Thiết kế nghịch lưu đa bậc lai sử dụng kỹ thuật PWM sóng mang

C ấu trúc nghịch lưu áp đa bậc dùng diode kèm ( Neutral Point clamped Multilevel Inverter – NPC )

Bộ nghịch lưu đa bậc chứa các cặp diode kèm có một mạch nguồn DC được phân chia thành một số cấp điện áp nhỏ hơn nhờ chuỗi các tụ điện mắc nối tiếp. Điện áp từ một pha tải ( ví dụ pha A) thông đến một vị trí bất kỳ ở trên nhờ cặp diode kèm tại điểm đó. Để điện áp pha-nguồn DC đạt được bậc điện áp trên ( Ua0 = U ), tất cả các linh kiện bị kẹp giữa hai diode ( D1, D1’ ) – gồm n linh kiện mắc nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại phải được khoá theo nguyên tắc kích đối nghịch.

Như hình vẽ trên, tạo ra sáu bậc điện áp pha – nguồn DC nên mạch lưu trên gọi là bộ nghịch lưu sáu bậc. Bộ nghịch lưu áp đa bậc dùng diode kẹp cải tiến dạng sóng điện áp tải và giảm shock điện áp trên linh kiện n lần.

Cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc dùng tụ kèm (Capacitor-Clamped Multilevel Inverter)

Cascade inverter gồm nhiều bộ nghịch lưu áp cầu một pha ghép nối tiếp, các bộ nghịch lưu áp dạng cầu một pha này có các nguồn DC riêng và bằng nhau (VDC1=VDC2=…=VDCn=U). Trong vận hành, bộ nghịch lưu lai sử dụng cell điện áp cao chuyển đổi công suất chính còn cell điện áp thấp hơn để cải thiện dạng sóng điện áp của quá trình chuyển đổi. Ngoài ra, cell điện áp cao sử dụng những thiết bị có khả năng khóa điện áp cao nhưng lại không cần chuyển mạch nhanh như có thể dùng các IGCT(Integated Gate Controled Thyristors ).

Điều này giúp tiết kiệm linh kiện điện tử công suất, nhưng vẫn đạt được chất lượng điện áp tương đương như những bộ nghịch lưu không lai khác. - Trong quá trình tổng hợp điện áp, các cell có công suất nhỏ thường phải nhận năng lượng theo chiều âm nên nếu dùng cầu chỉnh lưu cung cấp nguốn DC cho các cell cầu H thì phải dùng cầu chỉnh lưu hai chiều.

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

Bởi vì điện ỏp ngừ ra của cell thứ j phải bằng Vjkhi tớnh hiệu điều chế của cell này cao hơn tổng các nguồn điện áp của cell thứ nhất đến cell thứ j-1. Vì tính hiệu điều chế r2(t)nhỏ hơn giá trị −σ2trong một vài khoảng thời gian của chu kỳ(hoặc cao hơn σ2trong chu kỳ õm), nờn điện ỏp ngừ ra bị mộo dạng khụng mong muốn. Trong trường hợp này, ta phải kiểm tra lại nguồn điện áp DC của cell công suất lớn nhất, để nó cung cấp không vượt quá tổng công suất của tải.

Bởi vậy, nếu (4.28) được thừa món, cell cụng suất lớn nhất khụng cung cấp cụng suất cơ bản nhiều hơn tảiự cần thiết, phụ thuộc giỏ trị dũng điện ngừ ra. Như mô tả ở trên, cell công suất lớn nhất không cung cấp công suất cho tải lớn hơn cần thiết tải, trong trường hợp nguồn DC được chọn thích hợp. Trên cơ sở đó, số cell được chọn có thể được định nghĩa là giá trị tối giản số cell mà nó có thể tổng hợp điện ỏp ngừ ra với số bậc điện ỏp mong muốn.

Ngay với một cell cú Vdc nhỏ hơn cung cấp nhiều công suất hơn cần thiết vấn đề này chỉ xuất hiện ở những giá trị thấp của chỉ số điều chế ma và giá trị này sẽ không ý nghĩa nếu được so sánh với công suất ảo được cung cấp bởi cell công suất lớn nhất. Với số cell này, nó có thể tạo ra số bậc điện áp mong muốn để cell công suất lớn nhất khụng cung cấp cụng suất lớn hơn cụng suất ngừ ra một pha. Các cell cầu H có điện áp thấp (V1 →Vn−1) có thể cung cấp vượt quá công suất cần thiết của nó, phụ thuộc vào độ lớn điện áp DC được thiết kế trên nó.

Tuy nhiên, nguồn DC các cell công suất cao hơn phải được thiết kết hợp lý, để hạn chế các cell công suất thấp hơn cung cấp vượt quá công suất cần thiết hay giảm thiểu khả năng vượt giới hạn. Ta có thể đưa ra nhận xét rằng, nếu tổng σjtrong công thức (4.50) nhỏ hơn hoặc bằng σj trong công thức (4.49) thì cell thứ j không cần thiết để cung cấp nhiều hơn công suất cần thiết. Tuy nhiên, nếu tổng σjtrong công thức (4.50) lớn σj trong công thức (4.49) thì cell thứ j cần thiết để cung cấp nhiều hơn công suất cần thiết của tải.

MÔ PHỎNG NGHỊCH LƯU LAI VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KHÁC NHAU

- Phương pháp mô phỏng điều chế vector không gian dùng sóng mang với common-mode trung bình (SVPWMmid). - Phương pháp mô phỏng điều chế Discontinuous dùng sóng mang với common-mode cực tiểu (DPWMmin). - Phương pháp mô phỏng điều chế Discontinuous dùng sóng mang với common-mode trung bình (DPWMmid).

Với kết quả nhận được như trên, thì bộ nghịch lưu trình bày trong luận văn cho kết quả thuận lợi hơn. Thuận lợi ở đây là, họa tần đạt bởi phương pháp điều khiển DPWMmin là 3.7% nhỏ hơn 3.77 của phương pháp SPWM thông thường.

KẾT QUẢ KHẢO SÁT

- Phương pháp mô phỏng điều chế vector không gian dùng sóng mang với common-mode cực tiểu (SVPWMmin). - Kế đến, theo thứ tự phương pháp SPWM, SVPWM_CMmin có độ méo dạng họa tần điện áp thấp hơn hai phương pháp còn lại. Nhìn chung, phương pháp SVPWM với CM trung bình cho kết quả ổn định và tốt hơn phương pháp DPWM_CMmid.

- Kế đến, theo thứ tự phương pháp SPWM, SVPWM_CMmin có độ méo dạng họa tần điện áp thấp hơn hai phương pháp còn lại. Nhìn chung, phương pháp SVPWM với CM trung bình cho kết quả ổn định và tốt hơn phương pháp DPWM_CMmid. Theo số liệu khảo ngoại trừ cell có công suất thấp nhất(Ncell1), các cell còn lại có số chuyển mạch với các phương pháp điều chế tương đương nhau.

- Phương pháp DPWM_CMmin cho số lần chuyển mạch trên linh kiện ít nhất trong tất cả các vùng chỉ số điều chế. Tuy nhiên, cell công suất lớn nhấât cũng như các cell công suất khác không cung cấp quỏ cụng suất ngừ ra. Tuy nhiên, cell công suất lớn nhấât cũng như các cell công suất khác không cung cấp quỏ cụng suất ngừ ra.

Nên khi sử dụng dạng sóng điều chế của phương pháp DPWM_CMmin cso một vài chỉ số điều chế khụng thừa món. Vì thế các cell thứ nhất và thứ 2 phải cung cấp công suất âm đểâ đảm bảo cụng suất ngừ ra đỳng yờu cầu của tải. Vì thế, các cell thứ nhất và thứ 2 phải cung cấp cụng suất õm đểõ đảm bảo cụng suất ngừ ra đỳng yờu cầu của tải.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Các phương pháp: DPWM_CMmid, SVPWM_CMmin, SVPWM_CMmid có một số thuận lợi về độ méo dạng và chuyyển mạch ít ở một số vùng điều chế. Vì thế khi sử dụng có thể điều khiển linh động để tận dụng các ưu điểm này. Cuối cùng, phương pháp đề nghị ứng dụng điều khiển DPWM_CMmin vào nghịch lưu lai.

Vỡ nú cú nhiều ưu điểm như: điện ỏp ngừ ra cú độ mộo dạng họa tần nhỏ, tổn thất chuyển mạch thấp, có thể hoạt động ở vùng quá điều chế đến chỉ số điều chế 1.1. Đặc biệt, nếu là tải động cơ thì nó rất thuận lợi trong việc tận dụng khả năng quá điều chế trong quá trình quá độ. Để giúp quá trình khởi động mạnh mẽ cũng như trong một số trường hợp quá tải.

Với kiểu này thì nguồn cung cấp DC cho các cell chỉ cung cấp công suất một chiều. Để diễn tả ý tưởng này xin xem đồ thị điện ỏp cỏc cell điện ỏp trong hỡnh 5.73. Ta thấy cụng suất ngừ ra các cell luôn cùng dấu nhau, điều này giúp tăng hiệu suất của bộ nghịch lưu.