28/08/2014 Ts Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, - 2010 Khái niệm nghịch lưu độc lập Các nghịch lưu nguồn dòng, nguồn áp NLĐL nguồn dòng NLNA pha, phương pháp điều chế PWM NLNA ba pha, PWM, SVM 10/22/2010 28/08/2014 Chương Nghịch lưu độc lập  VIII.1 Những vấn đề chung  VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập gì?  VIII.1.2 Phân loại ứng dụng  VIII.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng  VIII.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song  VIII.2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song pha  VIII.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song ba pha  VIII.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp  VIII.3.1 Những vấn đề nghịch lưu nguồn áp  VIII.3.2 VSI sơ đồ pha nửa cầu (Half Bridge)  VIII.3.3 VSI sơ đồ cầu pha (H Full Bridge)  VIII.3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)  VIII.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số  VIII.3.6 Nhận xét chung PWM  VIII.3.7 Tính toán sơ đồ NLNA PWM 10/22/2010 Chương Nghịch lưu độc lập  VIII.3.8 Mô hình mô NLNA PWM  VIII.4 VSI ba pha  VIII.4.1 VSI ba pha sáu xung  VIII.4.2 VSI ba pha PWM  VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không ZSS-PWM  VIII.4.4 Các thông số PWM  VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian SVM  VIII.5.1 Khái niệm vector không gian  VIII.5.2 Cơ SVM  VIII.5.3 Phương pháp điều chế với với to = t7 – SVPWM  VIII.5.4 Quá điều chế  VIII.5.5 Nhận xét chung SVM 10/22/2010 28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập  NLĐL: biến đổi DC/AC, tần số điện áp thay đổi Nghịch lưu, bộ biến  đổi DC/AC 10/22/2010 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.1 Nghịch lưu độc lập gì?  Tại lại cần đến BBĐ DC/AC?  Chỉ có nguồn DC: ví dụ, nguồn ta có từ acquy  Khi phụ tải AC yêu cầu nguồn cấp có thông số điện áp, tần số thay đổi dải rộng, khác xa thông số nguồn điện áp lưới  Khi có yêu cầu điều chỉnh tần số lẫn điện áp xoay chiều, ví dụ hệ truyền động động không đồng động đồng  Khi biến đổi công suất yêu cầu có tần số cao (Tần số cao làm cho phần tử điện từ MBA, phần tử phản kháng tụ điện, điện cảm có giá trị nhỏ)  Một số nguồn phát sơ cấp có đầu chiều hay chuyển dạng chiều để tích trữ acquy: pin mặt trời (Photocell), pin nhiên liệu (Fuel cell), điện sức gió (Wind Turbine Generator), …  Một số dạng lượng tích lũy dạng acquy (Battery Energy Storage System – BESS)  Đầu cuối hệ thống truyền tải điện chiều HVDC 10/22/2010 28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.2 Phân loại ứng dụng  Phân loại:  Dựa theo đặc tính nguồn chiều đầu vào:    Nghịch lưu nguồn dòng: Current Source Inverter – CSI, Nghịch lưu nguồn áp: VIIIoltage Source Inverter – VSI, Nghịch lưu nguồn Z, ZSI, trung gian CSI VSI  Dựa theo đặc điểm phương pháp điều chỉnh điện áp tần số đầu ra, phổ biến nghịch lưu PWM  Dựa theo đặc điểm mạch tải: lớp nghịch lưu làm việc với tải mạch vòng cộng hưởng LC, gọi nghịch lưu cộng hưởng  Ứng dụng: rộng rãi,  Trong lĩnh vực truyền động xoay chiều Cùng với chỉnh lưu tạo nên biến tần  Trong lĩnh vực xe chạy điện (Electric Vehicle – EV), phát triển thành xu hướng xe cho tương lai gần  Thâm nhập vào hệ thống điều khiển hệ thống điện (FACTS D-FACTS)  Các hệ thống cấp nguồn AC-DC-AC-DC thay cho hệ AC-DC thông thường 10/22/2010 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng  Nguồn dòng  Nguồn áp  Nguồn điện có dòng điện không  Nguồn điện có điện áp không đổi, không phụ thuộc vào tải tính chất tải đổi, không phụ thuộc vào tải tính chất tải  Tạo mắc nối tiếp nguồn  Tạo mắc song song đầu DC với điện cảm đủ lớn,  Hoàn toàn ngắn mạch, không hở mạch nguồn DC với tụ điện đủ lớn,  Hoàn toàn hở mạch, không ngắn mạch Cách tạo ra nguồn  dòng thực tế, dùng  mạch vòng dòng điện 10/22/2010 28/08/2014 VIII.1 Những vấn đề chung VIII.1.3 Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng  Phối hợp nguồn với tải: nguồn áp, nguồn dòng  Không thể nối song song hai nguồn áp với dòng san điện áp lớn  Không thể nối nói tiếp hai nguồn dòng với gây đột biến dòng Nguồn áp  Khái niệm nguồn áp, nguồn dòng áp dụng cho tải:  Song song với tụ - nguồn áp;  Nối tiếp với cuộn cảm – nguồn dòng  BBĐ khâu không quán tính:  Nếu đầu vào nguồn áp đầu nguồn dòng ngược lại Nguồn dòng 10/22/2010 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song pha  Sơ đồ dùng thyristor V1, …, V4  Đồ thị dạng dòng điện, điện áp  Nguồn đầu vào có điện cảm L giá trị lớn, tạo nên nguồn dòng  Tụ C song song với tải, tạo khả chuyển mạch  (V1, V2) (V3, V4) mở nửa chu kỳ Dòng NL  dạng xung  chữ nhật Tụ chuyển  mạch 10/22/2010  góc chuyển mạch, tr, (tr thời gian  phục hồi)  10 28/08/2014 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng song song pha  Phân tích sơ đồ phương pháp  Đồ thị vector gần sóng hài bậc nhất:  Chỉ xét đến thành phần sóng hài bậc dòng điện điện áp  t  Có thể biểu diễn đại lượng biểu đồ vector  Điều kiện để sơ đồ hoạt động dòng tải phải mang tính dung, vượt trước điện áp Góc vượt trước góc khóa van tg   I C  I L  I C  I L  U C QC  QL   IR I RU C Pt QC  Qt  Ptg  t Công suất phản kháng trên tụ C  phải đủ để bù hết công suất phản  kháng của tải, dôi ra một phần để  tạo góc vượt trước  (góc chuyển  mạch) 10/22/2010 11 VIII.2 Nghịch lưu nguồn dòng VIII.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng song song ba pha  VIII.2.2 Nghịch lưu nguồn dòng  NLND ba pha song song pha, có điôt cách ly Điôt có tác dụng cách ly mạch chuyển mạch khỏi mạch tải  Phương án tương tự có NL ba pha 60  120 180 240 300 360      10/22/2010 12 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.1 Những vấn đề chung NLNA  NLNA xây dựng chủ yếu  Nhược điểm NLND: MOSFET IGBT, mạch lực chế tạo chuẩn, tạo thành modul, dễ sử dụng  Điện áp phụ thuộc vào tải, khó phù hợp với phụ tải thông thường Thiết bị điện thường sản xuất cho cấp điện áp tiêu chuẩn nên hoạt động điện áp biến động mạnh  NLND thiết kế cho phụ tải cụ thể, có công suất lớn lớn  NLNA chế tạo dùng cho lớp rộng rãi phụ tải  NLNA đảm bảo điện áp có dạng không đổi, đáp ứng cho phụ tải sản xuất hàng loạt 10/22/2010 13 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.2 Sơ đồ NL nửa cầu (Half bridge)  Van V1, V2 ON/OFF ngược nhau,  Sơ đồ  D1, D2 điôt ngược, dẫn dòng tự tụ DC,  Điện áp tải: VOC = +/- VDC  Mô hình tải Ls, Rs, Es (Es DC hay AC) đại diện cho nhiều trường hợp: động cơ, nguồn dòng AC điều khiển được, chỉnh lưu tích cực S.đ.đ Es thể phụ tải, nơi điện biến đổi thành dạng lượng khác  Có thể điều khiển dòng Io theo hình dạng  Giới hạn: VOC từ -VDC đến + VDC  dIo/dt > Ts dòng điện uốn theo dạng tín hiệu m(t) 18 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA  Bộ điều khiển số PWM, thường có vi điều khiển đại:  Đồ thị dạng sóng: 10/22/2010 19 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.5 Điều chế PWM dùng điều khiển số cho NLNA  Uniformly sampled with single update mode (Khác analog naturally sampled PWM) Chế độ trích mẫu (Khác với trích mẫu tức thời)  Trailing edge modulation, (Hình b) Bộ điều chế sườn sau  Leading edge modulation, (Hình c) Bộ điều chế sườn trước  Triangular carrier modulation, (Hình d) Bộ điều chế sóng mang đối xứng Tín hiệu điều khiển  update ở đầu mỗi  chu kỳ điều chế 10/22/2010 20 10 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.7 Tính toán thông số sơ đồ NLNA PWM  Bù công suất phản kháng tải: QL  So2  Po2  12502  10002  750(Var )  Nếu bù tụ C phải có QC = QL; Q 750 U2  49,35   F  C  C2  QC  C  CU C2   U .50.220 XC C  So với giá trị tụ C tính mục (7) thấy chọn tụ C=50F phù hợp  Cần kiểm tra lại điều kiện tần số XC >> XL:  Nếu không tạo nên phân áp XC XL, đạt điện áp 220 V đầu X  2. 50.12.103  3,768 ; L X C  1/  2. 50.50.106   63,7   Thực XC >> XL  10 Kiểm tra lại số liệu tính toán sơ đồ mô hình mô  Đây phương pháp hiệu để kiểm chứng tính toán từ mục (1) đến (9) 10/22/2010 27 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.7 Tính toán thông số sơ đồ NLNA PWM  11 Tính toán tụ C mạch chiều  Tụ C mạch chiều dóng vai trò tụ lọc mạch chỉnh lưu phía trước, vừa đóng vai trò tiếp nhận công suất phản kháng từ mạch nghịch lưu điôt ngược đưa Vậy giá trị tụ giá trị cần lớn  Trường hợp nặng nề dòng tải giá trị biên độ, hệ số d = 0,5 (tương ứng tải cảm, điện áp điều chế qua không), đó: t U C  x I C t x  Ts / 2; I C  I o ,max C  Thường chọn UC = 0,050,1UDC Có thể tính được: C I C   10,53.106  10   F  f s U C 2.20.103.0,05.380  Tụ C tính có giá trị nhỏ, chứng tỏ ưu việt PWM Trong trường hợp tụ chiều C xác định chủ yếu từ điều kiện san điện áp đầu chỉnh lưu 10/22/2010 28 14 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM  Mô hình Trên MATLAB Sơ đồ 1, nửa cầu Sơ đồ 2, Cầu một pha 10/22/2010 29 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM  Kết mô hình 1, sơ đồ nửa  Đồ thị dòng, áp NL cầu (m=0,8; UDC=200V)  Tần số điều chế chọn thấp kHz để minh họa rõ độ đập mạch dòng tải  Dòng đập mạch lớn thời điểm điện áp điều chế m(t) qua (khi d=0,5) Nếu lúc dòng đạt giá trị biên độ (tải gần cảm) chu kỳ điều chế xác định dòng đỉnh lớn (Trường hợp xấu nhất)  Đây sở tính toán dòng đỉnh qua van điôt mục (5), phần VIII.3.7 10/22/2010 30 15 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp pha VIII.3.8 Mô sơ đồ NLNA PWM  Kết mô hình 2, sơ đồ cầu  Đồ thị dòng, áp đầu pha Tham số tính toán theo phần 3.7  Tần số điều chế 20 kHz  Mạch lọc LC tính toán theo:  Cuộn cảm L đảm bảo độ đập mạch dòng tải phạm vi 20%  Tần số cắt mạch lọc 1/10 tần số fs  Tụ lọc C tính theo tần số cắt mạch lọc hiệu chỉnh để bù công suất phản kháng tải  L = 12 mH, C = 50 uF 10/22/2010 31 VIII.4 Nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha VIII.4.1 Sơ đồ cầu ba pha  VSI ba pha coi gồm ba nhánh van nửa cầu (V1, V4), (V3, V6), (V5, V2) Các van nhánh cầu không mở  Tải phía xoay chiều nối điểm nửa cầu nên không cần đến điểm phía chiều sơ đồ nửa cầu thông thường  Để sử dụng kết PWM sơ đồ nửa cầu cho sơ đồ cầu ba pha ta sử dụng mạch điện tương đương cầu ba pha ba nửa cầu, với điểm phía DC 10/22/2010  VSI cầu ba pha  Cầu ba pha = nửa cầu U DC U DC 32 16 28/08/2014 VIII.4.1 Sơ đồ cầu ba pha Phương pháp điều khiển U DC  Dạng điện áp xung VSI cầu ba pha  uAn, uBn, uCn ba điện áp sơ đồ nửa     cầu (+/-UDC/2), lệch pha 120 uZn=1/3.(uAn+ uBn+ uCn ); uZn có dạng xung chữ nhật, tần số 3f, biên độ +/-1/6UDC uA=uAn-uZn ; uB=uBn-uZn ; uC=uCn-uZn; uAB=uAn-uBn ; uBC=uBn-uCn ; uCA=uCn-uAn Sóng hài điện áp pha đầu ra: U 6(1)s    U DC U DC   2  U  DC U DC U  DC  2U DC U DC    u sin  d   2 /3   /3   U DC   sin  d   sin  d   sin  d  3  2 /3  /3 0   U DC   U DC 10/22/2010 33 VIII.4.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM  SPWM (sinusoidal PWM) cho     cầu ba pha thực cho ba sơ đồ nửa cầu: với ba sin chuẩn, hệ thống điện áp cưa (Carrier based – PWM) Hệ số điều chế: m = mref/ms , biên độ sóng sin chuẩn biên độ cưa Trong dải điều chế tuyến tính điện áp hình sin, yêu cầu  m  Các tiêu chuẩn đánh giá: M = U1m/U1m,6s biên độ sóng hài bậc so với sóng bậc dạng điện áp xung  M  0,785 10/22/2010       Sơ đồ nguyên lý thực hiện CB‐ PWM 34 17 28/08/2014 VIII.4.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu ba pha Sơ đồ điều khiển SPWM  Mẫu xung điều khiển PWM với cưa đối xứng:  Mẫu xung cho thấy dạng tối ưu chuyển mạch, lần có pha phải đóng cắt  Trạng thái van cho điện áp (ứng với vector không SVM) phân bố đối xứng hai đầu chu kỳ Ts 10/22/2010 35 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm ZSS-PWM  Với điều chế điện áp hình sin theo mạch điện tương đương với sơ đồ nửa cầu điện áp pha đầu thay đổi +/- UDC/2, biên độ lớn điện áp Chính theo SPWM hệ số điều chế lớn Mmax= (UDC/2)/ (2/.UDC )= /4=0,785 (m=1)  Thực với sơ đồ cầu không cần điểm mạch DC điện áp +UDC –UDC Điều nghĩa biên độ điện áp sóng sin điều chế nghịch lưu lớn hơn, đến 2/.UDC dạng điện áp xung  Phương pháp điều chế có thành phần thứ tự (Zero Sequence Signal PWM – ZSS PWM) dựa sở hệ thống ba pha cân thành phần thứ tự trở kháng vô lớn Điều nghĩa dạng sóng chuẩn mong muốn có thành phần sóng hài bậc thành phần xuất dạng sóng điện áp Thành phần sóng hài bậc pha thể điểm trung tính tải, uZn Nếu uZn có sóng hài bậc điện áp không bị ảnh hưởng 10/22/2010 36 18 28/08/2014 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm ZSS-PWM  Nếu thêm vào thành phần sóng hài bậc dạng điện áp sóng sin chuẩn,     mở rộng dải thay đổi biên độ sóng hài bậc điện áp mà không ảnh hưởng đến dải điều chế tuyến tính VSI ba pha Sóng bậc thêm vào có dạng sin, tam giác, chữ nhật Biên độ sóng bậc hình sin ¼ biên độ sóng mong muốn tương ứng với hệ số sóng hài dòng điện nhỏ Sóng bậc 1/6 sóng dải điều chế tuyến tính mở rộng đến lớn đến M max   /  0,907 Hệ số điều chế mmax mở rộng đến 1,154, tức tăng thêm 15,4% Hệ số mmax mở rộng đến giá trị mà dạng sóng điều chế thu mref nhỏ 1, nghĩa vùng tuyến tính tín hiệu cưa 10/22/2010 37 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM  Minh họa phương pháp tạo tín hiệu điều khiển điều chế với thành phần thứ tự Hai dạng tín hiệu sóng bậc ba dùng:  - Sóng bậc hình sin (biên độ ¼ 1/6 biên độ sóng bản)  - Sóng bậc hình tam giác Tương đương với điều chế vector không gian SVPWM 10/22/2010  Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM m=1,154 38 19 28/08/2014 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM  Đồ thị dạng tín hiệu điều chế ZZS PWM  Có thể thấy tín hiệu điều chế sin mong muốn có dạng méo lẫn sóng hài bậc ba 10/22/2010 39 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Dạng tín hiệu chủ đạo ZSS-PWM  Đồ thị dạng xung điều chế ZZS PWM 10/22/2010 40 20 28/08/2014 VIII.4.4 Các thông số PWM cầu ba pha Thông số Ký hiệu Định nghĩa Giải thích Hệ số điều chế, sử dụng hai loại hệ số điều chế: - Biên độ sóng bậc so với dạng áp xung M U M  1m U1m ,6 s Đối với SPWM điện áp hình sin  M  0,785 - Tỷ số biên độ sóng sin điều chế so với biên độ sóng cưa m Dải điều chỉnh tuyến tính lớn Mmax mmax  Quá điều chế U 1m  /  U DC m U m ,ref U mc  /  0,785  Trong dải điều chế tuyến tính SPWM  m 1 … 0,907 … 1,154 Phụ thuộc dạng tín hiệu điều chế chủ đạo ZSS-PWM M > Mmax m > mmax Dải điều chế phi tuyến (điện áp méo dạng) 10/22/2010 41 VIII.4.4 Các thông số PWM cầu ba pha Thông số Ký hiệu Định nghĩa Giải thích Tỷ số tần số điều chế so với tần số mf mf = fs/f1 mf số nguyên tốt nhất, mf >20 Tần số đóng cắt fs fs=1/Ts Ts chu kỳ điều chế Hệ số méo phi tuyến THD THD%=Ih/Is1* 100 Dùng cho dòng điện điện áp Hệ số méo dòng điện d Ih/Ih,6s Không phụ thuộc trở kháng tải 10/22/2010 42 21 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM VIII.5.1 Khái niệm vector không gian – Space vector  Một hệ thống điện áp, dòng điện ba pha X = (XA, XB, XC), thỏa mãn X a  X b  X c  0, Qua phép biến đổi Clark trở thành vector:  u A  auB  a 2uC  2 j ae   j 2  Biểu diễn dạng ma trận: 1     1 u   T 2  u A u B uC  u    3 3    0    T1.u A uB uC  T u Trong đó:  Biểu diễn trục tọa độ vector u trở thành:  u   2u A  u B  uC   u   u B  uC    u  U m cos t   A  2   m u B  U cos  t      2   m uC  U cos  t       Nếu:  Vector u trở thành vetor quay: u  U me j  t  10/22/2010 43 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM VIII.5.1 Khái niệm vector không gian – Space vector m j  t   Tương tự vector điện áp u  U e vector dòng điện là: i I e m  Thành phần thứ tự thuận,  Thành phần thứ tự ngược,  Thành phần thứ tự không u=up +un +u zer 10/22/2010 thành phần tương ứng  Nếu điện áp có thành j  t   Với  góc pha dòng điện với điện áp  Vector không gian tổng quát: hệ thống điện vector biểu diễn ba thành phần: up  U pm e j    un  U nm e  j  1  u zer  Độ dài vector biên độ ; ; phần sóng hài bậc cao vector biểu diễn qua thành phần chuỗi phức Fourie sau:   k 0 k 1 u   upk e jkt   u*nk e  jkt  Trong đó: T upk  ue  jkt dt , k  0,1, ,  T 0  unk  T ue  jkt dt , k  1, 2, ,  T 0   u A  u B  uC  44 22 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM VIII.5.2 Cơ SVM  State switch: trạng thái van  Vector điện áp mong muốn có Trong biến đổi trạng thái phép van xác định điều kiện: thể biểu diễn dạng hệ tọa độ m u ref  U ref e j cực:  Hoặc tọa độ thành phần:  Không làm ngắn mạch nguồn áp; u ref  u , u   Không làm hở mạch nguồn dòng  Tổng hợp vector mong muốn từ  State vector: vector trạng thái vector trạng thái Trong góc điều chế  k  Ts với Ts chu kỳ điều chế, vector mong muốn tổng hợp từ hai vector trạng thái: Ứng với trạng thái van xác định giá trị vector không gian điện áp Tính chất:  Vector trạng thái có độ dài hướng cố định mặt phẳng ur  Các vector trạng thái chia mặt phẳng thành phần nhau, gọi sector Ts  U1t1  U 2t2  Thông thường vector trạng thái hai vector biên sector 10/22/2010 45 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM VIII.5.2 Bảng vector chuẩn SVM No Van dẫn uA uB uC U0 V2, V4, V6 0 0 U1 V6, V1, V2 2/3UDC -1/3UDC -1/3UDC U2 V1, V2, V3 1/3UDC 1/3UDC -2/3UDC U3 V2, V3, V4 -1/3UDC 2/3UDC -1/3UDC U4 V3, V4, V5 -2/3UDC 1/3UDC 1/3UDC U5 V4, V5, V6 -1/3UDC -1/3UDC 2/3UDC U6 V5, V6, V1 1/3UDC -2/3UDC 1/3UDC U DC e j  j U DC e 3 2 j U DC e 3 U DC e j 2 j U DC e 3  j U DC e 3 U7 V1, V3, V5 0 10/22/2010 u 46 23 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.2 Biểu diễn vector trạng thái mặt phẳng 0  Các vector trạng thái biểu diễn mặt phẳng tọa độ 0  Đầu mút vector đỉnh lục giác  Vector chia mặt phẳng thành góc nhau, gọi sector, đánh số từ I, II đến VI  Hai vector không V0, V7 nằm gốc tọa độ 10/22/2010 47 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.2 Tổng hợp vector điện áp  Giả sử vector điện áp nằm sector I Biểu diễn vector uo qua hai vector biên: uo  u p  ut t t  Trong đó: u  p u ;u  t u p Ts t Ts  Độ dài vector:   up  u sin     ; 3  ut  u sin   Độ dài vector: u1  u  U i  E u  Uo   góc pha vector điện áp đầu ra, tính góc phần sáu:    u o  k ; k  0,1, 2,3, 4,5 10/22/2010  Tính thời gian sử dụng vector biên: t p  Ts Uo U   sin     ; tt  Ts o sin  Ui  Ui   Gọi m=Uo/Ui, 0 m 1, hệ số điều chế, tính thời gian: t p  Ts q 2   sin     ; tt  Ts q sin  3   Trong vùng điều chế tuyến tính tp+tt  Ts  Trong khoảng thời gian lại áp dụng vector không to = Ts – (tp+tt) 48 24 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.2 Tổng hợp vector điện áp  Thời gian t1, t2 thể thời gian sử dụng vector tích cực Thời gian lại t0/2=Ts/2-(t1+t2) áp dụng vector 0, V0 V7  Các cách xếp sử dụng vector không không ảnh hưởng đến giá trị vector mong muốn Cách dùng vector không tùy theo mục tiêu muốn đạt được:  Giảm thiểu méo điện áp,  Giảm đến tối thiểu số lần chuyển mạch van, tức giảm tổn thất van Không phải lúc giảm méo điện áp mục tiêu cao nhất, áp dụng giảm tốn thất  Sine wave SVM, gọi SVPWM - SVM with Symmetrical Placement of Zero VIIIectors  Đặt V0, V7 đối xứng quang nửa chu kỳ điều chế Ts Ví dụ sector I dùng vector:  V0 – V1 – V2 – V7 – V7 – V2 – V1 – V0  Giảm tốn thất, gọi Discontinuous pulse width modulation - DPWM  Trong chu kỳ Ts dùng vector không lần (V0 V7), giảm hai lần chuyển mạch 10/22/2010 49 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.2 Các giới hạn SVM  Các giới hạn SVM điện áp hình sin nhánh nửa cầu U DC   u r   Đồ thị giới hạn Sine wave SVM  Điện áp sin Quỹ đạo vector tròn Chế độ điều chế tương đương với PWM vùng tuyến tính, điện áp hình sin, gọi SPWM  U DC  u  U DC r  Một pha bị giới hạn biên độ UDC/2 Điện áp bị méo Quỹ đạo vector theo đường lục giác, nét chấm  U DC  ur  Hai pha bị giới hạn biên độ UDC/2 Điện áp bị méo 10/22/2010 50 25 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.3 Phương pháp SVPWM với t0 = t7  Đây SVM tương đương với  Đồ thị dạng điện áp điều chế PWM có điều chế thứ tự không, với U3f có dạng tam giác cân Ts  t1  t2   1 3   cos t    2   sin t      t0  t  t1  U rm t   Ts U  2 DC   U DC  t1  t2  ; U An  U rm cos  t   ; Ts      U DC   t1  t2  ; U Bn  U rm sin  t   ;   Ts U An  U Bn U DC  U Cn   t1  t2  U Cn  U An  U rm cos  t   Ts 2 6  U Zn  U An  U Bn  U Cn  U A  U An  U zn ; U B  U Bn  U zn ; U C  U Cn  U zn 10/22/2010 51 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.3 Các giới hạn SVPWM  Các giới hạn SVPWM    Khi U rm  1/ U DC điện áp pha tải có dạng sin hoàn toàn  Khi U rm  1/ U DC điện áp uAn, uBn,uCn bị giới hạn +/-UDC/2  Vectơ không gian điện áp bị giới hạn hình lục giác có đỉnh vectơ biên 10/22/2010  Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 173 V 52 26 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.3 Các giới hạn SVPWM  Các giới hạn SVPWM  Vectơ điện áp bị hạn chế hình lục giác có đỉnh vectơ biên chuẩn  Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 200 V  Vectơ không gian điện áp với UDC = 300 V, Urm = 200 V 10/22/2010 53 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.4 Quá điều chế SVPWM  Phép điều chế mà vectơ điện áp vượt 1/ U d gọi   điều chế (Overmodulation) 10/22/2010  Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn điện áp pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 200 V 54 27 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.5 Nhận xét chung SVM  SVM phương pháp dùng số  Sơ đồ cấu trúc thực SVM hoàn toàn Thuật toán đơn giản, dễ ứng dụng vi xử lý  Mở rộng phạm vi điều chế so với PWM  Có thể thực điều chế mà thay đổi nhiều thuật toán  Là phương pháp mở rộng cho nghịch lưu phức tạp sơ đồ pha – dây, sơ đồ nghịch lưu đa cấp, cho nghịch lưu pha 10/22/2010 55 28 [...]... thường dựa trên các số liệu ban đầu:  Giá trị điện áp hình sin ra mong muốn Uo (VIII) và tần số sóng cơ bản f1 (Hz)  Công suất hoặc dòng đầu ra mong muốn Po (W), Io (A), hệ số công suất của tải cos Thông thường hệ số công suất cỡ 0,8  Ví dụ tính toán: U om  220 2  311(V ); f1  50 Hz; Po  1kW ;cos   0,8  Các bước và các thông số cần tính toán:  1 Điện áp một chiều yêu cầu: UDC (V)  Với PWM... Space vector m j  t   Tương tự vector điện áp u  U e vector dòng điện có thể là: i I e m  Thành phần thứ tự thuận,  Thành phần thứ tự ngược,  Thành phần thứ tự không u=up +un +u zer 10/22/2010 của các thành phần tương ứng  Nếu trong điện áp có các thành j  t   Với  là góc pha giữa dòng điện với điện áp  Vector không gian tổng quát: trong hệ thống điện vector được biểu diễn bởi ba thành... sóng điện áp ra  Chọn CL = 0,1s  CL = 12,5664.103 (rad/s) VIIIậy: 1 1 1 1 C   0,53   F  2 L CL 12.103 12,5664.103 2  Có thể chọn trị số tụ C lớn hơn, ví dụ 1F  Để đảm bảo tần số cắt CL giá trị tụ phải chọn lớn hơn để bù vào công suất phản kháng của tải 10/22/2010 26 13 28/08/2014 VIII.3 Nghịch lưu nguồn áp một pha VIII.3.7 Tính toán các thông số của sơ đồ NLNA PWM  8 Bù công suất. .. đóng cắt  Trạng thái van cho ra điện áp bằng 0 (ứng với vector không trong SVM) phân bố đối xứng ở hai đầu và giữa chu kỳ Ts 10/22/2010 35 VIII.4.3 Điều chế PWM với thành phần thứ tự không Khái niệm về ZSS-PWM  Với điều chế điện áp ra hình sin theo mạch điện tương đương với sơ đồ nửa cầu điện áp ra trên mỗi pha đầu ra chỉ thay đổi giữa +/- UDC/2, là biên độ lớn nhất của điện áp ra Chính vì vậy theo SPWM... Ts là chu kỳ điều chế 6 Hệ số méo phi tuyến THD THD%=Ih/Is1* 100 Dùng cho dòng điện và điện áp 7 Hệ số méo dòng điện d Ih/Ih,6s Không phụ thuộc trở kháng tải 10/22/2010 42 21 28/08/2014 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM VIII.5.1 Khái niệm về vector không gian – Space vector  Một hệ thống điện áp, dòng điện ba pha bất kỳ X = (XA, XB, XC), nếu thỏa mãn X a  X b  X c  0, Qua phép... sóng ra mong muốn  Thông thường để có hệ số méo tổng THD trong phạm vi cho phép cần có kf  20 VIIIới công suất lớn fs cỡ 2 – 4 kHz, trong khi đó ở dải công suất nhỏ hơn thường phải chọn fs từ 10 - 20 kHz  Điều này cũng là vì để đảm bảo độ đập mạch dòng ra trong phạm vi cho phép thì với dòng càng nhỏ điện cảm Ls càng phải lớn Tuy nhiên nếu Ls lớn thì sụt áp ở tần số cơ bản cũng lớn Để thỏa hiệp, do... của SVPWM  Các giới hạn của SVPWM    Khi U rm  1/ 3 U DC điện áp ra trên các pha tải luôn có dạng sin hoàn toàn  Khi U rm  1/ 3 U DC các điện áp ra uAn, uBn,uCn sẽ bị giới hạn bởi +/-UDC/2  Vectơ không gian điện áp ra bị giới hạn trong hình lục giác có đỉnh là các vectơ biên 10/22/2010  Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn và điện áp trên các pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 173... của SVPWM  Vectơ điện áp ra chỉ còn bị hạn chế bởi hình lục giác có đỉnh là các vectơ biên chuẩn  Dạng điện áp biến điệu uAn, uBn, uCn, uZn và điện áp trên các pha tải uA, uB, uC với UDC = 300 V, Urm = 200 V  Vectơ không gian điện áp ra với UDC = 300 V, Urm = 200 V 10/22/2010 53 VIII.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM VIII.5.4 Quá điều chế SVPWM  Phép điều chế mà vectơ điện áp ra vượt... dải làm việc tuyến tính,   1, giá trị biên độ điện áp đầu ra có thể đạt lớn nhất là UDC, khi tần số đóng cắt fs coi là vô cùng lớn Để dự phòng điện áp một chiều thay đổi trong phạm vi +/-10% cần chọn max = 0,9  Vậy: UDC = Uom/0,9 = 311/0,9 = 346 V  Trong mạch thường có mạch lọc LC để tạo điện áp ra hình sin Dự phòng sụt áp trên cuộn cảm lọc Ls cỡ 10% điện áp ra nên phải chọn UDC = 1,1.346 = 380 V... VIII.5.2 Các giới hạn của SVM  Các giới hạn của SVM điện áp ra hình sin trên mỗi nhánh nửa cầu U DC  1 0  u r   Đồ thị giới hạn của Sine wave SVM 2  Điện áp ra sin Quỹ đạo vector tròn Chế độ điều chế này tương đương với PWM trong vùng tuyến tính, điện áp ra hình sin, gọi là SPWM  2 U DC  u  U DC r 2 3  Một pha bị giới hạn biên độ tại UDC/2 Điện áp ra bị méo Quỹ đạo vector đi theo đường lục