Luận văn Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần đa bậc với common mode cực tiểu (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần đa bậc với common mode cực tiểu (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHƯƠNG QUANG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG BIẾN TẦN ĐA BẬC VỚI COMMON MODE CỰC TIỂU NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 0 4 4 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005
2. BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ NGUYEÃN PHƯƠNG QUANG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG BIẾN TẦN ĐA BẬC VỚI COMMON MODE CỰC TIỂU Chuyeân ngaønh: Thieát Bò Maïng vaø Nhaø Maùy Ñieän Maõ soá ngaønh: 60 52 50 Thaønh Phoá Hoà Chí Minh, Thaùng 08 Naêm 2005
3. BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG BIẾN TẦN ĐA BẬC VỚI COMMON MODE CỰC TIỂU Chuyeân ngaønh: Thieát Bò Maïng vaø Nhaø Maùy Ñieän Maõ soá ngaønh: 60 52 50 Hoï vaø Teân Hoïc Vieân: NGUYỄN PHƯƠNG QUANG Ngöôøi Höôùng Daãn: TS NGUYỄN VĂN NHỜ Thaønh Phoá Hoà Chí Minh, Thaùng 08 Naêm 2005
4. MUÏC LUÏC - Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân - Tôø nhieäm vuï luaän vaên thaïc só. - Lôøi caûm ôn. - Toùm taét luaän vaên thaïc só - Muïc luïc Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU 1 1.1 . Vò trí bieán taàn trong coâng nghieäp 1.2. Bieán taàn ña baäc 2 1.3. Vaán ñeà ñieän aùp common mode (C.M) 4 1.4. Nhöõng vaán ñeà seõ khai trieån trong luaän vaên 5 Chöông 2: GIÔÙI THIEÄU HEÄ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑOÄNG CÔ KÑB - 6 BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC 2.1. Giôùi thieäu 2.2. Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän trong heä truyeàn 7 ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc 2.3. Phöông phaùp ñieàu cheá duøng cho bieán taàn ña baäc 8 2.3.1. Caáu truùc bieán taàn ña baäc 9 2.3.1.1. Caáu truùc nghòch löu daïng Cascade 10 2.3.1.2. Caáu truùc nghòch löu chöùa caëp diode keïp 12 2.3.1.3. Caáu truùc phoái hôïp 13 2.3.1.4. Caáu truùc duøng tuï ñieän thay ñoåi 13 2.3.1.5. Nhaän xeùt veà caùc daïng sô ñoà nghòch löu ña baäc 14 2.3.2. Phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian cho bieán taàn ña baäc 2.3.2.1. Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä bieán taàn ba baäc 14 2.3.2.2. Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä nghòch löu naêm baäc 19 2.3.3.3. Vector redundant 20 2.3.3. Phöông Phaùp Ñieàu Cheá Ñoä Roäng Xung Duøng Soùng Mang (Carrier based PWM) 2.3.3.1. Khaùi nieäm 21 2.3.3.2. Caùc daïng soùng mang duøng trong kyõ thuaät ñieàu cheá 21 PWM Chöông 3: VAÁN ÑEÀ COMMON MODE TRONG HEÄ TRUYEÀN 24 ÑOÄNG DUØNG BIEÁN TAÀN 3.1. Daãn nhaäp 24 3.2. Maïch common mode trong heä truyeàn ñoäng bieán taàn ñoäng cô 25 3.3. Caùc thoâng soá ñieän aûnh höôûng ñeán ñoä baøo moøn oå ñôõ 26
5. 3.4. Taùc ñoäng cuûa vieäc noái ñaát nguoàn cung caáp leân ñieän aùp common 28 mode 3.5. Trieät giaûm common mode thoâng qua vieäc laép theâm tuï ñieän ngoõ 28 vaøo boä bieán taàn 3.5.1. Phöông thöùc thöïc hieän 28 3.5.2. Kieåm chöùng qua thöïc nghieäm 29 3.5.3. Nhöõng nhaän ñònh veà trieät giaûm C.M thoâng qua vieäc laép theâm 30 tuï ñieän ngoõ vaøo boä bieán taàn Chöông 4: BIEÄN PHAÙP XÖÛ LYÙ COMMMON MODE CÖÏC TIEÅU 31 TRONG BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC 4.1. Giôùi thieäu caùc phöông aùn 4.2. Trieät boû hoaøn toaøn ñieän aùp common mode 31 4.3. Trieät boû moät phaàn ñieän aùp common mode 35 4.3.1. Heä thoáng chænh löu caàu – nghòch löu NPC 35 4.3.2. Chieán löôïc giaûm ñieän aùp C.M 37 4.3.3. Thöïc Nghieäm 38 4.4. Keát luaän 39 Chöông 5: XAÂY DÖÏNG PHÖÔNG THÖÙC TRIEÄT GIAÛM COMMON 40 MODE TOÁI ÖU, MOÂ PHOÛNG HEÄ TRUYEÀN ÑOÄNG, ÑAÙNH GIAÙ KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG 5.1. Giôùi thieäu phöông aùn 5.2. Kyõ thuaät trieät giaûm common mode phoái hôïp giöõa SVPWM vaø 41 CPWM 5.2.1. Giôùi Thieäu 5.2.2. Khoái Taïo Tín Hieäu kích hoaït (Active Signal Generator) 5.2.3. Khoái Taïo Haøm Offset (Offset Generator) 42 5.3. Moâ phoûng heä truyeàn ñoäng vôùi common mode cöïc tieåu 44 5.3.1. Löïa choïn maïch ñoäng löïc 44 5.3.2. Moâ phoûng heä truyeàn ñoäng 5.3.2.1. Khoái xaùc ñònh caùc cöïc trò 46 5.3.2.2. Khoái Giôùi Haïn giaù trò offset 46 5.3.2.3. Khoái Haøm Vr 0,ref 47 5.3.2.4. Khoái ñònh tæ leä thôøi gian ñoùng caét K1, K2, K3 47 5.3.2.5. Khoái Tính Toaùn Taïo Voffset 48 5.3.2.6. Khoái Tính Common mode cöïc tieåu 49 5.3.3. Moâ phoûng 49 5.4. Ñaùnh giaù keát quaû moâ phoûng - keát luaän 50 51
6. Chöông 6: HEÄ TRUYEÀN ÑOÄNG BIEÁN TAÀN – ÑOÄNG CÔ ÑIEÀU KHIEÅN DÖÏA THEO TÖØ THOÂNG ROTOR 6.1. Giôùi thieäu phöông thöùc ñieàu khieån döïa theo töø thoâng 6.1.1. Giôùi thieäu 51 6.1.2. So saùnh vôùi caùc phöông thöùc phöông thöùc ñieàu khieån toác ñoä 52 ñoäng cô thoâng duïng 6.2. Thaønh laäp moâ hình caùc khoái chöùùc naêng trong heä ñieàu khieån theo töø thoâng 6.2.1. Nguyeân lyù chung 54 6.2.2. Pheùp chuyeån ñoåi toïa ñoä 55 6.2.3. Moâ hình toaùn hoïc cuûa ñoäng cô 6.2.3.1. Löïa choïn ñoäng cô cho heä truyeàn ñoäng 59 6.2.3.2. Moâ hình toaùn hoïc cuûa ñoäng cô ñieän KÑB xoay chieàu 3 60 pha 6.2.4. Sô ñoà khoái heä ñieàu khieån theo töø thoâng 6.2.4.1. Sô ñoà khoái phöông phaùp ñieàu khieån vector trong ñoäng 61 cô ñieän KÑB xoay chieàu 3 pha 6.2.4.2. Chuyeån ñoåi qua laïi giöõa heä truïc (a,b,c)  (α-β) 62 6.2.4.3. Chuyeån ñoåi qua laïi giöõa heä truïc (d,q)  (α-β) 63 6.2.4.4. Öôùc löôïng töø thoâng rotor 64 6.2.4.5. Maïch phaân ly 64 6.2.4.6. Xaùc ñònh haøm töø thoâng yeâu caàu 66 6.3. Tính toaùn thoâng soá cho caùc khoái 6.3.1. Khoái öôùc tính töø thoâng rotor 68 6.3.2. Khoái chuyeån ñoåi heä truïc toaï ñoä 68 6.3.3. Khoái xaùc ñònh giaù trò töø thoâng vaø toác ñoä yeâu caàu 69 6.3.4. Khoái phaân ly caùc thaønh phaàn ñieàu khieån 69 6.4. Moâ phoûng heä truyeàn ñoäng 6.4.1. Thieát laäp sô ñoà maïch trong PSIM 6.4.2.1. Khoái öôùc löôïng töø thoâng rotor 70 6.4.2.2. Khoái phaân ly hai thaønh phaàn ñieàu khieån 71 6.4.2.3. Caùc khoái chuyeån ñoåi 71 6.4.2.4. Maïch thay ñoåi cheá ñoä taûi 72 6.4.2. Moâ phoûng heä truyeàn ñoäng 72 6.5. Ñaùnh giaù keát quaû moâ phoûng - keát luaän 75 - Keát luaän vaø ñeà nghò + Summary 76 - Taøi lieäu tham khaûo 78 - Phuï luïc 79 - Thuaät ngöõ kyõ thuaät - Toùm taét lyù lòch trích ngang
7. Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø CHÖÔNG 1: MÔÛ ÑAÀU 1.1 .VÒ TRÍ BIEÁN TAÀN TRONG COÂNG NGHIEÄP Vôùi söï phaùt trieån nhö vuõ baõo veà chuûng loaïi cuõng nhö soá löôïng caùc boä bieán taàn, ngaøy caøng nhieàu thieát bò ñieän – ñieän töû söû duïng caùc boä bieán taàn, trong ñoù moät boä phaän ñaùng keå söû duïng bieán taàn phaûi keå ñeán chính laø boä bieán taàn ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän. Trong thöïc teá coù raát nhieàu hoaït ñoäng trong coâng nghieäp coù lieân quan ñeán toác ñoä ñoäng cô ñieän. Ñoâi luùc coù theå xem söï oån ñònh cuûa toác ñoä ñoäng cô mang yeáu toá soáng coøn cuûa chaát löôïng saûn phaåm, söï oån ñònh cuûa heä thoáng ví duï: doa xi-lanh, maùy eùp nhöïa laøm ñeá giaày, caùn theùp, heä thoáng töï ñoäng pha troän nguyeân lieäu, maùy ly taâm ñònh hình khi ñuùc Vì theá, vieäc ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô ñöôïc xem nhö vaán ñeà chính yeáu cuûa caùc heä thoáng ñieàu khieån trong coâng nghieäp. Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô laø duøng caùc bieän phaùp nhaân taïo ñeå thay ñoåi caùc thoâng soá nguoàn nhö ñieän aùp hay caùc thoâng soá maïch nhö ñieän trôû phuï, thay ñoåi töø thoâng Töø ñoù taïo ra caùc ñaëc tính cô môùi ñeå coù nhöõng toác ñoä laøm vieäc môùi phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa phuï taûi cô. Coù hai phöông phaùp ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô: Bieán ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä phaän cô khí töùc laø bieán ñoåi tyû soá truyeàn chuyeån tieáp töø truïc ñoäng cô ñeán cô caáu maùy saûn xuaát. Bieán ñoåi toác ñoä goùc cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông phaùp naøy laøm giaûm tính phöùc taïp cuûa cô caáu vaø caûi thieän ñöôïc ñaëc tính ñieàu chænh, ñaëc bieät linh hoaït khi öùng duïng caùc heä thoáng ñieàu khieån baèng ñieän töû. Vì vaäy, boä bieán taàn ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô theo phöông phaùp naøy. Ngoaøi ra caàn phaân bieät ñieàu chænh toác ñoä vôùi söï töï ñoäng thay ñoåi toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi cuûa ñoäng cô ñieän. Nhö teân goïi, boä bieán taàn söû duïng trong heä truyeàn ñoäng, chöùc naêng chính laø thay ñoåi taàn soá nguoàn cung caáp cho ñoäng cô ñeå thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô nhöng neáu chæ thay ñoåi taàn soá nguoàn cung caáp thì coù theå thöïc hieän vieäc bieán ñoåi naøy theo nhieàu phöông thöùc khaùc, khoâng duøng maïch ñieän töû. Tröôùc kia. khi coâng ngheä cheá taïo linh kieän baùn daãn chöa phaùt trieån, ngöôøi ta chuû yeáu söû duïng caùc nghòch löu duøng maùy bieán aùp. Öu ñieåm chính cuûa caùc thieát bò daïng naøy laø soùng daïng ñieän aùp ngoõ ra raát toát (ít haøi) vaø coâng suaát lôùn (so vôùi bieán taàn hai baäc duøng linh kieän baùn daãn) nhöng coøn nhieàu haïn cheá nhö: - Giaù thaønh cao do phaûi duøng maùy bieán aùp coâng suaát lôùn. H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 1
8. Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø - Toån thaát treân bieán aùp chieám ñeán 50% toång toån thaát treân heä thoáng nghòch löu. - Chieám dieän tích laép ñaët lôùn, daãn ñeán khoù khaên trong vieäc laép ñaët, duy tu, baûo trì cuõng nhö thay môùi. - Ñieàu khieån khoù khaên, khoaûng ñieàu khieån khoâng roäng vaø deã bò quaù ñieän aùp ngoõ ra do coù hieän töôïng baõo hoaø töø cuûa loõi theùp maùy bieán aùp. Ngoaøi ra, caùc heä truyeàn ñoäng coøn nhieàu thoâng soá khaùc caàn ñöôïc thay ñoåi, giaùm saùt nhö: ñieän aùp, doøng ñieän, khôûi ñoäng eâm (Ramp start hay Soft start), tính chaát taûi maø chæ coù boä bieán taàn söû duïng caùc thieát bò baùn daãn laø thích hôïp nhaát trong tröôøng hôïp naøy. 1.2. BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC Ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boää Udc 0 a) Heä thoáng truyeàn ñoäng bieán taàn ña baäc - ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boää 2 baäc 3 baäc 5 baäc 9 baäc b) Ñieän aùp ngoõ ra thay ñoåi theo soá baäc bieán taàn c) Soùng daïng ñieän aùp taïi caùc ñieåm Hình 1.1: Heä thoáng truyeàn ñoäng bieán taàn - ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boää H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 2
9. Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Khaùi nieäm hai baäc xuaát phaùt töø quaù trình ñieän aùp giöõa moät ñaàu pha taûi (ñieåm a, b hoaëc c vôùi ñieåm 0 trong hình 1.1) cuûa nguoàn moät chieàu thay ñoåi giöõa hai baäc khaùc nhau (töông öùng trong sô ñoà hình 1.1 laø +Udc/2 vaø –Udc/2). Ñieàu naøy daãn ñeán dV/dt khaù lôùn vaø hieän töôïng ñieän aùp common mode raát nghieâm troïng (xem chöông 2). Ñeå khaéc phuïc ñieàu naøy ngöôøi ta söû duïng boä nghòch löu aùp ña baäc (Multi-level Voltage Source Inverter: VSI), do tính phoå duïng coù theå goïi laø bieán taàn ña baäc (Multi-level Inverter). Ñaây laø moät phöông phaùp ñieàu cheá coù nhieàu öu ñieåm khi söû duïng ôû ñieän aùp cao vaø coâng suaát lôùn. Caùc nhöôïc ñieåm vöøa neâu trong bieán taàn hai baäc coù theå ñöôïc khaéc phuïc khi söû duïng boä bieán taàn ña baäc. Cuï theå khi xeùt moät heä thoáng truyeàn ñoäng bieán taàn - ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boää vôùi thoâng soá ñoäng cô P = 800 kW; 4.16 kV; 60 Hz; cosφ = 0,8 coù sô ñoà khoái nhö hình 1-1 vaø Udc = 6 kV, sau khi thöïc hieän vieäc ño ñaït caùc thoâng soá thöïc teá, khi thay ñoåi soá baäc cuûa bieán taàn duøng trong heä truyeàn ñoäng, ta coù keát quaû nhö sau: Hình 1.2 a: Toång ñoä meùo daïng do haøi Hình 1.2 b: Giaù trò ñieän khaùng duøng trong boä loïc Hình 1.2 c: Coâng suaát truyeàn qua boä nghòch löu (Pcond) treân coâng suaát toån hao do ñoùng caét (Psw) Soá baäc cuûa bieán taàn Hình 1.2: Caùc ñaëc tính cuûa boä bieán taàn ño ñaït treân moät treân heä truyeàn ñoäng thöïc teá H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 3
10. Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø - Soùng daïng ñieän aùp ngoõ ra seõ gaàn sin hôn (minh hoaï qua hình 1.1 b), hay toång löôïng haøi seõ giaûm nhanh theo soá baäc (hình 1.2 b). - Trò soá ñieän caûm Lf treân maïch loïc nhoû hôn (vôùi cuøng moät boä loïc), daãn tôùi toån hao cuõng nhö ñaëc tính ñieän aùp ngoõ ra seõ ñöôïc caûi thieän hôn (hình 1.2 a). - Toån hao do ñoùng caét giaûm (Psw giaûm) trong khi coâng suaát truyeàn taûi qua heä laïi taêng (Pcond taêng), minh hoaï qua hình 1.2 c. Vôùi nhöõng öu ñieåm vöôït troäi nhö treân, bieán taàn ña baäc ñöôïc söû duïng ngaøy moät roäng raõi trong coâng nghieäp. Ñeå taêng tính thuyeát phuïc, luaän aùn seõ choïn bieán taàn ña baäc ñeå thieát keá heä truyeàn ñoäng ñoäng cô khoâng ñoàng boä duøng boä bieán taàn. 1.3. VAÁN ÑEÀ ÑIEÄN AÙP COMMON MODE (C.M) Khi thieát keá vaø thi coâng boä bieán taàn duøng trong heä ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän coù raát nhieàu caùc vaán ñeà caàn phaûi quan taâm, cuï theå nhö: Trò hieäu duïng cuûa caùc thaønh phaàn haøi cuûa ñieän aùp ngoõ ra boä bieán taàn. Toån hao trong cuoän daây stator, rotor do thaønh phaàn haøi taêng leân cuï theå laø taùc duïng cuûa soùng haøi baäc cao laøm taêng doøng ñieän töø hoaù loõi theùp. Toån hao do doøng xoaùy vaø töø treã. Töø tröôøng ñaäp maïch, töø tröôøng nghòch. Coâng suaát boä bieán taàn : vôùi coâng suaát lôùn khoâng theå söû duïng caùc boä bieán taàn hai baäc. dV dI Giao thoa ñieän töø (EMI) do caùc bieán thieân C. vaø L. lôùn. Ñoä dt dt dV giaûm phaåm chaát caùch ñieän theo thôøi gian nhanh hôn do C. lôùn dt .v.v I cm Doøng common mode Hình 1.3: Common-Mode trong boä bieán taàn – ñoäng cô. H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 4
11. Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Ngoaøi caùc yeáu toá keå treân, töø naêm 2000 ñeán nay ñaõ coù raát nhieàu caùc ñeà taøi, baøi vieát cuûa nhieàu taùc giaû coù uy tín ñöôïc ñaêng taûi treân caùc taïp chí lôùn nhö IEEE baøn veà vaán ñeà ñieän aùp C.M. Hình 1.3 trình baøy heä thoáng chænh löu caàu – nghòch löu daïng diode keïp (NPC). Trong caáu truùc naøy, ñieän aùp C.M ñöôïc xaùc ñònh laø ñieän theá giöõa trung tính boä daây stator “s” vaø noái ñaát cuûa heä thoáng “g” (treân hình 1.4) goïi laø vsg. Ñieän aùp naøy ñöôïc caáu thaønh bôûi vsn vaø vng. Ñieän aùp vng, ñieåm giöõa cuûa nguoàn Udc, coù theå thay ñoåi tuyø theo caùch noái ñaát cuûa bieán aùp nguoàn, trình baøy treân hình 1.3. Ñieän theá ñieåm giöõa cuûa nguoàn moät chieàu cuûa boä bieán taàn vôùi ñieåm trung tính cuûa boä daây stator ñoäng cô vsn coù theå ñöôïc dieãn taû theo haøm ñoùng caét cuûa caùc linh kieän trong boä nghòch löu NPC (sa, sb, sc) theo ñieàu kieän phuï taûi caân baèng. Theo [2], taùc giaû ñaõ tìm ra ñöôïc moái quan heä giöõa ñoä baøo moøn oå ñôõ vôùi ñieän aùp C.M. Cuï theå laø theå tích cuûa löôïng kim loaïi bò baøo moøn oå ñôõ tyû leä vôùi naêng löôïng do ñieän aùp C.M ñaët treân oå ñôõ. Ñieän aùp naøy xuaát hieän chuû yeáu do caùc bieán thieân dV/dt treân boä bieán taàn söû duïng caùc khoaù ñieän töû. Ngoaøi vieäc baøo moøn caùc oå ñôû trong ñoäng cô, doøng roø C.M (Icm) coøn coù khaû naêng gaây ñoùng caét sai treân caùc relay baûo veä doøng taùc ñoäng nhanh. out Hình 1.4: Soùng daïng ñieän aùp Common-Mode (Vsn) 1.4. NHÖÕNG VAÀN ÑEÀ SEÕ KHAI TRIEÅN TRONG LUAÄN VAÊN Vieäc baøo moøn oå ñôõ do ñieän aùp C.M ñaõ quaù roõ raøng, nhö vaäy caàn thieát phaûi trieät boû noù. ÖÙng vôùi moãi phöông thöùc ñieàu khieån trong boä bieán taàn, seõ coù caùch trieät giaûm töông öùng, do ñoù caàn thieát phaûi löïa choïn moät phöông thöùc ñieàu khieån cho phuø hôïp môùi coù theå ñaït hieäu quaû cao trong vieäc trieät giaûm C.M cho heä thoáng bieán taàn - ñoäng cô. Trong thöïc teá cuõng coù raát nhieàu phöông thöùc ñieàu cheá söû duïng trong nghòch löu aùp 3 pha, nhö SVPWM, CBPWM, DPWM, PWM kinh ñieån moãi phöông aùn ñeàu coù nhöõng öu nhöôïc rieâng, khoâng coù phöông aùn naøo laø toái öu treân moïi phöông dieän. Chính vì vaäy, neân ñeà taøi seõ ñöa ra moät phöông phaùp keát hôïp nhaèm thieát keá boä ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä duøng bieán taàn ña baäc vôùi C.M cöïc tieåu nhöng vaãn giöõ ñöôïc caùc ñaëc tính öu vieät voán coù cuûa heä truyeàn ñoäng. H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 5
12. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø CHÖÔNG 2: GIÔÙI THIEÄU HEÄ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑOÄNG CÔ KÑB - BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC 2.1 GIÔÙI THIEÄU Tröôùc ñaây, haàu heát caùc heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån ñeàu söû duïng ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp/song song vì loaïi ñoäng cô naøy deã ñieàu khieån moät caùch oån ñònh hôn caùc loaïi ñoäng cô khaùc. Nhöng trong nhöõng naêm gaàn ñaây, theo xu höôùng phaùt trieån nhö vuõ baõo cuûa kyõ thuaät ñieän töû soá, caùc boä ñieàu khieån coù khaû naêng ñieàu khieån ñöôïc toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu theo moät chöông trình caøi ñaët saün ngaøy moät hoaøn thieän ñaõ ñöa ñoäng cô xoay chieàu trôû thaønh löïa choïn öu tieân moät cho heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån. Bôûi vì nguoàn xoay chieàu thì ôû ñaâu cuõng coù vaø caáu taïo ñoäng cô moät chieàu thì phöùc taïp do ñoù giaù thaønh cao, chi phí cho vaän haønh vaø baûo döôõng söûa chöõa lôùn Vì vaäy, hieän nay nhöõng nhaø thieát keá heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ñeàu chuyeån sang söû duïng ñoäng cô xoay chieàu rotor loàng soùc trong caùc heä thoáng ñieàu toác coù khaû naêng thay ñoåi moät caùch linh hoaït theo yeâu caàu thöïc tieãn cuûa thieát bò. Động cơ không Nguồn E đồng bộ 3 DC pha cung cấp GiảiEncoder mã Maïch ñieàu khieån Hình 2.1: Heä thoáng truyeàn ñoäng bieán taàn – ñoäng cô söû duïng khoaù baùn daãn Vôùi nhöõng heä thoáng coâng suaát nhoû, caùc nhaø thieát keá hieän nay cuõng coøn moät loaïi ñoäng cô khaùc ñaùng ñeå löïa choïn: ñoù laø ñoäng cô böôùc. Öu ñieåm noåi baät cuûa ñoäng cô böôùc laø coù toác ñoä raát chuaån vaø deã ñieàu khieån theo moät chöông trình ñònh tröôùc. Tuy nhieân hieän nay vaán ñeà coâng suaát chính laø trôû ngaïi lôùn khi muoán thieát keá heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån söû duïng ñoäng cô böôùc, vì vaäy hieän nay trong coâng nghieäp chuû yeáu ngöôøi ta söû duïng heä thoáng bieán taàn – ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Hình 2.1 trình baøy moät heä truyeàn ñoäng ñoäng cô khoâng ñoàng boä - bieán taàn ñieån hình. Trong heä naøy, moät boä nghòch löu goàm 6 transistor chuyeån nguoàn moät chieàu söùc ñieän ñoäng E sang ñieän aùp 3 pha cung caáp cho ñoäng cô ñieän xoay chieàu khoâng ñoàng boä. Ñeå kích daãn caùc khoaù transistor, hieän nay vôùi caùc boä bieán taàn ña baäc ngöôøi ta thöôøng söû H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 6
13. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø duïng kyõ thuaät xöû lyù soá tín hieäu (Digital Signal Proccesing - DSP). Treân heä naøy, ngöôøi ta söû duïng caùc vi maïch chuyeân duïng trong DSP cuõng nhö trong ñieàu cheá ñeå ñieàu khieån cheá ñoä ñoùng caét cuûa caùc khoaù baùn daãn nhaèm thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô thoâng qua vieäc thay ñoåi taàn soá nguoàn cung caáp f1. 2.2 CAÙC NGUYEÂN TAÉC ÑIEÀU KHIEÅN TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN TRONG HEÄ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑOÄNG CÔ KÑB - BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC Khi ñöa vaøo boä daây quaán cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä (KÑB) xoay chieàu 3 pha moät söùc ñieän ñoäng hình sin xoay chieàu 3 pha thì noù seõ taïo ra töø tröôøng quay vôùi toác ñoä ñoàng boä: 60 f n 1 (2.1) p Vôùi: * f1 laø taàn soá nguoàn 3 pha cung caáp cho ñoäng cô khoâng ñoàng boä. * p laø soá ñoâi cöïc töø cuûa boä daây quaán stator. Töø coâng thöùc tính toác ñoä ñoäng cô ñaõ trình baøy ôû phaàn treân, coù theå thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô ñieän xoay chieàu khoâng ñoàng boä 3 pha theo caùc phöông phaùp sau:  Thay ñoåi taàn soá nguoàn cung caáp f1: Vôùi söï phaùt trieån nhö vuõ baõo cuûa coâng ngheä cheá taïo vi maïch soá khaû laäp trình vaø linh kieän coâng suaát lôùn, caùc boä bieán taàn taïo soùng sin ngaøy caøng moät hoaøn thieän vôùi giaù thaønh ngaøy moät thaáp ñaõ taïo neân choã ñöùng vöõng chaéc cho ñoäng cô ñieän xoay chieàu khoâng ñoàng boä 3 pha trong heä thoáng caàn coù söï ñieàu chænh vaø oån ñònh toác ñoä. Söû duïng caùc boä bieán taàn ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô cho pheùp thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô trong moät khoaûng roäng vaø trôn, coù baûo veä quaù taûi, khôûi ñoäng “eâm” (ramp start) Beân caïnh vieäc thay ñoåi taàn soá cuûa nguoàn ñieän cung caáp, phöông phaùp naøy caàn phaûi thay ñoåi caû ñieän aùp U, vì ngoaøi quan heä (2.1), trong ñoäng cô khoâng ñoàng boä xoay chieàu 3 pha coøn coù quan heä giöõa Mt, U1 vaø f1.  Thay ñoåi soá ñoâi cöïc töø p: Thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng caùc boä chuyeån maïch cô khí ñeå ñoåi noái giöõa caùc cuoän daây trong boä daây quaán stator hay thay ñoåi giöõa hai boä daây quaán treân cuøng loõi theùp kyõ thuaät ñieän ôû stator nhöng coù caáu truùc khaùc nhau veà soá ñoâi cöïc töø nhaèm thay ñoåi soá ñoâi cöïc töø p ñeå thay ñoåi toác ñoä töø tröôøng quay. Khi thay ñoåi soá ñoâi cöïc ta chuù yù raèng soá ñoâi cöïc ôû stator vaø rotor laø nhö nhau. Nghóa laø khi thay ñoåi soá ñoâi cöïc ôû stator thì ôû rotor cuõng phaûi thay ñoåi theo. Do ñoù raát khoù thöïc hieän cho ñoäng cô rotor daây quaán, neân phöông phaùp naøy chuû yeáu duøng cho ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc vaø loaïi H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 7
14. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø ñoäng cô naøy coù khaû naêng töï bieán ñoåi soá ñoâi cöïc ôû rotor ñeå phuø hôïp vôùi soá ñoâi cöïc ôû stator. Ñoái vôùi ñoäng cô coù nhieàu caáp toác ñoä, moãi pha stator phaûi coù ít nhaát laø hai nhoùm boái daây trôû leân hoaøn toaøn gioáng nhau. Do ñoù caøng nhieàu caáp toác ñoä thì kích thöôùc, troïng löôïng vaø giaù thaønh caøng cao. Vì vaäy trong thöïc teá thöôøng duøng toái ña laø boán caáp toác ñoä.  Thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch rotor: Ñaây laø phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñôn giaûn vaø chæ ñöôïc söû duïng ñoái vôùi caùc ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor quaán daây (vì phaûi coù boä daây quaán ôû rotor thì môùi coù theå ñöa vaøo caùc ñieän trôû ñieàu chænh toác ñoä thoâng qua vieäc thay ñoåi ñoä tröôït s.  Thay ñoåi ñieän aùp treân boä daây quaán stator ñoäng cô: Ñaây laø phöông thöùc coù theå öùng duïng chung cho taát caû caùc loaïi ñoäng cô ñieän. Ñoái vôùi ñoäng cô khoâng ñoàng boä xoay chieàu 3 pha, khi thay ñoåi giaù trò ñieän aùp ñi k laàn, moment thay ñoåi ñeán k2 laàn, do ñoù thay ñoåi ñöôïc toác ñoä ñoäng cô (coâng thöùc 2.3). Nghóa laø khi ñieän aùp giaûm ñi 0,7 laàn thì moment giaûm ñeán (0,7)2 = 0,49 laàn (hôn moät nöûa).  Baèng cuoän khaùng baõo hoaø: Ñaây laø moät hình thaùi bieán töôùng cuûa phöông thöùc thay ñoåi ñieän aùp treân boä daây quaán stator ñoäng cô. Cuoän khaùng baõo hoaø laø thieát bò ñieän töø coù trò soá ñieän khaùng bieán ñoåi ñöôïc. Nguyeân taéc laøm vieäc laø söû duïng moät nguoàn naêng löôïng nhoû thay ñoåi ñoä töø hoaù cuûa loõi theùp, töø ñoù thay ñoåi ñieän aùp ñaët treân boä daây quaán stator ñoäng cô. Neáu so vôùi caùc phöông aùn thay ñoåi ñieän trôû phuï treân maïch rotor; thay ñoåi ñieän aùp treân boä daây quaán stator ñoäng cô; söû duïng cuoän khaùng baõo hoaø thì phöông aùn thay ñoåi soá ñoâi cöïc töø p söû duïng caùc boä chuyeån maïch cô khí ñeå thay ñoåi soá ñoâi cöïc nhaèm thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô coù veû thoâng duïng hôn do nhöõng öu ñieåm laø reû tieàn vaø laøm vieäc vôùi ñoä tin caäy cao nhöng nhöôïc ñieåm lôùn nhaát cuûa chuùng laø khoaûng thay ñoåi toác ñoä heïp, khoâng trôn (nhaûy caáp) vaø khoâng oån ñònh ñöôïc toác ñoä (moät yeâu caàu raát quan troïng hieän nay cho heä truyeàn ñoäng ñieàu toác ñoäng cô). Do vaäy, ôû ñaây ñeà taøi chæ nghieân cöùu heä thoáng ñieàu toác thoâng duïng nhaát ñoù laø caùc heä thoáng ñieàu toác söû duïng caùc boä bieán taàn vôùi thieát bò ñoùng caét baùn daãn. 2.3. PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ DUØNG CHO BIEÁN TAÀN ÑA BAÄC Hieän nay treân thöïc teá coù raát nhieàu phöông thöùc ñieàu cheá ñöôïc söû duïng trong bieán taàn ña baäc, nhöng thoâng duïng nhaát phaûi keå ñeán hai phöông thöùc: - Phöông thöùc ñieàu cheá vector khoâng gian (Space Vector PWM: SVPWM). H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 8
15. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø - Phöông thöùc ñoä roäng xung duøng soùng mang (Carrier Based PWM: CBPWM). 2.3.1. Caáu truùc bieán taàn ña baäc Boä nghòch löu treân hình 2.1 chæ chöùa 2 khoaù baùn daãn treân moãi nhaùnh pha taûi, ñöôïc goïi laø nghòch löu aùp hai baäc (two-level VSI), ñöôïc aùp duïng ôû ñieän aùp vöøa vaø coâng suaát nhoû. Khaùi nieäm hai baäc xuaát phaùt töø quaù trình ñieän aùp giöõa moät ñaàu pha taûi (ñieåm a, b hoaëc c trong hình 2.1) vôùi ñieåm O (hình 2.1) cuûa nguoàn moät chieàu thay ñoåi giöõa hai baäc khaùc nhau (töông öùng trong sô ñoà hình 2.1 laø +E/2 vaø –E/2). Ñieàu naøy daãn ñeán dV/dt khaù lôùn vaø hieän töôïng ñieän aùp C.M raát nghieâm troïng (xem chöông 3). a) Daïng NPC b) Chieán löôïc ñoùng caét theo APOD c) Soùng mang vaø ñieän aùp chuû ñaïo hình sin (a) (b) E/4 E/2 E/4 E/4 -E/4 -E/2 -E/4 (c) Hình 2.2: Nghòch löu aùp naêm baäc Ñeå khaéc phuïc ñieàu naøy ngöôøi ta söû duïng boä nghòch löu aùp ña baäc (Multi-level Voltage source: VSI) minh hoaï treân hình 2.3 (a) vaø (d). Ñeå cho ñôn giaûn, coù theå hieåu boä nghòch löu aùp ña baäc chính laø boä nghòch löu aùp hai baäc nhö treân hình 2.1 nhöng thay theá moät khoaù transistor baèng nhieàu khoaù H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 9
16. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø nhö hình 2.2 (a). Boán khoaù baùn daãn ñöôïc ñoùng caét theo chöông trình döïa treân vieäc so saùnh vôùi tín hieäu chuû ñaïo hình sin nhö treân hình 2.2 (b). Chöông trình naøy ñöôïc naïp vaøo phaàn meàm ñieàu khieån ñoùng caét giöõa caùc khoaù baùn daãn ñieàu khieån vieäc ñoùng caét treân caùc khoaù naøy ñeå soùng daïng ñieän aùp ra ôû moãi pha ñöôïc trình baøy treân hình 2.2 (c). Roõ raøng khi quan saùt treân caùc möùc so saùnh treân hình 2.2 (b), boä bieán taàn naøy coù 5 möùc ñieän aùp treân moãi pha neáu so vôùi ñieåm 0 cuûa nguoàn DC. Ñoù laø caùc möùc: 0, E/4, E/2, –E/4, –E/2. Vì vaäy, ñaây laø boä nghòch löu aùp 5 baäc. Ñeå ñöôïc soùng daïng ñieän aùp ngoõ ra nhö treân hình 2.2 (c), ngöôøi ta ñoùng caét caùc khoaù transistor theo phöông thöùc SPWM (xem phaàn cuoái cuûa chöông 2) nhö baûng I. Trong baûng naøy, söï thay ñoåi traïng thaùi ñoùng caét cuûa caùc tieáp ñieåm SW1, SW2, SW3, SW4 seõ taïo neân söï thay ñoåi ôû ngoõ ra Vout theo caùc möùc 2E, E, 0, -E, -2E. Xeáp choàng caùc keát quaû naøy laïi ta seõ coù ñieän aùp ngoõ ra nhö Hình 2.2 (b). BAÛNG I: TRÌNH TÖÏ ÑOÙNG CAÉT CAÙC KHOAÙ SWi THEO PHÖÔNG THÖÙC SPWM SW1 SW2 SW3 SW4 Vout mode 1 on on on on 2E mode 2 off on on on E mode 3 off off on on 0 mode 4 off off off on -E mode 5 off off off off -2E Döïa vaøo caáu truùc maïch ñoäng löïc, ngöôøi ta phaân bieán taàn ña baäc theo caáu truùc cô baûn cuûa maïch ñoäng löïc trong boä nghòch löu ña baäc nhö sau: 2.3.1.1. Caáu truùc nghòch löu daïng Cascade (cascaded inverter): Hình 2.3: Nghòch löu aùp naêm baäc daïng cascade Söû duïng caùc nguoàn moät chieàu rieâng, thích hôïp trong tröôøng hôïp söû duïng nguoàn moät chieàu coù saün, ví duï döôùi daïng bình dieän, battery. Bieán taàn daïng Cascade goàm nhieàu boä nghòch löu aùp caàu moät pha gheùp noái tieáp, caùc boä nghòch löu aùp daïng caàu moät pha naøy coù caùc nguoàn moät chieàu rieâng. H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 10
17. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Baèng caùch kích ñoùng caùc linh kieän trong moãi boä nghòch löu aùp moät pha, ba möùc ñieän aùp (-U, 0, U) ñöôïc taïo thaønh. Söï keát hôïp hoaït ñoäng cuûa n boä nghòch löu aùp treân moät nhaùnh pha taûi seõ taïo neân n khaû naêng möùc ñieän aùp theo chieàu aâm (-U, -2U, -3U, -4U, , -nU ), n khaû naêng möùc ñieän aùp theo chieàu döông (U, 2U, 3U, 4U, , nU) vaø möùc ñieän aùp 0. Nhö vaäy, boä nghòch löu aùp daïng cascade goàm n boä nghòch löu aùp moät pha treân moãi nhaùnh seõ taïo thaønh boä nghòch löu (2n +1) baäc Ñeå deã hieåu hôn, haõy xem caùc khoaù baùn daãn nhö nhöõng coâng taéc cô khí. Deã daøng nhaän thaáy ôû moãi nhaùnh pha trong bieán taàn cascade ñöôïc caáu thaønh töø vieäc gheùp noái tieáp caùc caàu H (nghòch löu aùp moät pha hình chöõa H) noái tieáp nhau, vaø cöù bao nhieâu nhaùnh pha thì gheùp song song baáy nhieâu daõy. Minh hoaï treân hình 2.3. Pha A Neutral Hình 2.4: Ñôn giaûn hoaù sô ñoà pha A treân hình 2.3 Töø lyù luaän naøy deã daøng chuyeån ñoåi maïch ñieän treân hình 2.3 hay moät nghòch löu ña baäc baát kyø daïng cascade trôû neân ñôn giaûn hôn nhö hình 2.5. Do caáu truùc nhö treân neân ta thaáy bieán taàn ña baäc daïng cascade coù soá linh kieän tham gia ít hôn caùc daïng khaùc, vieäc ñieàu khieån cuõng deã daøng hôn do caùc nhoùm caàu H ñeàu gioáng nhau veà maët caáu truùc töø ñoù deã module hoaù. Vaán ñeà caân baèng veà ñieän aùp lieân laïc moät chieàu cuõng khoâng xaûy ra. Do ñoù coù theå noùi ñaây laø daïng bieán taàn ña baäc thoâng duïng nhaát. Tuy nhieân daïng naøy caàn nhieàu nguoàn moät chieàu. Hình 2.5: Ñôn giaûn hoaù sô ñoà bieán taàn n baäc daïng cascade H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 11
18. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø 2.3.1.2. Caáu truùc nghòch löu chöùa caëp diode keïp (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter: NPC): Söû duïng thích hôïp khi caùc nguoàn moät chieàu taïo neân töø heä thoáng ñieän xoay chieàu. Boä nghòch löu ña baäc chöùa caùc caëp diode keïp coù moät maïch nguoàn moät chieàu ñöôïc phaân chia thaønh moät soá caáp ñieän aùp nhoû hôn nhôø chuoãi caùc tuï ñieän maéc noái tieáp. Trình baøy treân hình 2.6. Giaû söû nhaùnh maïch moät chieàu goàm n nguoàn coù ñoä lôùn baèng nhau maéc noái tieáp. Ñieän aùp pha-nguoàn moät chieàu coù theå ñaït ñöôïc (n+1) giaù trò khaùc nhau vaø töø ñoù boä nghòch löu ñöôïc goïi laø boä nghòch löu aùp (n+1) baäc.Ví duï choïn möùc ñieän theá 0 ôû cuoái daõi nguoàn, caùc möùc ñieän aùp coù theå ñaït ñöôïc goàm (0, U, 2U, 3U, , nU). Ñieän aùp töø moät pha taûi (ví duï pha a) thoâng ñeán moät vò ’ trí baát kyø treân, nhôø caëp diode keïp taïi ñieåm ñoù (ví duï D1, D1 ). Ñeå ñieän aùp pha - nguoàn DC ñaït ñöôïc möùc ñieän aùp neâu treân (Ua0 = U), taát caû caùc linh ’ kieän bò keïp giöõa hai diode (D1, D1 ) – goàm n linh kieän maéc noái tieáp lieân tuïc keà nhau, phaûi ñöôïc kích ñoùng, caùc linh kieän coøn laïi phaûi ñöôïc khoaù theo nguyeân taéc kích ñoái nghòch. Nhö hình veõ treân, taïo ra saùu möùc ñieän aùp pha – nguoàn DC neân maïch löu ña baäc. Vôùi daïng bieán taàn naøy, coù theå xaùc ñònh soá toå hôïp vector ñieän aùp nhö sau: goïi l laø soá nhaùnh pha (phase leg); N laø soá baäc trong nghòch löu, soá toå hôïp vector ñieän aùp caáu thaønh nghòch löu laø Nl. Ví duï hai baäc vôùi 3 nhaùnh pha laø 23 = 8 toå hôïp; ba baäc vôùi 3 nhaùnh pha laø 33 = 27 toå hôïp H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 12
19. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Boä nghòch löu aùp ña baäc duøng diode keïp caûi tieán daïng soùng ñieän aùp taûi vaø giaûm ñoät bieán ñieän aùp treân linh kieän n laàn. Vôùi boä nghòch löu ba baäc, dv/dt treân linh kieän vaø taàn soá ñoùng caét giaûm ñi moät nöûa. Tuy nhieân vôùi n > 3, möùc ñoä chòu ñoät bieán veà ñieän aùp treân caùc diode seõ khaùc nhau. Ngoaøi ra, caân baèng ñieän aùp giöõa caùc nguoàn moät chieàu (aùp treân tuï) trôû neân khoù khaên, ñaëc bieät khi soá baäc vaø ñieän aùp laøm vieäc taêng cao. 2.3.1.3. Caáu truùc phoái hôïp (Cascaded Diode-Clamped/H-bridge Inverter: DCH Inverter) Hình 2.7 trình baøy moät caáu truùc bieán taàn phoái hôïp giöõa Cascade vaø NPC, cuï theå laø keát hôïp giöõa bieán taàn daïng NPC ba baäc vaø keát noái cascade giöõa caùc caàu H naêm baäc. 2.3.1.4. Caáu truùc duøng tuï ñieän thay ñoåi (Flying Capacitor Inverter) Hình 2.8: trình baøy moät caáu truùc bieán taàn duøng tuï ñieän thay ñoåi H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 13
20. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Ôû ñaây soá tuï tham gia caøng nhieàu theo chieàu taêng cuûa soá baäc bieán taàn. Öu ñieåm chính cuûa boä bieán taàn daïng naøy laø: - Khi soá baäc cao khoâng caàn duøng boä loïc. - Coù theå ñieàu tieát coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng töø ñoù coù theå ñieàu tieát vieäc phaân boá coâng suaát trong löôùi coù duøng bieán taàn. Nhöng beân caïnh vaãn coøn moät soá nhöôïc ñieåm sau: - Soá löôïng tuï coâng suaát lôùn tham gia trong maïch nhieàu daãn ñeán giaù thaønh taêng vaø ñoä tin caäy giaûm. - Vieäc ñieàu khieån seõ raát khoù khaên khi soá baäc cuûa bieán taàn taêng cao. 2.3.1.5. Nhaän xeùt veà caùc daïng sô ñoà nghòch löu ña baäc: Trong caùc daïng sô ñoà vöøa neâu tuy moãi sô ñoà ñeàu coù moät öu nhöôïc rieâng nhöng thoâng duïng nhaát vaãn laø hai daïng: NPC vaø Cascade. Vì neáu nhö nhöôïc ñieåm cuûa sô ñoà phoái hôïp giöõa NPC vaø Cascade phöùc taïp trong phöông thöùc ñieàu khieån thì sô ñoà daïng duøng tuï thay ñoåi laïi khoù thöïc hieän bôûi vì moãi nhoùm tuï trong maïch ñöôïc naïp vôùi caùc möùc ñieän aùp khaùc nhau khi maïch laøm vieäc vôùi soá baäc lôùn. 2.3.2. Phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian cho bieán taàn ña baäc Phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian laø phöông thöùc thay theá 3 vector ñieän aùp 3 pha thaønh moät vector duy nhaát quay trong khoâng gian. Nhö vaäy thay vì phaûi tính toaùn treân 3 pha ta chæ caàn tính toaùn treân heä truïc α-β cho ñoä lôùn vaø goùc pha cuûa ñaïi löôïng naøy. Ñieàu naøy seõ laøm pheùp tính ñôn giaûn ñi raát nhieàu. 2.3.2.1. Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä bieán taàn ba baäc: Quaù trình ñoùng caét caùc khoaù baùn daãn taïo neân 27 traïng thaùi khaùc nhau treân luïc giaùc, moãi traïng thaùi ñöôïc minh hoaï bôûi toå hôïp (ka, kb, kc), vôùi caùc giaù trò ka = 0, 1, 2; kb = 0, 1, 2; kc = 0, 1, 2; laø heä soá traïng thaùi töông öùng cuûa caùc pha a, b, c. Ví duï xeùt heä soá ka cuûa pha a ta coù: 0 khi : S a3 S a4 1 ka 1 khi : S a2 S a3 1 (2.15) 2 khi : S a1 S a2 1 Trong quaù trình kích daãn qui luaät sau ñaây phaûi ñöôïc tuaân thuû: S S 1 x1 x3 (2.16) S x2 S x4 1 Vôùi: x = a, b, c Töø ñoù, ta coù theå hieåu traïng thaùi (200) coù nghóa laø: H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 14
21. Chöông 2: Heä truyeàn ñoäng ñoäng cô KÑB - bieán taàn ña baäc G.V.H.D: T.S Nguyeãn Vaên Nhôø Sa1 Sa2 1; Sb3 Sb4 1; Sc3 Sc4 1 Nhö vaäy nhö ñònh nghóa veà vector khoâng gian ñaõ noùi ôû phaàn tröôùc trong muïc naøy, töông öùng 27 traïng thaùi kích daãn linh kieän ta thu ñöôïc 19 vò trí cuûa vector khoâng gian cuûa ñieän aùp taïo thaønh bao goàm 12 vector naèm treân ñænh vaø trung ñieåm cuûa hình luïc giaùc lôùn bao ngoaøi, 6 vector naèm treân 6 ñænh cuûa hình luïc giaùc beân trong vaø vector khoâng naèm taïi taâm cuûa hình luïc giaùc (Hình 2.9). Ñoái vôùi caùc vector naèm taïi ñænh cuûa hình luïc giaùc beân trong, toàn taïi hai traïng thaùi kích daãn khaùc nhau cuûa caùc linh kieän nhö laïi coù cuøng chung moät vò trí vector khoâng gian. Ngoaøi ra coøn toàn taïi ba traïng thaùi kích daãn khaùc nhau cho cuøng vò trí vector khoâng. Hình 2.9: Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä nghòch löu aùp 3 baäc Veà nguyeân lyù, phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian vôùi boä bieán taàn ña baäc ñöôïc thöïc hieän töông töï nhö ôû hai baäc. Ñeå taïo ra vector trung bình töông ñöông cho moät vector u cho tröôùc, tröôùc heát haõy xem vector u naèm ôû vò trí naøo trong hình luïc giaùc. Ñeå thuaän tieän, thoâng thöôøng dieän tích hình luïc giaùc ñöôïc chia nhoû thaønh caùc hình luïc giaùc con. Ví duï goùc phaàn saùu thöù nhaát cuûa hình luïc giaùc ñöôïc giôùi haïn bôûi ba vector u 0 , u 2 vaø u 5 ñöôïc chia nhoû thaønh caùc dieän tích (1), (2), (3) vaø (4) nhö hình 2.10. Vector ñang ñöôïc ñieàu khieån caàn ñaït ñöôïc caùc giaù trò sao cho vò trí cuûa noù naèm ôû phaàn dieän tích . Böôùc keá tieáp ta xaùc ñònh caùc vector khoâng gian caàn thieát – coøn goïi laø caùc vector cô baûn, caùc vector naøy caàn thieát ñeå taïo neân vector trung bình naèm trong dieän tích . Nhìn vaøo hình ta thaáy ñoù chính laø caùc vector u1 , vaø u 3 . Nhö vaäy vector töông ñöông vector coù theå ñöôïc bieåu dieãn duy trì caùc taùc H.v.t.h: Nguyeãn Phöông Quang Trang 15