III. Bộ nghịch lưu
5. Các điện áp pha của tải trong các bộ nghịch lưu áp 3 pha
5.2. Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản trong các bộ nghịch lưu
5.2. Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản trong các bộ nghịch lưu nguồn dòng. lưu nguồn dòng.
Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản ban đầu được phát triển cho các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha, và nó cũng có thể được mở rộng cho các bộ nghịch lưu nguồn dòng 3 pha. Mạch trong hình 3.24 là dạng mạch đóng ngắt cho một bộ nghịch lưu nguồn dòng được phát triển từ dạng mạch của một bộ nghịch lưu nguồn áp. Kết quả là dòng điện dây xuất hiện giống như điện áp dây trong bộ nghịch lưu áp với tín hiệu điều chế và tín hiệu sóng mang tương tự.
ứng với kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản dạng tương tự.
Mô hình này bao gồm một bộ tạo xung chuyển mạch (switching pulse generator), một bộ tạo xung ngắn (shorting pulse generator), một bộ phân phối xung ngắn (shorting pulse distributor), và một bộ kết hợp xung chuyển mạch và xung ngắn (switching and shorting pulse combinator). Mạch này cơ bản là tạo ra các tín hiệu cổng gating signal ([S]1…6 = [S1 … S6]T tùy thuộc vào tín hiệu sóng mang i∆ ba tín hiệu điều chế [i]abc = [ica icb icc]T . Vì vậy, bất kỳ các tín hiệu điều chế mà khi kết hợp với nhau tạo ra các tín hiệu dạng sin giữa các dây (sin line-to-line set of signals) sẽ thỏa mãn yêu cầu về việc tạo ra dòng điện dây dạng sin. Ví dụ như các dạng sóng sin chuẩn, sóng sin với hài bậc 3, dạng bậc thang và deadband.
Tầng đầu tiên là bộ tạo xung chuyển mạch, các tín hiệu [Sa]123 được tạo ra tùy thuộc vào:
(3.49)
Các ngõ ra của bộ tạo xung đóng ngắt (switching pulse generator) là các tín hiệu [Sc]1…6, và nó cơ bản là các tín hiệu cổng (gating signal) của bộ nghịch lưu dòng mà không cần các xung ngắn. Điều cần thiết là phải lái (freewheeling) dòng điện liên kết dc ii khi dòng điện ngõ ra xoay chiều bằng 0. Bảng 3.5 là bảng sự thật của [Sc]1…6 ứng với tất cả các trường hợp kết hợp giữa các ngõ vào [Sa]123. Theo như điều kiện bắt buộc đầu tiên mà ta đã đề cập ở trước, tối đa 1 công tắc ở nhánh trên và 1 công tắc ở nhánh dưới được đóng.
Bảng 3.5 Bảng sự thật ứng với bộ tạo xung chuyển mạch.
Để thỏa mãn điều kiện bắt buộc thứ 2, xung ngắn (Sd = 1) được tạo ra khi không có công tắc nào ở nhánh trên đóng (Sc1 = Sc3 = Sc5 = 0) hoặc không có công tắc nào ở nhánh dưới đóng (Sc4 = Sc6 = Sc2 = 0). Khi đó, xung này chỉ được thêm vào (dùng các cổng OR) một nhánh của bộ nghịch lưu nguồn dòng (một trong các cặp công tắc 1 và 4, 3 và 6 hoặc 5 và 2) bằng bộ kết hợp xung chuyển mạch và xung ngắn (hình 3.24). các tín hiệu được tạo ra bởi bộ tạo xung ngắn [Sc]123 nên đảm bảo là:
- Chỉ một nhánh của bộ nghịch lưu nguồn dòng được ngắn mạch, vì vậy chỉ 1 trong các tín hiệu được ở mức cao trong bất cứ thời điểm nào.
- Các xung ngắn được phân phối đều nhau, vì vậy [Se]123 ở mức cao ứng với mỗi 1200. Điều này đảm bảo các dòng điện hiệu dụng đều bằng nhau trong tất cả các nhánh. Hình 3.25 cho ta thấy các dạng sóng được tạo thành nếu ta dùng một tín hiệu sóng mang dạng tam giác i∆ và các tín hiệu điều chế dạng sin [ic]abc kết hợp với mạch tạo xung đóng
ngắt (hình 3.24). Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng sin (SPWM) trong các bộ nghịch lưu nguồn dòng. Ta có thể thấy là một số dạng sóng ở hình 3.25 thì giống với các dạng sóng đã đạt được trong các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha sử dụng kỹ thuật SPWM (hình 3.24). Cụ thể là:
+ Điện áp dây của tải (hình 3.14d) trong VSI thì giống với dòng điện dây của tải (hình 3.25d) trong CSI.
+ Dòng điện liên kết một chiều (dc link current) (hình 3.14g) trong VSI thì giống với điện áp liên kết một chiều (hình 3.25g) trong CSI.
Hình 3.24 Các dạng sóng lý tưởng của bộ nghịch lưu nguồn dòng 3 pha ứng với kỹ thuật điều chế SPWM (ma=0.8, mf = 9): (a) tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều chế; (b) trạng thái của công tắc S1; (c) trạng thái của công tắc S3; (d) dòng điện ngõ ra xoay chiều; (e) phổ của (d); (f) điện áp ngõ ra xoay chiều; (g) điện áp một chiều; (h) phổ của điện áp một chiều; (i) dòng qua công tắc S1; (j) áp qua công tắc S1.
Điều này đưa ra tính đối ngẫu giữa hai phương thức khi ta sử dụng các phương pháp điều chế tương tự nhau. Vì vậy, ứng với các giá trị lẻ là bội của 3 của tần số sóng mang cơ
(3.50)
Với l= 1, 3, 5, … ứng với k= 2, 4, 6, … và l= 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … như vậy h không phải là một bội số của 3. Vì vậy, các hài sẽ tại mf ± 2, mf ± 4, … , 2mf ± 1, 2mf ± 5, … , 3mf ± 2, 3mf ± 4, … , 4mf ± 1, 4mf ± 5, …. Với các điện áp tải dạng gần như sin, các hài trong điện áp liên kết một chiều tại các tần số được cho bởi:
(3.51)
Với l= 0, 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … và l= 1, 3, 5, … ứng với l= 0, 2, 4, … như vậy h= l*mf ±k là dương và không là bội của 3. Ví dụ, hình 4.25h cho ta thấy hài thứ 6 (h=6) h = 1 * 9 - 2 - 1 = 6.
Kết luận tương tự có thể được đưa ra với các giá trị nhỏ hơn và lớn hơn của mf với cùng phương pháp như VSI. Vì vậy, biên độ tối đa của dòng điện dây ngõ ra xoay chiều cơ bản là oa1= ii/2 vì vậy ta có thể viết:
(3.52)
Để tăng thêm biên độ của dòng tải, ta có thể sử dụng phương pháp quá điều chế (overmodulation). Trong vùng này, ngưỡng của các dòng điện dây cơ bản là
(3.53)
