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 nghịch lưu NPC, dv/dt của điện áp C.M là Vdc/6 trong khi bộ biến tần hai bậc truyền thống là Vdc/2. Bởi vậy cĩ thể trơng cậy vào các bộ nghịch lưu NPC để đối phĩ với vấn đề điện áp C.M trong hệ truyền động điều tốc động cơ điện khơng đồng bộ xoay chiều. Tuy nhiên biên độ của điện áp C.M Vdc/6 vẫn cịn khá cao để gây nên các vấn đề như đã nêu ở trên (trong cơng nghiệp thơng thường Vdc tối thiểu 500 VDC).
Một phương án đơn giản và triệt bỏ rất hiệu quả điện áp C.M đĩ là dựa vào giản đồ điện áp của biến tần ba bậc, dễ dàng suy ra cĩ 7 vector điện áp khơng hề phát sinh điện áp C.M, đĩ là (+1,0,-1); (0,+1,-1); (- 1,+1,0); (-1,0,+1); (0,-1,+1); (+1,-1,0) và (0,0,0), cụ thể đây chính là điện áp tại các đỉnh của lục giác nhỏ và tâm của lục giác trong giản đồ vector điện áp. Tuy nhiên như đã giới thiệu ở chương 2, nếu chỉ luân chuyển giữa 7 trạng thái điện áp trên thì nghịch lưu sẽ gây ra rất nhiều hài và đặc biệt khi
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 32
số bậc là số chẵn thì phương thức này khơng thể ứng dụng được. Qua đây ta thấy: “Cĩ thể triệt bỏ hồn tồn điện áp C.M, nhưng đĩ khơng phải là phương thức triệt giảm C.M tối ưu”.
Hình 4.1: Biến tần ba bậc dạng diode kẹp với phương thức triệt bỏ C.M Vận dụng lý luận trên cho phương thức SPWM, đây là phương thức sử dụng rất rộng rãi trong 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 sĩng mang tam giác, minh hoạ trên hình 4.1. Ở đây là biến tần ba bậc do đĩ cần hai tín hiệu sĩng mang tam giác (hình 4.2).
Sau khi so sánh với Vref , hình 4.2 b trình bày điện thế pha – tâm nguồn DC của nghịch lưu trên hình 4.1. Sĩng dạng bên trên sẽ điều khiển các khố bán dẫn phía dương nguồn DC và tương ứng ngược lại là phía âm nguồn DC.
Mặc dù bản chất của phương thức này cho sĩng dạng điện áp với hài thấp nhưng điều này khơng cịn đúng khi biến tần chỉ sử dụng 7 trạng thái tạo ra điện áp C.M bằng khơng để triệt tiêu điện áp C.M. Tương tự như khi tính tốn ở biến tần hai bậc, ở đây sử dụng các sĩng mang tam giác và các tín hiệu điều chế hình sin 3 pha đối xứng. Đầu tiên lấy hai trong ba tín hiệu
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 33
điều chế ví dụ Vm1 và Vm2 so sánh với tín hiệu sĩng mang tam giác, sau đĩ lấy hiệu số giữa chúng (V1 và V2) để tạo ra tín hiệu PWM cho pha mẫu (ví dụ Va), minh hoạ trên hình 4.4. Giải thuật này thực hiện tương tự trên cho hai pha cịn lại.
Hình 4.2: Sĩng dạng điều chế giữa sĩng sin và tam giác trong nghịch lưu SPWM truyền thống
Hình 4.3: SPWM với chế độ triệt bỏ hồn tồn C.M Nghĩa là, việc điều chế dựa theo các phương trình sau:
tV V
Vm1 ref.sin ; Vm1 Vref.sint2/3; Vm1 Vref.sint2/3 (4.1)
Va = V1– V2 Vb = V2– V3 Vc = V3– V1
Điều này dẫn đến điện áp C.M:
(a)
(b)
(a)
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 34
Vsn = (Va+Vb+Vc)/3 = [(V1-V2) + (V2-V3) + (V3-V1)]/3 = 0 (4.2)
Mơ phỏng trên MATLAB, cho sĩng dạng điện áp như sau:
Hình 4.4: Sĩng dạng điện áp của pha–tâm nguồn DC; pha-pha và C.M trong SPWM truyền thống
Hình 4.5: Sĩng dạng điện áp của pha–tâm nguồn DC; pha-pha và C.M trong SPWM với chế độ triệt tiêu C.M
Rõ ràng với phương thức này, người ta đã triệt tiêu được hồn tồn điện áp C.M, nhưng đổi lại sĩng hài trên tải sẽ gia tăng dữ dội.