- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Hồng Hải NGHIÊN CỨU BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI TẦN SỐ 50/60Hz SỬ DỤNG BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN LUẬN ÁN TIẾN SĨ TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Hồng Hải NGHIÊN CỨU BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI TẦN SỐ 50/60Hz SỬ DỤNG BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN Chuyên ngành: Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. - Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS Lê Tòng, PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, TS Trần Trọng Minh, TS Phạm Quang Đăng – Trường Đại học Bách Khoa Hà nội đã đóng góp nhiều ý kiến quan trọng và sự giúp đỡ nhiệt tình nhất. - PGS.TS Hoàng Xuân Bình – Trường Đại học Hàng hải Việt nam đã đóng góp ý kiến và động viên, khích lệ tác giả hoàn thành luận án. - Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu – Trường Đại học Hàng hải Việt nam đã tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận án. - Tác giả xin trân trọng cảm ơn các cán bộ Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tạo điều kiện và khích lệ tác giả hoàn thành luận án. - Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới các cán bộ Trung tâm Công nghệ cao - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, các đồng nghiệp trong Bộ môn Điện tự động công nghiệp - Trường Đại học Hàng hải Việt nam đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, về thời gian và khích lệ tác giả hoàn thành luận án. - MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. - iv DANH MỤC CÁC BẢNG. - vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ. - 5 1.2 Tình hình nghiên cứu về bộ nguồn biến đổi tần số ứng dụng biến tần ma trận. - 6 1.3 Tiêu chuẩn đối với bộ nguồn biến đổi tần số. - 11 2.1 Cấu trúc mạch lực. - Mạch lực của bộ nguồn trên cơ sở biến tần ma trận ba pha ba nhánh 12 2.1.2 Mạch lực của bộ nguồn trên cơ sở biến tần ma trận ba pha bốn nhánh 14 2.2 Khóa bán dẫn hai chiều BDS. - 16 2.3 Chuyển mạch trong biến tần ma trận. - 18 2.3.1 Chuyển mạch bốn bước. - 19 2.3.2 Chuyển mạch hai bước. - 20 2.3.3 Chuyển mạch một bước. - 21 2.3.4 Chuyển mạch trong quá trình quá độ. - 21 2.4 Thiết kế chuyển mạch cho biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 22 2.4.1 Logic chuyển mạch nặng. - 23 2.4.2 Logic chuyển mạch mềm. - 26 2.4.3 Mô phỏng chuyển mạch cho biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 29 Chương 3 ĐIỀU BIẾN VECTƠ KHÔNG GIAN CHO BIẾN TẦN MA TRẬN TRỰC TIẾP 3 PHA 4 NHÁNH TRONG BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI TẦN SỐ. - 30 3.2 Xác định vectơ chuẩn trong biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 32 3.2.1 Các trạng thái van trong biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 32 i 3.2.2 Vectơ chuẩn trong biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 35 3.2.3 Biểu diễn hình học của các vectơ chuẩn. - 40 3.3 Tổng hợp vectơ điện áp ra và vectơ dòng điện vào. - 44 3.3.2 Đồng bộ vectơ dòng điện vào với vectơ điện áp lưới đầu vào. - 45 3.3.3 Xác định vectơ chuẩn để tổng hợp vectơ điện áp ra và vectơ dòng điện vào. - 46 3.4 Xác định tỉ số điều biến cho các vectơ chuẩn. - 48 3.5 Xác định các vectơ thành phần trong tỉ số điều biến. - 53 3.6 Trật tự thực hiện các vectơ chuẩn. - 58 3.7 Mô phỏng điều biến vectơ không gian. - 72 Chương 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI TẦN SỐ. - 74 4.1.1 Phương pháp đánh giá mức độ không đối xứng của điện áp. - 74 4.1.2 Chỉ tiêu chất lượng điện áp khi tải không đối xứng. - Mô hình biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - Hệ thống điều khiển một mạch vòng. - 80 4.3.1 Điều khiển thành phần thứ tự thuận, thứ tự ngược, thứ tự không trong hệ dq. - Điều khiển lặp. - Điều khiển cộng hưởng. - 81 4.4 Hệ thống điều khiển hai mạch vòng. - Bộ điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ abc và hệ tọa độ αβγ. - Bộ điều khiển dòng điện trên hệ tọa độ đồng bộ dq0. - 83 4.5 Thiết kế hệ thống điều khiển điện áp cho bộ nguồn. - 84 4.5.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện. - 85 4.5.2 Thiết kế bộ điều khiển điện áp. - 92 ii Chương 5 XÂY DỰNG BỘ NGUỒN BIẾN ĐỔI TẦN SỐ 50/60Hz ỨNG DỤNG BIẾN TẦN MA TRẬN. - 94 5.2 Xây dựng mô hình biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh ứng dụng trong bộ nguồn. - 95 5.2.2 Khối điều khiển logic và chuyển mạch. - 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. - 112 Phụ lục 1 Thông số và đặc tính kỹ thuật van bán dẫn hai chiều sử dụng trong mô hình thực nghiệm. - 112 Phụ lục 2 Hàm logic đóng cắt của các van bán dẫn hai chiều phục vụ cho lập trình CPLD. - 119 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Bảng 1 Danh mục các ký hiệu Ký hiệu Tên gọi ii I VIδ. - Tỉ số điều biến ξ Góc pha của dòng đầu vào 0V Vectơ điện áp 0I Vectơ dòng điện. - Vectơ thành phần của điện áp i1 i2 i3I ,I ,I. - Vectơ thành phần của dòng điện i0i I VIV. - Vectơ chuẩn i up pk , k Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển dòng điện và điện áp i uI Ik , k Hệ số khuếch đại của bộ cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện và điện áp iv Bảng 2 Danh mục các chữ viết tắt Ký hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng Việt BDS Bidirectional switch Khóa bán dẫn hai chiều CPLD Complex programmable logic device Thiết bị logic khả trình có độ tích hợp cao DSP Digital Signal Processor Vi xử lý tín hiệu số FPGA Field programmable gate arrays Mảng logic lập trình được IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện Các kỹ sư Điện và Điện tử IMC 3×3 Indirect three phase – three leg matrix converter Biến tần ma trận gián tiếp 3 pha 3 nhánh IMC 3×4 Indirect three phase – four leg matrix converter Biến tần ma trận gián tiếp 3 pha 4 nhánh MC Matrix converter Biến tần ma trận MC 3×3 Three phase – three leg matrix converter Biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 3 nhánh MC 3×4 Three phase – four leg matrix converter Biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh PWM Pulse Width Modulation Điều biến độ rộng xung SVM Space Vector Modulation Điều biến vectơ không gian THD Total harmonic distortion Tổng độ méo sóng hài v DANH MỤC CÁC BẢNG Tên các bảng Trang Bảng 1.1 Thông số của bộ nguồn theo tiêu chuẩn IEEE Std 446 – 1995. - 9 Bảng 2.1 So sánh số lượng van bán dẫn của các cấu trúc biến tần ma trận. - 16 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật chính của van bán dẫn hai chiều DIM200WBS12-A000. - 18 Bảng 2.3 Logic chuyển mạch từ pha A sang pha B. - 19 Bảng 2.4 Logic chuyển mạch của biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh. - 24 Bảng 3.1 Vectơ điện áp ra và dòng điện vào của tổ hợp van của MC 3×4. - 35 Bảng 3.2 Vectơ điện áp ra và dòng điện vào của MC 3×4 trong hệ tọa độ. - 38 Bảng 3.3 Bố trí các vectơ chuẩn trong sectơ dòng điện vào. - 41 Bảng 3.4 Bố trí các vectơ chuẩn trong tứ diện của hình lăng trụ. - 42 Bảng 3.5 Xác định vị trí các vectơ trong không gian. - 44 Bảng 3.6 Dấu điện áp ra của các tứ diện trong lăng trụ. - 45 Bảng 3.7 Điện áp dây được sử dụng trong điều chế. - 46 Bảng 3.8 Các vectơ chuẩn sử dụng trong tổng hợp dòng điện vào, điện áp ra của MC 3×4. - 47 Bảng 3.9 Xác định các thành phần của vectơ. - 54 Bảng 3.10 Các vectơ , ,i j kV V V. - 56 Bảng 3.11 Các ma trận M-1 của 24 tứ diện. - 57 Bảng 3.12 Trật tự thực hiện các vectơ chuẩn. - 58 Bảng 5.1 Thông số về điện của bộ nguồn. - 94 Bảng 5.2 Logic lựa chọn các tổ hợp van. - 97 Bảng PL1.1 Các thông số cực đại cho phép của van bán dẫn hai chiều. - 112 Bảng PL 1.2 Các thông số về nhiệt độ và cơ học của van. - 112 Bảng PL 1.3 Các thông số của van (mặc định trong điều kiện Tcase = 25°C. - 113 Bảng PL 1.4 Các thông số của van (mặc định trong điều kiện Tcase = 125°C. - 114 Bảng PL2.1 Hàm logic của 12 van bán dẫn hai chiều. - 117 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Bộ biến đổi truyền thống. - 5 Hình 1.2 Cấu trúc bộ nguồn biến đổi tần số 60/400Hz trong lĩnh vực hàng không. - 8 Hình 2.1 Cấu trúc tổng quát của biến tần ma trận. - 11 Hình 2.2 Biến tần ma trận 3 pha 3 nhánh. - 12 Hình 2.3 Cấu trúc bộ nguồn biến đổi tần số với máy biến áp mắc tại đầu ra MC.. - 13 Hình 2.4 Biến tần ma trận ba pha bốn nhánh. - 14 Hình 2.5 Cấu trúc bộ nguồn biến đổi tần số với máy biến áp mắc tại đầu vào MC. - 15 Hình 2.6 Khóa bán dẫn hai chiều. - 16 Hình 2.7 Thông số kỹ thuật van bán dẫn hai chiều (BDS) DIM200WBS12-A000. - 17 Hình 2.8 Chuyển mạch giữa hai pha. - 18 Hình 2.9 Chuyển mạch bốn bước theo chiều dòng điện. - 19 Hình 2.10 Chuyển mạch hai bước từ pha A sang pha B khi IL > 0. - 20 Hình 2.11 Trạng thái logic của van trong chế độ chuyển mạch hai bước. - 20 Hình 2.12 Chuyển mạch một bước với a) IL >0, b) IL
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt