Giáo trình Điện tử công suất 1 - Chương 5: Bộ nghịch lưu và bộ biến tần (Phần 4)

Nội dung text: Giáo trình Điện tử công suất 1 - Chương 5: Bộ nghịch lưu và bộ biến tần (Phần 4)

1. Ñieän töû coâng suaát 1 5.3.8. PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ MÔÛ ROÄNG (OVERMODULATION) Caùc phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian vaø daïng caûi bieán cuûa noù ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån ñieän aùp ngoõ ra coù chæ soá ñieàu cheá ñeán giôùi haïn 0,907. Trong ñieàu khieån coâng suaát lôùn, chaúng haïn ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñoäng cô ñieän xoay chieàu, vieäc taän duïng khaû naêng coâng suaát cuûa boä nghòch löu coù yù nghóa kinh teá vì seõ söû duïng hieäu quaû caùc thieát bò vaø linh kieän, ñaëc bieät trong caùc quaù trình quaù ñoä. Do ñoù, phaùt sinh nhu caàu ñieàu khieån môû roäng ñieän aùp ñeán giaù trò cöïc ñaïi maø phöông phaùp 6 böôùc taïo ra töông öùng vôùi chæ soá ñieàu cheá m=1. Phöông phaùp ñieàu cheá ñoä roäng xung sin vaø daïng caûi bieán cuûa noù cuõng coù theå ñaït ñeán giôùi haïn m=1. Tuy nhieân, ñaëc tính ñieàu khieån trôû neân raát phi tuyeán vaø tính chaát soùng haøi ñaït ñöôïc khoâng coù lôïi cho söû duïng. Do ñoù, ñieàu cheá ñoä roäng xung môû roäng khoâng thöïc hieän thuaän lôïi khi söû duïng caùc phöông phaùp ñieåu khieån ñaõ neâu. Phöông phaùp ñieàu cheá vector môû roäng döïa vaøo ñaëc tính quyõ ñaïo cuûa vector khoâng gian (xem hình H5.22). Quyõ ñaïo vector giôùi haïn döôùi laø ñöôøng troøn noäi tieáp beân trong hình luïc giaùc, töông öùng m=0,907. Beân trong ñöôøng troøn giôùi haïn naøy, ta coù theå ñieàu khieån r vector ñieän aùp ngoõ ra V (vaø ñieän aùp ba pha taûi) cuøng pha vaø tæ leä tuyeán tính r vôùi modul cuûa vector yeâu caàu vref . Ñeå taïo ra bieân ñoä haøi cô baûn coù r chæ soá ñieàu cheá m>0,907 töông öùng vôùi vuøng ñieàu cheá môû roäng, vector vref seõ coù moät phaàn quyõ ñaïo vöôït ra ngoaøi hình luïc giaùc vaø kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian boä r nghòch löu aùp khoâng cho pheùp thöïc hieän ñöôïc ñieàu naøy vì vector V taïo thaønh chæ coù theå naèm beân trong dieän tích giôùi haïn cuûa hình luïc giaùc. Do ñoù, ñeå ñaït ñöôïc giaù trò m cho tröôùc r thoûa ñieàu kieän m>0,907, töông quan giöõa quyõ ñaïo vector yeâu caàu vref vaø vector trung bình r V thöïc teá coù theå xaûy ra ôû nhöõng tröôøng hôïp sau: r r - Hai vector vref , V di chuyeån cuøng pha vaø tæ soá modul thay ñoåi r r V = m( γ).v ref r r - Hai vector vref , V di chuyeån khaùc pha vaø tæ soá modul thay ñoåi r r jδ( γ) V = m( γ).v ref .e Heä quaû cuûa söï dòch chuyeån khoâng cuøng pha vaø tæ soá modul thay ñoåi ôû treân daãn ñeán r töông quan khoâng tuyeán tính giöõa vector yeâu caàu vôùi thaønh phaàn haøi cô baûn V(1) cuûa aùp ra cuõng nhö söï xuaát hieän caùc thaønh phaàn soùng haøi baäc cao trong ñieän aùp pha taûi. Caùc phöông phaùp ñieàu cheá vector môû roäng ñeàu coá gaéng taïo ñieàu kieän ñieàu khieån lieân tuïc khi m thay ñoåi trong phaïm vi treân, vaán ñeà ñaëc tính ñieàu khieån tuyeán tính vaø löôïng soùng haøi baäc cao laø nhöõng yeáu toá quyeát ñònh phöông aùn ñieàu cheá vector môû roäng. 5-30
2. Ñieän töû coâng suaát 1 Yeâu caàu ñieàu cheá vector môû roäng nhaèm taïo quan heä tuyeán tính giöõa thaønh phaàn haøi cô baûn cuûa vector ñieän aùp vaø vector ñieàu khieån, bieåu dieãn döôùi daïng quan heä toaùn hoïc, ta coù: r r V(1) = m.v ref Moät trong caùc phöông phaùp ñieàu cheá vector môû roäng laø chia phaïm vi ñieàu cheá laøm 2 3 ln3 mode. Mode 1, aùp duïng cho phaïm vi thay ñoåi cuûa m töøø 0,907 ñeán = 0.9514 , caùc 2 quyõ ñaïo töông öùng laø ñöôøng troøn noäi tieáp beân trong hình luïc giaùc (m=0,907) vaø ñöôøng chu vi cuûa hình luïc giaùc (m=0,9514). Mode 2, aùp duïng cho phaïm vi thay ñoåi cuûa m töø 0,9514 ñeán 1. Caän döôùi coù quyõ ñaïo vector töông öùng laø ñöôøng chu vi cuûa hình luïc giaùc (m=0,9514) vaø vaø caän treân coù quyõ ñaïo goàm saùu vector ñænh cuûa hình luïc giaùc (m=1). Moät trong caùc phöông phaùp ñieàu cheá vector môû roäng ñöôïc bieát do Holtz ñeà xuaát [47]. Theo ñoù, trong cheá ñoä mode 1 r r (0,907 m>0,9514), (xem hình H5.24a,b,c,d,e) ñoái vôùi moãi chæ soá ñieàu cheá, toàn taïi moät giaù trò goùc coá ñònh, goïi laø goùc choát αh (holding angle). Trong quaù trình r dòch chuyeån cuûa vector ñieàu khieån vref , neáu goùc pha α cuûa noù nhoû hôn goùc choát αh , thì r vector trung bình bò choát giöõ taïi vector ñænh V1 ( αp = 0) -hình H5.24a. Khi vector ñieàu r khieån vref di chuyeån vôùi goùc pha α lôùn hôn goùc choát αh vaø nhoû hôn goùc ( π 3 − αh ) thì 5-31
3. Ñieän töû coâng suaát 1 vector trung bình seõ di chuyeån treân caïnh noái giöõa hai vector ñænh cuûa hình luïc giaùc (caïnh hình luïc giaùc) –hình H5.24b,c vôùi goùc pha αP cuûa noù cho bôûi heä thöùc sau: α − αh π αp = π 6 − αh 6 r Neáu vector ñieàu khieån vref tieáp tuïc di chuyeån vaø goùc pha α cuûa noù vöôït quaù giaù trò r ( π 3 − αh ) thì vector trung bình seõ bò choát taïi ñænh thöù hai V2 cuûa hình luïc giaùc- hình r H5.24e ( αP = π 3 ). Nhö vaäy, quan heä giöõa goùc pha αP cuûa vector trung bình V vaø goùc r pha α cuûa vector ñieàu khieån vref trong goùc phaàn saùu thöù nhaát lieân heä theo heä thöùc: ⎧ 0 neáu 0 ≤ α < α ⎪ h ⎪ α − αh π αP = ⎨ neáu αh ≤ α < (π 3 − αh ) (5.83) ⎪π 6 − αh 6 ⎩⎪ π 3 neáu ()π 3 − αh ≤ αh ≤ π 3 r Quaù trình cöù tieáp tuïc cho ñeán khi vector ñieàu khieån vref vöôït qua phaàn dieän tích cuûa goùc phaàn saùu khaùc cuûa hexagon vaø ôû ñoù, ta ñaït ñöôïc quyõ ñaïo cuûa vector trung bình baèng trình töï ñieàu khieån töông töï . Giaù trò goùc choát αh coù theå xaùc ñònh baèng phöông phaùp tính toaùn thaønh phaàn soùng haøi cô baûn ñieän aùp döïa theo quyõ ñaïo vector trung bình. Töø quan heä ñoù, ñoà thò thieát laäp quan heä giöõa chæ soá ñieàu cheá m vaø goùc choát αh ñöôïc veõ treân hình H5.24f. Toàn taïi moät soá giaûi phaùp khaùc cho vieäc thöïc hieän ñieàu cheá vector môû roäng [29],[38],[40],[43]. 5-32
4. Ñieän töû coâng suaát 1 r Moät soá taùc giaû duøng giaûi thuaät ñieàu khieån vector V moät caùch lieân tuïc töø quyõ ñaïo ñöôøng troøn (m=0,907) ñeán quyõ ñaïo tôùi haïn goàm saùu vector ñænh hình luïc giaùc (m=1) maø khoâng qua hai mode vöøa neâu treân [39]. Nhöôïc ñieåm chung cuûa caùc phöông phaùp laø söû duïng phöông phaùp tra baûng ñeå xaùc ñònh goùc laøm vieäc cuûa vector trung bình, tính chaát ñieàu khieån phi tuyeán vaø chöa ñöa ra khaû naêng toái öu veà soùng haøi. 5.3.9 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN PWM DOØNG ÑIEÄN Nguyeân lyù cô baûn: Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû so saùnh doøng ñieän yeâu caàu cuûa taûi vaø doøng ñieän thöïc teá ño ñöôïc (xem hình H5.25). Trong thöïc teá, ñieàu khieån doøng ñieän coù theå thöïc hieän theo kyõ thuaät duøng maïch kích treã (hysteresis current control) hoaëc duøng khaâu hieäu chænh doøng ñieän (ramp comparision current control). Caùc caáu truùc ñieàu khieån ñoøi hoûi thoâng tin veà caùc doøng ñieän thöïc teá. Ñieàu naøy coù theå xaùc ñònh baèng 3 caûm bieán doøng hoaëc xaùc ñònh hai doøng ñieän pha qua hai caûm bieán doøng vaø doøng ñieän thöù ba xaùc ñònh theo ñieàu kieän doøng caân baèng. Phöông phaùp duøng maïch taïo treã (hysteresis current control): Treân hình H5.26a trình baøy caáu truùc maïch ñieàu khieån boä nghòch löu aùp theo doøng ñieän, söû duïng maïch kích treã, quaù trình doøng ñieän vaø giaûn ñoà kích ñoùng linh kieän töông öùng ñöôïc veõ treân hình H.26c. Doøng ñieän pha taûi seõ ñöôïc ñieàu khieån theo doøng ñieän yeâu caàu vôùi ñoä sai bieät cho pheùp thieát laäp trong maïch treã. Öu ñieåm cuûa maïch ñieàu chænh doøng ñieän duøng maïch treã laø 5-33
5. Ñieän töû coâng suaát 1 ñaùp öùng quaù ñoä nhanh vaø coù theå thöïc hieän deã daøng. Tuy nhieân, nhöôïc ñieåm cuûa noù laø sai soá trong quaù ñoä coù theå ñaït giaù trò lôùn vaø taàn soá ñoùng ngaét thay ñoåi nhieàu (xem giaûn ñoà xung kích S1- hình H5.26c). Sai soá doøng ñieän cöïc ñaïi coù theå ñaït 2 laàn giaù trò sai soá cho bôûi maïch treã. Caùc nhöôïc ñieåm vöøa neâu laøm cho khaû naêng öùng duïng cuûa phöông phaùp bò haïn cheá ñoái vôùi caùc taûi coâng suaát lôùn. Phöông phaùp ñieàu khieån doøng ñieän söû duïng hieäu chænh PI (ramp comparison current control): thöïc hieän ñoùng ngaét caùc coâng taéc vôùi taàn soá coá ñònh. Treân hình veõ H5.26b, moâ taû nguyeân lyù ñieàu khieån doøng trong heä toïa ñoä ñöùng yeân (stationary frame) ñoä sai bieät giöõa tín hieäu doøng ñaët iyc vaø tín hieäu doøng ñieän ño ñöôïc taùc ñoäng leân khaâu hieäu chænh doøng ñieän. Tín hieäu aùp ñieàu khieån ôû ngoõ ra cuûa noù ñöôïc so saùnh vôùi tín hieäu soùng mang taàn soá cao, vaø töø ñoù taùc ñoäng leân xung kích cho caùc coâng taéc. Do söû duïng maïch ñieàu cheá vôùi soùng mang coù taàn soá khoâng ñoåi neân phöông phaùp ñaõ loaïi boû moät soá khuyeát ñieåm cuûa phöông phaùp ñieàu khieån duøng maïch treã. Tuy nhieân ôû xaùc laäp, luoân toàn taïi sai bieät doøng ñieän vaø söï chaäm pha cuûa ñaùp öùng so vôùi tín hieäu ñaët vì khaâu hieäu chænh PI khoâng theå theo kòp moät caùch chính xaùc caùc ñaïi löôïng xoay chieàu bieán thieân theo hình sin, ñaëc bieät ôû taàn soá cao (xem hình H5.26d). -Nhöôïc ñieåm cuûa hai daïng maïch ñieàu khieån doøng ñieän treân laø khoâng coù phoái hôïp giöõa caùc quaù trình ñieàu khieån doøng ñieän cuûa caùc pha. Do ñoù, khoâng coù khaû naêng ñieàu khieån r vector khoâng v 0 vaø toån hao do ñoùng ngaét lôùn khi chæ soá ñieàu cheá thaáp. Ñieàu naøy daãn ñeán vieäc phaùt trieån caùc phöông phaùp ñieàu khieån vector doøng ñieän ñöôïc trình baøy ôû phaàn tieáp theo. Boä nghòch löu aùp ñieàu khieån theo doøng ñieän, coøn ñöôïc goïi laø boä nghòch löu doøng ñieän nguoàn ñieän aùp, ñöôïc öùng duïng trong ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñieän xoay chieàu, ñieàu khieån heä buø coâng suaát phaûn khaùng hoaëc laøm nguoàn cung caáp cho taûi vôùi heä soá coâng suaát cao. 5.3.10 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR DOØNG ÑIEÄN (Space vector Current Control) 5-34
6. Ñieän töû coâng suaát 1 Trong heä toïa ñoä quay: Phöông phaùp ñieàu khieån doøng ñieän coù theå thöïc hieän vôùi khaâu hieäu chænh PI thieát keá trong trong heä toïa ñoä quay (rotating synchronnous coordinates d-q) vôùi vaän toác quay baèng vaän toác soùng haøi cô baûn. Vector cuûa ñaïi löôïng ba pha haøi cô baûn trong heä toïa ñoä quay taàn soá ñoàng boä seõ trôû thaønh ñöùng yeân vaø caùc thaønh phaàn vector id,iq cuûa noù trong heä toïa ñoä môùi seõ trôû thaønh ñaïi löôïng moät chieàu. Caùc ñaïi löôïng trong heä ba pha abc qui ñoåi sang heä toïa ñoä quay ñoàng boä d-q laàn löôït theo caùc heä thöùc: ⎡i a ⎤ r ⎡i α ⎤ 2 ⎡1 −1 / 2 −1 / 2 ⎤ ⎢ ⎥ i = ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥. i b i 3 0 3 / 2 − 3 / 2 ⎢ ⎥ ⎣ β ⎦ ⎣ ⎦ ⎢ ⎥ ⎣i c ⎦ ⎡i d ⎤ ⎡ cos γ S sin γ S ⎤ ⎡i α ⎤ ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥.⎢ ⎥ ⎣i q ⎦ ⎣− sin γS cos γ S ⎦ ⎣i β ⎦ t γ = ω .dt S ∫ S 0 ωS laø vaän toác ñoàng boä cuûa ñieän aùp ra boä nghòch löu, noù quan heä ñeán taàn soá aùp ra fs (taàn soá ñoàng boä) theo heä thöùc ωS = 2π.fS . Caùc khaâu hieäu chænh PI seõ thöïc hieän ñieàu chænh sai soá cuûa caùc thaønh phaàn moät chieàu (haøi cô baûn) ñeán trieät tieâu. Caùc tín hieäu ngoõ ra cuûa hieäu chænh PI laø caùc thaønh phaàn ñieän aùp yeâu caàu trong heä toïa ñoä d-q . Treân cô sôû caùc thaønh phaàn vector ñieän aùp naøy, vieäc taïo giaûn ñoà kích cho boä nghòch löu coù theå thöïc hieän baèng kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng sin (SPWM) (trong heä toïa ñoä abc) hoaëc baèng kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian (SVM-trong heä toïa ñoä α − β ). Pheùp qui ñoåi caùc ñaïi löôïng töø heä toïa ñoä dq sang caùc heä toïa ñoä coøn laïi ñöôïc moâ taû bôûi caùc heä thöùc sau: ⎡u ⎤ ⎡ 1 0 ⎤ ⎡ * ⎤ ⎡ * ⎤ ra ⎡ * ⎤ u ⎡cos γS − sin γS ⎤ ud ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ u α α = . u = −1 / 2 3 / 2 .⎢ ⎥ ⎢ * ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ * ⎥ vaø ⎢ rb ⎥ ⎢ ⎥ * u sin γS cos γS u ⎢u ⎥ ⎣⎢ β ⎦⎥ ⎣ ⎦ ⎣⎢ q ⎦⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ β ⎦ ⎣urc ⎦ ⎣−1 / 2 − 3 / 2⎦ 5-35
7. Ñieän töû coâng suaát 1 Trong heä toïa ñoä ñöùng yeân: Veà nguyeân lyù, ñieàu khieån vector doøng ñieän coù theå thöïc hieän trong heä toïa ñoä baát kyø. Trong heä toïa ñoä ñoàng boä ñöùng yeân α − β (synchronous stationary coordinate), caùc giaù trò doøng ñieän ñaët vaø doøng ñieän ño trong heä toïa ñoä abc seõ ñöôïc qui ñoåi sang daïng caùc thaønh phaàn vector heä toïa ñoä α − β . Hai khoái hieäu chænh PI ñöôïc thieát laäp ñeå ñieàu chænh sai soá cuûa caùc thaønh phaàn vector doøng * * ñieän vaø taïo neân caùc thaønh phaàn vector ñieän aùp u α ; uβ . Tuy nhieân, ôû cheá ñoä xaùc laäp, ngoõ ra cuûa caùc khoái hieäu chænh phaûi ñieàu khieån thay ñoåi vector ñieän aùp ngay caû trong ñieàu kieän sai soá caùc thaønh phaàn doøng ñieän ôû ngoõ vaøo baèng khoâng. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu naøy, heä thoáng ñöôïc trang bò theâm khoái tính toaùn (1) ñeå thöïc hieän buø ñaïi löôïng vector ñieän aùp töø caùc tín hieäu traïng thaùi cuûa taûi nhö doøng ñieän, taàn soá ñoàng boä. 5.3.11 ÑIEÀU KHIEÅN DOØNG ÑIEÄN BAÈNG DÖÏ BAÙO (Predictive Current Control) Nguyeân lyù: r r Goïi i syc laø vector doøng ñieän yeâu caàu vaø i s laø vector doøng ñieän thöïc teá coù ñöôïc töø r pheùp ño doøng ñieän. Giaû söû vector doøng ñieän i syc ñöôïc ñieàu khieån vôùi vector sai leäch cho pheùp bieãu dieãn baèng ñöôøng bao hình troøn chung quanh ñænh vector doøng yeâu caàu. Khi vector doøng ñaït ñeán ñöôøng bao giôùi haïn, laäp töùc maïch ñieàu khieån thöïc hieän truy xuaát giaûn ñoà kích r taïo moät vector ñieän aùp taùc ñoäng tieáp theo ñeå ñöa vector doøng ñieän i s trôû veà trong dieän tích giôùi haïn cho pheùp. Vector ñieän aùp ñöôïc choïn seõ laø moät trong taùm vector cô baûn cuûa hình luïc giaùc. Ta coù: r r di r V = L. + E (5.84) dt 0 r Giaû söû vector ñieän aùp E0 naèm ôû vò trí xaùc ñònh treân hình veõ, töø hình veõ H5.28 caùc r r r vector cô baûn cuûa hình luïc giaùc, ta daãn giaûi caùc vector (VK − E 0 ). Vector VK ñöôïc choïn sao cho noù taùc ñoäng höôùng vector doøng ñieän veà vector doøng yeâu caàu. Trong tröôøng hôïp treân hình 5-36
8. Ñieän töû coâng suaát 1 r H5.28, vector V3 coù theå ñöôïc choïn. Vôùi taûi laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä, khoái (1) coù chöùc naêng r tính toaùn xaùc ñònh söùc ñieän ñoäng E0 töø caùc giaù trò ño ñöôïc cuûa vaän toác vaø doøng stator. Ñoàng r thôøi, khoái (1) cuõng thöïc hieän vieäc xaùc ñònh vector ñieän aùp VK maø boä nghòch löu phaûi caáp cho taûi theo ñieàu kieän giôùi haïn ñöôøng bao sai soá doøng ñieän. - Phöông phaùp ñieàu khieån doøng ñieän döïa theo keát quaû tính toaùn mang tính töùc thôøi (on- line). - Vaán ñeà phöùc taïp phaùt sinh ôû khaâu thôøi gian tính toùan ñeå xaùc ñònh (döï baùo) quyõ ñaïo toái öu cuûa vector doøng ñieän töø 8 khaû naêng cuûa vector ñieän aùp vaø thôøi gian tính toaùn söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn (hoaëc taûi) Phöông phaùp döï baùo coù theå thöïc hieän hieäu quaû hôn nhôø phöông phaùp söû duïng baûng. Ñieàu khieån doøng ñieän theo phöông phaùp döï baùo vaø tra baûng (Look-up Table Method) Trong caáu truùc ñieàu khieån vector khoâng gian voøng kín, ví duï vector doøng ñieän stator hoaëc vector töø thoâng stator, ñaïi löôïng sai soá cuõng laø vector. Khi giôùi haïn modul cuûa caùc vector sai soá naøy hoaëc ñoä lôùn cuûa moät trong caùc thaønh phaàn vector bò vöôït qua, traïng thaùi ñoùng ngaét taïi thôøi ñieåm hieän coù ts seõ keát thuùc vaø heä thoáng seõ thöïc hieän truy xuaát vector tieáp theo töø caùc giaù trò cho trong baûng. Cô sôû tra baûng döïa vaøo thoâng tin nhö vector sai soá cuûa doøng ñieän, söùc ñieän ñoäng caûm öùng, traïng thaùi ñoùng ngaét vector hieän thôøi . Kyõ thuaät ñieàu khieån doøng ñieän seõ phaân chia heä toïa ñoä α − β cuûa maët phaúng doøng ñieän thaønh 6 vuøng hoaït ñoäng. Caùc truïc phaân chia cuûa maët phaúng vector ñieän aùp vaø doøng ñieän leäch pha nhau moät goùc 300 (xem hình H5.29a, H5.29b). Khi vector doøng ñieän sai bieät vöôït r quaù giôùi haïn cho tröôùc, döïa vaøo söùc ñieän ñoäng E0 hieän coù vaø traïng thaùi vector doøng ñieän v r sai leäch ∆i , maïch ñieàu khieån seõ choïn vector V töø moät trong taùm vector cô baûn boä nghòch löu ñeå thöïc hieän, sao cho noù taùc duïng laøm giaûm vector doøng ñieän sai bieät ñeán giaù trò naèm trong giôùi haïn cho pheùp (xem ñöôøng bao treân hình H5.28c). r Aùp duïng ñònh luaät Kirchoff cho vector ñieän aùp taïi ngoõ ra cuûa boä nghòch löu aùp V , ta coù: r r di r V = L. + E (5.85) dt 0 r v Vector E laø söùc ñieän ñoäng taïi nguoàn (taûi) ba pha. Vector doøng ñieän sai leäch ∆i : r r r ∆i = iref − i (5.86) Bieåu thöùc treân ñöôïc vieát laïi döôùi daïng: 5-37
9. Ñieän töû coâng suaát 1 r d r r r V = L. (i − ∆i ) + E (5.87) dt ref 0 r r d∆i di r r hay: L. = L. ref + E −V (5.88) dt dt 0 r r di r Ñaët E = L. ref + E (5.89) dt 0 ta vieát laïi bieåu thöùc döôùi daïng ñôn giaûn sau : r d∆i r r L. = E −V (5.90) dt r Bieåu thöùc cuoái cuøng cho bieát ñoä bieán thieân cuûa vector doøng ñieän sai leäch d∆i dt baèng hieäu r r cuûa vector söùc ñieän ñoäng E vaø vector ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä nghòch löu. Ñeå d∆i dt ñaït ñöôïc r r r giaù trò gaàn baèng khoâng, vector V phaûi ñöôïc choïn gaàn baèng E . Neáu vector V ñöôïc choïn coù thaønh phaàn ngöôïc chieàu lôùn nhaát vôùi vector doøng ñieän sai leäch thì ñaùp öùng cuûa maïch voøng ñieàu chænh doøng ñieän seõ xaûy ra nhanh nhaát. Phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn cuûa vector doøng ñieän sai leäch, vieäc choïn löïa vector ñieän aùp coù theå thöïc hieän nhö sau (hình H5.30a): A/- Neáu ∆i ≤ δ , vector doøng ñieän sai leäch naèm trong phaïm vi cho pheùp, vector ñieän aùp duy trì nhö traïng thaùi hieän coù. B/- Neáu δ ≤ ∆i ≤ h , vector doøng ñieän sai leäch coù giaù trò ngoøai phaïm vi cho pheùp nhöng lôùn r r khoâng ñaùng keå, vector ñieän aùp V ñöôïc choïn sao cho d∆i dt ñaït giaù trò nhoû nhaát ñeå haïn cheá caùc thaønh phaàn soùng haøi baäc cao doøng ñieän xuaát hieän trong cheá ñoä xaùc laäp. 5-38
10. Ñieän töû coâng suaát 1 C/- Neáu h ≤ ∆i , vector doøng ñieän sai leäch ñaït giaù trò khaù lôùn, chuû yeáu trong quaù trình quaù r ñoä, vector V caàn choïn sao cho noù coù thaønh phaàn taùc ñoäng ngöôïc chieàu vôùi vector doøng ñieän r sai leäch ∆i lôùn nhaát ñeå taïo ñieàu kieän ñaùp öùng giaûm vector doøng ñieän sai leäch thöïc hieän nhanh nhaát. Caùc ví duï sau ñaây minh hoïa vieäc choïn vector ñieän aùp cho caùc tröôøng hôïp b/- vaø c/-. r Xeùt tröôøng hôïp b/-: Giaû söû vector ñieän aùp E naèm ôû vò trí xaùc ñònh trong phaàn dieän tích I r treân hình H5.30b vaø vector doøng ñieän sai leäch ∆i naèm treân vò trí ôû phaàn dieän tích 6 cuûa hình r r r H5.30c. Caùc vector ñieän aùp cô baûn naèm gaàn vôùi vector E chính laø V1 , V2 vaø vector khoâng r r r r r r r r V0 . Caùc vector hieäu (E −V1 ) , (E −V2 ) ,E = (E −V0 ) cuõng ñöôïc daãn giaûi, chuùng chieám vò r trí trong phaàn dieän tích I,III vaø V. Ñeå yù ñeán vò trí vector ∆i vaø ñeå thöïc hieän giaûm vector r r doøng ñieän sai leäch ∆i , vector L d∆i dt phaûi naèm trong phaàn dieän tích III. Do ñoù, vector r ñieän aùp coù theå choïn trong tröôøng hôïp naøy chính laø vector V1 . Khi ñoù, vector doøng ñieän sai leäch seõ bò taùc ñoäng thay ñoåi theo höôùng ngöôïc laïi, laøm giaûm ñoä lôùn nhanh hôn so vôùi tröôøng r hôïp söû duïng vector V2 . Baèng lyù luaän töông töï cho caùc tröôøng hôïp khaùc, ta coù theå daãn giaûi baûng B5.3 cho pheùp choïn vector ñieän aùp taùc ñoäng theo vò trí cuûa caùc vector doøng ñieän sai r bieät vaø vector söùc ñieän ñoäng E . Baûng B5.3 r Vuøng chöùa Vuøng chöùa ∆i r E 1 2 3 4 5 6 r r r r r r r r I V1 V2 V2 V0 ,V7 V0 ,V7 V1 r r r r r r r r II V2 V2 V3 V3 V0 ,V7 V0 ,V7 r r r r r r r r III V0 ,V7 V3 V3 V4 V4 V0 ,V7 r r r r r r r r IV V0 ,V7 V0 ,V7 V4 V4 V5 V5 r r r r r r r r V V6 V0 ,V7 V0 ,V7 V5 V5 V6 r r r r r r r r VI V1 V1 V0 ,V7 V0 ,V7 V6 V6 r Xeùt tröôøng hôïp c/-: neáu vector ∆i >h trong quaù trình quaù ñoä, vector ñieän aùp caàn choïn sao r r cho vector L d∆i dt coù thaønh phaàn höôùng ngöôïc chieàu vôùi ∆i laø lôùn nhaát. Deã daøng suy ra v raèng, trong tröôøng hôïp naøy vector ñieän aùp Vinv seõ naèm trong cuøng phaàn dieän tích cuûa vector r ∆i . Baûng B5.4 xaùc ñònh vector ñieän aùp caàn choïn theo vector doøng ñieän sai bieät: Baûng B5.4 r Vector Vuøng chöùa vector ∆i ñieän aùp seõ 1 2 3 4 5 6 choïn v r r r r r r VK V1 V2 V3 V4 V5 V6 Xaùc ñònh vò trí vector doøng ñieän sai leäch: 5-39
11. Ñieän töû coâng suaát 1 Trong tröôøng hôïp söû duïng pheùp ño doøng ñieän töùc thôøi ba pha, vò trí vector doøng ñieän sai leäch trong maët phaèng α − β coù theå xaùc ñònh töø daáu doøng ñieän sai leäch cuûa töøng pha theo caùc heä thöùc vaø baûng B5.5 theo sau. ∆i a = i aref − i a , ∆i b = i bref − i b , (5.91) ∆i c = i cref − i c Baûng B5.5 Daáu cuûa ∆i a Daáu cuûa ∆i b Daáu cuûa ∆i c Vuøng chöùa r vector ∆i + - - 1 + + - 2 - + - 3 - + + 4 - - + 5 + - + 6 r r Xaùc ñònh vò trí vector söùc ñieän ñoäng E : vò trí vector söùc ñieän ñoäng E coù theå xaùc ñònh töø r vector doøng ñieän yeâu caàu vaø söùc ñieän ñoäng ño (hoaëc tính toùan) treân taûi (hoaëc nguoàn) E0 theo heä thöùc (5.89). r r Trong tröôøng hôïp khoâng söû duïng pheùp ño (hoaëc tính toùan) E0 , vò trí vector E coù theå xaùc ñònh töø traïng thaùi caùc thaønh phaàn doøng ñieän sai leäch trong heä toïa ñoä xyz (xem hình H5.30c) vaø traïng thaùi vector ñieän aùp taùc duïng taïi thôøi ñieåm ñang xeùt theo baûng B5.6 . Caùc thaønh phaàn vector doøng ñieän sai leäch trong heä toïa ñoä xyz (coù theå suy ra töø caùc thaønh phaàn doøng ñieän sai leäch trong heä toïa ñoä abc nhö sau: ⎡∆i x ⎤ ⎡ 1 0 0⎤ ⎡∆i a ⎤ ⎢ ⎥ 1 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢∆i y ⎥ = ⎢−1 1 0⎥.⎢∆i b ⎥ (5.92) ⎢ ⎥ 3 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣∆i z ⎦ ⎣ 0 −1 1⎦ ⎣∆i c ⎦ Baûng B5.6 Vector ñieän Daáu cuûa ∆ix Daáu cuûa ∆iy Daáu cuûa ∆iz Vuøng chöùa r aùp ñang taùc vector E duïng r r V0 ,V7 + - - I + + - II - + - III - + + IV - - + V + - + VI r V1 + VI - I r V2 - I + II r V3 + II 5-40
12. Ñieän töû coâng suaát 1 - III r V4 - III + IV r V5 + IV - V r V6 - V + VI Ñieàu khieån doøng ñieän theo phöông phaùp döï baùo trieät tieâu sai soá Giaû söû ta thöïc hieän ñieàu khieån doøng ñieän trong maùy ñieän AC. Giaû thieát raèng ñieän trôû stator ñöôïc boû qua, quyõ ñaïo vector doøng ñieän coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng nhö sau: r di (t) 1 s = [vr (t) − er (t)] (5.93) ' s s dt Ls Vôùi chu kyø laáy maãu ñuû beù, coù theå bieåu dieãn heä thöùc treân nhö sau: r r i (k + 1) − i (k) 1 s s = [vr (k) − er (k)] (5.94) ' s s Ts Ls r * Ñeå yù raèng, ôû ñaàu chu kyø laáy maãu (t=tk), ta ñaõ xaùc ñònh giaù trò doøng yeâu caàu is (k + 1) vaø muïc ñích ñieàu khieån laø ñaït ñöôïc sai soá doøng ñieän baèng zero trong khoûang thôøi gian (tk,tk+1) neân ôû cuoái chu kyø laáy maãu, ta coù: r * r is (k + 1) = is (k + 1) (5.95) r * Töø caùc heä thöùc treân, ta suy ra, vector döï baùo vs (k) cho vieäc ñaït sai soá doøng baèng khoâng caàn thöïc hieän laø: ' r* Ls r * r r v s (k ) = [ i s (k +1) − i s (k)] + es (k ) (5.96) Ts r * Vector vs (k) coù theå thöïc hieän treân kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian (SVM). Ví duï, r * trong tröôøng hôïp vector vs (k) naèm ôû goùc phaàn saùu thöù nhaát cuûa hexagon: r* T1 r T2 r T0 r vs(k ) = .v1 + .v2 + .v7 (5.97) Ts Ts Ts r vector v7 laø moät trong hai vector khoâng. Phöông phaùp ñieàu khieån döï baùo vôùi yeâu caàu trieät tieâu sai soá doøng ñieän ôû cuoái chu kyø laáy maãu ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñieàu khieån trieäu tieâu (dead beat control). Roõ raøng töø nguyeân lyù ñieàu khieån, ñaùp öùng coù thôøi gian treã nhaát ñònh. 5.3.12 ÑIEÀU KHIEÅN MOMENT Hieän nay, moät trong caùc phöông phaùp hieän ñaïi ñieàu khieån boä nghòch löu aùp goïi laø phöông phaùp ñieàu khieån moment, aùp duïng cho taûi laø maùy ñieän khoâng ñoàng boä [21],[25]. Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp ñieàu khieån döïa vaøo sô ñoà veõ treân hình H5.31 Moment ñoäng cô tæ leä vôùi töø thoâng stator vaø thaønh phaàn doøng ñieän stator id vuoâng goùc vôùi vector töø thoâng. Töø thoâng stator coù theå ñöôïc ñieàu khieån sao cho quyõ ñaïo vector cuûa noù di chuyeån giöõa hai quyõ ñaïo troøn bieân. Traïng thaùi kích daãn cuûa caùc linh kieän seõ thay ñoåi khi vector töø thoâng vöôït qua ñöôøng troøn quyõ ñaïo giôùi haïn. 5-41
13. Ñieän töû coâng suaát 1 r Giaû söû taïi thôøi ñieåm t=0, vector V1 (S1S2S6) ñang taùc duïng vaø vector töø thoâng di chuyeån taïo neân quyõ ñaïo- ñöôøng 1. Ñeå trong goùc phaàn saùu ñöôïc khaûo saùt treân hình veõ H5.31, vector töø thoâng khoâng vöôït ra khoûi phaàn quyõ ñaïo giôùi haïn bôûi hai ñöôøng troøn ñoàng taâm, vector r r r ñieän aùp thay ñoåi giöõa caùc traïng thaùi V1 (ñöôøng 1), V2 (ñöôøng 2) vaø V0 (ñieåm 0). Tieáp tuïc nhö vaäy, trong goùc phaàn saùu tieáp theo, söï di chuyeån cuûa vector töø thoâng seõ do ba vector ñieän aùp r r r V2 ,V3 vaø V0 gaây neân. Soá laàn chuyeån ñoåi traïng thaùi caùc vector ñieän aùp seõ phuï thuoäc vaøo ñoä sai bieät cho pheùp cuûa hai quyõ ñaïo töø thoâng giôùi haïn. Moment ñoäng cô ñöôïc ñieàu chænh trong khoái (1). Neáu sai bieät moment vöôït quaù giaù trò cho tröôùc, ∆ M/2, khoái (1) thöïc hieän ñieàu khieån vector khoâng, baèng caùch ñoù, doøng ñieän qua caùc pha bò giaûm xuoáng vaø keùo theo söï giaûm cuûa moment. Sau khi sai bieät moment trôû laïi giaù trò cho pheùp, khoái (1) ñieàu khieån theo vector ñieän aùp ban ñaàu. Töông töï nhö phöông phaùp ñieàu khieån vector doøng ñieän, phöông phaùp ñieàu khieån moment ñoäng cô laø moät daïng caûi bieán cuûa phöông phaùp ñieàu khieån döï baùo vaø coù theå thöïc hieän baèng kyõ thuaät tra baûng (Look-up table). Khoái (1) coù chöùc naêng xöû lyù caùc thoâng tin nhaän ñöôïc (caùc traïng thaùi sai soá töø thoâng, sai soá moment vaø vector töø thoâng) ñeå truy xuaát vector ñieän aùp toái öu trong soá taùm vector ñieän aùp cô baûn cuûa boä nghòch löu. 5-42