Nghiên cứu, ứng dụng kĩ thuật điều chế vector không gian để giảm điện áp common mode cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình t

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỌ CÔNG THƯƠNG </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN</b>

<b>Nghiên cứu, ứng dụng kĩ thuật điều chế vector không gian để giảm điện áp common mode</b>

<b>cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>MỤC LỤC</b>

<b>CHƯƠNG1 TƠNG QUAN TÌNH HÌNHNGHIÊN cứu...9</b>

<b>1.1.Tổng quantình hìnhnghiên cứu trênthếgiới...9</b>

<b>1.2.Tổng quantình hìnhnghiên cứu trong nước...10</b>

<b>1.3.Đánh giákétquả các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố... 11</b>

<b>CHƯƠNG 2 NỘIDUNG THựC HIỆN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu...13</b>

<b>CHƯƠNG 3 TỎNGQUANVÈ GIẢI THUẶT VECTOR KHÔNG GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐẺ XUẤT...16</b>

<b>3.1.Cấu hình nghịch lưuba pha ba bậc hình T...16</b>

3.1.1. Sơ đồcủa bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T...16

3.1.2. Nguyên lý hoạt độngcủa bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT...17

3.1.3. ứng dụng của nghịch lưu ba pha ba bậc HìnhT (T-type)... 24

<b>3.2.Phương pháp sửdụngvector khơng gian truyền thống cho bộ nghịch lưu. 24</b> 3.2.1. Lý thuyếtvề vector không gian...24

3.2.2. Phương pháptạo xung SVPWM truyền thống...30

3.2.3. Kếtluận...32

<b>3.3.Phưong pháp giảmđiệnápcommon mode bang vector khônggian...32</b>

3.3.1. Điện áp common mode...32

3.3.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung giảm điện áp common mode được đề xuất 33 3.3.3. Kết luận về hai phương pháp được trình bày... 40

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>4.5.Thiết ké mạch điều khiển...68</b>

<b>CHƯƠNG 5 KÉT QUẢ MÔ PHỎNG VÀTHựCNGHIỆM...74</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT</b>

Ký hiệu chữ viếttắt Chử viết đầy đủ

TL-T2I Three-Phase T-Type Inverter: Nghịchlưu hình T 3 bậc

suất tổn haonăng lượngthấp

<small>AC</small> Alternating Current:Dòng điệnxoaychiều

PV Photovoltaics: Quangnăng, năng lượng

SVPWM Spacevector pulse width modulation: diềuchevector không gian

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>DANH SÁCH CÁC HÌNH VẺ</b>

Hình 1.1 Sơ đồ của bộ nghịch lưu truyền thống...9

Hình 1.2 Mơ phỏng sơ đồ hoạt độngcủa bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều 10 Hình 1.3 Cấu trúc hệthống của bộ nghịch lưu...11

Hinh 3.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T (T-Type)...16

Hình 3.2 Sơ đồ tương đương 1 phacủa bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT... 17

Hình 3.3 Six On, S2x On, S3x Off, S4xOff...18

Hình 3.4 Six Off, S2x On, S3x Offvà S4x Off...18

Hình 3.5 Six Off, S2x On, S3x On và S4x Off....19

Hình 3.6 Six On, S2x On, S3x Offvà S4x Off....19

Hình 3.7 Six Off, S2x On, S3x Off và S4x On... 20

Hình 3.8 Six Off, S2x On, S3x On và S4x Off....20

Hình 3.9 Six Off, S2x On, S3x On và S4x Off....21

Hình 3.10 Six Off, S2xOn, S3x Off và S4x On...21

Hình 3.11 Six On, S2x On, S3xOffvà S4xOff....21

Hình 3.12 Six Off, S2xOn, S3x On và S4x Off....22

Hình 3.13 Six On, S2x Of, S3x Off và S4x On... 22

Hình 3.14 Six On, S2x On, S3x Off và S4xOff....23

Hình 3.15 Giản đồ vector cho TL-T21...24

Hình 3.16 Tổng hợp vector ở Sector 1... 28

Hình 3.17 Trình tự chuyển đổi mạch đối xứng...30

Hình 3.18 Sơ đồ trạng thái chuyển đổi của khóa...31

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Hình 3.19 Phân chia khu vực trong SVPWM LMZ...34

Hình 3.20 Khu vực của sector 1 và sector2...34

Hình 4.4 Chuyển đổi năng lượng với dịngđiện...45

Hình 4.5 Chuyến đổi năng lượng với điện trởkích...45

Hình4.6 Mạch snubber...47

Hình 4.7 Sự dao động trong quátrình chuyển mạch...48

Hình 4.8: Sự dao động của mạch khi gắn mạch snubber...49

Hình 4.9. Mạch cấp nguồn và bảo vệ đầu vào...50

Hình 4.10 Nguyên lý mạch nghịch lưu hình T...50

Hình4.11 Moldul mạch kích được thiết kếtheo kiểu cắm...51

Hình4.12 Các test point để kiểm tra các tín hiệu kích...51

Hình 4.13 Thiết ke 3D của mơ hình nghịch lưu...52

Hình 4.14 Lớp đồng dâydẫn phần Top layer củamạch...52

Hình 4.15 Lớp đồng dây dẫn phần Bottom layer của mạch...53

Hình4.16 Mạch cơng suấtkhi gia cơng...53

Hình4.17 Mạchcơng suất khi hồn thành...54

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hình 4.20: Tín hiệu của opamp khi đưa vào vi điều khiến...57

Hình 4.21 Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến áp AMC1301...57

Hình 4.22: Tín hiệu đầu ra khi điện áp vi sai đưa vào opamp...59

Hình4.23 PCB 3Dmạch cảm biến áp...59

Hình 4.24 Lớp đồng dây dẫn phần Toplayer của mạch...60

Hình 4.25 Lớp đồng dây dẫn phần Bottom layer củamạch...60

Hình 4.26 Cảm biến điện áp sau khi hồn thiện...61

Hình 4.27 Sơ đồ ngun lý mạch cảm biến dịng qua Rshunt...62

Hình4.28 PCB mạch cảm biến dịng...62

Hình 4.29 Lớp đồng dây dẫn phần Toplayer của mạch...63

Hình 4.30 Lớp đồng dây dẫn phần Bottom layer củamạch...63

Hình 4.31 Mạch cảm biến dịng sau khi thi cơng...63

Hình 4.32 Optocáchly HCPL-316J...65

Hình4.33 Sơ đồ nguyên lý mạch lái...65

Hình 4.34 PCB mạch lái...66

Hình 4.35 Lớp đồng dây dẫn Top layer của mạch...66

Hình 4.36 Lớp đồng dây dẫn Btottom layer củamạch...67

Hình 4.37 Mạch lái trước khi thi cơng...67

Hình4.38 Mạch lái sau khi thi cơng hồn thiện...68

Hình4.39 Sơ đồ mạch lọc thơng thấp...68

Hình 4.40 Các khối DSP 28379D...69

Hình 4.41 Dèn báo hiệu và các test kiếm tra...70

Hình 4.42 Bộ lọc thơngthấp và zennerbảo vệ đuavào vi điều khiến...70

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Hình 4.44 lớp dồng dây dẫn Top layer của mạch...71

Hình 4.45 lớp dồng dây dẫn Bottom layer của mạch...72

Hình 4.46 2D của mạch điều khiển...72

Hình 4.47 Mạch điều khiển sau khi hồn thiện...73

Hình 5.1 Mạch cơng suất nghịch lưu ba pha hình T...74

Hình 5.2 Khối giải thuật SVPWM...75

Hình 5.3 Bộ điều khiển cho mạch cơng suất...75

Hình 5.4 Điện áp CMV với giải thuậttruyền thống...77

Hình 5.5 Dịng điện trêntải mộtpha...77

Hình 5.6 Điện ápdâyngõ ra VAB khi chưa quabộ lọc...78

Hình 5.7 Điện áp mộtpha với đất...78

Hình 5.8 Điện áp ngõ vào và điện áptrên tụ C1 và C2...79

Hình 5.9 Điện ápmộtpha nối với trung tính o...79

Hình 5.10 Điện áp ba phakhi qua bộlọc...80

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>DANH SÁCH CÁC BẢNG</b>

Bảng 3.1 Trạng thái kích đóng/ngắt của TL-T2I (x = a,b,c)...25

Bảng3.2 Biên độ các vector điện áp của mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc...26

Bảng 3.3 Thời gian tác dụng trong sectorI...29

Bảng 3.4 PWM trong sector1...31

Bảng 3.5 CMV củanghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT...33

Bảng3.6 Tóm tắt thời gian tồn tại của các vector và trình tự chuyển mạch của phưong pháp vector không gian được đềxuất...38

Bảng 4.1 Thông số thiết kế của mơ hình TL-T21...41

Bảng 4.2 Thơng số kỹ thuậtmạch công suất...41

Bảng 4.3 Tổn thất dự kiến của thiết bị chuyển mạch...46

Bảng 4.4 Các bước tính tốn các giátrị snubber...48

Bảng 4.5 So sanh các phưong pháp về các loại cảm biến cách ly...55

Bảng 5.1 Nhữngthông số sử dụng trong thí nghiệm mơphỏngvà thực nghiệm...76

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>ĐẶT VẤN ĐÈ</b>

Trong nhữngnăm gần đây, với sự phát triển mạch mẽ củacác ứng dụng trong việc

sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, việc nghiên cứu về các bộ nghịch lưungày càng trở nên quan trọng.Nhữngưu điểm của các bộ nghịch lưu truyền thống có thể kể đến như: cấutrúc đơn giản dễ điều khiển, chất lượng điện năng tốt hơn, yêu cầu về bộ lọc AC nhỏ gọn.v.v.

vì vậy, cấu trúc bộ nghịch ba bậc hình T thường được ứng dụng rộng rãi trong các ứng

dụng công suất vừa và nhỏ. Tuy nhiên,các bộ nghịch lưu vẫn cịn một số nhược điểmnhư: trong q trình hoạt động, bộ nghịch lưu sản sinh ra điện áp common mode lớn, đây là nguyên nhânchính của các vấn đề nhưgiảm chấtlượng điện ápngõ ra, nhiễu EMI, làm hư ổ bi của động cơ, sinh radòng rò.

Để giải quyết những bấtlợi của bộ nghịchlưu đãnêu ở trên, nhóm nghiên cứu đưa ra

một giải pháp đó là “ứng dụng kỹ thuật điều chế vector không gian để giảm điện áp

common modecho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT’. Mơ hìnhbộ nghịch lưu này được

mơphỏng dựaphân mềm mơphỏng điện tử cơng suất Psim và mơ hình thực nghiệm được

chế tạo dựa trên vi điều khiển DSP TMS320F28379D củahãngTexas Instrment. Mụctiêu

của đề tài nàylà tạo ra mơ hình nghịch lưu hoạt động với điện ápcommon mode(nhỏ hơn

17% so với điện áp đầu vào), có khảnăng cungcấp dịng điện liên tục, điện áp ngõ ra sin với tổng độ méo hài (THD < 5%), hoạt động chuyển mạch có tổn hao thấp, hiệu suất cao (> 95%), có khả năng hoạt động với nhiều loại tải đầu ra khác nhau và có bộ lọc ngõ ra

nhỏ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>THONG TIN CHUNG</b>

<b>I. THÔNG TINĐÈ TÀI</b>

<b>2. Ngành </b>khoahọc: <i>(đánh dấu \í vào mục phù hợp)</i>

□ Hóa - Sinh - Thực phẩm -Môi trường I Côngnghệ Thông tin - Điện - Điện tử □ Khoahọctự nhiên □ Khoahọc xã hội

□ Mỹ thuật

□ Cơ khí

□ Kinh tế

□ Xây dựng

<b>3. </b> Thời gian thực hiện: 12 tháng

<b>4.</b> Kinh phí dự kiến: 10,000,000 (sơ tiền bằng<i> chữ: </i>Mườitriệu đồng)

<b>5.</b> Chương trình đăng ký: □ Tự đề xuất □ Đặthàng nghiên cứu

<i>(ĩrường hợplà để tài đặt hàng cần cóvănbảnxác nhận hoặc đơn đặt hàng đỉnh</i>

1 ^{Nguyễn Ngọc Quỳnh} ^Chủ^nhiệm^đề

2 ^Nguyễn^Thị^Ngọc^Hân ^Thành^viên chính

<b>II.Mụctiêu của đề tài</b>

a) Mục tiêu tổng quát.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Xâydựng mơ hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình Thoạt động với điện ápcommon

mode thấpổn định, có độ tincậy cao, ứng dụng hiệu quả trong công nghiệpvà năng lương tái tạo.

b) Mục tiêu cụ thể

• Thiếtkê mơhìnhbộ nghịch lưu hình T có khảnăng cung cấpdịng điện liên tục, điện ápngõ ra với đầu ra hình sin với tổng độ méo hài (THD < 5%). • Đe xuấtgiải pháp giảm điện áp common modecủa mơhình nghịch lưu ba pha

ba bậc hình T (nhỏ hơn 17% của điện áp đầu vào).

• Mơ hình hoạt động có tổn hao thấp, hiệu suất cao (> 95%), hoạt động ổn định, có độ tin cậy cao, có bộ lọc ngõ racủa mơ hình nhỏ và khảnăng hoạt động với nhiều loại tải đầu ra khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

liệu thiết kế tối

ưu, báo cáo so

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>DạngI:</b> Mau <i>(model, maket); Sản</i> phẩm <i>(ỉà hàng hố,cóthểđượctiêuthụtrênthị trường); </i>

Vật liệu, thiết bị, máy móc; Dây chuyền côngnghệ; Giống cây trồng; Giống vật nuôi và

(theo các tiêu chuẩn mới nhất)

<b>Trong nướcThếgiói</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Bản vẽ thiết kế; Quy trình cơng nghệ; Sơ đồ, bản đồ; số liệu, Cơ sở dữ liệu; Báo cáophân tích; Tài liệu dự báo <i>(phươngpháp, quy trình, mơhình,...)\ </i>đề án, qui hoạch; Luận chứng

kinh tế-kỹ thuật, Báo cáo nghiên cứu khả thi và các sản phẩm khác;

cảm biến, mạch in công suất, mạch điều khiển, mạch lái.

Được thiết kế và mô phỏng đáp ứng điện trên phần mềm

Altium Designer

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

2 Giải thuật, chương trình điều khiển

chophương pháp điều chếvector

4 Chươngtrình điều khiển cho mơ

hình để giảm điện áp common

<b>Noi công bỐ(IƯH,ISI, SCOPUS)</b>

1 Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật điều chế vector không gian để giảm điện áp common mode cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T’

Hội nghị khoahọc trẻ hoặc mơ hình tham dự Eruka

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNHHÌNH NGHIÊN cứu</b>

<b>1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu trênthế giói</b>

Các bộ nghịch lưu truyền thống được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công

nghiệp như điều khiển động cơ, bộ lưu điện (UPS), hệthống xe điện,vànăng lượng tái tạo .v.v. Tuy nhiên, với bộ nghịch lưu ba pha ba truyền thống gồm 6 khóa bán dẫn Slx-S2x

được thể hiện trong Hình 1-1 có những mặt hạn chế nhất định sau: hai khóa đóng ngắt trong cùng một nhánh (S1 và S4) không được đóng cùng lúc, vì khi đó sẽ dẫn đến ngắn

mạch làm hưhỏng các thiết bị, điện ápcommon mode còn cao là nguyênnhân dẫn đến một

loạtcác sựcố như sinh ra dòng ra, làm hư hỏng ổ bi [1], nhiễu điệntừ (EMI) [2].

Đối với những nguồn năng lượng tái tạo như pin mặttrời (PV), pin nhiên liệu v.v. điện áp ngõ racủa các dạng năng lượng này là điện áp một chiều, không được ổn định và phụ thuộc nhiều vào môi trường làm việc. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nầy để chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều 220/380Vac, địi hỏi phải có một nguồn điện áp một chiều phải có giá trị lớn hơn 310Vdc (Giá trị điện áp đỉnh sau khi qua bộ chỉnh lưu của điện áp 220 Vac)[l]. Tuy nhiên, để có điện áp một chiều có giá trị như vậy, chúng có thể được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp các tấm pin mặt trời với nhau, đồng nghĩa với

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

điện áp xoay chiều220/380Vactừ nguồn điện áp thấp, người tathường dùng một máy biến

áp có tần số (50Hz) để có thể năng áp lên thành nguồn điện 220/380Vac, được thể hiện

<small>Hình 1.2Mơphỏngsơđơhoạt động củabộ nghịch lun truyên thôngsửdụngbộtăngápmộtchiêu</small> Đểtăng khả năng ứng dụng của nghịch lưu trong các nguồn năng lượng tái tạo [3],

noi mà điện áp một chiều có giá trị thấp cần chuyển đổi sang điện áp xoay chiều cótrị số cao,giảm điện áp common mode (CMV)đượctạo rabởi điện áp giữatrung tính tải vàtâm nguồn DC, chính điều nàysẽ ảnh hưởngđến sự ổn định củahệ thống [4], sinh ra dòng rò, làm hư hỏng ổ bi. Do vậy, đề tài này đề xuất một mơ hình nghịch lưu baphaba bậc hình

Tứng dụngkỹ thuậtvectorkhông gian nhằm giảmđiện áp common mode (nhỏ hon 17%

so vớiđiệnápđầu vào), có khảnăng cung cấp dịng điện, điện áp ngõ ra hình sin với tổng độ méo hài THD thấp (dưới 5%), hoạt động có tổn chuyển mạch thấp, hiệu suất cao (>95%), có khả năng hoạt động voinhiềuloại tảiđầu rakhác nhau vàcó bộ lọc ngõ ra nhỏ.

Mơ hình nghịch lưu này được mơ phỏng dựa trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim và q trình thực nghiệm mơ hình được chế tạo dựa vào vi điều khiển DSP TM320F28379D củahãng TexasInstruments.

<b>1.2. Tỗng quan tình hình nghiên cứu trong nuớc</b>

Trongnhữngnăm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn năng lượng tái tạo

làm cho cácbộ nghịch lưu truyền thốngbaphađóngvai trịrất quan trọng trong hệ thống phân bố cơng suấtbời vì chúng đóng vai trị chuyển đỗi nguồn cơng suất DC thành nguồn

công suất AC đề kết nối lên lưới. Bộnghịch lưu đabậc có nhiều uu điểm như là chất lượng

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

điện năng tốt, yêu cầu bộ lọc ngõ ra nhỏ, tỗn hao chuyển mạch khôngđángkể, điện áp và

công suất ngõ ra cao, nhiễu điện từ (EMI) nhỏ. Bộ nghịch lưu này thưịìig được sử dụng

rộng rãi ưong công nghiệp như là trong hệthốngphân bố công suất, động cơ AC, nguồn chuyển đổi trong xeđiện, trong các hệ thốngnăng lượng tái tạo (PV), nhưng nguồn cung cấp và lưu trữ điện áp(UPS).

Trong thực tế, bộ nghịch lưu truyền thống thông thường chỉ cung cấp chuyển đỗi cơng suất giảm áp bởi vì điện ápđỉnh của AC ngõ ra khôngthể cao hơn điện áp nguồn DC,

điều này gây ra nhưng khó khăn trong nhũng úng dụngliên quan đến hệ thống năng lượng tái tạo, nơi mà điện áp ngõ vào thấp cần được chuyển đỗi thành nguồn điện áp ngõ ra AC mong muốn. Theo một số bài báo trong [1 ] [5] chỉ cung cấpchuyển đổi hai chặng mà việc

chuyển đỗi đó rấtkhó choviệcđiềukhiển dosự độclập củahai bộ biến đổi. Mặt khác, các

mơ hình nghịch lưu bapha truyền thống là các mơ hình có hiệu suất thấp, tổng độ méo hài

khơng đạt u cầu (THD > 9%),điện áp common modecịn lón dẫnđến các sự cố ngoàiý

muốn khi do việc sinhra dịng rị ảnhhưởngđến việc sử dụng trong cơngnghiệp vàhộ gia đình.Do đó, việc đảm bảo chấtlượngbộ chuyển đỗi nghịch lưu tốt là vấn đềcần quan tâm hàngđầutrong các hệ thốngsử dụng nguồn năng lưọng táitạo.

Với những vấn đề nêu trên để ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong việc: nghịch lưu nối lưới, xe điện, điều khiển động cơ AC.V.V., những bộ biến đỗi DC/DC và

bộ nghịch lưu DC/AC nguồn ápđóng một vai trịrấtquan ưọng và được mơ tả ở Hình 1.3.

<b><small>HệlhốDgpm Bộìruđiậi “1 "1 n61 „ "1</small></b>

<b><small>]DC-DC] DC-AC ] Bộbe ngõ ra ] Lưới3pha</small></b>

<small>Hình 1.3 Cấutrúchệthốngcủabộ nghịch luu</small>

<b>1.3. Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã cơngbố</b>

Cácthiết kếcủa bộnghịch lưuba pha ba bậc hìnhT trên sửdụng các linhkiện chuyên dụng như thiết kế [5] củahãng Texas Instruments thực hiện dựa trên vi điều khiển DSP

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

điều khiển PWM cho bộ nghịch lưu này, giao tiếp truyền thôngnối tiếp(SCI) qua các cổng

của PIC16F87A đểtheo dõi chấtlượng điện áp đầu ra, tổng độ méo hài (THD), dòng điện ..., Tuy nhiên, những nghiên cứu trên sử dụng nhữnglinh kiện chuyên dụng củatừng hãng

khác nhau nên rất khó để nâng cấp lên hay chủ động được về công nghệ, phụ thuộc còn

quá nhiều vào khảnăng sản xuất linh kiện của hãng. Ở Việt Nam các sản phẩm về nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được quan tâm và nhiều cơng trìnhnghiên cứu trong những năm gần đây. Với nhiều ưu điểm trong việc giảm điện áp common mode, hạn chế được dòng

rò, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế như độ phức tạp của thuật toán tối ưu chi chưong trình

điều khiển. Vì vậy, nhóm đề ra đề tài để giải quyết hạn chế đã nêu trên, làm tiền đề cho

những nghiên cứu sau này từ đó làm chủ đượccơng nghệ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>CHƯƠNG 2 NỘI DUNG THựC HIỆN,PHƯƠNGPHÁPNGHIÊN cúư</b>

<b>2.1. Nội dung1: </b>Đánh giá tổng quan các cấu hình nghịch lưu truyềnthống và các giải thuật

điều khiển qua nhữngkết quả nghiên cứu trong nước và quốc tế.

- Cáctiếp cận: Tham khảo tài liệu trên các trang CƠ sở dữ liệu; các tài liệu kỹ thuật của công ty hoặccác hãng sản xuất và các thư viện khoa học chuyên ngành điện.

- Phương phápnghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp thư thập dữ liệu thứ cấp; phương pháp phân tích và tổng hợp; tham khảo các bài báo trong nước và quốc tế liên

- Kết quả: Báo cáo tổng quan về các cấu hình nghịch lưu truyền thống, giải thuật điều

khiểndùng trongcông nghiệp, năng lượng tái tạo.

<b>2.2. Nội dung 2: Nghiên </b>cứu về cảm biến dòng điện, điện áp và vi điều khiển

TMS320F28379Dcủa hãng Texas Instruments.

- Cách tiếp cận: Dựa trên tài liệu của hãng sản xuấtlinh kiện và các trang cơ sở dữ

liệu củahãngTexas Instruments về bộ điều khiển và các thư viện khoa học liên quan đến . - Phươngpháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phươngpháp nghiên cứu tài liệu, tham khảo các ví dụ của nhà sản xuất đềxuâtvà các công ty liên quan.

- Kết quả: Báo cáo tổng quan về cảm biến dòng, điện áp, và vi điều khiển TMS320F28379Dcủa hãng Texas Instruments.

<b>2.3. Nội dung 3: Đe </b>xuấtphương án chế tạo mơ hình nghịch lưu ba pha ba bậchình T. - Cách tiếp cận: Tham khảo các tài liệu kỹ thuậtvàthiếtkế của nhà sản xuất hoặc của

các công ty lớn liên quan đến bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT.

- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp, phươngphápnghiên cứu thựcnghiệm, phân tích nghiên lý hoạt động của mơ hình, thiếtkế

và lựa chọn các thông số linh kiện tối ưu cho mơ hình nghịch lưu hình T.

- Kết quả: Dữ liệu mơ hìnhbộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được đềxuất, báocáo

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>2.4. Nội dung 4:</b> Mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T sử dụng phương pháp điều

chế vector khơng gian dựa trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim.

- Cách tiếp cận: Mô phỏng trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim và xây

dựng mơ hình ngun lý cho hệ thống.

- Phương pháp nghiên cứu,kỹthuậtsử dụng: Phươngpháp mơ phỏng và thựcnghiệm, phươngphápphân tích và tổnghợp, mô phỏng trên phần mềm môphỏng điện tử cơng suất Psim sửdụng ngơn ngữ c, xâydựngmơ hìnhngun lý của hệthống và phân tích nguyên lí hoạt độngcủa hệ thống.

- Kết quả: Dữ liệu mơ phỏng, có được các thông số tối ưu của hệ thống và các linh

kiện phù hợp cho mơ hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T.

<b>2.5. Nội dung 5: </b>Xây dựng mơ hình thựcnghiệm cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT

sử dụng vi điều khiển TMS320F28379D và kiểm chứngthực nghiệm.

- Cáchtiếp cận: Tham khảo các mơ hìnhnghịch lưu ba pha ba bậc hình T đãcó trong

nước và thế giới, đặcbiệt là các bản thiết kế từ nhữngcông ty lớn. Dựa trên những cơ sở nêu trên, nhóm sẽ xây dựng lại mơ hình thực nghiệmcho bộ nghịch lưu ba pha ba bậchình

T, áp dụng kết quả mơ phỏng từ phần mềm điện tử công suất Psim, vận dụng vào điều khiển mơ hình nghịch lưu hình T thực.

- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp phân tích và tổng hợp, xây dựng mơ hình với các chi tiết được hồn thiện, so sánh đánh giá với cáccơng trình nghiên cứu khác.

- Kết quả: Mơ hình phần cứng của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T, lấy các hình ảnhvà dữ liệu thực nghiệm từ các thiết bị đo.

<b>2.6. Nội dung 6: Viết </b>báocáo tổng thể và bào báo khoa học.

- Các tiếp cận: Tiếp cận từ lý thuyết, mơ phỏng kiểm chứng, phân tích, so sánh với

các nghiên cứu trước đó.

- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp phân tích và tổng hợp,

viếtbáo cáo.

- Kết quả: Báo cáo tổng kết của cácnội dung nghiên cứucủa đềtài.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>2.7.Nôi dung 7:</b> Biên soạn hương dẫn sử dụng mơ hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T

sử dụng phương pháp điều chếvector không gian.

- Các tiếp cận: Dựa trên ngun lý hoạt động của mơ hình, hướng dẫn sử dụng của

các mơ hình trước đó.

- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp phân tích và tổng hợp,

hướng dẫn vận hành mơ hình cho bộ nghịch lưuba pha ba bậc hình T và phương pháp điều chế vector khônggian.

- Kết quả: Hướng dẫn sử dụng mơ hình cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T và phương phápđiều chế vector không gian.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VÈ GIẢI THUẬTVECTOR</b>

<b>KHÔNG GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐỀXUẤT</b>

<small>Hinh 3.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu ba phaba bậc hình T (T-Type).</small>

MƠ hình nghịch lưu ba pha ba bậc Hình T đượcmơ tả ở Hình 3-1 bao gồm ba nhánh

cho ba pha điện áp. Mỗi nhánh gồm 4 MOSFETS được xếp theo hình chữ T. Nguồn điện

áp một chiều DC cung cấpcho bộ nghịch lưu được chiathành2 cấp điện ápnhỏ bằng2 tụ điện (C1 vàC2). Từ đó, tacó ba cấp điện áp VDC/2, 0 và-VDC/2 [7].

Với cấu hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T đãđược trình bày ở trên bên thì hai khóabán dẫn trên cùng mộtnhánh (Slx và s4x,<i> slx</i> và <i>S2X7 s3x</i> và s4x) là không cho phép đượcdẫn trong một thời điểm vì nếu các nhanh nêu trên dẫn cùng lúc sẽ xảy rahiện

tượng ngắn mạch làm hư hỏng các thiết bị.

Điện ápngõ ramộtpha của nghịch lưu ba pha ba bậc được xác định theo công thức

Với m làtỷ số điều chế, VDC làđện ápngõ vào.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Đối với những nguồn năng lượng tái tạo như: pin mặttrời (PV), pin nhiên liệu (Fuel

Cell) ..., điện áp ngõ ra của các dạng năng lượng này là điện áp một chiều có giátrị điện

áp thấp, không ổn định và phụ thuộc theo thời gian, phụ thuộc vào môi trường làm việc. Khi sử dụng các nguồnnănglượng này để chuyểnđồi thànhđiện áp xoay chiều220V/380V đòi hỏi một điện áp một chiều khi đưavào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn hon 539 VDC

với tỷ số điều chế m= 1<i> (VDC = 1' 22^v'2</i> ~ 539 PZ)C)[8].

Nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được thực hiện bằng cách thêm hai thiếtbị chuyển mạch vào phần sau của bộ nghịch lưu sáu khóa và điểm trung tính của nguồn một chiều được tạo bởi các tụ điện vào. Hai thiếtbị chuyển mạch này kết hợp với cấu hình 6 khóa truyền thống có thể điều khiển dịng điện bằng cách bật hoặc tắt một trong hai thiết bị chuyển mạch trên, cấu hình nghịch lưu này cho phép chia nguồn điện đầu vào thành hai

phần bằng nhau vì điện áp tham chiếu giống hệ nhau. Hình 3.1 thểhiện cấu hình đãnêu ở

trên [9].

<small>Hình 3.2 Sơ đồ tương đương1 phacủa bộ nghịchlưu ba phaba bậchình T</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Việc bổsung thêm hai thiết bị chuyển mạch sẽ làm phức tạp đi vềviệc điều khiển của hệ thống, nhưng khi đơn giản hóa sơ đồ của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hìnhT, ta có thể

chứng minh, minh họa được rằngviệcđiều khiển bộ nghịch lưu hình T này vềcơ bản khơng phứctạp hơn cáccấu hìnhbộnghịch lưu truyền thống [10].

Trong sơ đồ tương đương 1 pha được thể hiện trong Hình 3-2, ta có thể nhận thấy rằng các dạng điện áp của bộ nghịch lưu nàylà: +VDC, -VDCvà o. Cácdạng điện áp ngõ

ra này có thể được thực hiện bằng các đóng các khóa chuyển mạch six. S2x, S3x và S4x

tươngứng. Ví dụ, muốn đạt được điện áp ngõ ra là +VDC thì six và S2x được đóng lại,

S2x và S3x đóng lại khi điện áp ngõ ra được nối với điểm trungtính và s3x và S4x sẽ tạo

ramức điện áp là -VDC [10].

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

TrongHình 3.3 bắt đầu với điệnáp pha được kếtnối với nguồn +DCbằng cách đóng các khóa six và S2x , dẫn đến dòng điện đầu ra từ hệ thống dương. Để chuyển sang kết

nối với điểm trung tính o thì six được mở ra và sau một khoảng thời gian trễ S2x được

đóng lại. Q trình chuyển mạch này cho phếp dòng điện chạy tự nhiên qua S2x và diode

mắc song song với S3x[10].

<small>Hình 3.6 SixOn,S2xOn,S3x Off và S4x Off</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<small>Hình 3.8Six Off, S2xOn,S3x On và S4x Off</small>

Đối với dịng điện âm được trình bày ở các Hình 3.6, Hình 3.7 và Hình 3.8, trình tự chuyển mạch tương tự cóthể được sử dụng. Khi S3x đóng, dịng điện chạy qua nó và diode

mắc song song với S2x chứ không phải là diode cửa six.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<small>Hình 3.10 Six Off,S2xOn,S3xOffvà S4x On</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<i>Có </i>thể quan sát thấy rằng dịng điện chạy từ điểm trung tính o ra đến tải. Khi đó S2x

và S3x bắt đầu đóng như trong hình 3.9 và sau khoảng thời gian trễ S3x được mởranhưng

dòng điện vẫn chạy qua diode mắc song song với nó như Hình 3.10. Việc đóng six bây giờ sẽ làm cho q trình chuyển đổi dịng điện từN sang +DC như trong Hình 3.11.

<small>Hình 3.12 Six Off,S2xOn,S3xOn và S4x Off</small>

<small>Hình 3.13 Six On, S2x Of, S3x Off và S4x On</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<small>Hình 3.14six On, S2x On, S3x Offvà S4x Off</small>

Trong Hình 3.12 S2x và S3x bắt đầu đóng lại, lúc này chiều điện chạy ngược từ tải và điểm trungtính o. Sau khoảng thời gian trễ, S3xbắt đầu mở ra làm cho dòng điện lúc

này chạy qua diode mắc song song với sixnhư hình 3.13. Sau đó, six đóng lại và dịng điện vẫn giữ nguyên phưong như trên được thể hiện qua Hình 3.14.

Tất cả 4 trạng thái chuyển mạch ở trên đãnêu từ(DC+ sang N,N sang DC+, với cả

dòng thuận và dòng ngược) điều có chung hai trạng thái chuyển tiếp, sơ đồ chuyển mạch đơn giản. Điều nàycũng đúng với các quá trình chuyển dổ từ -VDC sang điểm trung tinh

o. Bằngcách duy trì việc này, mơ hình dễ dàng thơng quacác chu trình chuyển đổi trạng

thái củamạch và độtrễ giữa các sự kiện chuyển mạch đượcmô tả ở trên là tất cả những gì cần thiết để tránh các sự cố ngắn mạch xảy ra. Tuy nhiên, để tăng tính an tồn trong q trìnhchuyển đổi, ta có thể bổ sung thời gian chếtvàophần mềm điều khiển một cách tương đối là dễ dàng.

Mộtlợi ích nữa từ mơhình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T này là khi hoạt động thì S2x và S3x khơng bao giờ chuyển đổi trạng thái mạch cùng lúc. Lợi ích nàygiảm điện áp đặt lên chúng cũng như công suất củanguồn cung cấpđể điều khiển các thiết bị này một cách cóhiệu quả.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>3.1.3. ứng dụngcủa nghịch lưu ba pha ba bậc Hình T (T-type).</b>

Bộ nghịch lưu baphaba bậc hình T được sửdụng rộng rãi trong các ứng dụng công

nghiệp và nănglượngtái tạonhư trongviệc chuyển đổi DC/ACtừ các tấm pin năng lượng

mặttròi (PV), pin nhiênliệu,sử dụng trong việc điều khiểntốcđộđộng cơ, cho băng truyền tự động .v.v.v

<b>3.2. Phương pháp sửdụngvector không giantruyềnthốngcho bộ nghịch lưu.</b>

<b>3.2.1. Lýthuyết vềvector khơng gian</b>

<small>Hình 3.15 Giản đồ vector choTL-T2I</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Việc đóng/ ngắt các khóa trên các nhánh nghịch lưu sẽ tạo ra điện áp tương ứng tại

ngõ ra so với tâm nguồn, đối với mạch nghịch lưu ba bậc hình T,trong đó điện ápngõ ra sẽ có ba giá trị được đại diện bởi ba trạng thái làp,o và N được thể hiện trongBảng 3.1. Trong đó p đại diện cho mức điện áp dương tại ngõ ra, o đại diện cho mức điện ápov và

N làmức điệnápâm tại ngõ ra. Tập hợp trạng thái ngõ ra của 3 pha sẽ tạo được mộtvector

đại điện cho trạng thái hoạt động củamạch nghịch lưu. Vì mỗi pha có 3 trạng thái, do đó, mạch nghịch lưu 3 bậc có thể hoạt động ở 27 trạng thái khác nhau vàmỗi trạng thái được

biểu diễn dưới dạng vectorbằng biều thức sau[l1]:

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Bảng 3.1 Biên độ các vector điện áp củamạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc

Vector Trạngthái Biên độ Vector

Với<i> Vref </i>là điện áp tham chiếu đại diện cho điện ápngõ ra ba pha của bộ nghịch lưu so vói tâm của tải đượctính theo phưong trinhfl 1]:

Trong đó<i> VAG, VBG, VCG</i> là sóng hài một pha của điện áp ngõ ra được tính tốn theo cơng thức[l1] :

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Thay biều thức (3.4) và biều thức (3.5), ta hoàn tồn có thể chứng minh được, với giá trị thay đổi từ 0 cho đến <i>2ĩĩ</i> của <i>góc ỡ và </i>giá trị biên độ cố định là m.VDC/ự3 của

<i>Vref</i> có thể đượcbiều diễn dưới dạng phưong trình như sau[12]:

Ý tưởng chủ yếu của kỹ thuậtvector không gian là dùng một điện áptham chiếu<i> Vref</i>

có biên độ khơng đổi và góc pha dao động từ 0 cho đến 2ĩi đại diện cho điện áp ngõ racác

thiết bị nghịch lưu ba pha. <i>Vref</i> sẽ thay đổi trong giản đồ vector không gian được thể hiện ởHình 3-15, giản đồ vector khơnggian sẽ đượcphân tách làm nhiều phần nhằm thuận lợi choquá trình tổnghợp<i> Vref. </i>Việc phân loại này phụ thuộc vào mục tiêu của việc tính tốn,

ví dụ, để giảm THD điện áp ngõ ra hoặc giảm biên độ CMV, . .. Giả sử, giản đồ vector

trong ví dụ trên được chia làm 6 sector được đánhsố từ I đến VI, moi sector được chialàm 4 phần được đánh số từ 1 đến 4, được biểu diễn trong Hình 3.16.

Tùy thuộc vào vị trícủa<i> Vref</i> mà nó sẽ được tổng hợpbởi cácvector thànhphần. Giả sử, <i>Vref</i> nằm trong sector 1 và vùng 2, lúcnày vector điện áp tham <i>chiếu Vref</i> đượctổng

hợp bởi các vector thành phần là Vo,14, 14 như hình 3.16. Trong khoản thời gian lấymẫu, điện áp ngõ ra được kế hợp bởi ba vector điện áp phải trùng với điện áp tham chiếu. Vì

vậy, phương trình thời gian của<i>Vref</i> được biểu diễnnhư sau[13]:

<i>VrefTs —Vỵ. Ta</i> + 14• <i>Tb+ Vy. Tc </i> (3 8)

<i>Ts= Ta + Tb + Tc</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<small>Hình3.16 Tong hợp vector ở Sector I</small>

Trong đó Ts là chu kỳ đóng/ngắt của các khóabán dẫn của nghịch lưu ba pha, Ta,

Tb, Tc làthời giantồn tại của cácvector 77 trong một chu kỳ Ts. Dựa vào biểu thức trên tacó thể tính tốn thời gian tác dụngcủa các vector thành phần trongvùng 2củasector

Thời gian tồn tại của các vector thành phần khi vectortham chiếu <i>Vref</i> nằm trong các sectorkhác cũng được thực hiện theonguyên tắc này. Bảng3.2 trình bày thời gian tác dụng

khi <i>vref </i>nằm trong sector I.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Bảng3.2 Thời gian tác dụng trong sector I

2 <i>^Ts^—</i>^2.m.sin(ớ) ^{2.m.sin(^}⁺^ớ)^—<i>^T^s^Ts^—</i>^{2.m.sin(^}^—^ớ)

3 ^2.m.sin(ớ)^—<i>^T^s</i> ^2.m.sin(|^—^ớ) ^2.Ts^{-2.m.sinể+ớ)}

Neu tính tốn được thời gian củacác vùng thì trình tự chuyển mạch phải được xác

định. Tuy nhiên, bộ chuyển đổi có một số trạng thái chuyển mạch dự phịng nên cómột số

tùy chọn để xác định trình tự chuyển mạch. Trình tự chuyển đổi có thể được sắp xếptheo

mục tiêu tối ưu nhất định, ví dụ, tổn thất chuyển mạch tối thiểu hoặc độ méo hài tổng tối

thiểu (THD). Ví dụ, để đạtđược THD thấp, tất cả cáctrạng thái chuyển mạch có liên quan

được sắp xếp để tạo thành chuỗi chuyển mạch. Trình tự chuyển mạch trong các vùng của khu vực A được sắpxếp như sau [15]:

Vùng 2: PPO-POO-PON-OON-ONN-PPO

Vùng 3: PPO-PPN-PON-OON-PPO

Vùng 4: POO-PON-PNN-ONN-POO

Sau khi xác định thời gian tồn tại của moi vector trong một chu kỳ sóng mang thỏa mãn phưong trình (3.9), các vector 14, 14, 14 sẽ được xắp xếp theo một trật tự tùy ý vào một chu kỳ Ts. Khi đó, tại mỗi thời điểm bất kỳ, luôn luôn xác định được duy nhất một vectortrạng thái hoạt động của mạchnghịch lưu.Từ đó,xácđịnh được trạng thái đóng/ngắt

của các khóa trong mạch.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

<b>3.2.2.Phương pháptạo xung SVPWM truyền thống</b>

Tín hiệu điều khiển xung có thểđược tạo bằng cách sử dụng bộ tạo xung điện xung

để kích hoạt các cơng tắc. Ví dụ: trình tự chuyển mạch ởvùng 2có thể được sắpxếp như

minhhọatrong Hình 3.17, do đó cóthể dễ dàng tạo ra các tín hiệu xung đối xứng. Như đã chỉ ratrongtên của cấutrúc liên kết, mỗi phacó ba mức điện áp, cần có hai máy phát xung

điện để sản xuất. Lấy pha B trong Hình 3.17 làm ví dụ, dạng sóng có thể được phân tách thành hai dạng sóng hai cấp,có thể được tạo ra dễ dàng bằng cách sử dụng hai bộ tạo xung

điện xung nhưtrong Hình 3.17. Theo trình tự chuyển đổi được sắp xép theo mơ hình đối

xứng, xung có thể đạt được cài đặt thời gian kích hoạt cho mỗi cơng tắc trong khu vực A

như được nêu trong Bảng3.3[16].

</div>