Nghiên cứu bộ chuyển đổi điện xoay chiều từ một pha sang 3 pha phù hợp điều kiện đồng bằng sông cửu long
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.68 MB, 22 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN TIẾN
NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU
TỪ 1 PHA SANG 3 PHA PHÙ HỢP ĐIỀU KIỆN
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
S K C0 0 4 6 1 5
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN TIẾN
NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU
TỪ 1 PHA SANG 3 PHA PHÙ HỢP ĐIỀU KIỆN
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGUYỄN VĂN TIẾN
Giới tính: nam
Ngày, tháng, năm sinh: 10/11/1967
Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: xã Lương Hòa, huyện Giồng Trôm, tỉnh Bến Tre
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Nguyễn Văn Tiến, trường Cao đẳng Bến Tre
(Nhà riêng 165D3 ấp An Thuận A, Xã Mỹ Thạnh An, TP Bến Tre, tỉnh Bến Tre)
Điện thoại cơ quan: 075. 38 22294
Điện thoại nhà riêng: 0916 272 096
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: chính qui
Thời gian đào tạo từ: tháng 07/1984 đến 07/1986
Nơi học (trường, thành phố): Trung học Kỹ thuật Công nghiệp Bến Tre
Ngành học: Điện Công nghiệp & Dân dụng
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính qui
Thời gian đào tạo từ năm 2000 đến năm 2005
Nơi học (trường, thành phố): trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ – Điện tử
Tên luận án tốt nghiệp: Thiết kế bộ điều khiển Đèn tín hiệu giao thông.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 07 năm 2005, tại
trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Giáp
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 2005…
…đến nay
Nơi công tác
Trường Cao đẳng Bến Tre
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
i
Công việc đảm nhiệm
-Giảng viên Điện – Điện tử
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Văn Tiến
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
ii
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
LỜI CẢM TẠ
Chân thành cảm tạ Thầy PGS.TS. Trương Việt Anh đã dành nhiều thời
gian để hướng dẫn, chỉnh sửa, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận
văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, Quí Thầy – Cô, đặc biệt là thầy Cô Khoa
Điện-Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã trang
bị cho em kiến thức trong những năm học tập tại trường.
Xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt là ThS. Bùi Thanh Hiếu
đã giúp đỡ, hổ trợ hết mình trong việc chia sẽ tài liệu, tư vấn, góp ý kiến trong suốt
quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp.
Học viên
Nguyễn Văn Tiến
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
iii
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
1.Tên luận văn:
“Nghiên cứu bộ chuyển đổi điện xoay chiều từ một pha sang 3 pha phù hợp
điều kiện đồng bằng Sông Cửu Long”
2.Nhiêm vụ của luận văn:
-Khảo sát, tìm hiểu đặc điểm chung của lưới điện đồng bằng Sông Cữu
Long
-Tính toán, thiết kế bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều từ 1 pha sang 3
pha dùng chỉnh lưu boost PFC và điều khiển bằng vi xử lý.
-Xây dựng chương trình mô phỏng và mô phỏng bằng phần mềm Matlab
-Thu thập dữ liệu, ghi nhận kết quả mô phỏng và kết luận.
3.Thời gian và địa điểm nghiên cứu:
3.1.Từ 23 tháng 02 năm 2015 đến 23 tháng 08 năm 2015:
-Nhận Quyết định giao đề tài (trên cơ sở triển khai nội dung nghiên cứu từ
Chuyên đề II). Gặp giáo viên hướng dẫn để nhận nhiệm vụ, yêu cầu của luận văn tốt
nghiệp. Xin ý kiến chỉ đạo của Thầy về hướng đi, phương pháp tiếp cận thông tin và
thu thập dữ liệu liên quan. Định hướng nghiên cứu, xác định các nội dung cơ bản
của toàn bộ luận văn.
-Làm luận văn:
+ Hàng tuần gặp giáo viên hướng dẫn từ 1 đến 2 lần để báo cáo nội
dung đã thực hiện, xin được giải đáp các thắc mắc phát sinh.
+ Khảo sát, tìm hiểu đặc điểm chung lưới điện đồng bằng Sông Cửu
Long (một số vùng thuộc Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long).
+Nghiên cứu các tài liệu liên quan, chủ yếu là lĩnh vực Điện tử công
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
iv
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
suất. Tính toán, thiết kế bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều từ 1 pha sang 3 pha
dùng chỉnh lưu boost PFC và điều khiển bằng vi xử lý.
+Xây dựng chương trình mô phỏng. Mô phỏng bằng phần mềm
Matlab, điều chỉnh các thông số cho phù hợp, thu thập dữ liệu, ghi nhận kết quả.
+Trình giáo viên hướng dẫn, xin ý kiến nhận xét, kết luận về kết quả
của quá trình nghiên cứu.
4.Nội dung luận văn:
Chương 1: TỔNG QUAN
-Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong, ngoài nước
-Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài,
-Mục đích, khách thể và đối tượng nghiên cứu
-Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
-Phương pháp nghiên cứu
-Kế hoạch thực hiện
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-Giới thiệu linh kiện
-Các mạch điện cơ bản liên quan
Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ CHUYỂN ĐỔI 1 PHA
AC SANG 3 PHA AC
-Thiết kế mạch Boost BFC
-Mô hình mô phỏng mạch Boost PFC
-Mô phỏng bộ chuyển đổi nguồn 1 pha AC sang 3 pha AC
-Thực nghiệm mô phỏng bộ nguồn với các dạng tải khác nhau
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
v
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
5.Kết luận:
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành được nhiệm vụ và mục tiêu ban đầu đã đề
ra với các kết quả như sau:
-Luận văn đã nghiên cứu, thiết kế mô phỏng thành công bộ biến đổi điện
xoay chiều từ một pha sang 3 pha.
-Luận văn đã ứng dụng được công nghệ hiện đại vào khối điều khiển nhằm
tăng độ tin cậy của thiết bị và đơn giản hơn trong lắp đặt, kiểm tra sửa chữa.
-Đã tiến hành mô phỏng, khảo sát với tải 3 pha không đối xứng, tải động cơ
điện 3 pha nhằm bảo đảm khả năng ứng dụng vào lưới điện Đồng bằng Sông Cửu
Long.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
vi
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
MASTER THESIS SUMMARY
1.Name of the thesis:
An investigation into Single-Phase–to-Three-Phase Converters in accordance
with current conditions in Mekong Delta.
2.Objectives:
-Investigate and find out general characteristics of the electricity in
Mekong Delta.
-Calculate and design Single-Phase–to-Three-Phase Converters, using PSC
Boost Rectifiers controlled by Microcontroler Processor
-Design Compose simulating program and Use Matlab for simulation.
-Collect data & simulation results and draw conclusions.
3.Time & Place of Research
3.1. From 23/02/2015 to 23/8/2015
-Received thesis acceptance, based on the deployment of Theme II.
Consulted supervisor about task requirements of the graduation thesis and
appropriate methods of approaching and collecting relevant data. Located research
orientation and determine essential parts of the thesis.
-Conducting Research:
+Met supervisor once or twice a week to report tasks completed and
asked for trouble-shooting.
+Surveyed and explored general characteristics of Mekong Delta
areas such as Ben Tre, Tra Vinh, and Vinh Long.
+Did research on relevant data and related documents, especially on
Power
Electronics;
Calculated
and
designed
Single-Phase–to-Three-Phase
Converters, using PSC Boost Rectifiers controlled by Microcontroler Processor.
+Designed simulating program; Simulated with Matlab; fine-tuned
configuration(s), collected data and recorded results.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
vii
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
+Presented research findings to Supervisor and appealed for
comments on the findings.
4. Thesis overview:
Chapter 1: INTRODUCTION
-An overview of Area of Study, and Domestic and international research
findings
-Significance of the Study
-Aims and Research Samples
-Objectives and Scope of the Study
-Research methodology
-Research Procedure
Chapter 2: LITERATURE REVIEW
-Introduction to Components
-Basic related electric boards
Chapter 3: CALCULATIONS, DESIGNS AND SIMULATIONS OF ONEPHASE-TO-THREE PHASE AC CONVERTERS
-Designs of Boost BFC Board
-Simulated Models of Boost BFC Board
-Simulations of One-Phase–to-Three-Phase AC Converters
-Simulation Experiments on One-Phase–to-Three-Phase AC Converters
Chapter 4: Conclusions
5.Conclusions:
This thesis completed the predetermined tasks and aims as follows:
-The thesis was successful in researching and designing Single-Phase–toThree-Phase Converters.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
viii
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
-The thesis successfully applied new technology that uses incorporates
Microcontroler Processor into the control panel in orger to increase device
reliability and simplicity in installation, testing and repair.
-The thesis conducted simulation and investigation with three-phase
asymmetrical electric circuits and load of three-phase engines in order to ensure the
application in Mekong Delta power networks.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
ix
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
MỤC LỤC
Trang tựa
TRANG
Quyết định giao đề tài
Xác nhận hoàn thành luận văn
Lý lịch cá nhân ………………………………………………………………...........i
Lời cam đoan ……………………………………………………………………… ii
Cảm tạ ……………………………………………………………………………. iii
Tóm tắt ……………………………………………………………………………. Iv
Master thesis summary ……………………………………………………………vii
Mục lục ……………………………………………………………………………. x
Chương 1: TỔNG QUAN ………………………………………...……………..1
1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu …………………………..1
1.1.1.Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu…………………………………………… 1
1.1.2.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước………………………………….7
1.1.3. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài………………………………...8
1.2.Mục đích, khách thể và đối tượng nghiên cứu ………………………………….9
1.2.1. Mục đích nghiên cứu …………………………………………………………9
1.2.2. Khách thể và đối tượng nghiên cứu ………………………………………….9
1.3.Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. ………………………………………………10
1.4.Phương pháp nghiên cứu. ……………………………………………………...10
1.5.Kế hoạch thực hiện……………………………………………………………..11
Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ……………………………………………….12
2.1. Giới thiệu linh kiện …………………………………………………………...12
2.1.1. Diode ………………………………………………………………………..12
2.1.2. MOSFET …………………………………………………………………... 15
.1.3. IGBT ………………………………………………………………………...19
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
x
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
2.1.4. Card DSP TMS320F28335 …………………………………………………22
2.2. Các mạch điện cơ bản liên quan ……………………………………………...22
2.2.1 Mạch Boost PFC 1 nhánh …………………………………………………..22
2.2.2 Mô hình mạch Boost PFC n nhánh ………………………………………….28
2.2.3. Bộ nghịch lưu áp ……………………………………………………………29
Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG
BỘ CHUYỂN ĐỔI 1 PHA AC SANG 3 PHA AC ………….............................36
3.1.Thiết kế mạch Boost BFC …………………………………………………….36
3.2 Mô hình mô phỏng mạch Boost PFC ………………………………………….37
3.2.1 Các tham số mô phỏng ………………………………………………………37
3.2.2. Giải thuật Boost PFC ………………………………………………………37
3.2.3 Mô hình hóa mô phỏng Boost PFC …………………………………………38
3.3 Mô phỏng bộ chuyển đổi nguồn 1 pha AC sang 3 pha AC …………………...46
3.3.1 Các tham số mô phỏng …………………………………………………….. 46
3.3.2 Mô hình bộ chuyển đổi ..................................................................................47
3.3.3 Các kết quả mô phỏng đạt được: ……………………………………………50
3.4 Thực nghiệm mô phỏng bộ nguồn với các dạng tải khác nhau ……………….54
3.4.1 Mô phỏng với tải 3 pha không cân bằng …………………………………….54
3.4.2 Mô phỏng với tải động cơ không đồng bộ 3 pha ……………………………57
Chương 4: KẾT LUẬN ………………………………………………………... 61
4.1. Về nhiệm vụ của đề tài ………………………………………………………..61
4.2. Về vấn đề còn tồn tại …………………………………………………………62
4.3. Về hướng phát triển của đề tài……………………………………………….. 62
Tài Liệu Tham Khảo ………………………………………………………………63
PHỤ LỤC ……………………..………………………………………………… 64
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
xi
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nước.
1.1.1.Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu.
Điện là một loại năng lượng mạnh và thông dụng nhất hiện nay. Năng
lượng điện có được từ quá trình chuyển đổi các dạng năng lượng khác như: năng
lượng nhiệt từ dầu hỏa, năng lượng nước từ các nhà máy thủy điện, năng lượng địa
nhiệt hay gần đây là năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng hạt
nhân … Nhu cầu về năng lượng điện cho cuộc sống rất đa dạng, trang thiết bị dùng
điện liên tục phát triển, đòi hỏi nguồn điện cung cấp cũng phải phong phú và biến
đổi không ngừng.
Bước phát triển quan trọng nhất của kỹ thuật cung cấp điện là từ 1975 đến
1990 và có tính cách mạng được đánh dấu bởi sự xuất hiện của các transistors cao
áp BJT (Bipolar Junction Transistor ) và thyristor điều khiển hoàn toàn GTO (Gate
Turn Off Thyristor), tiếp đến là IGBT được phát minh bởi Hans W. Beck và Carl F.
Wheatley vào năm 1982. IGBT là sản phẩm được hình thành bởi sự kết hợp khả
năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thường.
Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều
khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ. Từ đây người ta dễ dàng chuyển đổi qua lại các dạng
năng lượng điện phục vụ nhu cầu đa dạng của cuộc sống nhờ các linh kiện Điện tử
công suất này có tần số đóng cắt lớn, làm việc ổn định ở vùng điện áp cao, khả năng
chịu quá dòng, quá nhiệt lớn, dễ dàng kết nối điều khiển với các bộ Vi xử lý, máy
tính hay mạng truyền thông internet.
Kỹ thuật biến đổi năng lượng điện đã gặt hái được khá nhiều thành tựu
đáng kể trong những năm vừa qua. Nhiều sản phẩm ứng dụng đã từng bước khẳng
định được vai trò hữu ích của của nó trong việc phục vụ cuộc sống. Tuy nhiên phải
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
1
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
thừa nhận rằng nó vẫn là còn là một ngành công nghiệp non trẻ, cần phải mất nhiều
thời gian để tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện. Hiện nay trên thế giới phổ biến một số
dạng biến đổi năng lượng điện như sau:
- Bộ biến đổi AC/DC (Rectifiers):
Tức là biến đổi điện áp và dòng điện xoay chiều thành điện áp và dòng điện
một chiều. Phương pháp này đơn giản, có thể chỉ cần dùng một bộ diode chỉnh lưu
điện xoay chiều, sau đó dùng các bộ lọc để có được điện áp và dòng điện một chiều
theo yêu cầu.
- Bộ biến đổi AC-AC Convertor:
Biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay
chiều có trị hiệu dụng thay đổi được.
-Biến đổi điện áp một chiều – Chopper DC-DC:
Biến đổi điện áp một chiều có giá trị trung bình không thay đổi thành điện
áp một chiều có giá trị trung bình thay đổi được.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
2
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
- Bộ nghịch lưu - DC/AC converters:
Biến đổi năng lượng điện từ nguồn điện một chiều không biến thiên sang
dạng năng lượng xoay chiều biến thiên theo thời gian. Bộ biến đổi này hiện nay rất
thông dụng bởi việc phát triển các dạng năng lương sạch như năng lượng mặt trời,
năng lượng gió…
- Bộ biến tần trực tiếp - AC-AC Converter (Cycloconverter or Frequency
Changer):
Biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng và tần số không đổi thành điện
áp xoay chiều với trị hiệu dụng và tần số thay đổi được.
-Bộ biến tần gián tiếp AC-DC-AC:
Nguồn điện xoay chiều ban đầu được chỉnh lưu thành một chiều. Sau đó
chuyển đổi điện áp một chiều đó thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp
và tần số có thể thay đổi được. Thông thường khi muốn biến đổi điện áp Ac từ cấp
điện áp này sang cấp điện áp khác người ta thường sử dụng kiểu biến đổi này nhằm
dễ dàng điều chỉnh các thông số biến đổi theo mong muốn.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
3
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
-AC Switches: Matrix Converter (biến tần ma trận)
Nhìn chung cấu trúc mạch điện của bộ biến đổi thường không quá phức tạp
nhưng vấn đề đặt ra luôn nằm ở các giải thuật điều khiển bởi vì để đạt được hiệu
suất biến đổi cao và đảm bảo độ ổn định trong mọi tình huống luôn là trở ngại
lớn cho việc đạt mục tiêu của các công trình nghiên cứu. Ngoài ra do mô hình của
bộ biến đổi có tính phi tuyến nên việc điều khiển nó tương đối phức tạp.
Về nguyên lý cơ bản, khi muốn chuyển đổi qua lại các dạng năng lượng
điện từ AC/DC; AC/AC; hay từ DC/DC ta có thể chuyển đổi theo cách dùng linh
kiện điện tử công suất kết hợp với biến áp có hai cuộn dây độc lập cách ly về điện
giữa hai ngõ vào và ra hoặc dùng các linh kiện điện tử công suất để chuyển đổi trực
tiếp thông qua cuộn cảm - tụ điện (không cách ly). Kết hợp biến áp xung là cách
truyền thống nhưng quá cồng kềnh do lõi sắt từ của biến áp quá lớn, khi cần biến
đổi một công suất lớn sẽ rất tốn kém, hiệu quả kinh tế không cao. Vì vậy người ta
chỉ sử dụng nó khi cần nguồn biến đổi công suất không lớn lắm, chất lượng nguồn
cách ly thật tốt (chống giật, chống dòng rò) còn hầu hết nguồn công suất lớn, sử
dụng trong công nghiệp, điều khiển… đều dùng kiểu biến đổi trực tiếp sẽ có kích
thước nhỏ gọn, công suất lớn, hiệu quả kinh tế cao.
Với những đặc tính ưu việt như các phân tích vừa nêu, cho nên đề tài này
chỉ khảo sát, nghiên cứu, phân tích các kiểu mạch biến đổi nguồn trực tiếp bằng linh
kiện điện tử công suất hiện đại (nguồn không cách ly). Các van bán dẫn sẽ được bộ
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
4
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
Vi xử lý điều khiển để tạo các mức điện áp và dòng điện theo yêu cầu. (Hình 1.1) và
(hình 1.2) lần lượt là hai mạch cơ bản dùng minh họa chế độ Boost tăng áp và Buck
hạ áp:
a)
b)
c)
Hình 1.1. Mạch hoạt động ở chế độ Boost tăng áp
a)
Hình 1.2 a. Mạch hoạt động ở chế độ Buck hạ áp
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
5
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
b)
c)
Hình 1.2b; 1.2c Mạch hoạt động ở chế độ Buck hạ áp
Trong cả hai mạch cơ bản nêu trên ta đều có thể chuyển đổi năng lượng
điện một cách dễ dàng. Tuy nhiên, các van bán dẫn và cuộn cảm kháng sẽ luôn phải
làm việc ở trạng thái kém an toàn bởi dòng qua chúng gần như đạt mức cực đại.
Toàn bộ năng lượng trao đổi đều được truyền qua cuộn kháng, các van bán dẫn sẽ
phải dẫn toàn bộ dòng và điện áp cao của mạch.
Do bản thân các van công suất có sự giới hạn về khả năng dẫn dòng, chịu
áp nên ta rất khó đạt được công suất cao ở các cấu hình cơ bản này. Ngoài ra, chính
vì dòng điện đập mạch lớn nên ta phải dùng các tụ có dung lượng, kích thước lớn.
khiến cho bộ biến đổi năng lượng điện trở nên cồng kềnh, kém hiệu quả kinh tế.
Hình 1.3. Mô hình mạch boost PFC có 2 pha xếp chồng
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
6
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
Để khắc phục các nhược điểm trên, cấu hình bộ boost có pha xếp chồng
(Interleaved Boost PFC AC/DC converter) đã được đề xuất đưa vào nghiên cứu.
(Hình 1.3) ở trên là mạch boost có 2 pha xếp chồng.
Một cách đơn giản, có thể xem đây là sự xếp chồng của các cấu hình cơ
bản. Trong đó công suất của cả hệ thống sẽ được chia đều cho các pha. Tuy nhiên
cần phải ứng dụng kỹ thuật chuyển mạch mềm mới có thể đạt được kết quả như
mong muốn, đặc biệt là đối với những bộ chuyển đổi năng lượng điện có công suất
lớn.
Nghiên cứu, chế tạo các bộ nghịch lưu không còn là vấn đề gì mới mẻ. Tuy
nhiên, do tính hữu dụng gần như không thể thiếu trong sự tồn tại và phát triển của
tất cả các ngành công nghiệp nên việc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện, cải tiến là
một việc làm tất yếu.
1.1.2.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.
Trên thế giới đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu và các thành quả to lớn được
công nhận bản quyền sở hữu trí tuệ. Trong đó có Đề tài khảo sát và ứng dụng bộ
chuyển đổi tăng áp xen kẽ của Chuanyun wang ngày 21 tháng 7 năm 2009
(Investigation on Interleaved Boost Converters and Applications, Chuanyun Wang,
July 21st, 2009, Blacksburg, Virginia)…
Nhiều công trình nghiên cứu và thực nghiệm trên thế giới đã mang lại kết
quả rất khả quan trong lĩnh vực này. Nhờ sự ra đời của các bộ vi xử lý, các linh kiện
tích hợp với tần số tác động cao, công suất lớn, đã làm cho các thiết bị biến đổi
ngày nay có kích thước nhỏ gọn nhưng tính năng đa dạng và chất lượng nguồn đạt
chuẩn quốc tế.
Các thành quả nghiên cứu đã được thương mại hóa bằng rất nhiều sản
phẩm biến đổi có độ tin cậy cao trên thị trường hiện nay như các thương hiệu
Inverter: ABB; Siemens; Omron; Rockwell; Schneider; Toshiba; Fuji; Yaskawa …
Mặc dù thế, việc nghiên cứu để hoàn thiện hơn nữa các bộ biến đổi vẫn luôn là công
việc không ngừng nghỉ của các nhà khoa học trên thế giới.
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
7
Luận văn Thạc sĩ
GVHD: PGS. TS. Trương Việt Anh
Ở nước ta, nền công nghiệp sản xuất hàng hóa trong những năm gần đây vô
cùng phát triển. Các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp thi nhau mọc lên, đồng nghĩa
với việc vô số các máy móc thiết bị được vận hành bởi các bộ biến tần, biến đổi
điện áp ... Nhu cầu ở hiện tại và lâu dài là rất lớn, tuy nhiên năng lực sản xuất chế
tạo trong nước chưa đáp ứng được, hầu hết nhiều đề tài, dự án còn nằm trong dạng
nghiên cứu, thử nghiệm. Gần như tất cả các thiết bị biến đổi năng lượng điện (biến
tần) đều nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành tương đối cao, ảnh hưởng không
nhỏ đến tốc độ phát triển của nền kinh tế. Vì vậy, đẩy mạnh công tác nghiên cứu
ứng dụng, nhanh chóng thử nghiệm để tiến tới sản xuất hàng loạt các thiết bị biến
đổi năng lượng điện cung cấp cho thị trường trong nước là một trong những vấn đề
cấp bách hiện nay.
1.1.3. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài.
Đồng bằng sông Cửu Long với hệ thống sông ngòi chằng chịt, lại thêm
nhiều đảo nhỏ, cù lao … không những gây khó khăn về mặt kỹ thuật thi công hệ
thống điện mà còn làm thiếu thốn nghiêm trọng nguồn kinh phí đầu tư để truyền
dẫn lưới điện quốc gia đến tận nơi tiêu thụ. Nhiều vùng chỉ có lưới một pha lại còn
thường xuyên chập chờn, độ dao động điện áp lớn quá mức cho phép. Mặc khác,
một số máy móc công nghiệp với nhiều động cơ điện 3 pha nhưng khi lắp đặt hoạt
động ở vùng sâu lại chỉ có lưới 1 pha. Khi ấy, việc thay thế toàn bộ động cơ nói trên
thành 1 pha sẽ phức tạp hơn rất nhiều lần so với sử dụng bộ biến đổi năng lượng
điện từ 1 pha sang 3 pha (các động cơ trong máy thường khó lắp lẫn ). Chưa kể
trong một số dự án như dự án “phà Đan mạch” cho các tỉnh Miền tây Việt nam, lại
được trang bị các máy hàn 3 pha…
Từ những lý do nêu trên, dẫn đến việc “Nghiên cứu bộ chuyển đổi điện
xoay chiều từ một pha sang ba pha phù hợp điều kiện đồng bằng sông Cửu Long” là
một nhu cầu cấp bách nhằm góp phần tháo gỡ nhiều khó khăn trước mắt và lâu dài.
Đề tài này nếu nghiên cứu và ứng dụng thành công sẽ góp phần làm giảm nhẹ ngân
sách đầu tư cho lưới điện quốc gia, các bộ biến đổi có thể lắp ráp, chế tạo trong
nước, đẩy mạnh phát triển kinh tế xã hội đồng thời tạo điều kiện thuận lợi trong
HVTH: Nguyễn Văn Tiến
8
S
K
L
0
0
2
1
5
4
