Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu nghịch lưu đa bậc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được nghiên cứu với mục tiêu nhằm nghiên cứu các giải thuật điều chế sóng mang, sòng điều chế, từ đó chọn giải thuật điều chế phù hợp với yêu cầu. Nghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu, ưu khuyết điểm của từng dạng mạch, từ đó lựa chọn dạng mạch thích hợp để nghiên cứu, mô phỏng trên Matlab để đánh giá các dạng sóng mô phỏng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu nghịch lưu đa bậc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------- LÊ HOÀI THANH NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 Tp Hồ Chí Minh 11/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------- LÊ HOÀI THANH NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh 11/2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công nghệTP. HCM ngày … tháng … năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. NGUYỄN HÙNG Chủ tịch 2 TS. ĐOÀN THỊ BẰNG Phản biện 1 3 PGS.TS. PHAN VIỆT ANH Phản biện 2 4 PGS.TS. LÊ CHÍ KIÊN Ủy viên 5 TS.ĐINH HOÀNG BÁCH Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ HOÀI THANH Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 21/10/1975 Nơi sinh: LONG AN Chuyên ngành:KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV:1341830060 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC II- Nhiệm vụ và nội dung: Nhiệm vụ Từ việc nghiên cứu tài liệu, đề tài cần mạch thực nghiệm để minh chứng cho kết quả nghiên cứu, cho nên đề tài cần mô phỏng mạch. Từ đó lắp mạch thực nghiệm cho thấy kết quả của quá trình nghiên cứu. Nội dung  Nghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu.  Nghiên cứu phương pháp điều chế.  Phân tích mạch nghịch lưu 5 bậc dạng NPC  Dùng phần mềm Matlab mô phỏng mạch nghịch lưu 5 bậc dạng NPC  Lắp mạch thực nghiệm mạch nghịch lưu 5 bậc dạng NPC  So sánh, đánh giá dạng sóng của mạch thực nghiệm so với kết quả mô phỏng , từ đó phân tích, cải thiện mạch để sóng ngõ ra có dạng sin nhất III- Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài) IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/12/2015 V- Cán bộ hướng dẫn:PGS. TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn LÊ HOÀI THANH
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản Lý Khoa Học Và Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Công Nghệ TPHCM đã điều kiện cho tôi được học tập, tiếp cận với khoa học kỹ thuật và được làm việc với Thầy PGS. TS Nguyễn Thanh Phương đã nhiệt tình giúp đỡ tôi khi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này. Tôi chân thành cám ơn thầy, cô Trường Đại Học Công Nghệ tp HCM, Trường Đại Học Bách Khoa tp HCM đã tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong khóa học vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn học viên cùng khóa cũng đã giúp tôi trao đổi kiến thức chuyên môn, tài liệu học tập... Xin chân thành cảm ơn BGH, Thầy Cô Trường Cao Đẳng Nghề long an đã tạo điểu kiện vể thời gian, thiết bị nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn này. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến quý báo của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện tốt hơn. Xin cám ơn.
iii TÓM TẮT Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất nên việc chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn không còn trở ngại. Các linh kiện công suất có điện áp làm việc đến hàng nghìn vôn, công suất đến hàng kw. Trong công nghiệp, nhất là trong kỹ thuật truyền động đòi hỏi điều chỉnh tốc độ động cơ phải chính xác, thiết bị nhỏ gọn, tổn thất ít điện năng, đạt hiệu quả cao. Nguồn cấp cho động cơ được đưa vào mạch chỉnh lưu, bộ nghịch lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều cung cấp cho động cơ. Với bộ nghịch lưu này ta có thể điều khiển được tần số của chúng nên tần số ngõ ra thay đổi làm tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của bộ biến tần, ngoài ra bộ nghịch lưu còn rất nhiều ứng dụng khác như máy hàn điện tử, bộ nghịch lưu nguồn trong hệ thống pin mặt trời, nguồn UPS .... Bộ nghịch lưu càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống, tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng của bộ nghịch lưu là dạng sóng ngõ ra phải càng giống sin càng tốt. Xuất phát từ yêu cầu trên luận văn tập trung vào việc nghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu, phương pháp điều chế dạng sóng, sau đó dùng phần mềm Matlab để mô phỏng để từ đó điều chỉnh thông số của mạch sao cho kết quả ngõ ra của mạch nghịch lưu là tốt nhất. Trong luận văn này, tập trung nghiên cứu, khảo sát và lắp mạch thực nghiệm dạng NPC 5 bậc, từ đó đánh giá được kết quả nghiên cứu và các biện pháp khắc phục để dạng sóng ngõ ra đạt yêu cầu
iv ABSTRACT Nowadays, with the strong development of power electronics to the manufacture of electronic components power no longer obstacles. The power electronics work with working voltages up to thousands of voltages, power up to hundreds kW . In industry, especially in technical control require adjusting the motor speed to be accurate, compact, low power loss, high efficiency. The power of the motor is put into rectifier, inverters convert the direct current into alternating current power supply to the motor. With this inverter, we can control the frequency of the output frequency, we should change the engine speed Inverters are an important component of the inverter, inverter in addition there are many other applications such as electronic welding machines, power inverters in solar systems, UPS power .... Inverter has been widely used in industry as well as in life, the criteria for assessing the quality of the inverter output waveform to be as similar as possible sin. Starting from the requirements on, thesis focuses on the study of the form inverter circuit, waveform modulation methods, then use Matlab software simulate so that adjustment of circuit parameters that result lane out of the best inverter circuit. In this thesis, focused research, survey and experimental circuit assembly NPC form 5 places, from which evaluate research results and the corrective measures to waveform output desired unsatisfactory
v MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................... i Lời cảm ơn ..................................................................................................................ii Tóm tắt ..................................................................................................................... iii Mục lục ........................................................................................................................ v Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................. vi Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh .........................................................vii Chương 0 Mở đầu ............................................................................................ 1 1.1 Tỏng quan lĩnh vực nghiên cứu ................................................. 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........... 3 1.3. Mục đích của đề tài ............................................................................ 4 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài: ....................................................... 5 1.5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 5 1.6. Điểm mới của đề tài: ......................................................................... 6 1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài:................................................................. 6 Chương I. Tổng quan về nghịch lưu và nghịch lưu đa bậc ............................... 7 1. Sự cần thiết của bộ nghịch lưu ..................................................................... 7 2. Bộ nghịch lưu ............................................................................................... 9 2.1 Bộ nghịch lưu trực tiếp .................................................................. 9 2.2. Bộ nghịch lưu gián tiếp ........................................................................ 13 3.Bộ nghịch lưu đa bậc ....................................................................................... 18 3.1 Giới thiệu ....................................................................................... 18 3.2 Phân tích bộ nghịch lưu áp đa bậc ........................................................ 27 Chương II. Kỹ thuật điều chế .................................................................................. 32 1.Phương pháp điều chế sóng mang .................................................. 32 1.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin ........................................... 32 1.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến .................................. 34 2. Điều chế vectơ không gian PWM ........................................................... 35 2.1 Khái niệm vectơ không gian ..................................................... 35 2.2 Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc ............................... 36 Chương III. Kết quả mô phỏng .............................................................................. 44
vi 1.Giới thiệu Matlab ..................................................................................... 44 2.Mô hình hóa mạch .................................................................................... 45 3. Kết quả mô phỏng ............................................................................ 47 Chương IV. Kết quả thực nghiệm ........................................................................... 52 1. Giới thiệu kit STM32F4 ............................................................................. 52 2. Sơ đồ mạch động lực ................................................................................... 59 3. Kết quả thực nghiệm ........................................................................... 64 Chương V. Đánh giá và hướng phát triển đề tài .................................................... 65 Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 66
vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DSP : Digital Signal Processor IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor PLL : Phase Locked Loop PWM : Pulse-Width Modulation SVM : Space Vector Modulation SPWM : Space vector Pulse-Width Modulation
viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu diễn khoảng dẫn của các van bán dẫn và dòng điện của nguồn cấp.. 10 Hình 1.2 Mạch nghịch lưu trực tiếp. ...................................................................... ...12 Hình 1.3 Sơ đồ bộ nghịch lưu gián tiếp. ................................................................... 14 Hình 1.4 Các dạng mạch nghịch lưu ......................................................................... 14 Hình 1.5 Mạch nghịch lưu dòng ............................................................................... 15 Hình 1.6 Mạch nghịch lưu 3 pha ...................................................................... .....16 Hình 1.7 Mạch nghịch lưu dòng 3 pha ...................................................................... 17 Hình 1.8 Mạch nghịch lưu NPC ............................................................................. ...21 Hình 1.9 Nghịch lưu đa bậc dạng dùng tụ điện thay đổi ......................................... 22 Hình 1.10 Dạng Cascade Inverter...........................................................................24 Hình 1.11 Dạng Cascade Inverter dùng biến áp.......................................................25 Hình 1.12 Nghịch lưu 5 bậc NPC 3 pha.................................................................... 27 Hình 1.13 Nghịch lưu 5 bậc NPC 1 pha ............................................................... .. .30 Hình 2.1 Quan hệ giữa biên độ sóng mang và sóng điều khiển ................................ 33 Hình 2.2 Quan hệ giữa biên độ sóng mang và sóng điều khiển ................................ 35 Hình 2.3 Nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade ............................................................. 37 Hình 2.4 Vector không gian của điều chế đa bậc...................................................... 39 Hình 2.5 Nguyên lý điều chế vector không gian....................................................... 40 Hình 3.1 Mạch mô phỏng bộ nghịch lưu 5 bậc NPC ................................................ 46 Hình 3.2 Dạng sóng xung kích IGBT pha A............................................................ .47 Hình 3.3 Dạng sóng xung kích IGBT pha B ............................................................. 47 Hình 3.4 Dạng sóng xung kích IGBT pha C ............................................................. 48 Hình 3.5 Dạng sóng điều khiển sin và sóng mang tam giác ..................................... 48 Hình 3.6 Điện áp 3 pha - tâm nguồn DC .................................................................. 49 Hình 3.7 Điện áp pha tải 3 pha .................................................................................. 49 Hình 3.8 Điện áp pha tải sau khi qua bộ lọc thông thấp ........................................... 50 Hình 3.9 Dòng điện tải 3 pha .................................................................................... 50 Hình 4.1 Biểu đồ sự phát triển dòng ARM...............................................................52 Hình 4.2 Ứng dụng của STM .................................................................................... 52
ix Hình 4.3 Cấu trúc của STM32F4 .............................................................................. 54 Hình 4.4 Kit STM32F4 ............................................................................................. 55 Hình 4.5 Sơ đồ bố trí của STM32F4. ........................................................................ 56 Hình 4.6 Sơ đồ mạch động lực..................................................................................59 Hình 4.7 Sơ đồ mạch in mạch động lực....................................................................60 Hĩnh 4.8 Mạch Kit STM32F4.................................................................................. . 61 Hình 4.9 Mạch đệm xung kích..................................................................................61 Hình 4.10 Mạch nguồn cấp mạch động lực .............................................................. 62 Hình 4.11 Mạch công suất 1 pha. ............................................................................. .62 Hình 4.12 Sơ đồ kết nối của mạch nghịch lưu.... ................................................. .....63 Hình 4.13 Sơ đồ kết nối của mạch nghịch lưu kết nối với tải................ .............. .....62 Hình 4.14 Dạng sóng kích pha A.. .......................................................................... .64
1 CHƯƠNG 0 MỞ ĐẦU 1.1. ực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài ước 1.1.1 c h ực iê cứ - Từ thập niên 80 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử chỉ được ứng dụng trong những mạchđiều khiển, đo lường, khống chế, bảo vệ…hệ thống điện công nghiệp gọi là điện tử công nghiệp. - Đến thập niên 90 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đã ứng dụng khá rộng rãi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn cho những phụ tải một pha, ba pha, làm các bộ nguồn công suất lớn trong công nghiệp…Với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, điều khiển dễ dàng, đáp ứng tần số được mở rộng, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng được cải tiến dần. - Hiện nay, các linh kiện điện tử công suất được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, đặc biệt trong kỹ thuât truyền động để điều khiển tốc độ động cơ trong nghiệp...Đó chính là bộ biến tần ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống. Bộ nghịch lưu là thành phần chủ yếu của bộ biến tần, các bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, máy hàn điện tử, nghịch lưu hòa lưới...Bộ nghịch lưu còn được ứng dụng trong các thiết bị chuyển đổi trong gia đình bộ nghịch lưu dùng trong pin mặt trời, nguồn UPS.. Hiện nay, các bộ nghịch lưu còn được nghiên cứu và phát triển nhằm đạt được yêu cầu cao về chất lượng cũng như giảm tổn hao công suất trên các van. 1.1.2 Các kết ả tro à oài ước được cô bố 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứ tro ước: - Năm 2012, tại hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về cơ điện tử - VCM – 2012 nhóm tác giả Nguyễn Văn Nhờ, Đới Văn Môn, Trần Quốc Hoàn, Quách Thanh Hải đã trình bày một nghiên cứu nhằm cân bằng điện áp hai tụ điện một chiều trong nghịch lưu 3 bậc NPC, với số lần chuyển mạch cao và THDUta = 50,99% [9]. - Trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung để điều khiển tối ưu nghịch lưu đa bậc”, tác giả Quách Thanh Hải đã phân tích các cấu trúc
2 nghịch lưu đa bậc bao gồm các nghịch lưu chuẩn truyền thống và các mạch nghịch lưu lai hiện nay (bằng mô phỏng và thực nghiệm) [11]. - Phan Quốc Dũng, Lê Minh Phương, Lê Đình Khoa, Giải thuật điều chế vector không gian cải tiến cho nghịch lưu ba pha bốn khóa, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện KHCN Việt Nam, Tập 46- Số 6, 2008 Phan Quốc Dũng, Lê Minh Phương, Lê Đình Khoa, Giải thuật điều chế vector không gian cải tiến cho nghịch lưu ba pha bốn khóa, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện KHCN Việt Nam, Tập 46- Số 6, 2008 Phan Quoc Dung, L.D.Khoa. L.M.Phuong, H.T.Thanh, Phương pháp điều chế véc –tơ không gian cải tiến cho bộ nghịch lưu ba pha bốn khóa trong điều kiện mất cân bằng áp tụ DC, Tạp chí Khoa học công nghệ 6 trường ĐH, số 70, p.12-17, 2009 1.1.2.2. Tình hình nghiên cứ oài ước Có khá nhiều nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài đã đề xuất trong đó phải kể đến các nghiên cứu sau: A Three Phase Three-level PWM Switched Voltage Source Inverter with Zero Neutral Point Potential Won-Sik Oh*, Sang-Kyoo Han*, Seong-Wook Choi* and Gun-Woo Moon† Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Korea - Nhóm tác giả nghiên cứu và mô phỏng mạch nghịch lưu 3 bậc 3 pha và so sánh với mạch nghịch lưu có số bậc cao hơn, từ đó đánh giá được chất lượng của mạch. Design and Implementation of Seven Level Cascaded H-Bridge Inverter Using Low frequency transformer with Single DC Source T. Singaravelu1, M.Balasubramani2 , J.Gowrishankar3 School of Electrical and Electronics Engineering, SASTRA University, Tirumalaisamudram,Thanjavur,Tamilnadu-613 401 - Tác giả mô phỏng nghịch lưu 7 bậc dạng cầu cascade với biến áp ngõ ra, so sánh với mạch thực nghiệm để đánh giá chất lượng của mạch Operation and Design of Multilevel Inverters Dr. Keith Corzine
3 University of Missouri - RollaDeveloped for the Office of Naval Research December 2003 - Tác giả nghiên cứu về hoạt động và khảo sát các dạng sóng của các dạng mạch nghịch lưu có nhiều bậc, từ đó đánh giá chất lượng của từng dạng mạch cũng như ưu, khuyết điểm của từng dạng mạch Hybrid 5-level inverter fed induction motor drive Dr. P.V.V. Rama Rao_, P. Devi Kiran, A. Phani Kumar Department of Electrical and Electronics Engineering, Shri Vishnu Engineering College for Women Bhimavaram - 534 202, Andhra Pradesh, India - Tác giả mô phỏng và phân tích dạng sóng mạch nghịch lưu 5 bậc dạng cầu H với sóng điều chế SVPWM Analysis of Cascaded Five Level Multilevel Inverter UsingHybrid Pulse Width Modulation M.S.Sivagamasundari1, Dr.P.Melba Mary2 1Assistant Professor,2Principal,Department of EEE,V V College of Engineering,Tisaiyanvilai - Tác giả phân tích và mô phỏng mạch nghịch lưu 5 bậc dạng cascade với phương thức điều chế độ rộng xung PWM 1.2. Tính cấp thiết củ đ tài, ý k o ọc và thực tiễn của đ tài - Với các ứng dụng bộ nghịch lưu trong thực tế, hiệu quả kinh tế của nghịch lưu đem lại. Việc cần nghiên cứu về cấu tạo, phương thức điều chế để tạo ra các bộ nghịch lưu với chất lượng cao nhất để phục vụ trong ngành điện ngày càng hiệu quả cao hơn là cần thiết nhất hiện nay. - Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, nhất là công nghệ sản xuất vi mạch đạt đến công nghệ IC đã cho ra đời các chíp, kit thông dụng và được sử dụng rộng rãi như hiện nay. Linh kiện điện tử công suất lớn cũng đã sản xuất suất lớn đến vài kw và điện áp làm việc lên đến hàng kv. Với các điều kiện thuận lợi trên, việc nghiên cứu và thực nghiệm các mạch nghịch lưu để ứng dụng hiệu quả trong thực tế là cần thiết.
4 - Ngày nay, với sự phát triển các kit đã tạo bước đột phá trong việc ứng dụng các kit này vào việc nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế mà điển hình là ứng dụng kit STM32F4 vào thực nghiệm mạch nghịch lưu năm bậc. - Giải thuật điều khiển hiện đại đòi hỏi bộ điều khiển phải xử lý với tốc độ rất nhanh. Công cụ để thực hiện triệt để vấn đề này tại thời điểm hiện nay là KIT STM32F4 kết hợp với Matlab. Đây là một công cụ mạnh, linh hoạt mà giá thành lại rất phù hợp. - Việc kết hợp giữa KIT STM32F4 và Matlab sẽ tạo ra nhiều bộ điều khiển linh hoạt, giúp người học hiểu rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa mà không cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng. 1.3. Mục đíc củ đ tài - Nghiên cứu các giải thuật điều chế sóng mang, sòng điều chế, từ đó chọn giải thuật điều chế phù hợp với yêu cầu. - Nghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu, ưu khuyết điểm của từng dạng mạch, từ đó lựa chọn dạng mạch thích hơp để nghiên cứu, mô phỏng trên Matlab để đánh giá các dạng sóng mô phỏng - Thiết lập mô hình mạch thực nghiệm, từ kết quả của mô hình ta đánh giá lại kết quả của quá trình nghiên cứu, đồng thời từ kết quả này ta đưa ra cá biện pháp khắc phục các tồn tại của mạch nghịch lưu năm bậc 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài: - Về lý thuyết, đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu các giải thuật nghịch điều chế xung chế, các dạng mạch nghịch lưu đa bậc. Từ các nghiên cứu trên luận văn đề xuất giải thuật tạo xung cũng như chọn dạng mạch nghịch lưu đa : - Thành lập mô hình mạch và mô phỏng mạch nghịch lưu năm bậc trên Matlab - Thiết lập mô hình và lập trình nhúng kit STM32F4 bằng Matlab simulink để chạy chương trình mô phỏng - Các giải thuật đề xuất sẽ được kiểm nghiệm, đánh giá trên mô hình thực nghiệm và được so sánh với các giải thuật chuẩn để có các kết luận khoa học và chính xác. - Đánh giá, báo cáo các kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm :
5 - Với những ưu điểm của kỹ thuật điều chế cũng như dạng mạch nghịch lưu NPC thì dạng nghịch lưu này vẫn còn những hạn chế chưa được khắc phục : * Sóng hài bậc cao vẫn còn tồn tại * Vấn đề điện áp common mode chưa khắc phục * Tổn hao công suất trên các van 1.5. P ươ p áp iê cứu - Nghiên cứu nhu cầu và ứng dụng của bộ nghịch lưu đa bậc -Nghiên cứu tham khảo tài liệu, tính toán lý thuyết, kết hợp mô phỏng và thực nghiệm. - Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng Matlab - Lập trình điều khiển trên kti STM32F4 và được kiểm chứng bằng thực tế. - Nhận xét đánh giá và so sánh kết quả : Thiết kế mạch thực nghiệm, đánh giá toàn bộ chất lượng của mạch thực nghiệm. Từ đó đưa ra kết quả sau cùng của quá trình nghiên cứu, đồng thời từ kết quả của thực nghiệm ta điều chỉnh các thông số sao cho đạt yêu cầu đặt ra 1.6. Điểm mới củ đ tài: -Trên cơ sở giải thuật điều chế sóng mang, luận văn đã tiến hành nghiên cứu, tổng hợp và thực nghiệm nhằm đánh giá kết quả của quá trình nghiên cứu . -Với kit STM đa dụng, giá thành rẻ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế so với các kit chuyên dụng giá thành cao. -Từ kết quả mô phỏng Matlab simulink, ta nhúng vào kit STM .Đây là điểm mạnh của kit. Như vậy, với mỗi kit ta có thể chạy nhiều chương trình mà rất hiệu quả - Thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm có thể được ứng dụng cho các nghiên cứu về nghịch lưu 1.7. Giá trị thực tiễn củ đ tài: - Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các dạng nghịch lưu bậc cao hơn - Xác định được các giải thuật điều chế sóng mang, kết hợp với kit STM để điều khiển các van sao cho dạng sóng đạt yêu cầu - Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để giải quyết vấn đề tối ưu hoá trong mạch nghịch lưu đa bậc thực tế.
6 - Xây dựng được mô hình nghịch lưu đa bậc căn bản, có thể tăng số bậc nghịch lưu và có khả năng chuyển sang các cấu hình nghịch lưu với số bậc thấp hơn để thực hiện các thực nghiệm theo các yêu cầu khác.
7 CHƯƠNG I. ỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU VÀ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC 1. Giới thiệu bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện, tương ứng ta có bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch dòng. Các bộ nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng. Các bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của bộ biến tần. Ứng dụng quan trọng và tương đối rộng rãi của chúng nhằm vào lĩnh vực truyền động điện, điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều với độ chính xác cao. Trong lĩnh vực tần số cao, bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần. Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, bộ nghịch lưu còn được ứng dụng vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng. Ngày nay, linh kiện điện tử công suất lớn được sản xuất và sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như hệ thống truyền tải, hệ thống phân phối điện năng, dùng trong công nghiệp... Đặc biệt linh kiện điện tử được dùng trong các ứng dụng có công suất cao và tần số làm việc lớn. Do đó vấn đề linh kiện không còn là trở ngại, các linh kiện này có thể làm việc với áp hàng nghìn volt, công suất có thể lên đến vài kw, vì vậy bộ nghịch lưu có thể lam việc với các cấp điện áp cao hơn và thiết bị sẽ được điều khiển tốt hơn. Các bộ điều khiển tốc độ động cơ được áp dụng rộng rãi với hiệu suất cao như máy nghiền, máy bơm, quạt... các bộ điều khiển này là các biến tần 2 bậc nhỏ gọn, dễ điều khiển nhưng nó chỉ phù hợp với công suất nhỏ, hơn nữa dạng sóng điện áp ngõ ra có thành phần hài bậc cao khá lớn và tổn hao tương đối lớn. Để cải thiện chất lượng dạng sóng ngõ ra thì bộ nghịch lưu đa bậc được áp dụng, với ưu điểm như giảm định mức dv/dt trên từng linh kiện làm tăng công suất của bộ nghich lưu và dạng sóng ở ngõ ra được cải thiện rất tốt. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển cho nghịch lưu đa bậc được nghiên cứu và ứng dụng như phương pháp điều chế độ rộng xung sin SPWM,