Sơ đồ nguyên lý một hệ thống biến tần điều tốc động cơ dạng diode kẹp được trình bày trên hình 4.1.
Trong bộ nghịch lưu NPC, dv/dt của điện áp vsn là Vdc/6 trong khi bộ biến tần hai bậc truyền thống là Vdc/2. Bởi vậy cĩ thể trơng cậy vào các bộ nghịch lưu NPC để đối phĩ với vấn đề điện áp C.M trong hệ truyền động điều tốc động cơ điện khơng đồng bộ xoay chiều. Tuy nhiên biên độ của điện áp vsn là Vdc/6 vẫn cịn khá cao để gây nên các vấn đề như đã nêu ở trên (trong cơng nghiệp thơng thường Vdc tối thiểu 500 VDC).
Một phương án đơn giản và triệt bỏ rất hiệu quả điện áp C.M đĩ là dựa vào giản đồ điện áp của biến tần ba bậc, dễ dàng suy ra cĩ 7 vector điện áp khơng hề phát sinh điện áp C.M, đĩ là các trạng thái (+1,0,−1); (0,+1,−1); (−1,+1,0); (−1,0,+1); (0,−1,+1); (+1,−1,0) và (0,0,0), cụ thể đây chính là điện áp tại các đỉnh của lục giác nhỏ và tâm của lục giác trong giản đồ vector điện áp. Tuy nhiên như đã giới thiệu ở chương 2, nếu chỉ luân chuyển giữa 7 trạng thái điện áp trên thì nghịch lưu sẽ gây ra rất nhiều hài
và đặc biệt khi số bậc là số chẵn thì phương thức này khơng thể ứng dụng được. Qua đây ta thấy: “Cĩ thể triệt bỏ hồn tồn điện áp C.M, nhưng đĩ
khơng phải là phương thức triệt giảm C.M tối ưu”.
Vận dụng lý luận trên cho phương thức SPWM, đây là phương thức sử dụng rất rộng rãi trong các bộ biến tần hai bậc truyền thống bởi vì tính đơn giản và độ méo dạng do hài thấp. Phương thức này vẫn sử dụng được cho biến tần đa bậc. Với biến tần n bậc, ta cần (n – 1) tín hiệu sĩng mang tam giác. Ở đây là biến tần ba bậc do đĩ cần hai tín hiệu sĩng mang tam giác (hình 4.1a).
Hình 4.1: Sĩng dạng điều chế giữa sĩng sin và tam giác trong nghịch lưu
SPWM truyền thống (a)
(b)
Hình 4.2: SPWM với chế độ triệt bỏ hồn tồn C.M
Sau khi so sánh với Vref , hình 4.1b trình bày điện thế pha – tâm nguồn DC của nghịch lưu SPWM truyền thống. Sĩng dạng bên trên sẽ điều khiển các khố bán dẫn phía dương nguồn DC và tương ứng ngược lại là phía âm nguồn DC.
Chương 4: Biến tần đa bậc & biện pháp xử lý C_M cực tiểu G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
Mặc dù bản chất của phương thức SPWM cho sĩng dạng điện áp với lượng hài thấp nhưng điều này khơng cịn đúng khi biến tần chỉ sử dụng 7 trạng thái tạo ra điện áp C.M bằng khơng để triệt tiêu điện áp C.M. Tương tự như khi tính tốn ở biến tần hai bậc, phương thức được đề nghị ở đây sử dụng các sĩng mang tam giác và các tín hiệu điều chế hình sin 3 pha đối xứng. Đầu tiên lấy hai trong ba tín hiệu điều chế ví dụ Vm1 và Vm2 so sánh với tín hiệu sĩng mang tam giác, sau đĩ lấy hiệu số giữa chúng (V1 và V2) để tạo ra tín hiệu PWM cho pha mẫu (ví dụ Va), minh hoạ trên hình 4.2. Giải thuật này thực hiện tương tự trên cho hai pha cịn lại.
Nghĩa là, việc điều chế dựa theo các phương trình sau: ( )t
V
Vm1 = ref.sinω ; Vm1 =Vref.sin(ωt−2π/3); Vm1 =Vref.sin(ωt+2π/3) (4.1)
Va = V1 – V2
Vb = V2 – V3
Vc = V3 – V1
Điều này dẫn đến điện áp C.M:
Vsn = (Va+Vb+Vc)/3 = [(V1-V2) + (V2-V3) + (V3-V1)]/3 = 0 (4.2) Điều này được minh hoạ khi mơ phỏng mạch điện trên bằng chương trình MATLAB, sĩng dạng điện áp của hai phương thức trình bày trên hình 4.3 và 4.4:
Hình 4.3: Sĩng dạng điện áp của pha–tâm nguồn DC; pha-pha và C.M trong
SPWM truyền thống
Qua kết quả phân tích Fourier trên hình 4.5, rõ ràng với phương thức này, người ta đã triệt tiêu được hồn tồn điện áp C.M, nhưng đổi lại sĩng hài trên tải sẽ gia tăng dữ dội.
Hình 4.4: Sĩng dạng điện áp của pha–tâm nguồn DC; pha-pha và C.M trong
SPWM với chế độ triệt tiêu C.M
(b) 2.0 1.25 (a) 1.75 1.0
Hình 4.5: phổ hài điện áp của pha–tâm nguồn DC; pha-pha và C.M trong
(a) SPWM truyền thống; (b) SPWM với chế độ triệt tiêu C.M