n vng s vsg vsn g g Icommon mode
Hình 4.6: Hệ thống chỉnh lưu cầu – nghịch lưu NPC
Hình 4.6 trình bày hệ thống chỉnh lưu cầu – nghịch lưu NPC. Trong cấu trúc này, điện áp CM được xác định là điện thế giữa trung tính bộ dây stator “s” và nối đất của hệ thống “g” (trên hình 1) gọi là vsg. Điện áp này được cấu thành bởi vsn và vng. Điện áp vng, điểm giữa của nguồn DC, cĩ thể thay đổi tuỳ theo cách nối đất của biến áp nguồn, trình bày trên hình 4.7. Điện thế này ở ngồi hệ biến tần – động cơ nên khơng xét. Điện thế điểm giữa của nguồn DC với điểm trung tính của bộ dây stator động cơ vsn cĩ thể được diễn tả theo hàm đĩng cắt của các linh kiện trong bộ nghịch lưu NPC (sa, sb, sc) theo điều kiện phụ tải cân bằng. Hàm đĩng cắt của bộ nghịch lưu NPC cĩ 3 trạng thái “−1”, “0”, “1” tuỳ theo trạng thái đĩng cắt của mỗi pha. ( ) ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + = 6 .s1 s2 s3 V vsn dc (4.3)
Từ phương trình (1), dễ dàng nhận thấy vsn cĩ 7 mức điện áp cĩ khả năng xảy ra: 0, ±Vdc/6, ±Vdc/3, và ±Vdc/2 và như vậy khoảng biến thiên điện áp giữa các lần chuyển mạch là ±Vdc/6, trong khi đĩ ở biến tần hai bậc là ±Vdc/3.
Hình 4.7: Điện áp vng (100V/div) khi: (a) trung tính biến áp nguồn nối đất (b) trung tính biến áp nguồn khơng nối đất
Trong phương thức SPWM (sinusoidal PWM) truyền thống sử dụng trong bộ biến tần hai bậc, chỉ cĩ một lần đĩng cắt cho mỗi pha diễn ra trong một chu kỳ đĩng cắt Ts, minh hoạ trên hình 4.8. Do đĩ trong hệ thống biến tần hai bậc, vsn cĩ thể được diễn tả qua cơng thức (4.4) bằng cách sử dụng hàm đĩng cắt (sa, sb, sc = 0 hay 1). Vì thế, sự biến đổi điện áp sẽ khác khơng ở tại mỗi lần chuyển mạch cĩ biên độ là ± Vdc/ 3, được phát ra 3 lần trong Ts
(mỗi pha một lần) và cực đại của nĩ là Vdc/2.
( ) 2 3 . 1 2 3 dc dc sn V s s s V v ⎟− ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + = (4.4)
BẢNG II: Các vector điện áp và
các mức điện áp C.M tương ứng
Hình 4.8: vsn trong nghịch lưu hai bậc
(b) (a)
Trong trường hợp bộ nghịch lưu NPC ba bậc, với gấp đơi sĩng mang tam giác trong mỗi pha, biên độ của lượng điện áp biến thiên này chỉ là
Chương 4: Biến tần đa bậc & biện pháp xử lý C_M cực tiểu G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
bậc. Trong trường hợp này, những vector điện áp (tại các đỉnh của hình lục giác nhỏ trong giản đồ điện áp) như (0,-1,-1), (1, 0, 0) … cĩ khả năng tạo ra cùng một vector khơng gian điện áp ngõ ra. Giữa hai vector này, khi chọn một vector tạo thành vector khơng gian điện áp ngõ ra sẽ cĩ một vector dư (vector redundant) cho việc cấu thành điện áp đầu ra.
Hình 4.9: Giản đồ vector điện áp ngõ ra của nghịch lưu NPC
Tổng số 27 vector được miêu tả trong hình 4.9 được phân thành các loại vector lớn, trung bình, nhỏ và vector zero. Các vector lớn và trung bình chỉ xác định duy nhất trạng thái chuyển mạch và tương ứng cho mỗi trường hợp là điện áp giữa tâm nguồn DC với trung tính cuộn dây stator giá trị vsn
là Vdc/6 và 0. Tuy nhiên, các vector điện áp nhỏ lại phát ra vsn là Vdc/6 hay
Vdc/3. Cho ví dụ, những vector điện áp (1, 1, 0) và (0, 0, −1) sản sinh một vector điện áp hiệu dụng đồng nhất với biên độ là Vdc/3 ở gĩc pha π/3, nhưng vsn được phát sinh bằng hai vector bên ngồi này thì cĩ giá trị khác nhau: Vdc/3 trong trường hợp (1, 1, 0) và −Vdc/6 trong trường hợp (0, 0, −1). Vector điện áp zero cĩ 3 trạng thái chuyển mạch, và phát ra vsn là 0 hay
Vdc/2. Những mối quan hệ giữa vector điện áp và thành phần tương ứng vsn
được tổng kết trong Bảng II.