(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu giải thuật điều chế sóng mang 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp common mode
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.63 MB, 76 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ LÝ
NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG
3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
S K C0 0 6 1 1 7
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ LÝ
NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG
3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
Hướng dẫn khoa học:
TS. QUÁCH THANH HẢI
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2019
Luan van
i
Luan van
ii
Luan van
iii
Luan van
iv
Luan van
v
Luan van
vi
Luan van
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Lê Thị Lý.
Giới tính: Nữ.
Ngày, tháng, năm sinh: 26/02/1984.
Nơi sinh: Nghệ An.
Quê quán: Nghệ An.
Dân tộc: Kinh.
Tôn giáo: không.
Địa chỉ thường trú: Phường Phú Cường, Thủ Dầu Một, Bình Dương.
Điện thoại: 0984201404.
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC:
1. Đại học
Hệ đào tạo đại học: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 3/2010
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện - Điện tử.
2. Thạc sĩ
Hệ đào tạo đại học: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2016 đến
5/2018
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện tử.
III. Q TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
2012 - Nay
Thủ Dầu Một, Bình Dương
Giáo viên
vii
Luan van
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Lê Thị Lý
viii
Luan van
LỜI CẢM ƠN
Cơng trình nghiên cứu này được hồn thành là nhờ sự giúp đỡ tận tình của q
Thầy Cơ, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè. Tác giả xin được bày tỏ lời cảm ơn chân
thành tới gia đình, tất cả các tổ chức và cá nhân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác
giả hồn thành cơng trình nghiên cứu của mình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Quách Thanh Hải đã tận tình hướng
dẫn tác giả trong thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy cô, bộ môn cơ sở Kỹ thuật
điện Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, thầy Đỗ Đức Trí đã hỗ trợ phịng thí nghiệm Điện tử cơng suất nâng cao
P.D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn gia đình, các bạn bè, đồng nghiệp ln giúp đỡ tạo mọi
điều kiện thuận lợi và động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.
Học viên
Lê Thị Lý
ix
Luan van
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung luận văn nhằm nghiên cứu giải quyết bài toán triệt tiêu điện áp
common mode trên bộ nghịch lưu cascade 5 bậc, dựa trên nguyên tắc chọn tổ hợp
các khóa IBGT có các trạng thái đóng ngắt không sinh ra điện áp common mode.
Đề tài xây dựng một giải thuật đơn giản dựa trên kỹ thuật sóng mang cho phép dễ
dàng kiểm sốt và giảm điện áp common-mode. Các kết quả lý thuyết được kiểm
chứng trên phần mềm mô phỏng PSIM và thực nghiệm trên mô hình điều khiển
bằng kit DSP TMS320F28355.
x
Luan van
ABSTRACT
The thesis study and solve the problems of eliminating common mode voltage
on 5-step cascade inverter by choosing the combination of IBGT keys with
switching states that do not generate voltage common mode. The study builds a
simple algorithm based on carrier technology to allows easy control and reduction
of common-mode voltage. The theoretical results are verified on PSIM simulation
software and experimented on the TMS320F28355 DSP model controlled kit.
xi
Luan van
MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI................................................................................. i
LÝ LỊCH KHOA HỌC ...........................................................................................vii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. viii
LỜI CẢM ƠN……………….................................................................................. ix
TÓM TẮT LUẬN VĂN………………....................................................................x
MỤC LỤC ................................................................................................................xii
DANH MỤC KÍ HIỆU ẢNH SỬ DỤNG............................................................xiv
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................xv
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................xvii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ........................................................................ 1
1.2 Mục đích của đề tài ............................................................................................... 2
1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ............................................................................ 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 3
1.5 Điểm mới của đề tài .............................................................................................. 3
1.6 Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................................3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 4
2.1 Lý thuyết về nghịch lưu ........................................................................................ 4
2.1.1 Khái niệm ........................................................................................................... 4
2.1.2 Bộ nghịch lưu áp ................................................................................................ 4
2.2 Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade ................................................................... 5
2.2.1 Bộ nghịch lưu cầu 1 pha..................................................................................... 5
2.2.2 Nghịch lưu áp 3 pha 5 bậc dạng cascade ........................................................... 7
2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung (SPWM). .................................................. 10
2.4 Điện áp common mode ....................................................................................... 12
CHƯƠNG 3 TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO MẠCH
NGHỊCH LƯU 3 PHA 5 BẬC CASCADE .......................................................... 14
xii
Luan van
3.1 Phương pháp triệt tiêu điện áp comon mode ...................................................... 14
3.2 Nguyên lý giải thuật ............................................................................................ 14
3.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: .................................................................................. 22
CHƯƠNG 4 MẠCH MÔ PHỎNG – KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ......................... 23
4.1 Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha 5 bậc triệt tiêu điện áp common mode .............. 23
4.1.1 Sơ đồ khối: ....................................................................................................... 23
4.1.2 Chức năng các khối: ......................................................................................... 23
4.2 Kết quả mô phỏng ............................................................................................... 27
4.2.1 Số liệu mô phỏng. ............................................................................................ 27
4.2.2 Kết quả mô phỏng mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
commom mode. ......................................................................................................... 27
4.2.3 Đánh giá giải thuật. .......................................................................................... 32
CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ......................... 33
5.1. Mô hình thực nghiệm ........................................................................................ 33
5.2 Các thành phần chính của sơ đồ khối.................................................................. 34
5.2.1 Khối tạo sóng điều khiển.................................................................................. 34
5.2.2 Khối công suất.................................................................................................. 37
5.3 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................... 40
5.3.1 Số liệu thực nghiệm ......................................................................................... 40
5.3.2 Kết quả thực nghiệm mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
commom mode. ......................................................................................................... 40
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................... 46
6.1 Kết luận. .............................................................................................................. 46
6.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 48
xiii
Luan van
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
x: là tên pha (x = A, B, C).
SxTj, SxTjN: Các khóa bên trái pha x của bộ nghịch lưu cầu 1 pha.
SXPj, SXPjN: Các khóa bên phải pha x bộ nghịch lưu cầu 1 pha.
UDC: Điện áp nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu.
ma: chỉ số biên độ (amplitude modulation ratio)
fc: Tần số sóng mang.
fm: Tần số sóng điều khiển
Ac: Biên độ đỉnh sóng mang
Am: Biên độ đỉnh sóng điều khiển
UxN: Điện áp pha tải (pha x).
Sxi: Trạng thái của khóa chuyển mạch thứ i nhánh trên pha x
SxiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch thứ i nhánh dưới trên pha x
SxTi: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái nhánh trên bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxTiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái nhánh dưới bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxPi: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên phải nhánh trên bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxPiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên phải nhánh dưới bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
Sx: Trạng thái tổ hợp các khóa của pha x
n: Số bậc mạch nghịch lưu.
xiv
Luan van
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH
TRANG
Hình 2. 1:Nghịch lưu cầu 1 pha .................................................................................. 5
Hình 2. 2: Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc........................................................ 7
Hình 2. 3: Sơ đồ mạch nghịch lưu cascade 1 pha 5 bậc.............................................. 8
Hình 2. 4: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế liên tục. ......... 10
Hình 2. 5: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế gián đoạn. ..... 11
Hình 2. 6: Điện áp common mode của mạch nghịch lưu 5 bậc ................................ 13
Hình 3. 1: So sánh vx với 4 sóng mang .................................................................... 15
Hình 3. 2: Giản đồ chuyển mạch của SA, SB, SC ........................................................ 18
Hình 3. 3: Giản đồ chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode. ......................... 19
Hình 3. 4: Lưu đồ giải thuật triệt tiêu điện áp common mode 3 pha 5 bậc. ............. 22
Hình 4. 1:Sơ đồ khối ................................................................................................. 23
Hình 4. 2: Khối tạo sóng mang ................................................................................. 23
Hình 4. 3: Khối tạo sóng điều khiển ......................................................................... 24
Hình 4. 4: Mạch kích cho pha A,B và pha C sử dụng mạch so sánh. ....................... 25
Hình 4. 5: Mạch kích cho pha A, B, C sử dụng F28335 ........................................... 25
Hình 4. 6: Mạch cơng suất cho pha A,B,C ............................................................... 26
Hình 4. 7: Tải RL ...................................................................................................... 26
Hình 4. 8: Dạng sóng điều khiển trước và sau khi điều chế (m = 0,866) ................. 27
Hình 4. 9: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)....... 28
Hình 4. 10: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)........... 28
Hình 4. 11: Dịng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). ..... 29
Hình 4. 12: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). ...... 29
Hình 4. 13:Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866) ..... 30
Hình 5. 1: Sơ đồ khối ................................................................................................ 33
Hình 5. 2: Mơ hình thí nghiệm thực tế ...................................................................... 33
xv
Luan van
Hình 5. 3: Nguồn mạch kích ..................................................................................... 34
Hình 5. 4: Kit vi xử lý DSP TMS320 F82335 .......................................................... 35
Hình 5. 5: Mạch đệm ................................................................................................. 36
Hình 5. 6: Mạch kích ................................................................................................. 36
Hình 5. 7:Nguồn mạch cơng suất .............................................................................. 37
Hình 5. 8: Mạch cơng suất cho pha A,B,C ............................................................... 39
Hình 5. 9: Tải RL ...................................................................................................... 39
Hình 5. 10: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). .... 40
Hình 5. 11: Điện áp pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). .......... 41
Hình 5. 12: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)........... 41
Hình 5. 13: Dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). ..... 42
Hình 5. 14: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). ..... 42
Hình 5. 15: Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866) .... 43
xvi
Luan van
DANH MỤC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Trạng thái ngõ ra nghịch lưu cầu 1 pha. ..................................................... 6
Bảng 2. 2:Tổ hợp các trạng thái đóng ngắt (SP1 ,ST1N) .............................................. 7
Bảng 2. 3:Quan hệ điện áp ra với trạng thái chuyển mạch bộ nghịch lưu cầu ........... 8
Bảng 2. 4: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa cơng suất ............ 9
Bảng 3. 1: Trạng thái SA, SB, SC trong một chu kì T ................................................. 16
Bảng 3. 2: Bảng điều kiện (ε A ; ε B , ε C ) và giá trị K1 và K3 khi F 2 ....................... 20
Bảng 3. 3: Bảng điều kiện (ε A ; ε B , ε C ) và giá trị K1 và K3 khi F 1 ........................ 21
Bảng 4. 1: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa cơng suất. ......... 26
Bảng 4. 2:Số liệu mô phỏng ...................................................................................... 27
Bảng 4. 3 :Kết quả mô phỏng trước và sau khi triệt tiêu UNO tại m = 0,4 đến 0,7..... 31
Bảng 4. 4 : Kết quả mô phỏng trước và sau khi triệt tiêu UNO tại m = 0,8 đến 1....... 32
Bảng 5. 1: Thông số kỹ thuật của IGBT FGA25N120ANTD tại 250C và 1000C .... 38
Bảng 5. 2: Số liệu thực nghiệm ................................................................................. 40
Bảng 5. 3: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,4 đến 0,7. ............................................................................................ 44
Bảng 5. 4: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,8 đến 1. ............................................................................................... 45
xvii
Luan van
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Trong những năm gần đây điện tử công suất đang ngày càng phát triển trên thế
giới. Ở Việt Nam, thấy được tầm quan trọng của công nghệ điện tử công suất, năm
2010 chính phủ đã phê duyệt cơng nhận điện tử công suất là lĩnh vực ưu tiên đầu tư
và phát triển.
Việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực
hiện ngày càng nhiều hơn và với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật và công
nghệ trên thế giới, Việt Nam từng ngày hội nhập và tiếp nhận những thành tựu mới
của khoa học và công nghệ. Đặc biệt trong công nghiệp điện tử, các thiết bị điện tử
công suất được sản xất ngày càng nhiều, được ứng dụng trong công nghiệp và đời
sống hằng ngày phát triển mạnh mẽ, đi kèm theo đó là các yêu cầu trong khâu kỹ
thuật truyền động phải có độ chính xác cao và một trong những cấu trúc được
nghiên cứu đưa vào ứng dụng để điều khiển đó là các bộ nghịch lưu đa bậc có thể
tạo ra dạng sóng điện áp có dạng bậc thang ở đầu ra từ đó điện áp ngõ ra có chất
lượng cao, tổng méo hài thấp (THD), tổn hao chuyển mạch thấp [1] và cũng không
cần bộ lọc ngõ ra lớn [2], [3].
Các điều kiện chính để tạo ra số lượng các cấp điện áp ngõ ra khác nhau là sử
dụng nhiều nguồn DC độc lập hoặc liên kết các nguồn DC ảo như tụ điện hoặc máy
biến áp kết hợp với nhiều thiết bị chuyển mạch [4]. Các cấu hình đa bậc phổ biến như:
điốt kẹp (NPC) [5], kẹp tụ (FC) [6] và ghép tầng cascade (CHB) [7], [8], [9]. Nhưng
phần lớn q trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ nghịch lưu sinh ra
điện áp Common mode ảnh hưởng đến tải, tác động lên động cơ xoay chiều làm cho
các ổ bi bị bào mòn làm giảm tuổi thọ của động cơ đã được các tác giả Nguyen-Van
Nho, Myung - Bok Kim chứng minh [10]. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để giảm
điện áp common mode trên bộ nghịch lưu mà điển hình là bộ nghịch lưu cascade. Vì
1
Luan van
vậy tôi đã chọn chuyên đề : “ NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG
MANG 3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE ”.
Các vấn đề về điện áp common-mode đã được nhiều tác giả nghiên cứu trong
đó có các tác giả Haoran Zhang [11], Hee-Jung Kim [12], Poh Chiang Loh [13] và
luận văn của thạc sĩ Phạm Thị Kim Thê [14] Trường Đại học sư phạm kỹ thuật
TPHCM, họ đã đạt được những kết quả nhất định, nhiều biện pháp khác nhau cũng
được đưa ra, các biện pháp về kỹ thuật điều chế độ rộng xung, điều chế vector
không gian được tập trung phát triển. Kỹ thuật điều chế nhằm giảm điện áp
common mode là biện pháp chủ động triệt tiêu hoàn toàn hoặc giới hạn điện áp
common mode trong khoảng thấp nhất.
Đề tài này tập trung giải quyết bài toán triệt tiêu điện áp common-mode cho mạch
3 pha 5 bậc. Dựa trên nguyên tắc sử dụng tổ hợp khóa có các trạng thái đóng ngắt
khơng sinh ra điện áp common mode.Từ đó ta có được các tổ hợp các khóa có các
trạng thái chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode để điều chế được điện áp điều
khiển theo yêu cầu. Đề tài xây dựng một giải thuật đơn giản dựa trên kỹ thuật sóng
mang cho phép dễ dàng kiểm soát và triệt tiêu điện áp common mode. Chương trình
mơ phỏng và các kết quả sẽ được kiểm chứng trên phần mềm Psim, thực nghiệm trên
mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355 và sử dụng tải R - L.
1.2 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu cấu hình nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc, giải thuật để triệt tiêu
điện áp common mode do quá trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ
nghịch lưu. Từ đó đưa ra giải thuật triệt tiêu điện áp common mode cho mạch
cascade 3 pha 5 bậc.
1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
Đề tài có các nhiệm vụ như sau:
- Tìm hiểu cấu hình nghịch lưu Cascade 5 bậc, điện áp common mode.
- Đề xuất giải thuật triệt tiêu điện áp Common-mode .
- Mô phỏng bộ nghịch lưu Cascade 5 bậc theo giải thuật đề xuất.
- Thực nghiệm trên mơ hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355.
2
Luan van
- Đánh giá kết quả đạt được.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu trên cơ sở tham khảo tài liệu, tính tốn lý
thuyết, mơ phỏng và thực nghiệm.
- Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng PSIM.
- Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng PSIM với lập trình với vi
mạch TMS320F28335 của tập đồn Texas Instruments ngôn ngữ C/C++ và được
kiểm chứng bằng thực tế.
- Các thực nghiệm được thực hiện trên mơ hình vật lý với các thiết bị đo của
hãng Tektronix.
1.5 Điểm mới của đề tài
Các điện áp Common mode được triệt tiêu dựa trên trạng thái đóng ngắt của
các khố khơng sinh ra điện áp Common mode.
1.6 Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài có thể ứng dụng trong mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc nhằm hạn
chế được một trong những nguyên nhân làm ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.
Ứng dụng làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên nghành điện, nghành điện tử.
3
Luan van
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lý thuyết về nghịch lưu
2.1.1 Khái niệm
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không
đổi thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: Nghịch lưu nguồn áp và
nghịch lưu nguồn dòng. Nguồn cung cấp cho hai bộ nghịch lưu này tương ứng với
tên của nó là nguồn áp và nguồn dịng.
Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (động cơ, lò cảm ứng), dòng
điện qua các linh kiện cơng suất (SCR, IGBT,…) được điều khiển đóng ngắt bằng
mạch điều khiển hay mạch lái.
2.1.2 Bộ nghịch lưu áp
Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Nguồn
điện áp một chiều có thể là acqui, pin mặt trời hoặc từ mạch chỉnh lưu điện xoay
chiều đã được lọc phẳng.
Các linh kiện cơng suất trong mạch đóng vai trị như các cơng tắc. Có thể sử
dụng IGBT, MOSFET, BJT cho các mơ hình cơng suất vừa và nhỏ, với các mơ hình
cơng suất lớn có thể sử dụng IGCT, SCR, GTO,…
Với tải tổng qt, mỗi cơng tắc có một diode mắc song song. Các diode này
tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển, chiều dịng điện ngược chiều với
cơng tắc, với mục đích trao đổi cơng suất ảo giữa tải xoay chiều và nguồn một
chiều, hạn chế quá điện áp gây hư hỏng linh kiện khi kích ngắt các cơng tắc.
Bộ nghịch lưu áp có nhiều loại cũng như nhiều phương pháp điều khiển khác
nhau:
+ Theo số pha: nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha.
+ Theo số cấp điện áp giữa một đầu pha tải đến một điểm có điện thế chuẩn
trên mạch có: hai bậc (two level), đa bậc (multi level - ba bậc trở lên)
Bộ nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây
4
Luan van
động cơ dv/dt khá lớn gây ra hiện tượng common mode (UNO 0) rất lớn. Bộ
nghịch lưu đa bậc phát triển để giải quyết hạn chế của nghịch lưu hai bậc và nó
thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công suất lớn.
Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc là công suất của bộ nghịch lưu tăng lên,
điện áp đặt trên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng
ngắt của linh kiện cũng giảm theo; tần số đóng ngắt lớn, các thành phần hài bậc cao
của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu hai bậc.
+ Theo cấu hình bộ nghịch lưu: Nghịch lưu đa bậc thường sử dụng hai cấu trúc
chính là nghịch lưu kiểu diode kẹp (Neutral Point clamped Multilevel Inverter - NPC)
và nghịch lưu kiểu cascade (cascade multilevel inverter). Ngoài hai cấu trúc trên cịn
có cấu trúc lai [15] là kết nối các kiểu cấu trúc cơ bản với các nguồn điện có trị số
khác nhau.
2.2 Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade
2.2.1 Bộ nghịch lưu cầu 1 pha
Mạch nghịch lưu cascade 5 bậc được xây dựng dựa trên nghịch lưu cầu pha
gồm có 4 linh kiện IBGT chia làm 2 nhánh mắc song song và mắc với một nguồn
DC mỗi nhánh có 2 IBGT nối tiếp với nhau theo sơ đồ:
Hình 2. 1:Nghịch lưu cầu 1 pha
Nguyên lý hoạt động:
Dựa vào trạng thái hoạt động của IGBT. S là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt
động với 2 trạng thái 0 và 1. Trong đó với trạng thái 0 thì IBGT khơng dẫn (hở
mạch) và trạng thái 1 thì IBGT dẫn.
5
Luan van
ST1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở trên.
ST1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở dưới.
SP1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở trên.
SP1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở dưới.
Điều kiện để mạch hoạt động:
Trạng thái hoạt động của ST1, ST1N trái ngược nhau khi ST1 = 0, ST1N = 1 và khi
ST1 =1, ST1N =0. Ta có cơng thức:
ST1 + STN1 = 1
(2.1)
Tương tự ST1, ST1N thì khi SP1 = 0, SP1N = 1 và khi SP1 = 1, SP1N = 0. Ta có:
SP1 + SP1N = 1
(2.2)
Ta có:
VT1 = ST1.U
(2.3)
VP1 = SP1.U
(2.4)
Xác định điện áp ra
U1 = VT1 – VP1 = (ST1 –SP1).U
(2.5)
Số trạng thái ST1, SP1 22 = 4 trạng thái.
Bảng 2.1: Trạng thái ngõ ra nghịch lưu cầu 1 pha.
ST1
Sp1
U1
0
1
-U
1
1
0
0
0
0
1
0
U
Hay nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu cầu 1 pha thể hiện qua tổ hợp các
trạng thái đóng ngắt (ST1, SP1N) của các IGBT mắc chéo nhau được mô tả như bảng sau:
6
Luan van
