ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIHANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Thiết kế khối điều chế vector không gian SVM và so sánh với phương pháp sinPWM Giảng viên hướng dẫn: TS... THIẾT KẾ KHỐ
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Thiết kế khối điều chế vector không gian (SVM)
và so sánh với phương pháp sinPWM
Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Phương Sinh viên thực hiện: MSSV
Đoàn Ngọc Minh - 20174058 Bùi Đình Thiệu - 20174237
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT - 118928 download by : skknchat@gmail.com 1
Trang 2NỘI DUNG TRÌNH BÀY
2
Thiết kế khối điều chế vector không gian
Mô phỏng kiểm nghiệm
Mô phỏng PIL Kết luận
Trang 3I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN
Bảng 1 Trạng thái của các van
Bước 1 Xác định trạng thái (vector chuẩn) của các van
1 1 1
u u
u u
download by : skknchat@gmail.com
Trang 4Bước 2 Xác định vị trí vecto đặt điện áp u s
- Sử dụng phương pháp đại số để xác định vị trí vecto điện áp u s
Hình 2 Mối quan hệ giữa các Sector và điện áp tức thời u sa , u sb , u sc
I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN download by : skknchat@gmail.com 4
Trang 5Thuật toán xác định vecto điện áp đặt trong mỗi sector:
I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN download by : skknchat@gmail.com 5
Trang 6Bước 3 Xác định thời gian (hệ số điều chế) thực hiện hai vecto chuẩn trong mỗi chu kỳ điều chế T s
Hình 3 Nguyên tắc điều chế vector điện áp
download by : skknchat@gmail.com
Trang 7I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN
Ma trận A nm trong mỗi sector:
7
download by : skknchat@gmail.com
Trang 8Bước 4 Xác định thời gian (hệ số điều chế) thực hiện nhánh van nghịch lưu trong mỗi chu kỳ T s
Trình tự chuyển mạch của các Sector:
Đảm bảo số lần chuyển mạch ít nhất (mỗi lần chuyển chỉ có 1 nhánh cầu chuyển mạch)
download by : skknchat@gmail.com
Trang 9/ 2 / 2 / 2
a b c
a b c
a b c
a b c
a b c
/ 2 / 2 / 2
a b c
I THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN
Hệ số điều chế cho nhóm nhánh van của mạch nghịch lưu:
9
download by : skknchat@gmail.com
Trang 10Thông số hệ thống
Điện áp pha hiệu dụng đầu ra U 0 = 220V
Điện áp đầu vào U DC = 700 V
Tụ điện phía nguồn vào C = 5.05 𝜇C Mạch lọc phía xoay chiều L t = 3.478 mH
C t = 1.82 𝜇C Tải
( tải đối xứng, đấu hình sao )
Trang 11II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM download by : skknchat@gmail.com SƠ ĐỒ MẠCH NLNA 3 PHA 11
Trang 12KHỐI ĐIỀU KHIỂN
Trang 13Ualpha[0] = 0.66666666666666663 * ((Ua[0] - 0.5 * Ub[0]) - 0.5 * Uc[0]);
Ubeta[0] = 0.57735026918962573 * (Ub[0] - Uc[0]);
Usa[0] = Ualpha[0];
Usb[0] = -1/2 * Ualpha[0] + sqrt(3)/2 * Ubeta[0];
Usc[0] = -1/2 * Ualpha[0] - sqrt(3)/2 * Ubeta[0];
Khối tính toán các giá trị điện áp tức thời Khối chuyển tọa độ Clark
II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM download by : skknchat@gmail.com KHỐI ĐIỀU KHIỂN 13
Trang 14if ((Usa[0] >= Usb[0]) && (Usb[0] >= Usc[0])) { n[0] = 1.0;
trong mỗi Sector
II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM download by : skknchat@gmail.com KHỐI ĐIỀU KHIỂN 14
Trang 15d0[0] = 0.0;
d1[0] = 0.0;
d2[0] = 0.0;
if (n[0] == 1.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * (1.5 * Ualpha[0] - 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * 1.7320508075688772 * Ubeta[0];
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
if (n[0] == 2.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * (-1.5 * Ualpha[0] + 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * (1.5 * Ualpha[0] + 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
if (n[0] == 3.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * 1.7320508075688772 * Ubeta[0];
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * (-1.5 * Ualpha[0] - 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
if (n[0] == 4.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * -1.7320508075688772 * Ubeta[0];
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * (-1.5 * Ualpha[0] + 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
if (n[0] == 5.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * (-1.5 * Ualpha[0] - 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * (1.5 * Ualpha[0] - 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
if (n[0] == 6.0) {d1[0] = 1.0 / Udc[0] * (1.5 * Ualpha[0] + 0.8660254037844386 * Ubeta[0]);
d2[0] = 1.0 / Udc[0] * -1.7320508075688772 * Ubeta[0];
d0[0] = (1.0 - d1[0]) - d2[0];
}
Khối tính toán hệ số
điều chế vector chuẩn
II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM download by : skknchat@gmail.com KHỐI ĐIỀU KHIỂN 15
Trang 16da[0] = 0.0;
db[0] = 0.0;
dc[0] = 0.0;
if (n[0] == 1.0) {db[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
da[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
dc[0] = d0[0] / 2.0;
}
if (n[0] == 2.0) {da[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
dc[0] = d0[0] / 2.0;
db[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
}
if (n[0] == 3.0) {db[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
da[0] = d0[0] / 2.0;
dc[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
}
if (n[0] == 4.0) {dc[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
db[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
da[0] = d0[0] / 2.0;
}
if (n[0] == 5.0) {da[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
dc[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
db[0] = d0[0] / 2.0;
}
if (n[0] == 6.0) {db[0] = d0[0] / 2.0;
da[0] = (d0[0] / 2.0 + d1[0]) + d2[0];
dc[0] = d0[0] / 2.0 + d2[0];
}
Khối tính toán thời gian
II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM download by : skknchat@gmail.com KHỐI ĐIỀU KHIỂN 16
Trang 17II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SVM KẾT QUẢ 17
Hình 5 Hệ số điều chế tính toán từ khâu SVM
download by : skknchat@gmail.com
Trang 18Hình 6 Phân tích phổ THD điện áp ra
Trang 19II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SINPWM download by : skknchat@gmail.com SƠ ĐỒ MẠCH NLNA 3 PHA 19
Trang 20II MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP SINPWM KẾT QUẢ 20
Hình 7 Phân tích phổ THD điện áp ra
download by : skknchat@gmail.com
Trang 21✓ Tận dụng được điện áp một chiều tốt hơn
✓ Giảm sóng hài điện áp tại lân cận tần số phát xung
✓ Giảm được số lần chuyển mạch cho các van
✓ Phù hợp cho các vi điều khiển hiện tại
download by : skknchat@gmail.com
Trang 22III MÔ PHỎNG PIL
5 2 4 7
Cổng COM của PC
❖ Kit STM32F103C8
download by : skknchat@gmail.com
Trang 23III MÔ PHỎNG PIL
❖ MATLAB 2018a
❖ STM32CubeMX (Generate code)
❖ MDK-ARM (Keil uvision v5) (build và download code cho vi điều khiển STM32)
❖ STM32-MAT/TARGET toolkit (Thư viện hỗ trợ)
Trang 24III MÔ PHỎNG PIL (PHƯƠNG PHÁP SVM) download by : skknchat@gmail.com SƠ ĐỒ MẠCH NLNA 3 PHA 24
Trang 25KHỐI ĐIỀU KHIỂN
Trang 26III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 26
Trang 27III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 27
Trang 28III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 28
Trang 29III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 29
Trang 30III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 30
Trang 31III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 31
Trang 32III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 32
Trang 33III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 33
Trang 34III MÔ PHỎNG PIL download by : skknchat@gmail.com CẤU HÌNH THÔNG SỐ 34
Trang 35III MÔ PHỎNG PIL KẾT QUẢ
Hình 9 Hệ số điều chế tính toán từ khâu SVM
35
download by : skknchat@gmail.com
Trang 36III MÔ PHỎNG PIL KẾT QUẢ
Hình 8 Phân tích phổ THD điện áp ra
36
download by : skknchat@gmail.com
Trang 37IV KẾT LUẬN 37
❖ Việc sử dụng PIL trong việc mô phỏng ĐTCS có đóng góp rất lớn trong việc kiểm tra tính phù hợp của BĐK khi chạy trên môi trường VĐK.
❖ Với việc cho ra kết quả giống với BĐK chạy trên Matlab-Simulink thì ta có thể
tự tin khẳng định rằng, khi áp dụng BĐK này vào thực tế thì kết quả cũng sẽ cho
ra giống như ta mong đợi.
download by : skknchat@gmail.com
Trang 38PHỤ LỤC
1.Tính điện áp một chiều U DC
Ta có: U DC = U dm
0,9
Để dự phòng điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi +/-10%, cần chọn m max = 0,9.
Biên độ điện áp đầu ra yêu cầu bằng:
2.Tính biên độ dòng đầu ra yêu cầu: I0m (A).
Công suất toàn phần của tải:
S0 = 3 P o c
os = 3.1000 0,95 = 3157,89 (VA) Dòng tải yêu cầu:
I0 = S o
3U 0 = 3150
3.220 = 4,78 (A) Biên độ của dòng tải: I0m = 2 I0 = 2 4,78 = 6,76 (A)
38
download by : skknchat@gmail.com
Trang 393 Tính dòng trung bình qua Van và Diode:
Dòng trung bình qua Van:
I v = 1+cos 2π I 0m = 1+0,95
2π 6,76 = 2,10 (A) Dòng trung bình qua Diode:
I D = 1−cos
2π I 0m = 1−0,95
2π 6,76 = 0,054 (A)
4 Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua Van và Diode
Bỏ qua ảnh hưởng của R s đối với độ đập mạch dòng tải, ta có:
Trang 406 Xác định giá trị điện cảm L s Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%U 0
I 0,max U DC T s
2.L s = 658,9
2.1,83.10 −3 20000 = 8,99
Trang 41Q L = ( S 0
3 ) 2 −P 0 2 = ( 3157,89
3 ) 2 −1000 2 = 328,68(Var) Nếu bù bằng tụ C thì:
C = Q U L c 2 = 328,68
2𝜋.400.220 2 = 2,7 (µF)
Trang 428 Tính toán tụ C của mạch một chiều
U C = tx
C I C t x = Ts
6 I C = I 0,max Với U C =0,05 U DC ta tính được
C = Ic6fs Uc = 6,76
Trang 43PHỤ LỤC
Sai lệch giữa mô phỏng Matlab và mô phỏng PIL
43
download by : skknchat@gmail.com
Trang 44TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
❖ Bài giảng học phần Điều khiển Điện tử công suất, Điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu nguồn
áp 3 pha, PGS TS Trần Trọng Minh, TS Vũ Hoàng Phương, BM Tự động hóa CN – Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
❖ STM32-MAT/TARGER tutorial
https://www.st.com/en/development-tools/stm32-mat-target.html
download by : skknchat@gmail.com