Nghiên ứu hệ truyền động động cơ trung thế sử dụng bộ biến đổi năm mức dùng diode kẹp

Nghịch lƣu đa mức dùng tụ điện thay đổi .... Dạng sóng dòng trong chỉnh lƣu loại 12 xung n i tiố ếp .... Dạng sóng dòng trong chỉnh lƣu loại 18 xung n i tiố ếp .... Dạng sóng dòng trong

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

- HOÀNG TRUNG HI U Ế NGHI ÊN C U H TRUY Ứ Ệ ỀN ĐỘ NG ĐỘ NG Ơ C TRUNG TH S D Ế Ử Ụ NG Ộ B

Hà Nội – Năm 2016

Em xin cam đoan luận văn: “Nghiên c u h truy ứ ệ ền động động cơ trung thế ử ụ s d ng

b bi ộ ến đổi năm mứ c dùng diode k p ẹ ” là do chính em th c hi n d a trên s ự ệ ự ự hướng dẫn

c a gi ng viên ủ ả TS Phạ m Vi ệt Phương và tham kh o các tài li u liên quan N i dung ả ệ ộtrong luận văn hoàn toàn thự ế, khách quan và chưa được t c s dử ụng để ả b o v m t hệ ở ộ ọc

v nào ị

Tác gi ả luận văn

Hoàng Trung Hi ếu

M c l c ụ ụ

M C L C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC BẢNG SỐ LI U viiiỆ LỜI NÓI ĐẦU ix

1 Lý do chọn đề tài ix

2 L ch s nghiên c u ị ử ứ ix 3 Mục đích nghiên cứu x

4 N i dung nghiên c u và nhộ ứ ững đóng góp của luận văn x

5 Phương pháp nghiên cứu x

CHƯƠNG 1 :GI I THI U CHUNG 1Ớ Ệ 1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 CÁC YÊU C U K THU T 3Ầ Ỹ Ậ 1.2.1 Yêu cầu bên đường dây ngu n c p 4ồ ấ 1.2.2 Các yêu c u bên nguầ ồn vào động cơ 4

1.2.3 Những h n ch cạ ế ủa thiết bị đóng cắt 5

1.2.4 Yêu cầ ệu h truyền động 6

1.3 CÁC S N PH M H Ả Ẩ ỆTRUYỀN ĐỘNG TRUNG TH TRONG CÔNG Ế NGHIỆP 6

1.4 NHẬN XÉT 10

CHƯƠNG 2 Ấ C U TRÚC H TRUYỆ ỀN ĐỘNG TRUNG TH 11Ế 2.1 C U HÌNH B Ấ ỘBIẾN ĐỔI 11

2.2 B ỘCHỈNH LƯU ĐA XUNG 13

2.2.1 Giới thiệu 13

2.2.2 Chỉnh lưu diode 6 xung 13

2.2.3 Chỉnh lưu diode 12 xung 16

2.2.4 Chỉnh lưu diode 18 xung 19

2.2.5 Chỉnh lưu diode 24 xung 21

2.2.6 Nh n xét 23ậ 2.3 B NGHỘ ỊCH LƯU ĐA MỨC NGUỒN ÁP 23

2.3.2 Nghịch lưu đa mức cầu H 26

2.3.3 Nghịch lưu đa mức dùng tụ điện thay đổi 28

2.2.4 Nghịch lưu đa mức dùng diode kẹp 31

2.4 NHẬN XÉT 34

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THI T K B ĐI U KHI N 35Ế Ế Ộ Ề Ể 3.1 T NG QUAN V K Ổ Ề ỸTHUẬT ĐIỀU CH Ế ĐỘ Ộ R NG XUNG PWM 35

3.1.1 M t s ộ ốchỉ tiêu đánh giá kỹ thu t PWM cậ ủa bộ nghịch lưu 35

3.1.2 Các d ng sóng mang dùng trong k ạ ỹthuật PWM 36

3.2 MÔ PH NG CHO B Ỏ ỘNGHỊCH LƯU 5 MỨC DÙNG DIODE K P 38Ẹ 3.2.1 Điều ch r ng xung PWM 38ế độ ộ 3.2.2 Sơ đồ ộ b nghịch lưu và kết qu trên ph n m m Matlab Simulink 39ả ầ ề 3.3 ĐIỀU KHI N VECTOR T A THEO T Ể Ự Ừ THÔNG ROTOR ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP (FOC) 41

3.2.1 Nguyên lý điều khi n 42ể 3.3.2 Mô hình tính toán ước lượng các i lư ng ph n h i 46đạ ợ ả ồ 3.3.3 Hi u ch nh tệ ỉ ốc đ trượộ t 49

3.3.4 Thi t k b u khiế ế ộ điề ển dòng điện trong h ệ thống điều khi n vector ể rotor tựa theo từ thông rotor c a đủ ộng cơ không đồng b 50ộ 3.3.5 Thi t k u khi n t ế ế điề ể ừthông 57

3.3.6 Thi t k mế ế ạch điều khi n tể ốc độ 58

CHƯƠNG 4 XÂY D NG MÔ HÌNH VÀ MÔ PH NG 59Ự Ỏ 4.1 XÂY D NG MÔ HÌNH C A B Ự Ủ Ộ NGHỊCH LƯU 5 MỨC DÙNG DIODE KẸP 59

4.1.1 Sơ đồ ạ m ch l c c a h th ng 59ự ủ ệ ố 4.1.2 Sơ đồ kh i bi n áp zigzac 60ố ế 4.1.3 Khối chỉnh lưu 24 xung dùng diode 61

4.1.3 Khối nghịch lưu 5 mức dùng diode kẹp 62

4.1.4 Sơ đồ kh i t i và kh i đo điố ả ố ện áp, dòng điện 63 4.1.5 Sơ đồ khối phát xung điều khi n 64ể

M c l c ụ ụ

4.2 XÂY D NG MÔ HÌNH H Ự Ệ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG NGHỊCH LƯU 5 MỨC DÙNG DIODE K P 67Ẹ

4.2.1 Mô hình 674.2.1 Mô hình bộ điề u khi n tể ốc độ 684.2.2 Mô hình bộ điề u khi n FOC 69ể4.2.3 K t qu mô phế ả ỏng 69

KẾT LUẬN 75TÀI LIỆU THAM KH O 76Ả

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 1.1: D i công suả ất và điện áp c a h truyủ ệ ền động trung th ế (nguồn: Rockwell

Automation) 1

Hình 1.2 Biểu đồ ổ t ng quát c a th ủ ị trường cho h truyệ ền động trung th ( Ngu n: ABB )ế ồ 2

Hình 1.3: Sơ đồ ổ t ng quát c a b tryủ ộ ền động trung th 3ế Hình 1.4 H truyệ ền động trung th dùng b bi n t n NPC 3 m c GCT-based ( ACS1000)ế ộ ế ầ ứ 6

Hình 1.5 H truyệ ền động trung th IGBT-based three-level NPC inverter (SIMOVERT ế MV) 7

Hình 1.6 H truyệ ền động trung th dùng IGBT cascaded H-bridge inverter-fed (Perfect ế Harmony) 8

Hình 1.7 H truyệ ền động trung th ế CSI-fed MV drive s dử ụng GCTs đối x ng ứ (PowerFlex 7000) 8

Hình 2.1 Các bộ ỉnh lưu diode/SCR đa xung ch 11

Hình 2.2 Sơ đồ ản lượ gi c VSI m i pha 11ỗ Hình 2.3 Sơ đồ ản lượ gi c CSI m i pha 12ỗ Hình 2.4 Cấu trúc chỉnh lưu diode 6 xung vớ ải t i đi n tr 14ệ ở Hình 2.5 Dạng sóng c a chỉnh lưu 6 xung dùng diode 16ủ Hình 2.6 Phân tích fourier của dòng điện đầu vào 16

Hình 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu diode dạng 12 xung n i ti p 17ố ế Hình 2.8 Dạng sóng dòng trong chỉnh lưu loại 12 xung n i tiố ếp 18

Hinh2.9 Giá trị THD c a dòng điủ ện đầu vào 19

Hình 2.10 Cấu trúc b chộ ỉnh lưu diode 18 xung 19

Hình 2.11 Dạng sóng dòng trong chỉnh lưu loại 18 xung n i tiố ếp 21

Hình 2.12.Giá trị THD c a dòng điủ ện đầu vào 21

Hình 2.13 Cấu trúc b chộ ỉnh lưu 24 xung 21

Hình 2.14 Dạng sóng dòng trong chỉnh lưu loại 24 xung n i tiố ếp 22

Hình 2.15 Phân tích fourier của dòng điện đầu vào 23

Danh m c h v ụ ình ẽ

Hình 2.16 Bộ nghịch lưu cầu H 3 pha 5 m c 27ứ

Hình 2.17 Bộ nghịch lưu 5 mức dung tụ điện thay đổi 29

Hình 2.18 Sơ đồ ộ b nghịch lưu 3 mức dùng diode k p 31ẹ Hình 2.19: Sơ đồ 1 pha c a b nghủ ộ ịch lưu 4 và 5 mứ ử ục s d ng diode k p 33ẹ Hình 3.1: Hình dạng sóng mang APOD 36

Hình 3.2: Hình dạng sóng mang PD 37

Hình 3.3: Hình dạng sóng mang POD 37

Hình 3.4 Đồ ị ề th đi u ch 1PWM cho 1 pha nghế ịch lưu 5L-NPC 39

Hình 3.5: Sơ đồ nghịch lưu 5 mức dùng diode k p 40ẹ Hình 3.6 D ạng sóng đi ện áp ra 40

Hình 3.7 Dạng sóng điện áp ra 3 pha c a nghủ ịch lưu 41

Hình 3.8 Đồ thị vector cho trường hợp tựa hệ trục dq và vector từ thong rotor 42

Hình 3.9 S ự tương đồng giữa điều khi n trong h tể ệ ọa độ ự t a theo t thông rotor cừ ủa động cơ không đồng b ộ và động cơ điện 1 chi u kích t c l p 43ề ừ độ ậ Hình 3.10 Sơ đồ kh i h thố ệ ống điều khi n vector t a theo t thông rotor 45ể ự ừ Hình 3.11 Mô hình dòng điện ước lượng tín hi u 48ệ Hình 3.12 Ảnh hưởng c a s ủ ự thay đổi điện tr ở rotor đến độ chính xác của mô hình điều khi n 49ể Hình 3.13 Sơ đồ thay th gế ần đúng của động cơ không đồng b 51ộ Hình 3.14 Mô hình gần đúng của động cơ không đồng b trên h tộ ệ ọa độ d,q t a theo t ự ừ thông rotor 52

Hình 3.15 Cấu trúc điều khi n tách kênh 53ể Hình 3.16 Cấu trúc hai b u khi n dòng riêng r và tách kênh bộ điề ể ẽ ằng dòng điện 55

Hình 3.17 Điều khiển dòng điện riêng r có bù s c điẽ ứ ện động esd và esq 56

Hình 3.18 Mô hình mạch vòng điều khi n t thông 57ể ừ Hình 3.19.Mô hình mạch vòng tốc độ 58

Hình 4.1 Sơ đồ ạ m ch l c v i t i RL 59ự ớ ả Hình 4.2 Khối biến áp zigzac 60

Hình 4.3 Khối chỉnh lưu 24 xung dùng diode 61

Hình 4.5 Sơ đồ kh i t i RL và kh i đo điố ả ố ện áp, dòng điện 63

Hình 4.6 Khối phát xung điều khi n các pha c a bộể ủ nghịch lưu 64

Hình 4.7 Đồ ị ệ th đi n áp ba pha ABC 65

Hình 4.8 Đồ ị ệ th đi n áp Pha A 65

Hình 4.9 Đồ ị dòng điệ th n ba pha ABC 66

Hình 4.10 Đồ ị dòng điệ th n Pha A 66

Hình 4.11 Mô hình mô phỏng FOC inverter 7 levels H bridge – – động cơ 67

Hình 4.12 Mô hình bộ điề u khi n t c đ 68ể ố ộ Hình 4.13 Mô hình bộ điề u khi n FOC 69ể Hình 4.14 Điện áp pha A (Uaz) 69

Hình 4.15 Điện áp pha B (Ubz) 70

Hình 4.16 Điện áp pha C (Ucz) 70

Hình 4.17 Điện áp dây Uab 71

Hình 4.18 Dòng 3 pha abc 71

Hình 4.19 Dòng điện pha A 72

Hình 4.20 Dòng điện pha B 72

Hình 4.21 Dòng điện pha C 73

Hình 4.22 Dòng điện stator 73

Hình 4.22 Đáp ứng tốc độ 74

Danh m c b ng s u ụ ả ốliệ

DANH M C B Ụ Ả NG Ố LIỆ S U

B ng 1.1 T ng quan v các s n ph m truyả ổ ề ả ẩ ền động trung th c a các hãng s n xu t l n ế ủ ả ấ ớtrên thế ớ gi i 10

Bảng 2.1 Điện áp và trạng thái đóng cắt các van của bộ nghịch lưu 5 mức cầu H 28

Bảng 2.2 Điện áp và trạng thái đóng cắt các van c a b nghủ ộ ịch lưu 5 mức dùng t ụ điện thay đổi 30

B ng 2.3: Trả ạng thái đóng cắ ủt c a các van trong b nghộ ịch lưu 3 mức dùng diode k p, và ẹđiện áp trên một pha đầu ra 32

B ng 2.5 Trả ạng thái đóng cắ ủt c a các van, tính trên m t pha c a b nghộ ủ ộ ịch lưu, và điện

áp trên m t pha nghộ ịch lưu 5 mức dùng diode k p 34ẹ

B ng 3.1 Trả ạng thái đóng cắ ủt c a các van, tính trên m t pha c a b nghộ ủ ộ ịch lưu, và điện

áp trên một pha 39

B ng 4.1 Th ng s ả ố ố động cơ dùng mô phỏng 68

Ngày nay các b u khi n tộ điề ể ốc độ động cơ đã được áp d ng r ng rãi trong các ụ ộ

ứng d ng v i hi u suụ ớ ệ ất cao như máy nghiền, bơm, quạt vv R t nhi u các ng ấ ề ứ

d ng c n s dụ ầ ử ụng các động cơ trung áp bởi dòng định m c thứ ấp, đặc bi t là các ng d ng ệ ứ ụcông su t trung bình và l n V i b bi n t n 2 b c c n tuy có r t nhi u s phát triấ ớ ớ ộ ế ầ ậ ổ điể ấ ề ự ển

và có nhiều ưu điểm nh u khiờ điề ển đơn giản, kích c nh gỡ ỏ ọn nhưng chỉ phù h p vợ ới các ứng d ng công su t thụ ấ ấp Hơn nữa, dạng sóng điện áp đầu ra b nghộ ịch lưu 2 bậc có các thành ph n hài b c cao khá lầ ậ ớn Để ả c i thi n chệ ất lượng dạng sóng đầu ra hơn nữa, các b bi n t n 5 bộ ế ầ ậc được áp d ng Vụ ới các ưu điểm n i b t nh giổ ậ ờ ảm định m c dv/dt ứtrên t ng linh kiừ ện làm tăng công suấ ủt c a b bi n t n, dộ ế ầ ạng sóng đầu ra được c i thi n ả ệ

r t nhi u Hiấ ề ện nay đây là mô hình phổ ế bi n cho các b bi n t n công su t lộ ế ầ ấ ớn điều khiển động cơ điện không đồng b v i m c đi n áp trung th ộ ớ ứ ệ ế

2 L ch s nghiên c ị ử ứ u

Trong những năm gần đây, bộ ế ần đa mức đã đượ bi n t c nghiên cứu và xem như

là s l a ch n t t nh t cho các ng d ng truyự ự ọ ố ấ ứ ụ ền động trung áp Ưu điểm chính c a b ủ ộ

bi n tế ần đa mức là điệ áp đặn t lên các linh ki n gi m xu ng nên công su t c a b ngh ch ệ ả ố ấ ủ ộ ịlưu tăng lên, đồng th i công su t tờ ấ ổn hao do quá trình đóng cắt linh kiện cũng giảm theo

V i cùng t n s ớ ầ ố đóng cắt, các thành ph n sóng hài b c cao cầ ậ ủa điện áp ra nh ỏ hơn so với trường h p bi n t n hai m c nên chợ ế ầ ứ ất lượng điện áp ra tốt hơn

L i nói u ờ đầ

3 Mục đích nghiên cứu

B nghộ ịch lưu áp đa bậc dùng diode k p c i ti n dẹ ả ế ạng sóng điện áp t i và gi m ả ảshock điện áp trên linh ki n n l n V i b nghệ ầ ớ ộ ịch lưu đa b c, dv/dt trên linh ki n và t n s ậ ệ ầ ốđóng cắt gi m ả đi mộ ửt n a Do em ch n t nghiên cđó ọ đề ài ứu này có c h i nghiên c u để ơ ộ ứsâu h n v b ngh l 5 m c dùng diodơ ề ộ ịch ưu ứ e kẹ trong hệp truyền động trung thế

4 N i dung nghiên c u và nh ộ ứ ững đóng góp củ a lu ận văn.

Phạm vi n i dung luộ ận văn ậ t p trung vào các vấn đề : sau

Giới thi u, cung c p m t cách nhìn t ng quát c a các h truyệ ấ ộ ổ ủ ệ ền động trung th , ếbao g m nh ng phân tích t ng quan, c u hình c a h ng h truyồ ữ ổ ấ ủ ệthố ệ ền động, các loại ứng

d ng trong công nghi p ụ ệ Những yêu c u k thu t và thách th c cho h truyầ ỹ ậ ứ ệ ền động trung

thế, có nh ng khác bi t trong nhi u khía c nh vữ ệ ề ạ ới hệ truyền động điện áp th p ấ

Phân tích và đưa ra sơ đồ ế, k t qu mô ph ng các b chả ỏ ộ ỉnh lưu đa xung, bao gồm 6 xung, 12 xung, 18 xung, 24 xung và các c u trúc liên k t b ấ ế ộ chỉnh lưu thường s d ng ử ụtrong hệ truyền động trung th cho vi c gi m b t sóng hài ế ệ ả ớ

Phân tích và đưa ra sơ đồ ủ c a các b nghộ ịch lưu đa mức c u H, nghầ ịch lưu đa mức dùng t ụ điện thay đổi Đưa ra sơ đồ và k t qu mô ph ng c a các b nghế ả ỏ ủ ộ ịch lưu 5 mức dùng diode k p ẹ

5 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên c u tài li u tác gi ứ ệ ả đi từ nghiên c u c u trúc h th ng các ch c ứ ấ ệ ố ứnăng đế ựn l a ch n c u hình ph n c ng, xây d ng thu t toán cho h th ng Tiọ ấ ầ ứ ự ậ ệ ố ến đến tri n ểkhai mô ph ng trên h ng trên ph n m m Matlab simulink ỏ ệthố ầ ề

CHƯƠNG 1 GIỚ I THI U CHUNG Ệ 1.1 GIỚ I THI U Ệ

S phát tri n c a các b bi n i cao áp và h truyự ể ủ ộ ế đổ ệ ền động trung (MVáp ) được bắt

đầu t gi a th p niên 1980 khi các b cừ ữ ậ ộ ổng đóng cắt thyristor (GTO) 4500-V bắt đầu được thương mại hóa B GTO là b tiêu chu n cho h truyộ ộ ẩ ệ ền động trung áp n khi các đế

b IGBT và GCT ộ xuất hi n vào cu i th p niên 1990 Nh ng b chuyệ ố ậ ữ ộ ển đổi này có s ựphát triển nhanh chóng vào ngành điện công su t cao nh có nhấ ờ ững đặc tính riêng cao

c p, gi m bấ ả ớt tổn hao điện năng, dễ dàng điển khi n ể đóng ngắt và hoạ ột đ ng ổn định

Các h truyệ ền động trung áp có d i công su t t ả ấ ừ 0,4MW đến 40 MW và dở ải điện

H truyệ ền động trung áp có ứng d ng r ng rãi trong công nghiụ ộ ệp Chúng được sử

d ng trong ngành công nghi p ụ ệ bơm dầu, h ng qu t trong ngành công nghiệthố ạ ệp xi măng, các máy bơm trong các trạm bơm nướ ức, ng d ng kéo trong ngành v n t i, ng d ng ụ ậ ả ứ ụtrong ngành công nghi p gia công kim lo i, và các ng d ng công nghi p khác

Chương 1:Gi i thi u chung ớ ệ

T u th k 21 có hàng ngàn h truyừ đầ ế ỷ ệ ền động trung th ế đã được ứng d ng r ng ụ ộrãi trên th gi i Nghiên c u th ế ớ ứ ị trường đã đưa ra khoảng 85% t ng s các lổ ố ắp đặt ệh truyền động là cho h ng các ệ thố bơm, quạt, máy nén và băng tải, nơi các hệ thố ng truyền

động có th không yêu c u cao v hoể ầ ề ạt động động lực Như hình 1.2, ch 15% các b ỉ ộtruyền động được lắp đặt là các ệ h truyền động không tiêu chu n ẩ

Hình 1.2 Biểu đồ ổ t ng quát của thị trường cho h truyệ ền động trung th ế( Nguồn:

ABB )

M t trong các th ộ ị trường l n cho h truyớ ệ ền động trung th là cho ng d ng hàng ế ứ ụkhông Nó được phản ảnh b ng vi c 97% vi c lằ ệ ệ ắp đặt các động cơ trung thế ệ hi n nay hoạt

động t i tạ ốc độ ố đị c nh và ch 3% trong s ỉ ố đó là được điều khi n tể ốc độ Khi các qu t ạ

hoặc bơm là hoạ ột đ ng bởi động cơ đã ố địc nh tốc độ, việc điều khi n c a không khí hoể ủ ặc lưu lượng nước bình thường đạt được bởi các nguyên lý cơ học, như điều khiển lưu lượng, u khi n van tiđiề ể ết lưu, điều này gây ra hiện tượng thất thoát năng lượng

Việ ắp đặc l t các h ệ ốth ng truyền động trung th có th ế ể giúp tăng hiệu su việc ất

tiết ki m nệ ăng lượng, giảm được ti n ề tiêu th ụ điệ n Đi u này ề đã được ph n ánh b ng viả ằ ệc

s d ng u khiử ụ điề ển động cơ có ốc độ điề t u chỉnh được c a h truyủ ệ ền động trung th , d n ế ẫ

đến th i gian hoàn vờ ốn đầu tư nhanh hơn

Việ ử ục s d ng h truyệ ền động trung th ngoài ra có th ế ể gia tăng năng suất trong

m t vài ng d ng Ví d ộ ứ ụ ụtrong ứng d ng c a m nhà máy xi ụ ủ ột măng ốc độ ủ, t c a qu t công ạsuấ ớ được điềt l n u ch nh b i t ỉ ở mộ b truyộ ền động trung Vi c l c b i t cánh qu t hoáp ệ ọ ụ ừ ạ ạt

động t i tạ ốc độ ố đị c nh s ph i làm s ch thư ng xuyên, d n t i hi u su t b gi m theo ẽ ả ạ ờ ẫ ớ ệ ấ ị ảnăm do mất th i nhi u th i gian ờ ề ờ cho việc s a ch a V i hoử ữ ớ ạt động tốc độ thay đổi được, cánh qu t ch ph i làm s ch t i thạ ỉ ả ạ ạ ời điểm ng ng hoừ ạt động mỗi năm mộ ầt l n Việc tăng năng suất cùng v i ti t kiớ ế ệm năng lượng s ẽ giúp đạt được k t qu cao cho s ế ả ự đầu tư ủ c a nhà máy

Hình 1.3 đưa ra sơ đồ ổ t ng quát c a b truyủ ộ ền động trung th Ph thu c vào yêu ế ụ ộ

c u h ầ ệ thống và i thi t chuyloạ ế ển đổi, b l c pha là tùy ý ộ ọ Biến áp d ch pha v nhi u ị ới ề

cuộn dây th c p ứ ấ đượ ử ục s d ng cho việc giảm thiểu độméo của dòng điện

Hình 1.3: Sơ đồ ổ t ng quát c a b tryủ ộ ền động trung th ế

B ộ chỉnh lưu chuyển đổi ngu n c p t i thành ngồ ấ ớ ồn điện áp 1 chi u về ới độ ớ l n có thể thay đổi ho c c ặ ố định Thông thường s d ng b chử ụ ộ ỉnh lưu liên kết bao g m chi u b ồ ề ộchỉnh lưu diode đa xung, chỉnh lưu SCR đa xung, hoặc chỉnh lưu module điều chỉnh độ

r ng xung (PWM) B l c m t chiộ ộ ọ ộ ều đơn giản là 1 t ụ điện và m t cu n cộ ộ ảm để dòng điện

nhẵn hơn cho nguồn dòng h truyệ ền động

B chuyộ ển đổi có th phân lo i thành chuyể ạ ển đổi ngu n áp (VSI) và chuyồ ển đổi ngu n dòng (CSI) B chuyồ ộ ển đổi VSI chuyển đổi điện áp dc thành ngu n xoay chi u 3 ồ ềpha với độ ớ l n và t n s có th ầ ố ể thay đổi được, nhưng trái lạ ội b chuyển đổi CSI chuy n ể

đổi dòng dc thành ngu n dòng 3 pha có th thaồ ể y đổi được

1.2 CÁC YÊU C U K Ầ Ỹ THUẬT

Yêu cầu và đòi hỏ ỹi k thuật cho b truyộ ền động trung th khác trong nhi u t ế là ề ừ

nh ng b truyữ ộ ền động xoay chiều điện áp th p (<= 600V) Nh ng yêu c u này có th ấ ữ ầ ểchia

Chương 1:Gi i thi u chung ớ ệ

v i thi t k c a b converter motor, s r ng bu c c a b ớ ế ế ủ ộ ự ằ ộ ủ ộ đóng cắt, và yêu c u h ầ ệ thống truyền động

1.2.1 Yêu cầu bên đườ ng dây ngu ồ n cấ p

B ộ chỉnh lưu thường kéo méo d ng sóng c a dòng và áp có th gây ra các vạ ủ ể ấn đềnhư nguy hạ ớ ệi t i h thống điều khi n máy tính công nghi p, quá nhi t c a các bi n áp, ể ệ ệ ủ ế

h ng thi t b , m t d u máy tính, và tr c tr c v i các thi t b truy n thông M i nguy ỏ ế ị ấ ữ liệ ụ ặ ớ ế ị ề ố

h i cạ ủa thường d n t i h ng các s n phẫ ớ ỏ ả ẩm đắt ti n Hi n tề ệ ại chắc ch n b ắ các ộ chỉnh lưu cho h truyệ ền động trung th ph i tuân th theo nguyên t c cho s u tiế ả ủ ắ ự điề ết sóng hài, như tiêu chuẩn IEEE 519-1992

H s công suệ ố ất đầu vào cao là yêu c u chung cho toàn b các thi t b n Các ầ ộ ế ị điệcông ty điệ đền u yêu c u khách hàng ph i có h s công su t t 0,9 tr ầ ả ệ ố ấ ừ ở lên để tránh ti n ề

ph t trong quá trình hoạ ạt động Yêu cầu này đặc bi t quan tr ng v i b truy n đ ng trung ệ ọ ớ ộ ề ộ

có điện tr dây r t th p, Nhở ấ ấ ững tác động nh c a hiẹ ủ ện tượng cộng hưởng LC có th gây ể

ra các dao động x u hoấ ặc quá áp, điều đó có thể gây ra h ng hóc v i các thi t b chuy n ỏ ớ ế ị ể

m ch và các thi t b n khác trong m ch chạ ế ị điệ ạ ỉnh lưu Các vấn đề ề ộng hưở v c ng LC c n ầđược gi i quy t khi thi t k h th ng truyả ế ế ế ệ ố ền động

1.2.2 Các yêu c u bên ngu ầ ồ n vào đ ộng cơ

B ộ đóng cắt tố ộc đ cao c a các thi t b bán d n dủ ế ị ẫ ẫn đến trong hàm dv/dt cao tại lúc

sườn lên và ờsư n xu ng nh nh n c a dố ở đỉ ọ ủ ạng sóng điện áp đầu ra Ph thuụ ộc vào độ ớ l n

của đường dẫn điện áp chuyển đổi dc và tốc độ đóng cắ ủt c a thi t b , hàm ế ị dv/dt có th ểvượt 10,000V/µs Hàn dv/dt cao trong điện áp đầu ra bi n t n có th gây ra khó thoát ế ầ ểnhi t c a cuệ ủ ộn dây động cơ bởi vì không x k p Nó gây ra hi n tưả ị ệ ợng rò điện áp gi a ữrotor và stator Điện áp gây ra dòng điện ch y trong tr c, d n t i nhanh hả ụ ẫ ớ ỏng động cơ

hàm dv/dt cao ngoài ra có th gây ra phát thể ải điện trong cáp k t n i motor và bi n t n, ế ố ế ầảnh hưởng t i các thi t b n t gớ ế ị điệ ừ ần đó.

Nguy hiểm hơn là, hàn dv/dt cao có th gây ra hi u ể ệ ứng điện áp tăng gấp đôi tại sườn lên và xu ng c a d ng sóố ủ ạ ng điện áp motor do s sóng d i lự ộ ại trong đường cáp dài

S d i l i là nguyên nhân bự ộ ạ ởi ghép đôi không xứng gi a sóng tr kháng trong cáp và tr ữ ở ởkháng tại điểm cu i c a motor và bi n t n, và chúng có th ố ủ ế ầ ể tăng gấp đôi điện áp t i các ạ

đầu n i trên motor t i m i lố ạ ỗ ần đóng cắ ếu cáp dài vượt n t quá m t gi i hộ ớ ạn Độ dài t i ớ

h n c a cáp cho 500V/µs là trong kho ng 100m, cho 1000V/µs là trong kho ng 50m và ạ ủ ả ả10,000V/µs là trong kho ng 5m ả

Biế ần t n công su t cao có th ấ ể sinh ra lượng l n sóng hài dòng và áp Các sóng hài ớnày là nguyên nhân thêm vào cho vi c t n th t công su t trong cu n dây và lõi t cệ ổ ấ ấ ộ ừ ủa động cơ Như là hệ quả, động cơ sẽ ả gi m và không th ho t đ ng h t công su t ể ạ ộ ế ấ

Cho h truyệ ền động trung th v i b l c t , b n d ng t o thành m ch công ế ớ ộ ọ ụ ộ điệ ụ ạ ạhưởng LC với điện c m c a motor Ch cả ủ ế độ ộng hưởng c a m ch LC có th kích thích ủ ạ ể

bởi điện áp sóng hài hoặc dòng củ ộ ế ầa b bi n t n

1.2.3 Những hạ n ch c a thi ế ủ ế t bị đóng cắ t

T n s thi t b ầ ố ế ị đóng cắt ổT n th t trong viấ ệc đóng cắt đóng góp một ph n trong ầ

t ng t n th t c a h truyổ ổ ấ ủ ệ ền động trung th Gi m thi u t n thế ả ể ổ ất đóng cắt có th d n tể ẫ ới

gi m thi u giá thành hoả ể ạt động khi h truyệ ền động Kích thước v t lý và giá thành s n ậ ả

xu t c a h truyấ ủ ệ ền động có th ể được gi m thi u do giả ể ảm được các yêu c u làm mát cho ầcác thi t b ế ị đóng cắt Lý do khác cho vi c gi i h n t n s ệ ớ ạ ầ ố đóng cắt là liên quan t i viớ ệc phát nhi t c a các thi t b n tr r ng có th ệ ủ ế ị điệ ở ằ ể ngăn ngừa hi u xu t làm nóng chuyệ ấ ển đổi

t ừthiế ị ớ ột b t i b làm mát Trong th c hành, t n s các thi t b ự ầ ố ế ị đóng cắt thường giao động trong khoảng 200Hz cho GTÓ và 500Hz cho IGBT và GCTs

Việc gi m thi u t n s ả ể ầ ố đóng cắt gây là m t s ộ ự ra tăng méo sóng hài c a dòng và ủ

d ng sóng c a motor-side c a h truyạ ủ ủ ệ ền động N n c ph i t i gi n méo d ng song vỗ ự ả ố ả ạ ới

giới hạ ầ ố đóng cắn t n s t

Chương 1:Gi i thi u chung ớ ệ

1.2.4 Yêu cầ ệ u h truy ề n đ ộ ng

Yêu c u chung c a h truyầ ủ ệ ền động trung th bao g m hi u xu t cao, gi m giá ế ồ ệ ấ ảthành s n xuả ất, kích thước v t lý nhậ ỏ, độ tin c y cao, b o v hi u qu , d dàng lậ ả ệ ệ ả ễ ắp đặ ựt, t

v n hành, và t i thi u th i gian s a ch a M t vài yêu c u ng dậ ố ể ờ ử ữ ộ ầ ứ ụng đặc bi t bao gế ồm

hi u qu ng l c cao, kh ệ ả độ ự ả năng tái tạo phanh và hoạ ột đ ng c 4 góc phở ả ần tư

1.3 CÁC Ả S N PH Ẩ M Ệ H TRUY ỀN ĐỘ NG TRUNG TH TRONG Ế

CÔNG NGHI P Ệ

M t s các s n ph n truy n ng trung th (ộ ố ả ẩ ề độ ế MV là đã đượ) c bán trên th ị trường

hi n nay Các h truyệ ệ ền động này đến v i thi t k khác s dớ ế ế ử ụng sơ đồ điề u khiển và sơ đồchuyển đổi nguồn đa dạng M i thi t k cung c p mỗ ế ế ấ ột vài đặc điểm khác nhưng ngoài ra

có nh ng s gi i h n Vi c cung cữ ự ớ ạ ệ ấp đa dạng d n t i vi c c nh tranh trên th ẫ ớ ệ ạ ị trường và làm phát tri n công ngh truyể ệ ền động trung th M t s ví d cho nh ng b truyế ộ ố ụ ữ ộ ền động trung thế công nghi p ệ

Hình 1.6 minh h a hình nh c a b truyọ ả ủ ộ ền động trung th ế MV 4,16kV và 1,2MW H truyệ ền động này là g m có b ồ ộ chỉnh lưu diode 12 xung ở đầu trước và 1 b ộnghịch lưu dùng diode kẹp NPC 3 m c s d ng GCT ứ ử ụ

Hình 1.4 H truyệ ền động trung th dùng b bi n t n NPC 3 m c GCT-based ế ộ ế ầ ứ (

ACS1000)

Hình 1.5 H truy n ng trung th ệ ề độ ếIGBT-based three-level NPC inverter

(SIMOVERT MV)

B u khi n s c a các b truyộ điề ể ố ủ ộ ền động là được lắp đặt trong cabin bên trái Cabin trung tâm là ch c a chỗ để ủ ỉnh lưu diode và hệ thông làm mát b ng khí c a h ằ ủ ệtruyền động B nghộ ịch lưu và nh ng b lữ ộ ọc đầu ra là được để trong cabin bên ph i Máy ả

bi n áp d ch pha cho b ế ị ộchỉnh lưu thường được lắp đặt bên ngoài của các bộ cabin

Hình 1.7 đưa ra mộ ệt h truyền động trung th dùng ICBT-nghế ịch lưu 3 mức dùng diode k p (NPC) B ẹ ộ làm mát IGBT được ắp đặt ở cabin trung tâm là đượl c xây d ng ự

ki u modu cho vi c d dàng l p ráp và thay th Phía ể l ệ ễ ắ ế trước c a b chuyủ ộ ển đổi là b ộ

chỉnh lưu diode 12 xung cho việc gi m thi u sóng hài Bi n áp d ch pha cho b ỉnh lưu ả ể ế ị ộch

là không được d t trong cabin ặ

M t b yộ ộtru ền động trung th 4,16-kV 7,5MW nghế ịch lưu cầu H được minh họa ởhình 1.8 B bi n t n g m 15 b t ộ ế ầ ồ ộ ế bào điện IGBT gi ng h t nhau, m i cái có th ố ệ ỗ ể trượt ra ngoài để có th s a ch a ho c thay th m t cách nhanh chóng D ng sóng c a n áp ể ử ữ ặ ế ộ ạ ủ điệdây c a bi n t n g m có 21 m c, d n t i d ng sóng g n sine v i vi c không s d ng b ủ ế ầ ồ ứ ẫ ớ ạ ầ ớ ệ ử ụ ộ

Chương 1:Gi i thi u chung ớ ệ

v i 15 cu n dây th c p Máy biớ ộ ứ ấ ến áp đượ ắp đặt trong cabin bên trái để ảc l gi m thi u giá ếthành lắp đặ ủt c a cáp k t n i các cu n dây th c p c a nó tớế ố ộ ứ ấ ủ i các th ế bào điện

Hình 1.9 đưa ra hệ truyền động trung th dùng bi n t n ngu n dòng v i d i công su t t ế ế ầ ồ ớ ả ấ ừ2,3MW t i 7 MW H truyớ ệ ền động bao g m 2 b chuyồ ộ ển đổi ngu n dòng PWM GCT ồ

gi ng nhau, m t cho b nh lố ộ ộ chỉ ưu và một cái khác cho bi n t n B chuyế ầ ộ ển đổi đượ ắc l p

đặt trong cabin th 2 bên trái ứ

Hình 1.6 H truyệ ền động trung th dùng IGBT cascaded H-bridge inverter-fed ế

(Perfect Harmony)

Hình 1.7 H truyệ ền động trung thế CSI-fed MV drive s dử ụng GCTs đối xứng

(PowerFlex 7000)

B ng 1.1 cung c p mả ấ ột tổng quan các s n ph n truyả ẩ ền động trung th cung c p bế ấ ởi các nhà s n xu t h truyả ấ ệ ền động l n trên th giớ ế ới, ở đó liệt kê c u hình bi n t n, thi t b ấ ế ầ ế ịđóng cắt và d i công su t c a các h truyả ấ ủ ệ ền động

C u hình b biấ ộ ến đổi Thiết bị

đóng cắt

Dải công suất (MVA)

GCT 3-20 General Electric (Innovation

Series MV-SP)IGBT 0.6-7.2 Siemens (SIMOVERT-MV)

IGBT 0.3-2.4 General Electric-Toshiba

(Dura-Bilt5 MV)

Nghịch lưu đa mức cầu H IGBT

0.3-22 ASI Robicon (Perfect

Harmony) 0.5-6 Toshiba (TOSVERT-MV)

0.45-7.5 General Electric (Innovation

MV-GP Type H) Nghịch lưu NPC/cầu H IGBT 0.4-4.8 Toshiba (TOSVERT 300 MV)

Chương 1:Gi i thi u chung ớ ệ

Nghịch lưu dùng tụ thay

Symphony) Nghịc lưu nguồn dòng

Rockwell Automation (PowerFlex 7000)

Chương này cung cấp m t cái nhìn t ng quan v các b chuyộ ổ ề ộ ển đổi công su t cao ấ

và các h truyệ ền động trung th , bao g m phân tích c u hình h ng truyế ồ ấ ệthố ền động, sơ đồ

b chuyộ ển đổi công su t, phân tích s n ph m truyấ ả ẩ ền động, và các nhà s n xu t l n Mả ấ ớ ột

s yố êu cầu công ngh và thách th c cho h truyệ ứ ệ ền động trung th ế

CHƯƠNG 2

C U Ấ TRÚC Ệ H TRUY ỀN ĐỘ NG TRUNG TH Ế 2.1 C U HÌNH B Ấ Ộ BIẾN ĐỔ I

Các b ộchỉnh lưu đa xung là thường đượ ử ục s d ng trong h truyệ ền động trng th ế đểđáp ứng các yêu c u v sóng hài Hình 1.4 minh hầ ề ọa sơ đồ ủ c a chỉnh lưu 12-,18- và 24- xung M i b ỗ ộ chỉnh lưu đa xung là về cơ bản bao g m m t bi n áp d ch pha v i nhi u ồ ộ ế ị ớ ề

cuộn dây th c p c p ngu n cho các b ỉnh lưu 6ứ ấ ấ ồ ộch xung gi ng nhau ố

Chỉnh lưu 12 xung Chỉnh lưu 18 xung Chỉnh lưu 24 xung

Hình 2.1 Các b ộchỉnh lưu diode/SCR đa xung

Nghịch lưu 2 mức Nghịch lưu 2mức dùng diode k p ẹ Nghịch lưu 7 mức c u H ầ Nghịch lưu dùng t ụ điện thay đổ i

Hình 2.2 Sơ đồ ản lượ gi c VSI mỗi pha

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

C 2 lo i thi t b Diode và SCR có th s d ng làm thi t b ả ạ ế ị ể ử ụ ế ị đóng cắt B ộchỉnh lưu diode đa xung phù ợh p cho h truy n VSI (nguệ ề ồn áp) trong khi đó bộ chỉnh lưu SCR thường cho h truyệ ền động CSI (ngu n dòng) Ph thu c vào c u hình trên b bi n t n, ồ ụ ộ ấ ộ ế ầ

đầu ra c a chủ ỉnh lưu sáu xung có thể ế ố k t n i n i ti p t o thành ngu n cung cố ế ạ ồ ấp dc đơn

ho c k t n i tr c ti p t i bi n tặ ế ố ự ế ớ ế ần đa mức đòi hỏi ngu n cung c p tách biồ ấ ệt Thêm vào đó

t i các b ớ ộchỉnh lưu Diode và SCR, bộ chỉnh lưu PWM sử ụ d ng thi t b IGBT ho c GCT ế ị ặngoài ra có th ể được s dử ụng, nơi mà bộchỉnh lưu thường có c u trúc giấ ống nhau như bộ

Công ngh bi n t n ngu n ệ ế ầ ồ dòng đã được ch p nh n r ng rãi trong các h truy n ấ ậ ộ ệ ề

động công nghiệp Hình 1.5 đưa ra sơ đồ ản lượ gi c CSI c a m i pha cho h truyủ ỗ ệ ền động trung thế

2.2 B Ộ CHỈNH ƯU Đ L A XUNG

2.2.1 Giớ i thi u ệ

Trong một nỗ ự l c bao g m v yêu c u nghiêm v sóng hài b tiêu chu n B c M ồ ới ầ ề ởi ẩ ắ ỹ

và Châu Âu như tiêu chuẩn IEEE 519-1992, nhà ch t o các b truyế ạ ộ ền động cao áp trên thế ới đang gia tăng sử ụ gi d ng b chộ ỉnh lưu diode cặp trong các b truyộ ền động chuy n ểđổi trước-sau Nh ng b chữ ộ ỉnh lưu này có thể ấu hình như c 6 xung, xung, 18 xung, và 12

24 xung, được h tr b i bi n áp d ch pha v i m t s cu n th c p M i cu n th c p s ỗ ợ ở ế ị ớ ộ ố ộ ứ ấ ỗ ộ ứ ấ ẽnuôi sáu xung chỉnh lưu diode Một chi u ra c a chề ủ ỉnh lưu 6 xung là kế ớ ớt n i v i nguồn nghịch lưu, đặc trưng chính của chỉnh lưu đa xung dùng để ảm gi sóng hài

Chỉnh lưu đa xung có mộ ố đặc trưng khác Nó thườt s ng không yêu c u b t kì b ầ ấ ộ

l c LC ho c nhân t bù công su t, nó d n tọ ặ ố ấ ẫ ới sự loại trừ ự ộng hưở s c ng LC

Chỉnh lưu diode đa xung có thể chia làm 2 lo i ạ

+ Chỉnh lưu đa xung nố ếp, nơi tấ ải ti t c các b chộ ỉnh lưu 6 xung là k t n i n i ti p ế ố ố ế

v i nhau bên m t phía cớ ộ ủa đầu ra m t chi u dc Trong b truyộ ề ộ ền động trung th , ch nh ế ỉlưu loạ ối n i ti p có th s d ng là m t phía c a ngu n m t chiế ể ử ụ ộ ủ ồ ộ ều đơn cho ộ ế ần đa b bi n t

mức sử ụ d ng diode k p (NPC) và b bi n tẹ ộ ế ần đa ứ m c flying-capacitor

+ Chỉnh lưu đa xung cách ly, nơi mỗi chỉnh lưu 6 xung cấp 1 ngu n dc riêng biồ ệt cho tải Lo i này c a chạ ủ ỉnh lưu thì phù hợp cho s d ng bi n t n đa mứ ầử ụ ế ầ c c u H v i ngu n ớ ồ

một chiều cách ly

2.2.2 Chỉnh ưu l diode 6 xung

Sơ đồ ạch đã đượ m c rút g n c a m t b chọ ủ ộ ộ ỉnh lưu 6 xung như hình 2.1 , ở đó , , và , là các pha điện áp c a ngu n ủ ồ Cho ứng d ng c a trung áp, m i diode trong b ụ ủ ỗ ộchỉnh lưu được đặ ởt b i 2 ho c nhi u diodes m c n i ti p Gi s t t c các diode là lý ặ ề ắ ố ế ả ử ấ ảtưởng không có t( ổn th t công suấấ t ho c s t áp) ặ ụ

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

Hình 2.3 đưa ra mộ ất c u hình dạng sóng điện áp và dòng điện c a b ủ ộ chỉnh lưu Điện áp pha c a nguủ ồn được xác định b i ở

- 1 ) (2

Hình 2.4 C u trúc ấ chỉnh lưu diode 6 xung vớ ả ệi t i đi n tr ở

Ở đâ y là giá tr rms cị ủa điện áp pha và ω trong tần s góc c a nguố ủ ồn, đưa ra ω

=2πf điện áp dây Vab có th ể được tính b i ở

(2-2)

Ở đó là giá trị rms của điện áp dây t i đi n áp pha ớ ệ

(2-3)

D ng sóng c a dòng ạ ủ có 2 vùng nhô trên m i n a chu kỗ ử ỳ c a t n s n áp Giá ủ ầ ố điệ

tr trung bình cị ủa điện áp DC có th ể đƣợc tính b ng ằ

(2-4)

a) Dạng sóng điện áp 3 pha u vào đầ

b) D ạng sóng điện áp m t chiộ ều đầu ra

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

C) Dạng sóng dòng điện đầu vào Hình 2.5 D ng sóng cạ ủa chỉnh lưu 6 xung dùng diode

H 2.6 Phân tích fourier cình ủa dòng điện đầu v ào

2.2.3 Chỉnh ưu l diode 12 xung

a) C u trúc b ấ ộ chỉnh lưu

C u hình chấ ỉnh lưu, Hình 2.6 đưa ra cấu hình tiêu bi u c a chể ủ ỉnh lưu diode loại

n i ti p 12 xung Có 2 ố ế chỉnh lưu diode 6 xung chính đượ ấc c p ngu n b i máy bi n áp ồ ở ế

Để lo i tr các sóng hài b c th p trong dòng dây , điện áp dây ạ ừ ậ ấ c a cu n dây th ủ ộ ứ

c p m Y là trong pha vấ ắc ới điện áp sơ cấp trong khi cu n dây th c p m c tam giác ộ ứ ấ ặđiện áp d n ẫ b i ở

Điện áp dây rms c a m i cu n th c p là ủ ỗ ộ ứ ấ

T t s vòng dây c a bi n áp có th ừ ỷ ố ủ ế ế xác định b i ở

Cuộn dây máy biến áp là cho là bơi Y hoặc tam giác bao quanh b i m t vòng, ở ộ ở

đó Y biểu th cho m c d ng sao và cho m c d ng delta ị ắ ạ Δ ắ ạ

Hình 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu diode dạng 12 xung nối tiếp

b) d ng sóng c ạ ủa dòng điện và điệ n áp

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

Hình 2.7 đưa ra mộ ất c u hình mô ph ng c a dỏ ủ ạng sóng dòng điện và điện

áp c a b chủ ộ ỉnh lưu hoạ ộng dưới điềt đ u kiện định m ức

Dòng m t chi u dc ộ ề là liên t c, bao g m 12 xung m i chu k c a t n s ụ ồ ỗ ỳ ủ ầ ốngu n T i b t k ồ ạ ấ ỳthời điện nào x y ra, dòng m t chi u ả ộ ề chả quan 4 diode đồy ng thời, 2 trong 6 xung trên chỉnh lưu và 2 trong chỉnh lưu dưới đáy gợn sóng dòng dc

là tương đối th p b i vì vi c m c n i ti p c a 2 b chấ ở ệ ắ ố ế ủ ộ ỉnh lưu 6 xung, ở đó độ ự ả t c m

rò của cuận th c p có th xem xét trong n i tiếp ứ ấ ể ố

a) Dạng sóng điện áp đầu ra

b) Dạng sóng dòng điện của 1 pha nguồn Hình 2.8 Dạng sóng dòng trong chỉnh lưu loại 12 xung n i tiố ếp

Hinh2 Gi9 á THD c a trị ủ dòng điện đầu v ào

2.2.4 Chỉnh ƣu l diode 18 xung

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

b)d ng sóng c ạ ủa dòng điện và điệ n áp

Hình 2.11 đưa ra một cấu hình mô ph ng cỏ ủa dạng sóng dòng điện và điện áp của

b ộchỉnh lưu hoạ ộng dướ ềt đ i đi u kiện định mức

Dòng m t chi u dc ộ ề là liên t c, bao g m 18 xung m i chu k c a t n s ngu n ụ ồ ỗ ỳ ủ ầ ố ồ

T i b t k ạ ấ ỳthời điện nào x y ra, dòng m t chi u ả ộ ề chảy qua 4 diode đồng th i, 2 trong 6 ờxung trên chỉnh lưu và 2 trong chỉnh lưu dưới đáy gợn sóng dòng dc là tương đối th p ấ

b i vì vi mở ệc ắc nố ế ủi ti p c a 2 b ộchỉnh lưu 6 xung, ở đó độ ự ả t c m rò của cuộ thứ ấn c p có

thể xem xét trong nối tiếp

a) Điện áp ra của chỉnh lưu 18 xung

b) D ạng sóng dòng điện của 1 pha ngu n c p ồ ấ

Hình 2.11 D ng sóng dòng trong chạ ỉnh lưu loại 18 xung nối tiếp

H 2.12 á ình Gi trị THD ủ c a dòng điện đầu v ào

2.2.5 Chỉnh ưu l diode 24 xung

C u hình b ấ ộ chỉnh lưu được đưa ra như trên hình 2 Ở ấ c u trúc này b ộchỉnh lưu có 4 bộ

chỉnh lưu diode 6 xung Bộ ỉnh lưu này có thể ạ ỏ đượch lo i b c 6 b c sóng hài (bậ ậc 5,7,11,13,17 và 19), bi n áp d ch pha s ế ị ẽ được ắ ế để ỗs p x p m i pha cách nhau

Hình 2.13 C u trúc b ấ ộchỉnh lưu 24 xung

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

b ộchỉnh lưu hoạ ộng dướ ềt đ i đi u kiện định mức

Dòng m t chi u dc ộ ề là liên t c, bao g m 24 xung m i chu k c a t n s ụ ồ ỗ ỳ ủ ầ ốngu n T i b t k ồ ạ ấ ỳthời điện nào x y ra, dòng m t chi u ả ộ ề chảy quan 4 diode đồng thời, 2 trong 6 xung trên chỉnh lưu và 2 trong chỉnh lưu dưới đáy gợn sóng dòng dc

là tương đối th p b i vì vi c m c n i ti p c a 2 b chấ ở ệ ắ ố ế ủ ộ ỉnh lưu 6 xung, ở đó độ ự ả t c m

rò của cuộn th c p có th xem xét trong n i tiếp ứ ấ ể ố

a) D ng sóng i n ạ đ ệ áp u đầ ra của chỉnh lưu 24 xung

B) D ng sóng dòng i n u v ạ đ ệ đầ àoHình 2.14 D ng sóng dòng trong chỉnh lưu loại 24 xung nối tiếp

H 2.15 Phân tích fourier cình ủa dòng điện đầu v ào

2.2.6 Nh n x ậ ét

Ta đã giới thi u các b ệ ộchỉnh lưu diode 6 xung, 12 xung, 18 xung và 24 xung Qua

c u trúc c a các b ấ ủ ộ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp c a các b ủ ộ chỉnh lưu, cùng v i yêu ớ

c u s d ng ch b biầ ử ụ ộ ộ ến đổi 5 m c dùng diode k p, ta s s d ng b ứ ẹ ẽ ử ụ ộ chỉnh lưu diode 24 xung, để đả m bảo được c v vả ề ấn đề ề ả v gi m giá tr THD c a dòng i n u vào và lo i ị ủ đ ệ đầ ạ

b các sóng h b c 5,7,11,13,17 và 19 i u giúp ỏ ài ậ Đ ề đó chấ lượ đ ệ áp ố ơnt ng i n t t h và nh ít ảhưởng t i i n nguớ đ ệ áp ồn

2.3 B NGH Ộ ỊCH LƯU ĐA MỨ C NGU N ÁP Ồ

2.3.1 Gi i thi u v b ớ ệ ề ộ nghịch ưu đ l a m c ngu n áp ứ ồ

B nghộ ịch lưu ngu n áp cung cồ ấp và điều khiển điện áp xoay chi u ngõ ra ề ởNguồ điện n áp m t chi u có th dộ ề ể ở ạng đơn giản như acquy, pin điện ho c ặ ở ạ d ng phức

t p gạ ồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng

Linh ki n trong b nghệ ộ ịch lưu áp có khả năng kích đóng và kích ngắt dòng điện qua nó, tức đóng vai trò một công t c Trong các ng d ng công su t v a và nh , có ắ ứ ụ ấ ừ ỏ thể

s d ng transistor BJT, ử ụ MOSFET, IGBT làm công tắc và ph m vi công su t l n có th ở ạ ấ ớ ể

s d ng GTO, IGCT ho c SCR kử ụ ặ ết hợ ới bộp v chuy n mể ạch

V i t i t ng quát, m i công t c còn trang b m t diode mớ ả ổ ỗ ắ ị ộ ắc đối song v i nó Các ớdiode mắc đối song này t o thành m ch chạ ạ ỉnh lưu cầu không điều khi n có chi u d n ể ề ẫđiện ngược v i chi u dớ ề ẫn điện c a các công t c Nhi m v c a b chủ ắ ệ ụ ủ ộ ỉnh lưu cầu diode là

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

tạo điều ki n thu n lệ ậ ợi cho quá trình trao đổi công suất ảo gi a ngu n m t chi u và tữ ồ ộ ề ải xoay chiều, qua đó hạn ch ế quá điện áp phát sinh khi kích ng t các công t ắ ắc

Phân loạ ộ i b ngh ịch lưu áp

B nghộ ịch lưu áp có rất nhi u loề ại cũng như nhiều phương pháp điều khi n khác ểnhau

+Theo số pha điện áp đầu ra: 1 pha, 3 pha

+ Theo s bố ậc điện áp gi a mữ ột đầu pha t i và mả ột điểm điện th ế chuẩn trên

m ch (phase to pole voltage): 2 bạ ậc (two level), đa bậc (multi level , t 3 b– ừ ậc trở lên)

Theo c u hình c a b nghấ ủ ộ ịch lưu: ạd ng cascade (Cascade inverter), d ng diode ạ

k p NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter), ho c d ng dùng t ẹ ặ ạ ụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)…

+ Theo phương pháp điều khi n: ể

Phương pháp điề ộu r ng

Phương pháp điều biên

Phương pháp điều ch r ng xung sine (Sine PWM) ế độ ộPhương pháp điều ch r ng sung sine cế độ ộ ải bi n (Modifield SPWM) ếPhương pháp điều ch vector không gian (Space vector modulation, ho c ế ặSpace vector PWM)

Phương pháp Discontinuous PWM

Các d ng c ạ ấu trúc cơ bả n c a b ngh ủ ộ ịch lưu áp đa bậ c

Có 3 dạng thường được sử ụ d ng trong b nghộ ịch lưu áp đa bậc:

• D ng diode k p NPC (Diode Clamped Multilạ ẹ evel Inverter)

• D ng dùng t ạ ụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)

• D ng ghép t ng cascade (Cascade Inverter) ạ ầ

a) B ngh ộ ịch lưu đa mứ c c u H: ầ Các b nghộ ịch lưu đa mức c u H ầ đa tầng (CHB)

là m t trong nh ng b nghộ ữ ộ ịch lưu thông d ng hi n nay s d ng trong h truyụ ệ ử ụ ệ ền động trung th ế (MV) Nó bao g m các nhi u b nghồ ề ộ ịch lưu ầ c u H 1 pha Các b này ộ thường được k t n i theo t ng phía bên xoay chi u ế ố ầ ề để đạt được hoạt động n áp trung th và ở điệ ế

gi m méo sóng hài Trong th c th , s ng các b này trong m t b nghả ự ế ố lượ ộ ộ ộ ịch lưu đa mức

cầu H thì thường được xác định rõ bởi điện áp hoạt động và giá thành s n xu t Ví d , ả ấ ụtrong h truyệ ền động trung th vế ới điện áp dây định m c là 3300V, có th s d ng m t ứ ể ử ụ ộ

b nghộ ịch lưu 9 mức Vi c s dệ ử ụng đúng các b này d n t i m t c u trúc modul, nó là ộ ẫ ớ ộ ấ

m s giúp ột ẽ cho việc giảm giá thành

B nghộ ịch lưu đa mức cầu H (CHB) yêu c u 1 s các ngu n dc cách ly, m i ngu n này s ầ ố ồ ỗ ồ ẽ

c p cho m t b nghấ ộ ộ ịch lưu ầu H Điệ c n áp nguồn dc thường đạt đượ ừ ộc t b chỉnh lưu diode đa xung đã được gi i thi u ớ ệ ở chương trướ Đốc i v i b nghớ ộ ịch lưu 7 m c hay 9 ứ

m c, b ứ ộchỉnh lưu 18 và 24 xung có thể đượ ử ụng, tương ứn, để đạt được s d c dòng sóng hài nh và h s công suỉ ệ ố ấ ầt đ u vào cao

b) B ngh ộ ịch lưu dùng tụ điệ n thay đổi: C u trúc b biấ ộ ến đổ ụ bay này cũng là i t

m t d ng c u trúc c a nghộ ạ ấ ủ ịch lưu đa mức, t c là cứ ấu trúc này cũng cho phép tạo ra điện

áp nhiều mức nhưng thay vì dùng điố ẹt k p thì c u trúc này s d ng các t ấ ử ụ ụ lơ lửng g n vào ắcác nhánh pha g i là các t bay Chúng t o nên các t bào dùng t chuy n m ch ghép nọ ụ ạ ế ụ ể ạ ối tiếp C u trúc này có mấ ột vài điểm chú ý khi so sánh v i c u trúc c a b nghớ ấ ủ ộ ịch lưu điốt

k p ẹ

Ngoài đặc điểm khác nhau là không dùng điốt k p thì c u trúc t bay còn có ẹ ấ ụđiểm quan trọng hơn là cấu trúc diode k p là còn có các t h p lôgic chuy n m ch th a ẹ ổ ợ ể ạ ừ

ra trong m i pha mà chúng có th ỗ ể được s dử ụng để cân bằng điện áp các t ụ điện để ộ b

biến đổi chỉ ải sử ụ ph d ng m t ngu n mộ ồ ột chiều duy nh t ấ

b) B ngh ộ ịch lưu đa mứ c dung diode k p ẹ : B nghộ ịch lưu đa mức dùng diode k p ẹ

s d ng diode k p và và các c u H ử ụ ẹ ầ để thực hiện sóng điện áp xoay chi u ac v i nhi u ề ớ ề

m c B biứ ộ ến đổi có th ể thông thường cấu hình như là ấc u hình 3,4 ho c 5 mlà ặ ức, nhưng

chỉ có b biộ ến đổi 3 mức, thường được hi u ể như là bộ biến đổi điểm trung tính kẹp

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

chính c a b biủ ộ ến đổi NPC bao g m vi c giồ ệ ảm dv/dt và THD trong điện áp đầu ra xoay chiều trong vi c so sánh v i b biệ ớ ộ ến đổi 2 mức trước đó Điều quan trong hơn, ộb bi n ế

đổi có th s d ng trong h truyể ử ụ ệ ền động trung th ế để đạt được m t mộ ức độ điệ n áp ch c ắchắn không c n thi t b ầ ế ị đóng cắ ốt n i ti p Ví d , b biế ụ ộ ến đổi NPC dùng thi t b 6000-V ế ị

để phù h p v i h truyợ ớ ệ ền động định m c t i 4160V ứ ạ

2.3.2 Ngh l a m c c u H ị ch ưu đ ứ ầ

S d ng các ngu n DC riêng, thích hử ụ ồ ợp trong trường h p s d ng ngu n DC có ợ ử ụ ồ

s n, ví d ẵ ụ dưới d ng acquy, battery Cascade inverter g m nhi u b nghạ ồ ề ộ ịch lưu áp cầu

m t pha ghép n i ti p, các b nghộ ố ế ộ ịch lưu áp dạng c u m t pha này có các ngu n DC ầ ộ ồriêng

Bằng cách kích đóng các linh kiện trong m i b nghỗ ộ ịch lưu áp một pha, ba mức điện áp (-E, 0, E) đượ ạc t o thành S k t h p hoự ế ợ ạt động c a n b nghủ ộ ịch lưu áp trên ộ m t nhánh pha t i s t o nên n kh ả ẽ ạ ả năng mức điện áp theo chi u âm (-E, -2E, -3E, -4E, ề –nE), n kh ả năng mức điện áp theo chiều dương (E, 2E, 3E, 4E,…nE) và m c n áp 0 ứ điệNhư vậy, b nghộ ịch lưu áp dạng cascade g m n b nghồ ộ ịch lưu áp một pha trên m i nhánh ỗ

s t o thành b nghẽ ạ ộ ịch lưu (2n+1) bậc

T n s ầ ố đóng ngắt trong m i module c a d ng m ch này có giỗ ủ ạ ạ thể ảm đi n lần và dv/dt cũng ảm đi như vậy Điện áp trên áp đặ gi t lên các linh ki n giệ ảm đi 0,57n lần, cho phép s dử ụng IGBT điện áp th p ấ

Ngoài d ng m ch g m các b nghạ ạ ồ ộ ịch lưu áp một pha, m ch nghạ ịch lưu áp đa bậc còn có d ng ghép t ngõ ra c a các b nghạ ừ ủ ộ ịch lưu áp ba pha Cấu trúc này cho phép giảm dv/dt và t n s ầ ố đóng ngắt còn 1/3 M ch cho phép s d ng các c u hình nghạ ử ụ ấ ịch lưu áp ba pha chu n M ch nghẩ ạ ịch lưu đạt được s cân bự ằng điện áp các ngu n DC, không t n tồ ồ ại dòng cân b ng gi a các module Tuy nhiên, c u t o mằ ữ ấ ạ ạch đòi hỏ ử ụi s d ng các máy biến

áp ngõ ra

Hình 2.16 B nghộ ịch lưu cầu H 3 pha 5 m c ứ

B ng 2ả 1 Đưa ra trạng thái đóng cắ ủt c a các van bán d n trong b nghẫ ộ ịch lưu cầu H 3 pha 5 m cứ , và điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu

Trạng thái đóng ắc t van Điện áp

Chương 2:C u úc hấ tr ệ truyền động trung th ế

Hình 2.17 B nghộ ịch lưu 5 mức dung tụ điện thay đổi

(Five-level flying-capacitor inverter)

Với sơ đồ như hình 2.17 B nghộ ịch lưu 5 mức dung t ụ điện thay đổi, thì khi các khóa S1,S2,S3 và S4 dẫn thì điện áp b nghộ ịch lưu là 4E Tương tự khi các khóa S1,S2 và S3 dẫn thì điện áp là 3E Bảng 3.2 đưa ra các giá trị điệ n áp và tr ng thái ạđóng cắ ủa các van đố ớ ột c i v i b nghịch lưu 5 mức dung t điụ ện thay đổi

Điện áp pha Trạng thái đóng cắ ủt c a các van