Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ biến đổi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ biến đổi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép, ứng dụng hiệu quả trong công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Chấn Việt
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Quốc Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ biến đổi ma trận gián tiếp ngõ ra kép
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Kỹ thuật điều chế vector không gian

Kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM) là phương pháp chính được áp dụng trong luận văn để điều khiển bộ biến đổi ma trận gián tiếp ngõ ra kép. Phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sóng hài trong hệ thống. Vector không gian được sử dụng để điều khiển cả tầng chỉnh lưu và nghịch lưu, đảm bảo dòng điện và điện áp đầu ra có dạng hình sin. Điều chế vector không gian cũng giúp triệt tiêu điện áp common mode (CMV), một vấn đề phổ biến trong các hệ thống biến tần truyền thống.

1.1. Điều chế vector không gian cho tầng chỉnh lưu

Trong tầng chỉnh lưu, điều chế vector không gian được áp dụng để điều khiển các khóa bán dẫn, tạo ra điện áp DC-Link ổn định. Các vector chuẩn được xác định dựa trên góc pha của điện áp đầu vào. Thời gian đóng ngắt của các khóa được tính toán để đảm bảo điện áp DC-Link có giá trị mong muốn. Phương pháp này giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất của hệ thống.

1.2. Điều chế vector không gian cho tầng nghịch lưu

Ở tầng nghịch lưu, điều chế vector không gian được sử dụng để điều khiển các khóa IGBT, tạo ra điện áp đầu ra ba pha có dạng hình sin. Các vector chuẩn được xác định dựa trên góc pha của điện áp đầu ra. Thời gian đóng ngắt của các khóa được tính toán để đảm bảo điện áp đầu ra có giá trị mong muốn. Phương pháp này giúp giảm thiểu sóng hài và tăng chất lượng điện áp đầu ra.

II. Biến đổi ma trận gián tiếp

Biến đổi ma trận gián tiếp (IMC) là cấu trúc chính được nghiên cứu trong luận văn. So với biến tần truyền thống, biến đổi ma trận gián tiếp có nhiều ưu điểm như loại bỏ thành phần lưu trữ năng lượng trung gian, giảm kích thước và trọng lượng hệ thống. Ma trận gián tiếp cũng giúp giảm thiểu sóng hài đầu vào và tăng hiệu suất hệ thống. Luận văn tập trung vào việc phân tích và thiết kế bộ biến đổi này để đạt được hiệu suất tối ưu.

2.1. Cấu trúc của bộ biến đổi ma trận gián tiếp

Cấu trúc của bộ biến đổi ma trận gián tiếp bao gồm tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu. Tầng chỉnh lưu chuyển đổi điện áp AC đầu vào thành điện áp DC, trong khi tầng nghịch lưu chuyển đổi điện áp DC thành điện áp AC đầu ra. Ma trận gián tiếp không sử dụng tụ điện lưu trữ năng lượng trung gian, giúp giảm kích thước và tăng độ tin cậy của hệ thống.

2.2. Ưu điểm của biến đổi ma trận gián tiếp

Biến đổi ma trận gián tiếp có nhiều ưu điểm so với biến tần truyền thống, bao gồm khả năng tái sinh năng lượng, giảm sóng hài đầu vào và tăng hiệu suất hệ thống. Ma trận gián tiếp cũng giúp giảm thiểu điện áp common mode (CMV), một vấn đề phổ biến trong các hệ thống biến tần truyền thống.

III. Ngõ ra kép và ứng dụng

Ngõ ra kép là một đặc điểm quan trọng của bộ biến đổi ma trận gián tiếp được nghiên cứu trong luận văn. Ngõ ra kép cho phép hệ thống điều khiển hai tải độc lập, tăng tính linh hoạt và hiệu suất của hệ thống. Luận văn tập trung vào việc phân tích và thiết kế bộ biến đổi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép để đạt được hiệu suất tối ưu.

3.1. Cấu trúc ngõ ra kép

Cấu trúc ngõ ra kép bao gồm hai tầng nghịch lưu độc lập, cho phép điều khiển hai tải độc lập. Ngõ ra kép giúp tăng tính linh hoạt của hệ thống, cho phép điều khiển các tải có yêu cầu khác nhau. Cấu trúc này cũng giúp giảm thiểu sóng hài và tăng chất lượng điện áp đầu ra.

3.2. Ứng dụng của ngõ ra kép

Ngõ ra kép có nhiều ứng dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ và công nghiệp. Ngõ ra kép cho phép điều khiển hai động cơ độc lập, tăng hiệu suất và tính linh hoạt của hệ thống. Luận văn cũng đề xuất các phương pháp điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống với ngõ ra kép.

IV. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đã chứng minh tính khả thi của kỹ thuật điều chế vector không gian và biến đổi ma trận gián tiếp trong việc triệt tiêu điện áp common mode (CMV) và tăng hiệu suất hệ thống. Luận văn thạc sĩ này có giá trị cao trong việc ứng dụng vào các hệ thống điều khiển động cơ và công nghiệp, giúp giảm thiểu sóng hài và tăng chất lượng điện áp đầu ra.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp

Kỹ thuật điều chế vector không gian và biến đổi ma trận gián tiếp có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, bao gồm điều khiển động cơ, hệ thống truyền tải điện và các ứng dụng công nghiệp khác. Luận văn thạc sĩ này cung cấp các phương pháp điều khiển hiệu quả, giúp tăng hiệu suất và giảm thiểu sóng hài trong các hệ thống công nghiệp.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Luận văn cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc tăng điện áp đầu vào và cải thiện hiệu suất của hệ thống. Luận văn thạc sĩ này là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực điều khiển và biến đổi năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYEN CHAN VIỆT Pulse width modulation strategy for indiret matrix converter fed open-end winding load using zero common-mode CHUYEN NGANH: KY THUẬT ĐIỆN MA SO HOC VIEN: 1670031 LUAN VAN THAC SI TP.HO CHI MINH, tháng 7 năm 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — ĐHQG — HCM Cán bộ hướng dẫn khoa hoc?. - - - 6 + s + SE £EE#EvEeEeEeEEeEeEeeeerereered (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét Ï:.--G E St Sa EE S33 ESESEEEE+ESEEEESEEEEEEtEreEerrersrrres (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: .ccccccccccsscscsssseseseesescseescscseescscsesscscseeseseseeseseeseseees (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHỌG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc si) Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hanh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Chan Viết MSHV: 1670031 Ngày, tháng, năm sinh: 29/04/1993 Nơi sinh: TP. Hỗ Chi Minh Chuyên nghành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 I. TÊN DE TÀI: KY THUẬT DIEU CHE VECTOR KHÔNG GIAN CHO BO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP Il. NHIEM VU VA NOI DUNG: 1.

Tim hiểu cau hình bộ biến đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép (Dual Indirect Matrix Converter). Giải thuật điều chế vector không gian zero common mode voltage cho bộ bién đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép. Mô phỏng bộ biến đổi ma trận gián tiếp ngõ ra kép bằng phân mềm PSIM. Thiết kế mô hình thực nghiệm bộ biến đổi ma trận gián tiếp.

Ngày giao nhiệm vụ: 16/01/2017 IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/06/2017 V. Cán bô hướng dẫn: PGS. TS Phan Quốc Dũng Tp.

CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA. (Họ tên và chữ ký) LỜI CÁM ƠN >aEfq Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thay, Cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hỗ Chi Minh đã nâng đỡ và diu dat, truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý bdu nhất trong suốt quá trình tôi học tập ở trường. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tat cả quý Thay, Cô trong khoa Điện — Điện Tử, Bộ Môn Cung Cap Điện, PTN Nghiên cứu Điện Tử Công Sudt và đặc biệt là thay Phan Quốc Dũng va thay Nguyễn Đình Tuyên đã lận tình hướng dan, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân đã cho tôi những điều kiện tốt nhất dé học tập trong thời gian đài. Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến tat cả những người bạn cua tôi, những người đã cùng gan bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong những năm qua cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tot nghiệp. Hô Chí Minh, tháng 6/2017 Nguyễn Chan Việt TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu về cấu trúc của bộ biến đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép, giải thuật điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation). Đồng thời, trong luận văn cũng dé xuất phương pháp Zero common mode voltage giúp triệt tiêu điện áp commonmode, giúp giảm thiểu tác động xấu của dòng điện common mode lên động cơ và các thiết bị Trên cơ sở nghiên cứu, phương pháp điều chế vector không gian được phân tích, tính toán và áp dụng để thực hiện việc xuất xung điều khiển cho cả phan chinh luu va nghịch lưu của bộ biến đổi ma trận gián tiếp.

Kết qua được kién chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm. Luận văn gồm 4 chương: - Chuong 1: Giới thiệu tông quan về dé tài. - _ Chương 2: Trinh bày cau hình và kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ Dual indirect matrix converter. - Chuong 3: Mô hình hóa va mô phỏng bộ indirect matrix converter bang phan mém PSIM.

- Chuong 4: Thiết kế mô hình thực nghiệm và trình bay phương pháp sử dung các module epwm của DSP để xuất xung điều khiến bộ indirect matrix converter. ABSTRACT This paper presents a modulation scheme for the Dual Indirect Matrix Converter (IMC) topology. The proposed method uses the space vector modulation (SVP WM) technique to control the converter’s rectifier stage and inverter stage. This method achieved the maximum modulation ratio of 0.866 with sinusoidal input/output current waveforms.

The common mode voltage is analysed and a Zero common mode voltage method is proposed. The thesis includes four chapters: - Chapter 1: Introduce the thesis overview. - Chapter 2: Present the structure and Space Vector Pulse Width Modulation method of the Indirect Matrix Converter. - Chapter 3: Perform simulations by PSIM software.

- Chapter 4: Design experimental model to estimate and verify the theory and present an implementation method that uses only the epwm modules of the DSP. LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận nêu trong luận văn là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nao. Việc tham khảo tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguôn tài liệu tham khảo đúng theo yêu câu.

Tác giả luận văn Nguyễn Chan Việt 0:i019) c0. 2c 1211211211212 H1 1T HH TT HT TH TH TH TH TH TT HH | I. Sơ lượt về ngành điện tử công Suất. Lịch sử phat triển của khóa công suất.

Ý nghĩa của ngành điện tử công suất trong đời sống.-- 5s ssscs¿ 2 II Định hướng nghiên CỨU. Lý do chọn để tài. Đối tượng và mục tiêu nghiên CUU. Phạm vi và phương pháp nghiÊn CỨU:.

Ý nghĩa khoa học của dé tài. - - - ssx SE SE ccv cv ng g ge rrrerreg 6 6. Ý nghĩa thực tiễn của dé tải. - - - k1 ESgccccvn n ng grgerreg 7 CHƯNG 2.

2G 2G 211211211211 112110 1 01 01T ng nh ng TH TH ng HH gườt 8 CAU HINH CUA BO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP. Cau trúc của bộ biến đôi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép. Phương pháp điều rộng xung Sine oo ccceceseseseseseecssssscscscscsceseseseseseees 10 2. Ứng dụng phương pháp điều chế vector không gian cho IMC (SV-PWM) 11 II.

Điều chế vector không gian cho tang chỉnh lưu. Định nghĩa sector va phân tích mach cho tang chỉnh lưu. Thời gian đóng ngắt của các khóa tang chỉnh lưu. Điều chế vector không gian cho tầng nghịch lưu.

Định nghĩa sector của tầng nghịch lưu. Thời gian đóng ngắt của các khóa ở phía nghịch lưu. Sự kết hợp thứ tự đóng ngắt tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu. phan tích điện áp common mode (CMV).

37 THIẾT KE VÀ MO PHONG BO BIEN DOI MA TRAN KIỀU GIÁN TIẾP VỚI NGO RA KẾP. Tính toán thiết kế bộ biến đổi ma trận kiểu giản tiếp VỚI ngo ra kép — 37 II. Mô phỏng biến đổi ma trận kiểu gián tiếp với ngõ ra kép sử dụng phan nàn: 40 1. Giới thiệu phan mem mô phòng nh.

Giới thiệu chung về sơ đồ mô phỏng. Kết quả mô Phong. 55 THUC NGHIEM BO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP 55 T. Mô hình thực nghiỆm.

Lựa chọn linh kiện va thi công phần cứng. Chọn linh kiện cho mạch động lực. Mach lọc LC wie ccccssscccccceeesssecccssseeseecccsseeessesssseessecssseseeeesesssseeeees 68 10. Mạch cảm biến áp.- -G- 111 TT TT TH H11 H111 1xx 68 II NAE00 0090207.

Phuong pháp thực nghiệm cho bộ Indirect Matrix Converter. Giới thiệu về module ePWM.2 Lập trình tạo xung PWM cho bộ Indirect Matrix Converter. Điều khiển tầng chỉnh lưu. Điều khiển tầng nghịch lưu.- - - + E+E+EsESEEEESE£kck+kekeEeEekeeeerrrreree 84 II.

Kết quả thực nghiệm.-- - EEE SE EE9E#E9ESEEEEEk kg 86 1. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng. Những han ché. -- + Ss S333 9119191515151 1 11111111 11v gen greg 98 2.

Hướng phat trién của dé tài. Bộ chỉnh lưu hồ quang thủy ngân. ¿2 - k+kk#E#E£EeEeEeEererererees | Hình 2. Sơ đồ kết nối và tủ điện của một biễn tần truyền thống với các thiết bị phụ |9 9/HHdddầdaẮẮẮẰẮẶẮẶẮỶẶỶẶ.

3 Hình 3 Sơ đồ kết nối và tủ điện của bộ bién đổi ma trận cùng với các phụ kiện. Sơ đồ Indirect Matrix COInV€TCT.- 5-2 SE EEEE+EEESESErkrkrkererererkd 8 Hình 5.- ¿2 + SE +E+E£E#EEEEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrrerkrkd 11 Hình 6. Dinh Nghĩa sector phan chỉnh lưu. Tầng chỉnh lưu tạo điện áp Vae.¿<< s3 Sxk kg rrree 13 Hình 8 Tang chỉnh lưu tạo điện ap Vabu.

Cách tao ra điện ap o DC-Link cho sector 1. Biểu đồ vector không gian của tang chỉnh lưu.-- ¿5-5555 15 Hình 11 Định nghĩa sector phía nghịch 1WU. eee ccceesseceeesesteeeeeeeseeeeeseseeeees 18 Hình 12. giảng đỗ vector ba bậc.

--- + + << Sex S333 E3 1151511313111 Ee, 22 Hình 14. Trường hợp DOSSIfIV€.--- -- 2c 1 211 2311223112 vn vn ng ng ng ưko 22 Hình 15. Trường hợp tang nghịch lưu tạo ra ÖV.--- -c+c+csk+xsxsrersrererees 23 Hình 16. Trường hợp tang nghịch lưu tạo ra ÖV.

Trường hợp tang nghịch lưu tao ra điện áp negative. giảng dé dé thiết kế chuyển mach .- 5-5-5 SSk+EeEeEeEekerxeeered 25 Hình 19. Nguyên tắc chuyển mạch.---¿- - s+k+kEEk+E#EEE+ESEEEEESEErkrrerrkrkee 26 0920181011. Các trường hợp ngắn mạch.- - ¿sex EEsEeESESESEEEEEEEEEekekekrkrersree 30 Hình 22.

Sự phối hợp giữa trạng thái đóng ngắt tang chỉnh lưu và nghịch lưu. Định nghĩa điện áp common-mode .--- 5555555 <ss+++ss+++ssss2 32 Hình 24 Định nghĩa CMV1 và CÍM V2. Tính toán tầng chỉnh lưu.------- 2 111111111111111119 9953355511111 vn ngờ 39 Hình 27. Mạch động lực mô phong.

mạch chỉnh lưu mô phông. mạch nghịch lưu kép mô phòng.-- 55 2552 * 52s +2 ‡£+££ze£zsecs2 42 Hình 30. mạch điều kién mô phỏng. - - - s66 S+EEESE+E‡EvEeEEEEeEeEererererkred 43 Hình 31.

Xung kích của các khóa hai chiều ở tan chỉnh lưu. Xung kích của khóa SAp (trên) Xung kích của khóa SAn (giữa) va sector 60. Xung kích của khóa SBp (trên) Xung kích của khóa SBn (giữa) va sector 60. Xung kích cua khóa SCp (trên) Xung kích của khóa SCn (giữa) va sector 60.

Sơ đồ chuyển mạch an toan. Điện áp ngõ vào (trên) Dòng điện ngõ vào trước lọc (giữa) Và dòng điện NZO (:198:08109ã(01019000777Ẽ. Điện áp trên DC-Link (trên) dòng điện DC-Link (giữa) va sector (dưới) Hinh 38. dong điện ngõ ra pha u (trên) điện ap dây pha u (giữa) va điện ap dây uv.

Điện áp dây tru nhau (trên) dòng điện pha v (dưới). Điện ap common-mode (trên), điện áp CMV1 (giữa) và điện áp CMV2. Phan tích FFT cua dòng điện ngõ vào (trên) dong điện ngõ ra (duoi) .