Bài báo này trình bày một nghiên cứu về hệ truyền động EHA sử dụng bộ chuyển đổi kẹp điểm trung tính ba mức (3L-NPC) thay thế cho nghịch lưu hai mức thông thường. Các tính toán đề xuất được xác minh bằng phân tích và thông qua mô phỏng bằng phần mềm PSIM. Kết quả cho thấy hệ thống hoạt động với chất lượng đầu ratốt hơn sử dụng bộ nghịch lưu 2 mức.
SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG NGHỊCH LƯU NPC BA MỨC TRONG HỆ THỐNG EHA CHO CÁC ỨNG DỤNG TRÊN MÁY BAY "NHIỀU ĐIỆN HƠN" STUDY AND SIMULATION OF 3-LEVEL NPC INVERTER OF EHA SYSTEM FOR "MORE ELECTRIC AIRCRAFT" Phạm Thị Thùy Linh TÓM TẮT Hệ thống truyền động thủy tĩnh EHA máy bay "nhiều điện hơn" yêu cầu cấu trúc điều khiển phức tạp để thực chuyển đổi điện xác hiệu Điều chế biến đổi tĩnh chủ đề đầy thách thức Bài báo trình bày nghiên cứu hệ truyền động EHA sử dụng chuyển đổi kẹp điểm trung tính ba mức (3L-NPC) thay cho nghịch lưu hai mức thơng thường Các tính tốn đề xuất xác minh phân tích thơng qua mơ phần mềm PSIM Kết cho thấy hệ thống hoạt động với chất lượng đầu tốt sử dụng nghịch lưu mức Từ khoá: Truyền động thủy tĩnh (EHA), Bộ chuyển đổi đa mức, động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM), điều khiển vector, điều chế độ rộng xung (PWM) ABSTRACT Electro-Hydrostatic Actuator (EHA) in "more electric" aircraft requires complex control structures to realize precise and efficient power conversion Strategy of modulation control has always been a challenging subject This paper presents a study of EHA drives using a Three-Level Neutral Point Clamp converter (3L-NPC) instead of conventional two-level inverter The proposed calculations are verified by analysis and simulation by PSIM software The results show that the system operates with better output quality than using a 2-level inverter Hình Phân bổ cơng suất máy bay thơng thường sử dụng lượng điện, khí nén, thủy lực học Keywords: EHA (Electro-Hydrostatic Actuator), Multilevel Converter, PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor), Vector control, Pulse Width Modulation (PWM) Khoa Điều khiển Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực Email: linhptt@eu.edu.vn Ngày nhận bài: 15/2/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 10/4/2021 Ngày chấp nhận đăng: 25/4/2021 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, trước dịch Covid bùng phát vận tải hàng khơng tăng trưởng bình qn 9% / năm dự đoán tiếp tục tăng trưởng với tốc độ xấp xỉ 5%/năm tương lai gần [1] Một lý cho phát triển vượt bậc tìm thấy cải tiến công nghệ máy bay, giúp tăng hiệu suất giảm chi phí di chuyển đường hàng khơng Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình Sử dụng lượng điện máy bay nhiều điện Việc sử dụng điện tử công suất trở thành công nghệ then chốt để nâng cao hiệu giảm chi phí nhiên liệu khí thải CO2 máy bay thường gọi với khái niệm "Máy bay nhiều điện hơn" (MBNĐH) [1] Mục đích cơng nghệ giảm Vol 57 - No (Apr 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 27 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ trọng lượng máy bay cách sử dụng đáng kể thiết bị điện tử cơng suất thay phận dẫn động khí, khí nén thủy lực nặng nề (hình 1, 2) Việc thay hệ thống không dùng điện thiết bị điện dẫn đến nhu cầu điện tăng lên đáng kể Trong máy bay thông thường, chẳng hạn Airbus A330, công suất lắp đặt khoảng 300kVA, công suất lắp đặt máy bay nhiều điện phát hành gần đây, Airbus A380 600kVA [2] theo [3] Boeing Dreamliner 787 lắp đặt công suất 1MVA P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Công suất cần thiết cho truyền động khác thay đổi từ vài kW đến 50kW ổn định ngang bánh lái [11] đặc điểm nhiệm vụ truyền động khác khác Trong đó, q trình cất cánh hạ cánh, cần thực chuyển động nhỏ khơng có thay đổi suốt chuyến bay Trong báo tác giả tập trung vào mô mạch lực mạch điều khiển hệ thống EHA sử dụng điện tử công suất NPC mức thay cho nghịch lưu mức thơng thường (hình 5) Trong máy bay thơng thường, máy phát điện kết nối với tuabin thông qua hộp điều tốc khí, truyền tốc độ thay đổi trục động sang trục tốc độ không đổi sử dụng để tạo lưới điện ba pha máy bay với tần số nguồn không đổi 400Hz điện áp 115V Việc khởi động động thường cung cấp hệ thống khí nén máy bay mong muốn loại bỏ không khí rị hệ thống khí nén cồng kềnh, giải pháp phải tìm Thay sử dụng phận bổ sung để khởi động, máy phát điện sử dụng để khởi động động giúp giảm trọng lượng máy bay [4, 5] Trong MBNĐH, hộp số học loại bỏ máy phát điện kết nối trực tiếp với trục động cơ, dẫn đến tần số nguồn điện máy bay thay đổi 360 - 800Hz (hình 3) Máy đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) Máy điện từ trở chuyển mạch (SRM) công nghệ động / máy phát ưu tiên nghiên cứu áp dụng mật độ công suất cao, độ bền khả chịu nhiệt độ cao [1, 11, 12] Do nhu cầu điện tăng lên, điện áp lưới Boeing B787 tăng lên 230V để giảm tổn thất dẫn điện [8] Một điểm MBNĐH thay hệ thống truyền động thủy lực nặng nề truyền động dẫn động điện Hai loại thiết bị truyền động tiêu biểu cho thay là: Thiết bị truyền động thủy tĩnh điện (EHA) [25] (hình 3) Thiết bị truyền động điện (EMA) [9, 10] thể hình Vì lưới điện máy bay thường không cung cấp phần tử lưu trữ lượng nên không phép trả lượng vào nguồn điện lưới Năng lượng phải tiêu tán liên kết điện áp chiều minh họa điện trở hãm hình 3, Hình Sơ đồ EHA sử dụng nghịch lưu hai mức Sơ đồ nguyên lý hệ thống EHA sử dụng nghịch lưu NPC mức thể hình Hình Sơ đồ EHA sử dụng nghịch lưu NPC ba mức Tầng đầu vào chuyển đổi (hình 6) gần hồn tồn thụ động cấu tạo lọc T thông thường, cầu điốt tồn sóng tạo thành từ phần tử lý tưởng (điện trở trạng thái không đổi), lọc đầu LC băm xung áp lưu biến, hoạt động từ trễ ngưỡng điện áp lớn điện áp DC, giai đoạn hãm truyền động SƠ ĐỒ NPC BA MỨC THAY THẾ NGHỊCH LƯU HAI MỨC Hình Sơ đồ truyền động thủy tĩnh máy bay (EHA) Hình Sơ đồ truyền động điện máy bay (EMA) 28 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (4/2021) 2.1 Nghịch lưu NPC mức Mỗi pha nghịch lưu NPC ba mức cấu trúc mạch EHA thiết kế bao gồm bốn cặp van bán dẫn mắc song song ngược hai điôt kẹp hai tụ điện chiều có điện áp tụ 270VDC Sơ đồ thể đường dẫn dòng điện nghịch lưu ứng với dòng điện dương âm thể hình trạng thái hoạt động sơ đồ thể bảng Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 chuyển mạch cho biến tần NPC, với cân điện áp liên kết DC Trong chiến lược này, tùy thuộc vào độ lệch điện áp tụ điện liên kết DC, tín hiệu bù đưa bổ sung vào tín hiệu điện áp ba pha tham chiếu Trong chiến lược này, dòng điện điểm trung tính tích hợp, tạo độ lệch điện áp điểm trung tính Dựa giá trị này, điện áp thứ tự không (vo) thêm vào trừ từ tín hiệu điện áp tham chiếu, để tạo xung chuyển mạch a) Is>0 MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ b) Is0 b) Is0 Isa