Khảo sát và phân phối lại nhiệt tiêu hao trên các IGBT trong biến tần ba bậc bằng phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men lực

Abstract

Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá -VCCA-2015 VCCA-2015Khảo sát và phân phối lại nhiệt tiêu hao trên các IGBT trong biến tần ba bậc bằng phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men lực Investigation and redistribution the loss of IGBTs in the Three-level Neutral Point Clamped (3L-NPC) inverter with Direct Torque Control technique (DTC)Nguyễn Huỳnh Anh Duy, Nguyễn Chí Ngôn Bộ môn Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ e-Mail: nhaduy@ctu.edu.vn, ncngon@ctu.edu.vn Tóm tắtVấn đề tỏa nhiệt không đồng đều của các IGBT trong biến tần đa bậc dẫn đến sự giảm về khả năng hoạt động và tuổi thọ trung bình của biến tần trong công nghiệp. Bài báo này khảo sát công suất hao phí gây tỏa nhiệt của từng IGBT trong biến tần ba bậc (3L-NPC) và điều khiển động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha bằng phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men lực (DTC). Phương án phân phối lại nhiệt từ các IGBT chịu ảnh hưởng nhiều nhất đến các IGBT còn lại bằng việc thay đổi cấu trúc điều khiển DTC sẽ được đề xuất và phân tích. Kết quả của thí nghiệm sẽ được kiểm tra và trình bày bằng mô phỏng trên MATLAB/Simulink.Từ khóa: IGBT, biến tần 3L-NPC, điều khiển trực tiếp mô-men lực, nhiệt tiêu hao, MATLAB, Simulink. AbstractThe unbalanced dissipation of heat from IGBTs in the multilevel inverters causes the degradation of their performance and the reduction of their lifetime during the industrial operation. In this paper, the heat of all IGBTs in the Three-level Neutral Point Clamped (3L-NPC) inverter will be investigated through the control of the induction machine using direct torque control (DTC) technique. The proposed strategy for redistributing the losses from the most stressed IGBTs to the others by modifying the DTC pattern will be analized and simulated. All results are presented graphically from the simulation by MATLAB/Simulink software.Keywords: IGBT, 3L-NPC inverter, direct torque control, losses, MATLAB, Simulink. Ký hiệu Phần mở đầuBiến tần 3L-NPC [1] là một trong các thiết bị phổ biến trong điều khiển ĐCKĐB ba pha ở các nhà máy sàn xuất và công nghiệp. Các cảm biến hoặc các thiết bị hỗ trợ giám sát và bảo vệ biến tần cũng được áp dụng nhiều trong các hệ thống quan trọng để giảm thiểu khả năng hư hỏng của thiết bị do sự quá nhiệt không đồng đều từ các IGBT bên trong. Tuy nhiên, việc kết nối thêm các cảm biến với biến tần không phải là điều dễ dàng và làm tăng chi phí bảo trì, lắp ráp hệ thống. Trong quá trình hoạt động, biến tần điều khiển động cơ với vận tốc và tải khác nhau làm cho nhiệt tỏa ra từ các IGBT không đồng đều nhau. Nhiệt lượng bắt nguồn từ hai thành phần chính bao gồm: Công suất đóng-cắt (CSĐC) là công suất tiêu hao năng lượng trong quá trình chuyển trạng thái đóng-mở (switching state). Công suất dẫn điện (CSDĐ) là công suất gây cho mối nối bán dẫn bên trong linh kiện nóng lên trong suốt thời gian dẫn điện (conducting state). Trong mỗi pha của biến tần, một số IGBT tần số đóng-mở cao hơn sinh ra nhiều nhiệt hơn so với các IGBT còn lại. Do đó, sự khác nhau về nhiệt là nguyên nhân của sự chênh lệch về...