CHƯƠNG 2. CHỈNH LƯU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
6.5. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU
6.5.1. Cấu trúc của hệ thống điều khiển nghịch lưu
Hệ thống điều khiển nghịch lưu dùng để tạo ra các xung điều khiển đóng mở các van động lực theo luật mong muốn. Các luật điều khiển chủ yếu tập trung vào các vấn đề điều chỉnh điện áp, tần số và đảm bảo chất lượng điện áp ra của nghịch lưu.
175
Hệ điều khiển có thể được phân loại theo hệ một pha hoặc hệ ba pha. Nó cũng có thể được phân theo tín hiệu thành hệ điều khiển tương tự hoặc hệ điều khiển số.
Cũng tương tự như hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc, hệ điều khiển nghịch lưu cũng gồm hai phần: Phần tạo luật điều khiển và phần tạo tín hiệu công suất để đóng mở các van động lực.
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển được trình bày trên hình 6.25
Hình 6.25 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển nghịch lưu Thành phần cấu trúc của hệ điều khiển nghịch lưu gồm các khâu sau:
• Máy phát xung (FX): Để tạo tín hiệu đồng bộ cho toàn hệ thống và tạo tần số cho nghịch lưu.
• Bộ chia tần: Để giảm sai số và ổn định tần số, thông thường người ta dùng máy phát xung (FX) có tần số cao, sau đó được biến đổi (chia tần) cho phù hợp với tần số ra của bộ nghịch lưu, nhất là khi máy phát xung dùng chung với máy phát xung nhịp của bộ vi xử lý.
• Bộ phân phối: Tạo ra hệ thống tín hiệu một pha hoặ ba pha phân phối các tín hiệu đó vào từng van động lực riêng biệt.
• Bộ khuếch đại: Tạo xung và công suất thích hợp để đóng mở van động lực.
6.5.2. Điều khiển nghịch lưu áp một pha
Nguồn áp là nguồn được sử dụng rộng rãi vì ưu điểm cơ bản của nó là có thể dùng cho các dạng phụ tải khác nhau. Nhờ sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điển tử, các loại van điều khiển hoàn toàn như IGBT và GTO đã làm đơn giản rất nhiều các mạch điều khiển, nên trong lĩnh vực điều khiển nghịch lưu áp người ta chủ yếu thực hiện việc điều khiển theo nguyên tắc điều chế điện áp (PWM) theo quy luật hình sin để tạo ra điện áp có chất lượng cao. Sơ dồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu áp một pha được mô tả như trên hình 6.25.
176
Hình 6.25 Sơ đồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu áp một pha
Tín hiệu điện áp hình sin được so sánh với điện áp răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều so với tần số của hình sin thông qua bộ so sánh. Đầu ra của bộ so sánh sẽ cho ra tín hiệu xung có độ rộng thay đổi theo quy luật hình sin:
sin t a
=
t là thời gian mở các van bán dẫn động lực.
Tín hiệu được đảo pha để chia thành hai kênh điều khiển chia cặp van động lực như trong sơ đồ (hình 6.26).
Hình 6.26 Sơ đồ điều khiển nghịch lưu áp một pha
Trong nghịch lưu áp, các van động lực được khóa bởi các tín hiệu điều khiển.
Do quán tính van không thể khóa tức thời nên để tránh tình trạng ngắn mạch nguồn (khi một van chưa kịp đóng thì van thứ hai đã mở trong cùng một nhánh cầu), thời điểm mở các van cần làm trễ đi một thời gian ít nhất bằng thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van và được thực hiện bằng một bộ trễ (Generator Dead Time:
GDT). Sau đó các tín hiệu sẽ được khuếch đại để tạo đủ công suất mở các van động lực.
6.5.3. Điều khiển nghịch lưu ba pha
6.5.3.1. Phương pháp điều chế (PWM) kinh điển
177
Hình 6.27 Sơ đồ điều chế PWM kinh điển
Nội dung phương pháp kinh điển là cần tạo ra tín hiệu điều khiển ba pha đối xứng từ một tín hiệu điều khiển hình sin (U*). Thông thường các bộ nghịch lưu áp đều đòi hỏi khả năng điều chỉnh tần số nên bộ biến đổi một pha thành ba pha (Ua, Ub, Uc) phải không phụ thuộc vào tần số. Sau đó các tín hiệu Ua, Ub, Uc lần lượt được so sánh với tín hiệu răng cưa.
Như vậy đối với nghịch lưu áp ba pha cần có bộ điều chế (PWM) cho ba pha riêng biệt. Đây cũng là nhược điểm cơ bản của phương pháp điều chế kinh điển (hình 6.27).
6.5.3.2. Phương pháp điều khiển vectơ
Như đã phân tích trong phần nghịch lưu, ưu điểm cơ bản của phương pháp điều chế vectơ là chỉ cần một bộ điều chế duy nhất cho cả ba pha thay vì ba bộ điều chế cho từng pha riêng biệt như trong mạch điều khiển riêng biệt.
Bất kỳ một tín hiệu chủ đạo hình sin nào cũng được quy đổi về các vectơ chuyển mạch chuẩn (hình 6.28b). Việc quy đổi các vectơ điện áp mong muốn theo các vectơ chuẩn đảm bảo tạo ra hệ thống điện áp ba pha đối xứng trong nghịch lưu nếu thời gian lấy mẫu bằng 2T.
Ta có phương trình:
*
0
2 ( )
1 2
s a a b b
a b
s
f t U t U U
t t t
f
+ =
= − −
Vectơ U* được tính theo hai vectơ biên là Ua và Ub.
178
Góc là góc tạo thành giữa vectơ U* và Ub.
Như vậy chức năng của bộ vi xử lý là giải hệ phương trình trên để tìm ra thời gian ta, tb, tc nó cũng chính là thời gian ứng với các vectơ chuyển mạch đóng cắt trong các khoảng thời gian ta, tb, t0 chính là thời gian đóng cắt của các van động lực (hình 6.28c).
Hình 6.28 Phương pháp điều khiển vectơ
Bộ chọn kênh xác định vị trí của vectơ chủ đạo U* trong các góc I, II, III, IV, V, VI tương ứng, và ứng với mỗi góc bộ chọn kênh sẽ tạo ra hai vectơ biên cần thiết tương ứng với góc đó. Chức năng chọn kênh có thể giải quyết bằng phần cứng hoặc phần mềm tùy thuộc vào khả năng tính toán của bộ vi xử lý.
179