Tuy nhiên, đối với các ứng dụng công suất lớn ở cấp trung áp, để cải thiện vấn đề sóng hài điện áp và dòng điện xuất hiện phía nguồn, đồng thời giảm định mức điện áp cho linh kiện. Ta có thể ghép 2 bộ chỉnh lưu 6 xung thành bộ chỉnh lưu cầu 12 xung. Đây là cách mà các nhà sản xuất hiện nay áp dụng cho các bộ biến tần trung áp như Siemens, ABB, vv.. sử dụng trong các sản phẩm của mình. Theo đó, khi ghép tiếp 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển với 2 nguồn AC cấp được lấy từ máy biến áp hai đầu thứ cấp với cách đấu dạng Y-Δ . Phần sơ cấp đấu Y. Mục đích của cách đấu này làm cho có sự lệch pha 300 giữa các điện áp dây đưa vào 2 bộ chỉnh lưu 6 xung. Như vậy điện áp ra DC sẽ bằng 12 đoạn lớn nhất trong 1 chu kỳ áp nguồn và thành phần sóng hài bậc cao sẽ là bội 12 của tần số cơ bản áp nguồn. Điều này làm cho việc
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 25
thiết kế bộ lọc đầu ra dễ dàng hơn. Mặt khác, thành phần sóng hài dòng điện qua nguồn cũng được giảm rõ rệt
Hình 2.14 Bộ chỉnh lưu 12 xung
Điện áp tạo ra ở phần DC là tổng điện áp chỉnh lưu tạo ra trên 2 mạch cầu 6 xung. Do đó trị trung bình áp chỉnh lưu là:
VDC_average = π LL U 2 6
Giá trị lớn nhất của áp DC đầu ra là
VDC max = 2. 6cos(150) = 2.732 UL
Các tỷ số máy biến áp được chọn sao cho áp dây đầu ra 2 phần thứ cấp là như nhau, giả sử chọn tỷ số Y : Y là 1 : 1. Như vây tỷ số Y : Δ là 1 : 3.
Phân tích fourier của dòng điện qua bộ chỉnh lưu ta có
i= ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + sin13 +.... 13 1 11 sin 11 1 sin 3 4 t t t ω I π d ω ω
Với Id là dòng điện phía tải.
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 26
Hình 2.15 Aùp DC khi ULL rms =220 V
Hình 2.16 Dòng điện qua nguồn
Hình 2,16 Phổ fourier của dòng qua nguồn
Kết quả mô phỏng ta thấy các kết luận trên là đúng. Và dạng sóng dòng điện có sự cải thiện rất nhiều so với bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha. Và ưu điểm lớn nhất là các giá trị điện áp đặt lên các linh kiện của bộ chỉnh lưu giảm, làm cho công suất của bộ chỉnh lưu tăng lên mà vẫn dùng các linh kiện giống như của bộ chỉnh lưu sáu xung.
Ngoài cách mắc nối tiếp để tạo ra bộ chỉnh lưu 12 xung còn có các tổ hợp khác, nhưng trong phạm vi đồ án này không xem xét đến như cách ghép song song 2 mạch cầu 3 pha, ghép song song 4 bộ chỉnh lưu tia 3 pha.
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 27
CHƯƠNG III : - VẤN ĐỀ CÂN BẰNG ÁP TỤ
1. Mô tả vấn đề:
Đặc điểm của bộ nghịch lưu dạng NPC nói chung và 3 bậc nói riêng, là sự xuất hiện của các tụ điện tại phần DC link, trong quá trình nạp xả của tụ dẫn đến sự dao động của điện áp trên tụ.
Hình 3.1 Sơ đồ bộ nghịch lưu NPC 3 bậc
Ví dụ: Với trạng thái đóng ngắt pop và ono
Hình 3.2 a) Nạp tụ b) Xả tụ
Trạng thái pop tương ứng với trường hợp tụ nạp năng lượng( charging) và như vậy Vc2 sẽ tăng cao lên , với trạng thái ono tương ứng với quá trình xả (discharging) Vc2 sẽ giảm xuống. Quá trình nạp xả này sẽ gây ra sự mất cân bằng áp trên 2 tụ C1, C2. Sự mất cân bằng này gây ra các sóng hài bậc thấp không mong muốn cho điện áp đầu ra, dặc biệt là các sóng hài bậc chẵn, kể cả bậc 2. Và sự dao động này làm cho tụ điện phải chịu mức điện áp cao hơn trường hợp cân bằng. Các hình 3.3 a,b,c,d sẽ mô tả sự khác nhau của 2 trường hợp này. Rõ ràng khi mất cân bằng (Vc1=1.5 Vc2) thì sẽ gây ra hài bậc 2 trong áp tải đầu ra, và đây là sóng hài không mong muốn. Trong khi cân bằng thì không gây ra các hài bậc thấp. Hài bậc 2 trong áp tải ra sẽ gây ra các vấn đề
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 28
cho các động cơ AC như hài có trong dòng tải, momen dao động (torque pulsation) và tổn hao công suất đồng thời gây ra sự biến thiên bất thường của vận tốc rotor
Hình 3.3 a) Áp tải trong tường hợp mất cân bằng (Vc1=1.5 Vc2)
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 29
Hình 3.3 c) Áp tải khi cân bằng
Hình 3.3 d) Phổ Fourier của áp tải khi cân bằng
Mức độ dao động này do ảnh hưởng của 1 dạng dòng điện đi qua điểm trung tính giữa 2 tụ iNP, được gọi là Neutral Point Current-( Dòng NP). Các trạng thái đóng ngắt của các khoá bán dẫn khác nhau sẽ ảnh hưởng đến dòng điện NP này. Chúng được diễn giản một cách dễ hiểu hơn ở hình dưới đây :
Hình 3.4: Các trường hợp của dòng NP
Rõ ràng khi tồn tại dòng iNP, chính dòng này đi qua tụ và dấu của dòng này làm cho tụ nạp hay xả. từ đó gây ra sự mất cân bằng giữa 2 tụ.
SVTH: Đặng Trần Thái Trang 30 Positive Small Vectors iNP Negative Small vectors iNP Medium vectors iNP onn ia poo -ia pon ib ppo ic oon -ic opn ia non ib opo -ib npo ic opp ia noo -ia nop ib nno ic oop -ic onp ia pop ib ono -ib pno ic
Bảng 3.1 Bảng các giá trị dòng NP cho tất cả trạng thái đóng ngắt
Các trạng thái đóng ngắt pnn, pnp, ppn, npp, nnp, npn, ppp, nnn không tạo ra dòng do các trạng thái này chỉ nối các pha tới 2 điểm p, n của bộ nghịch lưu và không có dòng điện chay qua các tụ điện.
Sự dao động của tụ là nhỏ nhất khi trong một chu kỳ lấy mẫu Ts, giá trị trung bình của dòng iNP bằng không :
iNP-TB=0 (3.1)
Bởi vì thời gian lấy mẫu là bé, và khi dòng iNP đảo dấu để giá trị trung bình bằng không, tụ sẽ nạp - xả trong thời gian nhỏ và sự biến thiên điện áp sẽ là không lớn. Từ đó ta sẽ có sơ đồ chọn lựa khi thực hiện sao cho giá trị trung bình của dòng iNP sẽ nhỏ nhất khi thực hiện vector Vref