Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.14 MB, 22 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN DŨNG
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO
BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 0 4 5 5
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*****
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN DŨNG
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR
CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC
Chuyên ngành : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số ngành : 60 52 50
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*****
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR
CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC
Chuyên ngành : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số ngành
: 60 52 50
Họ và Tên học viên : TRẦN DŨNG
Người hướng dẫn
: TS. NGUYỄN VĂN NHỜ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN NHỜ
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc só được bảo vệ tại :
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Tp. Hồ Chí Minh, ngày . . . tháng . . . năm 2005.
Bộ Giáo Dục & Đào Tạo
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-------------------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Trần Dũng
Phái
: Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 05 – 05 – 1975
Nơi sinh : Quảng Trò
Chuyên ngành : Thiết bò mạng &nhà máy điện Mã số : 60 52 50
TÊN ĐỀ TÀI : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ
NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC
II_ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Thực hiện đầy đủ nội dung, đúng tiến độ được yêu cầu và đã thông qua
khi bảo vệ đề cương với các chương như sau:
1/ Tổng quan về đề tài, lý do chọn đề tài
2/ Giới thiệu về bộ nghòch lưu đa bậc và các kỹ thuật điều chế nói chung
3/ Phân tích các kỹ thuật điều chế PWM : kỹ thuật điều chế sóng mang, kỹ thuật
điều chế vector không gian, kỹ thuật triệt tiêu sóng hài chọn lọc.
4/ Trình bày kỹ thuật điều khiển vector và cải tiến về điều khiển vector.
5/ Mô phỏng mô hình tóan học bằng phần mềm PSIM và C++.
6/ Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng, một số đề xuất
7/ Kết luận, hướng phát triển trong tương lai.
III_ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
15 – 02 – 2005
IV_ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ____________________________________
V_ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. NGUYỄN VĂN NHỜ
VI_ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :
______________________________________________________________________
VII_ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 :
______________________________________________________________________
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ NHẬN XÉT 1
CÁN BỘ NHẬN XÉT 2
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày
tháng
năm 2005
TRƯỞNG PHÒNG QLKH – SĐH
CHỦ NHIỆM NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
---o0o---
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Văn Nhờ đã tận
tình, hướng dẫn tôi để hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn Q
thầy, cô và phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Q thầy, cô bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại
Học Bách Khoa Tp.HCM, Các anh, chò quản lý phòng máy tính khoa Điện
– Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và
hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã động viên và tạo điều kiện cho tôi rất nhiều trong quá trình học
tập và thực hiện luận văn này cũng như trong việc tìm kiếm thông tin và
các tài liệu khác có liên quan.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 08 năm 2005
Học viên
Trần Dũng
MỤC LỤC
PHẦN A : MỤC LỤC
Trang
PHẦN B : NỘI DUNG
CHƯƠNG I :
GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC VÀ CÁC
KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
1.1
TỔNG QUAN
1
1.1.1 Tính cần thiết phải nghiên cứu kỹ thuật điều khiển cho
bộ nghòch lưu đa bậc nói chung .
1.1.2 Ưu điểm của nghòch lưu áp đa bậc nói chung.
2
1.1.3 Ưu điểm tiên đóan ban đầu của kỹ thuật SVC theo hướng đề xuất. 2
1.1.4 Một số hạn chế chưa được khảo sát theo kỹ thuật đã đề xuất.
3
1. 2
3
GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU
ĐA BẬC
1.2.1 Giới thiệu về bộ nghòch lưu áp nói chung
1.2.2 Một số cấu trúc cơ bản của mạch động lực trong bộ nghòch
lưu áp đa bậc.
1.2.2.1 Cấu trúc nghòch lưu dạng Cascade ( cascade inverter )
1.2.2.2 Cấu Trúc Nghòch Lưu Chứa Cặp Diode kẹp
( Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC ).
4
1.2.2 3 Cấu Trúc Nghòch Lưu dùng tụ kẹp
(Capacitor-Clamped Multilevel Inverter) .
6
1.3 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
7
1.3.1 Quy Trình Đóng Ngắt của các linh kiện công suất trong
bộ nghòch lưu áp đa bậc.
1. 3.1.1 Tổng Quát.
1.3.1.2 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p Ba Bậc
8
1.3.1.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p Năm Bậc
9
1.3.2 Phân loại các kỹ thuật điều chế nói chung
10
1.3.3 Một số chỉ tiêu để đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghòch lưu
11
CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT PWM
2.1
GIỚI THIỆU
14
2. 2
KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ DÙNG SÓNG MANG
14
2.2.1 Các dạng sóng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM
15
2.2 2 Mô phỏng và phân tích bộ nghòch lưu áp ba bậc
17
2.2.3 Mô Phỏng Bộ Nghòch Lưu ÁP 5 Bậc
20
2.3 PHƯƠNG PHÁP TRIỆT TIÊU SÓNG HÀI CHỌN LỌC.
23
2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN.
26
2.4.1 Vector Không Gian Của Bộ Nghòch Lưu p Đa Bậc
2.4.1.1 Khái niệm vector không gian
2.4.1.2 Vector không gian của bộ nghòch lưu áp đa bậc
27
2.4.2 Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu ba bậc
2. 4.3 Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu năm bậc
29
2. 5 MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT
CỦA CPWM , SVPWM , SHE .
31
CHƯƠNG III
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR (SVC) VÀ CẢI TIẾN KỸ THUẬT
SVC .
3.1
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR
( SVC : Space Vector Control )
3.1.1 Giới thiệu
34
3.1.2 Kỹ thuật điều khiển vector
3.2
KỸ THUẬT SVC CẢI TIẾN THEO HƯỚNG ĐỀ XUẤT
CỦA ĐỀ TÀI.
3. 2 .1 Xây dựng mô hình toán học
38
3.2.2 Các hàm toán học dựa trên mối tương quan của hai
phương pháp SVPWM và CPWM .
42
3.2 .2.1 Đònh nghóa hàm Max, Mid, Min, Interger .
3.2 .2 .2. Khối hàm Offset cực trò (Extreme Offset).
43
3. 2 .2 .3 Hàm S để xác đònh K1, K2 , K3
3.3 GIẢI THUẬT THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
45
3.4 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO CÁC KHỐI TRONG
GIẢI THUẬT TRÊN
45
3.4.1 Chương trình cho khối tìm cực trò.
3.4.2 Chương trình cho khối logic bao gồm hàm fmax ,và fmin
3.4.3 Hàm S được thiết lập trực tiếp bằng logic trên PSIM .
3.4.4 Các hàm của Pa10 , Pb10 , Pc10 được thiết lập trực tiếp bằng
logic trên PSIM .
3.4.5 Chương trình của khối chính được viết chương trình trên
phần mềm C++ sau đó đưa vào khối DLL (ở phụ lục 4.3)
3.5
SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.
47
3.5.1 Sơ đồ mạch mô phỏng
3.5.1.1 Mạch mô phỏng bộ nghòch lưu ba bậc
48
3.5.1.2 Mạch mô phỏng bộ nghòch lưu ba bậc
49
3.5.2 Kết quả mô phỏng
50
3.5.3 Phân tích và nhận xét về tính ưu việt của bộ nghòch lưu đa bậc.
57
3.5.4 Phân tích kết quả mô phỏng giữa tỉ số điều chế m và tổng méo hài
THD trên các pha của bộ nghòch lưu 5 bậc dùng cấu trúc diode kẹp.
57
3.5.5 Mô phỏng bộ nghòch lưu áp 5 bậc với tải là động cơ
59
3.5.5.1
Mô phỏng bộ nghòch lưu áp 5 bậc với tải là động cơ
61
3.5.5.2
Dạng sóng Vf mô phõng ở hình 3.30
62
3.5.5.3
Nhận xét về kết quả mô phỏng ở mục 3.5.5.1
62
PHẦN C
4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
63
4.1 Kết luận
63
4.2 Đề xuất theo hướng phát triển của đề tài
64
PHẦN D
PHỤ LỤC
Tài liệu thao khảo
Lý lòch trích ngang
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC VÀ CÁC KỸ
THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
1.1 TỔNG QUAN
1.1.1 Tính cần thiết phải nghiên cứu kỹ thuật điều khiển cho bộ nghòch lưu
đa bậc nói chung .
Trong những năm gần đây, các bộ nghòch lưu nói chung đã được ứng dụng
rất phổ biến. Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lónh vực như :
1) Điều khiển động cơ AC.
2) Bộ nguồn dự trữ AC (UPSs –Uninterruptible Power Supplies).
3) Sự nung cảm ứng.
4) Dùng làm nguồn phát điện AC mà năng lượng đầu vào từ mặt trời, khí
đốt...
5) Dùng trong bộ lọc tích cực, bộ lọc hài hay bộ bù SVC.
6) Khi nhà máy điện chạy bằng năng lượng gió, hay lượng mặt trời...
đang được quan tâm như hiện nay thì nhất thiết phải có bộ nghòch lưu
nhằm chuyển đổi điện áp một chiều thành xoay chiều ba pha.
7) Khi chế tạo các bộ biến tần chắc chắn bộ phận nghòch lưu không thể
thiếu.
8) Đặt biệt có nghóa quan trọng khi kỹ thuật truyền năng lượng điện bằng
hệ thống HVDC (High Voltage Direct Current) phát triển toàn cầu.
Mặt khác, bộ nghòch lưu áp hai bậc (xem phụ lục 1) có nhược điểm điện áp
ở ngỏ ra cung cấp cho cuộn dây động cơ với độ dốc ( dv/dt ) khá lớn và gây ra
một số vấn đề khó khăn bởi tồn tại trạng thái khác zero của tổng điện thế từ các
pha đến tâm nguồn DC (hiện tượng common-mode voltage). Thêm vào đó, bộ
nghòch lưu hai bậc chỉ dùng rộng rãi trong phạm vi công suất vừa và nhỏ. Nhưng
xu hướng hiện nay, trong công nghiệp đòi hỏi sử dụng các hệ thống điện áp cao
(2.3kv, 3.3kv, 4.16kv, 6.9kv...), công suất lớn (từ MW trở lên ). Do đó bộ nghòch
lưu áp đa bậc được nghiên cứu và phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu
trên của bộ nghòch lưu áp hai bậc [1].
Song tính mâu thuẩn của vấn đề về bộ nghòch lưu có công suất lớn và chất
lượng điện áp ở ngỏ ra cao, ít hài thì nhất thiết cấu trúc của bộ nghòch lưu phải là
bộ nghòch lưu đa bậc (hình 1.1, hình 1.2). Khi chúng ta dùng cấu trúc đa bậc sẽ
kéo theo kỹ thuật điều khiển khó khăn, giải thuật phức tạp.
Theo tạp chí IEEE, IEE đã đề cập rất nhiều kỹ thuật điều chế cho bộ nghòch lưu
áp đa bậc như :
- Kỹ thuật điều chế dùng sóng mang (Carrier based PWM ) [2,3,4]
Trang 1
[ 5,6,7]
-
Kỹ thuật điều chế dùng vector không gian (Space Vector PWM )
Kỹ thuật triệt tiêu các sóng hài chọn lọc (SHE- Selective Harmonic
Elimination )[8,9]
- Kỹ thuật điều khiển vector (SVC- Space Vector Control) bằng cách tra
bảng [10,11]
Những kỹ thuật điều chế nêu trên liên quan đến kỹ thuật đề xuất. Thông qua kết
quả nghiên cứu của những chuyên gia của tạp chí IEEE, IEE cho ta nhận xét
rằng : mỗi kỹ thuật mà tác giả đưa ra đều tập trung khắc phục một số chỉ tiêu
như :
1) Tổng méo hài (THD) thấp.
2) Tăng tỷ số điều chế.
3) Khử sóng hài bậc cao.
3) Giảm tối đa tổn thất .
4) Giảm độ nhấp nhô dòng hài.
5) Tối ưu giải thuật điều khiển, dễ thực hiện và mang tính tổng quát
cao.
Song mỗi kỹ thuật khó có thể đạt được hết các chỉ tiêu nêu trên.
Khi điện áp nghòch lưu ra không đảm bảo chất lượng điện năng tốt sẽ gâ y
ra một số vấn đề như : tổn hao đồng trong máy điện tăng, tiếng ồn, gây công
hưởng hài với tải hay làm động cơ lão hóa nhanh....
1.1.2 Ưu điểm của nghòch lưu áp đa bậc nói chung.
1) Công suất của bộ nghòch lưu áp đa bậc là rất lớn (từ MW trở lên ).
2) Điện áp đặt trên linh kiện bò giảm xuống nên công suất tổn hao do
quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo.
3) Với cùng tần số đóng ngắt, các thành phần sóng hài bậc cao của
điện áp ra giảm nhỏ hơn so với trường hợp bộ nghòch lưu áp hai bậc.
4) Điện áp common-mode nhỏ hơn, nên làm giảm ứng suất trên trục
động cơ.Nghóa là tuổi thọ của động cơ được tăng lên.
1.1.3 Ưu điểm tiên đoán ban đầu của kỹ thuật SVC theo hướng đề xuất.
1) Giảm tối đa số lần chuyển mạch trên mỗi chu kỳ
2) Chất lượng điện áp ở ngỏ ra của bộ nghòch lưu cao khi số bậc càng
tăng nhưng giải thuật ít thay đổi.
3) Mô hình tóan học mang tính khái quát cao nên đơn giản hóa về kỹ
thuật điều khiển vector.
4) Chủ động kiểm tra số lượng vector dư thừa trong nghòch lưu đa bậc.
Trang 2
1.1.4 Một số hạn chế chưa được khảo sát theo kỹ thuật đã đề xuất.
1) Chưa khảo sát chất lượng điện áp ra với tải động cơ, chỉ thực hiện với tải
RL.
2) Do thời gian có hạn nên kết quả đạt được chưa đánh giá triệt để.
1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC
1.2.1 Giới thiệu về bộ nghòch lưu áp nói chung.
Bộ nghòch lưu áp nhận điện áp một chiều rồi biến thành điện áp xoay
chiều với giá trò điện áp và tần số có thể thay đổi hay cố đònh tùy thuộc vào tính
ứng dụng. Thực tế chúng có thể làm việc như bộ lọc. Điện áp dc cung cấp bộ
nghòch lưu có thể cố đònh hay thay đổi. Điện áp đầu vào này có thể từ ắcquy,
năng lượng mặt trời hay từ lưới điện xoay chiều thông qua bộ nắn điện ....Điện
áp ở ngỏ ra cũng có thể một pha hay ba pha, dạng sóng có thể vuông, bậc thang,
hay dạng sin, gần sin tùy theo kỹ thuật điều chế . Bộ nghòch lưu bao gồm hai loại
: bộ nghòch lưu dòng, bộ nghòch lưu áp.
Trước đây, linh kiện trong bộ nghòch lưu thường là thyristor. Nay thường
dùng các linh kiện như GTOs , BJTs , IGBTs và IGCTs.
1.2.2 Một số cấu trúc cơ bản của mạch động lực trong bộ nghòch lưu đa bậc
1.2.2.1 Cấu trúc nghòch lưu dạng Cascade ( cascade inverter ).
Sử dụng các nguồn DC riêng, thích hợp trong trường hợp sử dụng nguồn
DC có sẵn, ví dụ dưới dạng acquy, battery. Cascade inverter (hình 1.1) gồm
nhiều bộ nghòch lưu áp cầu một pha ghép nối tiếp, các bộ nghòch lưu áp dạng
cầu một pha này có các nguồn DC riêng.
Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghòch lưu áp một pha, ba
mức điện áp ( -U, 0, U ) được tạo thành. Sự kết hợp hoạt động của n bộ nghòch
lưu áp trên một nhánh pha tải sẽ tạo nên n khả năng mức điện áp theo chiều âm
( -U, -2U, -3U, -4U,….-nU ), n khả năng mức điện áp theo chiều dương ( U, 2U,
3U, 4U,…nU ) và mức điện áp 0.
Do đó, bộ nghòch lưu áp dạng cascade gồm n bộ nghòch lưu áp một pha
trên mỗi nhánh sẽ tạo thành bộ nghòch lưu ( 2n + 1 ) bậc.
Trang 3
Hình 1.1- Cascade inverter
Tần số đóng ngắt trong mỗi module của dạng mạch này có thể giảm đi n
lần và tốc độ biến thiên (dv/dt) cũng giảm đi n. Điện áp trên áp đặt lên các linh
kiện giảm đi 0,57 lần, cho phép sử dụng IGBT điện áp thấp.
1.2.2.2 Cấu Trúc Nghòch Lưu Chứa Cặp Diode kẹp
(Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC )
Sử dụng thích hợp khi các nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC. Bộ
nghòch lưu đa bậc chứa các cặp diode kèm có một mạch nguồn DC được phân
chia thành một số cấp điện áp nhỏ hơn nhờ chuỗi các tụ điện mắc nối tiếp (hình
1.2)
Trang 4
utc
0
uta
Hình 1.2- Cấu trúc diode kẹp
Giả sử nhánh mạch DC gồm n nguồn có độ lớn bằng nhau mắc nối tiếp.
Điện áp pha-nguồn DC có thể đạt được ( n+ 1 ) giá trò khác nhau và từ đó bộ
nghòch lưu đa bậc được gọi là bộ nghòch lưu áp ( n+ 1 )bậc. Ví dụ chọn mức điện
thế 0 ở cuối dãy nguồn, các mức điện áp có thể đạt được gồm ( 0, U, 2U,
3U,…nU ). Điện áp từ một pha tải ( ví dụ pha a ) thông đến một vò trí bất kỳ trên (
ví dụ H ) nhờ cặp diode kẹp tại điểm đó ( ví dụ D 1, D1’ ). Để điện áp pha-nguồn
DC đạt được mức điện áp nêu trên
( Ua0 = U ), tất cả các linh kiện bò kẹp giữa hai diode ( D 1, D1’ ) – gồm n linh
kiện mắc nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại
Trang 5
phải được khoá theo nguyên tắc kích đối nghòch. Như hình vẽ trên, tạo ra sáu
mức điện áp pha – nguồn DC nên mạch lưu trên gọi là bộ nghòch lưu sáu bậc.
Bộ nghòch lưu áp đa bậc dùng diode kẹp cải tiến dạng sóng điện áp tải và
giảm shock điện áp trên linh kiện n lần. Với bộ nghòch lưu ba bậc, độ biến thiên
dv/dt trên linh kiện và tần số đóng cắt giảm đi một nửa. Tuy nhiên với n > 3,
mức độ chòu gai áp trên các diode sẽ khác nhau. Ngoài ra, cân bằng điện áp giữa
các nguồn DC ( áp trên tụ ) trở nên khó khăn, đặc biệt khi số bậc lớn.
1.2.2.3 Cấu Trúc Nghòch Lưu dùng tụ kẹp
(Capacitor-Clamped Multilevel Inverter)
Hình 1.3 Cấu trúc inverter 5 bậc dùng tụ kẹp
Qua mạch ở hình 1.2 và hình 1.3 nhận thấy rằng : cấu trúc dùng tụ kẹp khác
với cấu trúc dùng diode kẹp về dãy tụ ở chổ mức điện áp trên mỗi pha được nạp
với các mức khác nhau. Điểm bất lợi là khi mạch bắt đầu hoạt động cần phải đạt
trước những điện áp cần thiết –điều này gây phức tạp trong quá trình điều chế
Ngoài ra còn có các bộ nghòch lưu áp đa bậc với kiểu ghép từ ngỏ ra của
chúng như hình 1.4
Trang 6
Hình 1.4
Theo cấu trúc trên cho phép giảm dv/dt và tần số đóng ngắt còn 1/3. Mạch
này cho phép sử dụng các cấu hình nghòch lưu áp ba pha chuẩn cũng như đạt
được sự cân bằng điện áp các nguồn DC và không tồn tại dòng cân bằng giữa
các modul. Tuy nhiên theo tính chất và cấu tạo bắt buộc sử dụng các máy biến
áp ngỏ ra.
1.3 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
1.3.1 Quy Trình Đóng Ngắt của các linh kiện công suất trong bộ nghòch lưu
áp đa bậc.
1.3.1.1 Tổng Quát
Xét bộ nghòch lưu áp n bậc dạng chứa cặp diode kẹp (NPC). Gọi U là độ
lớn điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ. Phụ thuộc độ lớn điện áp pha-nguồn DC cần
thiết lập, các linh kiện bò kẹp giữa cặp diode nối đến một điện thế trên mạch DC
cần thiết lập sẽ ở trạng thái kích. Điện áp pha-tâm nguồn DC tính từ điểm đấu
dây của pha tải đến một điện thế trên mạch DC.
Trạng thái đóng ngắt của các khoá bán dẫn (còn gọi là các khóa hay các
công tắc) trên một nhánh tải của các pha a, b, c phải thoả mãn điều kiện kích đối
nghòch :
Trang 7
Saj S'aj 1 ; Sbj S'bj 1 ; Scj S'cj 1 (1.1)
Với j = 1, 2, 3, …( n- 1 )
Khi kích đóng ngắt các linh kiện theo đúng nguyên tắc trên ta có được
giản đồ xung kích cho các khoá. Tính toán tương tự bộ nghòch lưu áp ba pha hai
bậc ta có các điện áp pha tải : ( nếu tải Y )
2uao ubo uco
3
2u uao u co
u tb bo
3
uta
u tc
Do đó :
u NO
(1.2)
2u co u bo uao
3
u ao u bo u co
3
(1.3)
Trong đó :
uta , utb , utc là điện áp tương ứng trên mỗi pha được tính từ ngỏ ra của bộ nghòch
lưu đến điểm trung tính N phụ tải ba pha nối sao và giả thiết uta + utb + utc = 0,
uNO là điện áp tính từ điểm N đến nút phân thế 0 (hình 1.2)
1.3.1.2 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p Ba Bậc
Xét bộ nghòch lưu áp ba bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.4. Gọi U
là độ lớn điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ phụ thuộc độ lớn điện áp pha. Các linh
kiện kẹp giữa cặp diode nối đến một điện thế trên mạch DC cần thiết lập sẽ ở
trạng thái kích.
Điện áp pha-tâm nguồn DC đạt các giá trò cho trong bảng sau:
Với x = a, b, c
Vout = Vxo Sx2 Sx1 Sx2’ Sx1’
U
1
1
0
0
0
0
1
1
0
-U
0
0
1
1
Ta thấy có 3 mức điện áp ứng với 3 trạng thái đóng ngắt linh kiện cho mỗi
pha.Vậy, có 33 = 27 trạng thái đóng ngắt cho 3 pha.
Trang 8
Hình1. 4-Bộ nghòch lưu 3 bậc
1.3.1.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p Năm Bậc
Xét bộ nghòch lưu áp năm bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.5. Gọi
Udc/4 là độ lớn điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ. Chọn điểm tâm nguồn DC tại vò trí
giữa (như hình 1.5 ).
Ta có bảng trạng thái đóng ngắt như sau:
Vout = Vxo Sx4 Sx3 Sx2 Sx1 Sx4’ Sx3’ Sx2’ Sx1’
Udc/2
1
1
1
1
0
0
0
0
Udc/4
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
-Udc/4
0
0
0
1
1
1
1
0
-Udc/2
0
0
0
0
1
1
1
1
Với x = a, b, c
Ta thấy có năm mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái đóng ngắt.Vậy,có
tổng cộng 5 trạng thái đóng ngắt các linh kiện cho một pha, nên có 5 3 = 125
trạng thái đóng ngắt cho 3 pha.
Trang 9
