Cấu trúc DTC cùng nghịch lưu 3L-NPC điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Cấu trúc DTC cùng nghịch lưu 3L-NPC điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc phân tích cấu trúc điều khiển DTC sử dụng nghịch lưu 3L-NPC (DTCNPC) để điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Cấu trúc DTC-NPC ngoài việc điều khiển momen và từ thông stato, nó còn phải đảm bảo việc cân bằng điện áp giữa các tụ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cấu trúc DTC cùng nghịch lưu 3L-NPC điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 CẤU TRÚC DTC CÙNG NGHỊCH LƯU 3L - NPC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC Nguyễn Hoàng Việt1, Phạm Đức Đại1, Hoàng Duy Khang1 1 Trường Đại học Thủy lợi 1. GIỚI THIỆU CHUNG cấu trúc DTC-NPC đã điều khiển được tách rời momen và từ thông stato đồng thời duy trì Biến tần đa mức đang được sử dụng phổ được điện áp trên hai tụ cân bằng. biến trong truyền động trung áp do những ưu điểm như giảm tổn thất chuyển mạch, giảm 2. VECTOR ĐIỆN ÁP CỦA NGHỊCH LƯU các sóng điều hòa bậc cao. Các biến tần đa 3L-NPC mức đã được thương phẩm bởi rất nhiều hãng ([2]), trong đó cấu trúc điển hình là các biến Cấu trúc mạch lực của nghịch lưu 3L-NPC tần sử dụng nghịch lưu ba mức 3L-NPC được mô tả ở hình 2.1. Nó gồm ba nhánh van (Three Level - Neutral Point Clamped). cho ba pha A, B và C. Mỗi nhánh van lại bao Điều khiển trực tiếp momen DTC (Direct gồm bốn van S1x , S2 x , S3 x , S4 x với x  a, b, c . Torque Control) là một cấu trúc điều khiển hiệu quả để điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Cấu trúc này điều khiển tách rời momen và từ thông stato thông qua việc lựa chọn một vector điện áp phù hợp của bộ biến đổi sao cho vector điện áp này phải thỏa mãn nguyên lý điều khiển trực tiếp momen. Để đơn giản, việc lựa chọn này thường thực hiện thông qua một bảng chuyển mạch. Mỗi một bộ nghịch lưu lại có những vector điện áp đầu ra riêng biệt nên khi áp Hình 2.1. Nghịch lưu 3L-NPC dụng cấu trúc DTC cho các bộ nghịch lưu Nghịch lưu ba mức 3L-NPC có thể tạo ra khác nhau thì bảng chuyển mạch cũng sẽ 19 vector điện và được chia làm bốn nhóm: khác nhau ([1]). nhóm vector 0, nhóm vector nhỏ, nhóm Bài báo đi phân tích cấu trúc điều khiển vector trung bình và nhóm vector lớn. Mỗi DTC sử dụng nghịch lưu 3L-NPC (DTC- vector điện áp tương ứng với một số trạng NPC) để điều khiển động cơ không đồng bộ thái chuyển mạch của nghịch lưu 3L-NPC, là roto lồng sóc. Cấu trúc DTC-NPC ngoài việc tổ hợp của ba trạng thái chuyển mạch của ba điều khiển momen và từ thông stato, nó còn nhánh van ([2]). phải đảm bảo việc cân bằng điện áp giữa các Trạng thái chuyển mạch của mỗi van trên tụ ([2], [3]). Vì vậy, để xây dựng được bảng một nhánh phải thỏa mãn điều kiện (2.1) chuyển mạch cho cấu trúc này thì mối liên hệ  S  S3 x  1 x  a, b, c giữa vector điện áp và sự cân bằng điện áp tụ f ( x)   1x (2.1)  S 2 x  S 4 x  1 x  a, b, c cũng được phân tích. Mô hình mô phỏng cấu trúc DTC-NPC được xây dựng trên Từ điều kiện (2.1), mỗi nhánh van của Matlab/Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy nghịch lưu 3L-NPC có ba trạng thái chuyển mạch N, P và O được quy định bởi Bảng 2.1. 264
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Bảng 2.1. Trạng thái chuyển của nhánh van chuyển mạch. Trong hai trạng thái chuyển Trạng thái SF1 mạch này, một trạng thái chuyển mạch có nhánh van S1x S1x S13 S4x chứa trạng thái P, thì vector ứng với nó được P 1 1 0 0 gọi là vector nhỏ loại P (U1P,...,U6P). Trạng O 0 1 1 0 thái chuyển mạch chứa trạng thái N, thì N 0 0 1 1 vector ứng với nó gọi là vector nhỏ loại N Từ Bảng 2.1 và thông qua việc tổng hợp (U1N,...,U6N). Vector nhỏ loại P làm tăng điện vector điện áp đầu ra của nghịch lưu 3L-NPC áp điểm trung tính trong khi đó vector nhỏ ([2]), các vector điện áp tương ứng với các loại N làm giảm điện áp điểm trung tính. trạng thái chuyển mạch được liệt kê ở Bảng 2.2. 4. CẤU TRÚC DTC-NPC Bảng 2.2. Các vector điện áp của 3L-NPC Hình 4.1 mô tả cấu trúc DTC-NPC. Nhóm Vector Trạng thái chuyển Biên độ và Vector mạch góc pha U0 PPP, OOO, NNN Không 0 U1 POO, ONN U2 PPO, OON U3 OPO, NON Nhỏ U4 OPP, NOO U5 OOP, NNO U6 POP, ONO U7 PON Hình 4.1. Cấu trúc DTC-NPC U8 OPN U9 NPO Cũng giống như cấu trúc DTC sử dụng bộ Trung bình U10 NOP biến đổi VSI, cấu trúc DTC-NPC cũng bao U11 ONP gồm khâu ước lượng từ thông stato và momen, U12 PNO hai bộ điều khiển băng trễ điều khiển từ thông U13 PPN U14 PPN stato, momen và bảng chuyển mạch. Ngoài ra U15 NPN cấu trúc DTC-NPC còn có thêm bộ điều khiển Lớn điện áp điểm trung tính. Để đảm bảo duy trì U16 NPP U17 NNP điệ áp điểm trung tính quanh 0 thì U 0*  0 . U18 PNP Bảng 4.1. Bảng chuyển mạch của vector nhỏ 3. CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ dv dv dr SF1 SF2 SF3 SF4 SF5 SF6 1 U2P U3P U4P U5P U6P U1P Giữ cân bằng điện áp trên hai tụ C1 và C2 1 -1 U6P U1P U2P U3P U4P U5P nghĩa là duy trì điện áp điểm trung tính O 1 1 U3P U4P U5P U6P U1P U2P 0 quanh 0. -1 U5P U6P U1P U2P U3P U4P U O  U C1  U C 2 (3.1) 0 1 1 U2N U3N U4N U5N U6N U1N Mỗi trạng thái chuyển mạch của nghịch lưu -1 U6N U1N U2N U3N U4N U5N 3L-NPC sẽ tạo ra một mạch điện tương đương. 1 U3N U4N U5N U6N U1N U2N 0 Thông qua mạch tương đương, mối liên hệ -1 U5N U6N U1N U2N U3N U4N giữa vector điện áp đầu ra và điện áp điểm Việc xác định ảnh hưởng của vector điện trung tính O được tổng kết như sau ([2]). áp trung bình lên điện áp điểm trung tính là - Nhóm điện áp không và điện áp lớn không khó khăn. Vì vậy, trong bảng chuyển mạch ảnh hưởng đến điện áp điểm trung tính O. trong cấu trúc này không sử dụng nhóm - Nhóm vector trung bình ảnh hưởng đến vector điện áp trung bình ([3]). điện áp điểm trung tính nhưng ảnh hưởng này Bộ điều khiển momen có bốn ngưỡng với phụ thuộc vào dòng tải. giá trị đầu ra là dT  (1, 2) . Hai bộ điều - Mỗi một vector điện áp trong nhóm điện áp nhỏ (U1,...,U6) đều có hai trạng thái khiển điện áp và điện áp điểm trung tính đếu 265
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 là hai ngưỡng với đầu ra lần lượt là d  (0,1) Đáp ứng momen của động cơ đã bám theo và d v  (0,1) . được momen tải. Khi momen tải thay đổi, Từ nguyên lý điều khiển trực tiếp momen đáp ứng tốc độ bị biến động nhưng sau đó ổn và các phân tích về việc cân bằng điện áp tụ, định tại giá trị đặt. bảng chuyển mạch cho vector nhỏ và vector Đáp ứng từ thông stato gần như không bị lớn được thành lập. tác động khi momen điện từ thay đổi. Bảng 4.2. Bảng chuyển mạch của vector lớn d dr SF1 SF2 SF3 SF4 SF5 SF6 2 U14 U15 U15 U17 U18 U113 1 -2 U15 U13 U14 U15 U16 U17 2 U15 U16 U17 U15 U13 U14 0 -2 U17 U18 U13 U14 U15 U15 Hình 5.4. Điện áp trên tụ C1 và C2 5. MÔ PHỎNG CẤU TRÚC DTC-NPC Mô hình mô phỏng cấu trúc DTC-NPC được xây dựng trên Matlab/ Simulnik với thông số động cơ: Pdm = 2.2 Kw, Udm = 460 V, Rs = 3.32 Ω, Ls = 0.2413 H, Rr = 2.11 Ω, Lr = 0.2413 H, Lm = 0.2373 H. Điện áp một Hình 5.5. Điện áp tại điểm trung tính O chiểu UDC = 400 V. Tốc độ đặt là 500 rpm, lượng đặt của từ Điện áp trên các tụ C1 và C2 được giữ cân thông là 0.7 Wb, momen tải ban đầu có giá bằng quanh 200 V, giống như kết quả hình trị 0 Nm, tại thời điểm 0.1 s momen tải được 5.4. Điện áp tại điểm trung tính được duy trì điều chỉnh lên 9 Nm và tại 0.3 s momen tải trong dải -2 V đến 2 V, là dải thiết lập của bộ được điều chỉnh xuống 5 Nm. Thời gian trích điều khiển điện áp điểm trung tính. mẫu là 10 µs. Bộ điều chỉnh điện áp điểm 6. KẾT LUẬN trung tính có ngưỡng trên là +2 và ngưỡng dưới là 2. Bài báo đi nghiên cứu cấu trúc DTC-NPC điều khiển động cơ khồng đồng bộ roto lồng sóc. Mô hình mô phỏng được xây dựng trên Matlab/ Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy bài toán điều khiển momen, từ thông stator và duy trì sự cân bằng điện áp tụ được thỏa mãn trong cấu trúc này. Hình 5.1. Đáp ứng tốc độ 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T I. Takahashi, T. Noguchi, “A New Quick- Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.22, pp. 820-827, Sept./Oct. 1986. [2] Bin Wu, High-Power Converters and AC Hình 5.2. Đáp ứng momen Drives, A John Wiley & Sons, Inc., 2006 [3] A. Sadeghi, M. Mohamadian, M. Shahparasti, A. Fatemi,“A new switching algorithm for voltage balancing of a three- level NPC in DTC drive of a three-phase IM,” Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Hình 5.3. Đáp ứng từ thông stato Exposition (APEC), pp.489-495, 2013. 266