Cấu trúc DTC cùng nghịch lưu 3L-NPC điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Bài viết Cấu trúc DTC cùng nghịch lưu 3L-NPC điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc phân tích cấu trúc điều khiển DTC sử dụng nghịch lưu 3L-NPC (DTCNPC) để điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Cấu trúc DTC-NPC ngoài việc điều khiển momen và từ thông stato, nó còn phải đảm bảo việc cân bằng điện áp giữa các tụ.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 CẤU TRÚC DTC CÙNG NGHỊCH LƯU 3L - NPC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SĨC Nguyễn Hồng Việt1, Phạm Đức Đại1, Hồng Duy Khang1 Trường Đại học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG Biến tần đa mức sử dụng phổ biến truyền động trung áp ưu điểm giảm tổn thất chuyển mạch, giảm sóng điều hịa bậc cao Các biến tần đa mức thương phẩm nhiều hãng ([2]), cấu trúc điển hình biến tần sử dụng nghịch lưu ba mức 3L-NPC (Three Level - Neutral Point Clamped) Điều khiển trực tiếp momen DTC (Direct Torque Control) cấu trúc điều khiển hiệu để điều khiển động khơng đồng roto lồng sóc Cấu trúc điều khiển tách rời momen từ thông stato thông qua việc lựa chọn vector điện áp phù hợp biến đổi cho vector điện áp phải thỏa mãn nguyên lý điều khiển trực tiếp momen Để đơn giản, việc lựa chọn thường thực thông qua bảng chuyển mạch Mỗi nghịch lưu lại có vector điện áp đầu riêng biệt nên áp dụng cấu trúc DTC cho nghịch lưu khác bảng chuyển mạch khác ([1]) Bài báo phân tích cấu trúc điều khiển DTC sử dụng nghịch lưu 3L-NPC (DTCNPC) để điều khiển động không đồng roto lồng sóc Cấu trúc DTC-NPC ngồi việc điều khiển momen từ thơng stato, cịn phải đảm bảo việc cân điện áp tụ ([2], [3]) Vì vậy, để xây dựng bảng chuyển mạch cho cấu trúc mối liên hệ vector điện áp cân điện áp tụ phân tích Mơ hình mơ cấu trúc DTC-NPC xây dựng Matlab/Simulink Kết mô cho thấy cấu trúc DTC-NPC điều khiển tách rời momen từ thơng stato đồng thời trì điện áp hai tụ cân VECTOR ĐIỆN ÁP CỦA NGHỊCH LƯU 3L-NPC Cấu trúc mạch lực nghịch lưu 3L-NPC mơ tả hình 2.1 Nó gồm ba nhánh van cho ba pha A, B C Mỗi nhánh van lại bao gồm bốn van S1x , S2 x , S3 x , S4 x với x  a, b, c Hình 2.1 Nghịch lưu 3L-NPC Nghịch lưu ba mức 3L-NPC tạo 19 vector điện chia làm bốn nhóm: nhóm vector 0, nhóm vector nhỏ, nhóm vector trung bình nhóm vector lớn Mỗi vector điện áp tương ứng với số trạng thái chuyển mạch nghịch lưu 3L-NPC, tổ hợp ba trạng thái chuyển mạch ba nhánh van ([2]) Trạng thái chuyển mạch van nhánh phải thỏa mãn điều kiện (2.1)  S  S3 x  f ( x)   1x  S x  S x  x  a, b, c x  a, b, c (2.1) Từ điều kiện (2.1), nhánh van nghịch lưu 3L-NPC có ba trạng thái chuyển mạch N, P O quy định Bảng 2.1 264 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Bảng 2.1 Trạng thái chuyển nhánh van Trạng thái nhánh van P O N SF1 S1x 0 S1x 1 S13 1 S4x 0 Từ Bảng 2.1 thông qua việc tổng hợp vector điện áp đầu nghịch lưu 3L-NPC ([2]), vector điện áp tương ứng với trạng thái chuyển mạch liệt kê Bảng 2.2 chuyển mạch Trong hai trạng thái chuyển mạch này, trạng thái chuyển mạch có chứa trạng thái P, vector ứng với gọi vector nhỏ loại P (U1P, ,U6P) Trạng thái chuyển mạch chứa trạng thái N, vector ứng với gọi vector nhỏ loại N (U1N, ,U6N) Vector nhỏ loại P làm tăng điện áp điểm trung tính vector nhỏ loại N làm giảm điện áp điểm trung tính CẤU TRÚC DTC-NPC Bảng 2.2 Các vector điện áp 3L-NPC Nhóm Vector Khơng Nhỏ Trung bình Lớn Vector U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 U12 U13 U14 U15 U16 U17 U18 Trạng thái chuyển mạch PPP, OOO, NNN POO, ONN PPO, OON OPO, NON OPP, NOO OOP, NNO POP, ONO PON OPN NPO NOP ONP PNO PPN PPN NPN NPP NNP PNP Hình 4.1 mơ tả cấu trúc DTC-NPC Biên độ góc pha Hình 4.1 Cấu trúc DTC-NPC Cũng giống cấu trúc DTC sử dụng biến đổi VSI, cấu trúc DTC-NPC bao gồm khâu ước lượng từ thông stato momen, hai điều khiển băng trễ điều khiển từ thơng stato, momen bảng chuyển mạch Ngồi cấu trúc DTC-NPC cịn có thêm điều khiển điện áp điểm trung tính Để đảm bảo trì điệ áp điểm trung tính quanh U 0*  Bảng 4.1 Bảng chuyển mạch vector nhỏ CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ dv Giữ cân điện áp hai tụ C1 C2 nghĩa trì điện áp điểm trung tính O quanh (3.1) U O  U C1  U C Mỗi trạng thái chuyển mạch nghịch lưu 3L-NPC tạo mạch điện tương đương Thông qua mạch tương đương, mối liên hệ vector điện áp đầu điện áp điểm trung tính O tổng kết sau ([2]) - Nhóm điện áp khơng điện áp lớn không ảnh hưởng đến điện áp điểm trung tính O - Nhóm vector trung bình ảnh hưởng đến điện áp điểm trung tính ảnh hưởng phụ thuộc vào dòng tải - Mỗi vector điện áp nhóm điện áp nhỏ (U1, ,U6) có hai trạng thái dv 1 0 dr -1 -1 -1 -1 SF1 U2P U6P U3P U5P U2N U6N U3N U5N SF2 U3P U1P U4P U6P U3N U1N U4N U6N SF3 U4P U2P U5P U1P U4N U2N U5N U1N SF4 U5P U3P U6P U2P U5N U3N U6N U2N SF5 SF6 U6P U1P U4P U5P U1P U2P U3P U4P U6N U1N U4N U5N U1N U2N U3N U4N Việc xác định ảnh hưởng vector điện áp trung bình lên điện áp điểm trung tính khó khăn Vì vậy, bảng chuyển mạch cấu trúc khơng sử dụng nhóm vector điện áp trung bình ([3]) Bộ điều khiển momen có bốn ngưỡng với giá trị đầu dT  (1, 2) Hai điều khiển điện áp điện áp điểm trung tính đếu 265 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 hai ngưỡng với đầu d  (0,1) d v  (0,1) Từ nguyên lý điều khiển trực tiếp momen phân tích việc cân điện áp tụ, bảng chuyển mạch cho vector nhỏ vector lớn thành lập Đáp ứng momen động bám theo momen tải Khi momen tải thay đổi, đáp ứng tốc độ bị biến động sau ổn định giá trị đặt Đáp ứng từ thông stato gần không bị tác động momen điện từ thay đổi Bảng 4.2 Bảng chuyển mạch vector lớn d dr -2 -2 SF1 U14 U15 U15 U17 SF2 U15 U13 U16 U18 SF3 U15 U14 U17 U13 SF4 U17 U15 U15 U14 SF5 U18 U16 U13 U15 SF6 U113 U17 U14 U15 Hình 5.4 Điện áp tụ C1 C2 MƠ PHỎNG CẤU TRÚC DTC-NPC Mơ hình mô cấu trúc DTC-NPC xây dựng Matlab/ Simulnik với thông số động cơ: Pdm = 2.2 Kw, Udm = 460 V, Rs = 3.32 Ω, Ls = 0.2413 H, Rr = 2.11 Ω, Lr = 0.2413 H, Lm = 0.2373 H Điện áp chiểu UDC = 400 V Tốc độ đặt 500 rpm, lượng đặt từ thông 0.7 Wb, momen tải ban đầu có giá trị Nm, thời điểm 0.1 s momen tải điều chỉnh lên Nm 0.3 s momen tải điều chỉnh xuống Nm Thời gian trích mẫu 10 µs Bộ điều chỉnh điện áp điểm trung tính có ngưỡng +2 ngưỡng 2 Hình 5.1 Đáp ứng tốc độ Hình 5.2 Đáp ứng momen Hình 5.3 Đáp ứng từ thơng stato Hình 5.5 Điện áp điểm trung tính O Điện áp tụ C1 C2 giữ cân quanh 200 V, giống kết hình 5.4 Điện áp điểm trung tính trì dải -2 V đến V, dải thiết lập điều khiển điện áp điểm trung tính KẾT LUẬN Bài báo nghiên cứu cấu trúc DTC-NPC điều khiển động khồng đồng roto lồng sóc Mơ hình mơ xây dựng Matlab/ Simulink Kết mô cho thấy tốn điều khiển momen, từ thơng stator trì cân điện áp tụ thỏa mãn cấu trúc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T I Takahashi, T Noguchi, “A New QuickResponse and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.22, pp 820-827, Sept./Oct 1986 [2] Bin Wu, High-Power Converters and AC Drives, A John Wiley & Sons, Inc., 2006 [3] A Sadeghi, M Mohamadian, M Shahparasti, A Fatemi,“A new switching algorithm for voltage balancing of a threelevel NPC in DTC drive of a three-phase IM,” Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp.489-495, 2013 266 ... 4.1 mơ tả cấu trúc DTC- NPC Biên độ góc pha Hình 4.1 Cấu trúc DTC- NPC Cũng giống cấu trúc DTC sử dụng biến đổi VSI, cấu trúc DTC- NPC bao gồm khâu ước lượng từ thông stato momen, hai điều khiển băng... lập điều khiển điện áp điểm trung tính KẾT LUẬN Bài báo nghiên cứu cấu trúc DTC- NPC điều khiển động khồng đồng roto lồng sóc Mơ hình mơ xây dựng Matlab/ Simulink Kết mô cho thấy tốn điều khiển. .. U113 U17 U14 U15 Hình 5.4 Điện áp tụ C1 C2 MƠ PHỎNG CẤU TRÚC DTC- NPC Mơ hình mơ cấu trúc DTC- NPC xây dựng Matlab/ Simulnik với thông số động cơ: Pdm = 2.2 Kw, Udm = 460 V, Rs = 3.32 Ω, Ls = 0.2413