Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu độc lập - Trần Trọng Minh

ộ sóng sin m Trong dải điều chế V.4.4 Các thông số cơ bản của PWM cầu ba pha ( ) 1 1 ,6 1 2 / m m s m DC UM U U Upi = = ,m refU m = 0 0,785M≤ ≤ ( )/ 4 0,785pi = điều chế so với biên độ sóng răng cưa. tuyến tính SPWM 2. Dải điều chỉnh tuyến tính lớn nhất Mmax mmax 0 0,907 0 1,154 Phụ thuộc dạng tín hiệu điều chế chủ đạo ZSS-PWM 3. Quá điều chế M > Mmax m > mmax Dải điều chế phi tuyến (điện áp ra méo dạng)

 
mcU 0 1m≤ ≤ Thông số Ký hiệu Định nghĩa Giải thích 4. Tỷ số giữa tần số điều chế so với tần số cơ bản mf mf = fs/f1 mf là số nguyên là tốt nhất, mf >20. 5. Tần số đóng cắt fs fs=1/Ts Ts là chu kỳ điều chế 6. Hệ số méo phi tuyến THD THD%=Ih/Is1* 100 Dùng cho dòng điện và điện áp. V.4.4 Các thông số cơ bản của PWM cầu ba pha 7. Hệ số méo dòng điện d Ih/Ih,6s Không phụ thuộc trở kháng tải.

 
Một hệ thống điện áp, dòng điện ba pha bất kỳ X = (XA, XB, XC), nếu thỏa mãn , Qua phép biến đổi Clark trở thành một vector:
Biểu diễn dưới dạng ma trận:
Nếu: V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.1 Khái niệm về vector không gian – Space vector 0a b cX X X+ + = ( )223 A B Cu au a u= + +u 2 1 3pi [ ] [ ]1 1 11 2 2 2 3 3 30 2 2 . T A B C T A B C u u u u u T u u u α β   − −   =       −   =  Trong đó:
Biểu diễn trên trục tọa độ vector trở thành:
Vector trở thành vetor quay:

  3 2 2 j a e j= = − + ( ) ( ) 1 2 3 1 3 A B C B C u u u u u u u α β  = − −   = −  ( )cos 2 cos - 3 2 cos 3 m A m B m C u U t u U t u U t ω pi ω pi ω  =     =        = +     ( )j tmU e ω=u u u
Tương tự vector điện áp vector dòng điện có thể là: Với ϕ là góc pha giữa dòng điện với điện áp.
Vector không gian tổng quát: trong hệ thống điện vector được biểu
Độ dài của vetor chính là biên độ của các thành phần tương ứng.
Nếu trong điện áp có các thành phần sóng hài bậc cao thì vector biểu diễn qua các thành phần như chuỗi phức Fourie như sau: V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.1 Khái niệm về vector không gian – Space vector ( )j tmU e ω=u ( )j tmI e ω ϕ−=i jk t jk te eω ω ∞ ∞ − = +∑ ∑ *u u udiễn bởi ba thành phần:
Thành phần thứ tự thuận,
Thành phần thứ tự ngược,
Thành phần thứ tự không.
Trong đó:

  p n zeru=u +u +u ( ) ( ) ( ) 0 1 ; ; 1 . 3 jm p jm n A B C U e U e u u u θ θ θ θ + − + = = = + + p n zer u u u 0 1k k= = pk nk 0 1 , 0,1,..., T jk te dt k T ω− = = ∞∫pku u 0 1 , 1,2,..., T jk te dt k T ω∗ + = = ∞∫nku u
1. State switch: trạng thái của van. Trong bộ biến đổi trạng thái được phép của van được xác định trong các điều kiện:
Không làm ngắn mạch nguồn áp;
Không làm hở mạch nguồn dòng.
2. State vector: vector trạng thái. Ứng với mỗi trạng thái của van
3. Vector điện áp ra mong muốn có thể biểu diễn dưới dạng hệ tọa độ cực:
Hoặc tọa độ thành phần:
4. Tổng hợp vector mong muốn từ các vector trạng thái. Trong mỗi V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.2 Cơ bản về SVM m j ref refU e θ =u , ref u uα β =  u xác định được giá trị của vector không gian điện áp ra. Tính chất:
Vector trạng thái có độ dài và hướng cố định trên mặt phẳng.
Các vector trạng thái chia mặt phẳng thành những phần đều nhau, gọi là các sector. góc điều chế với Ts là chu kỳ điều chế, vector mong muốn được tổng hợp từ hai vector trạng thái:
Thông thường vector trạng thái là hai vector biên của sector.

  k sTθ ω∆ = 1 22 sT t t= +r 1 2u U U No Van dẫn uA uB uC U0 V2, V4, V6 0 0 0 0 U1 V6, V1, V2 2/3UDC -1/3UDC -1/3UDC U2 V1, V2, V3 1/3UDC 1/3UDC -2/3UDC V.5 Phương pháp điều chế vector không gian - SVM V.5.2 Bảng các vector chuẩn của SVM u 02 3 j DCU e − 32 jU e pi 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 U7 V1, V3, V5 0 0 0 0

  3 DC 2 32 3 j DCU e pi 2 3 j DCU e pi− 2 32 3 j DCU e pi − 32 3 j DCU e pi −
Các vector trạng thái được biểu diễn trên mặt phẳng tọa độ 0αβ.
Đầu mút các vector là đỉnh một lục giác đều.
Vector chia mặt phẳng thành 6 góc bằng nhau, gọi là các sector, đánh số từ I, II đến VI. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Biểu diễn các vector trạng thái trên mặt phẳng 0αβ
Hai vector không V0, V7 nằm ở gốc tọa độ.

 
Giả sử vector điện áp ra nằm trong sector I. Biểu diễn vector uo qua hai vector biên:
Trong đó:
Độ dài các vector:
Tính được thời gian sử dụng các vector biên:
Gọi m=Uo/Ui, trong đó 0≤ m ≤1, là hệ số điều chế, có thể tính được thời gian: V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Tổng hợp vector điện áp ra ou u up t= + 2 sin ;u u pi θ = −  ; .p 1 t 2u u u u p t s s t t T T = = 2 2 sin ; sin . 33 3 o o p s t s i i U U t T t T U U pi θ θ = − =   
Độ dài các vector:
θ là góc pha của vector điện áp đầu ra, tính trong góc phần sáu:
Trong vùng điều chế tuyến tính tp+tt ≤ Ts
Trong khoảng thời gian còn lại áp dụng vector không to = Ts – (tp+tt).

  33 2 sin . 3 p tu u θ   = 1 2 2 3 u u iU E= = = u oU= 2 2 sin ; sin . 33 3p s t s t T q t T qpi θ θ = − =    ; 0,1,2,3,4,5 3 uo k k piθ = ∠ − =
Thời gian t1, t2 thể hiện là thời gian sử dụng các vector tích cực. Thời gian còn lại t0/2=Ts/2-(t1+t2) áp dụng vector 0, V0 hoặc V7.
Các cách sắp xếp và sử dụng vector không là tự do vì không ảnh hưởng đến giá trị vector mong muốn. Cách dùng vector không là
1. Sine wave SVM, gọi là SVPWM - SVM with Symmetrical Placement of Zero Vectors.
Đặt V0, V7 đối xứng quang nửa chu kỳ điều chế Ts. Ví dụ trong sector I dùng các vector:
V0 – V1 – V2 – V7 – V7 – V2 – V1 – V0. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Tổng hợp vector điện áp ra tùy theo mục tiêu muốn đạt được:
Giảm thiểu méo điện áp,
Giảm đến tối thiểu số lần chuyển mạch của van, tức là giảm tổn thất trên van. Không phải lúc nào giảm méo điện áp cũng là mục tiêu cao nhất, khi đó có thể áp dụng giảm tốn thất.
2. Giảm tốn thất, gọi là Discontinuous pulse width modulation - DPWM.
Trong một chu kỳ Ts chỉ dùng vector không một lần (V0 hoặc V7), như vậy giảm được hai lần chuyển mạch.

 /
Các giới hạn của SVM điện áp ra hình sin trên mỗi nhánh nửa cầu.
1.
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.
Đồ thị giới hạn của Sine wave SVM. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.2 Các giới hạn của SVM DC DCU U≤ ≤u 0 2 DC r U≤ ≤u
Một pha bị giới hạn biên độ tại UDC/2. Điện áp ra bị méo. Quỹ đạo vector đi theo đường lục giác, nét chấm.
3.
Hai pha bị giới hạn biên độ tại UDC/2. Điện áp bị méo.

  2 3r 3 DC r U ≤ u
Đây là SVM tương đương với PWM có điều chế thứ tự không, với U3f có dạng tam giác cân.
Đồ thị dạng điện áp điều chế V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Phương pháp SVPWM với t0 = t7 ( )0 7 1 212 st t T t t= = − − ( ) ( ) 1 2 3 1 cos3 2 22 sin0 1 rm s DC tt UT t U t ω ω      −  =           

 
( ) ( ) ( ) 1 2 1 2 1 2 2 ; 2 2 ; 2 2 . 2 DC An s DC Bn s DC Cn s UU t t T UU t t T UU t t T = + = − + = − − 3 cos ; 2 6 3 sin ; 2 6 3 cos . 2 6 An rm Bn rm Cn An rm U U t U U t U U U t pi ω pi ω pi ω   = −      = −      = − = − −    ( )1 3Zn An Bn Cn U U U U= + + ; ; . A An zn B Bn zn C Cn zn U U U U U U U U U = − = − = −
Các giới hạn của SVPWM
Khi điện áp ra trên các pha tải luôn có dạng sin hoàn toàn.
Khi các điện áp ra uAn, uBn,uCn sẽ bị giới hạn bởi +/-UDC/2.
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 V. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Các giới hạn của SVPWM ( )1/ 3rm DCU U≤ ( )1/ 3rm DCU U>
Vectơ không gian điện áp ra bị giới hạn trong hình lục giác có đỉnh là các vectơ biên.

 
Các giới hạn của SVPWM
Vectơ điện áp ra chỉ còn bị hạn chế bởi hình lục giác có đỉnh là các vectơ biên chuẩn.
Vectơ không gian điện áp ra với UDC = 300 V, Urm = 200 V.
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. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.3 Các giới hạn của SVPWM

 
Phép điều chế mà vectơ điện áp ra vượt quá gọi là quá điều chế. (Overmodulation).
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. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.4 Quá điều chế SVPWM ( )1/ 3 dU

 
SVM là phương pháp dùng số hoàn toàn. Thuật toán đơn giản, dễ ứng dụng trên vi xử lý.
Mở rộng được phạm vi điều chế so với PWM.
Có thể quá điều chế mà không phải thay đổi nhiều trong thuật
Sơ đồ cấu trúc thực hiện SVM. V.5 Phương pháp điều chế vector không gian – SVM V.5.5 Nhận xét chung về SVM toán.
Là phương pháp có thể mở rộng cho các nghịch lưu phức tạp hơn như sơ đồ 3 pha – 4 dây, các sơ đồ nghịch lưu đa cấp, ngay cả cho các nghịch lưu một pha.

 
SVM là phương pháp dùng số hoàn toàn. Thuật toán đơn giản, dễ ứng dụng trên vi xử lý.
Sơ đồ cấu trúc thực hiện SVM. V.6 Nghịch lưu cộng hưởng V.6.1 Các vấn đề chung về NLCH