Phát triển kỹ thuật điều chế độ rộng xung nhằm nâng cao hiệu suất, chất lượng điện áp/dòng điện của biến tần ma trận đa bậc kiểu gián tiếp

Nhóm nghiên cứu đề tài “Phát triển kỹ thuật điều chế độ rộng xung nhằm nâng cao hiệu suất, chất lượng điện áp/dòng điện của biến tần ma trận đa bậc kiểu gián tiếp” do Cơ quan chủ trì là trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Nguyễn Đình Tuyên để thực hiện nghiên cứu, nhằm xây dựng mô hình tính toán cho bộ biến tần ma trận và nghịch lưu đa bậc.

Từ đó, phát triển cấu hình phần cứng kết hợp hai ưu điểm của hai thiết bị này nhằm hình thành bộ biến tần ma trận gián tiếp có ngõ ra đa bậc. Chúng tôi sẽ mô hình hóa hoạt động của thiết bị biến tần này và tiến hành mô phỏng bằng phần mềm chuyên ngành Psim. Phát triển cấu hình biến tầng đa bậc đa mức bằng cách kết hợp nghịch lưu đa mức và ghép tầng chỉnh lưu hai chiều. Xây dựng mối tương quan giữa phương pháp điều chế vector không gian và phương pháp sóng mang: mối tương quan giữa sóng điều khiển và vector không gian, tương quan giữa thứ tự đóng cắt trong phương pháp vector không gian và loại sóng mang.

Với mục tiêu của đề tài là: Phát triển cấu hình phần cứng cho bộ biến tần ma trận đa bậc; Đề xuất giải pháp điều chế cho biến tần ma trận nhằm triệt tiêu điện áp điểm nối chung, điện áp này là nguyên nhân gây ra hư hỏng dây quấn và ổ bi của động cơ; Phát triển giải thuật điều chế độ rộng xung nhằm tăng hệ số công suất ngõ vào của biến tần ma trận; Phát triển giải thuật điều chế độ rộng xung nâng cao chất lượng điện áp trên tải, giảm sóng hài; Phát triển kỹ thuật điều chế dựa vào so sánh sóng mang và sóng điều khiển. Xây dựng mối tương quan giữa kỹ thuật điều chế song mang và kỹ thuật điều chế vector không gian;…

Các tác giả nghiên cứu đã chọn cách tiếp cận chính của dự án là nghiên cứu các kỹ thuật điều chế độ rộng xung bao gồm kỹ thuật vector không gian và dựa vào sóng mang để nâng cao hiệu suất, giảm điện áp nối chung, nâng cao chất lượng điện áp ngõ ra và chất lượng dòng điện ngõ vào cho bộ biến tần ma trận ngõ ra đa bậc.

Đầu tiên nhóm nghiên cứu sẽ xem xét và tổng quan lại các công bố khác liên quan đến biến tần ma trận như: cấu hình, giải thuật điều chế, hiệu suất, chất lượng điện năng… Sau đó tiến hành phân tích các kết quả đã trình bày trong các công bố này nhằm tìm ra ưu và khuyết điểm của từng phương pháp. Kế tiếp, đề xuất những giải pháp tốt hơn để giải quyết những khuyết điểm, nhưng vấn đề chưa xử lý trong các công bố trước đây.

Trong 03 năm vừa qua, nhóm nghiên cứu đã đạt được những kết quả như sau:

- Xây dựng thành công mô hình mô phỏng và mô hình phần cứng cho bộ biến tần ma trận như nội dung thuyết minh: xây dựng board điều khiển trên nền C2000 của Texas Instruments và CPLD của Altera. Sử dụng phần mềm Psim mô phỏng hoạt động của hệ thống và lập trình CCS cho hệ thống phần cứng.

- Mô hình thực nghiệm: đã xây dựng được mô hình thực nghiệm cho biến tần ma trận truyền thống và biến tần ma trận đa bậc, bao gồm hai cấu hình. Thứ nhất là cấu hình cho tải open-end winding và thứ hai là cấu hình ghép nối giữa tầng chỉnh lưu bao gồm hai tầng chỉnh lưu truyền thống và bộ nghịch lưu ba bậc dạng T.

- Tất cả 03 bài công bố ISI đều có kết quả thực nghiệm.

- Đã đưa ra phương pháp điều chế cho biến tần ma trận để nâng cao hệ số công suất. Kết quả nghiên cứu và tình trạng công bố:

- Thực hiện được phương pháp điều chế vector không gian cho bộ biến tần ma trận nhằm nâng cao hệ số công suất ở ngõ vào. Tính mới là hệ số công suất của nguồn xoay chiều ba pha có thể nâng cao lên gần bằng 1 với mục đích cải thiện chất lượng điện năng cho các bộ biến tần. Kết quả nghiên cứu đã công bố 01 bài trên tạp chí ISI.

- Đã xây dựng mối quan hệ phương pháp vector không gian và sóng mang cho biến tần ma trận: công bố 01 trên hội nghị quốc tế IEEE.

- Đã hoàn thiện mô phỏng và thực nghiệm cấu hình biến tần ma trận đa bậc cấp cho tải open-end winding và nghịch lưu đa bậc: công bố 02 bài trên hội nghị quốc tế IEEE.

- Các kết quả về điều chế độ rộng xung cho biến tần ma trận đa bậc đã công bố 02 bài trên tạp chí ISI. Các kết quả tập trung vào việc giảm điện áp common-mode và nâng cao chất lượng điện áp trên tải.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16460/2019) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)