(TIỂU LUẬN) môn cơ sở điện tử CÔNG SUẤT đề tài tìm hiểu về bộ nghịch lưu điều khiển bằng vector không gian (SVPWM)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH   BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GV Nguyễn Đức Hưng Nhóm Tên đề tài: Tìm hiểu nghịch lưu điều khiển vector không gian (SVPWM) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mạnh Tuấn Lê Minh Tiệp Trương Hồng Huy Đồn Đình Huấn TPHCM, ngày tháng năm 2022 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VECTOR KHÔNG GIAN VÀ MỘT SỐ BỘ NGHỊCH LƯU Khái niệm vector không gian 1.1 Vector không gian phép biến hình vector khơng gian Cho đại lượng ba pha cân va, vb, vc, tức thỏa mãn hệ thức: va + vb + vc = Phép biến hình từ đại lượng pha va, vb, vc sang đại lượng vector v theo hệ thức: Được gọi phép biến hình vector khơng gian đại lượng vector v gọi vector không gian đại lượng ba pha Hằng số k chọn với giá trị khác Với k = 2/3 phép biến hình khơng bảo tồn cơng suất với k = √2/3 phép biến hình bảo tồn cơng suất Ví dụ, ta có đại lượng ba pha dạng cos sau: Vector không gian theo định nghĩa là: MỘT SỐ BỘ NGHỊCH LƯU 2.1 NGHỊCH LƯU DÒNG 2.1.1 Nghịch lưu dòng pha Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cấp điện cho biến đổi phải nguồn dòng, điện cảm đầu vào L d thường có giá trị lớn vơ để dịng điện liên tục Nguyên lý làm việc: Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi thysitor T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 góc 1800 Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Sơ đồ nghịch lưu pha có điểm trung tính Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn Ld = ∞ dịng điện đầu vào san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dịng điện nghịch lưu iN có dạng xung vuông Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iZ = Id = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-” Dịng phóng ngược chiều với dịng qua T1 T2 làm cho T1 T2 bị khóa lại Giản đồ xung nghịch lưu cầu pha Quá trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” bên phải cực tính “ - ” bên trái, dịng nghịch lưu iN = id = Id đổi dấu Đến thời điểm t = t người ta đưa xung vào mở T1, T2 T3, T4 bị khóa lại q trình lặp lại trước Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho thyristor Ở thời điểm t1, mở T3 T4 , thyristor T1 T2 bị khóa lại điện áp ngược tụ C đặt lên Khoảng thời gian trì điện áp ngược t 1+t1’ cần thiết để trì q trình khóa phục hồi tính chất điều khiển van t1 - t1’ = tk toff; toff thời gian khóa thyristor thời gian phục hồi tính chất điều khiển Trong : tk = góc khóa nghịch lưu 2.1.2 Nghịch lưu dòng ba pha Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha sử dụng phổ biến cơng suất lớn đáp ứng ứng dụng công nghiệp Cũng giống nghịch lưu dòng pha nghịch lưu dòng ba pha sử dụng thyristor Để khố thyristor phải có tụ chuyển mạch C1, C3, C5 Vì nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải nguồn dịng, giá trị cuộn cảm Ld = ∞ Sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha Giản đồ xung nghịch lưu dịng ba pha Đảm bảo khố thyristor chắn tạo dòng điện ba pha đối xứng luật dẫn điện thyristor phải tuân theo đồ thị Qua đồ thị ta thấy van động lực dẫn khoảng thời gian λ=1200 Quá trình chuyển mạch diễn van nhóm Trong nghịch lưu nguồn dịng tải ln mắc song song với tụ chuyển mạch nên tải tụ ln có trao đổi lượng, ảnh hưởng làm cho đường đặc tính ngồi dốc hạn chế vùng làm việc nghịch lưu dòng Để làm giảm ảnh hưởng tải đến trình nạp tụ C, người ta sử dụng diode ngăn cách D 1, D2, D3, D4, D5, D6 Nghịch lưu dịng ba pha có diode ngăn cách Việc sử dụng diode địi hỏi phía tụ chuyển mạch chia làm nhóm: Nhóm C1, C3, C5 dùng để chuyển mạch cho van T1, T3, T5 Nhóm C2, C4, C6 dùng để chuyển mạch cho van T2, T4, T6 Nghịch lưu dịng phân tích không tiêu thụ công suất phản kháng mà cịn phát cơng suất tác dụng dịng id không đổi hướng dấu điện áp hai đầu nguồn đảo dấu Điều có nghĩa nghịch lưu làm việc với tải động điện xoay chiều động thực hãm tái sinh 2.2 NGHỊCH LƯU ÁP Nghịch lưu áp thiết bị biến đổi nguồn áp chiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tùy ý 2.2.1 Nghịch lưu áp pha Cấu tạo: Sơ đồ gồm van động lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 diode D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng lưới tránh tượng áp đầu nguồn Tụ C mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn hai chiều (nguồn chiều thường cấp chỉnh lưu cho phép dòng theo chiều) Như tụ C thực việc tiếp nhận công suất phản kháng tải, đồng thời tụ C đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn áp Nguyên lý làm việc Ở nửa chu kỳ (θ ÷ θ2), cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải đấu vào nguồn Do nguồn nguồn áp lên điện áp tải U = E, hướng dòng điện đường nét đậm Tại thời điểm θ=θ2 T1 T2 bị khóa, đồng thời T3 T4 mở tải đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức dấu điện áp tải đảo chiều Ut = -E thời điểm θ2 Do tải mang tính trở cảm nên dịng giữ ngun hướng cũ (đường nét đậm) T1, T2 bị khóa nên dịng phải khép mạch qua D 3, D4 Suất điện động cảm ứng tải trở thành nguồn trả lượng thông qua D 3, D4 tụ C (đường nét đứt ) Tương tự chu kỳ khóa cặp T3, T4 dịng tải khép mạch qua D1 D2 Biểu thức điện áp dịng điện tải : It Từ ta xây dựng phương trình vector khơng gian hệ tọa độ phức sau: Trong 2/3 hệ số biến hình Phân tích u(t) phương trình thành phần thực phần ảo u (t )=ux+ ju y Ta xây dựng công thức chuyển đổi hệ tọa độ từ ba pha abc sang hệ tọa độ phức x-y cách cân phần thực phần ảo phương trình Tiếp theo hình thành tọa độ quay α-β cách cho hệ tọa độ x-y quay với vận tốc góc ωt Ta có cơng thức chuyển đổi hệ tọa độ sau: Nguồn áp ba pha tạo cân sin nên ta viết lại phương trình điện áp pha sau: Từ phương trình (2.5) ta xây dựng phương trình sau: Thể vector khơng gian có biên độ Vr quay với vận tốc góc ωt quanh gốc tọa độ Phương trình điện áp dây sau theo phương trình (2.4) sau: Trong √ để chuyển từ giá trị biên độ thành giá trị hiệu dụng, √3để chuyển giá trị điện áp pha thành điện áp dây Vector điện áp dây sớm pha vector điện áp pha góc π ∕ Nếu lồng ghép trạng thái có q1 , q3 q5 vào phương trình, ta thu phương trình điện áp dây (trị biên độ) theo trạng thái khóa Với n = 0, 1, 6, ta thành lập vector không gian V1 – V6 vector V0 V7 hình sau: Các vector khơng gian từ đến Đối với phương pháp điều rộng xung vector không gian, nghịch lưu xem khối với trạng thái đóng ngắt riêng biệt từ đến Trạng thái đóng ngắt khóa Giá trị điện áp trạng thái đóng ngắt vector khơng gian tương ứng Bảng giá trị điện áp vector chuẩn Tính tốn thời gian đóng ngắt: Xét trường hợp vector Vr nằm vùng hình sau: Giả sử tần số điều rộng xung f PWM đủ cao để suốt chu kỳ điều rộng xung Ts, vector V S không thay đổi vị trí Nhờ đó, ta phân tích Vs theo vector V1, V2, V0 V7 phương trình sau: Ts chu kỳ điều rộng xung Tn thời gian trì trạng thái Vn Chuyển sang hệ tọa độ vng góc, ta có phương trình sau: Cân phần thực phần ảo, ta có: Với Giải phương trình ta tìm T1 T2: Suy ra: Trong đó: m tỉ số điều biên T s chu kỳ điều rộng xung θ góc lệch Vr Vn Ta nhận thấy việc giải phương trình để tìm T1, T2 vào hai vector giới hạn vùng Ts khơng phụ thuộc Vector không gian Vs vùng Dựa kết tính tốn ta có cơng thức tổng qt: Phân bố trạng thái đóng ngắt: Xét trường hợp vector VS nằm vùng 1: Trạng thái đóng ngắt: Tương tự cho trường hợp khác Kỹ thuật thực điều khiển vector không gian: Thông thường, tiêu chuẩn để lựa chọn giản đồ đóng kích linh kiện cho giảm thiểu tối đa số lần chuyển mạch linh kiện => giảm tổn hao q trình đóng ngắt chúng Số lần chuyển mạch ta thực trình tự điều khiển sau: Giản đồ đóng cắt linh kiện Các bước điều khiển phương pháp vector không gian Bước 1: Xác định trạng thái (vector chuẩn) mạch nghịch lưu Bằng nhánh van ta có trạng thái logic (do NLNA không cho phép ngắn mạch nguồn vào chiều, không hở mạch pha đầu ra) Ta qui ước, trạng thái logic tương ứng van nhánh nối với cực (+); trạng logic tương ứng van nhánh nối với cực (-) nguồn chiều Có trạng thái: trạng thái khơng (u0, u7) trạng thái tích cực (u1 đến u6) Trạng thái (vector chuẩn) mạch nghịch lưu Các vector điện áp trạng thái gọi vector vector xác định: chuẩn Biên độ Bước 2: Xác định vị trí vector điện áp đặt us Sử dụng phương pháp đại số để xác định vị trí vector điện áp đặt us Mối quan hệ sector điện áp tức thời usa, usb, usc Thuật toán xác định vector điện áp đặt sector Bước 3: Tính tốn thời gian (hoặc hệ số điều chế) thực hai vector chuẩn chu kỳ điều chế Ts Vector điện áp đặt us tổng hợp từ hai vector biên khoảng thời gian T1, T2 Thời gian lại (Ts – T –T2) thực vector khơng Tính tốn hệ số điều chế vector chuẩn theo phương pháp đại số Do |u0|=|u7| = nên: us = d1ux + d2uy Trong đó: d1 = Viết lại theo thành phần hệ tọa độ tĩnh αβ Hệ số d0 thực vector không xác định: Xét ví dụ sector 1: Vector us biểu diễn sau: Hệ số điều chế d1, d2 xác định: Hệ số điều chế cho vector không: d =1−d −d Bảng tổng hợp ma trận sector Bước 4: Tính tốn thời gian (hoặc hệ số điều chế) thực nhánh van mạch nghịch lưu chu kỳ Ts Sử dụng mẫu xung đối xứng thời gian sử dụng vector không (u0, u7) Xét ví dụ sector 1: Trình tự chuyển mạch u0 → u1 → u2 → u7 ngược lại u7 → u2 → u1 → u0 Giản đồ đóng ngắt khóa để tạo Vector Vs sector: Các khóa cơng suất nhánh đóng ngắt đối nghịch Để đơn giản hóa sơ đồ, ta vẽ trạng thái khóa cơng suất phía Ba khóa cịn lại có trạng thái đối nghịch với khóa theo cặp sau : + S0–S1 + S2–S3 + S4–S5 Vector Vs vùng từ 0-6 ... 120 Điện áp tải mạch nghịch lưu Chương 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BẰNG VECTOR KHÔNG GIAN CHO BỘ NGHỊCH LƯU Phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector Modulation – Space Vector. .. biến lĩnh vực điện tử công suất liên quan đến điều khiển đại lượng xoay chiều ba pha điều khiển truyền động điện xoay chiều, điều khiển mạch lọc tích cực, điều khiển thiết bị công suất hệ thống... tồn cơng suất với k = √2/3 phép biến hình bảo tồn cơng suất Ví dụ, ta có đại lượng ba pha dạng cos sau: Vector không gian theo định nghĩa là: MỘT SỐ BỘ NGHỊCH LƯU 2.1 NGHỊCH LƯU DỊNG 2.1.1 Nghịch