Bài viết giới thiệu bộ nghị ch lưu ghép nối tầng 2 bậc gồm 2 bộ nghị ch lưu hai bậc chuẩn với kỹ thuật điều chế sóng mang PWM. Giải thuật đã được kiểm chứng tính đúng đắn qua kết quả mô phỏng và thí nghiệm phần cứng thông qua bộ kit DS1104.
Tạp chí Khoa học số 39 (08-2019) TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU GHÉP TẦNG HAI BẬC BẰNG KỸ THUẬT SÓNG MANG PWM y Phan Thanh Hồng Anh(*) Tóm tắt Hiện nay, nhiều nghiên cứu nghịch lưu ghép nối tầng đa bậc nhằm đơn giản hóa cấu hình mạch phần cứng giảm giá thành hệ thống Bài báo giới thiệu nghịch lưu ghép nối tầng bậc gồm nghịch lưu hai bậc chuẩn với kỹ thuật điều chế sóng mang PWM Giải thuật kiểm chứng tính đắn qua kết mơ thí nghiệm phần cứng thơng qua kit DS1104 Từ khóa: Bộ nghịch lưu ghép, điều khiển độ rộng xung, nguồn chiều Giới thiệu chung Cấu hình chuyển đổi điện tồn ngày cịn nhiều hạn chế giới hạn thiết bị bán dẫn Các nghịch lưu đa bậc xuất nhằm khắc phục giới hạn điện áp thiết bị bán dẫn: Một ứng dụng trước tiên kết nối hệ thống điện áp cao AC DC Nguyên lý nghịch lưu đa bậc kết nối nhiều thiết bị nối tiếp kẹp điện áp Các biến đổi đa bậc mang lại sức sống cho ứng dụng truyền động Tuy nhiên, muốn tăng công suất nghịch lưu đáp ứng điện áp DC lớn làm cho chi phí đầu tư đắt đỏ hệ thống điều khiển phải thiết kế cho số pha cụ thể cần nhiều nguồn cung cấp Bộ nghịch lưu ghép nối tầng giải pháp để khắc phục giới hạn công suất Chỉ cần sử dụng thiết bị tiêu chuẩn kết nối theo cách cơng suất tăng lên gấp đơi, có khả cung cấp cho tải Đây ưu điểm nghịch lưu ghép nối tầng không cần thiết phải có phần cứng phức tạp Bộ nghịch lưu ghép nối tầng có cấu trúc dựa vào kết nối nối tiếp số loại cấu trúc cho pha Những nghịch lưu nhìn chung kết nối từ nghịch lưu bậc thấp như: Bộ nghịch lưu pha bậc đơn giản nghịch lưu pha bậc kiểu diode kẹp Đối với nghịch lưu ghép tầng cấp từ nguồn chiều riêng biệt, để tối ưu hóa tổn hao, nghịch lưu có nguồn điện áp DC lớn ưu tiên hoạt động tần số hài cịn nghịch lưu có nguồn điện áp thấp (*) Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu 98 hoạt động tần số đóng cắt cao Đối với nghịch lưu ghép tầng cấp từ hai nguồn DC cách ly nối tắt tạo thành nguồn DC chung để đơn giản hóa cấu hình mạch cơng suất, giảm chi phí khơng gặp khó khăn gây tượng nguồn DC không cân Một số lý thuyết trình bày mối quan hệ mật thiết phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM) kỹ thuật điều chế sóng mang (CBPWM) nghịch lưu đa bậc Đối với kỹ thuật điều chế đa sóng mang làm cho giải thuật phức tạp điều khiển khó khăn, khó đồng hóa hệ thống điều khiển Các phân tích chứng minh kỹ thuật điều chế nhiều sóng mang thực kỹ thuật sóng mang nghịch lưu hai bậc thông thường Sự tương quan ứng dụng báo để phát triển thành kỹ thuật điều chế sóng mang, điều khiển điện áp ngõ nghịch lưu ghép nối tầng đa bậc [2] Trong suốt trình xây dựng báo này, tơi ln lấy sở phân tích kỹ thuật điều chế sóng mang truyền thống, đó: - Tổn thất chuyển mạch nhỏ Cụ thể điều khiển cho có chuyển mạch xảy trình độ chuyển tiếp hai trạng thái đóng cắt - Tăng giảm điện áp ngõ nửa chu kỳ sóng mang - Điều khiển tuyến tính PWM dVx = const dVxref (1) TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP Bộ nghịch lưu ghép nối tầng hai bậc hai nguồn cách ly phân tích mạch Dựa theo ngun lý thuật tốn điều khiển sóng mang cho nghịch lưu nối tầng cascade Với Tạp chí Khoa học số 39 (08-2019) giá trị điện áp đặt, giá trị thông số điều khiển ξj xác định cho phát sóng mang PWM 2.1 Mạch khảo sát Hình Sơ đồ mạch nghịch lưu ghép tạo từ nghịch lưu pha bậc Mạch sử dụng hai nghịch lưu pha bậc tắc chịu dịng cơng suất cao ghép lại với tạo thành nghịch lưu ghép bậc Thành phần nghịch lưu ghép bậc có nguồn DC độc lập có giá trị điện áp Vd Thuật tốn tổng hợp điều khiển sóng mang PWM ứng dụng cho pha Phần nghịch lưu phía cao hoạt động với tần số hài phần thấp nghịch lưu cịn lại đóng cắt tần số cao Phần thứ nghịch lưu cấp nguồn cho tải có sinh số hài lại bù thành phần thứ 2, có chức giống lọc 2.2 Phân tích mạch Sơ đồ mơ hình mạch giải tích Sáu cặp linh kiện nghịch lưu ghép điều khiển sóng điều khiển tương ứng là: ξ11, ξ21, ξ31, ξ12, ξ22 ξ32 Quan hệ trị trung bình áp nghịch lưu Vd sóng điều khiển ξ mơ tả hàm sau: V110 = ξ11*Vd ; V210 = ξ21 *Vd ; V310 = ξ31*Vd V120 = ξ12*Vd ; V220 = ξ22*Vd ; V320 = ξ32*Vd (2) Ta có: V10 = V110 - V120; V20 = V210 - V220 ; V30 = V310 - V320 (3) 99 Tạp chí Khoa học số 39 (08-2019) TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP b) Mạch tương đương biến đổi từ mơ hình a a) Mạch tương đương biến đổi từ mạch khảo sát (Hình 1) c) Mạch tương đương biến đổi từ mơ hình b Hình Mơ hình giải tích mạch tương đương Suy ra: Bảng Quan hệ giá trị đặt tổng, trạng thái áp nghịch lưu thành phần đại lượng điều khiển hai nghịch lưu V10 = (ξ11 - ξ12)*Vd, V20 = (ξ21 - ξ22)*Vd, (4) [3] V30 = (ξ31 - ξ32 )*Vd Đặt: Vj0 = Vj10 - Vj20 Vj0 j=1,2,3 (Vj10; Vj20) j=1,2,3 ξJ1 ξJ2 ξX -Vd (0;Vd)(1)(2) -1 (0;X)(1) với j = 1,2,3 Từ giá trị trung bình điện áp điều chế pha sau: -Vd ˂ Vj0 ˂ (X;Vd)(2) Vj0+ Vd Vd Vj0 Vd (0;0)(1) 0 (Vd;Vd)(2) 1 100 Vj0 Tạp chí Khoa học số 39 (08-2019) TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP Vj0 (X;0)(1) Vd 0