Nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha bảy bậc cascade điều khiển bằng card DSP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỮU PHÚC

NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA BẢY BẬC
CASCADE ĐIỀU KHIỂN BẰNG CARD DSP F28335
CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

NGÀNH:KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 4 7 4 6

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
PHẠM HỮU PHÚC

NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU
BA PHA BẢY BẬC CASCADE ĐIỀU KHIỂN BẰNG CARD
DSP F28335 CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60520203

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỮU PHÚC

NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU
BA PHA BẢY BẬC CASCADE ĐIỀU KHIỂN BẰNG CARD
DSP F28335 CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60520203

Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. TRẦN THU HÀ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: PHẠM HỮU PHÚC

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1983

Nơi sinh: Đồng Tháp

Quê quán: Đồng Tháp

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: Ấp Phú Hòa B, Xã Phú Thuận A, Huyện Hồng Ngự, Tỉnh
Đồng Tháp.
Điện thoại cơ quan:

Di động: 0916255062

Fax:

Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1.Cao Đẳng :
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ: 2004 đến 2008

Nơi học: Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tử.
1.Đại học :
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ: 2009 đến 2011

Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tử.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 2011
đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Procter & Gamble Indochina Kỹ sư vận hành ,QA,MH, PCIS.

i


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

tháng

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Hữu Phúc

ii

năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, học viên xin phép gửi lời cảm ơn chân thành đến cô PGS.TS
Trần Thu Hà, người đã trực tiếp truyền đạt kiến thức, cung cấp tài liệu và tận tình
hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này.
Chân thành cám ơn thầy, cô Khoa Điện - Điện tử trường Đại học Sư phạm
Kỹ Thuật Tp. HCM, thầy cô trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, em xin chân
thành cám ơn thầy Đỗ Đức Trí, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong
suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến quí thầy, cô ở trường và Khoa Điện –
Điện tử đã tạo điều kiện cho mượn phòng “Thí nghiệm điện tử công suất nâng cao”
D406 để học viên , hoàn thành đề tài .
Mặc dù học viên đã rất cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức bản thân còn
nhiều hạn chế nên luận văn không tránh được những thiếu sót. Tác giả hy vọng sẽ
nhận được những đóng góp ý kiến quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan
tâm để luận văn được hoàn thiện hơn.
Cảm ơn cha mẹ, anh chị em và bạn bè đã động viên tôi trong suốt thời gian học.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cam ơn.
Người thực hiện luận văn

Phạm Hữu Phúc

iii


TÓM TẮT

Đề tài này nghiên cứu thi công mô hình bộ nghịch lưu ba pha bảy bậc dùng
phương pháp điều chế độ rộng xung cải tiến ( sin PWM) để điều khiển bộ nghịch
lưu áp.
Bộ nghịch lưu ba pha bảy bậc được thi công thực tế kết hợp với xây dựng mô
hình và mô phỏng trên Matlab/Simulink. Thuật toán trong Matlab được thực hiện
bằng cách chọn nhiều thông số khác nhau sao cho sóng hài nhỏ nhất, áp nghịch lưu
gần sin, để thu được điện áp tải ổn định phù hợp với thông số tải, thu được công
suất lớn.
Thực hiện mô phỏng các bộ điều khiển với phần mềm Matlab/Simulink.
Đồng thời so sánh kết quả vận hành trên mô hình bộ chỉnh lưu ba pha bảy bậc thực
tế. Luận văn đã thiết kế thi công hoàn chỉnh mô hình gồm có: khối chỉnh lưu, lọc;
khối công suất; khối cách ly; khối đệm, khối nguồn kích; khối nguồn nuôi mạch
kích, mạch đệm, mạch cảm biến; khối tải, mô phỏng và thi công được khối điều
khiển tốc độ động cơ.
Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương:
 Chương 1 : Tổng quan .
 Chương 2 : Cơ sở lý thuyết .
 Chương 3 : Mô phỏng bằng Matlab .
 Chương 4 : Thực nghiệm .
 Chương 5 : Kết luận và hướng phát triển .

iv


ABSTRACT
This research is task application phase inverter three seven-level method
pulse width modulation improvements (sin PWM) to control inverters.
Three phase inverters are seven-level

actual application combined with

model building and simulation on Matlab / Simulink. The algorithm in Matlab is
done by selecting different parameters such that the smallest harmonics, voltage
sine inverter close to the load voltage gain stable compliance with load, obtained
large capacity.
Perform simulation controller with software Matlab / Simulink. Also
compare operating results on a model three-phase rectifier seven practical level.
Thesis was completed application design model consists of: block rectifiers, filters;
cubic capacity; block insulation; block buffer; source block , block size power
supply circuit, the buffer circuit, the sensor circuit; block load, analog and control
block application is the Motor speed.
The content of the thesis is divided into five chapters :
 Chapter 1 : Overview .
 Chapter 2 : Theoretical Foundations .
 Chapter 3 : Simulation with Matlab .
 Chapter 4 : Experimental .
 Chapter 5 : Conclusions and development .

v


MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học ........................................................................................................... i
Lời cam đoan ...............................................................................................................ii
Lời cám ơn ................................................................................................................ iii
Tóm tắt ....................................................................................................................... iv
Mục lục ....................................................................................................................... vi
Danh sách hình vẽ ....................................................................................................... x
Danh sách các bảng ................................................................................................ xiii

Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................ xiv

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ..................................................... 1
1.2 Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
1.3 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................ 2
1.4 Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 4
1.5 Giới hạn đề tài ............................................................................................... 4
1.6 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4
1.7 Điểm mới của đề tài. ..................................................................................... 5
1.8 Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................... 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 6
2.1 Giới thiệu tổng quát ...................................................................................... 6
2.1.1 Khái niệm bộ nghịch lưu áp ...................................................................... 6
2.1.2 Phân loại bộ nghịch lưu áp ....................................................................... 6
2.2 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc ................................ 7
2.2.1 Cấu trúc dạng diode kẹp và Cấu trúc dùng tụ điện thay đổi .................... 7
2.2.2 Cấu trúc dạng ghép tầng ............................................................................ 8
2.2.3 Cấu trúc dạng lai ....................................................................................... 8
2.2.4 So sánh số linh kiện sử dụng trong 3 dạng nghịch lưu áp đa bậc trên ..... 9

vi


2.2.5 Nhận xét.................................................................................................... 9
2.3 Các thuật toán điều chế trong nghịch lưu đa bậc ....................................... 10
2.3.1 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (CPWM) ................... 10
2.3.1.1Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu áp ............. 10
2.3.1.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (Sin PWM) ..... 12

2.3.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SPWM) .......................... 15
2.4 Phương pháp điều chế vectơ không gian.................................................... 16
2.5 Kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp cascade .................................... 18
2.5.1 Kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade .............. 18
2.5.2 Thuật toán sin PWM dùng nhiều sóng mang .......................................... 21
2.5.3 Nguyên lý thuật toán sinPWM dùng nhiều sóng mang ........................... 22
2.6 Giới thiệu về card DSP TMS320F28335 ................................................... 23
2.6.1 Tổng quan về card xử lý tín hiệu số TMS320F28335 ............................. 23
2.6.2 Đặc điểm thiết kế phần cứng ................................................................... 25
2.6.3 CPU28xx ................................................................................................. 25
2.6.3.1 Bus ngoại vi .......................................................................................... 26
2.6.3.2 Thời gian thực JTAG ............................................................................ 26
2.6.3.3 Giao tiếp bên ngoài............................................................................... 26
2.6.3.4 Flash ..................................................................................................... 26
2.6.3.5 M0, M1 SARAM .................................................................................. 26
2.6.3.6 L0,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7 SARAM .................................................... 26
2.6.3.7 ROM khởi động .................................................................................... 27
2.7Phương thức kết nối và chạy chương trình từ Matlab xuống card DSP. .... 27
2.7.1 Khái quát về code Composer Studio . ..................................................... 27
2.7.2 Giới thiệu thư viện lập trình nhúng của Matlab/Simulink ..................... 29
2.8 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. ....... 33
2.8.1. Khái niệm cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha. ......................... 33
2.8.2 Các phương trình cơ bản của động cơ KĐB ba pha. ............................... 33
2.8.3 Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp (V/f)…34

vii


CHƯƠNG 3:MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB. ................................................... 37
3.1 Sơ đồ kết nối trong Simulink Matlab ......................................................... 37

3.2 Giải thuật lập trình cho từng khối ............................................................. 38
3.2.1 Khối tạo xung tam giác ............................................................................ 38
3.2.2Khối tạo sóng sin....................................................................................... 39
3.2.3 Khối so sánh xung tam giác và sóng sin tạo xung kích ........................... 40
3.2.4 Khối tạo công suất của mạch nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade trong
Simulink Matlab ............................................................................................... 42
3.2.5 Khối tải cho nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade trong Simulink Matlab
........................................................................................................................... 43
3.2.6 Kết quả mô phỏng ................................................................................... 43
3.2.7 Dòng tải 3 pha ita, itb, itc ............................................................................ 44
3.2.8 Điện áp pha tâm nguồn Ua0, Ub0, Uc0 ................................................... 44
3.2.9 Điện áp tải Uta, Utb, Utc ......................................................................... 45
3.2.10 Phân tích FFT dòng tải ita. ..................................................................... 45
3.2.11 Phân tích FFT tải pha a .......................................................................... 46
3.3 Hồi tiếp dòng, áp ......................................................................................... 47
3.3.1Các bộ cảm biến ........................................................................................ 47
3.3.2 Mô Phỏng thay đổi tần số bằng biến trở. ................................................. 49
3.3.3 Kết quả Phần Mô Phỏng thay đổi tần số bằng biến trở .......................... 49
3.3.4 Kết quả Phần Mô Phỏng thay đổi tốc độ động cơ bằng biến trở. .......... 51

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM .................................................................. ..........53
4.1Thiết kế phần cứng ....................................................................................... .53
4.1.1Sơ đồ khối tổng quát .................................................................................. .53
4.2 Hình ảnh và chức năng các khối .................................................................. 54
4.2.1Card DSP .................................................................................................... 54
4.2.2 Khối nguồn nuôi ........................................................................................ 55
4.2.3 Khối phát xung .......................................................................................... 55
4.2.4 Khối đệm tín hiệu ...................................................................................... 56

viii

4.2.5 Khối nguồn đôi cho xung kích .................................................................. 58
4.2.6 Khối công suất ........................................................................................... 61
4.2.7 Nguồn điện DC .......................................................................................... 63
4.2.8 Khối phát xung kích .................................................................................. 67
4.2.9 Khối cảm biến dòng ................................................................................... 70
4.2.10 Khối cảm biến áp ……………………………………………. ............... 71
4.2.11Chức năng các khối …………………………………….. ....................... 72
4.3 Kết quả thực nghiệm đạt được ...................................................................... 74
4.3.1Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang . ................................................ 74
4.3.2Điện áp pha tâm nguồn .............................................................................. 77
4.3.3Điện áp tải động cơ 3 pha ......................................................................... 77
4.3.4 Thực nghiệm tần số thay đổi bằng biến trở ............................................. 82
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Đánh giá kết quả đạt được ............................................................................ 86
5.2 Kết luận ......................................................................................................... 87
5.3Hạn chế và hướng phát triển .......................................................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 90
PHỤ LỤC.………. .................................................................................................... 94

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Cách bố trí sóng mang ................................................................................. 14

Hình 2.2: Quan hệ tuyến tính giữa m và ma trong phương pháp điều chế độ rộng…..
xung dùng sóng mang ................................................................................................... 15
Hình 2.3: Dạng sóng điều khiển và sóng mang MSPWM ............................................ 17
Hình 2.4: Hình 2.4 Dạng xung kích trong MSPWM ................................................... 17
Hình 2.5: Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu áp 3 pha ............................................ 18
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade .................................... 19
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý pha X bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade ................... 20
Hình 2.8: Lưu đồ phát xung sinPWM dùng nhiều sóng mang .................................... 22
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý tạo xung sinPWM bằng nhiều sóng mang ......................... 24
Hình 2.10: Card DSP TMS320F28335 ......................................................................... 25
Hình 2.11: Giao diện phần mềm CCS V3.3 .................................................................. 28
Hình 2.12: Chọn drive cho Card DSP ........................................................................... 28
Hình 2.13:Biên dịch file trên matlab ............................................................................. 29
Hình 2.14: Thư viện Target Preferences ....................................................................... 30
Hình 2.15: Cửa sổ khai báo cấu hình phần cứng .......................................................... 30
Hình 2.16: Thư viện Chip Support với các khối chức năng lập trình nhúng. ............... 31
Hình 2.17: Cửa sổ lựa chọn ngõ vào/ra digital ............................................................. 31
Hình 2.18: Cửa sổ khai báo ePWM .............................................................................. 32
Hình 2.19:Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha ............................................... 33
Hình 2.20: Sơ đồ mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha. ................................. 33
Hình 2.21: Quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số ............................................ 36
Hình 3.1: Sơ đồ khối mô phỏng trong Matlab . ........................................................... 37
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối mô phỏng nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc trong MatlabSimulink 38
Hình 3.3 : Sơ đồ kết nối tạo xung tam giác trong MatlabSimulink .............................. 38
Hình 3.4: Dạng sóng mang............................................................................................ 39
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối khối tạo sóng sin trong Matlab Simulink ............................... 39
x


Hình 3.6: Dạng sóng áp điều khiển sin ......................................................................... 40

Hình 3.7: Sơ đồ kết nối khối so sánh xung tam giác và sóng sin trong
MatlabSimulink ............................................................................................................. 40
Hình 3.8: Dạng xung kích điều khiển các cặp linh kiện .............................................. 41
Hình 3.9: Dạng sóng cải biến. ....................................................................................... 41
Hình 3.10: Mạch công suất của mạch nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade
trong MatlabSimulink ................................................................................................... 42
Hình 3.11: Sơ đồ khối tải nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade trong Simulink Matlab 43
Hình 3.12: Dạng sóng dòng tải, áp nghịch lưu và áp tải ............................................... 43
Hình 3.13: Dòng tải ita, itb, itckhi mô phỏng ............................................................... 44
Hình 3.14: Điện áp pha tâm nguồn nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade ...................... 44
Hình 3.15: Điện áp tải nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade. ......................................... 45
Hình 3.16: Phân tích FFT dòng tải ita ........................................................................... 45
Hình 3.17: Phân tích FFT áp tải ................................................................................... 46
Hình 3.18: Sơ đồ tổng quan nguyên lý hoạt động mạch cảm biến áp. ......................... 47
Hình 3.19: Mạch cảm biến dòng sử dụng ACS712 ...................................................... 48
Hình 3.20: Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến ACS712 ........................................... 48
Hình 3.21: Sơ đồ chương trình mô phỏng tần số biến trở............................................. 49
Hình 3.22: Mô phỏng biến trở 0v tạo tần số 10HZ ....................................................... 50
Hình 3.23: Mô phỏng biến trở 1.5v tạo tần số 20HZ .................................................... 50
Hình 3.24: Mô phỏng biến trở 3v tạo tần số 60HZ ....................................................... 51
Hình 3.25: Sơ đồ chương trình mô phỏng thay đổi tốc độ động cơ .............................. 51
Hình 3.26: Mô phỏng thay đổi tốc độ động cơ ở tần số 60HZ ..................................... 52
Hình 3.27: Mô phỏng thay đổi tốc độ động cơ ở tần số 20HZ ..................................... 52
Hình 4.1: Sơ đồ khối phần cứng hệ thống..................................................................... 54
Hình 4.2: Card DSP....................................................................................................... 55
Hình 4.3: Nguồn nuôi .................................................................................................... 56
Hình 4.4: Khối đệm tín hiệu .......................................................................................... 57
Hình 4.5: Sơ đồ mạch in khối đệm tín hiệu .................................................................. 58

xi

Hình 4.6: Sơ đồ bố trí linh kiện khối đệm tín hiệu ....................................................... 58
Hình 4.7: Mạch đệm thi công ........................................................................................ 59
Hình 4.8: Mạch nguồn đôi cho xung kích ..................................................................... 59
Hình 4.9: Khối nguồn đôi cho xung kích ...................................................................... 60
Hình 4.10: Sơ đồ mạch in khối nguồn đôi cho xung kích............................................. 60
Hình 4.11: Sơ đồ bố trí linh kiện khối nguồn đôi cho xung kích .................................. 61
Hình 4.12: Mạch nguồn kích thi công ........................................................................... 61
Hình 4.13: Mạch bảo vệ IGBT ...................................................................................... 63
Hình 4.14: Sơ đồ mạch in mạch bảo vệ IGBT ……………………. ............................ 63
Hình 4.15: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch bảo vệ IGBT …………… .............................. 63
Hình 4.16: Mạch bảo vệ IGBT thi công ........................................................................ 63
Hình 4.17: Mạch nguồn DC .......................................................................................... 66
Hình 4.18: Sơ đồ mạch in nguồn DC ………………………….. ................................ 67
Hình 4.19: Sơ đồ bố trí mạch nguồn DC …………………………. ........................... 67
Hình 4.20: Mạch nguồn DC thi công …………………………. ................................. 68
Hình 4.21: Mạch phát xung kích ................................................................................... 68
Hình 4.22: Sơ đồ mạch in khối phát xung kích............................................................ 70
Hình 4.23: Sơ đồ bố trí linh kiện khối phát xung kích .................................................. 70
Hình 4.24: Mạch kích thi công ...................................................................................... 70
Hình 4.25: Mạch công suất ........................................................................................... 71
Hình 4.26: Mạch cảm biến dòng ................................................................................... 71
Hình 4.27: Mạch cảm biến dòng thi công .................................................................... 72
Hình 4.28: Mạch cảm biến áp ....................................................................................... 72
Hình 4.29: Mạch cảm biến áp thi công ......................................................................... 73
Hình 4.30: Mô hình hoàn chỉnh ................................................................................... 75
Hình 4.31: Kết quả thực nghiệm điện áp pha tâm nguồn . ........................................... 78
Hình 4.32: Kết quả mô phỏng điện áp pha tâm nguồn ................................................ 78
Hình 4.33: Kết quả thực nghiệm điện áp tải . ............................................................... 78

Hình 4.34: Kết quả mô phỏng điện áp tải .................................................................... 78

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: So sánh số linh kiện trong 1 pha của 3 dạng nghịch lưu ......................... 10
Bảng 2.2: Trạng thái đóng ngắt của các khóa bộ nghịch lưu 7 bậc Cascade ............ 21
Bảng 3.1: Thông số của IGBT ................................................................................. 65
Bảng 3.2: Bảng tra giá trị j ....................................................................................... 67
Bảng 3.3: Bảng tra giá trị ∆𝑈% ................................................................................ 68
Bảng 3.4: Thông số của BR354 ............................................................................... 69
Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm xung kích các pha. ................................................ 76
Bảng 4.2: Kết quả thực nghiệm điện áp các pha. ..................................................... 77
Bảng 4.3: Độ méo dạng của điện áp. ....................................................................... 79
Bảng 4.4: Kết quả điện áp tải R= 82ohm,L= 50mh …………………………..……81
Bảng 4.5: Kết quả thực nghiệm dòng áp hồi tiếp cảm biến………………..………82
Bảng 4.6: Dạng sóng điện áp đáp ứng các tần số khác nhau của bộ nghich lưu …..83
Bảng 4.7: So sánh THD áp tải (R=32ohm ,L= 50mh) mô phỏng và thực nghiệm
công trình nghiên cứu khóa trước ............................................................................ 85
Bảng4.8: Giao diện đánh giá chất lượng sóng ngõ ra ............................................. 85

xiii


CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 ADC: Analog Digital Chanel
 C – PWM: Carrier Based Pulse Width Modulation.
 FFT : Fast Fourier Tranform
 GTO: Gate Turn off Thyristor
 IEE : Institute of Electrical Engine
 IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
 m: Chỉ số điều chế
 ma : Chỉ số điều chế biên độ
 mf : Chỉ số điều chế tần số
 MP: Mô Phỏng
 NPC: Neutral Point Clamped
 PSO – PID: Particle Swarm Optimization_ Proportional Integral Derivative
Controller
 PWM: Pulse Width Modulation
 SH – PWM: Subharmonic Pluse Width modulation
 Sin – PWM: Sin – Pulse Width Modulation.
 SVPWM: Space vector Pusle Width.
 TN: Thực nghiệm
 THD:Total Harmonic Distortion

xiv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1.

TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH LỰC NGHIÊN CỨU
Bộ nghịch lưu hiện nay không còn là một khái niệm mới mẽ nữa, có trên tất cả

các quốc gia trên thế giới và hiện đang đóng một vai trò rất quan trong trong các ngành
công nghiệp và ngành điện. Việc nghiên cứu bộ nghịch lưu đã có từ hơn 30 năm.
Trong những năm gần đây việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch
lưu đã và đang được thực hiện ngày càng nhiều hơn và với sự phát triển nhanh của
khoa học kỹ thuật và công nghệ trên thế giới, Việt Nam từng ngày hội nhập và tiếp
nhận những thành tựu mới của khoa học và công nghệ. Đặc biệt trong công nghiệp
điện tử, các thiết bị điện tử công suất được sản xất ngày càng nhiều, được ứng dụng
trong công nghiệp và đời sống hằng ngày phát triển mạnh mẽ.
Tuy nhiên ở nước ta, các công trình nghiên cứu về nghịch lưu lại rất khiêm tốn
đặc biệt là về nghịch lưu đa bậc. Phần lớn kết quả các công trình nghiên cứu dựa trên
cơ sở lý thuyết và phần mềm mô phỏng, số bậc trong các mô hình thực tế còn thấp. Do
đó việc đưa các công trình nghiên cứu trên ứng dụng vào thực tiễn cũng còn rất hạn
chế.
1.2.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Điện tử công suất là một kỹ thuật nghiên cứu ứng dụng các phần tử bán dẫn

trong các bộ biến đổi nguồn năng lượng điện. Điện tử công suất được ứng dụng rộng
rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện tại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà
trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như:
truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân
nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất
nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau. Trong những năm gần đây công
nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng

trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính
năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn. Trong các bộ biến đổi điện tử công suất
không thể không nhắc đến các bộ nghịch lưu điện áp,nghịch lưu dòng điện.
HVTH: Phạm Hữu Phúc

1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà

Các bộ biến đổi này ngày càng được ứng dụng rộng rãi đặc biệt trong lĩnh vực điều
khiển động cơ, tiết kiệm năng lượng.
Các bộ chuyển đổi (chỉnh lưu, nghịch lưu, biến tần) ngày càng được quan tâm
nghiên cứu. Để đáp ứng các nhu cầu công suất lớn, cần phải nâng cao điện áp và dòng
điện. Tuy nhiên do khả năng chịu dòng và áp của các linh kiện điện tử công suất có
giới hạn nên song song với việc phát triển các linh kiện công suất lớn, người ta dùng
giải pháp mắc song song để tạo dòng điện cao và mắc nối tiếp để tăng điện áp. Giải
pháp mắc nối tiếp cho ra đời các cấu trúc mạch nghịch lưu áp đa bậc thay cho nghịch
lưu áp hai bậc truyền thống. Mạch nghịch lưu áp đa bậc có nhiều ưu điểm như công
suất cao hơn, chất lượng điện áp và dòng điện ngõ ra tốt hơn, mạch lọc đầu ra nhỏ hơn
so với nghịch lưu áp hai bậc. Tuy nhiên nó cũng có nhiều nhược điểm như cần nhiều
linh kiện hơn, giải thuật điều khiển phức tạp hơn và vì vậy giá thành cũng đắt hơn.
Hiện nay bộ nghịch lưu áp ba pha đa bậc được sử dụng rộng rãi do những ưu
điểm của nó như công suất cao hơn, chất lượng dòng điện và điện áp ngõ ra tốt hơn,
mạch lọc ngõ ra nhỏ hơn,v.v..và ứng dụng thực tiễn của nó đạt hiệu quả rất cao. Chính
vì vậy, người thực hiện chọn đề tài: “ NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA
BẢY BẬC CASCADE ĐIỀU KHIỂN BẰNG CARD DSP F28335 CHO ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ”. Khi hoàn thành xong đề tài này, thiết nghĩ sẽ đáp

ứng trong thực tiễn nghiên cứu cho các sinh viên thực hành, các nghiên cứu sinh và
trong đời sống, trong công nghiệp,v.v…
Tuy nhiên đối với bộ nghịch lưu áp đa bậc đã được nghiên cứu rất nhiều, đặc
biệt là hai bậc hay ba bậc. Nhưng ở đây người thực hiện đã kết hợp việc nghiên cứu
mô phỏng và thực nghiệm điều khiển bằng DSP TM320F28335 trên thuật toán
cascade, chạy thực nghiệm tải động cơ lấy hồi tiếp về để bảo vệ quá dòng quá áp , ổn
định tốc độ động cơ có thể điều khiển thông qua biến trở. Đây chính là điểm mới của
đề tài.
1.3.

CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Năm 2005 tạp chí IEE Proccedings Electric Power Applications đã đăng tải

nghiên cứu của Nguyen Van Nho và Myung-Joong Youn [30], trong bài viết này các
tác giả đã nêu ra một lý thuyết mới cho phép giai thích hóa tương quan SVPWM và

HVTH: Phạm Hữu Phúc

2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà

CPWM . Kết quả nghiên cứu đã giúp thống nhất hai trường phái nghiên cứu và hoàn
thiện kỹ thuật đa điều chế cho phép điều khiển toàn diện bộ nghịch lưu đa bậc.
Đã các tác giả [3]; [4]; [5] đưa ra phương pháp điều khiển và thực hiện mô phỏng
trên phần mềm Matlab của bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc dạng Cascade. Tuy nhiên trong
luận văn này chúng ta tập chung vào hai vấn đề chính đó là: Áp dụng thuật toán Sine

Pulse Width Modulation (SPWM) để điều khiển và mô phỏng trên phần mềm Matlab
và xây dựng mô hình thực nghiệm để so sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực
tế.
Năm 2009 nhóm nghiên cứu Roberto Gonzaslez, Eugenio Gubía, Jesús Lospez,
Lui Marroyo là thành viên của IEEE đã mô phỏng và thực hiện thành công bộ nghịch
lưu một pha ba bậc NPC sử dụng trọng các hệ thống PV không dùng biến áp. Cấu trúc
này không làm thay đổi tổng điện áp, hiệu suất tối đa đạt 98,16%[32].
Năm 2010 nhóm nghiên cứu của Federal University of Pernambuco - Recife,
PE -BraZil [33], đã mô phỏng và thực hiện thành công bộ nghịch lưu một pha và ba
pha ba bậc NPC sử dụng hệ thống điều khiển có chức năng chọn lọc tích cực dùng lý
thuyết p-q. Điểm trung tính của bộ nghịch lưu NPC làm giảm dòng rò mà không cần
bổ sung thêm phần cứng.
Nghiên cứu nghịch lưu áp đa bậc và thiết kế bộ nghịch lưu áp ba pha ba bậc
NPC của luận văn thạc sĩ Nguyễn Thanh Toàn Trường đại học sư phạm kỹ Thuật
TPHCM[8]. Đã trình bày mô phỏng hai loại nghịch lưu áp hai, ba bậc kết hợp với việc
lập trình điều khiển DSP TMS320F2812 để điều khiển nghịch lưu áp ba pha ba bậc
NPC.
Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID của
Dương Trần Đình Thảo Trường đại học sư phạm kỹ Thuật TPHCM[6]. Điều khiển bộ
chỉnh lưu ba pha PWM bằng phương pháp PID kết hợp với giải thuật PSO và áp dụng
để xác định thông số tối ưu cho bộ điều khiển PID và sau cùng là điều khiển bộ chỉnh
lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID.
1.4.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu mô phỏng và thi công bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc dùng cascade

điều khiển bằng card DSP TMS320F28335.
Nội dung nghiên cứu:

HVTH: Phạm Hữu Phúc

3


Luận văn thạc sĩ
-

GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà

Nghiên cứu bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc. Khảo sát các phương pháp và chọn

phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade.
-

Mô phỏng Matlab bộ nghịch lưu với mô hình thực nghiệm sử dụng card DSP

TMS320F28335.
-

So sánh mô phỏng với thực nghiệm.

-

Chạy thực nghiệm chạy không tải, tải RL, tải động cơ 3 pha.

-

Chạy thực nghiệm tải động cơ với cảm biến dòng, cảm biến áp lấy hồi tiếp về

để có thể điều khiển tốc độ động cơ thông qua biến trở.
1.5.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Trong đề tài này tập trung nghiên cứu:
-

Chỉ khảo sát mô hình và mô phỏng với các thông số động cơ .

-

Tổng quát các khối phần cứng của bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade.

-

Phương thức nhúng chương trình mô phỏng từ Matlab Simulink qua card DSP.

-

Khảo sát mô phỏng và chạy thực nghiệm hồi tiếp cảm biến dòng, cảm biến áp.

-

Điều khiển tốc độ động cơ bằng biến trở thay đổi tần số.

1.6.
-

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công trình
nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành trong
nước và ngoài nước.

-

Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng trên máy tính như MATLAB.

-

Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng như Code Composer Studio
với vi mạch TMS320F28335 của tập đoàn Texas Instruments và được kiểm
chứng bằng thực tế.

-

Các thực nghiệm thực tế được thực hiện trên mô hình thực với các thiết bị đo
chính xác của hãng Tektronic.

1.7.

So sánh đánh giá kết quả dựa trên mô phỏng và thực nghiệm.

ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- kết hợp việc nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm điều khiển bằng DSP
TM320F28335 trên thuật toán cascade, Chạy thực nghiệm tải động cơ, ổn định
tốc độ động cơ có thể điều khiển thông qua biến trở.
-

Chứng minh việc cải thiện chất lượng sóng khi nghịch lưu 7 bậc thông qua mô
phỏng và kiểm chứng bằng thực nghiệm .

HVTH: Phạm Hữu Phúc

4


S

K

L

0

0

2

1

5

4