏng bằng phần mềm và xây dựng mô

hình chạy thực tế.

 Tham khảo tài liệu về các phần mềm và vi điều khiển liên quan.

 Ghi nhận kết quả thực nghiệm và đưa ra đánh giá, và đề xuất các điều

6.1.2 Những vấn đề còn tồn đọng

chỉnh.

 Chưa có hồi tiếp để ổn định điện áp ngõ ra.

 Còn xuất hiện gai nhiễu điện áp ngõ ra.

 Giải thuật điều điều khiển vẫn đang ở giai đoạn đầu nghiên cứu nên có thể

chưa được tối ưu.

65 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

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

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

 Sai số gây ra do người đọc kết quả trên màn hình dao động ký.

 Xây dựng mô hình với công suất lớn hơn.

 Nâng cao số bậc điện áp ngõ ra để dạng sóng gần Sin hơn.

 Thu gọn kích thước của mô hình.

 Có hồi tiếp để đảm bảo ổn định điện áp ngõ ra.

 Phát triển giải thuật giúp phát hiện và xử lý lỗi ngắn mạch ở nhánh nghịch

lưu. Khi bị ngắn mạch ở một nhánh nghịch lưu bất kỳ thì nhánh đó sẽ bị

cách ly và đưa về hoạt động ở chế độ lỗi hở mạch, đảm bảo hệ thống vẫn

có thể hoạt động bình thường.

 Nghiên cứu thiết kế bộ phận lọc nhiễu điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu.

 Cân bằng điện áp trên tụ.

66 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Hoàng Ngọc Văn, "Giáo trình Điện tử công suất", Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ

Thuật Tp.HCM, 2014.

[2]. Bin Wu, "High Power Converter and AC Drives", The Institute of Electrical and

Electronics Engineers, 2016.

[3]. Ellabban Omar, Abu-Rub Haitham, "Z-Source Inverter Topology Improvements

Review", IEEE Ind. Electron. Mag., 2016, 10, (1), pp. 6–24.

[4]. Anderson, J., Peng, F.Z. "Four Quasi-Z-Source Inverters". 2008 IEEE Power

Electronics Specialists Conf., Rhodes, 2008, pp. 2743–2749.

[5]. Fang Zheng Peng, "Z-Source Inverter", IEEE Transactions on industry

applications, vol. 39, no. 2, march/april 2003.

[6]. Husev, O., Roncero-Clemente, C., Romero-Cadaval, E., et al.: "Single phase

three-level neutral-point-clamped quasi-Z source inverter", IET Power Electron., 2015,

8, (1), pp. 1–10.

[7]. Manoranjan Sahoo, "A Three Level LC-Switching Based Voltage Boost NPC

Inverter", IEEE Transactions on industrial electronics, 2016.

[8]. Manoranjan Sahoo, Sivakumar Keerthipati, "Fault tolerant three-level boost

inverter with reduced source and LC count", IET Power Electron, 2018, Vol. 11 Iss. 2,

pp. 399-405.

[9]. Texas Instrument, "TMS320F2812 Digital Signal Processer Implementation

Tutorial", 2000.

[10]. Bách khoa toàn thư mở Wikipedia, "Field-programmable gate array (FPGA)".

[11]. Nguyễn Công Thành, Trần Trung Vỹ, "Xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha 3

bậc hình T tăng áp”, Đồ án tốt nghiệp, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2017.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

PHỤ LỤC

PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN DSP TMS320F28335

1.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Code Composer Studio

a. Giới thiệu

Code Composer Studio là môi trường phát triển tích hợp (IDE) được phát triển bởi

Texas Instuments (TI) nhằm hỗ trợ khách hàng trong việc tiếp cận và phát triển các

ứng dụng với sản phẩm của hãng nó bao gồm bộ tối ưu hóa trình biên dịch C, C++,…

IDE này có môi trường làm việc trực quan cung cấp một giao diện người dùng duy

nhất. Đây là sự kết hợp giữa Programer và Debugger.

Với CCS, việc phát triển các ứng dụng với card DSP TMS320-F28335 sẽ được hỗ

trợ tối đa các tài nguyên phong phú từ TI.

b. Hướng dẫn download

Thông tin phần mềm CCS bản 6.0.1 và link download xem tại trang chủ TI:

http://www.ti.com/

Hoặc download tại: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS

c. Hướng dẫn cài đặt

Theo khuyến cáo thì ta nên tắt các chương trình diệt virus.

Ta tìm đến vị trí file cài đặt => Double Click vào file ccs_setup_6.x.x.exe.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xiv

PHỤ LỤC

Chọn “I accept the terms of the license agreement.” => Nhấp “Next”.

Màn hình “Choose Installation Location” hiện ra.

Chọn đường dẫn để chứa thư mục cài đặt => Nhấn “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

PHỤ LỤC

Tùy chọn gói cài đặt => tick vào ô C2000 32-bit Real-time MCUs => “Next”

Chọn 3 tùy chọn như hình trên => Nhấn “Next”

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xvi

PHỤ LỤC

Chọn Finish

Quá trình cài đặt diễn ra

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xvii

PHỤ LỤC

Nhấn Finish để kết thúc quá trình cài đặt. Cài đặt hoàn tất.

Sau khi cài đặt hoàn tất ta tiến hành tạo và viết chương trình:

- Tạo Project

Chọn File => New => CCS Project.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xviii

PHỤ LỤC

Cửa sổ “New CCS Project” hiện ra, ta tiến hành:

Chọn Target: 2833x Delfino.

Chọn loại card DSP TMS320F28335.

Chọn kết nối: Connection => Texas Instruments XDS100v3 USB Emulator.

Đặt tên cho Project.

Chọn Compiler version: TI v6.2.7

=> Finish.

Màn hình làm việc hiện ra.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xix

PHỤ LỤC

Tiến hành thêm thư viện cho Project

Click chuột trái vào thư mục với tên đã đặt “TaDy” => Chọn Properties

Cửa sổ “Properties for TaDy” hiện ra.

Tại khung bên trái chọn “Build” => chọn “C2000 Compiler” => chọn “Include

Options”

Tại khung phía dưới bên phải: Nhấp biểu tượng “ADD”

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

PHỤ LỤC

Cửa sổ “Add directory path” hiện ra => chọn “File system”

Tìm tới thư viện theo đường dẫn:

C:\tidcs\c28\DSP2833x\v131\DSP2833x_common\include.

Chọn “OK”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxi

PHỤ LỤC

Tương tự ta thêm Headers theo đường dẫn:

C:\tidcs\c28\DSP2833x\v131\DSP2833x_headers\include.

Tiến hành thêm các thư viện cần thiết cho lập trình:

Click chuột trái vào thư mục “TaDy” => chọn “Add file” => chọn các thư viện cần

thêm từ thư mục có đường dẫn:

C:\tidcs\c28\DSP2833x\v131\DSP2833x_common\source.

Tương tự cho các Header:

C:\tidcs\c28\DSP2833x\v131\DSP2833x_headers\source.

C:\tidcs\c28\DSP2833x\v131\DSP2833x_headers\cmd.

Sau khi hoàn thành việc thêm các thư viện thì ta được như hình dưới.

Ta tiến hành viết chương trình lập trình và Debug (đổ chương trình).

Kiểm tra lỗi và kiểm tra dạng sóng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxii

PHỤ LỤC

PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO FPGA

2.1 Giới thiệu phần mềm Quartus II

a. Giới thiệu

Phần mềm thiết kế Altera Quartus II là một môi trường thiết kế đa cấp bậc dễ dàng

thích ứng với nhu cầu trong tất cả các giai đoạn thiết kế FPGA và CPLD. Phần mềm

Quartus II cung cấp năng suất và hiệu suất cao nhất cho Altera FPGAs, CPLDs và

HardCopy ASICS.

Quartus II là phần mềm cung cấp sự tổ hợp, sự sắp đặt và định tuyến cao cấp.

- Các tính năng giảm thời gian biên dịch bao gồm:

+ Hỗ trợ bộ đa xử lý.

+ Biên dịch lại nhanh chóng.

+ Biên dịch gia tăng.

b. Hướng dẫn download

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxiii

PHỤ LỤC

Có thể download phần mềm Quartus II theo link bên dưới:

https://www.altera.com/downloads/software/quartus-ii-we/121.html

Lưu ý: để download cần phải có tài khoản Altera và có thể tạo dễ dàng trên web

page trên khi được yêu cầu đăng nhập để download

c. Hướng dẫn cài đặt và sử dụng

Ta tìm đến vị trí file cài đặt => Double Click vào file setup.exe.

Chọn “Next”

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxiv

PHỤ LỤC

Chọn “I accept the terms of the license agreement” => “Next”

Chọn vị trí cài đặt chương trình => chọn “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxv

PHỤ LỤC

Chọn “Next”

Chọn “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxvi

PHỤ LỤC

Tiến trình cài đặt sẽ chạy tới khi hoàn thành.

Chọn “Finish” để kết thúc quá trình cài đặt.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxvii

PHỤ LỤC

Hướng dẫn sử dụng Quartus II 12.1 Web Edition:

Double Click biểu tượng Quartus II 12.1 Web Edition trên Desktop

Ở cửa sổ như hình trên chọn:

+ Create a New Project: để tạo một dự án mới

+ Open Existing Project: để mở 1 dự án đã tạo trước đó

Bước 1: Tạo Project

+ Sau khi chọn “Create a New Project” ở cửa sổ nêu trên hoặc “File” => “New

Project Wizard” ta có màn hình trên => Chọn “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxviii

PHỤ LỤC

+ Chọn đường dẫn để lưu. Đặt tên cho dự án mới => Nhấn “Next”

Tiếp tục nhấn “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxix

PHỤ LỤC

Tại màn hình trên ta cài đặt Chip cho dự án

+ Chọn “Cyclone II” cho “Family”

+ Tại khung “Available devices” tìm và chọn “EP2C5T144C8” => “Next”.

+ Cửa sổ mới hiện ra => “Next”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxx

PHỤ LỤC

=>Nhấn “Finish”.

Đợi cho tới khi Project được tạo.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxi

PHỤ LỤC

+ Tại màn hình làm việc chọn “File” => “New” => “VHDL File” => “OK”.

Màn hình lập trình sẽ xuất hiện.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxii

PHỤ LỤC

Bước 2: Viết chương trình trên màn hình vừa hiện ra.

Lưu ý tên chương trình bắt buộc phải trùng tên với tên Project đã tạo.

Bước 3: Tiến hành biên dịch.

Nhấn biểu tượng Start Compilation trên thanh công cụ như hình trên.

Bước 4: Cấu hình I/O + Sau khi biên dịch => Chọn “Pin Planner” trên thanh công

cụ để cấu hình I/O cho FPGA như hình bên dưới

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxiii

PHỤ LỤC

+ Màn hình “Pin Planner” hiện ra cho phép cài đặt các chân.

+ Định cấu hình các I/O không sử dụng ở mức tổng trở cao.

Chọn “Assignments” => “Device”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxiv

PHỤ LỤC

Chọn “Device and Pin Options”.

Chọn “Unused Pins”.

Ở mục “Reserve all unused pins” chọn “As input tri-stated” => “OK”.

Bước 5: Biên dịch lại toàn bộ chương trình.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxv

PHỤ LỤC

Bước 6: Đổ chương trình xuống FPGA

Ta tiến hành đổ chương trình xuống FPGA => Chọn “Programmer”.

Màn hình như trên hiện ra.

Khi “Start” không sáng có nghĩa là chưa có kết nối giữa máy tính với FPGA vì vậy

ta không thể tiến hành đổ chương trình cho FPGA.

Ta chọn “Hardware Setup” ở góc trên bên trái.

Cửa sổ “Hardware Setup” hiện ra.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxvi

PHỤ LỤC

Chọn “USB-Blaster [USB-0]” => “Close”. Nút “Start” sáng lên cho phép đổ chương trình xuống phần cứng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

xxxvii

PHỤ LỤC

Port ( SinA_0, SinA_Carr, SinAn_Carr: in STD_LOGIC; SinB_0, SinB_Carr, SinBn_Carr: in STD_LOGIC; SinC_0, SinC_Carr, SinCn_Carr: in STD_LOGIC; Carr_VSH, VSL_Carr: in STD_LOGIC; SA1, SA2, SA3: out STD_LOGIC; SB1, SB2, SB3: out STD_LOGIC; SC1, SC2, SC3: out STD_LOGIC; S1, S2: out STD_LOGIC);

2.2 Viết chương trình điều khiển FPGA. Ta thực hiện đến bước 2 như trên hướng dẫn và tiến hành viết code như sau: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity Graduation_Project is end Graduation_Project; architecture Behavioral of Graduation_Project is SIGNAL Temp, Short, SAT1, SAT2, SBT1, SBT2, SCT1, SCT2: STD_LOGIC; begin Short <= Carr_VSH OR VSL_Carr; Temp <= NOT Carr_VSH; ----------------------------------------------------------- SAT1 <= (NOT(SinA_0)) AND SinAn_Carr AND (NOT(SinA_Carr)); SAT2 <= SinA_0 AND SinA_Carr AND (NOT(SinAn_Carr)); SA1 <= SAT1 OR Short; SA2 <= SAT2 OR Short; SA3 <= TEMP AND (SAT1 NOR SAT2); ----------------------------------------------------------- SBT1 <= (NOT(SinB_0)) AND SinBn_Carr AND (NOT(SinB_Carr)); SBT2 <= SinB_0 AND SinB_Carr AND (NOT(SinBn_Carr)); SB1 <= SBT1 OR Short; SB2 <= SBT2 OR Short; SB3 <= TEMP AND (SBT1 NOR SBT2); ----------------------------------------------------------- SCT1 <= (NOT(SinC_0)) AND SinCn_Carr AND (NOT(SinC_Carr)); SCT2 <= SinC_0 AND SinC_Carr AND (NOT(SinCn_Carr)); SC1 <= SCT1 OR Short; SC2 <= SCT2 OR Short; SC3 <= TEMP AND (SCT1 NOR SCT2); <= Short; S1 S2 <= Short; end Behavioral;

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxviii

PHỤ LỤC

Chương trình trên FPGA đóng vai trò như các cổng logic thay cho các mạch logic

bằng IC thông thường.

Chương trình trên này lập trình cho FPGA theo đúng giải thuật đề ra nhằm tạo ra các

xung kích hoàn chỉnh cho các IGBT của mạch công suất. Các xung này sẽ được đưa

qua bộ mạch kích đã giới thiệu ở trên để tăng điện áp kích cho cái xung. Các xung này

sẽ dùng để kích cho mạch công suất.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH xxxix

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với giảm nguồn và phần tử LC

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH

NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP

VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI

SVTH: Nguyễn Thái Duy

MSSV: 13141039

SVTH: Lê Minh Quý

MSSV: 13141266

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2018

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH

NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP BA BẬC

ĐIỀU KHIỂN CẦU DIODE KẸP

VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI

SVTH: Nguyễn Thái Duy

MSSV: 13141039

SVTH: Lê Minh Quý

MSSV: 13141266

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2018

Có thể bạn quan tâm

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng app nghe nhạc kết hợp các tiện ích AI

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư cao tầng bài 10C STT48

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm và kính cường lực năng suất 150000 tấn/năm

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế mô phỏng và thi công mô hình xe điện hỗ trợ vận chuyển hàng hóa

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và tính toán động lực học robot công nghiệp ba bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS và bản đồ số trực tuyến

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy nhiệt điện đốt than công suất 1200 MW và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu suất vận hành tuabin hơi nhà máy nhiệt điện công suất lớn

Đồ án tốt nghiệp: Công nghệ IoT và ứng dụng cho hệ thống giám sát ắc quy

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa xe VinFast Fadil 2019

Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống đỗ xe thông minh

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Multimeter giao tiếp với máy tính đo đếm thông số điện một pha

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu về ứng dụng công nghệ số trong sản xuất in và tác động của nó đến chiến lược kinh doanh của công ty in

Đồ án tốt nghiệp: Phân tích, thiết kế và xây dựng website xem phim trực tuyến

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống website quản lý trang thiết bị cho trường học

Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống phanh đĩa và hệ thống lái thủy lực

Đồ án tốt nghiệp: Tăng cường cho vay giải quyết việc làm tại Ngân hàng Chính sách Xã hội – Chi nhánh thành phố Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống chia sẻ tài liệu theo kiến trúc hướng dịch vụ

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu giải pháp devsecops trong hỗ trợ phát triển phần mềm

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng website thực phẩm kết hợp tìm kiếm sản phẩm bằng hình ảnh

Tài liêu mới

Báo cáo môn học: Tìm hiểu về thư viện số và ứng dụng

Báo cáo môn học: Thiết kế mạch khuếch đại âm tần

Bài tập lớn: Tìm hiểu về bộ nghịch lưu điều khiển bằng vector không gian (SVPWM)

Bài tập lớn: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu đô thị Kiến Hưng

Đồ án môn học: Thiết kế và chế tạo đồng hồ thời gian thực

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư cao tầng bài 10C STT48

Báo cáo đồ án: Thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong truyền động điện

Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống cơ khí robot SCARA ba bậc tự do

Báo cáo đồ án: Robot di động 2 bánh dạng non-holonomic bám quỹ đạo

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Multimeter giao tiếp với máy tính đo đếm thông số điện một pha

Đồ án môn học: Tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái độc lập công suất 4.5kW cho hộ gia đình ở BìnhThuận

Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống đỗ xe thông minh

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Công nghệ IoT và ứng dụng cho hệ thống giám sát ắc quy

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy nhiệt điện đốt than công suất 1200 MW và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu suất vận hành tuabin hơi nhà máy nhiệt điện công suất lớn

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA