zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Điện-Điện tử-Viễn thông

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu bộ nghịch lưu nguồn Z và xử lý lỗi

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Báo xấu

70
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài mà nhóm thực hiện hướng tới là: Dựa trên cấu hình tham khảo từ bài báo nêu trên sẽ tiến hành cải tiến từ nghịch lưu truyền thống thành nghịch lưu NPC sử dụng vào sau đó, nhánh dự phòng với các khóa công suất mới sẽ được thay thế cho khóa bị lỗi. Bên cạnh phải đảm bảo cách li linh kiện bị lỗi, cầu chì cũng giúp bảo vệ khóa công suất IGBT, cũng như các linh kiện xung quanh trành khỏi hư hỏng. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu bộ nghịch lưu nguồn Z và xử lý lỗi

Chương 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong đời sống và sản xuất công nghiệp hiện nay, các bộ nghịch lưu (Voltage source Inverters) được sử dụng rộng rãi để điều khiển động cơ điện xoay chiều, bộ lưu điện (UPS), hệ thống phân phối điện, xe điện, các hệ thống pin năng lượng mặt trời…Với những ứng dụng thiết thực và rộng rãi như trên việc nghiện cứu và tối ưu các bộ nghịch lưu là một yêu cầu bắt buộc để có thể biến đổi và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả thay cho bộ nghịch lưu truyền thống với một số hạn chế nhất định như sau: - Điện áp xoay chiều ngõ ra luôn nhỏ hơn điện áp nguồn một chiều cung cấp ngõ vào hay nói cách khác nghịch lưu truyền thống chỉ là bộ nghịch lưu giảm áp. - Hai khóa đóng ngắt (IGBT) trên cùng một nhánh (ví dụ T1 và T4) không được phép đóng cùng lúc vì khi đó sẽ xảy ra hiện tượng ngắn mạch nguồn áp một chiều gây hư hỏng thiết bị, linh kiện. Hình 1.1 Bộ Nghịch lưu ba pha truyền thống Trong lĩnh vực năng lượng mới, năng lượng tái tạo điển hình là pin mặt trời (PV), pin nhiên liệu…, điện áp ngõ ra của các dạng năng lượng này là điện một chiều có giá trị điện áp thấp, không ổn định phụ thuộc theo thời gian và môi trường làm việc. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo này để chuyển đổi thành điện xoay chiều 220V/380V, đòi hỏi điện áp một chiều trước khi đưa vào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
Chương 1. TỔNG QUAN hơn 310 VDC (giá trị điện áp đỉnh của 220 VAC). Để có được điện áp một chiều giá trị lớn ta phải mắc nối tiếp các tấm pin điện áp thấp với nhau, đồng nghĩa với số lượng lớn pin phải được sử dụng, lắp đặt trên diện tích rộng lớn. Điều này chỉ thích hợp với hệ thống công suất lớn. Với những hệ thống công suất nhỏ, để tạo ra điện xoay chiều 220V/380 từ nguồn điện áp thấp, người ta thường dùng: (1) máy biến áp tần số thấp (50Hz) để tăng điện áp xoay chiều ngõ ra; (2) bộ tăng áp điện một chiều (DC-DC boost converter). KHỐI NGUỒN DC ( PIN NĂNG LƯỢNG BỘ NGHỊCH LƯU MÁY BIẾN ÁP TẢI XOAY MẶT TRỜI HAY DC-AC 50Hz CHIỀU ACQUY) 150- 220/ 110VDC 300VDC 380VAC Hình 1.2 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số Hình 1.2 minh họa bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số thấp. Các tấm pin mặt trời hoặc pin nhiên liệu được nối với nhau tạo thành một dãy nguồn áp một chiều có điện áp thay đổi từ 150 V đến 300 V (tùy thuộc vào môi trường và điều kiện làm việc). Điện áp này sau khi qua bộ nghịch lưu sẽ có điện áp xoay chiều 110 V. Sau đó người ta dùng máy biến áp 50 Hz để nâng mức điện áp theo yêu cầu phía tải. Đối với phương pháp dùng máy biến áp tần số thấp này sẽ cho hiệu quả không cao vì làm tăng kích thước, tạo nhiều sóng hài, nhiễu, hiệu suất làm việc thấp, không ổn định và ít được sử dụng. Phương pháp thứ hai dùng bộ tăng áp DC-DC như chỉ trong Hình 1-3 hiện đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên nó cũng có một vài nhược điểm: Sử dụng hai bộ biến đổi DC-DC và DC-AC làm tăng kích thước, giảm hiệu suất toàn hệ thống. Tăng thêm các thiết bị điều khiển đóng ngắt (IGBT, MOSFET…) và mạch lái để điều khiển các thiết bị đóng ngắt này. Tăng thêm bộ tăng áp DC-DC sẽ làm tăng giá thành. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
Chương 1. TỔNG QUAN Hình 1.3 mô phỏng sơ đồ hoạt động của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều. Điện áp một chiều từ các dãy pin sau khi qua bộ tăng áp một chiều sẽ được giữ ổn định tại 400V. Điện áp này sau đó cung cấp cho bộ nghịch lưu để biến đổi thành điện xoay chiều. KHỐI NGUỒN DC TẢI ( PIN NĂNG LƯỢNG BỘ TĂNG ÁP BỘ NGHỊCH LƯU XOAY MẶT TRỜI HAY DC-DC DC-AC CHIỀU ACQUY) 150-300VDC 400VDC 220/380VAC Hình 1.3. Sơ đồ khố của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều Và cơ chế phát hiện lỗi rất quan trọng trong các cấu hình nghịch lưu có khả năng chịu lỗi. Nếu không được tích hợp hệ thống phát hiện lỗi tự động thì không có cách nào để cải tiến xử lý lỗi. Có nhiều phương pháp được áp dụng để phát hiện lỗi như phương pháp nhận dạng mẫu , Fuzzy logic và trí tuệ nhân tạo . Để giải quyết các vấn đề của bộ nghịch lưu truyền thống và các vấn đề nêu trên, nhóm quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu bộ nghịch lưu nguồn Z và xử lý lỗi”. Đề tài dựa vào bài báo “ Bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC tăng áp bằng chuyển mạch LC” đã được công bố trên tạp chí IEEE vào năm 2016. Với các tính năng: • Có khả năng tăng áp Vdc đầu vào qua đó giảm số lượng pin hay ac-quy ngõ vào, qua đó giảm chi phí lắp đặt. • Hiệu suất chuyển đổi cao do chỉ qua một chặng biến đổi từ DC-AC. • Cho phép cả hai khóa bán dẫn trên cùng một nhánh đóng cùng lúc. Do đó thời gian chết tạo ra trong quá trình chuyển mạch giữa các khóa được loại bỏ. Vì thế độ méo dạng của điện áp ngõ ra (THD) được giảm. • Giảm điện áp ngõ vào, đồng thời giúp giảm điện áp đặt lên IGBT. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
Chương 1. TỔNG QUAN • Cấu hình nghịch lưu sẽ có độ tin cậy cao hơn, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao như trong lĩnh vực y tế, quân sự,… Bộ nghịch lưu này được tìm thấy trong nhiều ứng dụng khác nhau như hệ thống pin mặt trời hay điều khiển xe điện dùng pin nhiên liệu. 1.2 Mục tiêu Mục tiêu của đề tài mà nhóm thực hiện hướng tới là: Dựa trên cấu hình tham khảo từ bài báo nêu trên sẽ tiến hành cải tiến từ nghịch lưu truyền thống thành nghịch lưu NPC sử dụng vào sau đó, nhánh dự phòng với các khóa công suất mới sẽ được thay thế cho khóa bị lỗi. Bên cạnh phải đảm bảo cách li linh kiện bị lỗi, cầu chì cũng giúp bảo vệ khóa công suất IGBT, cũng như các linh kiện xung quanh trành khỏi hư hỏng. - Giảm dung lượng cuộn cảm (L). - Sử dụng một nguồn Vdc để tránh hiện tượng trôi điện áp. - Xây dựng một mô hình chảy ổn định. - Nghiên cứu các vấn đề lỗi xảy ra trong cấu hình nghịch lưu tăng áp đa bậc và đưa ra giải thuật xử lý lỗi cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC 1.3 Nội dung nghiên cứu -Nội dung 1: Thu thập và nghiên cứu tài liệu về nghịch lưu. -Nội dung 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, tham khảo mô hình thực tế. -Nội dung 3: Tìm hiểu phần mềm và nghiên cứu giải thuật điều khiển. -Nội dung 4: Thiết kế mô hình. -Nội dung 5: Đánh giá kết quả trên mô phỏng và thực nghiệm. -Nội dung 6: Kết luận và hướng phát triển của đồ án. 1.4 Giới hạn Đối tượng và phạm vi nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC. - Đây là đề tài mới nên tài liệu nghiên cứu bị hạn chế và mang tính tham khảo, đa số là tài liệu của nước ngoài cần có thời gian nghiên cứu và tìm hiểu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
Chương 1. TỔNG QUAN -Quy mô tương đối nhỏ, chỉ dùng cho hộ gia đình. -Do tính an toàn trong phòng thí nghiệm nên bộ nghịch lưu 3 pha chỉ có áp ngõ ra là 110VAC/2A. -Các trang thiết bị gây ra sai số trong quá trình thực nghiệm. 1.5 Bố cục -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. -Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán. Đưa ra phương án thiết kế, dựa vào những kiến thức nền tảng và kiến thức đã được học. -Chương 4: Xây dựng mô hình và mô phỏng. Làm khung mô hình, gia công mạch in, hàn linh kiện và kiểm tra mạch. Ghi chương trình và chạy mô phỏng ,đo dạng sóng ngõ ra. -Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bài kết quả trên mô phỏng và thực nghiệm từ đó 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 Dẫn chứng nguồn tài liệu tham khảo trong lúc thực hiện đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
Chương 1. TỔNG QUAN Contents Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu ................................................................................................................. 4 1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 4 1.4 Giới hạn .................................................................................................................. 4 1.5 Bố cục ..................................................................................................................... 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về nghịch lưu áp 2.1.1 Giới thiệu tổng quát: Bộ nghịch lưu là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. 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 cung cấp 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 hoặc 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 điện áp mạch tải. Khi đó linh kiện bán dẫn có thể chọn là thyristor (SCR). 2.1.2 Bộ nghịch lưu áp 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 gồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Linh kiện trong bộ nghịch lưu có 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 có khả năng điều khiển được, khi ghép nối với lưới hoặc phụ tải. 2.1.3 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc 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). ➢ Dạng ghép tầng (Cascade inverter). 2.1.3.1 Dạng diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter) Hình 2.1: Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc dạng NPC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phù hợp cho các cấu hình có nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC. Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc chứa cặp diode kẹp có một mạch nguồn DC được phân chia thành hai cấp điện áp nhỏ hơn nhờ có hai tụ điện mắc nối tiếp nhau. Nguyên lý hoạt động: Để Vo = Vdc/2, các khóa S1x, S2x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. Để Vo = 0 , khóa S2x, S3x dẫn. Để Vo = -Vdc/2, các khóa S3x, S4x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. Ưu điểm Khuyết điểm _ Dạng sóng điện áp được cải tiến so với _ Khi bộ nghịch lưu có số bậc từ 3 trở lên dạng trên linh kiện.sóng ở cấu hình truyền thì mức độ chịu được gai áp trên các diode thống. không đều. _ Giảm sốc điện áp. _ Cân bằng áp giữa các nguồn DC phức tạp. Bảng 2.1: Ưu nhược dạng diode kẹp NPC 2.1.3.2 Dạng dùng tụ thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter) Hình 2.2: Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc dạng tụ kẹp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý hoạt động: Để Vo = Vdc/2, các khóa S1x, S2x dẫn, các khóa còn lại không dẫn Để Vo = 0 , khóa S2x, S3x dẫn. Để Vo = -Vdc/2, các khóa S3x, S4x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. Ưu điểm Khuyết điểm _ Khi tần số tăng cao thì không cần dùng _ Sử dụng số lượng lớn tụ công suất làm bộ lọc tăng giá thành, giảm độ tin cậy. _ Có thể điều khiển được công suất tác _ Khi số bậc của bộ nghịch lưu tăng, việc dụng cũng như công suất phản kháng và điều khiển cấu hình trở nên phức tạp. phân bố công suất. Bảng 2.2: Ưu nhược dạng dùng tụ thay đổi 2.1.3.3 Dạng ghép tầng (Cascade inverter) Hình 2.3: Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc dạng cascade Phù hợp cho cấu hình sử dụng nguồn DC có sẵn, ví dụ dưới dạng bình acquy, pin. Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc dạng cascade gồm bộ nghịch lưu áp cầu một pha, các bộ nghịch lưu áp dạng cầu một pha này có các nguồn DC riêng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý hoạt động: Quy tắc kích đóng đối nghịch: cặp công tắc trên cùng một nhánh không được kích đóng đồng thời, tức là hai công tắc trên cùng một nhánh luôn ở trạng thái một được kích đóng và một được kích ngắt. Trạng thái cả hai cùng kích đóng trên cùng một nhánh (Trạng thái ngắn mạch) không được phép xãy ra. Để Vo = Vdc, các khóa S1x, S3x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. Để Vo = 0 , khóa S2x, S3x dẫn hoặc khóa S1x, S4x dẫn. Để Vo = -Vdc, các khóa S2x, S4x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. Ưu điểm Khuyết điểm _ Tần số đóng cắt giảm hơn cấu hình _ Số linh kiện sử dụng trong cấu hình NPC. nhiều. _ Giảm điện áp đặt trên các linh kiện. Bảng 2.3: Ưu nhược dạng ghép tầng Các cấu hình nghịch lưu ba pha ba bậc ở trên sử dụng nhiều tụ điện và diode. Việc sử dụng nhiều tụ điện và diode làm cho giá thành của bộ nghịch lưu tăng cao,kích thước tăng, độ tin cậy giảm. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2. Giới thiệu nghịch lưu ba pha nguồn Z ba pha NPC 2.2.1 Giới thiệu nghịch lưu ba pha nguồn Z ba pha NPC Hình 2.1: Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC Phù hợp cho các cấu hình có nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC. Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc chứa cặp diode kẹp có một mạch nguồn DC được phân chia thành hai cấp điện áp nhỏ hơn nhờ có hai tụ điện mắc nối tiếp nhau. Ưu điểm Khuyết điểm _ Dạng sóng điện áp được cải tiến so với _ Khi bộ nghịch lưu có số bậc từ 3 trở lên dạng trên linh kiện.sóng ở cấu hình truyền thì mức độ chịu được gai áp trên các diode thống. không đều. _ Giảm sốc điện áp. _ Cân bằng áp giữa các nguồn DC phức tạp. Bảng 2.4: Ưu nhược dạng diode kẹp NPC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc cấu hình NPC vẫn còn tồn tại những nhược điểm sau : - Việc sử dụng nhiều khóa công suất bán dẫn làm ảnh hưởng đến độ tin cậy của toàn hệ thống. Các linh kiện bán dẫn như IGBT và MOSFET rất dễ bị hư hỏng (Bị hở mạch hoặc ngắn mạch) [6]. - Vì không được trang bị, thiết kế dự phòng, nên khi có sự cố xãy ra, toàn bộ hệ thống bị đình trệ, gián đoạn. Trong nhiều lĩnh vực như quân sự, y tế, tài chính đòi hỏi rất cao về độ tin cậy của hệ thống, việc xảy ra lỗi trong hệ thống điện sẽ dẫn đến tổn thất rất lớn về tài sản cũng như ảnh hưởng đến tính mạng con người. Để khắc phục những nhược điểm trên, đề tài này sẽ nghiên cứu bộ nghịch lưu nguồn Z – NPC và xử lý lỗi.Do đó, đề tài này đề xuất bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC kết hợp giải thuật xử lý lỗi để khắc phục những nhược điểm kể trên. Chúng ta tập trung vào tìm hiểu và phân tích hoạt động của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc cấu hình NPC và đề xuất giải thuật điều khiển xử lý lỗi. 2.2.2 Nguyên lý hoạt động Về cơ bản mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC hoạt động sẽ có 3 mức trạng thái ➢ Để Vo = Vdc/2, các khóa S1x, S2x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. ➢ Để Vo = 0 , khóa S2x, S3x dẫn. ➢ Để Vo = -Vdc/2, các khóa S3x, S4x dẫn, các khóa còn lại không dẫn. 2.3 Giới thiệu về nghịch lưu nguồn Z ba pha NPC 2.3.1 Giới thiệu 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. Trong đó, 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, do đó xuất hiện thời gian chết deadtime trong mỗi nhánh van mạch nghịch lưu là nguyên nhân gây nhiễu điện từ EMI trong hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 đang dần dần được ứng dụng vào trong đời sống hàng ngày. Nhưng ngõ ra của nó là một nguồn DC có điện áp thấp nên chúng ta cấn có một bộ nghịch 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, nghịch lưu NPC 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. Với đặc điểm cấu trúc mạch động lực đồng nhất không có sự phân biệt rõ các tầng biến đổi công suất. Vì vậy, thiết kế một cấu trúc điều khiển nghịch lưu NPC đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Do đó, đề tài đi nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu NPC hướng đến hai ứng dụng cụ thể cho hệ phát điện sử dụng pin năng lượng mặt trời và hệ phát điện sử dụng sức gió. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3.2 Nguyên lí làm việc nghịch lưu nguồn Z ba pha NPC Hình 2.5: Mạch nguyên lý toàn mạch Mạch nghịch lưu ba pha nguồn Z hoạt động dựa vào trạng thái ngắn mạch để tăng điện áp đầu ra so với điện áp vào, đó là điểm mới của mạch nghịch lưu nguồn Z so với mạch nghịch lưu truyền thống. Hoạt động chính của mạch nghịch lưu Nguồn Z – NPC bao gồm 2 trạng thái tạm gọi là trạng thái “ngắn mạch” và trạng thái “không ngắn mạch”. ➢ Xét trạng thái ngắn mạch và không ngắn mạch: Ở mạch nghịch lưu truyền thống thì trạng thái ngắn mạch là trường hợp cấm, vì sẽ làm hỏng các linh kiện điện tử công suất trong mạch. Trong mạch nghịch lưu nguồn Z thì trạng thái ngắn mạch là nét đặc trưng cho mạch, ở trạng thái ngắn mạch thì các cuộn cảm sẽ được nạp năng lượng từ các tụ điện. Dòng điện của tải trở cảm sẽ được duy trì bởi các Diode mắc song song với các IGBT. Để hiểu rõ hơn các trạng thái hoạt động của mạch ta xét bảng trạng thái trong trường hợp ngắn mạch của mạch nghịch lưu nguồn Z – NPC. Trạng thái IGBT Vout BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Không ngắn mạch S1x,S2x Vdc/2 Không ngắn mạch S2x,S3x 0 Không ngắn mạch S3x,S4x -Vdc/2 Ngắn mạch S1x,S2x,S3x,S4x 0 Bảng 2.5: Trạng thái ngắn mạch Sau trạng thái ngắn mạch sẽ trở về lại trạng thái bình thường, khi đó các cuộn cảm xả năng lượng lên mạch nghịch lưu, đồng thời khi đó có điện áp của nguồn cung cấp cho mạch nghịch lưu. Do đó điện áp tổng cấp cho mạch nghịch lưu lúc này lớn hơn so với các mạch nghịch lưu truyền thống. 2.4 Các lỗi xảy ra trong cấu hình nghịch lưu 2.4.1 Các nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi cho cấu hình nghịch lưu Trong các cấu hình nghịch lưu, có rất nhiều nguyên nhân gây ra lỗi như sự cố do tải, lỗi do đứt đường dây, do sấm sét, do các linh kiện cơ khí,…Đề tài này, chỉ tập trung vào các lỗi xảy ra trên linh kiện bán dẫn. Lỗi hở mạch trên khóa công suất là do tín hiệu điều khiển cực cổng không đúng hoặc do xung điều khiển không tới được cực cổng dẫn đến một khoảng thời gian mạch bị gián đoạn làm linh kiện bị quá nhiệt gây hư hỏng. Lỗi ngắn mạch trên khóa công suất gây tác hại lớn nhất vì nó gây cháy nổ thiết bị, linh kiện, bo mạch,…Có hai nguyên nhân chính: - Do xung điều khiển cực cổng không chính xác hoặc luôn có xung kích dẫn ở cực cổng. - Quá dòng điện dẫn đến nhiệt độ tăng cao làm hư hỏng linh kiện. Lỗi hở mạch ở diode là do trước đó đã có lỗi ngắn mạch ở linh kiện gần đó, gây ra điện áp ngược đặt lên diode. Lỗi này ít khi xãy ra nhưng cũng gây ra quá điện áp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.4.2 Lỗi ngắn mạch và hở mạch Hình 2.6: S1 bị lỗi Hình 2.8 cho thấy, khi 𝑆1 xảy ra sự cố hở mạch hoặc ngắn mạch. Từ hình 2.8 cho thấy, sau khi 𝑆1 hở mạch, ngõ ra không thể đạt được bậc điện áp dương. Khi 𝑆1 ngắn mạch, ngõ ra không thể đạt được bậc zero hoặc bậc điện áp âm Hình 2.8 cho thấy, khi S1 hở mạch, ngõ ra không thể đạt được điện áp bậc dương. Điện áp ngõ ra bậc âm và bậc zero cũng bị ảnh hưởng khi S1 ngắn mạch. Kết quả cũng tương tự cho trường hợp S4. Đối với S1 và S4, dù là lỗi hở mạch hay ngắn mạch đều ảnh hưởng đến ngõ ra. Đối với lỗi ngắn mạch, có thể dùng cầu chì bảo vệ. Khi sự cố ngắn mạch xảy ra, cầu chì đứt. Lúc này, quy về việc xử lý sự cố hở mạch. Bài báo này sẽ tập trung xử lý lỗi hở mạch của S1 và S4 ở mỗi pha. 2.4.3 Quy trình xử lý ➢ Phát hiện lỗi Cơ chế phát hiện lỗi rất quan trọng trong các cấu hình nghịch lưu có khả năng chịu lỗi. Nếu không được tích hợp hệ thống phát hiện lỗi tự động thì không có cách nào để cải tiến xử lý lỗi. Có rất nhiều phương pháp được áp dụng để phát hiện lỗi như phương pháp nhận dạng mẫu, Fuzzy logic và trí tuệ nhân tạo . ➢ Cách ly linh kiện bị lỗi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cầu chì thường được sử dụng để cách ly các linh kiện bị sự cố ngắn mạch. Sau đó, nhánh dự phòng với các khóa công suất mới sẽ được thay thế cho khóa bị lỗi. Bên cạnh phải đảm bảo cách li linh kiện bị lỗi, cầu chì cũng giúp bảo vệ khóa công suất IGBT, cũng như các linh kiện xung quanh tránh khỏi hư hỏng. ➢ Thay thế nhánh bị lỗi bằng nhánh dự phòng Việc thiết kế và sử dụng nhánh dự phòng cho cấu hình nghịch lưu sẽ làm tăng thêm chi phí cũng như kích cỡ. Bù lại, cấu hình nghịch lưu sẽ có độ tin cậy cao hơn, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao như trong lĩnh vực y tế, quân sự,… 2.5 Giới thiệu phần cứng Thiết bị đầu vào: Điện áp 75VDC. Thiết bị đầu ra: Điện trở 50 Ohm,cuộn cảm 3mH. Thiết bị điều khiển trung tâm: card DSP TMS320F28335 Các chuẩn truyền dữ liệu: USB Thiết bị lưu trữ: thẻ nhớ, USB. Thiết bị điều khiển: máy tính Thiết bị đo lường : Oscilloscope, Ampere kẹp, VOM… Công cụ : búa, kiềm, tuavit, kiềm bấm cos… Khác: máy in, bàn ủi, máy khoan.. 2.6 Tổng quan về card xử lí tín hiệu số TMS320F28335 2.6.1 Giới thiệu card DSP TMS320F28335 Họ F28335 là bộ phận của bộ điều khiển tín hiệu số TMS320C2000. Với 32x32 bit khả năng xử lý có thể điều khiển để xử lý các vấn đề số học độ chính xác cao một cách có hiệu quả. Thiết bị này có 8 cấp bảo vệ xử lý liên hợp với bộ nhớ truy cập xử lý liên hợp. Việc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT xử lý liên hợp này cho phép nó thực hiện ở tốc độ cao mà không cần bộ nhớ tốc độ cao đắt tiền. Hình 2.7: Kit vi xử lý DSP TMS320 F28335 ➢ Các đặc điểm cơ bản của F28335: Công nghệ CMOS tĩnh hiệu suất cao. Đạt đến 150MHz ( thời gian quét chu trình 6.67ns). Thiết kế điện áp lõi 1.9V/1.8V, I/O 3.3/5V. CPU 32 bit hiệu suất cao. Theo tiêu chuẩn IEEE-750. Độ chính xác vận hành 16x16 và 32x32 bit. Điều khiển vận hành kép 16x16 bit. Cấu trúc Harvard bus. Đáp ứng và xử lý ngắt nhanh. Kiểu bộ nhớ chương trình thống nhất. Tương thích mã chương trình C/C++ và Assembly. Bộ điều khiển DMA sáu kênh (cho ADC, McBSP, ePWM, XINTF và SARAM). Giao diện bên ngoài 16 bit hoặc 32 bit (XINTIF). Hơn 2Mx16 miền địa chỉ. Bộ nhớ trên chip: F28335/F28235 là 256Kx16 Flash, 34Kx16 SARAM. 1Kx16 OTP ROM Bộ nhớ ROM khởi động (8Kx16 ) Với phương thức phần mềm khởi động (via SCI, SPI, CAN, I2C, McBSP, XINTF, and Parallel I/O). Bảng tính toán tiêu chuẩn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT + GPIO0 đền GPIO63 ( General_ Purpose IO) chân có thể kết nối đến 1 trong 8 ngắt bên ngoài. + Khóa ngắt ngoại vi mở rộng (PIE) chứa đựng tất cả 58 ngắt ngoại vi. + 128 bit khóa an toàn. Khóa bảo vệ Flash/OTP/RAM ngăn cản việc ăn cắp chương trình. Nâng cao khả năng điều khiển ngoại vi. ➢ DSP F28335 có: Có đến 18 ngõ ra PWM, 6 ngõ ra HRPWM với độ phân giải 150 ps, 6 ngõ vào thu nạp sự kiện, 2 giao diện mã hóa vuông góc, 8 bộ đếm thời gian 32 bit, 16 bit. Ba bộ đếm thời gian CPU 32 bit, port nối tiếp ngoại vi, 3 SCI (UART) modules, có 2 McBSP modules. Một SPI Module, một Bus nhập dữ liệu tích hợp, 12 bit ADC, 16 kênh tốc độ chuyển đổi 80 ns. Bộ chuyển đổi đơn/đồng thời truy cập bên trong và bên ngoài. + Có 88 chương trình đơn lẻ, dồn kênh GPIO Pins với bộ lọc tín hiệu vào. + Hỗ trợ JTAG ranh giới quét. + Các tính năng tiên tiến. Chức năng phân tích và điểm chuyển tiếp. Tìm và khắc phục lỗi phần cứng trong thời gian thực. Hỗ trợ phát triển bao gồm: +ANSI C/C++ Compiler/Assembler/Linker. +Mã Composer Studio™ IDE. DSP/BIOS™. Kỹ thuật số điều khiển động cơ và thư viện phần mềm điện kỹ thuật số. Các chế độ công suất thấp và tiết kiệm điện năng. Chế độ hỗ trợ IDLE, STANDBY, HALT. + Khối chức năng của F28335 Khối bộ nhớ thì không co giản : BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh

81 tài liệu

1641 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.