4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 46 -
Hình 4.9: Khối tạo điện áp offset
V i kh i Va_off đ c l p trình nh sau:
function va_off = V_offset(Vc_ia,Kp_Vc,limt_H,limt_L) %#eml
%theta0=da0*18; sign1=-1;
% sign1 la dau cua Vap-Vin-1 if Vc_ia>0
sign2=1; else
sign2=-1; end;
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 47 -
% sign2 la dau cua delta_Vc*ia if Kp_Vc >0
ka=Kp_Vc; else
ka=-Kp_Vc; end;
% sign2 la dau cua delta_Vc*ia % xung kich nhanh A
va1_off=ka*sign1*sign2; if va1_off > limt_H va_off=limt_H; elseif va1_off < limt_L va_off=limt_L; else va_off =va1_off; end;
Kh i tính toán các thông s đ c mô t nh hình 4.10
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 48 -
4.2.4 Kh i t o chuỗi xung kích
Hình 4.11: Khối tạo chuỗi xung kích
V i kh i “ xung kich nhanh aẰ đ c l p trình nh sau:
function [sa4, sa3, sa2, sa1] = Driver_Pulse(vp_carr, vn_carr, Vap,Van, va_off) %#eml
if Vap >0 && Van <0 vap1=Vap-va_off; else
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 49 -
vap1=Vap;
end;
%gioi han cho vap
if vap1 > 1 vap2=1;
elseif vap1 < 0
vap2=0;
else vap2 =vap1;
end; if vap2 > vp_carr xap=1; else xap=0; end; if Van < vn_carr xan=1; else xan=0; end; xa=xap-xan;
% xuat xung kich nhanh A
if xa==1 sa4=1; sa2=0; else sa4=0; sa2=1; end; if xa==-1
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ Trang - 50 - sa1=1; sa3=0; else sa1=0; sa3=1; end; 4.3 K t qu khi áp d ng ph ng phápcơn b ng áp t
Các thông số mô phỏng nh sau: Vdc=400V, tần số sóng mang fS=5KHz, tần số ngõ ra f0=50Hz, điện áp ban đầu trên tụ là Vc1=100V, Vc2=300V, C1=C2=100uF, m=1, R=14.01Ω, L=0.28mH.
Hình 4.12: Dạng sóng c a điện áp trên tụ khi áp dụng ph ơng pháp cân bằng Dạng sóng điện áp tụ khi dùng giải thuật cân bằng đ ợc trình bày trong hình 4.12 cho thấy điện áp trên hai tụ dần về vị trí cân bằng. Điều này ch ng tỏph ơng pháp trên có thể cân bằng tụtrong vài điều kiện nhất định. Với những điều kiện các thông nh đ ợc nêu trên, th i gian đểđiện áp hai tụ về vị trí cân bằng lần đầu tiên là tB gần bằng 0.033s. Điện áp hai tụ sau th i gian cân bằng có dao động quanh giá
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 51 -
trị bằng một nửa áp nguồn (200V), trong tr ng hợp này, giá trị lớn nhất c a độ lệch áp tụ so với một nửa c a áp nguồn khoảng 2V.
Dạng sóng c a điện áp nghịch l u và điện áp pha a, điện áp dây ab, dòng điện pha a trong hai tr ng hợp có áp dụng giải thuật cân bằng và không có áp dụng giải thuật cân bằng đ ợc trình bày trong các hình bên d ới.
Hình 4.13: Dạng sóng áp nghịch l u khi d̀ng ph ơng pháp cân bằng
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 52 -
Điện áp nghịch l u c a hai tr ng hợp áp dụng ph ơng pháp cân bằng và không áp dụng ph ơng pháp cân bằng lần l ợt đ ợc trình bày trong hình 4.13 và 4.14. Hai hình này cho thấy sự tích cực khi áp dụng ph ơng pháp cân bằng. Kết quả cho thấy, sau th i gian cân bằng các bậc c a điện áp nghịch l u c a tr ng hợp d̀ng ph ơng pháp cân bằng có 3 bậc gần với các bậc c a bộ nghịch l u NPC ba bậc nguồncân bằnglý t ng.
Hình 4.15: Dạng sóng áp tải pha a khi d̀ng ph ơng pháp cân bằng
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 53 -
Hình 4.17: Phổ hài c a điện áp tải pha akhi d̀ng ph ơng pháp cân bằng
Hình 4.18: Phổ hài c a điện áp tải pha a khi không d̀ng ph ơng pháp cân bằng
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 54 -
Hình 4. 20: Dạng sóng áp dây ab khi không d̀ng ph ơng pháp cân bằng
Các hình 4.15 và hình 4.16 trình bày dạng sóng c a điện áp tải pha a. Với tr ng hợp có áp dụng ph ơng pháp cân bằng, giá trị c a THD là 50.79% (hình 4.17) lớn hơn so với tr ng hợp điện áp tụch a cân bằng thì giá trị này là 35.94 % (hình 4.18). Tuy nhiên, các hài bậc thấp trong tr ng hợp có áp dụng ph ơng pháp cân bằng thấp hơn so với tr ng hợp không d̀ng ph ơng pháp cân bằng.
T ơng tự nh điện áp pha, điện áp dây trong tr ng hợp d̀ng ph ơng pháp cân bằng áp tụ có giá trị THD lớn hơn tr ng hợp không cân bằng. Khi dùng ph ơng pháp cân bằng, THD là 50.79%, còn khi không d̀ng ph ơng pháp cân bằng thì giá trị này là 35.92%. Và các hài bậc thấp trong tr ng hợp có áp dụng ph ơng pháp cân bằng thấp hơn so với tr ng hợp không d̀ng ph ơng pháp cân bằng.
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 55 -
Hình 4. 22: Phổ hài c a điện áp dây ab khi không d̀ng ph ơng pháp cân bằng
Hình 4. 23: Dạng sóng dòng điện pha a khi d̀ng ph ơng pháp cân bằng
4. Ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ
Trang - 56 -
Hình 4. 25: Phổ hài c a dòng điện pha a khi d̀ng ph ơng pháp cân bằng
Hình 4. 26: Phổ hài c a dòng điện pha a khi không d̀ng ph ơng pháp cân bằng Hình 4.23 và hình 4.24 thể hiện dạng sóng c a dòng điện tải pha a cho cả hai tr ng hợp có và không có áp dụng ph ơng pháp cân bằng điện áp tụ. Dạng sóng c a hai tr ng hợp này khá giống nhau. Tuy nhiên, với tr ng hợp có áp dung ph ơng pháp cân bằng áp tụ thì biên độ là 11.28A, và giá trị THD là 5.15% (hình 4.22) là nhỏ hơn so với tr ng hợp không có áp dụng giải thuật cân bằng với biên độ 12.06A và THD là 5.93%. Hơn nữa hình 4.25 và hình 4.26 cho thấy dòng tải pha a trong tr ng hợp có áp dụng giải thuật cân bằng áp tụ có giá trị c a các hài bậc thấp nhỏhơn so với tr ng hợp không áp dụng giải thuật cân bằng. Điều này ch ng tỏ, chất l ợng dòng điện tải khi có áp dụng giải thuật cân bằng áp tụ tốt hơn.
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 57 -
Ch ng 5
CÁC THÔNG S NH H NG ĐẾN
CÂN B NG ÁP TỤ 5.1 Kh o sát sự nh h ng của các thông s đ n đi n áp t 5.1.1 Sự nh h ng củatham s Kp đ n sự cơn b ng áp t
Hình 5.1 mô tả dạng sóng c a điện áp trên các tụ khi thay đổi độ lớn c a Kp, Các thông số khác có giá trị nh sau: R = 14.01Ω, L = 0.028H, m = 1, các tụ có điện dung là 200uF, áp ban đầu trên các tụ VC1=100V, VC2=300V. Nh trong hình này, tr ng hợp Kp = 1 và Kp = 1000 thì dạng sóng gần giống nhau. Và so với tr ng hợp Kp = 0.001, thì hai tr ng hợp này có th i gian cân bằng nhỏ hơn, độ dao động điện áp trên tụ sau khi th i gian cân bằng cũng nhỏ hơn. Nh vậy, Kp ảnh h ng đến th i gian cân bằng (ký hiệu là tB) và độ dao động cực đại c a điện áp tụ khi cân bằng (ký hiệu là ΔVC_max).
Vdc=400V, initial voltages: VC1=100V; VC2=300V, C1= C2=100uF, fS=5KHz, f0=50Hz, R = 14.01Ω, L = 0.028mH, m = 1, lim = ±0.1
VC2
VC1
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 58 -
Khi thêm đại l ợng offset để cân bằng áp tụ cần phải chú ý đến dấu và độ lớn c a nó. Nếu sai dấu, kết quả ngõ ra sẽ không thể cân bằng đ ợc. Còn vềđộ lớn c a biên độ, nếu biên độ quá nhỏ thì áp tụ sẽ không cân bằng hoặc sẽ cân bằng sau một th i gian rất lâu, ng ợc lại biên độ lớn sẽ xuất hiện rất nhiều xung áp có tần số thấp xuất hiện trên điểm NP.
Có thể khẳng định, với giá trị Kp càng nhỏ thì th i gian cân bằng càng lớn và độ dao động áp tụ sau cân bằng lớn. Tuy nhiên, tăng Kp đến một giá trị nào đó thì áp trên tụkhông ít thay đổi dạng sóng do tín hiệu offset bị xén b i bộ giới hạn. Tuy nhiên, khi đo đạt giá trị cực đại c a độ lệch áp tụ với từng tr ng hợp c a Kp (trong một khoảng th i gian nhất định sau th i gian cân bằng) thì có nhiều kết quả khác nhau. Nh vậy, để có đ ợc kết quả tối u (độ lệch áp tụ sau cân bằng và th i gian cân bằng nhỏ nhất) thì cần phải chọn một giá trị Kp hợp lý và giá trị này có thể sẽ khác nhau khi thay đổi chỉ số điều chế, áp tụ và hệ số công suất tải. Phần 5.2 sẽ trình bày các giá trị tối u c a Kp trong vài tr ng hợp c a chỉ sốđiều chế về hệ số công suất.
5.1.2 Sự nh h ng của chỉ s đi u ch
Vdc=400V, initial voltages: VC1=100V; VC2=300V, C1= C2=100uF, fS=5KHz, f0=50Hz, R = 14.01Ω, L = 0.028mH, Kp = 1, lim = ±0.1
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 59 -
Hình 5.2 mô tả dạng sóng c a điện áp trên tụ với các tr ng hợp khác nhau c a chỉ số điều chế. Để xét sựảnh h ng c a chỉ sốđiều chếđến áp trên tụ, tác giả chọn 5 chỉ số điều chế trong phạm vi áp điều khiển còn tuyến tính (ch a rơi vào tr ng hợp quá điều chế) là 0.3, 0.6, 1, 1.1 và 1.1547. Chỉ số điều chế bằng 1.1547 là điều chế lớn nhất đề áp điều khiển còn nằm trong vùng tuyến tính.
Kết quả cho thấy, trong các tr ng hợp trên thì tr ng hợp m=1 có th i gian cân bằng nhỏ nhất và biên độ dao động cực đại c a áp tụ cũng nhỏ nhất. Tr ng hợp m=1.1547 là chỉ số cực đại đểđiện áp điều khiển nằm trong vùng tuyến tính thì th i gian cân bằng lớn hơn so với tr ng hợp m=1. Nh vậy, các chỉ số điều chế càng dần về không hoặc dần về giá trị cực đại m=1.1547 thì th i gian áp tụ cân bằng càng lớn.
5.1.3 Sự nh h ng của h s công su t t i
Vdc=400V, initial voltages: VC1=100V; VC2=300V, C1= C2=100uF, fS=5KHz, f0=50Hz,
kp=1, m = 1, lim= ±0.1
Hình 5.3: Dạng sóng c a điện áp tụ với các giá trị khác nhauc a cosφ
Dạng sóng điện áp c a tụ ng với các tr ng hợp khác nhau c a cosφ đ ợc trình bày trong hình 5.3. Đ ng cong có ghi chú (a) ng với cosφ = 0.01, (b) ng với cosφ=0.2, (c) ng với cosφ=0.86, (d) ng với cosφ=0.9 và (e) ng với cosφ = 0.99. Nh vậy tải càng có hệ số công suất càng nhỏ thì th i gian cân bằng càng lớn. Ng ợc lại, tải có hệ số công suất lớn thì th i gian cân bằng nhỏ nh ng điện áp dao
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 60 -
động trên các tụ có giá trị lớn hơn các tr ng hợp còn lại. Nh vậy, hệ số công suất cũng ảnh h ng đến điện áp trên các tụ. Với các tải có hệ số công suất càng lớn thì th i gian để áp tụ cân bằng càng lớn và ng ợc lại.
5.1.4 Sự nh h ng của đi n dung các t
5.1.4.1 Tr ng h phai t có đi n dung b ng nhau
Vdc=400V, initial voltages: VC1=100V; VC2=300V, Kp=1; fS=5KHz, f0=50Hz, R = 14.01Ω, L = 0.028mH,
m = 1, lim = ±0.1
Hình 5.4a: Dạng sóng điện áp tụ khi thay đổi giá trị c a điện dung
Hình 5.4b: Hình ảnh phóng to c a dạng sóng điện áp tụ khi thay đổi giá trị c a điện dung
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 61 -
Hình 5.4a và 5.4b trình bày dạng sóng điện áp trên tụkhi thay đổi giá trị điện dung tụ. ng với 5 giá trị khác nhau c a điện dung, ta có năm th i gian hội tụ khác nhau. Tụ điện có điện dung càng nhỏ thì th i gian hội tụ càng nhỏ, ng ợc lại điện dung tụ càng lớn thì th i gian hội tụ càng lớn, điều này thấy rõ trong hình 5.4a. Nh ng tụ có giá trị càng nhỏthì độ dao động áp tụ sau cân bằng càng lớn và ng ợc lại (nh hình 5.4b).
5.1.4.2 Tr ng h p hai t có đi n dung khác nhau
Trong thực tế, hai tụcó điện dung không thể bằng nhau điều này do sai số khi sản xuất, hoặc sau th i gian làm việc sựh hao c a hai tụ không giống nhau. Hình 5.5 trình bày dạng sóng điện áp trên tụ trong tr ng hợp hai tụ có điện dung khác nhau. Mô phỏng đ ợc tiến hành với các thông số C2=200uF; C1=100uF, Vdc=400V, điện áp ban đầu c a 2 tụ là Vc1=100V và Vc2=300V. Tải R=8Ω, L=0.05H, m=1, lim=±0.1. Kết quả cho thấy điện áp tụđ ợc cân bằng.
Vdc=400V, initial voltages: VC1=100V; VC2=300V, C1=100uF,C2=200uF, fS=5KHz, f0=50Hz, R =14.01Ω, L = 0.028mH, kp=1, m = 1, lim= ±0.1
Hình 5.5: Dạng sóng điện áp trên hai tụ tr ng hợp hai tụ có điện dung khác nhau
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 62 -
Hình 5.6 trình bày dạng sóng điện áp trên hai tụ khi thay đổi giá trị c a bộ giới hạn điện áp offset với C1=C2=200uF, R=14.18Ω, L=0.3H. Nếu các giá trị giới hạn này quá nhỏthì điện áp trên tụ sẽ hội tụ rất chậm, cụ thểlà khi lim=0.01 thì điện áp tụ ch a hội tụ trong khoảng th i gian 0.06 giây. Tăng dần giá trị c a bộ giới hạn, th i gian hội tụ c a áp tụ có xu h ớng giảm dần, nh ta thấy khi lim=0.05 thì tB=0.045s, khi lim=0.1 thì tB=0.021s, khi lim=0.5 thì tB=0.013s và đây làm giá trị nhỏ nhất c a th i gian cân bằng. Khi tăng lim=1 thì th i gian cân băng lại tăng lên.
Hình 5.6: Điện áp trên tụ khi thay đổi giới hạn c a áp offset
Nh vậy, không phải giá trị c a lim càng lớn thì th i gian cân bằng tB càng nhỏ, mà chỉ có một vùng giá trị nào đó c a lim mới cho kết quả tB nhỏ nhất. Hình trên còn cho thấy, độ dao động áp trên tụ nhỏ nhất trong tr ng hợp lim=0.1, tuy nhiên với giá trị này c a lim thì tB không phải là giá trị nhỏ nhất. Nh vậy khi lựa chọn lim thì cần có sự u tiên thông số tBhay là độdao động áp tụ.
5.2 Giá trị t i u của tham s Kp
5. Các thông số ảnh h ng đến cân bằng áp tụ
Trang - 63 -
Nh đư đ ợc trình bày trong phần 5.1, các thông số Kp, m và cosφ đều ảnh h ng đến th i gian cân bằng tụ (tB) và độ dao động cực đại c a điện áp sau th i gian cân bằng (ΔVc_max). Trong các thông số trên, Kp là thông số ta có thể hiệu chỉnh để cho ngõ ra có kết quả tối u nhất. Việc tìm Kp tối u cũng đồng nghĩa với việc tìm giá trị tối u c a biên độ hàm offset. Kp tối u là giá trị Kp cho kết quả có độdao động áp tụ nhỏ nhất và th i gian cân bằng áp tụ nhanh nhất.
Kp tối u đ ợc tìm từ kết quả đo và so sánh giá trị các giá trị tB và ΔVc_max . ng với từng tr ng hợp c a chỉ số điều chế m và hệ số công suất cosφ, tăng dần Kp với b ớc nhảy là ∆Kp trong đoạn từ [0;Kp_max]. Từng ng với mỗi giá trị c a