Ứng dụng nghịch lưu áp năm mức dạng cầu H nối tầng vào cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha

Bài báo trình bày ứng dụng nghịch lưu áp năm mức dạng cầu H nối tầng vào cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor gián tiếp. Trong đó, sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang xếp chồng để điều khiển bộ nghịch lưu áp năm mức dạng cầu H nối tầng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng nghịch lưu áp năm mức dạng cầu H nối tầng vào cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ ba phaỨNG DỤNG NGHỊCH LƯU ÁP NĂM MỨC DẠNG CẦU H NỐI TẦNGVÀO CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHAHOÀNG TRỌNG ĐỨC – NGUYỄN THỊ THỦYTrường Đại học Sư phạm – Đại học HuếTóm tắt: Bài báo trình bày ứng dụng nghịch lưu áp năm mức dạng cầu Hnối tầng vào cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồngsóc theo phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor gián tiếp. Trong đó, sửdụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang xếp chồng để điềukhiển bộ nghịch lưu áp năm mức dạng cầu H nối tầng. Kết quả nghiên cứuđược mô phỏng và kiểm chứng bằng phần mềm PSIM cho thấy chất lượngđiện áp cung cấp và dòng điện stator của động cơ được cải thiện đáng kể sovới trường hợp sử dụng nghịch lưu áp hai mức thông thường.Từ khóa: nghịch lưu áp cầu H nối tầng, sóng mang xếp chồng1. MỞ ĐẦUTrong những năm gần đây, nghịch lưu áp đa mức dần được sử dụng rộng rãi trongnhững ứng dụng công suất lớn và điện áp cao. Điện áp ra của bộ nghịch lưu áp đa mứccó dạng bậc thang, đây là dạng sóng dần tiệm cận dạng sóng sin điều hòa. Điện áp racủa bộ nghịch lưu áp đa mức có tổng độ méo sóng hài (Total Harmonics DistortionTHD) nhỏ hơn so với điện áp ra của bộ nghịch lưu áp 2 mức thông thường(conventional two-level inverter). Nếu tăng dần số mức trong điện áp ra của bộ nghịchlưu áp lên n mức thì tổng độ méo sóng hài của điện áp sẽ giảm dần về không. Bộ nghịchlưu áp đa mức phân thành các loại chính: bộ nghịch lưu áp dạng diode kẹp (diodeclamped inverter), bộ nghịch lưu áp dạng Flying capacitor và bộ nghịch lưu áp dạng nốitầng (cascaded inverter) [1]. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp đa mức dạng nốitầng tương đối đơn giản so với các bộ nghịch lưu áp khác, nhờ cấu trúc của bộ nghịchlưu không cần các diode kẹp (clamping diode) và các tụ cân bằng (flying capacitor).Một số phương pháp điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation-PWM) chínhthường sử dụng để điều khiển bộ nghịch lưu áp đa mức với tần số đóng cắt cao như:điều chế theo không gian vectơ (Space Vector PWM method), điều chế theo phươngpháp loại bỏ sóng hài (Selective Harmonics Elimination PWM method) và SubharmonicPWM method (SH-PWM) [1]. Trong đó, phương pháp SH-PWM rất đơn giản và dễthực hiện nên được sử dụng phổ biến cho bộ nghịch lưu áp đa mức. Trong bài báo này,bộ nghịch lưu áp 5 mức được điều chế bởi phương pháp SH-PWM với các sóng mangbố trí theo kiểu xếp chồng COPWM-A (Carrier Overlapping PWM) [4].Điện áp ra của bộ nghịch lưu cung cấp cho động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồngsóc (ĐCKĐB-RLS). Sử dụng cấu trúc điều khiển tựa từ thông rotor gián tiếp IFOC(Indirect Field Oriented Control) để điều khiển động cơ [1], [2], [3]. Với phương phápđiều khiển này, ĐCKĐB-RLS được điều khiển như động cơ một chiều.Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm HuếISSN 1859-1612, Số 01(33)/2015: tr. 88-95ỨNG DỤNG NGHỊCH LƯU ÁP NĂM MỨC DẠNG CẦU H NỐI TẦNG...892. NGHỊCH LƯU ÁP NĂM MỨC DẠNG CẦU H NỐI TẦNG2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt độngBộ nghịch lưu áp đa mức dạng cầu H nối tầng được tạo thành từ những bộ nghịch lưuáp cầu H một pha ghép nối tầng với nhau và được cung cấp bởi các nguồn một chiềucách ly. Bộ nghịch lưu áp đa mức này có thể tạo ra sóng điện áp gần như sin từ cácnguồn một chiều riêng biệt. Giá trị nguồn một chiều được xác định theo công thức:U AB(1),max(1), với UAB(1),max là điện áp dây lớn nhất tại tần số cơ bản ứng với chỉE=0,612(n - 1)số điều chế biên độ ma = 1, n là số mức của điện áp đầu ra bộ nghịch lưu.Hình 1 mô tả mạch động lực của bộ nghịch lưu áp 5 mức dạng cầu H nối tầng (Fivelevel H-bridge cascaded multilevel inverter) được tạo thành từ hai bộ nghịch lưu ápdạng cầu H (đặt tên là H1 và H2) ghép nối tiếp trên mỗi pha.OAS11D11 S31D 41 S21CD31ES41BU h1 EEU h2 EED 21H1S12D12 S32D32ES42D 42 S22D 22H2NHình 1. Mạch động lực của bộ nghịch lưu áp 5 mức dạng cầu H nối tầngMỗi tầng trong bộ nghịch lưu áp tạo ra 3 mức điện áp đầu ra là +E, 0 và −E nhờ nối vớicác nguồn một chiều để tạo ra điện áp xoay chiều ở đầu ra bên ngoài bằng sự tổ hợpkhác nhau của bốn chuyển mạch S11, S21, S31 và S41. Để có mức điện áp +E, các khóaS11 và S41 đóng, ngược lại để có mức điện áp −E, các khóa S21 và S31 đóng. Khi cáckhóa S11 và S21 hoặc S31 và S41 đóng thì mức điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu áp cầu Hlà Zero. Bằng cách ghép nối tiếp hai bộ nghịch lưu áp một pha cầu H tạo ra điện áp đầura có 5 mức như trong hình 2. Một cách khái quát, điện áp ra của bộ nghịch lưu áp đamức là tổng điện áp đầu ra của các bộ nghịch lưu áp cầu H riêng lẻ. Sự kết hợp của n bộnghịch lưu áp trên mỗi pha sẽ tạo ra n khả năng mức điện áp theo chiều âm, n khả năng90HOÀNG TRỌNG ĐỨC – NGUYỄN THỊ THỦYmức điện áp theo chiều dương và mức điện áp 0. Như vậy, bộ nghịch lưu áp dạng nốitầng gồm n bộ nghịch lưu áp một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo ra điện áp ...