Nghiên cứu bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade điều khiển động cơ không đồng bộ bằng card DSP F28335

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Lý do chọn đề tài

1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4. Mục tiêu của đề tài

1.5. Giới hạn đề tài

1.6. Phương pháp nghiên cứu

1.7. Điểm mới của đề tài

1.8. Ý nghĩa thực tiễn

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Giới thiệu tổng quát

2.2. Khái niệm bộ nghịch lưu áp

2.3. Phân loại bộ nghịch lưu áp

2.4. Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc

2.4.1. Cấu trúc dạng diode kẹp và Cấu trúc dùng tụ điện thay đổi

2.4.2. Cấu trúc dạng ghép tầng

2.4.3. Cấu trúc dạng lai

2.4.4. So sánh số linh kiện sử dụng trong 3 dạng nghịch lưu áp đa bậc trên

2.5. Các thuật toán điều chế trong nghịch lưu đa bậc

2.5.1. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (CPWM)

2.5.1.1. Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu áp

2.5.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (Sin PWM)

2.5.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SPWM)

2.5.4. Phương pháp điều chế vectơ không gian

2.5.5. Kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp cascade

2.5.5.1. Kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc cascade

2.5.5.2. Thuật toán sin PWM dùng nhiều sóng mang

2.5.5.3. Nguyên lý thuật toán sinPWM dùng nhiều sóng mang

2.5.6. Giới thiệu về card DSP TMS320F28335

2.5.6.1. Tổng quan về card xử lý tín hiệu số TMS320F28335

2.5.6.2. Đặc điểm thiết kế phần cứng

2.5.6.2.1. Bus ngoại vi

2.5.6.2.2. Thời gian thực JTAG

2.5.6.2.3. Giao tiếp bên ngoài

2.5.7. ROM khởi động

2.5.8. Phương thức kết nối và chạy chương trình từ Matlab xuống card DSP

2.5.8.1. Khái quát về code Composer Studio

2.5.8.2. Giới thiệu thư viện lập trình nhúng của Matlab/Simulink

2.5.9. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

2.5.9.1. Khái niệm cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha

2.5.9.2. Các phương trình cơ bản của động cơ KĐB ba pha

2.5.9.3. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp (V/f)

3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB

3.1. Sơ đồ kết nối trong Simulink Matlab

3.2. Giải thuật lập trình cho từng khối

3.2.1. Khối tạo xung tam giác

3.2.2. Khối tạo sóng sin

3.2.3. Khối so sánh xung tam giác và sóng sin tạo xung kích

3.2.4. Khối tạo công suất của mạch nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade trong Simulink Matlab

3.2.5. Khối tải cho nghịch lưu áp 3 pha 7 bậc Cascade trong Simulink Matlab

3.2.6. Kết quả mô phỏng

3.2.7. Dòng tải 3 pha ita, itb, itc

3.2.8. Điện áp pha tâm nguồn Ua0, Ub0, Uc0

3.2.9. Điện áp tải Uta, Utb, Utc

3.2.10. Phân tích FFT dòng tải ita

3.2.11. Phân tích FFT tải pha a

3.3. Hồi tiếp dòng, áp

3.3.1. Các bộ cảm biến

3.3.2. Mô Phỏng thay đổi tần số bằng biến trở

3.3.3. Kết quả Phần Mô Phỏng thay đổi tần số bằng biến trở

3.3.4. Kết quả Phần Mô Phỏng thay đổi tốc độ động cơ bằng biến trở

4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM

4.1. Thiết kế phần cứng

4.1.1. Sơ đồ khối tổng quát

4.1.2. Hình ảnh và chức năng các khối

4.1.2.1. Khối nguồn nuôi

4.1.2.2. Khối phát xung

4.1.2.3. Khối đệm tín hiệu

4.1.2.4. Khối nguồn đôi cho xung kích

4.1.2.5. Khối công suất

4.1.2.6. Nguồn điện DC

4.1.2.7. Khối phát xung kích

4.1.2.8. Khối cảm biến dòng

4.1.2.9. Khối cảm biến áp

4.2. Chức năng các khối

4.3. Kết quả thực nghiệm đạt được

4.3.1. Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang

4.3.2. Điện áp pha tâm nguồn

4.3.3. Điện áp tải động cơ 3 pha

4.3.4. Thực nghiệm tần số thay đổi bằng biến trở

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1. Đánh giá kết quả đạt được

5.2. Hạn chế và hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ. Việc nghiên cứu và phát triển bộ nghịch lưu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ mà còn tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng. Bộ nghịch lưu 3 pha cho phép điều khiển điện áp và dòng điện một cách linh hoạt, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Sự phát triển của công nghệ điều khiển đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Đặc biệt, việc sử dụng card DSP F28335 trong điều khiển bộ nghịch lưu mang lại nhiều lợi ích về tốc độ xử lý và độ chính xác cao trong việc điều khiển động cơ.

1.1. Lý do chọn đề tài

Điện tử công suất là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật điện, với nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc nghiên cứu bộ nghịch lưu 3 pha không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của các thiết bị mà còn góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng. Đặc biệt, năng lượng tái tạo đang trở thành xu hướng toàn cầu, và bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade có thể đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi và điều khiển năng lượng từ các nguồn tái tạo. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ điều khiển hiện đại như card DSP F28335 giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

II. Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu về bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade yêu cầu hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý hoạt động của nó. Bộ nghịch lưu này được cấu tạo từ nhiều cấp độ, cho phép tạo ra điện áp đầu ra cao hơn so với các bộ nghịch lưu truyền thống. Mạch điện tử trong bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc sử dụng các linh kiện bán dẫn như IGBT, giúp điều khiển dòng điện một cách hiệu quả. Việc áp dụng thuật toán điều chế như Sin PWM giúp giảm thiểu sóng hài, từ đó cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Hệ thống điều khiển tự động cũng được thiết kế để theo dõi và điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ, đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.1. Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc

Bộ nghịch lưu áp đa bậc có nhiều cấu trúc khác nhau, trong đó cấu trúc dạng diode kẹp và cấu trúc dùng tụ điện thay đổi là hai dạng phổ biến. Cấu trúc dạng ghép tầng cho phép tăng cường khả năng chịu tải và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Việc so sánh số linh kiện sử dụng trong các dạng nghịch lưu áp đa bậc cho thấy rằng mặc dù số lượng linh kiện nhiều hơn, nhưng hiệu suất và chất lượng điện áp đầu ra lại vượt trội hơn so với các bộ nghịch lưu hai bậc truyền thống.

III. Mô phỏng bằng Matlab

Mô phỏng là một phần quan trọng trong nghiên cứu bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade. Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, các mô hình được xây dựng để kiểm tra và tối ưu hóa các thông số hoạt động của bộ nghịch lưu. Các khối chức năng như khối tạo xung tam giác, khối tạo sóng sin và khối so sánh được thiết kế để tạo ra tín hiệu điều khiển chính xác. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng thuật toán Sin PWM giúp giảm thiểu sóng hài và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Phân tích FFT cũng được thực hiện để đánh giá độ méo dạng của điện áp, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến.

3.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade hoạt động ổn định với điện áp đầu ra đạt yêu cầu. Các thông số như dòng tải, điện áp pha tâm nguồn và điện áp tải đều nằm trong giới hạn cho phép. Việc phân tích FFT cho thấy độ méo dạng của điện áp thấp, chứng tỏ rằng bộ nghịch lưu hoạt động hiệu quả. Những kết quả này khẳng định tính khả thi của việc áp dụng bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade trong thực tiễn.

IV. Thực nghiệm

Thực nghiệm là bước quan trọng để kiểm chứng các kết quả mô phỏng. Mô hình thực nghiệm được thiết kế bao gồm các khối chức năng như khối nguồn nuôi, khối phát xung và khối công suất. Các linh kiện được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade có khả năng điều khiển động cơ không đồng bộ một cách hiệu quả. Các thông số như điện áp tải và dòng điện đều đạt yêu cầu, chứng tỏ rằng mô hình thực nghiệm phù hợp với các kết quả mô phỏng.

4.1. Kết quả thực nghiệm đạt được

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade hoạt động ổn định với điện áp và dòng điện đầu ra đạt yêu cầu. Các thông số như điện áp pha tâm nguồn và điện áp tải đều nằm trong giới hạn cho phép. Việc điều khiển tốc độ động cơ thông qua biến trở cũng cho thấy tính khả thi và hiệu quả của hệ thống. Những kết quả này khẳng định rằng bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade có thể được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu bộ nghịch lưu 3 pha 7 bậc cascade điều khiển động cơ không đồng bộ bằng card DSP F28335 đã đạt được nhiều kết quả khả quan. Hệ thống không chỉ hoạt động ổn định mà còn cho thấy hiệu suất cao trong việc điều khiển động cơ. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển và mở rộng ứng dụng của bộ nghịch lưu trong các lĩnh vực khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển thêm các cấu trúc bộ nghịch lưu mới cũng là một hướng đi tiềm năng trong tương lai.