Nói chung, nghịch lưu đa mức với m mức điện áp sẽ yêu cầu (m-1) sóng mang. Trong phương pháp điều chế này, tất cả các sóng mang dạng tam giác có cùng tần số và biên độ đỉnh nhọn, nhưng có sự lệch pha giữa 2 sóng mang bất kỳ kề nhau với
0 360 1 cr m (2.1)
Sóng điều chế luôn là sóng dạng hình sin 3 pha với biên độ và tần số có thể điều chỉnh được. Tín hiệu các cổng được tạo ra bằng cách so sánh sóng điều khiển và các sóng hình tam giác. Ta xét quá trình điều chế đối với bộ nghịch lưu CHB 7 mức ở hình 2.1. Hình 2.2 chỉ ra nguyên lí của điều chế dịch pha cho nghịch lưu CHB 7 mức, trong đó 6 sóng mang hình tam giác với độ lệch pha 600 giữa 2 sóng bất kì cạnh nhau. Ta xét đối với pha A còn các pha còn lại hoàn toàn tương tự.
- 29 -
Hình 2.1. Cấu trúc nghịch lưu cầu H 7 mức ứng với pha A.
Hình 2.2. Phương pháp PWM kiểu dịch pha cho biến tần 7 mức (mf = 3, ma = 0.8, fm = 60Hz, fcr =180Hz) [9].
- 30 -
Các sóng mang vcr1, vcr2, vcr3 được dùng để tạo ra tín hiệu đóng mở cổng cho các van S11, S12, S13 tương ứng của nhánh bên trái các cell cầu H1, H2, H3. 3 sóng tam giác còn lại vcr1-, vcr2-, vcr3- lệch 1800 pha tương ứng so với vcr1, vcr2, vcr3, tạo tín hiệu đóng mở cổng cho các van S31, S32, S33.
Giản đồ PWM được nói đến ở trên thực chất là phương pháp điều chế đơn cực. Tín hiệu cho các van S11, S31 ở H1 được tạo ra bằng cách so sánh vcr1 và vcr1- với vma. Điện áp ra vH1 biến đổi giữa 0 và E trong nửa chu kì dương và 0; -E trong nửa chu kì âm của tần số cơ bản. Chỉ số của tần số điều chế là mf = fcr/ fm = 3 và chỉ số biên độ là ma = Vma/Vcr = 0.8
Điện áp ra VAN = VH1+VH2+VH3. Rõ ràng dạng điện áp pha ra sẽ được tạo bởi 7 mức điện áp: +3E, 2E, E, 0, -E, -2E, -3E.
Tần số chuyển mạch thiết bị fsw, dev = fcr = fm *mf = 600Hz. Sóng điện áp vAN tạo bởi 7 mức điện áp với giá trị đỉnh nhọn bằng 3E. Khi các IGBT ở các cầu H khác nhau không chuyển mạch đồng thời thì độ dài của bước điện áp thay đổi lúc chuyển mạch chỉ là E. Điện áp dây VAB có 13 mức điện áp với biên độ là 6E.
Sóng hài trong VH1 cũng như VH2, VH3 xuất hiện với dải trung tâm xung quanh giá trị 2mf và các bội số của nó như 4mf và 6mf. Điện áp pha VAN không bao gồm bất kì sóng hài nào ở dải nhỏ hơn 4mf, dẫn tới sự giảm bớt đáng kể THD. Giá trị THD với vAN chỉ là 18,8% so với 53,9% của vH1. Và những dải sóng hài trên không xuất hiện trong dạng điện áp dây vAB và dẫn tới sự giảm nhiều hơn giá trị THD là 15,6%.
Nhận thấy tần số chuyển mạch nghịch lưu fsw, inv = 6mf * fm = 6fsw, dev. Đó là một đặc trưng mong muốn của biến tần đa mức khi mà giá trị cao của fsw, inv làm cho nhiều sóng hài của vAB bị giới hạn hơn, trong khi giá trị thấp của fsw, dev giảm bớt tổn thất chuyển mạch van. Nói chung, tần số chuyển mạch biến tần sử dụng phương pháp điều chế dịch pha sẽ liên hệ với tần số chuyển mạch thiết bị.
w, 2 w, 1 w,
s inv s dev s dev
f Hf m f (2.2)
Và ta cũng có 1 , đối với biến tần 7 mức thì Vd = 3E. 2
d
m
- 31 -
Hình 2.3. Dạng sóng điện áp và sóng hài của nghịch lưu 7 mức với điều kiện fm = 60Hz, mf = 10, ma = 1 [9].
- 32 -