28/08/2014 Ts. Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, 9 - 2010 Khái niệm về nghịch lưu độc lập Các bộ nghịch lưu nguồn dòng, nguồn áp NLĐL nguồn dòng NLNA một pha, phương pháp điều chế PWM NLNA ba pha, PWM, SVM. 10/22/2010 2 1
28/08/2014 Chương 8 Nghịch lưu độc lập VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập là gì? VIII.1.2 Phân loại và ứng dụng VIII.1.3 Khái niệm về nguồn áp, nguồn dòng VIII.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song VIII.2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song một pha VIII.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song ba pha VIII.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp VIII.3.1 Những vấn đề chính về nghịch lưu nguồn áp VIII.3.2 VSI sơ đồ một pha nửa cầu (Half Bridge) VIII.3.3 VSI sơ đồ cầu một pha (H Full Bridge) VIII.3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) VIII.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số VIII.3.6 Nhận xét chung về PWM. VIII.3.7 Tính toán sơ đồ NLNA PWM. 10/22/2010 3 Chương 5 Nghịch lưu độc lập VIII.3.8 Mô hình mô phỏng NLNA PWM VIII.4 VSI ba pha VIII.4.1 VSI ba pha sáu xung VIII.4.2 VSI ba pha PWM VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không ZSS-PWM VIII.4.4 Các thông số cơ bản của PWM VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian SVM. VIII.5.1 Khái niệm về vector không gian VIII.5.2 Cơ bản về SVM VIII.5.3 Phương pháp điều chế với với to = t7 – SVPWM. VIII.5.4 Quá điều chế. VIII.5.5 Nhận xét chung về SVM. 10/22/2010 4 2
28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập là gì NLĐL: bộ biến đổi DC/AC, tần số và điện áp ra thay đổi được. Nghịch lưu, bộ biến đổi DC/AC 10/22/2010 5 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập là gì? Tại sao lại cần đến BBĐ DC/AC? Chỉ có nguồn là DC: ví dụ, khi nguồn duy nhất ta có là từ acquy. Khi phụ tải AC yêu cầu nguồn cấp có các thông số như điện áp, tần số thay đổi trong dải rộng, khác xa các thông số của nguồn điện áp lưới. Khi có yêu cầu về điều chỉnh cả tần số lẫn điện áp xoay chiều, ví dụ trong các hệ truyền động động cơ không đồng bộ hoặc động cơ đồng bộ. Khi trong các bộ biến đổi công suất yêu cầu có tần số cao (Tần số cao sẽ làm cho các phần tử điện từ như MBA, các phần tử phản kháng như tụ điện, điện cảm có giá trị nhỏ). Một số nguồn phát sơ cấp có đầu ra là một chiều hay được chuyển về dạng một chiều để tích trữ trong acquy: pin mặt trời (Photocell), pin nhiên liệu (Fuel cell), điện sức gió (Wind Turbine Generator), … Một số dạng năng lượng tích lũy dưới dạng acquy (Battery Energy Storage System – BESS). Đầu cuối của hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC. 10/22/2010 6 3
28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.2 Phân loại và ứng dụng Phân loại: Dựa theo đặc tính của nguồn một chiều đầu vào: Nghịch lưu nguồn dòng: Current Source Inverter – CSI, Nghịch lưu nguồn áp: VIIIoltage Source Inverter – VSI, Nghịch lưu nguồn Z, ZSI, trung gian giữa CSI và VSI. Dựa theo các đặc điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra, phổ biến là nghịch lưu PWM. Dựa theo đặc điểm của mạch tải: một lớp các nghịch lưu làm việc với tải là mạch vòng cộng hưởng LC, gọi là nghịch lưu cộng hưởng. Ứng dụng: rất rộng rãi, Trong lĩnh vực truyền động xoay chiều. Cùng với chỉnh lưu tạo nên các bộ biến tần. Trong lĩnh vực xe chạy điện (Electric Vehicle – EV), hiện nay đã phát triển thành một xu hướng xe mới cho tương lai gần. Thâm nhập vào hệ thống điều khiển trong hệ thống điện (FACTS và D-FACTS). Các hệ thống cấp nguồn AC-DC-AC-DC thay cho các hệ AC-DC thông thường. 10/22/2010 7 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.3 Khái niệm về nguồn áp, nguồn dòng Nguồn dòng Nguồn áp Nguồn điện có dòng điện ra không Nguồn điện có điện áp ra không đổi, không phụ thuộc vào tải và đổi, không phụ thuộc vào tải và tính chất của tải. tính chất của tải. Tạo ra bằng mắc nối tiếp nguồn Tạo ra bằng mắc song song đầu ra DC với điện cảm đủ lớn, nguồn DC với tụ điện đủ lớn, Hoàn toàn có thể ngắn mạch, Hoàn toàn có thể hở mạch, không không được hở mạch. được ngắn mạch. Cách tạo ra nguồn dòng thực tế, dùng mạch vòng dòng điện. 10/22/2010 8 4
28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.3 Khái niệm về nguồn áp, nguồn dòng Phối hợp nguồn với tải: nguồn áp, nguồn dòng. Không thể nối song song hai nguồn áp với nhau vì dòng san bằng điện áp sẽ rất lớn. Không thể nối nói tiếp hai nguồn dòng với nhau vì gây đột biến dòng. Nguồn áp Khái niệm về nguồn áp, nguồn dòng cũng áp dụng cho tải: Song song với tụ - nguồn áp; Nối tiếp với cuộn cảm – nguồn dòng. BBĐ là khâu không quán tính: Nếu đầu vào là nguồn áp thì đầu ra là nguồn dòng và ngược lại. Nguồn dòng 10/22/2010 9 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song một pha Sơ đồ dùng thyristor V1, …, V4. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp Nguồn đầu vào có điện cảm L giá trị lớn, tạo nên nguồn dòng. Tụ C song song với tải, tạo khả năng chuyển mạch. Dòng NL (V1, V2) và (V3, V4) mở trong dạng xung mỗi nửa chu kỳ. chữ nhật Tụ chuyển mạch góc chuyển mạch, tr, (t thời gian r phục hồi) 10/22/2010 10 5
28/08/2014 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song một pha Phân tích sơ đồ bằng phương pháp Đồ thị vector gần đúng sóng hài bậc nhất: Chỉ xét đến thành phần sóng hài bậc nhất của dòng điện và điện áp. Có thể biểu diễn các đại lượng t bằng biểu đồ vector. Điều kiện để sơ đồ hoạt động được là dòng tải phải mang tính dung, I I I I U Q Q vượt trước điện áp. Góc vượt trước tg C L C L C C L I I U P R R C t này chính là góc khóa của van. Q Q Ptg C t t Công suất phản kháng trên tụ C phải đủ để bù hết công suất phản kháng của tải, dôi ra một phần để tạo góc vượt trước (góc chuyển mạch) 10/22/2010 11 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng song song ba pha VIII.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng NLND ba pha song song một pha, có điôt cách ly. Điôt có tác dụng cách ly mạch chuyển mạch khỏi mạch tải. Phương án tương tự cũng có ở NL ba pha. 60 120 180 240 300 360 10/22/2010 12 6
28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp một pha VIII.3.1 Những vấn đề chung về NLNA Nhược điểm của NLND: NLNA xây dựng chủ yếu trên Điện áp ra phụ thuộc vào tải, vì MOSFET và IGBT, mạch lực vậy rất khó phù hợp với các phụ được chế tạo chuẩn, tạo thành các tải thông thường. Thiết bị điện modul, dễ sử dụng. thường được sản xuất cho các cấp điện áp tiêu chuẩn nên không thể hoạt động khi điện áp biến động mạnh. NLND chỉ được thiết kế cho một phụ tải cụ thể, có thể có công suất lớn hoặc rất lớn. NLNA có thể được chế tạo dùng cho một lớp rộng rãi các phụ tải. NLNA đảm bảo điện áp ra có dạng không đổi, đáp ứng cho các phụ tải sản xuất hàng loạt. 10/22/2010 13 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp một pha VIII.3.2 Sơ đồ NL nửa cầu (Half bridge) Van V1, V2 ON/OFF ngược nhau, Sơ đồ D1, D2 điôt ngược, dẫn dòng tự do về tụ DC, Điện áp trên tải: VOC = +/- VDC. Mô hình tải Ls, Rs, Es (Es có thể là DC hay AC) đại diện cho nhiều trường hợp: động cơ, nguồn dòng AC điều khiển được, chỉnh lưu tích cực. S.đ.đ Es thể hiện chính là Giới hạn: V chỉ từ -V đến OC DC phụ tải, nơi điện năng biến đổi + V DC thành dạng năng lượng khác. dI /dt <V /L o DC s Có thể điều khiển dòng Io theo hình dạng bất kỳ. Inverter bị bão hòa 10/22/2010 14 7
28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp một pha VIII.3.3 Nghịch lưu nguồn áp cầu một pha (H Full Bridge) Đồ thị dạng dòng điện, điện áp. V1, V2, V3, V4 van đ/k hoàn toàn, như BJT, MOSFET, IGBT. D1, …, D4 các điôt ngược. Tụ C đầu vào có giá trị đủ lớn. Điều khiển: 0 T/2 mở (V1, V2), T/2 T mở (V3, V4). Điện áp trên tải có dạng +/-E. 10/22/2010 15 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.1 Nguyên lý PWM Vấn đề đặt ra đối với NLNA: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp. 1. Làm thế nào để có thể điều chỉnh được điện áp cũng như tần số của điện áp ra? 2. Dạng điện áp ra dạng xung chữ nhật, nếu phân tích ra chuỗi Fourier chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao. 4E sin 2 k 1t u t( ) 2k 1 k1 Làm thế nào để giảm được sóng hài bậc cao? Dùng mạch lọc. Tuy nhiên tác dụng của lọc phụ thuộc tải. 10/22/2010 16 8
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.1 Nguyên lý PWM cho NLNA Điều chế PWM: điều khiển ở Sơ đồ mức thấp nhất. m c PK dT T s s c(t) răng cưa, gọi là sóng mang; cPK biên độ răng cưa; m(t) tín hiệu chuẩn mong muốn, gọi là sóng điều chế; Ts chu kỳ điều chế, còn gọi là chu kỳ trích mẫu. 10/22/2010 17 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.1 Nguyên lý PWM cho NLNA Trong mỗi chu kỳ đóng cắt điện áp Đồ thị đầu ra có giá trị trung bình, gọi là trung bình trượt: 1 tTs v t v d T s t Giá trị trung bình của điện áp đầu ra nghịch lưu PWM: 1 VOC t V T d t V T 1d t T DC s DC s s V 2d t 1 Trong mỗi chu kỳ T điện áp ra DC Từ sơ đồ mạch điện tương đương s VOC sẽ phản ứng lập tức với tín có thể thấy quan hệ hàm truyền đạt hiệu mong muốn ngay trong chu giữa điện áp ra nghịch lưu và dòng kỳ điều chế. đầu ra là mạch lọc tần thấp bậc nhất. Nếu hằng số thời gian Ls/Rs >> Ts dòng điện sẽ uốn theo dạng của tín hiệu m(t). 10/22/2010 18 9
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.2 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA Bộ điều khiển số PWM, thường có trong các vi điều khiển hiện đại: Đồ thị dạng sóng: 10/22/2010 19 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.2 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA Uniformly sampled with single update mode (Khác analog naturally sampled PWM). Chế độ trích mẫu đều (Khác với trích mẫu tức thời). 1. Trailing edge modulation, (Hình b). Bộ điều chế sườn sau. 2. Leading edge modulation, (Hình c). Bộ điều chế sườn trước 3. Triangular carrier modulation, (Hình d). Bộ điều chế sóng mang đối xứng. Tín hiệu điều khiển update ở đầu mỗi chu kỳ điều chế 10/22/2010 20 10
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.2 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA Uniformly double update. Trích mẫu hai lần, nguyên lý thực hiện: Tín hiệu điều khiển update ở đầu và Mô hình: giữa mỗi chu kỳ điều chế 10/22/2010 21 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.3 Các chỉ số đánh giá PWM Các chỉ số đánh giá hiệu năng của PWM 1. Hệ số điều chế, tỷ số giữa biên độ sóng điều chế m(t) so với biên độ sóng răng cưa: U rm ; 0 1 Ucm U2 k U2 U2 2. Hệ số méo tổng: THD k2,3,... o 1 U2 U 1 1 THD chính là tỷ số giữa tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng hài bậc cao so với giá trị hiệu dụng của sóng cơ bản ra mong muốn. 3. Hệ số tần số: kf = fs/f1 , tỷ số giữa tần số của sóng mang so với tần số sóng ra mong muốn. Thông thường để có hệ số méo tổng THD trong phạm vi cho phép cần có kf 20. VIIIới công suất lớn fs cỡ 2 – 4 kHz, trong khi đó ở dải công suất nhỏ hơn thường phải chọn fs từ 10 - 20 kHz. Điều này cũng là vì để đảm bảo độ đập mạch dòng ra trong phạm vi cho phép thì với dòng càng nhỏ điện cảm Ls càng phải lớn. Tuy nhiên nếu Ls lớn thì sụt áp ở tần số cơ bản cũng lớn. Để thỏa hiệp, do đó phải chọn fs lớn. 10/22/2010 22 11
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM Việc tính toán thường dựa trên các số liệu ban đầu: Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo (VIII) và tần số sóng cơ bản f1 (Hz). Công suất hoặc dòng đầu ra mong muốn Po (W), Io (A), hệ số công suất của tải cos. Thông thường hệ số công suất cỡ 0,8. Ví dụ tính toán: U 220 2 311(V); f 50Hz P; 1kW;cos 0,8 om 1 o Các bước và các thông số cần tính toán: 1. Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V). Với PWM trong dải làm việc tuyến tính, 1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có thể đạt lớn nhất là UDC, khi tần số đóng cắt fs coi là vô cùng lớn. Để dự phòng điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi +/-10% cần chọn max = 0,9. Vậy: UDC = Uom/0,9 = 311/0,9 = 346 V. Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin. Dự phòng sụt áp trên cuộn cảm lọc Ls cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn UDC = 1,1.346 = 380 V. 10/22/2010 23 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM 2. Tính toán biên dộ dòng đầu ra yêu cầu: Iom (A). Công suất toàn phần của tải So = P / cos = 1000/0,8 = 1250 (VA); o Dòng tải yêu cầu: Io = So/Uo = 1250/220 = 5,68 (A). Biên độ của dòng tải Iom = Io.sqrt(2) = 5,68*1,4142 = 8 (A). 3. Chọn tần số đóng cắt: fs (Hz), VIIIới công suất nhỏ chọn tần số đóng cắt fs = 20 kHz, Ts = 0,5.10-4 (s). 4. Tính toán dòng trung bình qua van và điôt: IVIII, ID (A) 1 1cos Dòng trung bình qua van: I I sin d I V 2 om 2 om IV = 2,29 A. 1 1cos Dòng trung bình qua điôt: I I sin d I D 2 om 2 om ID = 0,26 A. 0 5. Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van và điôt. 10/22/2010 24 12
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM 5. Xác định dòng đỉnh lớn nhất qua van và điôt. Dòng tải thể hiện chính là giá trị dòng trung bình đầu ra nghịch lưu trong mỗi chu kỳ cắt mẫu. Vì vậy chỉ cần xác định độ đập mạch lớn nhất của dòng Io(t). Bỏ qua ảnh hưởng của Rs đối với độ đập mạch dòng tải, ta có: di t L o u t s dt o Trong NLNA PWM U 2U . Dòng điện có độ đập mạch lớn nhất khi hệ o,max DC số lấp đầy xung (Duty ratio) là d = 0,5. Do đó: U T o,max I s U T / 2L o,max 4 L DC s s 6. Xác định giá trị điện cảm L . s s Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%Uo.(Đối với công suất nhỏ). ULs = Io.XLs = 0,1.Uo = 0,1.220 = 22(V) XLs = 22/5,68 = 3,8732() L = 12 (mH); s Độ đập mạch dòng tải bằng: I = 380.0,5.10-4/(2.12.10-3)= 0,79 A. o,max So với biên độ dòng điện thì độ đập mạch bằng I 100% = 0,79/8 = 20 %. Đây L có thể coi là giá trị chấp nhận được. 10/22/2010 25 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM 7. Tính toán tụ C của mạch lọc LC. Trong NL PWM điện áp ra chủ yếu là sóng cơ bản. Các thành phần sóng hài bậc cao xuất hiện ở chung quang tần số đóng cắt fs, cụ thể là h.fs +/- l.f1, trong đó h = 1, 2, …., l = 1, 2, … Những tần số sóng hài thấp nhất là fs – f1, fs -2.f1, … Tuy nhiên do fs >> f1 nên các sóng hài này chủ yếu tập trung ở quanh fs, nghĩa là rất xa so với f1. Điều này làm đơn giản việc tính toán mạch lọc LC ở đầu ra nghịch lưu rất nhiều. 1 Chọn tần số cắt của mạch lọc tần số thấp LC sao cho: 2 f LC LC s s Không cần để ý đến điều kiện tránh cộng hưởng ở các sóng hài có thể có trên sóng điện áp ra. Chọn CL = 0,1s CL = 12,5664.103 (rad/s) . VIIIậy: 1 1 1 1 C 0,53 F L2 12.103 12,5664.103 2 CL Có thể chọn trị số tụ C lớn hơn, ví dụ 1F. Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải. 10/22/2010 26 13
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM 8. Bù công suất phản kháng của tải: Q S2 P2 12502 10002 750(Var) L o o Nếu bù bằng tụ C thì phải có QC = QL; U2 Q 750 Q C CU2 C C 49,35 F C X C U2 2. .50.220 2 C C So với giá trị tụ C tính ở mục (7) thấy rằng có thể chọn tụ C=50F là phù hợp. 9. Cần kiểm tra lại điều kiện ở tần số cơ bản XC >> XL: Nếu không sẽ tạo nên phân áp giữa XC và XL, không thể đạt được điện áp 220 V ở đầu ra. X 2. .50.12.10 3 3,768; L X 1/ 2. .50.50.10 6 63,7 C Thực sự là XC >> XL . 10. Kiểm tra lại số liệu tính toán của sơ đồ bằng mô hình mô phỏng. Đây là phương pháp rất hiệu quả để kiểm chứng các tính toán từ mục (1) đến (9) trên đây. 10/22/2010 27 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.4 Tính toán các thông số cho NLNA PWM 11. Tính toán tụ C của mạch một chiều. Tụ C trong mạch một chiều dóng vai trò là tụ lọc của mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trò tiếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu do các điôt ngược đưa về. Vậy giá trị của tụ là giá trị nào cần lớn hơn. Trường hợp nặng nề nhất là dòng tải ở giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng khi tải thuần cảm, điện áp điều chế qua không), khi đó: t U x I t T / 2; I I C C C x s C o,max Thường chọn U = 0,050,1U . Có thể tính được: C DC I 8 6 C C 10,53.10 10 F 2 f U 2.20.10 .0,05.3803 s C Tụ C tính được có giá trị khá nhỏ, chứng tỏ ưu việt của PWM. Trong trường hợp này tụ một chiều C sẽ được xác định chủ yếu từ điều kiện san bằng điện áp đầu ra chỉnh lưu. 10/22/2010 28 14
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.5 Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM Mô hình Trên MATLAB Sơ đồ 1, nửa cầu Sơ đồ 2, Cầu một pha 10/22/2010 29 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.5 Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM Kết quả ở mô hình 1, sơ đồ nửa Đồ thị dòng, áp ra NL. cầu (m=0,8; UDC=200V) Tần số điều chế chọn thấp 1 kHz để minh họa rõ hơn độ đập mạch của dòng tải. Dòng đập mạch lớn nhất ở thời điểm điện áp điều chế m(t) qua 0 (khi d=0,5). Nếu lúc bấy giờ dòng đạt giá trị biên độ (tải gần thuần cảm) thì chu kỳ điều chế này xác định dòng đỉnh lớn nhất (Trường hợp xấu nhất). Đây là cơ sở tính toán dòng đỉnh qua van và điôt ở mục (5), phần VIII.3.7. 10/22/2010 30 15
28/08/2014 VIII.4 Phương pháp điều chế PWM VIII.4.5 Mô phỏng sơ đồ NLNA PWM Kết quả ở mô hình 2, sơ đồ cầu Đồ thị dòng, áp đầu ra. một pha. Tham số tính toán theo phần 3.7. Tần số điều chế 20 kHz. Mạch lọc LC tính toán theo: 1. Cuộn cảm L đảm bảo độ đập mạch dòng tải trong phạm vi 20%. Tần số cắt của mạch lọc bằng 1/10 tần số fs. Tụ lọc C tính theo tần số cắt của mạch lọc và hiệu chỉnh để bù công suất phản kháng của tải. L = 12 mH, C = 50 uF. 10/22/2010 31 VIII.5 Nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha VIII.5.1 Sơ đồ cầu ba pha VSI ba pha có thể coi gồm ba VSI cầu ba pha nhánh van nửa cầu (V1, V4), (V3, V6), (V5, V2). Các van trên cùng nhánh cầu không bao giờ được mở cùng nhau. Tải phía xoay chiều nối giữa các điểm ra của nửa cầu nên không cần đến điểm giữa ở phía một chiều như sơ đồ nửa cầu thông Cầu ba pha = 3 nửa cầu. thường. Để sử dụng các kết quả về PWM 1 U 2 DC của sơ đồ nửa cầu cho sơ đồ cầu ba pha ta vẫn sử dụng mạch điện tương đương cầu ba pha như ba 1 U 2 DC nửa cầu, với điểm giữa phía DC. 10/22/2010 32 16
28/08/2014 VIII.5 Nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha Phương pháp điều khiển cơ bản U DC 2 2 U Dạng điện áp ra 6 xung của VSI cầu ba pha. 2DC U u , u , u là ba điện áp ra của sơ đồ nửa DC An Bn Cn 2 cầu (+/-UDC/2), lệch pha nhau 120. U DC u =1/3.(u + u + u ); u có dạng xung 2 Zn An Bn Cn Zn U DC chữ nhật, tần số 3f, biên độ +/-1/6U 2 DC. u =u -u ; u =u -u ; u =u -u ; U A An Zn B Bn Zn C Cn Zn DC 2 u =u -u ; u =u -u ; u =u -u . 2U DC AB An Bn BC Bn Cn CA Cn An 3 U DC 3 Sóng hài cơ bản điện áp pha đầu ra: 1 U6(1)s usind 2 /3 1 2 /3 2 1 UDC sind sind sind 3 3 3 0 /3 2 /3 2 U DC U DC 6 10/22/2010 33 VIII.5.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM SPWM (sinusoidal PWM) cho cầu ba pha được thực hiện cho ba sơ đồ nửa cầu: với ba sin chuẩn, cùng một hệ thống điện áp răng cưa (Carrier based – PWM). Hệ số điều chế: m = mref/ms , biên độ sóng sin chuẩn trên biên độ răng cưa. Trong dải điều chế tuyến tính điện áp ra hình sin, yêu cầu 0 m 1. Các tiêu chuẩn đánh giá: M = U1m/U1m,6s biên độ sóng hài bậc nhất so với sóng bậc nhất của dạng điện áp ra 6 xung. Sơ đồ nguyên lý thực hiện CB‐ 0 M 0,785. PWM 10/22/2010 34 17
28/08/2014 VIII.5.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM Mẫu xung điều khiển trong PWM với răng cưa đối xứng: Mẫu xung cho thấy dạng tối ưu về chuyển mạch, mỗi lần chỉ có một pha phải đóng cắt. Trạng thái van cho ra điện áp bằng 0 (ứng với vector không trong SVM) phân bố đối xứng ở hai đầu và giữa chu kỳ Ts. 10/22/2010 35 VIII.5.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm về ZSS-PWM Với điều chế điện áp ra hình sin theo mạch điện tương đương với sơ đồ nửa cầu điện áp ra trên mỗi pha đầu ra chỉ thay đổi giữa +/- UDC/2, là biên độ lớn nhất của điện áp ra. Chính vì vậy theo SPWM hệ số điều chế lớn nhất chỉ là M = (U /2)/ (2/.U )= /4=0,785 (m=1). max DC DC Thực ra với sơ đồ cầu không cần điểm giữa của mạch DC và điện áp ra là +UDC và –UDC. Điều này nghĩa là biên độ điện áp sóng sin cơ bản điều chế ra nghịch lưu có thể lớn hơn, ít nhất là đến 2/.U như ở dạng điện áp ra 6 DC xung. Phương pháp điều chế có thành phần thứ tự 0 (Zero Sequence Signal PWM – ZSS PWM) dựa trên cơ sở là trong hệ thống ba pha cân bằng thành phần thứ tự không có trở kháng vô cùng lớn. Điều này nghĩa là nếu trong dạng sóng chuẩn mong muốn có thành phần sóng hài bậc 3 thì thành phần này không thể xuất hiện ở dạng sóng điện áp ra. Thành phần sóng hài bậc 3 trên mỗi pha thể hiện trên thế của điểm trung tính tải, uZn . Nếu uZn có sóng hài bậc 3 thì điện áp ra cũng không bị ảnh hưởng gì. 10/22/2010 36 18
28/08/2014 VIII.5.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm về ZSS-PWM Nếu thêm vào thành phần sóng hài bậc 3 trên dạng điện áp sóng sin chuẩn, có thể mở rộng được dải thay đổi của biên độ sóng hài bậc nhất điện áp ra mà không ảnh hưởng gì đến dải điều chế tuyến tính của VSI ba pha. Sóng bậc 3 thêm vào có thể có dạng sin, tam giác, hoặc chữ nhật. Biên độ sóng bậc 3 hình sin bằng ¼ biên độ sóng ra mong muốn cơ bản tương ứng với hệ số sóng hài dòng điện ra nhỏ nhất. Sóng bậc 3 bằng 1/6 sóng cơ bản thì dải điều chế tuyến tính được mở rộng ra đến lớn nhất đến M / 2 3 0,907. Hệ số điều chế m mở rộng đến max max 1,154, tức là tăng thêm được 15,4%. Hệ số mmax mở rộng được đến giá trị nào mà dạng sóng điều chế thu được mref còn nhỏ hơn hoặc bằng 1, nghĩa là vẫn trong vùng tuyến tính đối với tín hiệu răng cưa. 10/22/2010 37 VIII.5.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo trong ZSS-PWM Minh họa phương pháp Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM. tạo tín hiệu điều khiển trong điều chế với thành m=1,154. phần thứ tự 0. Hai dạng tín hiệu sóng bậc ba được dùng: - Sóng bậc 3 hình sin (biên độ ¼ hoặc 1/6 biên độ sóng cơ bản). - Sóng bậc 3 hình tam giác. Tương đương với điều chế vector không gian SVPWM. 10/22/2010 38 19
28/08/2014 VIII.5.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo trong ZSS-PWM Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM. Có thể thấy các tín hiệu điều chế sin mong muốn có dạng méo lẫn sóng hài bậc ba 10/22/2010 39 VIII.5.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo trong ZSS-PWM Đồ thị dạng xung của bộ điều chế ZZS PWM. 10/22/2010 40 20
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
No comments yet. Be the first!
Comments (0)
No comments yet. Be the first!