Điều khiển định hướng trường động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bằng bộ biến tần đa bậc với kỹ thuật một trạng thái và kỹ thuật sóng mang cổ điển triệt tiêu điện áp common mode của biến tần

Luận văn tốt nghiệp
iii
iii





TÓM
TT





Lun vĕn này trình bày phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC)
vi k thut PWM 1 trng thái có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 11
bc NPC điu khin đng c không đng b . Dựa vào các trng thái đóng ngt
ca b nghch lu NPC 11 bc đ xác đnh đin áp CM bng không. Phng pháp
CPWM này đã trit tiêu đin áp CM và điu khin đáp ng tc đ nhanh . Ngoài ra
còn có đa ra phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC) vi k thut sóng
mang PWM c đin có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 11 bc NPC
đ đánh giá kt qu thu đc .Tt c các kt qu mô phỏng trong lun vĕn thực hin
trên phn mm Matlab/Simulink.


ABSTRACT

This thesis presents a method of Field Oriented Control(FOC) with a Novel Single-
State PWM Technique for Common-Mode Voltage Elimination in eleven-level
Neutral Point Clamped (NPC) inverter controlled induction motor based on the
proposed switching the states of the eleven-level NPC inverter. The proposed
technique has shown that the CM voltage is eliminated the torque response of the
motor is fast. Besides, this thesis also presents a method of Field Oriented
Control(FOC) with carrier PWM method for Common-Mode Voltage Elimination
in eleven-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter controlled induction motor to
evaluate the proposed technique. All of the simulative results are performed by
Matlab/Simulink.
Luận văn tốt nghiệp
iv
iv





MC
LC


Trang tựa Trang
LI CM N ii
TÓM TT iii
MC LC iv
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ix
DANH SÁCH CÁC BNG xiv
Chng 1. TNG QUAN 1

1.1 Đặt vn đ 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tin ca đ tài 4

1.3 Đi tng và mc đích đ tài 5

1.4 Nhim v nghiên cu và gii hn đ tài 5

1.5 Phng pháp nghiên cu 6

Chng 2. CÁC B NGHCH LU ÁP ĐA BC VÀ CÁC PHNG PHÁP
ĐIU KHIN 7
2.1 Cu trúc b nghch lu áp 7

2.1.1 B nghch lu đa bc cha cặp đi-t kẹp NPC 7

2.1.2 B nghch lu đa bc dng t thay đi 9

2.1.3 B nghch lu đa bc Cascade 10

2.2 Các phng pháp điu khin b nghch lu đa bc 12

2.2.1 K thut điu ch sóng mang CPWM 14

2.2.1.1 Phng pháp điu ch đ rng xung sin 15

2.2.1.2 Phng pháp điu ch đ rng xung ci bin SFO-PWM 17

2.2.1.3 Các dng sóng mang trong k thut điu ch PWM 19

2.2.1.4 Nhn xét 21

2.2.2 Phng pháp điu ch véc-t không gian 21

2.2.2.1 Khái nim véc-t không gian 21

2.2.2.2 Véc-t không gian ca b nghch lu áp đa bc 22
Luận văn tốt nghiệp
v
v





2.2.3 Phng pháp Carrier Base ậ SVPWM 26

2.2.3.1 Khi to Hàm Offset 26

2.2.3.2 Hàm Max, Mid, Min, Interger 26

2.2.3.3 Khi khoá thi gian k
1
, k
2
, k
3
27

2.2.3.4 Hàm offset ti u 28

2.2.3.5 Chọn Mode PWM 28

2.2.3.6 Khi to tín hiu tích cực 29

2.2.3.7 Điu ch di m rng 29

2.2.3.8 Điu ch ngoài m rng 30

2.3 Phân tích b nghch lu ba pha 32

2.4 K thut điu khin cho b nghch lu áp ba pha 11 bc 34

Chng 3. CÁC VN Đ VÀ PHNG PHÁP TRIT TIÊU ĐIN ÁP
COMMON MODE CHO BIN TN ĐA BC 36
3.1 Vn đ đin áp CM 36

3.2 K thut PWM 1 trng thái và trit tiêu đin áp common mode ca bin tn37

3.3 K thut PWM c đin và trit tiêu đin áp common mode ca bin tn 42

3.4 Mô phỏng tng quát trong Matlab/Simulink các phng pháp 47

3.4.1 Mô phỏng phng pháp 1(1 trng thái) trong Matlab/simulink 47

3.4.2 Mô phỏng phng pháp 2(PWM c đin) trong Matlab/simulink 54

3.4.3 Nhn xét 57

Chng 4. ĐIU KHIN ĐNH HNG TRNG(FOC)ĐNG C

KHÔNG ĐNG B 3 PHA VI K THUT PWM 1 TRNG THÁI VÀ K
THUT PWM C ĐIN TRIT TIÊU ĐIN ÁP COMMON MODE 58
4.1 Gii thiu phng pháp điu khin FOC 58

4.1.1Các phng pháp điu khin đnh hng trng từ thông Rotor 58

4.1.2 Biu din véc-t không gian trong h tọa đ từ thông Rotor 59

4.1.3 Thut toán và cu trúc phng pháp FOC 61

4.1.4 B điu khin PID 64

4.2 Mô hình trng thái đng c đng c không đng b 66
Luận văn tốt nghiệp
vi
vi





4.2.1 Xây dựng véc-t không gian 67

4.2.2 H trc tọa đ quay 69

4.2.3 Các phng trình ca đng c không đng b ba pha 71

4.2.4 Xây dựng mô hình đng c không đng b trên h tọa đ stato 73

4.2.5 Xây dựng mô hình ĐCKĐB trên h từ thông roto 75

4.3 Mô phỏng điu khin FOC vi k thut PWM 1 trng thái và trit tiêu đin áp

CM ca bin tn 11 bc 76

4.4 Mô phỏng điu khin FOC vi k thut PWM c đin và trit tiêu đin áp

CM ca bin tn 11 bc 87

4.5 Nhn xét 92

Chng 5. KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 94

5.1 Đánh giá kt qu đt đc 94

5.2 Nhng vn đ tn ti ca đ tài 94

5.3 Hng phát trin ca đ tài 94

TÀI LIU THAM KHO 95

PH LC 97

A.Phng pháp 1 97

B.Phng pháp 2 101

C.Các giá tr khai báo mô phỏng 103
Luận văn tốt nghiệp
vii

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT





CM
MI
EMI
NPC


FOC



DTC DC
SVPWM
(SVM)
PWM
VSI
CSI
SVC
IGBT

BNL
SFO


THD
CPWM


PD
APOD
Common Mode (Kiu chung)

Multilevel Inverter (B nghch lu đa bc)

Electromagnetic Interference (Nhiu đin từ)

Neutral Point Clamped Multilevel Inverter (B nghch lu đa bc kiu
đi-t kẹp)
Field Oriented Control (Phng pháp điu khin từ thông tựa theo từ

thông roto)

Direct Torque Control (Điu khin trực tip mommen)

Direct Current (Dòng đin mt chiu)

Space Vector Pulse Width Modulation (Điu ch đ rng xung véc-t

không gian)

Pulse Width Modulation (Điu ch đ rng xung)
Voltage Source Inverter (B nghch lu áp)
Current Source Inverter (B nghch lu dòng)
Static Var Compensation (Thit b bù công sut phn kháng tĩnh)
Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor có cực cng cách ly)
B Nghch Lu
Switching Frequency Optimum (K thut điu rng xung đóng ngt ti
u)
Total Harmonic Distortion (Tng méo dng sóng hài )

Carrier Based Pulse Width Modulation (K thut Sóng mang điu ch
đ rng xung)
Phase Dispostion (Các sóng mang b trí cùng pha)

Alternative Phase Opposition Disposition (Hai sóng mang k tip nhau

dch 180
0
)
Luận văn tốt nghiệp
viii
viii







POD

IM
FFT
MRAS
Phase Opposition Disposition (Các sóng mang b trí đi xng qua trc

chuẩn)

Induction Motor (Đng c không đng b)

Fast Fourier Transform (Phân tích nhanh chui Fourier)

Model Reference Adaptive Systems (Mô hình điu khin thích nghi)
Luận văn tốt nghiệp
ix
ix








DANH SÁCH CÁC
HÌNH

Hình 2.1. B nghch lu NPC ba pha sáu bc 8

Hình 2.2. Cu trúc BNL dùng t kẹp 10

Hình 2.3. Cu trúc BNL Cascade 12

Hình 2.4.Nguyên lý k thut CPWM 14
Hình 2.5. K thut CPWM nhiu sóng mang chuẩn và đin áp dây ca BNL 11 bc
cascade 15
Hình 2.6. Mi liên h gia m và m
a
17

Hình 2.7. Đin áp điu khin SFO pha A 18

Hình 2.8. Đin áp offset 18

Hình 2.9. Sóng đin áp cực đi 19

Hình 2.10. Sóng đin áp cực tiu 19

Hình 2.11. Sóng mang dng PD 20

Hình 2.12. Sóng mang dng APOD 20

Hình 2.13. Sóng mang dng POD 21
Hình 2.14. Hình chiu ca véc-t v


lên ba trc tọa đ 22


Hình 2.15. Gin đ véc-t đin áp b nghch lu áp ba bc 24

Hình 2.17. Gii thut chính ca phng pháp Sóng Điu Ch 26

Hình 2.18. a) S đ to tín hiu sin ch đo vùng quá điu ch m = m
mid
31
b) Gii thut điu ch 2 Mode 31
Hình 2.19. a) S đ nguyên lý nghch lu áp ba pha 31
b) Mô hình tng đng tc thi 32
c) Mô hình tng đng trung bình 32
d) S đ xung điu khin các khóa S
a
, S
b
, S
c
32
Hình 2.20. Mô hình ti ba pha đi xng, đu sao 33

Hình 2.21. S đ mch tng đng quan h áp ti và áp nghch lu 34
Luận văn tốt nghiệp
x
x

a) S đ mch tng đng áp tc thi 34

b) S đ mch tng đng áp trung bình 34

Hình 2.22. S đ nguyên lý nghch lu áp ba pha 11 bc NPC 35

Hình 3.1. Dng sóng đin áp CM 36

Hình 3.2. S đ cu to đng c đo đin áp trc đng c và đo dòng rò  bi 37

Hình 3.3. Giá đỡ  bi hỏng do nh hng đin áp CM 37

Hình 3.4. B bin đi 3 cp 38

. a) Gin đ các trng thái véc-t và gii hn ca ZCM 43

.b) giãn đ vecto chia thành 7 vùng ng vi 7 vecto đin áp ZCM 43

Hình 3.5. Phng pháp sóng mang PD PWM đi vi bin tn đa bc:
(a) giãn đ thi gian chuyn đi;
(b) Giãn đ thi gian chuyn đi và dãy trng thái chuyn đi di điu kin 41
Hình 3.6. Thut toán PWM 1 trng thái vi đin áp ZCM X=A, B, C 41

Hình 3.7. S đ tng quát b nghch lu ba bc NPC 42

Hình 3.8. a) Gin đ các trng thái véc-t đin áp nghch lu 3 bc

b) Gin đ các trng thái véc-t đin áp nghch lu 3 bc ZCM 43

Hình 3.9. Gin đ chuyn trng thái (111, 201, 210) 44

Hình 3.10. Dng sóng đin áp pha x
+
và x
-

45

Hình 3.11. S đ trng thái đóng ngt dng sóng PS 46

Hình 3.12. S đ mô phỏng tng quát phng pháp 1 trng thái 47

Hình 3.13. S đ khi to ngun 3 pha 48

Hình 3.14. khi x lý 1 trang thái và trit tiêu áp common mode 48

Hình 3.15. S đ b nghch lu 11 bc NPC 49

Hình 3.16. Dng sóng th gii thut 50

Hình 3.17. Dng sóng sau khi công offset 50

Hình 3.18a. Đin áp nghch lu 3 pha 51

Hình 3.18b. Đin áp nghch lu pha a 51

Hình 3.19. Đin áp CM đã trit tiêu u

N0’
52

Hình 3.20. Phân tích FFT và THD đip áp tiUta
’
52

Hình 3.21. Phân tích FFT và THD đip áp dây u
ab
53
Luận văn tốt nghiệp
xi
xi


s



Hình 3.22. Phân tích FFT và THD áp nghch lu Uao 53

Hình 3.23. S đ mô phỏng tng quát phng pháp PWM c đin 54

Hình 3.24. khi x lý phng pháp PWM c đin và trit tiêu áp common mode

54

Hình 3.25. Dng sóng th gii thut pp PWM c đin 55

Hình 3.26. Dng sóng sau khi cng offset 55

Hình 3.27a. Đin áp nghch lu 3 pha 56

Hình 3.27b. Đin áp nghch lu pha a 56

Hình 3.28. Đin áp CM đã trit tiêu u
N0’
57

Hình 4.1. Vector dòng i
s
trong không gian vi các thành phn a, b, c 67

Hình 4.2. Dòng đin stator i
s
trong h (a, b, c) và (

,

). 60

Hình 4.3. Dòng đin stator i
s
trong h (

,

) và (d, q). 60

Hình 4.4. Cu trúc c bn ca phng pháp FOC. 61

Hình 4.5. Dòng đin, đin áp và từ thông rotor trên h tọa đ (d,q). 63

Hình 4.6. .Cu trúc b điu khin PID 64

Hình 4.7. H thng điu khin vòng kín 65

Hình 4.8. S đ cun dây và dòng đin stato ca đng c không đng b 67

Hình 4.9. Thit lp véc-t không gian từ các đi lng pha 68
Hình 4.10. Véc-t không gian đin áp stato u

tng quan gia h tọa đ  và tọa
đ ba pha a, b, c 69


Hình 4.11. Chuyn h tọa đ cho véc-t không gian
u
s
từ h tọa đ αβ sang h tọa


đ dq và ngc li 70

Hình 4.12. Mô hình đn gin đng c không đng b ba pha 71

Hình 4.13. Gin đ véc-t từ thông stato và véc-t từ thông roto 76

Hình 4.14. Mô hình mô phỏng FOC ậ CPWM 1 trng thái b nghch lu 11 bc
NPC ZCM 77

Hình 4.15. Từ thông đặt 77

Hình 4.16. Tc đ đặt 78
Luận văn tốt nghiệp
xii





Hình 4.17. S đ khi MTi 78

Hình 4.18. S đ khi CTDu 78

Hình 4.19. S đ khi single step and CMZ 79

Hình 4.20. S đ khi CTDu1 79

Hình 4.21. S đ khi CTDu2 80

Hình 4.22. S đ khi MTu 80

Hình 4.23. S đ khi ĐCKĐB 81

Hình 4.24. S đ khi HTD-CD 81

Hình 4.25. S đ khi bin tn 82

Hình 4.26. Đáp ng từ thông stato c lng 82

Hình 4.27. Sai s đáp ng từ thông stato c lng 82

Hình 4.28. Đáp ng tc đ đng c 83

Hình 4.29.Đáp ng từ thông,moment,tc đ đng c 83

Hình 4.30. Đin áp nghch lu 3 pha 84

Hình 4.31. Đin áp nghch lu pha a 84

Hình 4.32. Đin áp ti 3 pha 85

Hình 4.33. Đin áp ti pha a 85

Hình 4.34. Đin áp dây 3 pha 86

Hình 4.35. Đin áp dây pha a 86

Hình 4.36. Đin áp common mode đã b trit tiêu 87

Hình 4.37. Khi CMZ vi k thut PWM c đin 87

Hình 4.38. Đáp ng từ thông stato c lng 87

Hình 4.39. Sai s đáp ng từ thông stato c lng 88

Hình 4.40. Đáp ng tc đ đng c 88

Hình 4.41.Đáp ng từ thông,moment,tc đ đng c 88

Hình 4.42. Đin áp nghch lu 3 pha 89

Hình 4.43. Đin áp nghch lu pha a 89

Hình 4.44. Đin áp ti 3 pha 90

Hình 4.45. Đin áp ti pha a 90
Luận văn tốt nghiệp
xiii
xiii





Hình 4.46. Đin áp dây 3 pha 91

Hình 4.47. Đin áp dây pha a 91

Hình 4.48. Đin áp common mode đã b trit tiêu 92

Hình 4.49. Đáp ng từ thông,tc đ, moment và dòng khi đóng tiầầầầ 93
Luận văn tốt nghiệp
xiv
xiv

DANH SÁCH CÁC
BNG





Bng 2.1. Trng thái đóng ngt ca BNL ba pha sáu bc NPC 9

Bng 3.1. Dãy trng thái bin đi 39

Bng 3.2. Vec t đin áp ngõ ra CMZ trong phng pháp PWM 1 trng thái 40

Bảng 3.3. Phân tích chuỗi trạng thái trong vùng tam giác (111, 201, 210) 44

Bng 3.4. T Trng thái các séc-t trong gin đ véc-t không gian hình 3.5 45
Chương 1. Tổng quan
1





Chng 1

TNG
QUAN

1.1 Đặt vn đ

Trong nhng nĕm gn đây, các b nghch lu hai bc đc s dng rng rãi
trong lĩnh vực công nghip và dân dng. Bên cnh các u đim đt đc, các b
nghch lu hai bc còn có nhng hn ch nh cht lng đin áp ra không cao và
gii hn  phm vi ng dng công sut nhỏ. Chính vì vy, các b nghch lu đa bc
MI (Multilevel Inverter) đã đc nghiên cu và phát trin. Các b nghch lu đa
bc không ch đc s dng trong truyn đng đin công sut ln, các b lọc tích
cực mà còn đc s dng trong các h thng ngun nĕng lng mi nh nĕng
lng mặt tri, nĕng lng gió, fuel cell, So vi b nghch lu hai bc truyn
thng, các b nghch lu đa bc có các u đim nh có th hot đng  tn s đóng
ngt cao, công sut ln, đin áp ra ít b bin dng, đin áp đặt trên từng linh kin
gim và ít gây ra nhiu đin từ EMI (Electromagnetic Interference).
Từ khi Nabae, Takahashi và Akagi gii thiu b nghch lu đa bc NPC
(Neutral Point Clamped Multilevel Inverter) vào nĕm 1981. Đn nay đã có nhiu
dng cu trúc ca b nghch lu đa bc đc nghiên cu và phát trin. Các dng cu
trúc c bn thng gặp là dng Cascade H-Bridge Inverter vi ngun mt chiu
riêng, dng đi-t kẹp (Diode Clamped Multilevel Inverter), dng t kẹp (Capacitor
Clamped) và cu trúc lai (Hybrid Multilevel Inverter).Trong đó cu hình NPC là
cu hình đc s dng ph bin nht.
Trong các ng dng truyn đng đin, các b nghch lu hai bc truyn thng
và các b nghch lu đa bc đu gặp phi hn ch là xut hin đin áp common
mode (CM) gia hai đim trung tính ti và trung tính ngun. Đin áp CM làm xut
hin dòng đin rò chy trên các trc ca đng c. Dòng đin này s làm nóng các
trc đng c, làm cho các  bi b bào mòn dn đn vic gim tui thọ và gây ra
nhiu đin từ EMI [4-7].Có nhiu phng pháp đ gim nh hng ca đin áp CM
Chương 1. Tổng quan
2

đã đc nghiên cu và công b nh phng pháp dùng mch lọc th đng RC,
RLC mc song song vi ti do Von Jouanne đ ngh nĕm 1996; phng pháp thay
đi cu trúc ca b nghch lu bng cách tĕng s nhánh ca b nghch lu. B
nghch lu áp ba pha bn nhánh đc Oriti gii thiu vào nĕm 1997 và Julian nĕm
1999. Trong đó, ba nhánh s đc điu khin bình thng, nhánh th t đc điu
khin đ gim đin áp CM. Nĕm 1999, Von Jouanne and Zhang gii thiu cu trúc
Dual Bridge Inverter (DBI). Các phng pháp vừa trình bày đc s dng trong các
b nghch lu hai bc truyn thng vi các u đim là gim đc đin áp CM, dòng
rò, hiu sut cao. Tuy nhiên, các phng pháp trên có các khuyt đim là phi thêm
các phn cng làm cho b nghch lu tr nên cng knh, chi phí đt. Nĕm 1998,
Ratnayake and Murai, Haoran Zhang, Annette Von Jouance, Shaoan Dai gii thiu
phng pháp điu khin cho b nghch lu áp ba bc NPC trong đó ch s dng các
trng thái mà ti đó đin áp CM là zero đ trit tiêu đin áp CM. u đim ca
phng pháp này là có th gim hoặc trit tiêu đin áp CM bng gii thut điu
khin mà không cn b sung hoặc thay đi cu trúc b nghch lu. Phng pháp
này có th áp dng cho các b nghch lu đa bc vì trong cu này tn ti các trng
thái sao cho đin áp CM là zero.
Phng pháp trit tiêu đin áp CM dung phng pháp 1 trng thái và nhiu
trng thái cho b nghch lu đa bc đc tham kho từ công trình nghiên cu ca
Nguyn Vĕn Nh và Hong Hee Lee ắAnalysis of Carrier PWM Method for
Common Mode Elimiation in Multilevel Inverter Ằ [8-9]. Dựa trên công trình đó,
trong lun vĕn này tác gi trình bày phng pháp trit tiêu CM cho bin tn đa bc
NPC cp ngun cho đng c không đng b.
Chính vì nhng lý do trên, trong lun vĕn trình bày phng pháp điu khin
đng c không đng b cp ngun bng b bin tn vi k thut trit tiêu CM.

Trong lĩnh vực điu khin đng c, đng c không đng b d ch to, giá
thành rẻ nhng điu khin chính xác tc đ đng c không đng b rt khó khĕn.
Nh sự phát trin ca vi x lý nên vic áp dng các phng pháp điu khin phc
tp vào điu khin đng c không đng b ngày càng tr nên d dàng hn.
Chương 1. Tổng quan
3





Có rt nhiu phng pháp điu khin đng c không đng b. Tuy nhiên, vn
đ đặt ra cho h truyn đng đin điu khin đng c xác lp nhanh và quá đ trong
khong thi gian cho phép. Có các phng pháp điu khin sau:
 Phng pháp điu khin U/f.

 Phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC).

 Phng pháp điu khin trực tip momen (DTC).

 Phng pháp U/f: là phng pháp điu khin đn gin và ph bin trong
phn ln các ng dng trong công nghip. Đim đặc bit ca phng pháp này là
mi quan h gia đin áp và tn s là mt hng s. Cu trúc ca mch thì đn gin
và thng s dng dng không có phn hi tc đ. Tuy nhiên, phng pháp điu
khin này có đáp ng tc đ và momen đ chính xác không cao.
 Phng pháp FOC: là k thut đc s dng ph bin vi hiu sut cao
trong vic điu khin đng c vì từ thông và moment có th đc điu
khin đc lp. FOC là phng pháp điu khin dòng stator ch yu dựa vào
biên đ và góc pha và đặc trng là các vector. Điu khin này c bn dựa
vào sự tham chiu v thi gian và tc đ trên h trc d – q, đây là h trc

bt bin. Sự tham chiu này nhm mc đích đ hng vic kho sát đng
c KĐB thành vic kho sát ca đng c DC.
 Phng pháp DTC: từ thông và momen đin từ đc điu khin trực
tip và đc lp bng cách chọn ch đ chuyn mch ti u cho b nghch lu ngun
áp dựa trên sai bit gia giá tr đặt và giá tr c lng từ các khâu tính toán hi
tip v ca momen và từ thông. Mặt khác, ta có th điu khin trực tip trng thái
ca b nghch lu PWM thông qua các tín hiu điu khin đóng ngt các khóa công
sut nhm mc đích gim sai s momen và từ thông trong phm vi cho phép đc
xác đnh trc.
Trong các phng pháp thì phng pháp điu khin FOC có nhiu u đim so

vi các phng pháp khác nh:

 Phng pháp điu khin đnh hng từ thông FOC đc s dng ph bin

và có hiu qu vi kh nĕng điu khin tách bit hai thành phn từ thông và
Chương 1. Tổng quan
4





moment . FOC điu khin dòng stator ch yu dựa vào biên đ và góc pha và đặc
trng là các vector.
 Phng pháp FOC có hai loi : điu khin đnh hng từ thông stator và
điu khin đnh hng từ thông rotor. Trong đó, phng pháp điu khin đnh
hng theo từ thông rotor có nhiu u đim hn: ng dng vector không gian ta có
th d dàng xây dựng mô hình đng c và các phng trình trên h tọa đ (d,q),
trit tiêu thành phn từ thông rotor trên trc (q), còn thành phn từ thông rotor trên

trc (d) có th xem nh đi lng mt chiu. Các đi lng dòng đin, đin áp khi
chiu lên hai trc d và q cũng là các thành phn mt chiu.
Chính vì nhng lý do nêu trên, trong lun vĕn tt nghip này tôi đã chọn đ
tài: “Điều khiển động cơ không đồng bộ 3pha bằng phương pháp điều khiển định
hướng trường(FOC) với kỹ thuật PWM 1 trạng thái có triệt tiêu điện áp common
mode của biến tần .Đồng thời khảo sát kỹ thuật PWM cổ điển có triệt tiêu điện áp
common mode của biến tần.So sánh kết quả để đối chiếu với kỹ thuật PWM 1 trạng
thái ”.
1.2 Ý nghƿa khoa hc và thực tin ca đ tài

ng dng bin tn đa bc trong k thut PWM vào điu khin tc đ đng c
đã gây ra đin áp CM (đin áp tâm ngun mt chiu - đin áp trung tính ti). Đin
áp CM gây ra xung lực làm nhanh h  bi và gây ra ting n khi đng c hot đng,
cho nên cn phân tích phng pháp trit tiêu CM trong bin tn đa bc.
Vi phng pháp điu khin đng c không đng b điu khin đnh hng
trng(FOC) vi k thut PWM 1 trng thái có trit tiêu đin áp common mode ca
bin tn s đa đn mt kt qu điu khin đn gin và nâng cao cht lng điu
khin cũng nh hiu sut làm vic cho đng c không đng b.
Đ tài trình bày phng pháp đ ci thin cht lng trong h truyn đng
đin. Công trình nghiên cu này có th ng dng trong thực tin trong điu khin
công nghip đi tng điu khin là đng c đin không đng b và phc v cho
nghiên cu khoa học và ging dy.
Chương 1. Tổng quan
5





1.3 Đi tng và mc đích đ tài

Đi tng nghiên cu ca đ tài là b nghch lu ba pha 11 bc NPC, đng c
không đng b ba pha.
Mc đích ca đ tài là: Điu khin đnh hng trng(FOC) vi k thut

PWM 1 trng thái có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn.

Dùng b bin tn 11bc vi k thut trit tiêu CM vi s đ nghch lu NPC

11 bc dùng k thut điu ch sóng mang PWM.

Mô phỏng bng phn mm Matlab/Simulink điu khin đnh hng
trng(FOC) vi k thut PWM 1 trng thái có trit tiêu đin áp common mode ca
bin tn.Mô phỏng k thut điu khin đnh hng trng(FOC) vi k thut PWM
c đin có trit tiêu đin áp common mode ca bin tn đ đánh giá kt qu thu
đc ca k thut PWM 1 trng thái  trên
1.4. Nhim v nghiên cu và gii hn ca đ tài.
1.4.1. Nhim v nghiên cu.

- kho sát b nghch lu đa bc

-Kho sát k thut trit tiêu din áp CM

-Kho sát k thut PWM mt trng thái(mt vector)

-Kho sát k thut PWM c đin

-Kho sát phng pháp điu khin điu khin đnh hng trng(Field

Oriented Control- FOC)

- Nghiên cu phng pháp điu khin đnh hng trng(Field Oriented
Control- FOC) đ điu khin đng c không đng b ba pha cp ngun bng b
bin tn đa bc vi k thut điu khin PWM 1 vector và trit tiêu đin áp Common
Mode
- Nghiên cu phng pháp điu khin đnh hng trng(Field Oriented
Control- FOC) đ điu khin đng c không đng b ba pha cp ngun bng b
bin tn đa bc vi k thut điu khin PWM c đin và trit tiêu đin áp Common
Mode
Chương 1. Tổng quan
6





- Thực hin mô phỏng, đánh giá và kt lun,so sánh gia 2 phng pháp.

1.4.2. Gii hn đ tài. Thi gian nghiên cu có hn nên tác gi ch tp trung
nghiên cu phng pháp điu khin điu khin đnh hng trng(Field Oriented
Control- FOC) đng c không đng b ba pha cp ngun bng b bin tn 11 bc
vi k thut điu khin PWM 1 trng thái và PWM c đin có trit tiêu đin áp
Common Mode
1.5. Phng pháp nghiên cu.

- Nghiên cu các tài liu, bài báo liên quan đn quá trình nghiên cu đ tài,
Matlab/Simulink .
- Phng pháp chuyên gia: Tham kho ý kin, trao đi kinh nghim nhng

khóa cao học trc và nhng ngi có kinh nghim trong lĩnh vực liên quan .

- Phng pháp thực nghim: Sau phn nghiên cu đc kim chng bng vic

thực hin mô phỏng và đánh giá trên phn mm Matlab/Simulink.









.
7
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển





Chng 2

CÁC B NGHCH LU ÁP ĐA
BC


VÀ CÁC PHNG PHÁP ĐIU
KHIN

Chng này gii thiu và nghiên cu các cu trúc b nghch lu áp đa bc,
phân tích hot đng ca b nghch lu áp ba pha ba bc NPC. Trong chng này
trình bày các phng pháp c bn đ điu khin b nghch lu áp đa bc nh k
thut điu ch sóng mang, k thut điu ch đ rng xung ci biên và k thut điu
ch véc-t không gian.
B nghch lu có nhim v chuyn đi nĕng lng từ ngun đin mt chiu
không đi sang dng nĕng lng đin xoay chiu đ cung cp cho các ti xoay
chiu. Tùy thuc vào đi lng đc điu khin  ngõ ra là đin áp hay dòng đin
mà ta có đc tng ng b nghch lu áp VSI (Voltage Source Inverter) hay b
nghch lu dòng CSI (Current Source Inverter).
 Có nhiu phng pháp đ phân loi các các b nghch lu:

 Phân loi theo s pha đin áp ra: mt pha, ba pha, bn pha.

 Phân loi theo s bc ca đin áp nghch lu: hai bc, đa bc (từ ba bc


tr lên).



 Phân loi theo cu trúc: cu trúc đa bc cha cặp đi-t kẹp, cu trúc đa


bc t đin thay đi, cu trúc cascade, cu trúc lai.

2.1 Cu trúc b nghch lu áp

2.1.1 B nghch lu đa bc cha cặp đi-t kẹp NPC (Neutral Point Clambed

Multilevel Inverter)

Cu trúc nghch lu đa bc dng đi-t kẹp đc đ ngh bi Nabae, Takahashi,
Akagi vào nĕm 1981 vi cu trúc ban đu là b nghch lu ba bc NPC. Từ nhng
nĕm 1990, có nhiu công trình nghiên cu đã đc công b cho các b nghch lu
bn bc, nĕm bc, sáu bc, cũng nh các ng dng ca cu trúc này trong các b
bin tn, các thit b bù nhuyn công sut phn kháng tĩnh SVC (Static Var
Compensation),
8
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển




D
)
a 4



Cu trúc NPC s dng thích hp khi các ngun DC to nên từ h thng đin
AC. B nghch lu đa bc cha các cặp đi-t kẹp có mt mch ngun DC đc
phân chia thành mt s cp đin áp nhỏ hn nh chui các t đin mc ni tip.
Hình 2.1 minh họa b nghch lu ba pha sáu bc NPC dùng đi-t kẹp.
Gi s nhánh mch DC gm n ngun có đ ln bng nhau mc ni tip. Đin
áp pha - tâm ngun DC (đim 0) có th đt đc (n+1) giá tr khác nhau và từ đó b
nghch lu đc gọi là b nghch lu áp (n+1) bc. C th, vi cu trúc trong hình
2.1, các mc đin áp có th đt đc gm (0, V
dc

/5, 2V
dc
/5, 3V
dc
/5,ầnV
dc
/5). Đin

áp từ mt pha ti (ví d pha a) thông đn mt v trí bt kỳ trên nhánh DC nh cặp


đi-t kẹp ti đim đó (ví d D
a4
,
'





+
V d c
/

5

-


D

a

1



D

a

2

S 5 a



S 4 a




+
V d c
/

5

-

D

a

3



D

a

4

S 3 a



S 2 a



+
V d c
/

5

-

D

'

a

1

S 1 a
a


b N


S '

5 a
c



+

V d c /

5

-
M

+



V d c /

5

-


D

'

a

2

D

'

a

3



D

'

a

4

S '

4 a



S '

3 a

S '

2 a


S '

1 a



0


Hình 2.1. B nghch lu NPC ba pha sáu bc


Đ đin áp pha ậ tâm ngun DC đt đc mc đin áp u
a0
= V
dc
/5, gm n linh
kin mc ni tip liên tc k nhau phi đc kích đóng, các linh kin còn li phi
đc khoá theo nguyên tc kích đi nghch. Vi nguyên lý trên, cu trúc b nghch
9
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển



Đin áp u

a0

Trng thái đóng ngt
S
S
S
S
S
'

S
a 5

'

S
a 4

'

S
a 3

'

S
a 2

'
u

a05
= 5 V
dc
/5
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
u
a04
= 4 V
dc
/5
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
u

a03
= 3 V
dc
/5

0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
u
a02
= 2 V
dc
/5
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0

u
a01
= 1 V
dc
/5

0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
u
a00
= 0

0
0
0
0
0
1
1
1
1
1

lu (BNL) có th to ra sáu mc đin áp pha ậ tâm ngun DC (đim 0) nên b

nghch lu áp trên gọi là b nghch lu áp sáu bc, xem bng 2.1.

Bng 2.1. Trng thái đóng ngt ca BNL ba pha sáu bc NPC




a5 a4

a3 a2 a1
S
1a











B nghch lu áp đa bc dùng đi-t kẹp ci tin dng sóng đin áp ti dn đn

tĕng hoặc gim đin áp trên linh kin n ln. Vi b nghch lu đa bc dv/dt trên linh
kin và tn s đóng ngt thay đi mm hn. Tuy nhiên, vi n > 3, mc đ chu gai
áp trên các đi-t s nhỏ hn.
 u đim:

 Tt c các pha đu s dng chung mt ngun DC duy nht, vi u
đim này các BNL, NPC đc s dng rng rãi trong các b bin tn công nghip.
 Gim tc đ dv/dt.

 Khuyt đim:

 Khi s bc càng cao, vic x lý vn đ dao đng và mt cân bng đin
áp trên t gặp nhiu khó khĕn, đng thi s lng đi-t tĕng lên nên h thng tr
nên phc tp.
 Đin áp đặt trên các đi-t khác nhau.

2.1.2 B nghch lu đa bc dng t thay đi (Flying Capacitor Multilevel

Inverter)

Cu trúc BNL dng t thay đi đc Meynard và Forch gii thiu vào nĕm

1992. V c bn, cu trúc BNL dng này ging nh cu trúc BNL đi-t kẹp. Đim

khác bit là cu trúc s dng các t đin đ thay th cho các đi-t .
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển
10
10

 u đim:

Hình 2.2. Cu trúc BNL dùng t kẹp

 Khi s bc tĕng thì không cn s dng b lọc.

 Có th điu tit công sut tác dng và phn kháng nên từ đó có th điu

tit vic phân b công sut trong li có dùng bin tn.

 Mi nhánh có th đc phân tích đc lp vi các nhánh khác.

 Khuyt đim:

 S lng t công sut ln tham gia trong mch nhiu làm cho h thng

cng knh, giá thành tĕng và đ tin cy gim.

 Vic điu khin s khó khĕn khi s bc b nghch lu áp tĕng cao.

2.1.3 B nghch lu đa bc Cascade (Cascade H-Bridges Multilevel Inverter)

Cu trúc dng ghép tng s dng các ngun DC riêng, thích hp trong trng

hp s dng ngun DC có sẵn, ví d: di dng acquy, battery. B nghch lu
Cascade gm nhiu b nghch lu áp cu mt pha ghép ni tip, các b nghch lu
áp dng cu mt pha này có các ngun DC riêng.
Bng cách kích đóng các linh kin trong mi b nghch lu áp mt pha, ba
mc đin áp (-U, 0, U) đc to thành. Sự kt hp hot đng ca n b nghch lu áp
trên mt nhánh pha ti s to nên n kh nĕng mc đin áp theo chiu âm (-U, -2U, -
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển
11
11





3U, -4U, ậnU), n kh nĕng mc đin áp theo chiu dng (U, 2U, 3U, 4U,ầnU)
và mc đin áp 0. Nh vy, b nghch lu áp dng cascade gm n b nghch lu áp
mt pha trên mi nhánh s to thành b nghch lu (2n+1) bc.
Tn s đóng ngt trong mi mô-đun ca dng mch này có th gim đi n ln
và dv/dt cũng gim đi nh vy. Đin áp trên áp đặt lên các linh kin gim đi 0,57n
ln, cho phép s dng IGBT đin áp thp.
 u đim:

 S bc ca đin áp ra nhiu hn gp hai ln so vi s ngun DC


(2n+1).



gim theo.

 Đin áp đặt trên linh kin gim, nên tn hao do đóng ngt trên linh kin



 Các mch Cascade có th đc thit k và lp ráp d dàng, thun tin


cho sn xut đi trà.

 Khuyt đim:

 Cn nhiu ngun đc lp cho mi mô-đun cu mt pha.
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển
12
12







Hình 2.3. Cu trúc BNL Cascade

2.2 Các phng pháp điu khin b nghch lu đa bc

Các b nghch lu áp thng đc điu khin dựa trên k thut điu ch đ

rng xung ậ PWM (Pulse Width Modulation) và qui tc kích đóng đi nghch. Qui
tc kích đóng đi nghch đm bo dng áp ti đc điu khin tuân theo gin đ
kích đóng các khóa bán dn và k thut điu ch đ rng xung có tác dng hn ch
ti đa nh hng bt li ca sóng hài bc cao xut hin  phía ti.
Có nhiu phng pháp điu khin b nghch lu áp đa bc nh k thut điu
khin theo biên đ còn gọi là phng pháp điu khin sáu bc, k thut điu ch
đ rng xung, k thut điu ch đ rng xung ci bin và k thut véc-t không
gian,
K thut điu khin sáu bc có u đim là biên đ thành phn hài c bn ca
đin áp ra đt giá tr ln nht so vi các phng pháp còn li nên thng đc chọn
làm phng pháp chuẩn đ so sánh vi các phng pháp khác. Khuyt đim ln
Chương 2. Các bộ nghịch lưu áp đa bậc và các phương pháp điều khiển
13
13


(1) SVPWM



nht ca phng pháp điu khin sáu bc là biên đ ca thành phn hài bc cao

xut hin khá ln nên ít đc s dng trong thực t.

Ngày nay, k thut điu ch véc-t không gian, k thut điu ch sóng mang
và dng ci bin ca nó s dng rng rãi vì có th to đin áp ra vi cht lng tt
hn so vi k thut điu khin sáu bc.
Vic đánh giá cht lng ca các b nghch lu đc thực hin thông qua mt

s ch tiêu sau [1]:

Ch s điu ch m (Modulation Index): đc đnh nghĩa nh t s gia biên đ
thành phn hài c bn to nên bi phng pháp điu khin và biên đ thành phn
hài c bn đt đc trong phng pháp trong phng pháp chuẩn.

U

1

m

m 

U
(1) base



(2.1)



sau:



nht.
Thông thng phng pháp chuẩn đc chọn là mt trong các phng pháp

 Điu khin theo phng pháp sáu bc vi biên đ đin áp đt giá tr ln



2

U
(1)sixstep


V
d

 Phng pháp điu ch đ rng xung ci bin SFO (Switching Frequency
Optimal PWM Method) hoặc k thut điu ch véc-t không gian SVPWM (Space
vector Pulse Width Modulation) vi biên đ đin áp ra đt giá tr ln nht

U 
V
d

và giá tr này đc chọn làm chuẩn khi xác đnh ch s điu ch m

3

trong lun vĕn.

 Phng pháp điu ch sóng mang và sóng điu khin sin vi biên đ đin áp

ra đt giá tr ln nht U


(1) sin


V
d

.

2


Trong đó, V
d
là tng đin áp trên các t.