BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HỒNG ÁNH NGHIÊN CỨU BỘ CHỈNH LƯU BA PHA CASCADE 5 BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 0 4 4 4 4 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HỒNG ÁNH NGHIÊN CỨU BỘ CHỈNH LƯU BA PHA CASCADE 5 BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HỒNG ÁNH NGHIÊN CỨU BỘ CHỈNH LƯU BA PHA CASCADE 5 BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp.
Hồ Chí Minh, năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Thị Hồng Ánh Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 15/04/1975 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giảng viên trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng. Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 931-937 Trần Hƣng Đạo, phƣờng 1, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: Điện thoại DĐ: 0918588167 Fax: E-mail: ngohoanghong2004@gmail.
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/1994 đến 2/1999 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 3/2011 đến 3/2013 Nơi học(trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện tử Tên luận văn: NGHIÊN CỨU BỘ CHỈNH LƢU BA PHA CASCADE 5 BẬC i Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 4 năm 2014, tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. Tiến sĩ Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 10/1999 đến Trƣờng Cao đẳng kỹ thuật Cao - Giảng dạy nay Thắng XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 13 tháng 11 năm 2014 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên Nguyễn Thị Hồng Ánh ii 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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 2 năm 2014 Nguyễn Thị Hồng Ánh iii LỜI CẢM TẠ Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. Nguyễn Văn Nhờ, giảng viên hƣớng dẫn em th ực hiện luận văn, đã ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i và hƣớng dẫn tâ ̣n tiǹ h, định hƣớng và nhắc nhở kịp thời trong thời gian qua để em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu để hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm để em triển khai đề tài trong suốt thời gian qua. Tôi chân thành cảm ơn các anh em trong phòng thí nghiê ̣m , bạn bè trong lớp đã cùng nghiên cƣ́u và giúp đỡ tôi nhiề u trong quá trin ̀ h thƣ̣c hiê ̣n đề tài. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 2 năm 2014 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Hồng Ánh iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện kỹ thuật điều chế độ rộng xung để điều khiển bộ nguồn AC/DC 3 pha dạng Cascade 5 bậc. Kỹ thuật điều chế PWM sử dụng đƣợc hỗ trợ bởi phần mềm MATLAB nhằm kiểm tra các trạng thái hoạt động, đƣợc thực hiện đối với tải R.
Với cấu trúc Cascade 5 bậc này sẽ làm cho hệ số công suất gần bằng một, chất lƣợng dòng điện nguồn đƣợc cải thiện, điện áp trên mỗi linh kiện chuyển mạch giảm so với cấu trúc thơng thƣờng, tăng công suất cho mạch. Việc điều khiển chuyển đổi năng lƣợng AC/DC và cân bằng điện áp trên 2 tụ DC đã đƣợc thực hiện. Phƣơng pháp sử dụng sóng mang thực hiện đơn giản. Phƣơng pháp này chỉ đƣợc thực hiện mô phỏng dùng phần mềm MATLAB, làm nền tảng để nghiên cức và thực hiện trên thực tế.
ABSTRACT This thesis presents PWM method to control Three phases AC/DC Power supply (5 level Cascade structure). PWM method used in this article is supported by MATLAB software to check the operating states, was tested with resistance load. Using 5 level Cascade structure makes the Power factor reach the unit, the output current quality is improved, switching elements voltages is lower than popular structure and the power of system is larger and THD is lower 6. The controlling of AC/DC converter and balance the voltages of DC capacitors was mentioned in this thesis.
Method was done simplier when using carier wave. It was modulated using MATLAB software, that was base method to study in fact. v MỤC LỤC Trang tựa Trang QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN.
iii LỜI CẢM TẠ. iv TÓM TẮT LUẬN VĂN. vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. ix DANH SÁCH CÁC HÌNH .x DANH SÁCH CÁC BẢNG.
xiii CHƢƠNG 1 .1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả trong và ngoài nƣớc 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .2 Mục đích của đề tài nghiên cứu .3 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài .4 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Tổng quan về bộ chỉnh lƣu .2 Các cấu trúc chỉnh lƣu ba pha .2 Các phƣơng pháp điều khiển .1 Kỹ thuật điều chế theo dòng điện đặt (Hysteresis current control) .2 Kỹ thuật điều chế Delta-Sigma .3 Kỹ thuật điều chế sóng mang (CPWM) .3 Mạch chỉnh lƣu cầu một pha .1 Sơ đồ mạch chỉnh lƣu cầu một pha .2 Nguyên lý làm việc .3 Phƣơng pháp điều khiển: .4 Phân tích thành phần hài .4 Mạch chỉnh lƣu ba pha có điều khiển: .2 Các chế độ hoạt động: .3 Phƣơng trình toán học của mạch chỉnh lƣu ba pha: .4 Phƣơng pháp điều khiển theo ngõ vào có ba loại .5 Mạch chỉnh lƣu ba pha cascade năm bậc .1 Sơ đồ khối của mạch .3 Hoạt động của mạch: .4 Mô hình toán học: .5 Thiết kế bộ điều khiển: .41 MÔ PHỎNG MẠCH VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .1 Mô phỏng mạch chỉnh lƣu ba pha cascade năm bậc: .1 Sơ đồ mô phỏng của bộ chỉnh lƣu: .2 Sơ đồ Thiết lập thông số cho các khối: .2 Sơ đồ điều khiển dùng phƣơng pháp dòng điện đặt:.1 Mô hình mô phỏng khối điều khiển:.2 Thực hiện mô phỏng dùng phƣơng pháp dòng điện đặt .3 Sơ đồ điều khiển dùng phƣơng pháp điều chế sóng mang: .1 Mô hình mô phỏng khối điều khiển:.2 Thực hiện mô phỏng: .4 Thực hiện mô phỏng ở chế độ xác lập dùng phƣơng pháp dòng điện đặt và phƣơng pháp sóng mang .1 Phƣơng pháp dòng điện đặt .2 Phƣơng pháp sóng mang .5 Mô phỏng với nguồn 200V và 240V ta thu đƣợc bảng kết quả sau.6 Mô phỏng ở chế độ quá độ dùng phƣơng pháp dòng điện đặt và phƣơng pháp sóng mang.1 Phƣơng pháp dòng điện đặt .2 Phƣơng pháp điều chế sóng mang .71 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .2 Hƣớng phát triển đề tài .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Current DC Direct Current ADC Analog-to-Digital Converter I/O Input/Output IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor PI Proportional-Integral PWM Pulse Width Modulation SPWM Sine Wave Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion PFC Power-Factor Correction CPWM Carrier Based Pulse Width Modulation PLL Phase-Locked Loop PD Phase Dispostion APOD Alternative Phase Opposition Disposition GTO Gate Turn Of Switch IGCT Integrated Gate Commutated Thyristor ZCI Zero Current Injection SRF Synchronous Reference Frame CHB Cascade H-Bridge ix DANH SÁCH CÁC HÌNH CHƢƠNG 1.1 Các dạng mạch chỉnh lƣu .2 Mạch chỉnh lƣu loại NPC ba pha ba bậc .3 Mạch chỉnh lƣu cascade ba pha 5 bậc .4 Sơ đồ khối của kỹ thuật điều chế dòng điện đặt .5 Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế dòng điện đặt .6 Sơ đồ khối của kỹ thuật điều chế Delta-sigma .7 Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế dòng điện đặt .8 Sơ đồ của kỹ thuật điều chế CPWM .9 Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế CPWM .10 Nguyên lý xuất xung kích của kỹ thuật điều chế SPWM .11 Sóng mang dạng PD .12 Sóng mang dạng APOD .13 Sóng mang dạng APOD .14 Sơ đồ mạch chỉnh lƣu cầu một pha. Sơ đồ hoạt động khi chuyển mạch các IGBT. Phƣơng pháp điều khiển mạch chỉnh lƣu cầu. Sơ đồ mạch chỉnh lƣu cầu ba pha dùng IGBT .18 Đồ thị ba pha hoạt động ở 4 chế độ .19 Dạng sóng một chiều trên tải .20 Điện áp tham chiếu cực đại của điều chế PWM.
Sơ đồ điều khiển dòng. Sơ đồ điều khiển vector không gian .24 Sơ đồ khối mạch cỉnh lƣu ba pha Cascade 5 bậc .25 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu ba pha cascade 5 bậc. Sơ đồ mạch pha A của bộ chỉnh lƣu ba pha 5 bậc. Sơ đồ chuyển mạch tƣơng đƣơng.
Sơ đồ điều khiển vòng kín. Sơ đồ điều khiển toàn mạch .1 Sơ đồ mô phỏng mạch chỉnh lƣu ba pha Cascade 5 bậc. Sơ đồ mạch nguồn và thông số cài đặt .3 Cuộn dây và các thông số cài đặt. Sơ đồ bố trí tải.
Sơ đồ mạch công suất pha A và cửa sổ thông số tụ. Sơ đồ khối mạch điều khiển ba pha .7 Khối tạo sin chuẩn và dịch pha(Khối PLL) .8 Sơ đồ mạch khối hiển thị .9 Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển .10 Sơ đồ kết nối dây khối điều khiển .11 Dạng sóng điện áp ngõ vào chỉnh lƣu .12 Phân tích độ méo dạng dòng điện ngõ vào .13 Dạng sóng điện áp DC trên tải và độ nhấp nhô. Khối điều khiển dùng sóng mang .16 Mô hình khối Driver. Dạng sóng điện áp pha ngõ vào bộ chỉnh lƣu của pha A có dạng 5 bậc.
