Điện tử công suất CHƯƠNG 5 NGHICH LƯU ĐỘC LẬP

14/11/2012 Ts Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, - 2010 Khái niệm nghịch lưu độc lập Các nghịch lưu nguồn dòng, nguồn áp NLĐL nguồn dòng NLNA pha, phương pháp điều chế PWM NLNA ba pha, PWM, SVM 10/22/2010 14/11/2012 Chương Nghịch lưu độc lập V.1 Những vấn đề chung V.1.1 Nghịch lưu độc lập gì? V.1.2 Phân loại ứng dụng V.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng V.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song V.2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song pha V.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song ba pha V.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp V.3.1 Những vấn đề nghịch lưu nguồn áp V.3.2 VSI sơ đồ pha nửa cầu (Half Bridge) V.3.3 VSI sơ đồ cầu pha (H Full Bridge) V.3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) V.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số V.3.6 Nhận xét chung PWM V.3.7 Tính toán sơ đồ NLNA PWM 10/22/2010 Chương Nghịch lưu độc lập V.3.8 Mô hình mô NLNA PWM V.4 VSI ba pha V.4.1 VSI ba pha sáu xung V.4.2 VSI ba pha PWM V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không ZSS-PWM V.4.4 Các thông số PWM V.5 Phương pháp điều chế vector không gian SVM V.5.1 Khái niệm vector không gian V.5.2 Cơ SVM V.5.3 Phương pháp điều chế với với to = t7 – SVPWM V.5.4 Quá điều chế V.5.5 Nhận xét chung SVM 10/22/2010 14/11/2012 V.1 Những vấn đề chung V.1.1 Nghịch lưu độc lập NLĐL: biến đổi DC/AC, tần số điện áp thay đổi Nghịch lưu, biến đổi DC/AC 10/22/2010 V.1 Những vấn đề chung V.1.1 Nghịch lưu độc lập gì? Tại lại cần đến BBĐ DC/AC? Chỉ có nguồn DC: ví dụ, nguồn ta có từ acquy Khi phụ tải AC yêu cầu nguồn cấp có thông số điện áp, tần số thay đổi dải rộng, khác xa thông số nguồn điện áp lưới Khi có yêu cầu điều chỉnh tần số lẫn điện áp xoay chiều, ví dụ hệ truyền động động không đồng động đồng Khi biến đổi công suất yêu cầu có tần số cao (Tần số cao làm cho phần tử điện từ MBA, phần tử phản kháng tụ điện, điện cảm có giá trị nhỏ) Một số nguồn phát sơ cấp có đầu chiều hay chuyển dạng chiều để tích trữ acquy: pin mặt trời (Photocell), pin nhiên liệu (Fuel cell), điện sức gió (Wind Turbine Generator), … Một số dạng lượng tích lũy dạng acquy (Battery Energy Storage System – BESS) Đầu cuối hệ thống truyền tải điện chiều HVDC 10/22/2010 14/11/2012 V.1 Những vấn đề chung V.1.2 Phân loại ứng dụng Phân loại: Dựa theo đặc tính nguồn chiều đầu vào: Nghịch lưu nguồn dòng: Current Source Inverter – CSI, Nghịch lưu nguồn áp: Voltage Source Inverter – VSI, Nghịch lưu nguồn Z, ZSI, trung gian CSI VSI Dựa theo đặc điểm phương pháp điều chỉnh điện áp tần số đầu ra, phổ biến nghịch lưu PWM Dựa theo đặc điểm mạch tải: lớp nghịch lưu làm việc với tải mạch vòng cộng hưởng LC, gọi nghịch lưu cộng hưởng Ứng dụng: rộng rãi, Trong lĩnh vực truyền động xoay chiều Cùng với chỉnh lưu tạo nên biến tần Trong lĩnh vực xe chạy điện (Electric Vehicle – EV), phát triển thành xu hướng xe cho tương lai gần Thâm nhập vào hệ thống điều khiển hệ thống điện (FACTS D-FACTS) Các hệ thống cấp nguồn AC-DC-AC-DC thay cho hệ AC-DC thông thường 10/22/2010 V.1 Những vấn đề chung V.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng Nguồn dòng Nguồn điện có dòng điện không đổi, không phụ thuộc vào tải tính chất tải Tạo mắc nối tiếp nguồn DC với điện cảm đủ lớn, Hoàn toàn ngắn mạch, không hở mạch Nguồn áp Nguồn điện có điện áp không đổi, không phụ thuộc vào tải tính chất tải Tạo mắc song song đầu nguồn DC với tụ điện đủ lớn, Hoàn toàn hở mạch, không ngắn mạch Cách tạo nguồn dòng thực tế, dùng mạch vòng dòng điện 10/22/2010 14/11/2012 V.1 Những vấn đề chung V.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng Phối hợp nguồn với tải: nguồn áp, nguồn dòng Không thể nối song song hai nguồn áp với dòng san điện áp lớn Không thể nối nói tiếp hai nguồn dòng với gây đột biến dòng Nguồn áp Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng áp dụng cho tải: Song song với tụ - nguồn áp; Nối tiếp với cuộn cảm – nguồn dòng BBĐ khâu không quán tính: Nếu đầu vào nguồn áp đầu nguồn dòng ngược lại Nguồn dòng 10/22/2010 V.2 Nghịch lưu nguồn dòng V.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song pha Sơ đồ dùng thyristor V1, …, V4 Đồ thị dạng dòng điện, điện áp Nguồn đầu vào có điện cảm L giá trị lớn, tạo nên nguồn dòng Tụ C song song với tải, tạo khả chuyển mạch Dòng NL (V1, V2) (V3, V4) mở dạng xung chữ nhật nửa chu kỳ Tụ chuyển mạch 10/22/2010 β góc chuyển mạch, β=>ωtr, (tr thời gian phục hồi) β 10 14/11/2012 V.2 Nghịch lưu nguồn dòng V.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song pha Phân tích sơ đồ phương pháp gần sóng hài bậc nhất: Đồ thị vector Chỉ xét đến thành phần sóng hài bậc dòng điện điện áp Có thể biểu diễn đại lượng biểu đồ vector Điều kiện để sơ đồ hoạt động dòng tải phải mang tính dung, vượt trước điện áp Góc vượt trước góc khóa van β ϕt tg β = I C − I L ( I C − I L ) U C QC − QL = = IR I RU C Pt QC = Qt + Ptg β t Công suất phản kháng tụ C phải đủ để bù hết công suất phản kháng tải, dôi phần để tạo góc vượt trước β (góc chuyển mạch) 10/22/2010 11 V.2 Nghịch lưu nguồn dòng V.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng song song ba pha V.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng song song pha, có điôt cách ly Điôt có tác dụng cách ly mạch chuyển mạch khỏi mạch tải Phương án tương tự có NL ba pha NLND ba pha θ 60 120 180 240 300 360 θ θ θ θ θ 10/22/2010 12 14/11/2012 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.1 Những vấn đề chung NLNA Nhược điểm NLND: NLNA xây dựng chủ yếu MOSFET IGBT, mạch lực chế tạo chuẩn, tạo thành modul, dễ sử dụng Điện áp phụ thuộc vào tải, khó phù hợp với phụ tải thông thường Thiết bị điện thường sản xuất cho cấp điện áp tiêu chuẩn nên hoạt động điện áp biến động mạnh NLND thiết kế cho phụ tải cụ thể, có công suất lớn lớn NLNA chế tạo dùng cho lớp rộng rãi phụ tải NLNA đảm bảo điện áp có dạng không đổi, đáp ứng cho phụ tải sản xuất hàng loạt 10/22/2010 13 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.2 Sơ đồ NL nửa cầu (Half bridge) Van V1, V2 ON/OFF ngược nhau, D1, D2 điôt ngược, dẫn dòng tự tụ DC, Điện áp tải: VOC = +/- VDC Mô hình tải Ls, Rs, Es (Es DC hay AC) đại diện cho nhiều trường hợp: động cơ, nguồn dòng AC điều khiển được, chỉnh lưu tích cực S.đ.đ Es thể phụ tải, nơi điện biến đổi thành dạng lượng khác Có thể điều khiển dòng Io theo hình dạng Sơ đồ Giới hạn: VOC từ -VDC đến + VDC dIo/dt > Ts dòng điện uốn theo dạng tín hiệu m(t) 18 14/11/2012 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA Bộ điều khiển số PWM, thường có vi điều khiển đại: Đồ thị dạng sóng: 10/22/2010 19 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA Uniformly sampled with single update mode (Khác analog naturally sampled PWM) Chế độ trích mẫu (Khác với trích mẫu tức thời) Trailing edge modulation, (Hình b) Bộ điều chế sườn sau Leading edge modulation, (Hình c) Bộ điều chế sườn trước Triangular carrier modulation, (Hình d) Bộ điều chế sóng mang đối xứng Tín hiệu điều khiển update đầu chu kỳ điều chế 10/22/2010 20 10 14/11/2012 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.7 Tính toán thông số sơ đồ NLNA PWM Bù công suất phản kháng tải: QL = So2 − Po2 = 12502 − 10002 = 750(Var ) Nếu bù tụ C phải có QC = QL; Q 750 U2 C = C2 = = 49,35 ( µ F ) QC = C = ωCU C2 ω U π .50.220 XC C So với giá trị tụ C tính mục (7) thấy chọn tụ C=50µF phù hợp Cần kiểm tra lại điều kiện tần số XC >> XL: Nếu không tạo nên phân áp XC XL, đạt điện áp 220 V đầu X = 2.π 50.12.10−3 = 3,768 Ω; L X C = 1/ ( 2.π 50.50.10 −6 ) = 63,7 Ω Thực XC >> XL 10 Kiểm tra lại số liệu tính toán sơ đồ mô hình mô Đây phương pháp hiệu để kiểm chứng tính toán từ mục (1) đến (9) 10/22/2010 27 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.7 Tính toán thông số sơ đồ NLNA PWM 11 Tính toán tụ C mạch chiều Tụ C mạch chiều dóng vai trò tụ lọc mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trò tiếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu điôt ngược đưa Vậy giá trị tụ giá trị cần lớn Trường hợp nặng nề dòng tải giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng tải cảm, điện áp điều chế qua không), đó: ∆t ∆U C = x ∆I C ∆t x = Ts / 2; ∆I C = I o ,max C Thường chọn ∆UC = 0,05÷0,1UDC Có thể tính được: ∆I C C= = = 10,53.10 −6 ≈ 10 ( µ F ) f s ∆U C 2.20.103.0,05.380 Tụ C tính có giá trị nhỏ, chứng tỏ ưu việt PWM Trong trường hợp tụ chiều C xác định chủ yếu từ điều kiện san điện áp đầu chỉnh lưu 10/22/2010 28 14 14/11/2012 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM Mô hình Trên MATLAB Sơ đồ 1, nửa cầu Sơ đồ 2, Cầu pha 10/22/2010 29 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM Kết mô hình 1, sơ đồ nửa cầu (m=0,8; UDC=200V) Tần số điều chế chọn thấp kHz để minh họa rõ độ đập mạch dòng tải Dòng đập mạch lớn thời điểm điện áp điều chế m(t) qua (khi d=0,5) Nếu lúc dòng đạt giá trị biên độ (tải gần cảm) chu kỳ điều chế xác định dòng đỉnh lớn (Trường hợp xấu nhất) Đây sở tính toán dòng đỉnh qua van điôt mục (5), phần V.3.7 10/22/2010 Đồ thị dòng, áp NL 30 15 14/11/2012 V.3 Nghịch lưu nguồn áp pha V.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM Kết mô hình 2, sơ đồ cầu pha Tham số tính toán theo phần 3.7 Tần số điều chế 20 kHz Mạch lọc LC tính toán theo: Cuộn cảm L đảm bảo độ đập mạch dòng tải phạm vi 20% Tần số cắt mạch lọc 1/10 tần số fs Tụ lọc C tính theo tần số cắt mạch lọc hiệu chỉnh để bù công suất phản kháng tải L = 12 mH, C = 50 uF Đồ thị dòng, áp đầu 10/22/2010 31 V.4 Nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha V.4.1 Sơ đồ cầu ba pha VSI cầu ba pha coi gồm ba nhánh van nửa cầu (V1, V4), (V3, V6), (V5, V2) Các van nhánh cầu không mở Tải phía xoay chiều nối điểm nửa cầu nên không cần đến điểm phía chiều sơ đồ nửa cầu thông thường Để sử dụng kết PWM sơ đồ nửa cầu cho sơ đồ cầu ba pha ta sử dụng mạch điện tương đương cầu ba pha ba nửa cầu, với điểm phía DC 10/22/2010 VSI cầu ba pha Cầu ba pha = nửa cầu U DC U DC 32 16 14/11/2012 V.4.1 Sơ đồ cầu ba pha Phương pháp điều khiển U DC uAn Dạng điện áp xung VSI cầu ba pha uAn, uBn, uCn ba điện áp sơ đồ nửa cầu (+/-UDC/2), lệch pha 120° uZn=1/3.(uAn+ uBn+ uCn ); uZn có dạng xung chữ nhật, tần số 3f, biên độ +/-1/6UDC uA=uAn-uZn ; uB=uBn-uZn ; uC=uCn-uZn; uAB=uAn-uBn ; uBC=uBn-uCn ; uCA=uCn-uAn Sóng hài điện áp pha đầu ra: U 6(1)s = π − (a) π ∫ u sin θ dθ π θ 2π U DC U DC uBn θ U − DC U DC uCn U − DC θ uA 2U DC U DC θ uB −π π 2π /3 π /3  (b) = U DC  ∫ sin θ dθ + ∫ sin θ dθ + ∫ sin θ dθ  π π /3 2π /3 0  = U DC π θ uC θ U DC uZn 10/22/2010 33 V.4.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM SPWM (sinusoidal PWM) cho cầu ba pha thực cho ba sơ đồ nửa cầu: với ba sin chuẩn, hệ thống điện áp cưa (Carrier based – PWM) Hệ số điều chế: m = mref/ms , biên độ sóng sin chuẩn biên độ cưa Trong dải điều chế tuyến tính điện áp hình sin, yêu cầu ≤ m ≤ Các tiêu chuẩn đánh giá: M = U1m/U1m,6s biên độ sóng hài bậc so với sóng bậc dạng điện áp xung ≤ M ≤ 0,785 10/22/2010 τ τ τ τ τ τ Sơ đồ nguyên lý thực CBPWM 34 17 14/11/2012 V.4.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM Mẫu xung điều khiển PWM với cưa đối xứng: Mẫu xung cho thấy dạng tối ưu chuyển mạch, lần có pha phải đóng cắt Trạng thái van cho điện áp (ứng với vector không SVM) phân bố đối xứng hai đầu chu kỳ Ts 10/22/2010 35 V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm ZSS-PWM Với điều chế điện áp hình sin theo mạch điện tương đương với sơ đồ nửa cầu điện áp pha đầu thay đổi +/- UDC/2, biên độ lớn điện áp Chính theo SPWM hệ số điều chế lớn Mmax= (UDC/2)/ (2/π.UDC )= π/4=0,785 (m=1) Thực với sơ đồ cầu không cần điểm mạch DC điện áp +UDC –UDC Điều nghĩa biên độ điện áp sóng sin điều chế nghịch lưu lớn hơn, đến 2/π.UDC dạng điện áp xung Phương pháp điều chế có thành phần thứ tự (Zero Sequence Signal PWM – ZSS PWM) dựa sở hệ thống ba pha cân thành phần thứ tự trở kháng vô lớn Điều nghĩa dạng sóng chuẩn mong muốn có thành phần sóng hài bậc thành phần xuất dạng sóng điện áp Thành phần sóng hài bậc pha thể điểm trung tính tải, uZn Nếu uZn có sóng hài bậc điện áp không bị ảnh hưởng 10/22/2010 36 18 14/11/2012 V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm ZSS-PWM Nếu thêm vào thành phần sóng hài bậc dạng điện áp sóng sin chuẩn, mở rộng dải thay đổi biên độ sóng hài bậc điện áp mà không ảnh hưởng đến dải điều chế tuyến tính VSI ba pha Sóng bậc thêm vào có dạng sin, tam giác, chữ nhật Biên độ sóng bậc hình sin ¼ biên độ sóng mong muốn tương ứng với hệ số sóng hài dòng điện nhỏ Sóng bậc 1/6 sóng dải điều chế tuyến tính mở rộng đến lớn đến M max = π / = 0,907 Hệ số điều chế mmax mở rộng đến 1,154, tức tăng thêm 15,4% Hệ số mmax mở rộng đến giá trị mà dạng sóng điều chế thu mref nhỏ 1, nghĩa vùng tuyến tính tín hiệu cưa 10/22/2010 37 V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM Minh họa phương pháp tạo tín hiệu điều khiển điều chế với thành phần thứ tự Hai dạng tín hiệu sóng bậc ba dùng: - Sóng bậc hình sin (biên độ ¼ 1/6 biên độ sóng bản) - Sóng bậc hình tam giác Tương đương với điều chế vector không gian SVPWM 10/22/2010 Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM m=1,154 38 19 14/11/2012 V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM Có thể thấy tín hiệu điều chế sin mong muốn có dạng méo lẫn sóng hài bậc ba 10/22/2010 39 V.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM Đồ thị dạng xung điều chế ZZS PWM 10/22/2010 40 20 14/11/2012 V.4.4 Các thông số PWM cầu ba pha Thông số Ký hiệu Định nghĩa Giải thích Hệ số điều chế, sử dụng hai loại hệ số điều chế: - Biên độ sóng bậc so với dạng áp xung M U M = 1m U1m ,6 s Đối với SPWM điện áp hình sin ≤ M ≤ 0,785 - Tỷ số biên độ sóng sin điều chế so với biên độ sóng cưa m Dải điều chỉnh tuyến tính lớn Mmax mmax = Quá điều chế U1m ( / π )U DC m= U m ,ref U mc (π / = 0,785) Trong dải điều chế tuyến tính SPWM ≤ m ≤1 … 0,907 … 1,154 Phụ thuộc dạng tín hiệu điều chế chủ đạo ZSS-PWM M > Mmax m > mmax Dải điều chế phi tuyến (điện áp méo dạng) 10/22/2010 41 V.4.4 Các thông số PWM cầu ba pha Thông số Ký hiệu Định nghĩa Giải thích Tỷ số tần số điều chế so với tần số mf mf = fs/f1 mf số nguyên tốt nhất, mf >20 Tần số đóng cắt fs fs=1/Ts Ts chu kỳ điều chế Hệ số méo phi tuyến THD THD%=Ih/Is1* 100 Dùng cho dòng điện điện áp Hệ số méo dòng điện d Ih/Ih,6s Không phụ thuộc trở kháng tải 10/22/2010 42 21 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.1 Khái niệm vector không gian – Space vector Một hệ thống điện áp, dòng điện ba pha X = (XA, XB, XC), thỏa mãn X a + X b + X c = 0, Qua phép biến đổi Clark trở thành vector: (u A + auB + a 2uC ) 2π j a=e =− + j 2 Biểu diễn dạng ma trận: 1   −  1− uα   T 2  [ u A u B uC ] u  =  3 3   β 0 −  = T1.[u A u B uC ] T u= Trong đó: Biểu diễn trục tọa độ vector u trở thành:  uα = ( 2u A − uB − uC )  uβ = ( u B − uC )   u = U m cos ( ωt )  A  2π   m u B = U cos  ωt      2π   m uC = U cos  ωt +     Nếu: Vector u trở thành vetor quay: u = U me j ( ωt ) 10/22/2010 43 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.1 Khái niệm vector không gian – Space vector m j ( ωt ) Tương tự vector điện áp u = U e vector dòng điện là: i = I me j (ω t −ϕ ) Với ϕ góc pha dòng điện với điện áp Vector không gian tổng quát: hệ thống điện vector biểu diễn ba thành phần: Thành phần thứ tự thuận, Thành phần thứ tự ngược, Thành phần thứ tự không u=u p +u n +u zer u p = U pm e j(θ +θ0 ) ; u n = U nm e − j (θ +θ1 ) ; u zer = 10/22/2010 Độ dài vetor biên độ thành phần tương ứng Nếu điện áp có thành phần sóng hài bậc cao vector biểu diễn qua thành phần chuỗi phức Fourie sau: ∞ ∞ k =0 k =1 u = ∑ upk e jkωt + ∑ u*nk e− jkωt Trong đó: T upk = ue − jkωt dt , k = 0,1, , ∞ T ∫0 u∗nk = T ue + jkωt dt , k = 1, 2, , ∞ T ∫0 ( u A + u B + uC ) 44 22 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.2 Cơ SVM Vector điện áp mong muốn biểu diễn dạng hệ tọa độ m u ref = U ref e jθ cực: Hoặc tọa độ thành phần: State switch: trạng thái van Trong biến đổi trạng thái phép van xác định điều kiện: Không làm ngắn mạch nguồn áp; Không làm hở mạch nguồn dòng u ref = uα , uβ  Tổng hợp vector mong muốn từ vector trạng thái Trong góc điều chế ∆θ k = ωTs với Ts chu kỳ điều chế, vector mong muốn tổng hợp từ hai vector trạng thái: State vector: vector trạng thái Ứng với trạng thái van xác định giá trị vector không gian điện áp Tính chất: Vector trạng thái có độ dài hướng cố định mặt phẳng Các vector trạng thái chia mặt phẳng thành phần nhau, gọi sector ur Ts = U1t1 + U 2t2 Thông thường vector trạng thái hai vector biên sector 10/22/2010 45 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.2 Bảng vector chuẩn SVM No Van dẫn uA uB uC u U0 V2, V4, V6 0 0 U1 V6, V1, V2 2/3UDC -1/3UDC -1/3UDC U2 V1, V2, V3 1/3UDC 1/3UDC -2/3UDC U3 V2, V3, V4 -1/3UDC 2/3UDC -1/3UDC U4 V3, V4, V5 -2/3UDC 1/3UDC 1/3UDC U5 V4, V5, V6 -1/3UDC -1/3UDC 2/3UDC U6 V5, V6, V1 1/3UDC -2/3UDC 1/3UDC U DC e− j π j U DC e 3 2π j U DC e 3 U DC e − jπ 2π −j U DC e 3 π −j U DC e 3 U7 V1, V3, V5 0 10/22/2010 46 23 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Biểu diễn vector trạng thái mặt phẳng 0αβ Các vector trạng thái biểu diễn mặt phẳng tọa độ 0αβ Đầu mút vector đỉnh lục giác Vector chia mặt phẳng thành góc nhau, gọi sector, đánh số từ I, II đến VI Hai vector không V0, V7 nằm gốc tọa độ 10/22/2010 47 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Tổng hợp vector điện áp Giả sử vector điện áp nằm sector I Biểu diễn vector uo qua hai vector biên: uo = u p + ut Trong đó: u = t p u ; u = tt u p Ts t Ts Độ dài vector: π  u sin  − θ  ; 3  ut = u sin θ up = Độ dài vector: u1 = u = U i = E u = Uo θ góc pha vector điện áp đầu ra, tính góc phần sáu: π θ = ∠u o − k ; k = 0,1,2,3, 4,5 Tính thời gian sử dụng vector biên: U U π  t p = Ts o sin  − θ  ; tt = Ts o sin θ Ui 3  Ui Gọi m=Uo/Ui, 0≤ m ≤1, hệ số điều chế, tính thời gian: t p = Ts q 2 π  sin  − θ  ; tt = Ts q sin θ 3  Trong vùng điều chế tuyến tính tp+tt ≤ Ts Trong khoảng thời gian lại áp dụng vector không to = Ts – (tp+tt) 10/22/2010 48 24 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Tổng hợp vector điện áp Thời gian t1, t2 thể thời gian sử dụng vector tích cực Thời gian lại t0/2=Ts/2-(t1+t2) áp dụng vector 0, V0 V7 Các cách xếp sử dụng vector không không ảnh hưởng đến giá trị vector mong muốn Cách dùng vector không tùy theo mục tiêu muốn đạt được: Giảm thiểu méo điện áp, Giảm đến tối thiểu số lần chuyển mạch van, tức giảm tổn thất van Không phải lúc giảm méo điện áp mục tiêu cao nhất, áp dụng giảm tốn thất Sine wave SVM, gọi SVPWM - SVM with Symmetrical Placement of Zero Vectors Đặt V0, V7 đối xứng quang nửa chu kỳ điều chế Ts Ví dụ sector I dùng vector: V0 – V1 – V2 – V7 – V7 – V2 – V1 – V0 Giảm tốn thất, gọi Discontinuous pulse width modulation - DPWM Trong chu kỳ Ts dùng vector không lần (V0 V7), giảm hai lần chuyển mạch 10/22/2010 49 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Các giới hạn SVM Các giới hạn SVM điện áp hình sin nhánh nửa cầu U ≤ u r ≤ DC Đồ thị giới hạn Sine wave SVM Điện áp sin Quỹ đạo vector tròn Chế độ điều chế tương đương với PWM vùng tuyến tính, điện áp hình sin, gọi SPWM U DC ≤ u ≤ U DC r Một pha bị giới hạn biên độ UDC/2 Điện áp bị méo Quỹ đạo vector theo đường lục giác, nét chấm U DC ≤ ur Hai pha bị giới hạn biên độ UDC/2 Điện áp bị méo 10/22/2010 50 25 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Phương pháp SVPWM với t0 = t7 Đây SVM tương đương với PWM có điều chế thứ tự không, với U3f có dạng tam giác cân Đồ thị dạng điện áp điều chế (Ts − t1 − t2 )  1 3 −  cos (ωt )   2   sin (ωt )     t0 = t = t1  U rm t  = Ts U  2 DC π  U DC ( t1 + t2 ) ; U An = U rm cos  ωt −  ; Ts   π   U DC = ( −t1 + t2 ) ; U Bn = U rm sin  ωt −  ; Ts   U An = U Bn U DC π U Cn = ( −t1 − t2 ) U Cn = −U An = −U rm cos  ωt −  Ts 2 6  U Zn = (U An + U Bn + U Cn ) U A = U An − U zn ; U B = U Bn − U zn ; U C = U Cn − U zn 10/22/2010 51 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Các giới hạn SVPWM Các giới hạn SVPWM Khi U rm ≤ (1/ )U DC điện áp pha tải có dạng sin hoàn toàn Khi U rm > 1/ U DC điện áp uAn, uBn,uCn bị giới hạn +/-UDC/2 Vectơ không gian điện áp bị giới hạn hình lục giác có đỉnh vectơ biên ( 10/22/2010 Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 173 V ) 52 26 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Các giới hạn SVPWM Các giới hạn SVPWM Vectơ điện áp bị hạn chế hình lục giác có đỉnh vectơ biên chuẩn Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 200 V Vectơ không gian điện áp với UDC = 300 V, Urm = 200 V 10/22/2010 53 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.4 Quá điều chế SVPWM Phép điều chế mà vectơ điện áp vượt (1/ )U d gọi điều chế (Overmodulation) 10/22/2010 Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 200 V 54 27 14/11/2012 V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.5 Nhận xét chung SVM SVM phương pháp dùng số hoàn toàn Thuật toán đơn giản, dễ ứng dụng vi xử lý Mở rộng phạm vi điều chế so với PWM Có thể điều chế mà thay đổi nhiều thuật toán Là phương pháp mở rộng cho nghịch lưu phức tạp sơ đồ pha – dây, sơ đồ nghịch lưu đa cấp, cho nghịch lưu pha Sơ đồ cấu trúc thực SVM 10/22/2010 55 V.6 Nghịch lưu cộng hưởng V.6.1 Các vấn đề chung NLCH SVM phương pháp dùng số hoàn toàn Thuật toán đơn giản, dễ ứng dụng vi xử lý 10/22/2010 Sơ đồ cấu trúc thực SVM 56 28