Đồ án Tìm hiểu phương pháp điều khiển dự báo bộ biến tần nguồn áp

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG 
 ISO 9001:2015 
TÌM HIỂU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ 
 BÁO BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
 NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP 
 HẢI PHÕNG - 2019 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG 
 ISO 9001:2015 
TÌM HIỂU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ 
 BÁO BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
 NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP 
 Sinh viên: Trần Việt Hà 
 Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hồn 
 HẢI PHÕNG - 2019 
 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam 
 Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc 
 ----------------o0o----------------- 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG 
 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
Sinh viên : Trần Việt Hà MSV : 1412102040 
Lớp : ĐC1801 Ngành Điện Tự Động Cơng Nghiệp 
Tên đề tài : Tìm hiểu phƣơng pháp điều khiển dự báo bộ biến tần nguồn áp 
 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp 
(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.......................................................................... : CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: 
Họ và tên : Thân Ngọc Hồn 
Học hàm, học vị : GS.TSKH 
Cơ quan cơng tác : Trƣờng Đại học dân lập Hải Phịng 
Nội dung hƣớng dẫn : Tồn bộ đề tài 
Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: 
Họ và tên : 
Học hàm, học vị : 
Cơ quan cơng tác : 
Nội dung hƣớng dẫn : 
Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày 15 tháng 10 năm 2018. 
Yêu cầu phải hồn thành xong trƣớc ngày 07 tháng 1 năm 2019 
 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N 
 Sinh viên Cán bộ hƣớng dẫn Đ.T.T.N 
 Trần Việt Hà GS.TSKH Thân Ngọc Hồn 
 Hải Phịng, ngày........tháng........năm 2019 
 HIỆU TRƢỞNG 
 GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ
 CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 
 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN TỐT NGHIỆP 
 Họ và tên giảng viên: ................................................................................................... 
 Đơn vị cơng tác: ........................................................................ .......................... 
 Họ và tên sinh viên: .......................................... Chuyên ngành: ............................... 
 Nội dung hƣớng dẫn: .......................................................... ........................................ 
 .................................................................................................................................... 
 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp 
 .................................................................................................................................... 
 .............................................................................................................. ...................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 2. Đánh giá chất lƣợng của đồ án/khĩa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra 
 trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ) 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 ............................................................................................................................. 
3. Ý kiến của giảng viên hƣớng dẫn tốt nghiệp 
 Đƣợc bảo vệ Khơng đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn 
 Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 
 Giảng viên hƣớng dẫn 
 (Ký và ghi rõ họ tên) 
QC20-B18 CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 
 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN 
 Họ và tên giảng viên: .............................................................................................. 
 Đơn vị cơng tác: ........................................................................ ..................... 
 Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .............................. 
 Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................... .................... 
 ............................................................................................................................ ........ 
 .................................................................................................................................... 
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện 
 ....................................................................................................................................
 ....................................................................................................................................
 ....................................................................................................................................
 .................................................................................................................................... 
 2. Những mặt cịn hạn chế 
 ....................................................................................................................................
 ....................................................................................................................................
 ....................................................................................................................................
 .................................................................................................................................... 
 3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện 
 Đƣợc bảo vệ Khơng đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn 
 Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 
 Giảng viên chấm phản biện 
 (Ký và ghi rõ họ tên) 
QC20-B18 MỤC LỤC 
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN ................................................ 3 
1.1. TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN TẦN .......................................................... 3 
 1.1.2 Bộ chỉnh lưu ...................................................................................... 4 
 1.1.2.1 Bộ chỉnh lưu tia ba pha ............................................................... 4 
 1.2.2.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha ............................................................. 5 
 1.1.3 Bộ nghịch lƣu ..................................................................................... 5 
 1.1.3.1 Bộ nghịch lưu áp.......................................................................... 6 
 1.1.3.2 Bộ nghịch ba pha hai bậc ............................................................ 6 
 1.1.3.3 Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc ....................................................... 7 
 1.1.4. Các phƣơng pháp điều khiển bộ nghịch lƣu đa bậc ........................... 8 
 1.1.5. BBT gián tiếp ba pha nguồn áp: ...................................................... 12 
 1.1.6. Biến tần trực tiếp: ............................................................................ 15 
 1.1.7. Bộ biến tần 2 bậc: ............................................................................ 16 
 1.1.8 bộ biến tần 3 bậc npc ........................................................................ 29 
1.2. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ........................................................................ 47 
 1.1.1.bộ biến tần 2 bậc ............................................................................... 47 
 1.2.2.Bộ biến tần 3 bậc npc ....................................................................... 57 
1.3 SỬ DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CĨ LỢI ÍCH 
GÌ? ................................................................................................................. 64 
 1.3.1 Tiện ích sử dụng của biến tần INVT ................................................. 64 
 1.3.2 Phạm vi sử dụng ............................................................................... 65 
 1.3.3. Nối mạng và truy cập từ xa .............................................................. 66 
 1.3.4. Lập trình thơng minh ....................................................................... 67 
 1.3.5. Điều khiển phân tán ......................................................................... 67 
CHƢƠNG 2 BIẾN TẦN NGUỒN ÁP VÀ MỘT SỐ NGUYÊN TẮC 
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ ....................................... 69 
2.1 BIẾN TẦN BÁN DẪN ........................................................................... 69 
 2.1.1 Cấu trúc biến tần bán dẫn ................................................................. 69 
 2.1.2 Phƣơng pháp PWM thơng thƣờng .................................................... 71 
 2.1.3 Phƣơng pháp PWM điều chế véctơ khơng gian ................................ 74 
2.2 CHIẾN LƢỢC ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
....................................................................................................................... 78 
 2.2.1 Giới thiệu chung ............................................................................... 78 
 2.2.2 Nguyên lý điều khiển điện áp tần số U/f ........................................... 80 
 2.2.3 Điều khiển vectơ ............................................................................... 84 
 2.2.4 Giới thiệu nguyên tắc điều khiển trực tiếp mơ men (DTC): ............. 88 
CHƢƠNG 3:PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO BỘ BIẾN TẦN 
NGUỒN ÁP .................................................................................................. 94 
3.1 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CỔ ĐIỂN .......................................... 94 
 3.1.1 Điều khiển dịng điện trễ................................................................... 94 
 3.1.2. Điều khiển dịng điện tuyến tính PWM .......................................... 96 
3.2 MIÊU TẢ SỰ ĐIỀU KHIỂN DÕNG ĐIỆN DỰ BÁO ......................... 96 
 3.2.1. Phƣơng pháp điều khiển .................................................................. 96 
 3.2.2. Giá trị hàm số .................................................................................. 97 
 3.2.2. Mơ hình bộ biến tần ........................................................................ 98 
 3.2.3. Mơ Hình điện áp ............................................................................. 99 
 3.2.4. Mơ hình thời gian gián đoạn ......................................................... 101 
 3.2.5. Việc lựa chọn vectơ điện áp.......................................................... 102 
3.3. VIỆC THỰC HIỆN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ........ 102 
 3.3.1. Sự suy xét phƣơng pháp ............................................................... 102 
 3.3.2. Thuật tốn điều khiển ................................................................... 104 
3.4. KẾT QUẢ SỰ MƠ PHỎNG ................................................................ 106 
 3.4.1. Ảnh hƣởng của sai số mơ hình tải................................................ 108 
3.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................... 108 
3.6. CHƯ THÍCH VÀ KẾT LUẬN ............................................................ 111 
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 112 
 LỜI MỞ ĐẦU 
 Điều khiển dịng điện của bộ biến tần 3 pha là một trong những điều 
quan trọng và cơ bản nhất trong điện tử cơng suất và đã đƣợc nghiên cứu tổng 
quát trong thập kỉ vừa qua. Phƣơng pháp phi tuyến tính , nhƣ điều khiển hiện 
tƣợng trễ và phƣơng pháp tuyến tính, nhƣ bộ điều chỉnh tỉ lệ - tích phân sử 
dụng điều biến độ rộng xung đƣợc dẫn chứng bằng tài liệu [1]-[3] 
 Với sự phát triển nhanh và mạnh mẽ của bộ xử lý, sự quan tâm ngày 
càng tăng đã đƣợc dành cho sự điều khiển dịng điện dự báo. Trong phƣơng 
pháp này, những mơ hình tải vào và bộ biến tần đã đƣợc sử dụng để dự báo 
hoạt động dịng điện và do đĩ cĩ thể lựa chọn sự khởi động thích hợp nhất 
theo tiêu chuẩn giám sát bất kì[4]-[11]. Phƣơng pháp dự báo cĩ nội dung bao 
quát và khác với các phƣơng pháp điều khiển đã đƣợc đƣa ra dƣới tên này. Sự 
phân loại là một trong số đĩ đã đƣợc nêu ra ở [4]. 
 Một phƣơng pháp sử dụng điều khiển dự báo để tính tốn dịng điện tải 
cần thiết để đánh giá hoạt động dịng điện. mới đây, bộ điều biến đƣợc sử 
dụng để phát điện áp mong muốn. Trong phƣơng pháp này, bộ biến đổi chỉ 
đơn giản là mơ hình hĩa nhƣ một sự tăng thêm. Phƣơng pháp này đã đƣợc sử 
dụng trong điều khiển dịng điện cho bộ biến tần [6], [7], cũng nhƣ là cho bộ 
chỉnh lƣu và bộ lọc [8]. Bộ biến đổi để phƣơng pháp này tính tốn chu kì cơng 
suất của PWM dao động cần thiết cho điều khiển dịng điện [9], [10] 
 Một trong những ƣu điểm của điều khiển dự báo là cĩ thể bao gồm phi 
tuyến tính của hệ thống trong mơ Hình dự báo và do đĩ tính tốn hoạt động 
biến động cho trạng thái độ dẫn. đặc tính này đã đƣợc khai thác trong học tập 
sớm hơn [12], nơi điều khiển dự báo đã đƣợc sự dụng để giảm tối thiểu sự 
chuyển đổi tần số cho bộ biến tần năng lƣợng cao. Cũng trong [11], đặc tính 
của điều khiển dự báo đƣợc sử dụng để đánh giá hoạt động sai số dịng điện 
cho mỗi trạng thái chuyển đổi trong bộ lọc một pha. 
 Phƣơng pháp khác nhau đƣợc nêu ra trong [13], để điều khiển bộ 
chuyện đổi mạng. mơ Hình trong hệ thống đƣợc sử dụng để dự báo hoạt động 
dịng điện tải đầu vào cho mỗi trạng thái chuyển đổi khác nhau của bộ biến 
đổi mạng. trạng thái chuyển đổi mạng là giảm thiểu tối đa giá trị hàm số đƣợc 
 1