hệ thống điều khiển đcđk mô phỏng với bộ biến tần đa bậc

Bộ biến tần gián tiếp Cấu tạo của bộ biến tần gián tiếp gồm có bộ chỉnh lưu với chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lưu thực hiện việc chuyể

BỘ BIẾN TẦN I.Tổng Quan

b.Theo cấu trúc mạch điện, có các bộ biến tần:

- Bộ biến tần gián tiếp (mạch chứa khâu trung gian một chiều), trong đó

ta phân biệt biến tần dùng bộ nghịch lưu áp và biến tần dùng bộ nghịch lưu dòng với quá trình chuyển mạch phụ thuộc mạch nguồn hoặc với quá trình chuyển mạch cưỡng bức

- Bộ biến tần trực tiếp (không chứa khâu trung gian một chiều).Nó có thể hoạt động với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài,với tín hiệu điều khiển có dạng hình thang hoặc dạng điều hoà.Ngoài ra, bộ biến tần trực tiếp còn có thể hoạt động với quá trình chuyển mạch cưỡng bức

3 Bộ biến tần gián tiếp

Cấu tạo của bộ biến tần gián tiếp gồm có bộ chỉnh lưu với chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lưu thực hiện việc chuyển đổi điện áp ( hoặc dòng điện) chỉnh lưu sang dạng áp hoặc dòng xoay chiều ở ngõ ra.Bằng cấu trúc như trên, ta có thể điều khiển tần số đầu ra một cách độc lập không phụ thuộc tần số vào

Các bộ biến tần gián tiếp thường hoạt động với công suất khoảng từ vài

kW đến vài trăm kW.Phạm vi hoạt động của tần số khoảng vài phần chục Hz

số tối đa khoảng vài chục kHz

Cấu trúc mạch như sau:

Hình 1

a Bộ chỉnh lưu

Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha.Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha.Nếu như bộ chỉnh lưu một pha và bộ nghịch lưu

ba pha, bộ biến tần thực hiện cả chức năng bộ biến đổi tổng số pha

b Mạch trung gian một chiều

Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf ( khoảng vài ngàn µF ) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu.Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn điện áp.Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu.Cuộn kháng Lf có nhiệm vụ nắn dòng điện chỉnh lưu.Trong nhiều trường hợp cuộng kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu.Do tác dụng của diod nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt những giá trị dương.Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian

c Bộ nghịch lưu áp

Có dạng một pha hoặc ba pha.Quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức.Trong trường hợp đặc biệt, bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài.Từ đó ta có hai trường hợp bộ biến tần với quá trình chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài

Như vậy, bộ nghịch lưu có vai trò rất quan trọng trong bộ biến tần.Bằng cách nghiên cứu phát triển bộ nghịch lưu chúng ta có thể có nhiều bộ biến tần tối

ưu hơn.Ngày nay,bộ nghịch lưu áp đa bậc ( Multi-level Voltage Source Inverter )

dụng bộ nghịch lưu áp đa bậc gọi tắc là biến tần đa bậc

II Bộ Nghịch Lưu Aùp Đa Bậc

1 Giới Thiệu

a Khái Niệm

Như đã biết, các bộ nghịch lưu chứa hai khoá bán dẫn trên mỗi nhánh pha tải được gọi chung là nghịch lưu áp hai bậc ( two-level VSI ).Chúng được ứng dụng rộng rãi trong phạm vi công suất vừa và nhỏ.Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu một pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch thay đổi giữa hai bậc giá trị khác nhau.Bộ nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp 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 ).Bộ nghịch lưu áp đa bậc được phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu trên của bộ nghịch lưu áp hai bậc và thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công suất lớn

b Các Ưu Điểm

- Công suất của bộ nghịch lưu áp đa bậc là rất lớn

- Điện áp đặt lên linh kiện bị giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo

- 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 nghịch lưu áp hai bậc

2 Các Cấu Trúc Cơ Bản

a Cấu trúc 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 gồm nhiều bộ nghịch lưu áp cầu một pha ghép nối tiếp, các bộ nghịch lưu áp dạng cầu một pha này có các nguồn DC riêng

Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghịch lưu áp một pha, ba mức điện áp ( -U, 0, U ) được tạo thành.Sự kết hợp hoạt động của n bộ nghịch 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.Như vậy, bộ nghịch lưu áp dạng cascade gồm n bộ nghịch lưu áp một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo thành bộ nghịch lưu ( 2n + 1 ) bậc

Hình 2- Cascade inverter Tần số đóng ngắt trong mỗi module của dạng mạch này có thể giảm đi n lần và dv/dt cũng vậy.Điện áp trên áp đặt lên các linh kiện giảm đi 0,57 lần,Cho phép sử dụng IJBT điện áp thấp

b Cấu Trúc Nghịch 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 nghịch 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 3- 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 trị khác nhau và từ đó bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu áp ( n+ 1 ) bậc.Ví dụ chọn mức điện thế 0 ở cuối dãi 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 vị trí bất kỳ trên ( ví dụ H ) nhờ cặp diode kẹp tại điểm đó ( ví dụ D1, D1’ ).Để điện áp pha-nguồn DC đạt được mức điện áp nêu trên ( Ua0 = U ), tất cả các linh kiện bị kẹp giữa hai diode ( D1,

D1’ ) – gồm n linh kiện măc71 nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại phải được khoá theo nguyên tắc kích đối nghịch.Như hình vẽ trên, tạo ra sáu mức điện áp pha – nguồn DC nên mạch lưu trên gọi là bộ nghịch lưu sáu bậc

giảm shock điện áp trên linh kiện n lần.Với bộ nghịch lưu ba bậc, dv/dt trên linh kiện và tần số đóng cắt giảm đi một nửa.Tuy nhiên với n > 3, mức độ chịu 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

3 Các Trạng Thái Đóng Ngắt

a Tổng Quát

Xét bộ nghịch 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 bị 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 trên một nhánh tải của các pha

a, b, c phải thoả mãn điều kiện kích đối nghịch :

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 nghịch lưu áp ba pha hai bậc ta có các điện áp pha tải : ( nếu tải Y )

3

uuu2

NO

++

b Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu Aùp Ba Bậc

Xét bộ nghịch lưu áp ba bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 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 trị cho trong bảng sau:

Hình 4-Bộ nghịch lưu 3 bậc

c Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu Aùp Năm Bậc

Xét bộ nghịch lưu áp năm bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 5.Gọi

Udc/4 là độ lớn điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ.Chọn điểm tâm nguồn DC tại vị trí giữa ( như hình 5 )

Ta có bảng trạng thái đóng ngắt như sau:

Ta thấy có năm mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái đóng ngắt.Vậy,có

trạng thái đóng ngắt cho 3 pha

Hình 5-Bộ nghịch lưu 5 bậc

4 Vector Không Gian Của Bộ Nghịch Lưu Aùp Đa Bậc

a Khái niệm vector không gian

Ta giả sử cho đại lượng 3 pha va,vb,vc cân bằng, thoả hệ thức:

0vv

Thực hiện phép biến hình từ các đại lượng ba pha va,vb,vc sang đại lượng

vector vr theo hệ thức :

1e

Phép biến hình thực hiện như trên được gọi là phép biến hình vector không gian và đại lượng vr được gọi là vector không gian của đại lượng ba pha

biến hình không bảo toàn công suất.Với k = 2 phép biến hình bảo toàn công /3suất

Để minh hoạ cụ thể cho khái niệm này ta xét các đại lượng ba pha dạng cosin như sau:

)3

4x

cos(

.Vv

)3

2x

cos(

.Vv

)xcos(

.Vv

o m

c

o m

b

o m

a

π

−θ

−

=

π

−θ

cos(

.V.a)3

2x

cos(

.V.a)xcos(

.V

3

2

o m

o m

r

m o

V θ sẽ quay quanh trục toạ độ với tần số góc ω

b Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc

Quá trình đóng ngắt các linh kiện tạo ra điện áp ba pha tải.Theo lý thuyết về không gian vector thì điện áp ba pha đó có thể biểu diễn dưới dạng vector không gian.Và nó sẽ thay đổi nhảy cấp trên hình lục giác đa bậc.Vị trí của mỗi vector điện áp trong không gian sẽ phụ thuộc vào các trạng thái đóng ngắt kinh kiện.Tiến hành khảo sát cụ thể cho các bộ nghịch lưu ba và năm bậc để xác định giản đồ vector không gian điện áp

b.1 Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu ba bậc:

Như đã biết, khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện tạo nên 27 trạng thái khác nhau.Ta xét mỗi trạng thái minh hoạ bởi tổ hợp ( ka kb kc ) , với:

2,1,0k

2,1,0k

2,1,0k

c b a

1SS1

1SS:khi

0k

2 1

' 2 1

' 2

' 1

1SS:khi

0k

2 1

' 2 1

' 2

' 1

1SS1

1SS:khi

0k

2 1

' 2 1

' 2

' 1 c

Trong quá trình kích, quy luật đóng ngắt đối nghịch phải tuân thủ:

1SS

1SS

' 1 1

' 2 2

=+

=+

200

210

220120

222 211100

221110

121010

122011112

001 101212

αβ

Hình 6- Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu áp 3 bậc

b.2 Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu năm bậc :

Với bộ nghịch lưu năm bậc, khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện tạo nên 125 trạng thái khác nhau.Ta xét mỗi trạng thái minh hoạ bởi tổ hợp ( ka kb kc) , với:

2,1,0,1,2k

2,1,0,1,2k

2,1,0,1,2k

c b a

1SSSS1

1SSSS0

1SSSS1

1SSSS:khi2

k

' 4

' 3

' 2

' 1

' 4

' 3

' 2 1

' 4

' 3 2 1

' 4 3 2 1

4 3 2 1

1SSSS1

1SSSS0

1SSSS1

1SSSS:khi2

k

' 4

' 3

' 2

' 1

' 4

' 3

' 2 1

' 4

' 3 2 1

' 4 3 2 1

4 3 2 1

1SSSS1

1SSSS0

1SSSS1

1SSSS:khi2

k

' 4

' 3

' 2

' 1

' 4

' 3

' 2 1

' 4

' 3 2 1

' 4 3 2 1

4 3 2 1

c

Trong quá trình kích, quy luật đóng ngắt đối nghịch phải tuân thủ:

1SS

1SS

' 2 2

' 1 1

=+

=+

;

1SS

1SS

' 4 4

' 3 3

=+

=+

(1.13) Với x = a, b, c

kiện ta thu được 61 vị trí vector không gian của vector điện áp tạo thành.Tại tâm của lục giác có năm trạng thái khác nhau cho cùng vị trí tại đó là vector không.Các vị trí còn lại ứng với các trạng thái được biểu diễn trong giản đồ vector hình 7

200 210

220 120

121 010

122 011

112

001 101212

α β

-1-1-1

-2-2-2

01-1 -1-2-2

00-1 -1-1-2

-10-1 -2-1-2

100 -2-1-1

-1-10 -2-2-1 -1-2-10-10

-111 -200

-110 -20-1

-20-2 -11-1 -10-201-1 00-211-1

0-1-2 10-1

111 0-2-2

0-2-1 1-10

0-20 1-11 -1-20

0-11 -1-11

-2-20

-210 -101

-1-210-12 0-211-12 2-121-21

2-11 1-20

-2-21 -1-12

-2-11 -102

-201 -112

-211 -122 -210-121

-120 -21-1

-21-2-12-1

-11-2 02-1 01-212-1 22-111-2

10-2 21-1

1-1-2 20-1

1-2-2 2-1-1 1-2-1 2-10

2-2-2 2-1-2 20-2 21-2

22-2 12-2

02-2 -12-2

Hình 7-Giản đồ vector điện áp Bộ nghịch lưu năm bậc

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC

I Giới Thiệu

Các phương pháp điều khiển áp dụng cho bộ nghịch lưu áp hai bậc như phương pháp điều chế độ rộng xung và các dạng cải biến của nó, phương pháp điều khiển vector, phương pháp khử sóng hài tối ưu, các phương pháp điều khiển dòng điện ,…có thể được điều chỉnh để áp dụng cho bộ nghịch lưu áp đa bậc.Bộ nghịch lưu áp đa bậc có phạm vi hoạt động chủ yếu đối với tải công suất lớn.Do đó vấn đề giảm bớt tần số đóng ngắt và giảm shock điện áp trên linh kiện công suất có ý nghĩa quan trọng.Các thuật toán cố gắn thực hiện duy trì trạng thái cân bằng các nguồn điện áp DC và khử bỏ hiện tượng common – mode voltage, nguyên nhân gây ra một số hiện tượng làm sớm lão hoá động cơ

Do giới hạn của đề tài nên phần dưới đây chỉ mô phỏng cho ba phương pháp điều khiển.Trong đó có giới thiệu phương pháp mới đó là phương pháp điều chế sóng mang dựa trên cơ sở lý thuyết phân tích tương quan giữa không gian vector PWM và sóng mang đơn cực PWM.Các phương pháp như sau:

- Phương pháp điều chế độ rộng xung ( SH-PWM )

- Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến ( Modified PWM )

- Phương pháp SVPWM – Carrier Based PWM

II Phương Pháp Điều Chế Độ Rộng Xung

Phương pháp còn có tên Subharmonic PWM (SH-PWM), Multilevel carrier based PWM.Để thực hiện tạo giản đồ kích đóng các linh kiện trong cùng một pha tải, ta sử dụng một số sóng mang (dạng tam giác) và một tín hiệu điều khiển (dạng sin).Đối với bộ nghịch lưu áp n bậc, số sống mang được sử dụng là (n-1).Chúng có cùng tần số fc và cùng biên độ đỉnh – đỉnh Ac.Sóng điều chế (hay sóng điều khiển) có biên độ đỉnh bằng Am và tần số fm, dạng sóng của nó thay đổi chung quanh trục tâm của hệ thống ( n-1) sóng mang.Nếu sóng điều khiển lớn hơn sóng mang nào đó thì linh kiện tương ứng sóng mang đó sẽ được kích đóng, trong trường hợp sóng điều khiển nhỏ hơn sóng mang tương ứng của nó, linh kiện trên sẽ bị khoá kích

Đối với bộ nghịch lưu áp đa bậc, chỉ số biên độ ma và chỉ số tần số mf được định nghĩa như sau:

(2.1)

m

c f

c

m a

f

f m

A n

A m

mềm Psim mô phỏng cho bộ nghịch lưu áp dạng diode kềm

1 Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM

Các sóng mang dạng tam giác có tần số cao.Có thể chia thành ba loại như sau:

a Bố trí cùng pha (PD: In Phase Disposition) : Tất cả các sóng mang đều cùng pha nhau

Hình 8-Dạng sóng PD

b Hai sóng mang kế cận liên tiếp nhau sẽ bị dịch 180 độ –gọi là APOD ( Alternative Phase Opposition Disposition )

Hình 9-Dạng sóng APOD

c Bố trí đối xứng qua trục zero (POD – Phase opposition Disposition).Tất cả các sóng mang nằm trên trục 0 sẽ cùng pha nhau và tất cả các sóng mang nằm dưới trục 0 sẽ dịch đi 180 độ

Hình 10-Dạng sóng POD Trong các phương pháp bố trí sóng mang, phương pháp bố trí các sóng mang đa bậc cùng pha cho độ méo dạng áp dây nhỏ nhất.Riêng đối với bộ nghịch lưu áp 3 bậc, phương pháp POD và APOD cho cùng kết quả

2 Mô phỏng bộ nghịch lưu áp ba bậc

2.1 Phân tích tạo xung kích:

Xét bộ nghịch lưu áp 3 bậc có diode kềm như hình 11

Hình 11 Chỉ cần phân tích một trong 3 pha mà thôi.Chẳng hạn,xét pha a Xung kích cho các linh kiện Sa1, Sa2, Sa3, Sa4 được thiết lập trên cơ sở so sánh sóng điều khiển ura của pha a với sóng mang up1 ( đối với xung kích cho cặp Sa1 và Sa3 ) và

up2 ( đối với xung kích cho cặp Sa2 và Sa4 ).Cụ thể là :

;0S(uu

)0S

;1S(uu

)1S

;0S(uu

)0S

;1S(uu

4 2

2 ra

4 2

2 ra

3 1

1 ra

3 1

1 ra

/U

)1SS(0

)1SS(2

/

Uu

4 3

3 2

2 1

Hình 12 - Mô phỏng Bộ Biến Tần 3_level Phương Pháp SH-PWM

Hình 13 – Dòng tải pha A

Hình 14 – Dòng Tải pha B

Hình 15 – Dòng Tải pha C

Hình 16 – Điện áp điều khiển 3 pha

Hình 17 – Dòng tải 3 pha

Hình 18 – Sóng mang tam giác dạng PD

Hình 19 – Điện áp tải pha A

Hình 20 – Điện áp tải pha B

Hình 21 – Điện áp tải pha C

Hình 22 – Điện áp pha-Tâm nguồn DC pha A

Hình 23 – Điện áp pha-Tâm nguồn DC pha B

Hình 24 – Điện áp pha -Tâm nguồn DC pha C

3.1 Phân tích tạo xung kích

Hình 25 – Bộ nghịch lưu áp 5_level Dạng có Diod kềm Chỉ cần phân tích một trong 3 pha mà thôi.Chẳng hạn,xét pha a xung kích cho các linh kiện S1, S2, S3, S4, S1’, S2’, S3’, S4’ được thiết lập trên cơ sở so sánh sóng điều khiển ura của pha a với sóng mang up1 ( đối với xung kích cho cặp S1và S1’ ), up2 ( đối với xung kích cho cặp S2 và S2’ ), up3 ( đối với xung kích cho cập

S3 và S3’ ), up4 ( đối với xung kích cho cập S4 và S4’ ) Cụ thể là :

) 1

; 0 (

) 0

; 1 (

) 1

; 0 (

) 0

; 1 (

' 2 2

2

' 2 2 2

' 1 1

1

' 1 1 1

u u

S S u

u

S S

u u

S S u

u

p ra

p ra

p ra

p ra

) 1

; 0 (

) 0

; 1 (

) 1

; 0 (

) 0

; 1 (

' 4 4

4

' 4 4 4

' 3 3

3

' 3 3 3

u u

S S u

u

S S

u u

S S u

u

p ra

p ra

p ra

p ra

4 / 0

4 /

2 /

U U

U U

Với những kết quả phía dưới và so sánh với các dạng sóng phần mô phỏng

ba bậc có nhận xét sau:

- Điện áp ra ở bộ nghịch lưu đa bậc ít méo dạng hơn mộ nghịch lưu áp 2 bậc.Với bô nghịch lưu 5 bậc cho áp ra ít méo dạng hơn

- Sóng hài bậc cao vẫn tồn tại.Với tần số sóng mang lớn hơn thì sóng hài này có giảm chút ít

- Dạng áp ra tải của bộ nghịch lưu áp 5 bậc gần sin hơn nghịch lưu áp 3 bậc

- Rõ ràng điện áp pha – tâm nguồn DC của từng bộ là khác nhau.Với bộ nchịch lưu áp 5 bậc thì có 5 mức điện áp còn với bộ 3 bậc chỉ có 3 mức mà thôi

- Đoạn đầu của dòng tải méo dạng lớn là do quá độ, chưa xác lập

Hình 26 – Dòng tải pha A

Hình 27 – Dòng tải pha B

Hình 28 – Dòng tải pha C

Hình 29 – Điện áp điều khiển ba pha dạng sin

Hình 30 – Dòng tải ba pha

Hình 31 – Sóng mang tam giác dạng PD

Hình 32 – Điện áp tải pha A

Hình 33 – Điện áp tải pha B

Hình 34 – Điện áp tải pha C

Hình 35 – Điện áp pha -Tâm nguồn DC pha A

Hình 36 - Điện áp pha -Tâm nguồn DC pha B

Hình 37 - Điện áp pha -Tâm nguồn DC pha C

1 Giới Thiệu

Điểm khác biệt so với phương pháp điều chế độ rộng xung đã trình bày là sóng điều chế (điện áp điều khiển) được cải biến.Theo đó mỗi sóng điều chế được cộng thêm tín hiệu thứ tự không (sóng hài bội ba).Tồn tại nhiều khả năng tạo nên thành phần thứ tự không, một trong các tín hiệu thứ tự không có thể chọn bằng giá trị trung bình của giá trị tín hiệu lớn nhất trong ba tín hiệu điều chế với tín hiệu nhỏ nhất trong ba tín hiệu điều chế- Phương pháp SFO- PWM

Gọi Va, Vb, Vc là các tín hiệu điều khiển của phương pháp điều chế PWM.Tín hiệu điều khiển theo phương pháp SFO-PWM vừa được mô tả có thể biểu diễn dưới dạng toán học như sau:

c,b,ax

VV

)V,V,Vmin(

)V,V,Vmax(

V

offset x

xSFO

c b a c

b a offset

2 Mô Phỏng Bộ Nghịch Lưu Aùp ba Bậc

a Sơ đồ mô phỏng

Với sự phân tích lý thuyết ở trên, kết hợp phần mềm Psim để mô phỏng.Tuy nhiên, trong thư viện hàm của Psim không có khối tạo ra Voffset như đã mô tả.Vì vậy, để tạo được Voffset ta phải viết chương trình bằng ngôn ngữ C++sau đó dịch sang file DLL chứa trong thư mục Psim.Trong Psim ta dùng khối hàm DLL để thực hiện mô phỏng

Đối với phương pháp này ta chỉ sử dụng một khối DLL duy nhất, đó là khối tạo VxSFO.Viết chương trình bằng ngôn ngữ visual C++, như sau :

Điện áp dạng sin đưa vào đầu vào của khối Tạo Điện Aùp Điều Khiển.Khối DLL này lấy giá trị cực đại và cực tiểu giữa chúng, tức là max và min.Sau đó tính ra giá trị Voffset.Giá trị Voffset đưa vào bộ tổng để cho ra dạng sóng cuối cùng.Sóng này so sánh với các sóng mang tam giác, việc này thực hiện như phần PWM sin

b Mô phỏng

Sơ đồ mô phỏng như hình vẽ ( bảng A3 ).Trong đó điện áp sin được cung cấp bởi nguồn ba pha sin với tần số và biên độ xác định( trong mô phỏng này lấy tần số 50Hz và tỉ số điều chế m=0.7 ).Sóng mang tam giác với tần số 1000Hz dạng PD.Nguồn động lực DC có điện áp 500V.Các khoá bán dẫn IGBT và tải RL với thông số : R=1Ω và L=0.02H.Còn lại trên sơ đồ là các đồng hồ đo

Sau khi thực hiện mô phỏng cho các dạng áp và dòng như sau:

Hình 38 – Dòng tải pha A

Hình 39 – Dòng tải pha B

Hình 40 – Dòng tải pha C

Hình 41 – Điện áp nguồn Sin ba pha

Hình 42 – Dòng tải ba pha

Hình 43 – Sóng mang tam giác dạng PD

Hình 44 – Điện áp tải pha A

Hình 45 – Điện áp tải pha B

Hình 46 – Điện áp tải pha C

Hình 47 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha A

Hình 48 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha B

Hình 49 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha C

Hình 50 – Điện áp điều khiển SFO pha A

Hình 51 – Điện áp điều khiển SFO pha B

Hình 52 – Điện áp điều khiển SFO pha C

Hình 53 – Điện áp offset

Hình 54 – Sóng điện áp cực đại

Hình 55 – Sóng điện áp cực tiểu

a Giới thiệu sơ đồ mô phỏng

Khối tạo sóng điều chế SFO cũng như trong trường hợp bộ nghịch lưu áp 3 bậc đã mô phỏng.Sóng điều chế SFO được so sánh với các sóng mang tam giác như phương pháp PWM sin

Hình 56 – Dòng tải pha A

Hình 57 – Dòng tải pha B

Hình 58 – Dòng tải pha C

Hình 59 – Điện áp nguồn sin ba pha

Hình 60 – Dòng tải ba pha

Hình 61 – Sóng mang tam giác dạng PD

Hình 62 – Điện áp tải pha A

Hình 63 – Điện áp tải pha B

Hình 64 – Điện áp tải pha C

Hình 65 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha A

Hình 66 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha B

Hình 67 – Điện áp pha – Tâm nguồn DC pha C

Hình 68 – Điện áp điều khiển SFO pha A

Hình 69 – Điện áp điều khiển SFO pha B

Hình 70 – Điện áp điều khiển SFO pha C