Trang 1 Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023YSC2023-ỈUHYSC5.F140NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIÈƯ CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN ĐẺ GIẢM ĐIẸN ÁP COMMON MODE CHO Bộ NGHỊCH LƯU BA PHA BA BẠC HÌNH
Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH YSC5.F140 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIÈƯ CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN ĐẺ GIẢM ĐIẸN ÁP COMMON MODE CHO Bộ NGHỊCH LƯU BA PHA BA BẠC HÌNH T NGUYỄN NGỌC QUỲNH1, NGUYỄN THỊ NGỌC HÂN1, TRẦN TẤN TÀI1*, CHÂU MINH THUYÊN1, NGUYỄN HOÀI PHONG1 }Khoa Công nghệ Điện, Trường Đại học Công nghiệp Thành phổ Hồ Chỉ Minh Hrantantai@iuh edu vn T óm tắt Ngày nay, với sự phát hiển mạnh mẽ của các ứng dụng năng lượng tái tạo, việc nghiên cứu về các bộ nghịch lưu càng trở nên quan trọng Những ưu điểm của bộ nghịch lưu đa bậc có thể kể đến như: chất lượng điện áp ngõ ra tốt, cấu trúc đơn giản dễ điều khiển, thường được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng có công suất vừa và nhỏ Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm như: trong quá hình hoạt động, bộ nghịch lưu sản sinh ra điện áp common mode lớn đây là nguyên nhân lớn nảy sinh ra nhiều vấn đề giảm chất lượng điện đầu ra, nhiễu EMI, làm hỏng 0 bi của động cơ Trong bài báo này, một nghiên cứu về các giải thuật điều chế vector không gian để giảm điện áp common mode cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T Bên cạnh đó, phân tích trạng thái hoạt động của mạch và mô hình toán của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T Ngoài ra, so sánh các giải thuật điều chế vector không gian đưa ra các ưu nhược điểm của từng thuật toán để giảm điện áp commonmode Kết quả được kiểm chứng dựa hên phần mềm điện tử công suấtPLECS Từ khóa Giảm điện áp common mode, nghịch lưu ba pha ba bậc hình T, điện áp common mode RESEARCH AND APPLICATION OF SPACE VECTOR MODULATION TECHNIQUE TO COMMON MODE VOLTAGE REDUCTION FOR THREE-LEVEL T-TYPE INVERTER Abstract Nowadays, with die rapid development of renewable energy applications, the study of inverters becomes more and more important The advantages of multi-level inverters can be mentioned as: good output voltage quality, simple structure, easy to control, often widely applied in small and medium capacity applications However, there are still some disadvantages such as: during operation, the inverter produces a large common mode voltage, which is a major cause of many problems with output power quality reduction, EMI noise, damage die motor's ball bearing In this paper, a study on spatial vector modulation algorithms to reduce common mode voltage for three-level t-type inverter Besides, state analysis, cữcuit operation and mathematical model of a three-level t-type inverter er In addition, comparing spatial vector modulation algorithms gives advantages and disadvantages of each algorithm to reduce commonmode voltage Verified results based on PLECS power electronics software Keywords Common-Mode voltage reduction, common-Mode, three-level T-type inverte 1 GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, với sự phát hiển mạnh mẽ của các ứng dụng về nguồn năng lượng tái như hệ thống phát điện bằng năng lượng mặt trời (PV) [1], hệ thống tua-bin gió [2], các bộ biến tần trung thế [3] v.v Việc nghiên cứu các bộ nghịch lưu ngày càng hở nên quan trọng [4] Thông thường, các bộ nghịch lưu 2 bậc được sử dụng như một giải pháp Tuy nhiên, nghịch lưu 2 bậc thường có các bộ lọc có kích thước lớn, tần số chuyển mạch thấp và chất lượng điện áp ngõ ra còn thấp là những mặt hạn chế của cấu hình này © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 439 Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH Để giảm thiểu những nhược điểm trên, nghịch lưu đa bậc được sử dụng Các cấu hình nghịch lưu đa bậc truyền thống có thể kể đến như sau: cấu hình nghịch lưu diode kẹp (NPC) [5] và nghịch lưu ghép tầng (CHB) [6], Các cáu hình kể trên sử dụng nhiều linh kiện thụ động sẽ làm tăng kích thước và chi phí cho hệ thống điện So với các cáu hình nghịch lưu đa bậc truyền thổng trên thì cấu hình nghịch lưu ba bậc hình T [7] sử dụng các khóa bán dẫn hai chiều để tạo liên kết giữa tâm của điện áp ngõ vào và ngõ ra Nghịch lưu ba bậc hình T kết họp các ưu điểm của nghịch lưu hai bậc rà nghịch lưu đa bậc như: nguyên lý hoạt động đơn giản, tổn hao chuyển mạch và tổn hao dẫn thấp và chất lượng đỉện áp đầu ra tốt [8 - 9], Do đó, nghịch lưu ba pha ba ba bậc hình T được sử dụng trong rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu công suất vừa rà nhỏ Một nhược điểm còn tồn tại của các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) truyền thống là giá trị điện áp conmon mode khá cao [ 10 - 11 ] sẽ gây ra một số vấn đề không mong muốn Trong các ứng dụng về điều khiển động cơ, điện áp common mode là nguyên chính tạo ra điện áp trên các trục động cơ và dòng điện qua vòng bi của động cơ [12] và chính các nguyên nhân đó làm giảm tuổi thọ của động cơ Ngoài ra, điện áp common mode còn gây ra nhiễu điện từ (EMI) ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử đật gần bộ nghịch lưu [13 - 15], Do đó, điện áp common mode được sinh ra bởi các bộ nghịch lưu phải được quan tâm và những phương pháp giảm điện áp common mode thật sự quan trọng và cần thiết cho một bộ nghịch lưu Một phương pháp điều chế sử dụng nhũng vector zero, vector trung bình và vector lớn để tểng họp vector điện áp tham chiếu đã được đề xuất trong tài liệu [lổ] và cường độ điện áp common mode được giới hạn trong phạm vi một phần sáu điện áp một chiều Trong bài báo này, một sơ đồ điều chế vector không gian giảm điện áp common mode cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được được đề xuất, cấu trúc bài báo được chia thành 5 phần: 1) giói thiệu tổng quan về bài báo, 2) trình bày cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T, 3) trình bày giải thuật PWM để giảm đỉện áp commode, 4) kết quả mô phỏng, 5) kết luận 2 CÁU TRÚC Bộ NGHỊCH LƯU BA PHA BA BẬC HÌNH T cáu tạo của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T gồm có 3 nhánh, mỗi nhánh gồm có 4 khóa bán dẫn được biểu diễn như Hình 1 Hình 1 Cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T Khi kích hoạt trạng thái khóa six, S2x (a, b, c) thì điện áp ngõ ra VxO đạt được giá trị +VDC/2 Tương tự như vậy, khi kích hoạt trạng thái khóa S2x, S3x thì được nối với điểm trung tính (”O”) của nguồn với ngố ra Vi vậy, điện áp ngõ ra VxO bằng không Và cuối cùng điện áp ngõ ra VxO đạt giá trị -Vdc/2 khi kích hoạt trạng thái khóa S3x, S4x Bảng 1 Trạng thái các khóa của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T (x = a, b, c ) Trạng thái khóa Điện áp Sxl Sx2 Sx3 Sx4 ngõ ra ON ON OFF OFF Vdc/2 OFF ON ON OFF 0 OFF OFF ON ON -Vdc/2 440 © 2023 Trường Đại học công nghiệp thành phố Hồ chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈƯH Phương pháp PWM truyền thống điều khiển cho mạch nghịch lưu đa bậc sử dụng ba tín hiệu tham chiếu có dạng sine và hai sóng mang tần số cao Xung kích cho các khóa bán dẫn được thể hiện dưới hình 2 dưới đây Hình 2 Phương pháp PWM truyền thống cho bộ nghịch lưu truyền thống đa bậc 3 GIẢI THUẬT PWM ĐẺ GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON-MODE CHO Bộ NGHỊCH LƯU BA PHA BA BẬC HÌNH T Điện áp common mode do bộ nghịch lưu ba pha đa bậc gây ra bỏi các giá trị điện áp đầu ra và có thể tính bằng _ Vao + VBO + vco (1) Y— Ở đây VA0, VB0 , vco là điện áp ra ba pha Trong bài viết này đề xuất một Sỡ đồ SVM cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T rà với sơ đồ vector không gian được hiển thị trong Hình 3 Trong đó ta chỉ sử dụng các vector lớn, vector trung bình và vector không để có thể giới hạn điện áp common mode trong khoảng l/6Vdc đến -l/6Vdc, và đảm bảo chất lượng điện áp ngõ ra ồn định, hiệu suất cao Hình 3 Sơ đồ vector không gian được để xuất Giả sử vector điện áp tham chiếu vref nằm trong Khu vực 1, vector lớn y13, vector trung bình v7, và vector 0 VQ được tổng hợp thành vector áp tham chiếu Theo nguyên tắc cân bằng volt-second ta được V^fTs = V^Tl 4 V^T2 + Vo * TO (2) Trong đó, vector điện áp v13, v7, vo và vref được hiển thị bằng © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 441 Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH 2 , (3) VÌ3 = 2VdC —1 v7 = -=Vdc.e& V3 Vo = 0