Xây dựng hệ truyền động biến tần ma trận động cơ không đồng bộ điều khiển trực tiếp momen

Xây dựng hệ truyền động biến tần ma trận động cơ không đồng bộ điều khiển trực tiếp momen

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP

====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN MA TRẬN - ĐỘNG

CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN

Trưởng bộ môn : Ts Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : Ths Vũ Thụy Nguyên Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trung Hiếu

Hà Nội, 6 - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ truyền động biến tần ma trận - động cơ không đồng bộ điều khiển trực tiếp momen do

em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS Vũ Thụy Nguyên Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Hiếu

MỤC LỤC

Chương 1 tổng quan về biến tần ma trận 6

1.1 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận 7

1.1.1 Tổng quan về biến tần 7

1.1.2 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận 7

1.1.3 Mô hình biến tần kiểu ma trận 8

1.1.4 Hoạt động của biến tần ma trận 9

1.1.5 Các phần tử cơ bản của MCs 11

1.2 Quá trình chuyển mạch trong MC 15

1.2.1 Quy tắc thực hiện quá trình chuyển mạch 15

1.2.2 Phương pháp chuyển mạch bốn bước (Four steps comutation) 17

Chương 2 Vấn đề điều khiển biến tần ma trận 19

2.1 Mô hình toán học của biến tần ma trận 21

2.2 Phương pháp vector không gian trong biến tần ma trận 22

2.2.1 Xác định vector không gian 23

2.2.2 Tổng hợp vector điện áp ra và vector dòng điện vào 29

2.2.3 Xác định các hệ số biến điệu 30

2.2.4 Xác định vị trí vector không gian 35

2.3 Kết luận 37

Chương 3 HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN MA TRẬN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ SỬ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN 38

3.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC truyền thống 39

3.2 Hệ truyền động MC – DTC 41

Hình 1.1 Mô hình MC cơ bản 9

Hình 1.2 Điện áp đầu VSI (a) – Điện áp đầu ra MCs (b) 10

Hình 1.3 – Dòng điện đầu vào phân tích phổ Furier 10

Hình 1.4 Điện áp và dòng điện đầu vào 11

Hình 1.5 Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận khi đóng lưới 12

Hình 1.6 – Sơ đồ IGBT lắp E chung (a) – C chung (b) 12

Hình 1.7 Sơ đồ mạch lưc sử dụng cấu hình E chung (a) – C chung (b) 13

Hình 1.8 Mạch lọc LC 14

Hình 1.9 Mạch clamp 15

Hình 1.10 Mạch điện tương đương pha a,b 16

Hình 1.11 Sơ đồ mô tả quá trình chuyển mạch 17

Hình 1.12 Đồ thị tín hiệu điều khiển chuyển mạch 18

Hình 2.1 Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận 21

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của MC 23

Hình 2.3 Các tổ hợp van trong matrix converter 25

Hình 2.4 Vector không gian điện áp đầu ra (a) và dòng điện đầu vào (b), ứng với các tổ hợp van abb, bcc, caa 27

Hình 2.5 Vector không gian điện áp ra (a) và vector không gian dòng điện vào (b) 29

Hình 2.6 Mô hình mô phỏng MCs theo phương pháp SVM 36

Hình 2.7 Mô hình thuật toán SVM trên MATLAB/SIMULINK 36

Hình 2.10 Điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào 37

Hình 2.11 Điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào khi sử dụng mạch lọc 37

Hình 2.12 Điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra 37

Hình 2.13 Điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra khi sử dụng mạch lọc 37

Hình 3.1 - Điều khiển mômen bằng cách quay từ thông stato 39

Hình 3.2 Phương pháp DTC truyền thống với biến tần nguồn áp 40

Hình 3.3 Vector điện áp ra trong biến tần nguồn áp và biến thiên từ thông stator tương ứng 41

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc hệ MC - DTC 42

Hình 3.5 - Đồ thị vector từ thông stato ψS (a) và vector dòng điện đầu vào Ii (b) 43

Hình 3.6 - Đồng bộ điện áp 45

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN MA

TRẬN

1.1 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận

1.1.1 Tổng quan về biến tần

Biến tần là một tập hợp các bộ biến đổi bán dẫn công suất có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện từ lưới điện, với tần số và điện áp không đổi thành nguồn điện

có tần số và điện áp thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải xoay chiều

Các bộ biến tần công nghiệp hiện nay chủ yếu gồm hai loại: biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp được xây dựng cơ bản dựa trên cấu trúc biến tần có khâu trung gian một chiều, nghịch lưu, trong đó điện áp xoay chiều từ lưới điện được chỉnh lưu, trở thành nguồn áp nhờ khâu trung gian một chiều dùng tụ điện, sau đó được nghịch lưu biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều cung cấp cho phụ tải Cấu trúc này có ưu điểm cơ bản là làm cho chỉnh lưu và nghịch lưu hoạt động tương đối độc lập với nhau, do đó các phương pháp biến điệu có thể được áp dụng rất đơn giản Tuy nhiên nhược điểm của cấu trúc này là tổn hao công suất lớn, kích thước bộ biến đổi lớn, độ tin cậy không cao

Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi AC-AC, với sơ đồ van nối trực tiếp phụ tải luân phiên vào các pha của điện áp xoay chiều đầu vào, do đó giảm được tổn hao công suất trên các van Mỗi pha của biến tần trực tiếp cấu tạo từ một sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều, vì vậy có khả năng trao đổi công suất với lưới theo cả hai chiều Tuy nhiên biến tần trực tiếp thửa hưởng các nhược điểm của sơ đồ chỉnh lưu như dòng đầu vào không sin, hệ số công suất thấp

Các nhược điểm của các biến tần trên dẫn đến nhu cầu nghiên cứu các bộ biến đổi mới với yêu cầu: điện áp ra và dòng đầu vào hình sin, hiệu suất biến đổi cao, hệ số công suất cao, có khả năng trao đổi năng lượng với lưới theo hai chiều, nhỏ gọn tin cậy Biến tần ma trận có thể đáp ứng được các yêu cầu này

1.1.2 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận

Biến tần ma trận là bộ biến đổi tần số trực tiếp AC/AC sử dụng các van bán dẫn hai chiều Tên gọi ma trận xuất phát từ kết cấu mạch lực có dạng ma trận 3x3 van bán dẫn hai chiều, đồng thời mỗi điện áp đầu ra được tổng hợp từ ba điện áp đầu vào

1.1.2.1 Ưu điểm

Biến tần ma trận có một số đặc tính ưu việt so với các biến tần phổ biến hiện nay như có thể tạo ra điện áp ra hình sin với biên độ và tần số thay đổi được, dòng đầu vào hình sin, hệ số công suất bằng 1, có khả năng áp dụng cho mọi dải công suất, từ nhỏ đến lớn So với biến tần gián tiếp, biến tần ma trận

có ưu thế về tỷ số công suất trên khối lượng cũng như công suất trên thể tích cao hơn Trong biến tần ma trận phần công suất hoàn toàn dùng các phần tử bán dẫn, nhiệt độ chịu đựng cao hơn, có thể lên đến 60o, độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, kích thước giảm nhỏ hơn một cách đáng kể Khả năng làm việc được

ở cả bốn góc phần tư mà không cần thêm vào phần tử phụ nào cùng với kích thước nhỏ gọn đưa đến khả năng tích hợp bộ biến tần với động cơ, tạo nên một

hệ thống truyền động thống nhất

1.1.2.2 Khả năng ứng dụng

Biến tần ma trận có thể ứng dụng trong một số lĩnh vực như sau:

- Trong lĩnh vực truyền động, biến tần ma trận sẽ phát huy được các ưu điểm là gọn nhẹ, làm việc được cả 4 góc phần tư

- Biến tần ma trận có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực truyền tải điện như một bộ biến đổi giữa hai lưới điện có tần số tiêu chuẩn khác nhau

- Biến tần ma trận có thể ứng dụng trong các bộ lọc tích cực nối trực tiếp với lưới điện Với dòng đầu vào và đầu ra đều hình sin và hệ số công suất thay đổi được, các bộ tụ lọc tĩnh sẽ được điều khiển trong một chế độ tối ưu nhất

- Biến tần ma trận có thể là bộ biến đổi đầu ra, có nhiệm vụ ổn định điện áp

và tần số cho các hệ máy phát phân tán turbine khí hoặc turbine gió Khi đó máy phát có thể phát điện áp tần số cao và thay đổi, nhờ đó kích thước máy phát được giảm nhỏ và yêu cầu về điều tốc không còn khắt khe nữa

1.1.3 Mô hình biến tần kiểu ma trận

Biến tần ma trận gồm có chín khóa hai chiều cho phép pha đầu ra nào

cũng có thể nối trực tiếp với pha đầu vào Hình 1.1 là mô hình cơ bản của

MCs:

Hình 1.1 Mô hình MC cơ bản

Sử dụng chín khóa hai chiều, theo lý thuyết biến tần ma trận có thể tạo

ra 29 = 512 tổ hợp các trạng thái của các khóa, tuy nhiên không phải tất cả các trạng thái đo đều được sử dụng Tùy theo phương pháp điều khiển được sử

dụng, tổ hợp trạng thái các khóa được lựa chọn tương ứng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản: không ngắn mạch pha và không hở mạch tải Đứng trên góc độ

thực tiễn, thường chỉ sử dụng 27 trạng thái tổ hợp van (sẽ được trình bày kỹ

hơn ở phần sau)

1.1.4 Hoạt động của biến tần ma trận

1.1.4.1 Điện áp đầu ra

Biến tần ma trận không sử dụng khâu dự trữ năng lượng trung gian,

điện áp đầu ra được tạo ra trực tiếp từ điện áp đầu vào Điện áp đầu ra được

tổng hợp từ chuỗi các lần trích mẫu điện áp đầu vào Tần số trích mẫu để tổng hợp cần phải lớn hơn rất nhiều tần số của cả đầu vào và đầu ra

Hình 1.2 so sánh dạng điện áp đầu ra giữa biến tần VSI truyền thống và biến tần ma trận Điện áp đầu ra của VSI là sự lựa chọn giữa hai giá trị cố định

là +Udc hoặc –Udc, trong khi đó đầu ra của biến tần ma trận có thể chọn giữa các điện áp đầu vào a, b, c và giá trị đầu vào đó thay đổi theo thời gian, chính đặc điểm này làm giảm sóng hài chuyển mạch

(a) (b)

Hình 1.2 Điện áp đầu VSI (a) – Điện áp đầu ra MCs (b)

1.1.4.2 Dòng điện đầu vào

Tương tự như điện áp đầu ra, dòng điện đầu vào cũng được tạo trực tiếp

từ dòng điện đầu ra bằng cách tổng hợp chuỗi các lần trích mẫu dòng điện đầu

ra Dòng điện đầu vào của biến tần ma trận có dạng sin Phân tích phổ sóng

hài cho thấy chỉ tồn tại thành phần sóng hài cơ bản mong muốn và thành phần sóng hài ở tần số chuyển mạch

Hình 1.3 dòng điện đầu vào của biến tần ma trận với tần số chuyển

mạch là 2kHz Ta thấy biên độ của thành phần sóng hài chuyển mạch lớn hơn

so với thành phần cơ bản, chính vì thế cần thiết sử dụng lọc đầu vào

Hình 1.3 – Dòng điện đầu vào phân tích phổ Furier

1.1.4.3 Hệ số công suất đầu vào

Hệ số công suất đầu vào có thể điều khiển được là một đặc điểm rất nổi bật của biến tần ma trận, việc điều khiển hệ số công suất đầu vào hoàn toàn

riêng biệt không phụ thuộc vào tải

Hình 1.4 biểu diễn điện áp

đầu vào, dòng điện tức thời

và giá trị trung bình ở tần

số chuyển mạch 2kHz Góc

lệch pha giữa dòng điện đầu

vào và điện áp đầu vào gần

như bằng không, hệ số công

suất cos xấp xỉ bằng 1

Hình 1.4 Điện áp và dòng điện đầu vào

1.1.5 Các phần tử cơ bản của MCs

Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận gồm có 9 khóa hai chiều

(bi-direction switch BDS) nối các pha đầu ra A, B, C với các pha điện áp đầu vào

a, b, c theo quy tắc nhất định để tạo ra điện áp đầu ra Bộ lọc LC làm cho dòng đầu vào trở nên liên tục và gần với dạng sin Mach Clamp có tác dụng bảo vệ

quá điện áp, MCs không sử dụng các phần tử phản kháng như tụ điện, điện

cảm nào để làm các khâu trung gian dự trữ năng lượng

Hình 1.5 Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận khi đóng lưới

1.1.5.1 Khóa đóng cắt dẫn hai chiều (BDS)

MCs sử dụng các khóa đóng cắt dẫn hai chiều có khả năng dẫn dòng

điện theo cả hai chiều tùy theo tín hiệu điều khiển, Hiện nay các nhà sản xuất

chưa đưa ra thị trường các khóa bán dẫn dẫn dòng hai chiều nên các phần tử

này phải được tạo ra từ các khóa bán dẫn thông thường Có hai cấu hình phổ

biến cho khóa đóng cắt dẫn hai chiều, đó là: sử dụng IGBT mắc Emitter chung

nối song ngược (hình) và IGBT mắc Colector chung nối song ngược (hình)

Hai IGBT được nối cùng hai diode mắc song ngược để tăng khả năng chịu

điện áp ngược đặt lên van Các diode này cũng phải là các diode nhanh để phù

hợp với khả năng đóng cắt nhanh của IGBT

Hình 1.6 – Sơ đồ IGBT lắp E chung (a) – C chung (b)

Trong các sơ đồ 3 pha vào, 3 pha ra, sơ đồ E chung cần sử dụng 9

nguồn cách ly, mỗi nguồn dùng để điều khiển hai IGBT có chung Emitter

(hình 1.7a) Sơ đồ C chung có ưu điểm hơn vì chỉ cần 6 nguồn cung cấp cách

ly để điều chỉnh 9 khóa, mỗi nguồn dùng để điều khiển 3 IGBT có Colector

chung (hình 1.7b) Sơ đồ lắp C chung có nhược điểm là điện áp điều khiển

khác nhau với từng IGBT trên một khóa hai chiều và các van có sự ảnh hưởng lẫn nhau nên ít dùng với các thiết bị có công suất lớn

(a)

(b)

Hình 1.7 Sơ đồ mạch lưc sử dụng cấu hình E chung (a) – C chung (b)

1.1.5.2 Bộ lọc LC đầu vào

Dòng đầu vào bao gồm những xung dòng được tổng hợp từ dòng điện

đầu ra, chính sự tổng hợp những đoạn của ba dòng đầu ra gồm thành phần

sóng hài cơ bản ở tần số lưới và các thành phần sống hài bậc cao, là bội số của tần số lấy mẫu Bộ lọc đầu vào cần thiết để làm dòng điện đầu vào liên tục và gần với hình dạng sin

Nói chung khi thiết kế bộ lọc LC đầu vào cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Tạo ra mạch lọc thông thấp với tần số nhỏ hơn tần số đóng cắt

 Tăng tối đa hệ số công suất đầu vào

 Tối thiểu hoá kích thước, trọng lượng của các phần tử L, C với công

suất phản kháng yêu cầu

 Đảm bảo tính bền vững của cả hệ thống

Một số cấu hình mạch lọc LC đầu vào đề xuất sử dụng cho biến tần ma trận:

Hình 1.8 Mạch lọc LC Điện trở R được đưa vào lúc khởi động có giá trị lớn hơn điện trở tới hạn

 , làm giảm quá áp do cộng hưởng của hai thành phần LC trong

mạch lọc gây ra Các tham số LC được chọn theo sự thỏa hiệp giữa kích thước của bộ lọc, hệ số công suất cos tối đa đầu vào, sụt áp trên điện cảm L để

đảm bảo hệ số truyền áp và độ bền vững của hệ thống

1.1.5.3 Mạch Clamp

Để bảo vệ Matrix Converter khỏi các sự cố quá áp, ta có thể sử dụng mạch

clamp để tạo ra đường giải phóng năng lượng (free wheeling) cho tải và hạn

chế áp đầu vào Mạch clamp gồm hai cầu chỉnh lưu diode nối với một tụ một

chiều Cclamp như hình 1.9

Ở trạng thái bình thường, mạch clamp có thể sử dụng để cung cấp một

phần năng lượng cho mạch điều khiển (sử dụng một phần năng lượng tích luỹ trên tải)

Khi có sự cố xảy ra, mạch clamp sẽ thực hiện chức năng bảo vệ bằng cách nạp năng lượng dư thừa cho tụ Cclamp Cụ thể là :

Với trường hợp quá áp đầu vào, tụ Cclamp sẽ được nạp thông qua cầu diode CL1 Nhờ vậy, điện áp đầu vào không bị tăng vọt

Còn trường hợp cắt tải đột ngột ra khỏi lưới, nếu tải có tính cảm kháng lớn thì sức điện động trên các van rất lớn có thể phá huỷ biến tần Nhờ có mạch

clamp, năng lượng tích luỹ trên tải được giải phóng

1.2 Quá trình chuyển mạch trong MC

1.2.1 Quy tắc thực hiện quá trình chuyển mạch

Để minh họa vấn đề khi chuyển mạch ta xét mạch điện thay thế sau:

Hình 1.9 Mạch clamp

Hình 1.10 Mạch điện tương đương pha a,b

Ban đầu khóa S11 đang ở trạng thái đóng và dẫn dòng iA Khi chuyển mạch tức là S11 mở ra, S21 khóa lại, nếu S11 mở ra truớc tác dụng của điện cảm L L

sẽ tạo ra một quá điện áp cả ứng:

dI

dt

 (1.1)

do dt rất nhỏ nên U rất lớn, điện áp ngược này có thể sẽ đánh thủng các van

bán dẫn Nếu S21 đóng vào trước sẽ tạo ra một dòng ngắn mạch nguồn theo

đường N -L -S11-S21-L -N1 N1 N2 2, dòng ngắn mạch chỉ được giới hạn bởi trở

kháng của LN1 và LN2

Theo lý thuyết để quá trình chuyển mạch diễn ra mà không xảy ra hiện

tượng gián đoạn dòng tải hay ngắn mạch cần thiết phải chuyển mạch một cách đồng thời nhưng không bao giờ đạt được như vậy vì luôn có thời gian trễ của

mạch driver và các van bán dẫn

Trong sơ đồ mạch MC không có hệ thống diode ngược như biến tần VSI

nên chuyển mạch giữa các van phức tạp và khó khăn hơn Quá trình chuyển

mạch trong MC phải tuân thủ hai nguyên tắc sau:

 Không được ngắn mạch phía lưới, nhằm đảm bảo không xảy ra hiện tượng dòng điện lớn phá hủy van

 Không được hở mạch phía tải, nhằm đảm bảo không xảy ra hiện

tượng quá điện áp đánh thủng các van bán dẫn

1.2.2 Phương pháp chuyển mạch bốn bước (Four steps comutation)

Rất nhiều phương pháp chuyển mạch đã được nghiên cứu, trong số đó

phương pháp phổ biến nhất là “chuyển mạch bốn bước”, yêu cầu biết thông

tin về chiều dòng điện đầu ra Các bước chuyển mạch được phân tích dưới sơ

đồ sau khi thực hiện tác vụ chuyển mạch từ khóa dẫn pha a sang khóa dẫn pha

b

Hình 1.11 Sơ đồ mô tả quá trình chuyển mạch Giả sử pha A đang dẫn, cả 2 van SA1 và SA2 đều đang thông để đảm bảo khả năng dẫn theo cả hai chiều Giả sử dòng điện đang có chiều như hình vẽ Quá trình chuyển mạch sang pha B sẽ diễn ra theo 4 bước như sau:

- Bước 1: Khóa van SA2 để tránh đường ngắn mạch từ pha B sang pha A

- Bước 2: Mở van SB1 Do các điôt DA1 và DB1 nên đầu vào không bị ngắn mạch

- Bước 3: Khóa van SA1, lúc này SB1 đã mở, do đó tránh được hiện tượng

hở mạch tải

Dòng tải sẽ chuyển từ pha A sang pha B (van SA1 sang SB1) tại bước 2 nếu uB>uA hoặc ở bước 3 nếu uB<uA

- Bước 4: Mở van SB2 để đảm bảo tính chất dẫn 2 chiều của pha B

Quá trình chuyển mạch bốn bước kết thúc

Đồ thị quá trình chuyển mạch như sau:

Hình 1.12 Đồ thị tín hiệu điều khiển chuyển mạch Thời gian td tương đương với thời gian khóa của một IGBT cỡ 1÷2 µs

Chương 2 VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN

MA TRẬN

Về thực chất MC là một dạng biến tần trực tiếp nhưng sử dụng các van

bán dẫn hai chiều, do đó với quy luật biến điệu thích hợp có thể tạo ra điện áp

ra và dòng đầu vào đều có dạng sin với hệ số công suất có thể điều chỉnh

được Trong sơ đồ, MC sử dụng 3x3 khóa bán dẫn hai chiều để nối luân phiên tải vào các pha của điện áp đầu vào Do bản chất không có khâu trung gian

một chiều nên quy luật điều khiển, quy luật biến điệu cho MC rất phức tạp Về quy luật biến điệu có hai phương pháp chính:

 Phương pháp trực tiếp, lần đầu tiên được đưa ra bởi Alesin A và

Venturini M.G (1980), giải mô hình toán học ma trận chuyển cho

quá trình biến điệu, từ đó tìm ra được ma trận hệ số biến điệu

Phương pháp này đòi hỏi tính toán phức tạp, chiếm nhiều thời gian

của bộ sử lý tín hiệu

 Phương pháp thứ hai áp dụng kỹ thuật biến điệu vector không gian

mà nội dung cơ bản là trong các vector chuẩn, ứng với các các tổ

hợp van được nối mạch nhất định, chọn các vector phù hợp thỏa

mãn các quy luật biến điệu cho cả điện áp đầu ra lẫn dòng điện đầu vào Kỹ thuật biến điệu vector không gian (Space Vector

Modulation-SVM) cho phép giải thích về lý thuyết hệ số biến điệu

(xác định tỷ số giữa điện áp đầu ra với điện áp đầu vào), tạo ra dạng sóng hình sin của dòng đầu vào với hệ số công suất (cosφ) điều

chỉnh được

Kỹ thuật biến điệu vector không gian có hai hướng thực hiện chính Thứ nhất, người ta có thể sử dụng phương pháp đã áp dụng rộng rãi cho biến tần có khâu trung gian một chiều, trong đó quá trình biến điệu tiến hành độc lập cho

khâu chỉnh lưu, rồi cho khâu nghịch lưu, sau đó kết hợp cả hai quá trình đó lại

để ra kết quả chung cho MC Phương pháp này gọi là biến điệu vector không

gian gián tiếp (Indirect Space Vector Modulation-ISVM) Tuy nhiên kỹ thuật

biến điệu cho MC có thể được tiến hành trực tiếp trên cơ sở phân tích các tổ

được các quy luật biến điệu khác nhau và tính tới các yếu tố ảnh hưởng từ lưới điện như nhiễu trên đường dây do có thành phần thứ tự không hoặc thứ tự

ngược trong hệ thống điện áp ba pha

2.1 Mô hình toán học của biến tần ma trận

Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận ba pha đầu vào – ba pha đầu ra như

sau:

Hình 2.1 Cấu hình cơ bản của biến tần ma trận

Mô hình biến tần ma trận gồm có 9 khóa SAa …SCc là 9 khóa hai

chiều BDS Mỗi khóa có thể nối hoặc không nối với pha i phía nguồn và

pha j phía tải, lựa chọn các trạng thái khóa đóng mở sẽ thay đổi tùy ý điện

áp đầu ra của biến tần Trạng thái đóng, mở của các khóa được định nghĩa như sau:

Như đã phân tích, để không xảy ra hiện tượng quá dòng và quá áp, các

tổ hợp khóa cần thỏa mãn điều kiện:

- Không ngắn mạch phía lưới

Không hở mạch phía tải

Như vậy ít nhất một khóa trên một cột phải đóng, đồng thời một và chỉ một khóa trên một cột đóng tại một thời điểm Các điều kiện đó tương đương

Trong đó S là ma trận truyền tức thời

- Vector dòng điện vào và dòng điện ra

( )( )( )

Từ các biểu thức , ta thấy có thể thay đổi biên độ và tần số của điện áp ra bằng cách thay đổi trạng thái đóng cắt của các van

2.2 Phương pháp vector không gian trong biến tần ma trận

Sơ đồ cấu trúc của một MC được thể hiện trên hình 2.2 Theo sơ đồ này

điện áp đầu ra được tổng hợp từ các điện áp pha đầu vào, dòng tải sẽ do tải

dòng điện đầu ra và giá trị sẽ nhỏ nhất nếu góc lệch pha so với điện áp được

hiệu chỉnh bằng không Mục đích của phương pháp biến điệu là tạo ra hệ

thống điện áp ba pha ở đầu ra có dạng hình sin, dòng tiêu thụ ở đầu vào cũng

có dạng sin với góc pha so với điện áp đầu vào có thể điều chỉnh được Như

vậy lượng đặt cho sơ đồ biến điệu là điện áp đầu ra và góc pha của dòng điện

đầu vào

2.2.1 Xác định vector

không gian

Như đã biết trong lý

thuyết phép biến đổi vector

không gian, một hệ thống

điện áp ba pha đầu ra có thể

được biểu diễn qua một

vector quay quanh gốc hệ

tọa độ trong hệ tọa độ vuông

thể hiện độ lệch pha giữa điện áp dây và điện áp pha

Vector quay cũng có thể biểu diễn như sau:

C

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của MC