Chương 2. Điều khiển nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng dựa trên điều chế
2.1. Điều khiển nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng có xét đến lỗi van bán dẫn cấp nguồn cho hệ truyền động theo nguyên lý FOC
2.1.1. Cấu trúc của hệ truyền động
Cấu trúc điều khiển biến tần đa mức cầu H nối tầng có xét đến tình huống sự cố van bán dẫn, cấp nguồn cho hệ truyền động không đồng bộ theo nguyên lý FOC thể hiện nhƣ Hình 2. 1.
Ta thấy rằng, với hệ truyền động điều khiển vector làm việc theo nguyên lý điều khiển FOC, cấu trúc điều khiển đƣợc xây dựng theo kiểu phân tầng với mạch vòng ngoài gồm các khối chính: khối DTT, khối dẫn từ thông, từ thông quyết định bởi tốc độ đặtω* , trong vùng tốc độ danh định [ −ω N ,ωN ], từ thông không đổi. Với giới hạn yêu cầu là điều khiển động cơ trong dải tốc độ danh định từ thông quy đổi đƣợc đặt bằng một giá trị không đổi nhằm tối ƣu momen quay ψrd' = IsdN ; Khối điều khiển từ thông Rψ , đầu vào là sai lệch từ thông roto đặt và giá trị thực tính toán, có nhiệm vụ giữ cho từ thông bám theo giá trị đặt; khối điều khiển tốc độ Rω , đầu vào là sai lệch của giá trị đặt vận tốc gócω* và giá trị vận tốc đo đƣợc ω , đầu ra là giá trị đặt isq* . Mạch vòng trong là khối điều khiển dòng điện Ri, khử đan kênh và áp đặt nhanh 2 dòng isd và isq , đầu ra của bộ điều khiển là usd ,usq có nhiệm vụ điều khiển
23
từ thông rotor và momen quay. Hai thành phần điện áp này thông qua khối chuyển tọa độ thành điện áp trên hệ trục tọa độ cố định usα ,usβ . Điện áp này đƣợc đặt lên cực của động cơ thông qua khâu điều chế vector không gian để tạo xung điều khiển cho nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng. Khâu điều chế vector không gian sẽ có nhiệm vụ tính toán thời gian đóng cắt các van bán dẫn của nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng để tạo ra điện áp với biên độ, góc pha và tần số mà bộ điều khiển đòi hỏi. Nhƣ vậy, nguyên lý điều khiển FOC tạo ra một công cụ cho phép nhìn nhận các động cơ xoay chiều ba pha có bản chất vật lý tương đương với động cơ một chiều kích từ độc lập, nhờ vậy kế thừa đƣợc các thành tựu của truyền động điện một chiều.
Nhƣ vậy, theo nguyên lý điều khiển FOC của hệ truyền động không đồng bộ cấp nguồn bởi biến tần đa mức đã tách đƣợc hai thành phần tạo lƣợng đặt từ thông và momen. Thông qua bộ điều khiển dòng điện, khâu điều chế vector không gian và nghịch lưu đa mức cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ và là những khâu quan trọng để đảm bảo chất lƣợng của hệ truyền động. Đối với bộ điều khiển dòng điện đã có nhiều phương pháp điều khiển đã được đề xuất: tuyến tính, phi tuyến…đáp ứng tốt yêu cầu. Do đó, trong chương này sẽ kế thừa phương pháp điều khiển đã có để tập trung vào vấn đề điều chế cho nghịch lưu đa mức trong trường hợp có sự cố van bán dẫn và các yêu cầu của nghịch lưu đa mức là tối ưu tần số chuyển mạch van bán dẫn, tối ưu điện áp common mode. Cấu trúc nghịch lưu đa mức, với việc sử dụng nhiều van bán dẫn hơn để nâng cao số mức của điện áp đầu ra thì khả năng xảy ra lỗi một hoặc đồng thời nhiều van bán dẫn là hoàn toàn có thể xảy ra. Do đó, để góp phần nâng cao độ tin cậy cho nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng cần phải phát hiện cầu H khi lỗi xảy ra sau đó tái cấu trúc lại và thực hiện điều chế lại với cấu trúc này. Việc thiết kế khâu phát hiện lỗi cần đảm bảo nhanh, chính xác để giảm thiểu ảnh hưởng của lỗi đến hệ truyền động. Tuy thuộc vào phương pháp điều chế trong trường hợp lỗi mà việc tái cấu trúc này là khác nhau đã trình bày ở Mục 1.2.4. Việc điều chế SVM với với nghịch lưu đa mức đã đƣợc tái cấu trúc nhận thấy rằng, các nghiên cứu đã có khó khăn trong việc khái quát hóa, độ giảm điện áp lớn. Do đó, nghiên cứu này sẽ trình bày phương pháp điều chế SVM cải tiến đƣợc thực hiện một cách thống nhất có thể thực hiện với nghịch lưu đến mức mong muốn kể cả khi lỗi van bán dẫn, đồng thời đảm bảo chất lượng điện áp ra, với độ sụt giảm của điện áp là nhỏ nhất. Bên cạnh đó, thuật toán SVM đề xuất cũng sẽ đƣợc xây dựng để có thể áp dụng một trong hai yêu cầu tối ƣu điện áp common mode, tối ƣu tần số đóng cắt… là vấn đề rất quan trọng đặt ra từ đó góp phần nâng cao độ tin cậy cho nghịch
lưu đa mức.
24
ѱrd*
ω*
ωmax
-ωmax
lỗi (error)
MHTT
Vout
Phát lỗi hiện lỗi
lỗi
SVM cải tiến
CHB - MLI
isabc
S1,1 S1,3
k1
S1,2 S1,4
S2,1 S2,3
k2
S2,2 S2,4
Sn,1 Sn,3
kn Sn,2 Sn,4
N
{
IM
E
ω
Hình 2. 1.
Cấu trúc điều khiển FOC cho
IM cấp nguồn bởi nghịch lưu đa mức có xét đến tình huống sự cố hở mạch van bán dẫn
25