Induction Motor Drive Based on Vector Control Technique and Active Power Factor Correction for The Three-Phase Rectifier Systems Using The Three-Level Converters

Abstract

An air conditioner has been growing drastically in its popularity nowadays. One of widely-used technologies in air conditioning system is inverter that functions as a regulator of compressor motor. Since there is a rectifier circuit inside the system, it is possible that the value of total harmonics distortion (THD) is higher than the limit of IEC/EN 61000-3-2 standard and causing decrease of power factor value.

The proper three-phase rectifier circuit to lower harmonic distortion and better power factor is active power factor correction (APFC) system. However, to make it applicable, it is essential to have a control method and a modulation method in operation. The control methods can be either 1) current control or 2) direct power control, and the modulation method can be one of 1) carrier-based phase-shift PWM, 2) carrier-based level-shift PWM or 3) center-aligned space vector PWM.

According to a test of active PFC vienna rectifier type circuit with 1.3 kW load motor by applying current control as a control method and center-aligned space vector PWM as a modulation method, it was found that total harmonics distortion was reduced to 1.550% which falls exactly among harmonics standard IEC/EN 61000-3-2 values. Moreover, The power factor was increased to 0.9997 with 96% of the circuit efficiency. In addition, DC-link voltage could be regulated at 500V with the ripple 0.6% in an acceptable value.

เครื่องปรับอากาศได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน หนึ่งในเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบปรับอากาศคืออินเวอร์เตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมมอเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากวงจรเรียงกระแสอยู่ภายในระบบ มีความเป็นไปได้ที่ค่าความเพี้ยนรวมของฮาร์มอนิก (THD) จะสูงกว่าขีดจำกัดของมาตรฐาน IEC/EN 61000-3-2 และทำให้ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ลดลง

วงจรเรียงกระแสสามเฟสที่เหมาะสมเพื่อลดความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกและตัวประกอบกำลังที่ดีขึ้นคือระบบแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟ (APFC) เพื่อให้นำไปใช้ได้ต้องมีวิธีการควบคุมและวิธีการมอดูเลตในการทำงาน วิธีการควบคุมสามารถเป็นได้ทั้ง 1) การควบคุมกระแสหรือ 2) การควบคุมพลังงานโดยตรง และวิธีการมอดูเลตสามารถเป็นหนึ่งใน 1) PWM แบบเลื่อนเฟสตามพาหะ 2) PWM ระดับการเลื่อนตามพาหะ หรือ 3) จัดกึ่งกลาง เวกเตอร์อวกาศ PWM

จากการทดสอบวงจรประเภทแอคทีฟ PFC เวียนนาเรกติไฟเออร์กับโหลดมอเตอร์ขนาด 1.3 กิโลวัตต์ โดยใช้การควบคุมกระแสเป็นวิธีการควบคุม และวิธีมอดูเลตเวกเตอร์สเปซเวคเตอร์ PWM ที่จัดกึ่งกลาง พบว่าความผิดเพี้ยนของฮาร์โมนิกทั้งหมดลดลงเหลือ 1.550% ตรงกับค่าฮาร์มอนิกมาตรฐาน IEC/EN 61000-3-2 และตัวประกอบกำลังเพิ่มขึ้นเป็น 0.9997 โดยมี 96% ของประสิทธิภาพของวงจร นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมแรงดันไฟ DC-link ได้ที่ 500V โดยมีการกระเพื่อม 0.6% ในค่าที่ยอมรับได้