Luận văn Kỹ thuật PWM sóng mang cho nghịch lưu đa bậc lai

aùp ngoõ ra. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 51/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Hình 4.11:Ñieän aùp nguoàn Vn theo soá baäc ñieän aùp 4.2.5 Cell caàu H trong nghòch löu ña baäc lai Nhö moâ taû ôû treân, cell coâng suaát lôùn nhaát khoâng cung caáp coâng suaát cho taûi lôùn hôn caàn thieát taûi, trong tröôøng hôïp nguoàn DC ñöôïc choïn thích hôïp. Treân cô sôû ñoù, soá cell ñöôïc choïn coù theå ñöôïc ñònh nghóa laø giaù trò toái giaûn soá cell maø noù coù theå toång hôïp ñieän aùp ngoõ ra vôùi soá baäc ñieän aùp mong muoán. Ngay vôùi moät cell coù Vdc nhoû hôn cung caáp nhieàu coâng suaát hôn caàn thieát vaán ñeà naøy chæ xuaát hieän ôû nhöõng giaù trò thaáp cuûa chæ soá ñieàu cheá ma vaø giaù trò naøy seõ khoâng yù nghóa neáu ñöôïc so saùnh vôùi coâng suaát aûo ñöôïc cung caáp bôûi cell coâng suaát lôùn nhaát. Soá baäc ñieän aùp (m) N gu oàn ñ ie än aùp V n( p. u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 52/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Xem xeùt taát caû caùc nguoàn DC, ngoaïi tröø Vdc cuûa cell Coâng suaát lôùn nhaát. Giaù trò ñaït ñöôïc töø (4.9) ñeå ñaït soá cell nhoû nhaát khi toång cuûa caùc Vdc cuûa caùc cell naøy cho bôûi: 21 3 − − = nnσ (4.45) Ta coù: 1−+= nnn V σσ ⇒ 23 −+= nnn Vσ ⇔ 23 −=− nnn Vσ ⇔ 2)(log3 −=− nVnnσ ⇔ ) 2 1(log2 3 nV mn −−+= (4.46) Vì soá cell n cuûa boä nghòch löu laø toái giaûn theo giaù trò nV ñöôïc choïn neân n ñöôïc tính theo coâng thöùc laøm troøn sau: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−+= nVmceiln 2 1log2 3 (4.47) ÔÛ ñaây ceil[…] laø haøm laøm troøn vôùi giaù trò nguyeân lôùn hôn, gaàn ngay giaù trò cuûa bieán trong haøm. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 53/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 Hình 4.12: Soá cell caàu H theo soá baäc ñieän aùp Hình 4.12 moâ taû soá cell caàu H theo soá baäc ñieän aùp cuûa boä nghòch löu lai. Vôùi soá cell naøy, noù coù theå taïo ra soá baäc ñieän aùp mong muoán ñeå cell coâng suaát lôùn nhaát khoâng cung caáp coâng suaát lôùn hôn coâng suaát ngoõ ra moät pha. Hôn nöõa, noù coù theå taïo ñöôïc ñieän aùp ngoõ ra theo thöù töï caùc baäc lieân tuïc. 4.2.6 Ñieän aùp nguoàn DC caùc cell coâng suaát khaùc Caùc cell caàu H coù ñieän aùp thaáp ( 11 −→ nVV ) coù theå cung caáp vöôït quaù coâng suaát caàn thieát cuûa noù, phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn ñieän aùp DC ñöôïc thieát keá treân noù. Tuy nhieân, nguoàn DC caùc cell coâng suaát cao hôn phaûi ñöôïc thieát keát hôïp lyù, ñeå haïn cheá caùc cell coâng suaát thaáp hôn cung caáp vöôït quaù coâng suaát caàn thieát hay giaûm thieåu khaû naêng vöôït giôùi haïn. Soá baäc ñieän aùp (m) So á c el l c aàu H LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 54/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Vôùi kieåu ñieàu cheá lai ñaõ trình baøy, ñieän aùp cell coù coâng suaát lôùn nhaát ñöôïc choïn theo (4.40). Maëc duø, noù khoâng cung caáp coâng suaát vöôït qua giaù trò ñieän aùp pha ngoõ ra. Nhöng ñoái vôùi cell coâng suaát thaáp hôn cuõng coù theå xaûy ra tröôøng hôïp ñoù ñoái vaøi chæ soá ñieàu cheá. Vì theá, ñieän aùp cell thöù j cuõng phaûi thoõa maõn: ∑− = = 1 12 j k kj VV π (4.48) Hôn nöõa, nguoàn DC cuûa cell nhoû hôn ñöôïc choïn töø (4.9), thì: 23 2 2 −+= jj πσ (4.49) Maët khaùc, jσ coù theå ñöôïc cho bôûi: ∑ += −= n ji inj V 1 σσ (4.50) Ta coù theå ñöa ra nhaän xeùt raèng, neáu toång jσ trong coâng thöùc (4.50) nhoû hôn hoaëc baèng jσ trong coâng thöùc (4.49) thì cell thöù j khoâng caàn thieát ñeå cung caáp nhieàu hôn coâng suaát caàn thieát. Tuy nhieân, neáu toång jσ trong coâng thöùc (4.50) lôùn jσ trong coâng thöùc (4.49) thì cell thöù j caàn thieát ñeå cung caáp nhieàu hôn coâng suaát caàn thieát cuûa taûi. Do ñoù, nguoàn DC cuûa cell thöù j xaùc ñònh bôûi coâng thöùc: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ −>⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+ −≤⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+= − +=+= − +=+= ∑∑ ∑∑ 2 11 2 11 3. 2 2)( 2 3. 2 2)( 2 j n ji in n ji in j n ji in n ji in j VifVceil VifVfloor V πααπ π πααπ π (4.51) Hình 4.13 giôùi thieäu giaù trò nguoàn DC cuûa moãi cell caàu H, ñaït ñöôïc töø coâng thöùc (4.51), vôùi soá baäc ñieän aùp m≤59. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 55/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Hình 4.13: Nguoàn ñieän aùp jV cuûa caùc cell caàu H Soá baäc ñieän aùp (m) N gu oàn ñ ie än aùp D C c uûa ca ùc ce ll ca àu H (p .u ) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 56/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Chöông 5 KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG 5.1 MOÂ PHOÛNG NGHÒCH LÖU LAI VÔÙI PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ KHAÙC NHAU Trong phaàn naøy ta trình baøy caùc keát quaû moâ phoûng nghòch löu ña baäc lai baèng phaàn meàm PSIM. PSIM laø phaàn meàm moâ phoûng ñaõ ñöôïc duøng trong caùc phoøng thí nghieäm cuõng nhö thöïc tieãn trong suoát möôøi naêm qua[3]. Caùc thoâng soá moâ phoûng goàm: Soá baäc: m=25; Soá cell caàu H: n=4 Ñieän aùp aùc cell: V4=7p.u, V3=3p.u, V2=1p.u, V1=1p.u Caùc möùc so saùnh: 4ψ =5p.u, 3ψ =2p.u, 2ψ =1p.u Soùng mang tam giaùc: bieân ñoä: 1p.u, r s f f fm = =101 Taûi ba pha ñaáu sao: L=0.02H, R=1Ohm. Chæ soá ñieàu cheá : ma=0.866 Sô ñoà maïch thieát keá treân PSIM ñöôïc trình baøy trong phaàn phuï luïc 3. Caùc phöông phaùp khaûo saùt: - Phöông phaùp ñieàu cheá ñoä roäâng xung sin (SPWM) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá vector khoâng gian duøng soùng mang vôùi common-mode cöïc tieåu (SVPWMmin) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 57/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá vector khoâng gian duøng soùng mang vôùi common-mode trung bình (SVPWMmid) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá Discontinuous duøng soùng mang vôùi common-mode cöïc tieåu (DPWMmin) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá Discontinuous duøng soùng mang vôùi common-mode trung bình (DPWMmid). 5.1.1 Phöông phaùp SPWM Soá chuyeån maïch treân trong moät chu kyø: Ncell4=1, Ncell3=3, Ncell2=9, Ncell1=54. Hình 5.1: Soùng ñieàu cheá cho pha A (p.u) Hình 5.2: Ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 58/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.3: Phaân tích Fourier ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.4: Ñieän aùp pha A (p.u)-Taâm nguoàn DC Hình 5.5: Phaân tích Fourier ñieän aùp pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 59/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.6: Ñoà thò THD ñieän aùp pha A Hình 5.7: Ñieän aùp daây Vab(t) (p.u) Hình 5.8: Phaân tích Fourier ñieän aùp daây Vab (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 60/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.9: Ñoà thò THD ñieän aùp daây Vab Hình 5.10: Ñieän aùp CM (V0) Hình 5.11: Doøng ñieän pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 61/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.12: Doøng ñieän pha B (p.u) Hình 5.13: Doøng ñieän pha C (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 62/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.1.2 Phöông phaùp Discontinuous PWM vôùi Common mode trung bình (DPWM_CMmid) Soá chuyeån maïch treân trong moät chu kyø: Ncell4=1, Ncell3=3, Ncell2=8, Ncell1=70 Hình 5.14: Soùng ñieàu cheá cho pha A (p.u) Hình 5.15: Ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 63/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.16: Phaân tích Fourier ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.17: Ñieän aùp pha A (p.u)-Taâm nguoàn DC Hình 5.18: Phaân tích Fourier ñieän aùp pha A (p.u) Hình 5.19: Ñoà thò THD ñieän aùp pha A LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 64/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.20: Ñieän aùp daây Vab(t) (p.u) Hình 5.21: Phaân tích Fourier ñieän aùp daây Vab (p.u) Hình 5.22: Ñoà thò THD ñieän aùp daây Vab LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 65/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.23: Ñieän aùp CM (V0) Hình 5.24: Doøng ñieän pha A (p.u) Hình 5.25: Doøng ñieän pha B (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 66/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.26: Doøng ñieän pha C (p.u) 5.1.3 Phöông phaùp Discontinuous PWM vôùi Common mode cöïc tieåu (DPWM_CMmin) Soá chuyeån maïch treân trong moät chu kyø: Ncell4=1, Ncell3=3, Ncell2=9, Ncell1=44 Hình 5.27: Soùng ñieàu cheá cho pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 67/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.28: Ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.29: Phaân tích Fourier ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.30: Ñieän aùp pha A (p.u)-Taâm nguoàn DC LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 68/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.31: Phaân tích Fourier ñieän aùp pha A (p.u) Hình 5.32: Ñoà thò THD ñieän aùp pha A Hình 5.33: Ñieän aùp daây Vab(t) (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 69/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.34: Phaân tích Fourier ñieän aùp daây Vab (p.u) Hình 5.35: Ñoà thò THD ñieän aùp daây Vab Hình 5.36: Ñieän aùp CM (V0) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 70/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.37: Doøng ñieän pha A (p.u) Hình 5.38: Doøng ñieän pha B (p.u) Hình 5.39: Doøng ñieän pha C (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 71/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.1.4 Phöông phaùp SVPWM vôùi Common mode trung bình (SVPWM_CMmid) Soá chuyeån maïch treân trong moät chu kyø: Ncell4=1, Ncell3=4, Ncell2=9, Ncell1=59. Hình 5.40: Soùng ñieàu cheá cho pha A (p.u) Hình 5.41: Ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 72/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.42: Phaân tích Fourier ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.43: Ñieän aùp pha A (p.u)-Taâm nguoàn DC Hình 5.44: Phaân tích Fourier ñieän aùp pha A (p.u) Hình 5.45: Ñoà thò THD ñieän aùp pha A LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 73/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.46: Ñieän aùp daây Vab(t) (p.u) Hình 5.47: Phaân tích Fourier ñieän aùp daây Vab (p.u) Hình 5.48: Ñoà thò THD ñieän aùp daây Vab LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 74/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.49: Ñieän aùp CM (V0) Hình 5.50: Doøng ñieän pha A (p.u) Hình 5.51: Doøng ñieän pha B (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 75/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.52: Doøng ñieän pha C (p.u) 5.1.5 Phöông phaùp SVPWM vôùi Common mode cöïc tieåu (SVPWM_CMmin) Soá chuyeån maïch treân trong moät chu kyø: Ncell4=1, Ncell3=3, Ncell2=9, Ncell1=61. Hình 5.53: Soùng ñieàu cheá cho pha A (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 76/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.54: Ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.55: Phaân tích Fourier ñieän aùp caùc cell pha A (p.u) Hình 5.56: Ñieän aùp pha A (p.u)-Taâm nguoàn DC LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 77/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.57: Phaân tích Fourier ñieän aùp pha A (p.u) Hình 5.58: Ñoà thò THD ñieän aùp pha A Hình 5.59: Ñieän aùp daây Vab(t) (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 78/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.60: Phaân tích Fourier ñieän aùp daây Vab (p.u) Hình 5.61: Ñoà thò THD ñieän aùp daây Vab Hình 5.62: Ñieän aùp CM (V0) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 79/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Hình 5.63: Doøng ñieän pha A (p.u) Hình 5.64: Doøng ñieän pha B (p.u) Hình 5.65: Doøng ñieän pha C (p.u) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 80/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.1.6 NHAÄN XEÙT - Theo keát quaû moâ phoûng ta thaáy raèng, ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän ñoái vôùi caùc phöông phaùp ñieàu cheá khi ma=0.866 laø: SPWM SVPWMmid SVPWMmin DPWMmid DPWMmin THD_VaN(%) 4.893 20.83 0 5.380 20.900 4.992 THD_Vab(%) 3.770 3.924 4.336 4.753 3.700 Baûng 5.1: ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp Theo keát quaû trong hình 4.3 hoïa taàn ñieän aùp ñoái vôùi nghòch löu 25 baäc khoaûng 4%. Vôùi keát quaû nhaän ñöôïc nhö treân, thì boä nghòch löu trình baøy trong luaän vaên cho keát quaû thuaän lôïi hôn. Thuaän lôïi ôû ñaây laø, hoïa taàn ñaït bôûi phöông phaùp ñieàu khieån DPWMmin laø 3.7% nhoû hôn 3.77 cuûa phöông phaùp SPWM thoâng thöôøng. 5.2 KEÁT QUAÛ KHAÛO SAÙT Tuy nhieân ñeå coù keát quaû ñaùnh giaù toång theå moãi phöông phaùp. Phaàn naøy trình baøy keát quaû khaûo saùt khi chæ soá ñieàu cheá thay ñoåi. Vôùi thoâng soá quan taâm nhö sau: - Ñoä meùo daïng ñieän aùp pha: THD_VaN - Ñoä meùo daïng ñieän aùp daây: THD_Vab - Phaân boá coâng suaát treân caùc cell ñoái vôùi caùc phöông phaùp khaûo saùt. - Soá laàn chuyeån maïch cuûa linh kieän treân caùc cuûa boä nghòch löu. Thoâng soá moâ phoûng nhö trong phaàn 5.1 goàm: Soá baäc: m=25; Soá cell caàu H: n=4 Ñieän aùp aùc cell: V4=7p.u, V3=3p.u, V2=1p.u, V1=1p.u Caùc möùc so saùnh: 4ψ =5p.u, 3ψ =2p.u, 2ψ =1p.u Soùng mang tam giaùc: bieân ñoä: 1p.u, r s f f fm = =101 LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 81/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Taûi ba pha ñaáu sao: L=0.02H, R=1Ohm. Chæ soá ñieàu cheá : ma=0.01 ñeán 0.866 ñoái vôùi phöông phaùp SPWM ma=0.01 ñeán 1.1 ñoái vôùi 4 phöông phaùp coøn laïi Caùc phöông phaùp khaûo saùt: - Phöông phaùp ñieàu cheá ñoä roäâng xung sin (SPWM) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá vector khoâng gian duøng soùng mang vôùi common-mode cöïc tieåu (SVPWMmin) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá vector khoâng gian duøng soùng mang vôùi common-mode trung bình (SVPWMmid) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá Discontinuous duøng soùng mang vôùi common-mode cöïc tieåu (DPWMmin) - Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá Discontinuous duøng soùng mang vôùi common-mode trung bình (DPWMmid). Keát quaû nhaän ñöôïc thoâng qua baûng döõ lieäu ôû phuï luïc 2. Phaàn keá tieáp chæ trình baøy caùc ñoä thò coù ñöôïc töø baûng soál lieäu khaûo saùt. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 82/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.2.1 Ñoä meùo daïng hoïa taàn Phaàn naøy giôùi thieäu caùc ñoà thò khaûo saùt veà ñoän meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp pha, daây. 0 50 100 150 200 250 300 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Hình 5.66a: Ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp pha VaN TH D (% ) DPWM_CMmid Chæ soá ñieàu cheá am SPWM SVPWM_CMmid SVPWM_CMmin DPWM_CMmin LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 83/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0 20 40 60 80 100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Hình 5.66b: Ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp pha VaN Nhaän xeùt chung veà ñoä meùo daïng ñieän aùp pha VaN: - Phöông phaùp DPWM_CMmin coù ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp thaáp nhaát. Chæ soá ñieàu cheá am DPWM_CMmid SVPWM_CMmid SVPWM_CMmin SPWM DPWM_CMmin TH D (% ) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 84/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC - Keá ñeán, theo thöù töï phöông phaùp SPWM, SVPWM_CMmin coù ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp thaáp hôn hai phöông phaùp coøn laïi. - Tuøy theo chæ ñieàu cheá maø phöông phaùp SVPWM_CMmid toát hôn phöông phaùp DPWM_CMmid hay ngöôïc laïi. Nhìn chung, phöông phaùp SVPWM vôùi CM trung bình cho keát quaû oån ñònh vaø toát hôn phöông phaùp DPWM_CMmid. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.67a: Ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp daây Vab Chæ soá ñieàu cheá am TH D (% ) SPWM ` SVPWM_CMmin DPWM_CMmin DPWM_CMmid LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 85/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0 10 20 30 40 50 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.67b: Ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp daây Vab Nhaän xeùt chung veà ñoä meùo daïng ñieän aùp pha Vab: Chæ soá ñieàu cheá am TH D (% ) SPWM SVPWM_CMmid SVPWM_CMmin DPWM_CMmin DPWM_CMmid LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 86/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC - Phöông phaùp DPWM_CMmin coù ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp thaáp nhaát. - Keá ñeán, theo thöù töï phöông phaùp SPWM, SVPWM_CMmin coù ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp thaáp hôn hai phöông phaùp coøn laïi. - Tuøy theo chæ ñieàu cheá maø phöông phaùp SVPWM_CMmid toát hôn phöông phaùp DPWM_CMmid hay ngöôïc laïi. Nhìn chung, phöông phaùp SVPWM vôùi CM trung bình cho keát quaû oån ñònh vaø toát hôn phöông phaùp DPWM_CMmid. 5.2.2 Toån hao chuyeån maïch Theo soá lieäu khaûo ngoaïi tröø cell coù coâng suaát thaáp nhaát(Ncell1), caùc cell coøn laïi coù soá chuyeån maïch vôùi caùc phöông phaùp ñieàu cheá töông ñöông nhau. Vì theá, toån hao chuyeån maïch chæ caàn quan taâm ñeán giaù trò Ncell1. 0 20 40 60 80 100 120 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.67: Soá laàn chuyeån maïch cell 1 theo chæ soá ñieàu cheá (Ncell1) Chæ soá ñieàu cheá am So á la àn ch uy eån m aïc h ce ll 1( M ce ll1 ) SPWM SVPWM_CMmid SVPWM_CMmin DPWM_CMmin DPWM_CMmid LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 87/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Nhaän xeùt: - Phöông phaùp DPWM_CMmin cho soá laàn chuyeån maïch treân linh kieän ít nhaát trong taát caû caùc vuøng chæ soá ñieàu cheá. - Tieáp theo, vôùi thöù töï taêng daàn soá chuyeån maïch laø caùc phöông phaùp: SPWM, SVPWM_CMmid, SVPWM_CMmin. - Cuoái cuøng phöông phaùp DPWM_CMmid cho soá chuyeån maïch khoâng oån ñònh vaø nhieàu nhaát. 5.2.3 Phaân boá coâng suaát trong boä nghòch löu lai 5.2.3.1 Phöông phaùp SPWM 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Hình 5.68: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp SPWM max1 1 S Sn Chæ soá ñieàu cheá ma Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 21S11 S LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 88/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Vôùi: Sn1 coâng suaát haøi cô baûn ngoõ ra cell thöù n (n=1,2,3,4) S1max coâng suaát haøi cô baûn cell thöù coâng suaát lôùn nhaát (n=4) khi chæ soá ñieàu cheá ma=0.866. Nhaän xeùt: Coâng suaát phaân boá treân caùc cell khoâng tæ leä vôùi ñieän aùp DC cuûa chuùng. Tuy nhieân, cell coâng suaát lôùn nhaáât cuõng nhö caùc cell coâng suaát khaùc khoâng cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra. Ñieàu naøy phuø hôïp vôùi thieát keá trong luaän vaên. 5.2.3.2 Phöông phaùp SVPWM_CMmin 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.69a: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp SVPWM_CMmin max1 1 S Sn Chæ soá ñieàu cheá ma Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 89/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.69b: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp SVPWM_CMmin Nhaän xeùt: Coâng suaát phaân boá treân caùc cell khoâng tæ leä vôùi ñieän aùp DC cuûa chuùng. Tuy nhieân, cell coâng suaát lôùn nhaáât cuõng nhö caùc cell coâng suaát khaùc khoâng cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra. Ñieàu naøy phuø hôïp vôùi thieát keá trong luaän vaên. Maëc duø phöông phaùp thieát keá döïa treân tín hieäu ñieàu cheá daïng soùng sin. max1 1 S Sn Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S Chæ soá ñieàu cheá ma LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 90/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.2.3.3 Phöông phaùp DPWM_CMmin -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.70a: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp DPWM_CMmin max1 1 S Sn Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S Chæ soá ñieàu cheá ma LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 91/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.70b: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp DPWM_CMmin Nhaän xeùt: Cell coâng suaát lôùn nhaáât khoâng cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra. Tuy nhieân taïi chæ soá ñieàu cheá töø 0.19 ñeán 0.25 cell thöù ba cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra vì theá cell thöù nhaát phaûi cung caáp coâng suaát aâm( 0.8% S1max). Tuy nhieân, löôïng coâng suaát naøy khoâng lôùn neân coù theå bôû qua toån hao do noù gaây ra. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích, laø vì phöông phaùp thieát keá döïa treân tín hieäu ñieàu cheá daïng soùng sin. Neân khi söû duïng daïng soùng ñieàu cheá cuûa phöông phaùp DPWM_CMmin cso moät vaøi chæ soá ñieàu cheá khoâng thoõa maõn. max1 1 S Sn Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S Chæ soá ñieàu cheá ma LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 92/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.2.3.4 Phöông phaùp SVPWM_CMmid -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.71: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp SVPWM_CMmid max1 1 S Sn Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S Chæ soá ñieàu cheá ma LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 93/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Nhaän xeùt: Cell coâng suaát lôùn nhaáât cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra ôû chæ soá ñieàu cheá töø 0.46-0.58 vôùi giaù trò lôùn nhaát chieám 3.4%. Ngoaøi ra taïi chæ soá ñieàu cheá 0.18-0.25 cell thöù ba cuõng cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra vôùi giaù trò lôùn nhaát chieám 10%. Vì theá caùc cell thöù nhaát vaø thöù 2 phaûi cung caáp coâng suaát aâm ñeåâ ñaûm baûo coâng suaát ngoõ ra ñuùng yeâu caàu cuûa taûi. 5.2.3.5 Phöông phaùp DPWM_CMmid -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Hình 5.72: Coâng suaát cô baûn treân moãi cell vôùi phöông phaùp DPWM_CMmid max1 1 S Sn Coâng suaát haøi cô baûn ñieän aùp pha ngoõ ra 41S 31S 11S 21S Chæ soá ñieàu cheá ma LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 94/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Nhaän xeùt: Cell coâng suaát lôùn nhaáât cung caáp quaù coâng suaát ngoõ ra ôû chæ soá ñieàu cheá töø 0.46-0.58 vôùi giaù trò lôùn nhaát chieám 2.84%. Vì theá, caùc cell thöù nhaát vaø thöù 2 phaûi cung caáp coâng suaát aâm ñeåâ ñaûm baûo coâng suaát ngoõ ra ñuùng yeâu caàu cuûa taûi. 5.3 KEÁT LUAÄN Luaän vaên ñaõ giôùi thieäu, phaân tích phöông phaùp thieát keá nghòch löu ña baäc lai. No chæ roõ caùch xaùc ñònh caùc thoâng soá: giaù trò ñieän aùp caùc cell jV , soá cell caàu H n, caùc möùc so saùnh jψ ñeå ñaït ñöôïc soá baäc ñieän aùp lôùn. Ñoàng thôøi caùc cell coâng suaát, ñaëc bieät laø coâng suaát lôùn nhaát khoâng cung caáp coâng suaát vöôït coâng suaát ngoõ ra hay giaûm thieåu giaù trò naøy. Ñieàu ñoù laøm taêng hieäu suaát treân toaøn heä thoáng. Maët khaùc, ñoä meùo daïng hoïa taàn ñieän aùp cuõng töông ñöông vôùi caùc nghòch löu ña baäc khaùc. Do ñoù, vieäc öùng duïng nghòch löu lai vaøo thöïc tieån laø ñieàu caàn ñöôïc xem xeùt. Ñaëc bieät, vôùi phöông phaùp ñieàu khieån DPWM_CMmin cho keát quaû thuaän lôïi. Ngoaøi ñoä meùo daïng, thì toån thaát chuyeån maïch vaø phaân boá coâng suaát ñeàu cho keát quaû haún hôn caùc phöông phaùp khaùc. Hôn nöõa, so vôùi phöông phaùp ñieàu khieån SPWM thoâng thöôøng, phöông phaùp ñieàu khieån naøy coù thuaän lôïi hôn trong vieäc môû roäng chæ soá ñieàu cheá: - Cho pheùp ñieàu khieån ñieän aùp haøi baäc moät tuyeán tính trong vuøng chæ soá ñieàu töø 0.866 ñeán 1. - Cho pheùp ñieàu khieån ñieän aùp haøi baäc moät trong vuøng quaù ñieàu cheá ñeán 1.1. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 95/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Caùc phöông phaùp: DPWM_CMmid, SVPWM_CMmin, SVPWM_CMmid coù moät soá thuaän lôïi veà ñoä meùo daïng vaø chuyyeån maïch ít ôû moät soá vuøng ñieàu cheá. Vì theá khi söû duïng coù theå ñieàu khieån linh ñoäng ñeå taän duïng caùc öu ñieåm naøy. Cuoái cuøng, phöông phaùp ñeà nghò öùng duïng ñieàu khieån DPWM_CMmin vaøo nghòch löu lai. Vì noù coù nhieàu öu ñieåm nhö: ñieän aùp ngoõ ra coù ñoä meùo daïng hoïa taàn nhoû, toån thaát chuyeån maïch thaáp, coù theå hoaït ñoäng ôû vuøng quaù ñieàu cheá ñeán chæ soá ñieàu cheá 1.1. Ñaëc bieät, neáu laø taûi ñoäng cô thì noù raát thuaän lôïi trong vieäc taän duïng khaû naêng quaù ñieàu cheá trong quaù trình quaù ñoä. Ñeå giuùp quaù trình khôûi ñoäng maïnh meõ cuõng nhö trong moät soá tröôøng hôïp quaù taûi. Vì theá, coù theå taän duïng heát khaû naêng cuûa linh kieän coâng suaát. 5.4 HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN CUÛA ÑEÀ TAØI Theo phöông phaùp thieát keá boä nghòch löu lai coâng suaát phaân boá treân caùc cell khoâng tæ leä vôùi ñieän aùp treân caùc cell ñoù. Moät höôùng phaùt trieån ñeà taøi laø phaân chia coâng suaát theo moät tæ leä hôïp lyù ñònh tröôùc. Sau ñoù, tính toaùn caùc giaù trò möùc so saùnh jψ (j=1,2,..,n) trong vuøng giôùi haïn(4.16) theo coâng thöùc 4.31 ñeán 4.35. Sau ñoù trong quaù trình ñieàu khieån, tuøy theo chæ soá ñieàu cheá maø ñaët giaù trò jψ töông öùng. Tuy nhieân, vôùi phöông phaùp ñieàu khieån DPWM CMmin ta caàn phaûi tìm hieåu kyõ daïng soùng ñieàu cheá cuûa noù thì môùi coù theå giaûi quyeát vaán ñeà neâu treân. Ñoàng thôøi coù theå giaûi quyeát trieät ñeå vaán ñeà caùc cell coâng suaát cung caáp quaù nhu caàu ngoõ ra. Vì daïng soùng ñieàu cheá cuûa DPWM CMmin phöùc taïp vaø khoù giaûi baèng caùc phöông trình giaûi tích. Ví theá, ta coù theå phaûi söû duïng coâng cuï phaàn meàm maùy tính ñeå hoå trôï. Moät höôùng phaùt trieån thöù hai laø ta coù theå tính toaùn caùc giaù trò möùc so saùnh jψ ñeå caùc cell caàu H khoâng phaûi cung caáp coâng suaát aâm trong baát kyø chæ soá ñieàu cheá LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 96/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC naøo. Coù nghóa laø, nguoàn DC caùc cell luoân cung caáp coâng suaát döông. Vôùi kieåu naøy thì nguoàn cung caáp DC cho caùc cell chæ cung caáp coâng suaát moät chieàu. Ñieàu naøy giuùp giaûm giaù thaønh thieát keá caùc nguoàn cung cho caùc cell. Ñeå dieãn taû yù töôûng naøy xin xem ñoà thò ñieän aùp caùc cell ñieän aùp trong hình 5.73. Ta thaáy coâng suaát ngoõ ra caùc cell luoân cuøng daáu nhau, ñieàu naøy giuùp taêng hieäu suaát cuûa boä nghòch löu. a) b) Hình 5.73: Daïng ñieän aùp theo phöông phaùp ñeà nghò höông phaùt trieån ñeà taøi thöù hai. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 97/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Taøi lieäu tham khaûo [1] Nguyeãn Vaên Nhôø “Ñieän Töû Coâng Suaát 1” Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp.HCM 2005 [2] Thomas A.Lipo “ Pulse Width Modulation For Power Converter” IEEE Series on Power Engineering, Mohamed E.El-Hawary, Series Editor. [3] Juan W.Dixon, Alberto Bretoùn, Felipe Ríos, “High Power Machine Drive, Based on Three-Stage Connection of “H” Converter, and Active Front End Rectifiers”. IEEE 2003. [4] Cassiano Rech, Hilton A.Grundling, Heùlio L.Hey, Humberto Pinheiro, Joseù R.Pinheiro, “A generalized Design Methodology for Hybrid Multilevel Inverters” IEEE 2002. [5] Cassiano Rech, Hilton A.Grundling, Heùlio L.Hey, Humberto Pinheiro, Joseù R.Pinheiro, “ Impact of hybrid multilevel modulation strategies on input and output harmonic performances” IEEE Transaction on power Electonic 2006. [6] Nguyen Van Nho “ Optimized Discontinuos PWWM Algorithm With Variable Load Power Factor For Multilevel Inverters” [7] Nguyen Van Nho , M.J.Youn, “A Comprehensive Study On SVPWM- Carrier Based PWWM Correlation In Multilevel Inverters”, IEE Proceedings- Electonic Power Applicatins, 2005 (In press) [8] Juan W.Dixon, Alberto Bretoùn, Felipe Ríos, “Multi-Stage Converters A New Technology for Traction drive systems”. [9] Madhav D. Manjrekar, Student Member,” Hybrid Multilevel Power Conversion System”, IEEE, Peter K. Steimer, Member, IEEE, and Thomas A. Lipo, Fellow, IEEE [10] Alian Chen, Lei Hu, and Xiangning He, Senior Member, “A Novel Cascaded Multilevel Inverter Topology”, IEEE College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, P.R. China. LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 98/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC [11] S. M. Ayob C. H. Yee N. D. Muhamad A. Jusoh, “A New Hybrid Multilevel Inverter Topology with Harmonics profile improvement”, Energy Conversion Departnent Faculty of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia 81310 UTM Skudai, Johor, MALAYSIA, IEEE PEDS 2005 LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 99/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Phuï Luïc 1 CAÙC CHÖÔNG TRÌNH VC6.0 CHO CAÙC KHOÁI DLL 1. Chöông trình xaây döïng haøm Active_signal duøng VC6.0: ****************************************** #include double sgn(double Fx); double Vrx1055(double Fx, double n); //Dung xac dinh Vrx,m trong vung qua dieu che double Vrx12m (double Vrx12m1, double Vrx12m2, double m1, double m2,double m); // dung xac dinh Vrx12m int double_int(double n); __declspec(dllexport) void simuser (t, delt, in, out) double t, delt; double *in, *out; // in[0]=n :so bac cua bien tan // in[1]=m :chi so dieu che // in[2]= goc phase // out[0]=vra12m // out[1]=vrb12m // out[2]=vrc12m { double m,gocpha,Fa,Fb,Fc; double Vra12m,Vrb12m,Vrc12m; int n; double const pi=3.1416; // Tinh cac gia tri gioi han cua vrx12m tai: m=0;m=1;m=1.055;m=1.1 m=in[1]; LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 100/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC n=double_int(in[0]); // luon la so le gocpha=in[2]; //Rad Fa= cos(gocpha); Fb= cos(gocpha-2*pi/3); Fc= cos(gocpha+2*pi/3); // Tinh cac gia tri gioi han if ( m==0 ) { Vra12m=0.0; Vrb12m=0.0; Vrc12m=0.0; } // if ( m==1.0 ) { Vra12m=(n-1)*Fa/sqrt(3); Vrb12m=(n-1)*Fb/sqrt(3); Vrc12m=(n-1)*Fc/sqrt(3); } // if ( m==1.055 ) { Vra12m=Vrx1055(Fa,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3; Vrb12m=Vrx1055(Fb,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3; Vrc12m=Vrx1055(Fc,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3; } // if ( m==1.1 ) { Vra12m=0.5*(n-1)*(sgn(Fa)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3); Vrb12m=0.5*(n-1)*(sgn(Fb)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3); Vrc12m=0.5*(n-1)*(sgn(Fc)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3); LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 101/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC } // Ket thuc tinh cac gia tri gioi han //************************************************************* **** // Tinh cac gia tri cua vrx12m tuong ung trong tung vung dieu khien if ((m>0)&&(m<1)) { Vra12m=Vrx12m(0.0,(n-1)*Fa/sqrt(3),0.0,1.0,m); Vrb12m=Vrx12m(0.0,(n-1)*Fb/sqrt(3),0.0,1.0,m); Vrc12m=Vrx12m(0.0,(n-1)*Fc/sqrt(3),0.0,1.0,m); } if ((m>1)&&(m<1.055)) { Vra12m=Vrx12m((n-1)*Fa/sqrt(3),Vrx1055(Fa,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,1.0,1.055,m); Vrb12m=Vrx12m((n-1)*Fb/sqrt(3),Vrx1055(Fb,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,1.0,1.055,m); Vrc12m=Vrx12m((n-1)*Fc/sqrt(3),Vrx1055(Fc,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,1.0,1.055,m); } if ((m>1.055)&&(m<1.1)) { Vra12m=Vrx12m(Vrx1055(Fa,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,0.5*(n- 1)*(sgn(Fa)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3),1.055,1.1,m); Vrb12m=Vrx12m(Vrx1055(Fb,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,0.5*(n- 1)*(sgn(Fb)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3),1.055,1.1,m); Vrc12m=Vrx12m(Vrx1055(Fc,n)- (Vrx1055(Fa,n)+Vrx1055(Fb,n)+Vrx1055(Fc,n))/3,0.5*(n- 1)*(sgn(Fc)-(sgn(Fa)+sgn(Fb)+sgn(Fc))/3),1.055,1.1,m); LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 102/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC } // Xuat ket qua out[0]=Vra12m; out[1]=Vrb12m; out[2]=Vrc12m; //test ham //out[0]=sgn(Fa); //out[1]=sgn(Fb); //out[2]=sgn(Fc); } //Ket thuc chuong trinh chinh //Ham sgn double sgn( double Fx ) { double ketqua; if( Fx > 0.0 ) ketqua= 1.0; if (Fx <0.0) ketqua= -1.0; if (Fx==0.0) ketqua=0.0; return (ketqua); } // double Vrx1055(double Fx, double n ) { double Pmin,r,ketqua; Pmin=-(n-1)/2; r=n-1; if (r*Fx>-Pmin) ketqua=-Pmin; LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 103/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC if (r*Fx<Pmin) ketqua=Pmin; if ((r*FxPmin)) ketqua= r*Fx; return (ketqua); } // double Vrx12m (double Vrx12m1, double Vrx12m2, double m1, double m2,double m) { double e,ketqua; e=(m-m1)/(m2-m1); ketqua=(1-e)*Vrx12m1+e*Vrx12m2; return(ketqua); } // int double_int(double n) { int a; if ((n>=-0.5) && (n<0.5)) a=0; if ((n>=0.5) && (n<1.5)) a=1; if ((n>=1.5) && (n<2.5)) a=2; if ((n>=2.5) && (n<3.5)) a=3; if ((n>=3.5) && (n<4.5)) a=4; if ((n>=4.5) && (n<5.5)) a=5; if ((n>=5.5) && (n<6.5)) a=6; if ((n>=6.5) && (n<7.5)) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 104/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC a=7; if ((n>=7.5) && (n<8.5)) a=8; if ((n>=8.5) && (n<9.5)) a=9; if ((n>=9.5) && (n<10.5)) a=10; if ((n>=10.5) && (n<11.5)) a=11; if ((n>=11.5) && (n<12.5)) a=12; if ((n>=12.5) && (n<13.5)) a=13; if ((n>=13.5) && (n<14.5)) a=14; if ((n>=14.5) && (n<15.5)) a=15; if ((n>=15.5) && (n<16.5)) a=16; if ((n>=16.5) && (n<=17.5)) a=17; if ((n>=17.5) && (n<18.5)) a=18; if ((n>=18.5) && (n<19.5)) a=19; if ((n>=19.5) && (n<20.5)) a=20; if ((n>=20.5) && (n<21.5)) a=21; if ((n>=21.5) && (n<22.5)) a=22; if ((n>=22.5) && (n<=23.4)) a=23; return(a); } LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 105/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC *************************************** 2 Chöông trình xaây döïng haøm Offset generator duøng VC6.0: ****************************************** #include double Max(double a,double b,double c); double Mid(double a,double b,double c); double Min(double a,double b,double c); int double_int(double n); __declspec(dllexport) void simuser (t, delt, in, out) double t, delt; double *in, *out; // in[0]=vra12m // in[1]=vrb12m // in[2]=vrc12m // in[3]=mod_vroref (0:Minimum Common Mode cua SVPWM va DPWM; 1:Medimum CM cua SVPWM // in[4]=mod_PWM (0:SVPWM method-Tao song lien tuc; 1:DPWM method- Tao song gian doan) // in[5]=n :bac cua bien tan // out[0]=vra // out[1]=vrb // out[2]=vrc // out[3]=vro_PWM // out[4]=vro_PWM // out[5]=vro_PWM { double const pi=3.1416; double Vra12m,Vrb12m,Vrc12m,max,mid,min; double Vromin,Vromax,Vroref,Pmin,S,K1,K2,K3; double Vro,Vr1,Vro_PWM,c1,c2,c3,no; // Xac dinh Offset Calculation double Vra,Vrb,Vrc; LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 106/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC int n,MOD_PWM,MOD_VROREF; Vra12m=in[0]; Vrb12m=in[1]; Vrc12m=in[2]; MOD_VROREF=double_int(in[3]); MOD_PWM=double_int(in[4]); n=double_int(in[5]); // Xac dinh gia tri Pmin theo (23,24) Pmin=-(n-1)/2; // Xac dinh 3 gia tri Max, Mid, Min max=Max(Vra12m,Vrb12m,Vrc12m); mid=Mid(Vra12m,Vrb12m,Vrc12m); min=Min(Vra12m,Vrb12m,Vrc12m); // Xac dinh Vromax, Vromin (Extreme_Offset) Vromin=Pmin-min; Vromax=Pmin+n-1-max; //Xac dinh Vroref (37) de common mode (CM) la nho nhat if (MOD_VROREF==0) { if (Vromax<0) Vroref=Vromax; if (Vromin>0) Vroref=Vromin; if ((Vromax>=0) && (Vromin<=0)) Vroref=0; } else { //if(MOD_VROREF==1.0) Vroref=(Vromax+Vromin)/2; } //Xac dinh khoi tinh K1,K2,K3 cua [Sw.time Duties] LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 107/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC S=floor(max-min)-floor(mid-min)-floor(max-mid); //Ham floor() tuong duong voi ham int() if (S==0) { K1=1+floor(max-min)-(max-min); K2=max-mid-floor(max-mid); K3=1-K1-K2; } else { if (S==1) { K1=1+floor(mid-min)-(mid-min); K2=1-(max-mid)+double_int(floor(max-mid)); K3=1-K1-K2; } } //Tinh offset Calculation Vro=Vroref; no=floor(Vro-Vromin); Vr1=Vro-Vromin-no; if (MOD_PWM==0) { c1=0.5*K1; c2=0.5*K2; c3=0.5*K3; } else { //if (MOD_PWM==1.0) // { if (Vr1>=K1/2) c1=K1; else LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 108/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC c1=0; // if ((Vr1-K1)>=K2/2) c2=K2; else c2=0; // if ((Vr1-K1-K2)>=K3/2) c3=K3; else c3=0; // //} } //Gia tri Vro_PWM if ((Vr1>=0)&&(Vr1<=K1)) Vro_PWM=Vromin+no+c1; if ((Vr1>K1)&&(Vr1<=(K1+K2))) Vro_PWM=Vromin+no+K1+c2; if ((Vr1>(K1+K2))&&(Vr1<1)) Vro_PWM=Vromin+no+K1+K2+c3; // Xac dinh cac gia tri Vra,Vrb,Vrc Vra=Vra12m+Vro_PWM; Vrb=Vrb12m+Vro_PWM; Vrc=Vrc12m+Vro_PWM; //test ham out[0]=Vra; out[1]=Vrb; out[2]=Vrc; out[3]=Vro_PWM; out[4]=K1; out[5]=K2; } //Ket thuc chuong trinh chinh LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 109/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC //Ham sgn double Max(double a,double b,double c) { double max; if (a>=b) max=a; else max=b; if (max<c) max=c; return(max); } // double Min(double a,double b,double c) { double min; if (a>b) min=b; else min=a; if (min>c) min=c; return(min); } // double Mid(double a,double b,double c) { double mid; LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 110/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC if (((a>=b) && (a=c))) mid=a; if (((b>=a) && (b=c))) mid=b; if (((c>=a) && (c=b))) mid=c; return(mid); } // int double_int(double n) { int a; if ((n>=-0.5) && (n<0.5)) a=0; if ((n>=0.5) && (n<1.5)) a=1; if ((n>=1.5) && (n<2.5)) a=2; if ((n>=2.5) && (n<3.5)) a=3; if ((n>=3.5) && (n<4.5)) a=4; if ((n>=4.5) && (n<5.5)) a=5; if ((n>=5.5) && (n<6.5)) a=6; if ((n>=6.5) && (n<7.5)) a=7; if ((n>=7.5) && (n<8.5)) a=8; if ((n>=8.5) && (n<9.5)) a=9; if ((n>=9.5) && (n<10.5)) LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 111/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC a=10; if ((n>=10.5) && (n<11.5)) a=11; if ((n>=11.5) && (n<12.5)) a=12; if ((n>=12.5) && (n<13.5)) a=13; if ((n>=13.5) && (n<14.5)) a=14; if ((n>=14.5) && (n<15.5)) a=15; if ((n>=15.5) && (n<16.5)) a=16; if ((n>=16.5) && (n<=17.5)) a=17; if ((n>=17.5) && (n<18.5)) a=18; if ((n>=18.5) && (n<19.5)) a=19; if ((n>=19.5) && (n<20.5)) a=20; if ((n>=20.5) && (n<21.5)) a=21; if ((n>=21.5) && (n<22.5)) a=22; if ((n>=22.5) && (n<=23.4)) a=23; return(a); } ***************************************** LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 112/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Phuï Luïc 2 BAÛNG DÖÕ LIEÄU KHAÛO SAÙT LUAÄN VAÊN CAO HOÏC Trang 113/129 GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Kyõ thuaät PWM soùng mang cho nghòch löu ña baäc lai HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC Phuï Luïc 3SOÁ TRANG:127 SÔ ÑOÀ MAÏCH TRONG PSIM LUAÄN VAÊN CAO HOÏC GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC MUÏC LUÏC Chöông 1 TOÅNG QUAN ...................................................................................................................................... 1 1.1 Môû ñaàu ................................................................................................................................................. 1 1.2 Giôùi thieäu............................................................................................................................................ 2 Chöông 2 CAÁU TRUÙC BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP............................................................................ 4 2.1 Giôùi thieäu............................................................................................................................................ 4 2.2 Boä nghòch löu aùp 1 pha ............................................................................................................. 4 2.3 Boä nghòch löu aùp ba pha .......................................................................................................... 5 2.4 Boä nghòch löu aùp ña baäc........................................................................................................... 6 2.4.1 Caáu truùc nghòch löu aùp ña baäc duøng diode keøm ................................................... 7 2.4.2 Caáu truùc nghòch löu aùp ña baäc duøng tuï keøm .......................................................... 8 2.4.5 Caáu truùc nghòch löu ña baäc daïng cascade ..............................................................10 2.4.6 Caáu truùc nghòch löu ña baäc lai .....................................................................................11 Chöông 3 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN NGHÒCH LÖU AÙP ...............................14 3.1 Caùc chæ tieâu ñaùnh giaù nghòch löu aùp ..............................................................................14 3.2 Phöông phaùp ñieàu roäng xung sin (SPWM) ...............................................................16 3.3 Phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian(SVPWM) ........................................18 LUAÄN VAÊN CAO HOÏC GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 3.3.1 Ñieàu cheá vector khoâng gian cuûa nghòch löu aùp ...................................................20 3.3.2 Phöông phaùp ñieàu cheá tuyeán tính...............................................................................23 3.3.3 Phöông phaùp ñieàu cheá môû roäng(overmodulation)..............................................24 3.4 Phöông phaùp moâ phoûng ñieàu cheá vector khoâng gian duøng soùng mang25 3.4.1 Khoái taïo tín hieäu active-signal ....................................................................................26 3.4.2 Khoái taïo tín hieäu offset-generator vaø tín hieäu ñieàu cheá rcvrbvrav ,, ........29 Chöông 4 THIEÁT KEÁ NGHÒCH LÖU ÑA BAÄC LAI ........................................................32 4.1 Nghòch löu ña baäc lai vaø kieåu ñieàu cheá........................................................................32 4.1.1 Moâ taû .......................................................................................................................................32 4.1.2 Phöông phaùp ñieàu cheá .....................................................................................................34 4.2 Phöông phaùp thieát keá ..............................................................................................................36 4.2.1 Soá baäc ñieän aùp.....................................................................................................................36 4.2.2 Tín hieäu ñieàu cheá vaø möùc so saùnh............................................................................37 4.2.3 Choïn möùc so saùnh .............................................................................................................44 4.2.4 Ñieän aùp nguoàn DC cell coâng suaát lôùn nhaát............................................................44 4.2.5 Cell caàu H trong nghòch löu ña baäc lai.....................................................................51 4.2.6 Ñieän aùp nguoàn DC caùc cell coâng suaát khaùc ..........................................................53 Chöông 5 KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG ........................................................................................................56 5.1 Moâ phoûng nghòch löu lai vôùi phöông phaùp ñieàu cheá khaùc nhau.....56 LUAÄN VAÊN CAO HOÏC GVHD:NGUYEÃN VAÊN NHÔØ HVTH: NGUYEÃN VAÊN PHUÏC 5.1.1 Phöông phaùp SPWM ........................................................................................................57 5.1.2 Phöông phaùp Discontinuous PWM vôùi Common mode trung bình ............62 5.1.3 Phöông phaùp Discontinuous PWM vôùi Common mode cöïc tieåu .................66 5.1.4 Phöông phaùp SVPWM vôùi Common mode trung bình.....................................71 5.1.5 Phöông phaùp SVPWM vôùi Common mode cöïc tieåu .........................................75 5.1.6 Nhaän xeùt ...............................................................................................................................80 5.2 Keát quaû khaûo saùt ....................................................................................................................80 5.2.1 Ñoä meùo daïng hoïa taàn ......................................................................................................82 5.2.2 Toån hao chuyeån maïch .....................................................................................................87 5.2.3 Phaân boá coâng suaát trong boä nghòch löu lai....................................................................87 5.2.3.1 Phöông phaùp SPWM..........................................................................................87 5.2.3.2 Phöông phaùp SVPWM_CMmin....................................................................88 5.2.3.3 Phöông phaùp DPWM_CMmin.......................................................................90 5.2.3.4 Phöông phaùp SVPWM_CMmid....................................................................92 5.2.3.5 Phöông phaùp DPWM_CMmid.......................................................................93 5.3 Keát luaän ...........................................................................................................................................94 5.4 Höôùng phaùt trieån ñeà taøi........................................................................................................95 Taøi lieäu tham khaûo ............................................................................................... 97 Phuï luïc 1: Chöông trình caùc khoái DLL baèng ngoân ngöõ VC6.0 .........................99 Phuï luïc 2: Baûng döõ lieäu khaûo saùt khi chæ soá ñieàu cheá thay ñoåi........................ 112 Phuï luïc 3: Sô ñoà maïch ñieän baèng phaàn meàm PSIN ............................................... 128