CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO BIẾN TẦN NGUỒN ÁP SÁU PHA
2.3 Các kỹ thuật RCMV 4S-CBPWM cho biến tần nguồn áp sáu pha
Trong phần này, tác giả sẽ trình bày ba phương pháp CBPWM giảm điện áp common mode. Hai phương pháp đầu dựa vào nguyên lý thứ nhất thực hiện chuỗi 4 trạng thái khác nhau, nên ta gọi chung là 4S-CBPWM. Để thực hiện kỹ thuật CBPWM, một giá trị Vcom cần phải thiết lập để thiết kế hàm điều khiển 3 pha
vdka,vdkb,vdkc. Phương pháp thứ nhất thực hiện điều khiển PWM giảm common mode và thiết lập nó bằng trung bình cộng của common mode cực đại và cực tiểu; và
phương pháp thứ hai điều khiển CBPWM với trị common mode nhỏ nhất. Phương pháp thứ 3 giảm common mode sử dụng kỹ thuật sóng mang, kỹ thuật SIN POD CBPWM sử dụng các sóng mang cho BNL II dịch pha 1800 so với BNL I.
2.3.1 Kỹ thuật RCMV4S-CBPWM với CMV trung bình VcomMid
Mọi giá trị hàm common mode thiết lập riêng lẻ VcomI , VcomII đều cho phép giảm common mode. Kỹ thuật RCMV 4S-CBPWM thiết lập common mode, bằng trung bình cộng các common mode cực trị. Hàm offset và áp common mode liên quan được tính theo công thức (2.9).
Điện áp common mode có thể dẫn giải bằng:
v comMid =Mid Vd (2.31)
2
Ta có thể dẫn giải rằng, với giá trị điện áp này khi thực hiện kỹ thuật PWM sóng mang, sẽ làm cho thời gian thực hiện các trạng thái vector tích cực xa hơn bằng nhau (ví dụ V101 và V010 khi Vref nằm ở sector 1), khi sử dụng chúng thay thế vector zero trong chuỗi trạng thái giảm của điện áp common mode. Hệ quả có thể mong đợi từ tính chất này là khả năng giảm méo dạng điện áp ngõ ra.
Xét BNL I, gọi MaxI, MinI và MidI là các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và giá trị trung bình của các thành phần điện áp cơ bản 3 pha yêu cầu đã chuẩn hóa theo nguồn Vd. Tức là:
MaxI =
Max Vref_a ,Vref_b ,Vref_c
Vd
Min Vref_a ,Vref_b ,Vref_c (2.32)
MinI =
Vd MidI = - MaxI - MinI
Tương tự, đối với BNL II, ta có:
MaxII =
Max Vref_A ,Vref_B ,Vref_C (2.33)
Vd
MinI = Min Vref_A ,Vref_B ,Vref_C
Vd MidII = - MaxII - MinII
Hàm common mode cho hai BNL I và II, thực hiện điều khiển giảm common mode theo công thức:
vcomI = v
comMidI = MidI Vd (2.34)
2 vcomII = v
comMidII = MidII Vd (2.35)
2
Trị trung bình điện áp common mode của BNL 6 pha:
vcom = v
comMid = MidI+MidII Vd (2.36)
4
Hình 2. 6: Đồ thị chi tiết tương quan trị trung bình điện áp common mode ecomMax, VcomMid (màu đỏ) và ecomMin khi
chỉ số điều chế m= 1
Có thể thấy rằng, hàm (2.34), (2.35), (2.36) thỏa mãn điều kiện (2.18), (2.19) và (2.22) và kỹ thuật CBPWM với VcomMid sẽ tạo thời gian tác động của hai vector xa hơn bằng nhau. Vì hai vector xa hơn tác dụng như hai vector zero với phân bố thời gian bằng nhau, do đó sẽ cho méo dạng sóng hài thấp. Tương quan giữa Vcommax, Vcommin với VcomMid được mô tả trên Hình 2.6.
2.3.2 Kỹ thuật 4S-CBPWM với điện áp common mode tối ưu trị trung bình điện áp commen mode vcomOpt
Trong một số kết quả công bố gần đây cho thấy, sự tồn tại thành phần điện áp common mode bội ba sẽ gây ra stress điện áp lớn lên động cơ đặc biệt khi bộ biến tần kết nối động cơ bằng dây cable dài [102]. Do đó, để hạn chế hài bội 3, ta có thể chọn hàm điện áp common mode tối ưu, cực tiểu về giá trị độ lớn trong phương trình (2.4) như sau:
v comOpt =Min Vcom (2.37)
v v
Ta định nghĩa điện áp comOpt là trường hợp CBPWM có hàm com có giá
trị tuyệt đối nhỏ nhất có thể. Hàm tối ưu common mode, có trị trung bình common mode cực tiểu, có thể thiết lập như sau:
e
comMin if e
comMin 0
if e comMax 0
v comOpt =e comMax (2.38)
0 if e
comMin 0 e
comMax
Trong phạm vi có thể điều khiển kỹ thuật SIN PWM, giá trị trung bình Vcom=0.
Do đó, điện áp nghịch lưu không chứa thành phần common mode bội 3. Ngoài phạm vi này, các giá trị Vcom được chọn cực tiểu từ các điều kiện (2.8), (2.9) và (2.10). Dễ
dàng nhận thấy, định nghĩa hàm common mode vcomI và vcomII theo 2 điều kiện đầu của hệ thức (2.38) giải quyết dễ dàng. Tức là:
v comI = ecomMinI v
comOpt = e
comMin
vcomII = e if (2.39)
comMinII Và:v
comI = e
comMaxI v
comOpt = e
comMax
vcomII = e if (2.40)
comMaxII
SPVSI sử dụng kỹ thuật RCMV PWM sử dụng VcomOpt đạt giá trị common mode trung bình cực tiểu. Tìm hàm common mode cho BNL I và II khi hàm
vcomOpt=0 có thể thực hiện bằng cách đưa ra tham số k, 0 < k < 1, như sau:
vcomI = (1- k) e
comMinI + k e
comMaxI
vcomII = (1- k) e
comMinII + k e
comMaxII Giá trị k được xác định theo điều kiện v
comOpt=0 :
k = - ecomMinI + ecomMinII
ecomMaxI + e
comMaxII - e
comMinI - e
comMinII (2.42)
ecomMin
= -
ecomMax - e
comMin
Hình 2. 7: Đồ thị chi tiết tương quan trị trung bình điện áp common mode ecomMax, VcomOpt (màu đỏ) và ecomMin khi chỉ số điều chế m= 1
SPVSI sử dụng kỹ thuật RCMV PWM sử dụng VcomOpt đạt giá trị common mode trung bình cực tiểu. Khi chỉ số điều chế m<0.866, thì VcomOpt=0. Có thể nói, kỹ thuật RCMV PWM với VcomOpt tác dụng như kỹ thuật SIN PWM mở rộng đến điện áp lớn nhất của nghịch lưu, khi đó chỉ số điều chế bằng 1.
2.3.3 Kỹ thuật RCMV POD-CBPWM.
Kỹ thuật POD CBPWM cho SPVSI có thể định nghĩa như kỹ thuật SIN PD- CBPWM thông thường. Điểm khác biệt là khối CBPWM trên hình 2.8 khi áp dụng cho BNL II sẽ sử dụng sóng mang dịch pha 180 độ so với sóng mang sử dụng cho khối CBPWM của BNL I.
Constant
Vref_A 0.5 +
+ +
Vref_B +
+ +
Vref_C +
+ +
Vref_A
Vref_B Voffset Carrier
Vref_C
VđkA SA
VđkB
VđkC SB
SC
Vcar
Hình 2. 8: Mô tả khối CBPWM cho BNL II
Hình 2.9: Kỹ thuật SIN POD-CBPWM mở rộng với m=1. Điện áp Vcom ( màu đỏ) khi 2 BNL I,II điều khiển PWM độc lập