Luận văn Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc (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 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
2. 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
3. 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
4. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC 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 sĩ 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.
5. Bộ Giáo Dục & Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 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 Trị Chuyên ngành : Thiết bị 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 nghịch 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 sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. Ngày tháng năm 2005 TRƯỞNG PHÒNG QLKH – SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH
6. 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 Quí thầy, cô và phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Quí thầy, cô bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, Các anh, chị 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
7. 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 nghịch lưu đa bậc nói chung . 1.1.2 Ưu điểm của nghịch 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 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU 3 ĐA BẬC 1.2.1 Giới thiệu về bộ nghịch lưu áp nói chung 1.2.2 Một số cấu trúc cơ bản của mạch động lực trong bộ nghịch lưu áp đa bậc. 1.2.2.1 Cấu trúc nghịch lưu dạng Cascade ( cascade inverter ) 1.2.2.2 Cấu Trúc Nghịch Lưu Chứa Cặp Diode kẹp ( Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC ). 4 1.2.2 3 Cấu Trúc Nghịch 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 nghịch lưu áp đa bậc. 1. 3.1.1 Tổng Quát. 1.3.1.2 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu Aùp Ba Bậc 8
8. 1.3.1.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu Aùp 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 nghịch 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 nghịch lưu áp ba bậc 17 2.2.3 Mô Phỏng Bộ Nghịch 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 Nghịch Lưu Aùp Đa Bậc 2.4.1.1 Khái niệm vector không gian 2.4.1.2 Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc 27 2.4.2 Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu ba bậc 2. 4.3 Giản đồ vector điện áp bộ nghịch 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. 38 3. 2 .1 Xây dựng mô hình toán học
9. 3.2.2 Các hàm toán học dựa trên mối tương quan của hai phương pháp SVPWM và CPWM . 42 3.2 .2.1 Định nghĩa hàm Max, Mid, Min, Interger . 3.2 .2 .2. Khối hàm Offset cực trị (Extreme Offset). 43 3. 2 .2 .3 Hàm S để xác định 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 trị. 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 nghịch lưu ba bậc 48 3.5.1.2 Mạch mô phỏng bộ nghịch 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 nghịch 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 nghịch lưu 5 bậc dùng cấu trúc diode kẹp. 57 3.5.5 Mô phỏng bộ nghịch lưu áp 5 bậc với tải là động cơ 59 3.5.5.1 Mô phỏng bộ nghịch 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
10. 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 lịch trích ngang
11. 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 nghịch lưu đa bậc nói chung . Trong những năm gần đây, các bộ nghịch lưu nói chung đã được ứng dụng rất phổ biến. Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh 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 nghịch 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 nghịch lưu không thể thiếu. 8) Đặt biệt có nghĩa quan trọng khi kỹ thuật truyền năng lượng điện bằng hệ thống HVDC (High Voltage Direct Current) phát triển toàn cầu. Mặt khác, bộ nghịch 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 nghịch 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 nghịch lưu áp đa bậc được nghiên cứu và phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu trên của bộ nghịch lưu áp hai bậc [1]. Song tính mâu thuẩn của vấn đề về bộ nghịch lưu có công suất lớn và chất lượng điện áp ở ngỏ ra cao, ít hài thì nhất thiết cấu trúc của bộ nghịch lưu phải là bộ nghịch 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 nghịch lưu áp đa bậc như : - Kỹ thuật điều chế dùng sóng mang (Carrier based PWM ) [2,3,4] Trang 1
12. - Kỹ thuật điều chế dùng vector không gian (Space Vector PWM ) [ 5,6,7] - 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 nghịch lưu ra không đảm bảo chất lượng điện năng tốt sẽ gây 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 nghịch lưu áp đa bậc nói chung. 1) Công suất của bộ nghịch lưu áp đa bậc là rất lớn (từ MW trở lên ). 2) Điện áp đặt trên linh kiện bị 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 nghịch lưu áp hai bậc. 4) Điện áp common-mode nhỏ hơn, nên làm giảm ứng suất trên trục động cơ.Nghĩa 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 nghịch 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 nghịch lưu đa bậc. Trang 2
13. 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 nghịch lưu áp nói chung. Bộ nghịch lưu áp nhận điện áp một chiều rồi biến thành điện áp xoay chiều với giá trị điện áp và tần số có thể thay đổi hay cố định tùy thuộc vào tính ứng dụng. Thực tế chúng có thể làm việc như bộ lọc. Điện áp dc cung cấp bộ nghịch lưu có thể cố định 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 nghịch lưu bao gồm hai loại : bộ nghịch lưu dòng, bộ nghịch lưu áp. Trước đây, linh kiện trong bộ nghịch 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 nghịch lưu đa bậc 1.2.2.1 Cấu trúc nghịch 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 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. Do đó, 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. Trang 3
14. 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 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 1.2) Trang 4
15. 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 trị khác nhau và từ đó bộ nghịch lưu đa bậc được gọi là bộ nghịch 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 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 mắc nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại Trang 5
16. 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. Bộ nghịch 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 nghịch 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 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. 1.2.2.3 Cấu Trúc Nghịch 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 nghịch lưu áp đa bậc với kiểu ghép từ ngỏ ra của chúng như hình 1.4 Trang 6
17. 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 nghịch 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 nghịch lưu áp đa bậc. 1.3.1.1 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 (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 nghịch : Trang 7
18. ' ' ' Saj Saj 1 ; Sbj Sbj 1 ; Scj Scj 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 nghịch lưu áp ba pha hai bậc ta có các điện áp pha tải : ( nếu tải Y ) 2u u u u ao bo co ta 3 2u u u u bo ao co (1.2) tb 3 2u u u u co bo ao tc 3 u u u Do đó : u ao bo co (1.3) NO 3 Trong đó : uta , utb , utc là điện áp tương ứng trên mỗi pha được tính từ ngỏ ra của bộ nghịch 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 Nghịch Lưu Aùp Ba Bậc Xét bộ nghịch 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 trị 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
19. Hình1. 4-Bộ nghịch lưu 3 bậc 1.3.1.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu Aùp Năm Bậc Xét bộ nghịch 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 vị 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 53 = 125 trạng thái đóng ngắt cho 3 pha. Trang 9