mô phỏng hệ truyền động biến tần đa bậc động cơ KBĐ xoay chiều ba pha dựa trên từ thông với C.M cực tiểu

Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 .VỊ TRÍ BIẾN TẦN TRONG CÔNG NGHIỆP Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại cũng như số lượng các bộ biến tần, ngày càng nhiều thiết bò điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện. Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn đònh của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn đònh của hệ thống … ví dụ: doa xi-lanh, máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm đònh hình khi đúc … Vì thế, việc điều khiển và ổn đònh tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp. Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông … Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất. Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này. Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện. Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghòch lưu dùng máy biến áp. Ưu điểm chính của các thiết bò dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như: H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 1 Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ - Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn. - Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghòch lưu. - Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì cũng như thay mới. - Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bò quá điện áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp. Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bò bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này. 1.2. BIẾN TẦN ĐA BẬC U dc Động cơ điện không đồng bộä 0 a) Hệ thống truyền động biến tần đa bậc - động cơ điện không đồng bộä b) Điện áp ngõ ra thay đổi theo số bậc biến tần c) Sóng dạng điện áp tại các đie å m 2 bậc 3 bậc 5 bậc 9 bậc Hình 1.1: Hệ thống truyền động biến tần - động cơ điện không đồng bộä H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 2 Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa một đầu pha tải (điểm a, b hoặc c với điểm 0 trong hình 1.1) của nguồn một chiều thay đổi giữa hai bậc khác nhau (tương ứng trong sơ đồ hình 1.1 là +U dc /2 và –U dc /2). Điều này dẫn đến dV/dt khá lớn và hiện tượng điện áp common mode rất nghiêm trọng (xem chương 2). Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ nghòch lưu áp đa bậc (Multi-level Voltage Source Inverter: VSI), do tính phổ dụng có thể gọi là biến tần đa bậc (Multi-level Inverter). Đây là một phương pháp điều chế có nhiều ưu điểm khi sử dụng ở điện áp cao và công suất lớn. Các nhược điểm vừa nêu trong biến tần hai bậc có thể được khắc phục khi sử dụng bộ biến tần đa bậc. Cụ thể khi xét một hệ thống truyền động biến tần - động cơ điện không đồng bộä với thông số động cơ P = 800 kW; 4.16 kV; 60 Hz; cosφ = 0,8 có sơ đồ khối như hình 1-1 và U dc = 6 kV, sau khi thực hiện việc đo đạc các thông số thực tế, khi thay đổi số bậc của biến tần dùng trong hệ truyền động, ta có kết quả như sau: Hình 1.2 a: Tổng độ méo dạng do hài Hình 1.2 b: Giá trò điện kháng dùng trong bộ lọc Hình 1.2 c: Công suất truyền qua bộ nghòch lưu (P cond ) trên công suất tổn hao do đóng cắt (P sw ) Số bậc của biến tần Hình 1.2: Các đặc tính của bộ biến tần đo đạc trên một trên hệ truyền động thực tế H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 3 Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ - Sóng dạng điện áp ngõ ra sẽ gần sin hơn (minh hoạ qua hình 1.1 b), hay tổng lượng hài sẽ giảm nhanh theo số bậc (hình 1.2 b). - Trò số điện cảm L f trên mạch lọc nhỏ hơn (với cùng một bộ lọc), dẫn tới tổn hao cũng như đặc tính điện áp ngõ ra sẽ được cải thiện hơn (hình 1.2 a). - Tổn hao do đóng cắt giảm (P sw giảm) trong khi công suất truyền tải qua hệ lại tăng (P cond tăng), minh hoạ qua hình 1.2 c. Với những ưu điểm vượt trội như trên, biến tần đa bậc được sử dụng ngày một rộng rãi trong công nghiệp. Để tăng tính thuyết phục, luận án sẽ chọn biến tần đa bậc để thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ dùng bộ biến tần. 1.3. VẤN ĐỀ ĐIỆN ÁP COMMON MODE (C.M) Khi thiết kế và thi công bộ biến tần dùng trong hệ điều khiển tốc độ động cơ điện có rất nhiều các vấn đề cần phải quan tâm, cụ thể như: Trò hiệu dụng của các thành phần hài của điện áp ngõ ra bộ biến tần. Tổn hao trong cuộn dây stator, rotor do thành phần hài tăng lên cụ thể là tác dụng của sóng hài bậc cao làm tăng dòng điện từ hoá lõi thép. Tổn hao do dòng xoáy và từ trễ. Từ trường đập mạch, từ trường nghòch. Công suất bộ biến tần: với công suất lớn không thể sử dụng các bộ biến tần hai bậc. I cm Dòng common mode Hình 1.3: Common-Mode trong bộ biến tần – động cơ. Ngoài các yếu tố kể trên, từ năm 2000 đến nay đã có rất nhiều các đề tài, bài viết của nhiều tác giả có uy tín được đăng tải trên các tạp chí lớn như IEEE … bàn về vấn đề điện áp C.M. Hình 1.3 trình bày hệ thống chỉnh lưu cầu – nghòch lưu dạng diode kẹp (NPC). Trong cấu trúc này, điện áp C.M được xác đònh là điện thế giữa trung tính bộ dây stator “s” và nối đất H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 4 Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ của hệ thống “g” gọi là v sg . Điện áp này được cấu thành bởi v sn và v ng . Điện áp v ng , điểm giữa của nguồn U dc , có thể thay đổi tuỳ theo cách nối đất của biến áp nguồn, trình bày trên hình 1.3. Điện thế điểm giữa của nguồn một chiều của bộ biến tần với điểm trung tính của bộ dây stator động cơ v sn có thể được diễn tả theo hàm đóng cắt của các linh kiện trong bộ nghòch lưu NPC (s a , s b , s c ) theo điều kiện phụ tải cân bằng. Theo [8], tác giả đã tìm ra được mối quan hệ giữa độ bào mòn ổ đỡ với điện áp C.M. Cụ thể là thể tích của lượng kim loại bò bào mòn ổ đỡ tỷ lệ với năng lượng do điện áp C.M đặt trên ổ đỡ. Điện áp này xuất hiện chủ yếu do các biến thiên dV/dt trên bộ biến tần sử dụng các khoá điện tử. Ngoài việc bào mòn các ổ đỡ trong động cơ, dòng rò C.M (I cm ) còn có khả năng gây đóng cắt sai trên các relay bảo vệ dòng tác động nhanh. 1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ SẼ KHAI TRIỂN TRONG LUẬN VĂN Việc bào mòn ổ đỡ do điện áp C.M đã quá rõ ràng, như vậy cần thiết phải triệt bỏ nó. Ứng với mỗi phương thức điều khiển trong bộ biến tần, sẽ có cách triệt giảm tương ứng, do đó cần thiết phải lựa chọn một phương thức điều khiển cho phù hợp mới có thể đạt hiệu quả cao trong việc triệt giảm C.M cho hệ thống biến tần - động cơ. Các phương án trước đây đã thực hiện tốt trên một tình huống cố đònh, nhưng chỉ cần thay đổi đôi chút về yêu cầu thực tế thì phương án đó sẽ không áp dụng được. Do đó để tài sẽ đề xuất một phương án điều chế mới phối hợp giữa hai phương thức điều chế thông dụng nhất hiện nay đó là SVPWM và DPWM. Phương thức này cho phép chọn lựa giữa hai phương án SVPWM và DPWM thông qua việc thay đổi chương trình phần mềm. Chính vì vậy nên phương thức PWM được đề cử sẽ sử dụng rất uyển chuyển, dễ dàng thích ứng trong điều kiện thay đổi các yêu cầu mà hệ truyền động đòi hỏi mà không cần thay đổi phần cứng của mạch điều khiển. Cụ thể là đề tài sẽ đưa ra một phương pháp PWM mới có khả năng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần đa bậc với C.M cực tiểu nhưng vẫn giữ được các đặc tính ưu việt vốn có của hệ truyền động (chương 5). Tính ổn đònh và uyển chuyển của phương thức điều chế mới này sẽ được kiểm chứng thêm một lần nữa trên hệ truyền động biến tần-động cơ KĐB theo nguyên lý điều khiển vector (chương 6). Nếu có điều kiện, chắc chắn hệ truyền động dùng biến tần đa bậc sử dụng phương pháp Minimum CM SVPWM điều khiển tốc độ dựa theo từ thông rotor được đề cử trong luận văn tốt nghiệp sẽ được chế tạo với độ ổn đònh cao. Tuy nhiên do thời gian có hạn, nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu lý thuyết điều khiển, có thể xem đây là hướng phát triển của đề tài. H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 5 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ − BIẾN TẦN ĐA BẬC 2.1 GIỚI THIỆU Trước đây, hầu hết các hệ thống tự động điều khiển đều sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập/song song vì loại động cơ này dễ điều khiển một cách ổn đònh hơn các loại động cơ khác. Nhưng trong những năm gần đây, theo xu hướng phát triển như vũ bão của kỹ thuật điện tử số, các bộ điều khiển có khả năng điều khiển được tốc độ động cơ xoay chiều theo một chương trình cài đặt sẵn ngày một hoàn thiện đã đưa động cơ xoay chiều trở thành lựa chọn ưu tiên một cho hệ thống tự động điều khiển. Bởi vì nguồn xoay chiều thì ở đâu cũng có và cấu tạo động cơ một chiều thì phức tạp do đó giá thành cao, chi phí cho vận hành và bảo dưỡng sửa chữa lớn … Vì vậy, hiện nay những nhà thiết kế hệ thống điều khiển tự động đều chuyển sang sử dụng động cơ xoay chiều rotor lồng sóc trong các hệ thống điều tốc có khả năng thay đổi một cách linh hoạt theo yêu cầu thực tiễn của thiết bò. E Nguồn DC cung cấp Động cơ khơng đồng bộ 3 pha Encoder Giải mã Mạch điều khiển Hình 2.1: Hệ thống truyền động biến tần – động cơ sử dụng khoá bán dẫn Với những hệ thống công suất nhỏ, các nhà thiết kế hiện nay cũng còn một loại động cơ khác đáng để lựa chọn: đó là động cơ bước. Ưu điểm nổi bật của động cơ bước là có tốc độ rất chuẩn và dễ điều khiển theo một chương trình đònh trước. Tuy nhiên hiện nay vấn đề công suất chính là trở ngại lớn khi muốn thiết kế hệ thống tự động điều khiển sử dụng động cơ bước, vì vậy hiện nay trong công nghiệp chủ yếu người ta sử dụng hệ thống biến tần – động cơ không đồng bộ. Hình 2.1 trình bày một hệ truyền động động cơ không đồng bộ - biến tần điển hình. Trong hệ này, một bộ nghòch lưu gồm 6 transistor chuyển nguồn một chiều sức điện động E sang điện áp 3 pha cung cấp cho động cơ điện xoay chiều không đồng bộ. Để kích dẫn các khoá transistor, hiện nay với các bộ biến tần đa bậc người ta thường sử H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 6 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ dụng kỹ thuật xử lý số tín hiệu (Digital Signal Proccesing - DSP). Trên hệ này, người ta sử dụng các vi mạch chuyên dụng trong DSP cũng như trong điều chế để điều khiển chế độ đóng cắt của các khoá bán dẫn nhằm thay đổi tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi tần số nguồn cung cấp f 1 . 2.2 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB - BIẾN TẦN ĐA BẬC Khi đưa vào bộ dây quấn của động cơ điện không đồng bộ (KĐB) xoay chiều 3 pha một sức điện động hình sin xoay chiều 3 pha thì nó sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ đồng bộ: p f n 1 60 = (2.1) Với: * f 1 là tần số nguồn 3 pha cung cấp cho động cơ không đồng bộ. * p là số đôi cực từ của bộ dây quấn stator. Từ công thức tính tốc độ động cơ đã trình bày ở phần trên, có thể thay đổi tốc độ động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha theo các phương pháp sau:  Thay đổi tần số nguồn cung cấp f 1 : Với sự phát triển như vũ bão của công nghệ chế tạo vi mạch số khả lập trình và linh kiện công suất lớn, các bộ biến tần tạo sóng sin ngày càng một hoàn thiện với giá thành ngày một thấp … đã tạo nên chỗ đứng vững chắc cho động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha trong hệ thống cần có sự điều chỉnh và ổn đònh tốc độ. Sử dụng các bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ cho phép thay đổi tốc độ động cơ trong một khoảng rộng và trơn, có bảo vệ quá tải, khởi động “êm” (ramp start) … Bên cạnh việc thay đổi tần số của nguồn điện cung cấp, phương pháp này cần phải thay đổi cả điện áp U, vì ngoài quan hệ (2.1), trong động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha còn có quan hệ giữa M t , U 1 và f 1 .  Thay đổi số đôi cực từ p: Thông thường người ta sử dụng các bộ chuyển mạch cơ khí để đổi nối giữa các cuộn dây trong bộ dây quấn stator hay thay đổi giữa hai bộ dây quấn trên cùng lõi thép kỹ thuật điện ở stator nhưng có cấu trúc khác nhau về số đôi cực từ nhằm thay đổi số đôi cực từ p để thay đổi tốc độ từ trường quay. Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stator và rotor phải như nhau. Nghóa là khi thay đổi số đôi cực ở stator thì ở rotor cũng phải thay đổi theo. Do đó rất khó thực hiện cho động cơ rotor dây quấn, nên phương pháp này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc và loại H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 7 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở rotor để phù hợp với số đôi cực ở stator. Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stator phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau. Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao. Vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp tốc độ. Ngoài ra, dựa vào cấu tạo động cơ KĐB có thể thay đổi tốc độ theo các phương thức sau:  Thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor: Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và chỉ được sử dụng đối với các động cơ không đồng bộ rotor quấn dây (vì phải có bộ dây quấn ở rotor thì mới có thể đưa vào các điện trở điều chỉnh tốc độ thông qua việc thay đổi độ trượt s.  Thay đổi điện áp trên bộ dây quấn stator động cơ: Đây là phương thức có thể ứng dụng chung cho tất cả các loại động cơ điện. Đối với động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha, khi thay đổi giá trò điện áp đi k lần, moment thay đổi đến k 2 lần, do đó thay đổi được tốc độ động cơ. Nghóa là khi điện áp giảm đi 0,7 lần thì moment giảm đến (0,7) 2 = 0,49 lần (hơn một nửa).  Bằng cuộn kháng bão hoà: Đây là một hình thái biến tướng của phương thức thay đổi điện áp trên bộ dây quấn stator động cơ. Cuộn kháng bão hoà là thiết bò điện từ có trò số điện kháng biến đổi được. Nguyên tắc làm việc là sử dụng một nguồn năng lượng nhỏ thay đổi độ từ hoá của lõi thép, từ đó thay đổi điện áp đặt trên bộ dây quấn stator động cơ. Nếu so với các phương án thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor; thay đổi điện áp trên bộ dây quấn stator động cơ; sử dụng cuộn kháng bão hoà … thì phương án thay đổi số đôi cực từ p sử dụng các bộ chuyển mạch cơ khí để thay đổi số đôi cực nhằm thay đổi tốc độ động cơ có vẻ thông dụng hơn do những ưu điểm là rẻ tiền và làm việc với độ tin cậy cao nhưng nhược điểm lớn nhất của chúng là khoảng thay đổi tốc độ hẹp, không trơn (nhảy cấp) và không ổn đònh được tốc độ (một yêu cầu rất quan trọng hiện nay cho hệ truyền động điều tốc động cơ). Do vậy, ở đây đề tài chỉ nghiên cứu hệ thống điều tốc thông dụng nhất đó là các hệ thống điều tốc sử dụng các bộ biến tần với thiết bò đóng cắt bán dẫn. 2.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ DÙNG CHO BIẾN TẦN ĐA BẬC Hiện nay trên thực tế có rất nhiều phương thức điều chế được sử dụng trong biến tần đa bậc, nhưng thông dụng nhất phải kể đến hai phương thức: H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 8 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ - Phương thức điều chế vector không gian (Space Vector PWM: SVPWM). - Phương thức độ rộng xung dùng sóng mang (Carrier Based PWM: CBPWM). 2.3.1. Cấu trúc biến tần đa bậc Bộ nghòch lưu trên hình 2.1 chỉ chứa 2 khoá bán dẫn trên mỗi nhánh pha tải, được gọi là nghòch lưu áp hai bậc (two-level VSI), được áp dụng ở điện áp vừa và công suất nhỏ. Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa một đầu pha tải (điểm a, b hoặc c trong hình 2.1) với điểm O (hình 2.1) của nguồn một chiều thay đổi giữa hai bậc khác nhau (tương ứng trong sơ đồ hình 2.1 là +E/2 và –E/2). Điều này dẫn đến dV/dt khá lớn và hiện tượng điện áp C.M rất nghiêm trọng (xem chương 3). (a) (b) a) Một nhánh pha trong biến tần dạng NPC b) Chiến lược đóng cắt theo APOD c) Các sóng dạng điện áp trong bộ biến tần (c) E/4 E/2 E/4 E/4 -E/4 -E/2 -E/4 Hình 2.2: Nghòch lưu áp năm bậc Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ nghòch lưu áp đa bậc (Multi-level Voltage source: VSI) minh hoạ trên hình 2.3 (a) và (d). Để cho đơn giản, có thể hiểu bộ nghòch lưu áp đa bậc chính là bộ nghòch lưu áp hai H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 9 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ bậc như trên hình 2.1 nhưng thay thế một khoá transistor bằng nhiều khoá như hình 2.2 (a). Bốn khoá bán dẫn được đóng cắt theo chương trình dựa trên việc so sánh với tín hiệu chủ đạo hình sin như trên hình 2.2 (b). Chương trình này được nạp vào phần mềm điều khiển đóng cắt giữa các khoá bán dẫn điều khiển việc đóng cắt trên các khoá này để sóng dạng điện áp ra ở mỗi pha được trình bày trên hình 2.2 (c). Rõ ràng khi quan sát trên các mức so sánh trên hình 2.2 (b), bộ biến tần này có 5 mức điện áp trên mỗi pha nếu so với điểm 0 của nguồn DC. Đó là các mức: 0, E/4, E/2, –E/4, –E/2. Vì vậy, đây là bộ nghòch lưu áp 5 bậc. Để được sóng dạng điện áp ngõ ra như trên hình 2.2 (c), người ta đóng cắt các khoá transistor theo phương thức SPWM như bảng I. Trong bảng này, sự thay đổi trạng thái đóng cắt của các tiếp điểm SW1, SW2, SW3, SW4 sẽ tạo nên sự thay đổi ở ngõ ra V out theo các mức 2E, E, 0, –E, –2E. Xếp chồng các kết quả này lại ta sẽ có điện áp ngõ ra như hình 2.2 (c). BẢNG I: TRÌNH TỰ ĐÓNG CẮT CÁC KHOÁ SW i THEO PHƯƠNG THỨC SPWM SW1 SW2 SW3 SW4 V out on on on on 2E off on on on E off off on on 0 off off off on -E off off off off -2E Dựa vào cấu trúc mạch động lực, người ta phân biến tần đa bậc theo cấu trúc cơ bản của mạch động lực trong bộ nghòch lưu đa bậc như sau: 2.3.1.1. Cấu trúc nghòch lưu dạng Cascade (cascaded inverter): Hình 2.3: Nghòch lưu áp năm bậc dạng cascade Sử dụng các nguồn một chiều riêng, thích hợp trong trường hợp sử dụng nguồn một chiều có sẵn, ví dụ dưới dạng bình diện, battery. Biến tần H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 10 [...]... bày trên hình 2.6 Giả sử nhánh mạch một chiều gồm N nguồn có độ lớn bằng nhau mắc nối tiếp Điện áp pha- nguồn một chiều có thể đạt được (N+1) giá trò khác nhau và từ đó bộ nghòch lưu được gọi là bộ nghòch lưu áp (N+1) bậc H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 12 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ a) Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động biến tần – động cơ KĐB với. .. giống nhau về mặt cấu trúc từ đó dễ module hoá Vấn đề cân bằng về điện áp liên lạc một chiều cũng không xảy ra Do đó có thể nói đây là dạng biến tần đa bậc thông dụng nhất Tuy nhiên dạng này cần nhiều nguồn một chiều H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 11 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ Hình 2.5: Đơn giản hoá sơ đồ biến tần n bậc dạng cascade 2.3.1.2... Quang Trang 32 Chương 4: Biến tần đa bậc & biện pháp xử lý C_M cực tiểu G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ CHƯƠNG 4: BIỆN PHÁP XỬ LÝ COMMMON MODE CỰC TIỂU TRONG BIẾN TẦN ĐA BẬC 4.1 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN Điện áp common mode (C.M) có thể hoàn toàn bò triệt tiêu hay chỉ loại bỏ một phần tuỳ thuộc vào dạng biến tần sử dụng trong hệ điều khiển tốc độ động cơ điện Không hề có một dạng biến tần nào tối ưu về mọi... điện áp C.M nhỏ cấu thành nên vector không gian điện áp, do đó làm giảm điện áp C.M trong khi vẫn giữ nguyên các đặc tính tốt khác của biến tần (minh hoạ trong mục 4.3) H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 22 Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ Hình 2.15: Biến tần 4 bậc sử dụng RSS Nguyên tắc cơ bản khi sử dụng RSS là qua các phương trình trong biến tần và... Nguyễn Phương Quang Trang 35 Chương 4: Biến tần đa bậc & biện pháp xử lý C_M cực tiểu G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ Hình 4.4: Sóng dạng điện áp của pha tâm nguồn DC; pha- pha và C.M trong SPWM với chế độ triệt tiêu C.M 1.0 1.25 1.75 2.0 (a) (b) Hình 4.5: phổ hài điện áp của pha tâm nguồn DC; pha- pha và C.M trong (a) SPWM truyền thống; (b) SPWM với chế độ triệt tiêu C.M 4.3 TRIỆT BỎ MỘT PHẦN ĐIỆN ÁP COMMON... trong động cơ KĐB hài bậc ba gần như bò triệt tiêu Nguyên nhân cơ bản của điện áp C.M chính là sự đột biến về điện áp (dV/dt) làm phát sinh dòng điện nạp xả trên các điện dung bên trong động cơ Do đó trong mục 3.5 sẽ nêu một phương thức triệt giảm C.M đơn giản bằng phần cứng chính là thay đổi giá trò điện dung trên nhằm góp phần triệt giảm tác hại của C.M 3.2 MẠCH COMMON MODE TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN... BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ Mạch điện tương đương của hiện tượng C.M trong hệ biến tần và động cơ được trình bày qua nhiều bài viết của nhiều tác giả với việc giải H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 26 Chương 3: Vấn đề C_M trong hệ truyền động dùng biến tần G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ thích cơ chế kết nối điện áp trên trục Theo nhiều tác giả trên các tạp chí IEEE, thìø mạch tương đương này không bao gồm những... thể khi tính toán với bộ VSI, ta nên chọ hệ trục tọa độ tónh (α-β); khi tính toán cho hệ truyền động biến tần - động cơ điều khiển theo phương thức vector, nên chọn hệ trục tọa độ từ thông (d-q) … 2.3.2.1 Giản đồ vector điện áp bộ biến tần ba bậc: Quá trình đóng cắt các khoá bán dẫn tạo nên 27 trạng thái khác nhau trên lục giác, mỗi trạng thái được minh hoạ bởi tổ hợp (ka, kb, kc), với các giá trò ka... bài viết trên tạp chí IEEE 4.2 TRIỆT BỎ HOÀN TOÀN ĐIỆN ÁP COMMON MODE Sơ đồ nguyên lý một hệ thống biến tần điều tốc động cơ dạng diode kẹp được trình bày trên hình 4.1 Trong bộ nghòch lưu NPC, dv/dt của điện áp vsn là Vdc/6 trong khi bộ biến tần hai bậc truyền thống là Vdc/2 Bởi vậy có thể trông cậy vào các bộ nghòch lưu NPC để đối phó với vấn đề điện áp C.M trong hệ truyền động điều tốc động cơ điện... các bộ biến tần hai bậc truyền thống bởi vì tính đơn giản và độ méo dạng do hài thấp Phương thức này vẫn sử dụng được cho biến tần đa bậc Với biến tần n bậc, ta cần (n – 1) tín hiệu sóng mang tam giác Ở đây là biến tần ba bậc do đó cần hai tín hiệu sóng mang tam giác (hình 4.1a) (a) (b) Hình 4.1: Sóng dạng điều chế giữa sóng sin và tam giác trong nghòch lưu SPWM truyền thống Hình 4.2: SPWM với chế . c c bộ biến tần hai b c. I cm Dòng common mode Hình 1.3: Common-Mode trong bộ biến tần – động c . Ngoài c c yếu tố kể trên, từ n m 2000 đến nay đã c rất nhiều c c đề tài, bài viết c a. phận c khí t c là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ tr c động c đến c c u m y sản xuất. Biến đổi t c độ g c của động c điện. Phương pháp này l m gi m tính ph c tạp c a c c u và c i. đổi từ thông … Từ đó tạo ra c c đ c tính c m i để c những t c độ l m vi c m i phù hợp với yêu c u c a phụ tải c . C hai phương pháp để điều chỉnh t c độ động c : Biến đổi c c thông số c a