LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển dòng điện của bộ biến tần 3 pha là một trong những điều quan trọng và cơ bản nhất trong điện tử công suất và đã đƣợc nghiên cứu tổng quát trong thập kỉ vừa qua. Phƣơng pháp phi tuyến tính , nhƣ điều khiển hiện tƣợng trễ và phƣơng pháp tuyến tính, nhƣ bộ điều chỉnh tỉ lệ - tích phân sử dụng điều biến độ rộng xung đƣợc dẫn chứng bằng tài liệu [1]-[3] Với sự phát triển nhanh và mạnh mẽ của bộ xử lý, sự quan tâm ngày càng tăng đã đƣợc dành cho sự điều khiển dòng điện dự báo. Trong phƣơng pháp này, những mô hình tải vào và bộ biến tần đã đƣợc sử dụng để dự báo hoạt động dòng điện và do đó có thể lựa chọn sự khởi động thích hợp nhất theo tiêu chuẩn giám sát bất kì[4]-[11]. Phƣơng pháp dự báo có nội dung bao quát và khác với các phƣơng pháp điều khiển đã đƣợc đƣa ra dƣới tên này.
Sự phân loại là một trong số đó đã đƣợc nêu ra ở [4]. Một phƣơng pháp sử dụng điều khiển dự báo để tính toán dòng điện tải cần thiết để đánh giá hoạt động dòng điện. mới đây, bộ điều biến đƣợc sử dụng để phát điện áp mong muốn. Trong phƣơng pháp này, bộ biến đổi chỉ đơn giản là mô hình hóa nhƣ một sự tăng thêm.
Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng trong điều khiển dòng điện cho bộ biến tần [6], [7], cũng nhƣ là cho bộ chỉnh lƣu và bộ lọc [8]. Bộ biến đổi để phƣơng pháp này tính toán chu kì công suất của PWM dao động cần thiết cho điều khiển dòng điện [9], [10] Một trong những ƣu điểm của điều khiển dự báo là có thể bao gồm phi tuyến tính của hệ thống trong mô Hình dự báo và do đó tính toán hoạt động biến động cho trạng thái độ dẫn. đặc tính này đã đƣợc khai thác trong học tập sớm hơn [12], nơi điều khiển dự báo đã đƣợc sự dụng để giảm tối thiểu sự chuyển đổi tần số cho bộ biến tần năng lƣợng cao. Cũng trong [11], đặc tính của điều khiển dự báo đƣợc sử dụng để đánh giá hoạt động sai số dòng điện cho mỗi trạng thái chuyển đổi trong bộ lọc một pha.
Phƣơng pháp khác nhau đƣợc nêu ra trong [13], để điều khiển bộ chuyện đổi mạng. mô Hình trong hệ thống đƣợc sử dụng để dự báo hoạt động dòng điện tải đầu vào cho mỗi trạng thái chuyển đổi khác nhau của bộ biến đổi mạng. trạng thái chuyển đổi mạng là giảm thiểu tối đa giá trị hàm số đƣợc 1 lựa chọ. Phƣơng pháp này chứng mình rằng sử dụng điều khiển dự báo có thể ngăn ngừa cách sử dụng phƣơng pháp biến điệu phức tạp Bài viết cho thấy phƣơng pháp đã giới thiệu ở [13] và đƣợc áp dụng cho bộ biến tần 3 pha.
Lời giải thích của phƣơng pháp đã đƣợc nêu ra, bao gồm mô hình đã sử dụng cho sự dự báo dòng điện và giá trị hàm số đã sử dụng cho việc lựa chọn trạng thái chuyển đổi mạng. sự mô phỏng xảy ra nhƣ một kết quả sự so sánh đặc tính của phƣơng pháp đề ra với hiện tƣợng trễ và điều khiển PWM đã đƣợc nêu ra. Cuối cùng, kết quả thực nghiệm đã đƣợc nêu ra để thông qua học lý thuyết. 2 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 1.
TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN TẦN Bộ biến tần dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đầu ra. Bộ biến tần thƣờng đƣợc sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phƣơng pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lƣới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên. Ngoài việc thay đổi tần số còn có sự thay đổi tổng số pha. Từ nguồn lƣới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần ta có thể mắc vào tải động cơ ba pha.
Bộ biến tần còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện. Bộ biến tần trong trƣờng hợp này cung cấp năng lƣợng cho lò cảm ứng. Bộ biến tần đƣợc chia ra làm 2 loại: + Biến tần gián tiếp: trong mạch có chứa khâu trung gian một chiều. Cấu tạo của bộ biến tần gián tiếp gồm có bộ chỉnh lƣu với chức năng chỉnh lƣu điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lƣu thực hiện việc chuyển đổi điện áp (hoặc dòng điện) chỉnh lƣu sang dạng áp hoặc dòng xoay chiều ở ngõ ra.
Bằng cấu trúc nhƣ trên, ta có thể điều khiển tần số ra một cách độc lập không phụ thuộc tần số vào + Biến tần trực tiếp (còn đƣợc gọi là cycloconvertor): trong mạch không có khâu trung gian một chiều. Bộ biến tần trực tiếp-Cycloconverter, tạo nên điện áp xoay chiều ở ngõ ra với trị hiệu dụng và tần số điều khiển đƣợc. Nguồn điện áp xoay chiều với tần số và biên độ không đổi cung cấp năng lƣợng cho bộ biến tần này. +Bộ biến tần trực tiếp dùng để điều khiển truyền động động cơ điện xoay chiều.
Theo quá trình chuyển mạch, bộ biến tần trực tiếp đƣợc phân biệt làm hai loại: bộ biến tần có quá trình chuyển mạch phụ thuộc và bộ biến tần có quá trình chuyển mạch cƣỡng bức. Trong phạm vi bài báo cáo này chúng ta chỉ xét trƣờng hợp bộ biến tần gián tiếp với hai bộ phận chính là bộ chỉnh lƣu và bộ nghịch lƣu.2 Bộ chỉnh lưu Bộ chỉnh lƣu đƣợc sử dụng để đổi điện áp (dòng điện) xoay chiều một pha hoặc ba pha thành điện áp (dòng điện) một chiều. Ở đây, chúng ta chỉ xét đến trƣờng hợp bộ chỉnh lƣu ba pha. Bộ chỉnh lƣu ba pha đƣợc chia thành hai loại: chỉnh lƣu tia và chỉnh lƣu cầu.1 Bộ chỉnh lưu tia ba pha Giả sử cho nguồn ba pha lý tƣởng: V1 Vm cos( ) 2 V2 Vm cos( ) 3 4 V3 Vm cos( ) 3 Khi dòng tải liên tục, điện áp tải chỉ phụ thuộc vào điện áp nguồn và có độ lớn trị trung bình: 2 1 6 3 3 3 Vd 2 6 Vm cosd 2 Vm 3 a.
Bộ chỉnh lƣu tia ba pha. Tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. Bộ chỉnh lƣu tia ba pha.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha a. Bộ chỉnh lƣu cầu ba pha.
Dạng tín hiệu ngõ và ngõ ra. Bộ chỉnh lƣu cầu ba pha. A1 3 3 2 Vd 2 2V cos( )d V (V) 6 LL 6 LL 3 Vm Với VLL là điện áp dây: VLL 3 2 1.3 Bộ nghịch lƣu Bộ nghịch lƣu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lƣợng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lƣợng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lƣợng đƣợc điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện, do đó ngƣời ta thƣờng chia bộ nghịch lƣu ra làm hai loại: bộ nghịch lƣu áp và bộ nghịch lƣu dòng.
+ Bộ nghịch lƣu áp: nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lƣu là nguồn điện áp. + Bộ nghịch lƣu dòng: nguồn điện áp cung cấp cho bộ nghịch lƣu là nguồn dòng điện. Các bộ nghịch lƣu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của bộ biến tần. Ứng dụng quan trọng và tƣơng đối rộng rãi của chúng nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động cơ xoay chiều với độ chính xác cao.
Trong lĩnh vực tần số cao, bộ nghịch lƣu đƣợc dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần. Bộ nghịch lƣu còn đƣợc dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, bộ 5 nghịch lƣu còn đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng. Các tải xoay chiều thƣờng mang tính cảm kháng (ví dụ động cơ không đồng bộ, lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện không thể ngắt bằng quá trình chuyển mạch tự nhiên. Do đó, mạch bộ nghịch lƣu thƣờng chứa linh kiện tự kích ngắt để có thể điều khiển quá trình ngắt dòng điện.1 Bộ nghịch lưu áp Bộ nghịch lƣu áp có rất nhiều loại cũng nhƣ nhiều phƣơng pháp điều khiển khác nhau.
Theo số pha điện áp đầu ra: nghịch lƣu áp 1 pha, 3 pha, … Theo số cấp giá trị điện áp giữa đầu pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch có: hai bậc (two-level), đa bậc (Multi_level – từ 3 bậc trở lên). Theo cấu hình của bộ nghịch lƣu: dạng cascade (cascade inverter), dạng nghịch lƣu chứa diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter),. Theo phƣơng pháp điều khiển: Phƣơng pháp điều rộng. Phƣơng pháp điều biên.
Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM). Phƣơng pháp điều chế vector không gian (SVPWM – Carrier Based PWM). Trong bài báo cáo này, ta chỉ xét phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM) cho bộ nghịch lƣu ba pha hai bậc và ba bậc.2 Bộ nghịch ba pha hai bậc 6 Hình 1. Bộ nghịch lƣu ba pha hai bậc.
Bộ nghịch lƣu hai bậc chứa hai khoá bán dẫn trên mỗi nhánh pha tải đƣợc gọi chung là nghịch lƣu áp hai bậc ( two-level VSI ). Chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong phạm vi công suất vừa và nhỏ. Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu một pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch thay đổi giữa hai bậc giá trị khác nhau. Bộ nghịch lƣu áp hai bậc có nhƣợc điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây động cơ với độ dốc (dv/dt ) khá lớn và gây ra một số vấn đề khó khăn bởi tồn tại trạng thái khác zero của tổng điện thế từ các pha đến tâm nguồn DC (hiện tƣợng common-mode voltage).
Bộ nghịch lƣu áp đa bậc đƣợc phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu trên của bộ nghịch lƣu áp hai bậc và thƣờng đƣợc sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công suất lớn.3 Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc Các Ƣu Điểm của bộ nghịch lƣu áp đa bậc: Công suất của bộ nghịch lƣu áp tăng lên. Đối với tải công suất lớn, điện áp cung cấp cho tải có thể đạt giá trị tƣơng đối lớn. Điện áp đặt lên linh kiện bị giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo. Với cùng tần số đóng ngắt, các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với trƣờng hợp bộ nghịch lƣu áp hai bậc.
