xây dựng mô hình Matrix Converter

Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn, đã cho ra đời các van bán dẫn với những ưu điểm như chuyển mạch nhanh, tínhnăng dòng áp cao, chắc chắn, hiệu suất c

Mở Đầu

Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành côngnghiệp hiện đại Nhờ vào các bộ biến đổi được xây dựng dựa trên các phần tửbán dẫn công suất (Điôt, Transito,Tiristo,IGBT…) có thể khống chế nguồnnăng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được để cung cấp cho các phụtải điện

Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn,

đã cho ra đời các van bán dẫn với những ưu điểm như chuyển mạch nhanh, tínhnăng dòng áp cao, chắc chắn, hiệu suất cao, độ tin cậy đảm bảo, dẫn đến khảnăng chiếm ưu thế hoàn toàn của các bộ biến đổi điện tử công suất mà điểnhình là bộ biến tần, là một bộ biến đổi dùng để biến đổi nguồn điện áp với cácthông số điện áp và tần số không đổi, thành nguồn điện áp ra với các thông sốđiện áp và tần số thay đổi được Sự ra đời của bộ biến tần Matrix Converter,(thực chất là một bộ biến tần làm việc trực tiếp với lưới điện) là sự phát triểnvượt bậc của điện tử công suất, có ý nghĩa rất lớn trong việc biến đổi điệnnăng

Cùng với sự hoàn thiện của kỹ thuật điện tử công suất là sự phát triểncủa kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật điều khiển số cộng với các hệ thống điều khiển

tự động truyền động điện thông minh và hiện đại đã cho phép tạo nên hệ thốngtruyền động “Matrix Converter /Động Cơ” làm việc chắc chắn, tin cậy hiệusuất cao, dải điều khiển rộng, đảm bảo các chức năng bảo vệ cũng như điềukhiển chính xác quá trình chuyển mạch vốn đòi hỏi rất nghiêm ngặt

Matrix converter (MC) ưu thế hơn các biến tần truyền thống nhờ khảnăng trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, hiệu suất rất cao do chỉ cómột lần biến đổi điện năng, không phải qua khâu trung gian tích luỹ nănglượng, cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng trả về lưới điện mà khôngcần có mạch điện phụ Vượt qua được những hạn chế của biến tần trực tiếp, làtần số điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp Ngoài ra còn cóthể tích hợp cùng với động cơ vào một thiết bị đơn nhất để giảm kích thước,giá thành, tăng hiệu suất và độ tin cậy thiết bị, làm việc ở cả 4 góc phần tư

Matrix Converter còn cho phép điều chỉnh được hệ số công suất cos(ϕ)đầuvào, cho dòng vào và áp ra có dạng hình sin

Cùng với việc khắc phục những nhược điểm cố hữu như tỷ số truyền áptối đa thấp, số lượng van bán dẫn ở mạch lực nhiều gây khó khăn trong vấn đềđiều khiển, không có đuờng thoát năng lượng tự nhiên (free-wheeling) và tụnối một chiều nên mạch bảo vệ phức tạp sẽ tạo ra xu hướng phát triển rộng rãicho Matrix Converter trong các ứng dụng công nghiệp mà cho đến nay vẫn còn

bị bỏ ngỏ

Thực hiện công việc thiết kế một bộ điều khiển truyền động điện động

cơ dựa trên mô hình Matrix Converter sẽ liên quan đến những vấn đề sau:

- Điện tử công suất: khoá hai chiều, tổn hao, bảo vệ, chuyển mạch…

- Truyền động điện: thuật toán điều khiển động cơ, PWM, không gianvector…

- Lập trình DSP, VXL, thiết kế mạch in

Với những vấn đề rộng và phức tạp như vậy, trong khuôn khổ thời gian

có hạn, bản đồ án này chỉ đề cập đến những vấn đề cơ bản của MatrixConverter và nghiên cứu lý thuyết và thực hiện mô phỏng bằng phần mềm

Matlab/simulink dựa trên thuật toán điều biến của tác giả Venturini

Bản đồ án này đóng góp vào một trong những bước đi đầu tiên của sinhviên ngành TĐH trường ĐHBKHN về đề tài mới - phương pháp biến tầnMatrận - Bổ xung thêm 1 đề tài có nhiều hứa hẹn phát triển và ứng dụng thực

tế trong tưong lai gần

Trong thời gian làm đồ án ,với sự nỗ lực của bản thân và các bạn cùng

nhóm dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Trọng Minh em

đã hoàn thành bản đồ án này đúng hạn định Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng

do thời gian hạn chế, bản thân trình độ còn có hạn nên bản đồ án chắc chắnkhông tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiếncủa các thầy cô cũng như các bạn sinh viên quan tâm

Chương I: Matrix Converter các vấn đề cơ bản

I.1 khái niệm về Matrix Converter

I.1.1 Sự phát triển của Matrix Converter

Thời gian gần đây đã có nhiều người quan tâm đến bộ biến tần ma trậntrực tiếp AC-AC dùng trong truyền động thay đổi tốc độ động cơ cảm ứng.Một trong những người đề xuất đầu tiên là Gyugyi và Pelly (năm 1976) đã chỉ

ra nguyên tắc hoạt động của bộ biến tần trực tiếp sử dụng khoá có thể điềukhiển được 2 chiều để nhận được tần số đầu ra không bị hạn chế Nhược điểmchính của mạch là xuất hiện nhiều các hài bậc cao không mong muốn của dòngvào và áp ra không thể dùng bộ lọc dễ dàng loại bỏ

Vấn đề này đã được vượt qua nhờ Venturini và Alesina (năm 1981), Hai người đã đưa ra một thuật toán điều biến PWM mới có thể tạo dòngđiện vào và điện áp ra hình sin với tần số biến thiên đồng thời điều khiển được

1980-hệ số công suất đầu vào Đến năm 1989 cũng chính 2 ông bằng cách điều chỉnhlại thuật toán ban đầu đã tạo ra được tỉ số truyền giữa điện áp ra và điện áp vàotối đa (là 0,86) và điều khiển được trọn vẹn cosϕ đầu vào trong giới hạn củađiện áp và cosϕ đầu ra

Năm 1991 In Roy và April, Ishiguro đưa ra một lớp các thuật toán vôhướng nhờ dựa trên việc so sánh vô hướng các giá trị điện áp vào tức thời vàtạo dòng điện ra hình sin theo nguyên tắc dòng điện vào mỗi pha tỉ lệ với điện

áp vào trên pha đó trong mét chu kỳ lấy mẫu Vấn đề thời gian thực của thuậttoán điều khiển yêu cầu nhiều lần so sánh ở mỗi lần lấy mẫu sẽ yêu cầu thờigian tính toán của các bộ vi xử lý cao

Tiếp theo là phương pháp điều khiển tạo điện áp đầu ra sử dụng điềubiến vector không gian vector (Space Vector Modulation-SVM), thuật toánđiều khiển này sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung(Pulse WidthModulation-PWM) cải thiện đáng kể dạng sóng điện áp ra tuy nhiên khi đóchất lượng dạng sóng của dòng điện vào bị suy giảm

Những nghiên cứu khác gần đây(1992-1998) nhất chủ yếu tập trung vàoviệc tăng hiệu suất của Matrix Converter bằng cách giảm tối đa tổn hao đóngcắt nhờ thực hiện dòng zero khi đóng và áp zero khi mở nhưng đòi hỏi cácphần tử phụ thêm vào cấu trúc khoá 2 chiều.

Năm 1993 Wheeler và Grant đưa ra phương pháp chuyển mạch dòngđiện semi-soft giảm đáng kể tổn hao đóng cắt đồng thời chuyển mạch tin cậychắc chắn.Hiện nay các nghiên cứu chủ yếu về thuật toán điều biên tối ưu hoặcvới khía cạnh thiết kế mạch công suất gọn nhẹ trong một môđun tích hợp trênđộng cơ, bù ảnh hưởng của điện áp vào không cân bằng, vấn đề bảo vệ MatrixConverter …

Hình 1.1 Cấu trúc tổng quát của ma trận khoá 2 chiều

I.1.2 Khái niệm về Matrix Converter

Matrix Converter là một bộ biến tần trực tiếp chuyển mạch cưỡng bứctốt, có thể nối giữa n pha vào có tần số và điện áp cố định U1, f1 với m pha đầu

ra có tần số và điện áp biến thiên U2, f2 Với những ứng dụng trong côngnghiệp chủ yếu n=m=3 và đây là cấu hình thường gặp nhất (Hình 2)

Trong bé Matrix Converter 3×3 gồm có một ma trận 9 khoá 2 chiều Directional Switch-BDS) được sắp xếp thành 3 nhóm, mỗi nhóm tương ứng

(Bi-với một pha đầu ra Với cách bố trí như vậy, Matrix Converter sẽ nối bất kỳđầu vào a, b, c với bất kỳ các đầu ra A, B, C, tại bất kỳ thời điểm

Ma trận các khoá 2 chiều đưa ra Σ Cni (i=0 9)= 512 khả năng kết hợp,

để tạo ra các trạng thái đóng cắt của các khoá, nhưng chỉ có 27 trạng thái thíchhợp, bởi vì, đầu vào của Matrix Converter như một nguồn áp 3 pha, trong khiđầu ra như một nguồn dòng 3 pha, do đó thực hiện đóng cắt các khoá phải tuântheo 2 luật sau, để đảm bảo không ngắn mạch nguồn áp, và hở mạch nguồndòng

+ Không được nối 2 đầu vào khác nhau tới cùng một đầu ra vì sẽ gây ngắnmạch ở đầu vào dẫn tới hiện tượng quá dòng điện

+ Không được hở mạch ở đầu ra của Matrix Converter vì khi đó với tải cảm

sẽ gây hiện tượng quá áp

Hình 1-2 Cấu trúc 3 pha của Ma trận khoá 2 chiều

a) Mạch điện b) ký hiệu Việc điều khiển điện áp ra, nhờ cách thực hiện đóng cắt các khoá (vớicác trạng thái cho phép), theo một thứ tự được xác định trước Như vậy “giá trịtrung bình” của điện áp ra phụ thuộc vào dạng sóng điện áp mong muốn tạo ra

từ các điện áp vào Ở dạng sóng điện áp ra, gồm chủ yếu những thành phần cótần số mong muốn cùng với các thành phần tần số cao do dóng cắt sinh ra, mà

có thể loại bỏ được nhờ bộ lọc LC ở đầu ra, hoặc điện cảm của tải Phía nguồn,dòng điện vào được tạo bởi những đoạn của 3 dòng điện ra và những đoạn

a)

S21

S23 S22

S31

S33 S32

a c b

A B C

b)

bằng không, mà trong những đoạn bằng không đó dòng điện ra không trở vềnguồn mà tuần hoàn chạy quẩn trong ma trận khoá Phổ dòng vào chủ yếu gồmthành phần tần số nguồn cung cấp và các thành phần tần số cao, mà khi có bộlọc đầu vào thì bị loại trừ để mong muốn tạo dòng điện vào hình sin.

Matrix Converter chính vì thế có thể thực hiện được việc biến đổi tần số

và điện áp trực tiếp AC-AC mà không cần thành phần tích trữ năng lượngtrung gian

I.1.3 So sánh Matrix Converter và các loại biến tần hiện có

Biến tần hiện nay có thể chia làm 2 loại lớn

∗ Biến tần trực tiếp

Điện áp vào xoay chiều U1 và tần số f1 chỉ cần qua một mạch van làchuyển ngay ra tải với tần số khác, vì vậy biến tần này có hiệu suất biến đổinăng lượng cao, thêm vào đó là khả năng thực hiện tái sinh năng lượng trở vềlưới mà không cần có mạch điện phụ

Tuy nhiên sơ đồ mạch này khá phức tạp, vì có số lượng van lớn, nhất làvới mạch 3 pha Việc thay đổi tần số f2 khá khó khăn và phụ thuộc vào f1, vìvậy hiện nay chủ yếu chỉ có biến tần loại này với phạm vi điều chỉnh f2 ≤ f1

∗ Biến tần gián tiếp

f2

Điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành một chiều nhờ mạchchỉnh lưu, sau đó qua bộ lọc rồi mới biến trở về điện áp xoay chiều với tần số f2

Việc biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất biến tần, bù lại loại biếntần này cho phép dễ dàng thay đổi tần số f2 không phụ thuộc f1 trong dải tầnrộng cả trên lẫn dưới f1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển

Hơn nữa với sự ứng dụng hệ điều khiển nhờ kỹ thuật số vi xử lý và dùngvan lực là các loại tranzitor đã cho phát huy tối đa các ưu điểm của loại biếntần này vì vậy đa số biến tần hiện nay là biến tần có khâu trung gian một chiều.Tuy nhiên khi dùng van tiristo vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giảiquyết vấn đề khoá van

Chức năng các khâu trong bộ biến tần gián tiếp :

∗ Sự giống và khác nhau giữa Matrix Converter và các loại biến tần

a) Matrix Converter và biến tần trực tiếp

- Matrix Converter thực chất là một bộ biến tần trực tiếp nên sẽ có những ưu,nhược điểm của biến tần trực tiếp như sau:

+ Nối trực tiếp giữa lưới và tải không qua một khâu trung gian nào nênhiệu suất truyền động cao

+ Trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, có khả năng tái sinhnăng lượng không cần mạch phụ.

+ Số lượng van bán dẫn nhiều, do đó sơ đồ van và luật điều khiển cũngrất phức tạp

- Tuy nhiên Matrix Converter vượt trội hơn so với biến tần trực tiếp ở :

+ Khả năng tạo được điện áp ra có tần số không hạn chế, có thể lớn hơntần số nguồn cung cấp f1

+ Có thể điều chỉnh được hệ số công suất đầu vào cosϕ i, độ lệch phagiữa dòng và áp vào ( ϕ i ) có thể > 0, = 0, hoặc < 0

+ Do dùng van 2 chiều nên có thể hoạt động ở 4 góc phần tư mà khôngcần tác động vào phía đầu vào

b) Matrix Converter và biến tần gián tiếp

- Một số ưu điểm của biến tần gián tiếp cũng được ứng dụng trong công nghệMatrix Converter

+ Vì Matrix Converter được phân tích như một bộ biến đổi gồm 2 tầngbiến đổi, tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu, nên có thể sử dụng phương phápđiều biến độ rộng xung (PWM) hay được dùng với biến tần nguồn áp, cho tầngnghịch lưu để đạt được chất lượng điện áp tốt nhất cho động cơ, do đó tần số

và điện áp có thể được điều chỉnh trơn và không bị giới hạn bởi tần số vào

+ Thực hiện nối trực tiếp tầng chỉnh lưu nguồn dòng PWM với tầngnghịch lưu, mục đích để tạo ra khả năng trao đổi công suất phản kháng giữalưới và tải

- Những điểm khác nhau có ý nghĩa rất lớn giữa Matrix Converter và biến tầngián tiếp là:

+ Không còn thành phần tích năng lượng phản kháng trung gian là cuộncảm lớn hay tụ một chiều có tuổi thọ hạn chế, do đó giảm được kích thước của

bộ biến tần, tạo ra khả năng tích hợp Matrix Converter trong một môđun gắntrên động cơ, giúp hệ truyền động gọn nhẹ và linh hoạt

B¶ng 1: So s¸nh sè lîng van b¸n dÉn trong Matrix

Converter víi 2 lo¹i VSI

+ Không cần bộ chỉnh lưu trong mạch lực để tạo ra điện áp một chiều,

do đó dòng vào bộ Matrix Converter có dạng sin (vì khâu chỉnh lưu sẽ làmdòng vào không sin, hệ số công suất thấp)

Bảng I thể hiện sự so sánh về số lượng van bán dẫn giữa MC và bộ biếntần nguồn áp có chỉnh lưu cầu điot, và với bộ biến tần nguồn áp (back to back)

có chỉnh lưu điều khiển là bộ biến tần, có cùng chúc năng dẫn dòng công suấtchảy theo 2 hướng và tạo dòng vào hình sin Có thể thấy tụ nối một chiều vàđiện cảm đầu vào sử dụng trong bộ biến tần (back to back) là được thay thếbằng 6 van bán dẫn thêm vào trong giải pháp Matrix Converter

Công nghệ Khóa điều

khiển hoàn toàn

Diot cắt nhanh

Diot chỉnh lưu

c Lý do xây dựng Matrix Converter

Matrix Converter được coi là có nhiều ưu thế hơn so với các loại biếntần truyền thống Vì có thể thực hiện được việc biến đổi tần số và điện áp, màkhông cần có thêm các phần tử tích năng lượng trung gian, như tụ điện có tuổithọ hạn chế hay cuộn cảm có kích thước lớn để nối một chiều, như vậy sẽ

không yêu cầu nhiều tầng biến đổi công suất và hiệu suất được tăng lên rõ rệtkhi hoạt động ở tần số đóng cắt cao

Vì gồm các khoá 2 chiều nên tạo ra dòng chảy công suất theo 2 hướnglưới đến tải và tải về lưới, dẫn đến khả năng tái sinh năng lượng trả về lưới,đồng thời có thể hoạt động ở 4 góc phần tư mà không cần điều chỉnh phía đầuvào bộ biến đổi, do đó động cơ có thể dễ dàng chuyển đổi chế độ làm việc từchế độ động cơ sang chế độ hãm tái sinh và ngược lại

Nhờ sử dụng các kỹ thuật điều biến (PWM) nên tạo ra dạng sóng áp ra

và dòng vào hình sin, có khả năng điều chỉnh hệ số công suất đầu vào, tức điềuchỉnh được góc lệch pha giữa dòng và áp vào là dẫn trước, chậm sau hay khôngđổi bất chấp các loại tải khác nhau

Matrix Converter còn được coi là giải pháp toàn bộ silíc “ all silicon”cho bộ biến đổi công suất trực tiếp AC-AC, nhờ khả năng tích hợp cao, chịuđược ở điều kiện nhiệt độ cao, độ tin cậy được đảm bảo của các chất bán dẫnđược chế tạo từ nguyên tố Si Vì thế Matrix Converter sẽ là công nghệ lý tưởngtrong tương lai cho những ứng dụng có nhiệt độ cao và kích thước nhỏ gọn, khi

đó sẽ không cần tụ điện sẽ là một thuận lợi rất có ý nghĩa bởi vì tụ chịu được ởnhiệt độ cao thường rất hiếm và đắt

I.1.4 Khó khăn và xu hướng nghiên cứu

bộ biến tần có phần tử nối một chiều, nhưng sẽ làm tăng kích thước và giáthành của bộ Matrix Converter, làm giảm ưu thế của Matrix Converter so vớicác bộ biến tần truyền thống.

Vì vốn dĩ không có đường thoát năng lượng (free wheeling) thông vớitải, nên khi xảy ra sự cố ngắt nguồn đột ngột do mất nguồn hoặc do lỗi chuyểnmạch, nếu tải có tính cảm kháng, năng lượng được tích luỹ trong điện cảm bapha của động cơ không được giải phóng sẽ gây ra quá áp ở đầu ra, nếu không

có mạch bảo vệ (clamp hoặc snubber) sẽ làm phá huỷ các van công suất Vìvậy thời gian để phát các tín hiệu điều khiển quá trình đóng cắt phải yêu cầu rấtkhắt khe và chính xác, đồng thời vấn đề bảo vệ mạch công suất trong điều kiệngặp sự cố cũng rất cần được quan tâm xem xét cẩn thận

b) Xu hướng nghiên cứu hiện nay

Các xu hướng nghiên cứu hiện nay

+ Nhằm cải thiện những ảnh hưởng do sự tác động từ lưới,

+ Tăng cường hiệu suất của truyền động khi hoạt động ở tần số đóng cắt cao.+ Giảm kích thước hệ truyền động Matrix Converter bằng cách tích hợp tất cảcác cấu trúc silicon phức tạp (khoá 2 chiều) trong một môđun công suất Tíchhợp các mạch bảo vệ, khối logic điều khiển chuyển mạch, nguồn cách ly mạchđiều khiển, gate driver trong một bảng mạch điện tử gọi là PEBB

I.2 khoá 2 chiều trong matrix converter

I.2.1 Quá trình năng lượng trong Matrix Converter

Ta biết rằng Matrix Converter có khả năng trao đổi năng lượng với lướimột cách liên tục, đồng thời có thể phát công suất phản kháng trở lại lưới hoặctiêu thụ Q Điều này rất có ý nghĩa đối với truyền động dùng Matrix Convertervới công suất lớn, vì sự ảnh hưởng đến lưới là rất đáng kể, hơn nữa tổn hao hạnchế được sẽ là rất lớn Để thực hiện được điều này cần có các khoá 2 chiềutrong cấu trúc của Matrix Converter để có thể dẫn dòng theo cả 2 chiều lướiđến tải hoặc tải về lưới

I.2.2 Cấu trúc khoá 2 chiều

Matrix Converter yêu cầu các khoá hai chiều để có thể trao đổi nănglượng với lưới Khoá hai chiều phải có khả năng điều khiển hoàn toàn đượcchiều dòng điện cả hai hướng và chặn điện áp cả dương và âm Tuy nhiên vìkhông có van bán dẫn nào có thể đáp ứng được yêu cầu đó, vì vậy các van điềukhiển hoàn toàn theo một chiều riêng rẽ sẽ được kết hợp lại để tạo ra các khoá Các van thường được sử dụng để tạo ra khoá 2 chiều là IGBT, các vanMOSFET, MCT, IGCT cũng được sử dụng

a) Đặc điểm của van IGBT ( Isulated Gate Bipolar Transistor )

Thực chất là transistor công suất có cực điều khiển cách ly IGBT là sựkết hợp các ưu điểm của van MOSFET là đóng cắt nhanh, nên tạo ra sù thayđổi công suất nhanh và ưu điểm của transistor thường là chịu được tải có dòng

và áp lớn nên có tổn hao dẫn dòng thấp

Là phần tử được điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển làrất nhỏ không đáng kể Nh vậy có thể điều khiển trực tiếp IGBT bởi đầu ra củacác vi mạch công suất nhỏ

Hình 1-5 Ký hiệu một IGBT IGBT có thời gian đóng cắt nhanh hơn transistor thường, thời gian trễkhi mở cỡ 0.15µs , giống nh đối với MOSFET Thời gian trễ khi khoá là 1µs,giống nh với transistor thường Dạng tín hiệu điều khiển thường là 15v khi mở

0

-15v

+15v

E C

G

b Các cấu trúc của khóa 2 chiều

* Cấu trúc cầu diode

Khoá hai chiều sẽ gồm: một IGBT là khoá một chiều ở tâm của cầudiode mét pha nh ( hình 1-7)

Thuận lợi chính là cả hai chiều đều qua 1 van IGBT, cho nên chỉ yêu cầumột (gate drive) cổng điều khiển cho mỗi lần chuyển mạch Nhược điểm lớnnhất là tổn hao dẫn dòng lớn vì có 3 van (1 IGBT và 2 FRD) trên một đườngdẫn Hướng của dòng qua van đóng cắt là không điều khiển được Đây là mộtbất lợi dẫn đến không được sử dụng với nhiều phương pháp chuyển mạch tincậy Hơn nữa tổn hao đóng cắt cũng lớn vì sự đóng cắt là cứng

* Cặp IGBT và Diode mắc song song ngược E chung

Sự cấu trúc khoá hai chiều là gồm 2 diot và 2 IGBT mắc song songngược nh ( hình 1-8) Các điôt thêm vào để tạo ra khả năng ngăn điện áp ngược

Có vài ưu thế khi sử dụng nếu so sánh với cầu điôt Đầu tiên là khả năngđiều khiển độc lập chiều dòng điện Tổn hao dẫn dòng cũng giảm bởi vì chỉ có

2 van dẫn dòng ở một thời điểm, tổn hao đóng cắt cũng giảm vì quá trình đóngcắt là bán mềm(semi-soft) Một bất lợi là mỗi một khoá 2 chiều yêu cầu mộtnguồn cách ly riêng cho mỗi mạch điều khiển.Tuy nhiên cả hai van IGBT cóthể điều khiển với cùng một điện áp

H×nh 1-7 : cÊu tróc cÇu ®ièt

H×nh 1-8 : cÊu tróc 2 IGBT song song ng îc E chung

* Cặp IGBT và Diode đấu song song ngược C chung

Sự sắp xếp bố trí các van giống nh mạch E chung, nhưng IGBT được nối

C chung nh (hình 1.9)

Tổn hao là tương đương với kiểu E chung, Thuận lợi của phương phápnày so với mạch E chung là chỉ cần 6 nguồn cung cấp được cách ly để cungcấp cho các tín hiệu điều khiển cổng Tuy nhiên kiểu sắp xếp này là không tiệnlợi trong thực tế bởi vì cảm ứng giữa các khoá chuyển mạch gây ra vấn đề.Đồng thời mỗi van cũng phải được điều khiển với các điện áp khác nhau dẫnđến việc điều khiển biến tần sẽ càng phức tạp Chính vì thế cấu hình E chungthường được dùng để tạo ra các phần tử khoá 2 chiều cho Matrix Converter

c) Xây dựng khoá 2 chiều tích hợp trong một môđun công suất

Mục đích của việc tích hợp các khoá 2 chiều trong một môđun công suấtlà:

+ Giảm thể tích chiếm chỗ của các van bán dẫn silicon

+ Giảm các đầu nối môđun công suất đồng thời giảm điện cảm mócvòng phía đầu vào, và giảm giá thành sản xuất

+ Cho phép tích hợp cả mạch bảo vệ và logic điều khiển chuyển mạchtrong bảng mạch điều khiển để tiến tới xây dựng một khối điện tử công suấtđộc lập cho Matrix Converter

Để chọn cách xây dựng môđun một cách tối ưu, phạm vi giới hạn côngsuất của biến tần là một tiêu chuẩn rất quan trọng

Với công suất lớn, hiệu quả và độ tin cậy là vấn đề quan trọng hơn giáthành, mạch điều khiển IGBT phải đảm bảo các chức năng : đóng cắt ưu việt

để giảm tổn hao chuyển mạch, đồng thời bảo vệ quá dòng điện Nh vậy, môđun

H×nh 1-9 : CÊu tróc 2 IGBT song song ng îc C chung

công suất và mạch điều khiển phải được gắn với nhau sao cho kích cỡ, tổn hao,

và số đầu nối là nhỏ nhất, cho phép người sử dụng không phải quan tâm đếnvấn đề bảo vệ và hoạt động của các khoá công suất

Ta phân tích hai công nghệ CC và CE để đưa ra cấu hình tối ưu chomôđun công suất chứa các khoá 2 chiều Sự phân tích bao gồm các vấn đề vềmạch điều khiển nh giảm số nguồn cách ly, vấn đề bảo vệ môđun công suất, vàkhả năng tích hợp chúng vào một môđun thông minh cho Matrix Converter

Phụ thuộc vào công suất định mức, có 2 công nghệ tích hợp các van

+ Công nghệ CE để xây dựng môđun công suất 3pha/ 1pha, dùng choMatrix Converter có công suất lớn Một ưu thế là có thể theo dõi được điện áp

VCE , nên có thể sử dụng công nghệ CE trong mạch điều khiển cổng thôngminh với khả năng phát hiện sự cố ngắn mạch, và phát tín hiệu kích thích rấtchính xác là những yêu cầu trong bé Matrix Converter có công suất lớn Số đầuđiều khiển trên một môđun cũng được giảm xuống còn là 9

+ Công nghệ CC để xây dựng môđun công suất 3pha/3pha và dùng choMatrix Converter có công suất nhỏ Ưu điểm là giảm được số nguồn công suấtcách ly cấp cho mạch điều khiển cổng (6), và tạo ra giải pháp one-chip chokích thước nhỏ gọn, số đầu điều khiển trên một môđun giảm xuống còn là 24,

và có khả năng nuôi các bộ chuyển đổi điện áp vào và dòng điện ra từ nguồncông suất của mạch điều khiển

H×nh 1-10 M¹ch ®iÖn m«®un c«ng suÊt 3pha/1pha khi sö dông

Mét xu hướng trong việc chế tạo hệ truyền động điều chỉnh tốc độ(VSD) là phát triển các hệ thống điện tử công suất được tích hợp hoàn toàn dẫntới giảm giá thành sản phẩm và thời gian thiết kế Để tạo ra một khối điện tửcông suất tích hợp (PEBB) cho Matrix Converter thì các khối logic điều khiểnchuyển mạch, bảo vệ quá dòng, nguồn cách ly nuôi mạch điều khiển, và khốibảo vệ lỗi chuyển mạch phải được tích hợp trên cùng một bảng mạch

d) Mạch điều khiển cổng điển hình cho 1 van IGBT

Mỗi khoá trong MC yêu cầu 1 tín hiệu điều khiển được cách ly Sự cách

ly có thể là biến áp xung hoặc cách ly về quang

Cách ly quang có thể tạo chu kỳ xung làm việc không hạn chế, nhưngnguồn cấp phải được cách ly riêng rẽ đối với mỗi van làm số lượng thiết bị vàgiá thành mạch điều khiển cao Cách ly về quang có thể chống nhiễu, nhưngnguồn cung cấp cách ly phải được thiết kế cẩn thận tránh vấn đề gây “ hợp”điện dung sẽ xảy ra dv/dt lớn

Vấn đề chính với biện áp xung là cần có sự cân bằng thế khiến nó khóhoạt động để tạo ra độ rộng xung điều khiển yêu cầu đủ lớn Tuy nhiên vớivan cần cách ly như IGBTs hoặc MOSFETs thì khó khăn có thể loại trừ nếudùng khả năng nạp của tụ điện đầu vào của van Công nghệ MC sử dụng ưuthế này để xây dựng mạch điều khiển cho van, mạch điều khiển cơ bản (Hình1-10) Mạch này có số lượng thiết bị Ýt, không yêu cầu nguồn cách ly và làmviệc tốt với phạm vi của chu kỳ xung đủ lớn

H×nh 1-11 m¹ch ®iÒu khiÓn cho mét kho¸ 2 chiÒu

Trên hình vẽ: Q1, Q2 là 2 van MOSFET công suất thấp loại IRFD110 Hình 1-11 thể hiện nguyên tắc hoạt động.Tín hiệu điều khiển mongmuốn được tạo bởi logíc điều khiển cho 1 khoá gồm 2 van S1 và S2 Tín hiệunày được gửi tới sơ cấp BAX việc thay đổi giá trị điện áp khởi tạo nhờ thay đổi

từ thông sắt từ BAX có tỉ số 1:1 dẫn tới giá trị khởi tạo này cũng là giá trị phíathứ cấp BAX

Khi bão hoà lõi sắt thì điện áp này giảm = 0 và khi sang phần (-) của tínhiệu điều khiển thì lõi hết bão hoà, giá trị điện áp được khởi tạo về phần âmsau đó bão hoà lõi sắt lại xảy ra và điện áp phần âm về 0 Nhờ vậy dạng xung

áp qua sơ (thứ) BAX là chuỗi những xung ngắn có cực tính thay đổi theo lệch

từ logíc điều khiển

Trong phần + của dạng sóng điện áp thứ cấp, tụ kết hợp của 2 cổng S1

và S2 sẽ nạp qua Q2 và điốt trong của Q1 Khi sóng điện áp nàygiảm về giá trịkhông, điốt trong Q1 phân cực ngược, tụ sẽ giữ giá trị nạp cho S1, S2 trongmột khoảng thời gian phụ thuộc vào dòng điện dò, nếu thời gian là không thíchhợp (quá ngắn) cần thêm 1 tô song song với cổng điều khiển Cần chú ý là thờigian mở lớn nhất cho mỗi khoá 2 chiều phải được tính cụ thể rõ ràng trongchiến lược điều biến MC

S1, S2 đóng lại khi điện áp thứ cấp BAX âm Tụ kết hợp nạp giá trị âmqua Q1 và điốt trong Q2 Điốt trong Q2 dẫn khi điện áp âm trở về 0 và tụ sẽphóng áp âm được nạp cho tới khi nhận được xung áp dương thứ cấp BAX.Quá trình nạp áp âm trong chu kỳ ngắt tạo khả năng chống nhiễu tuyệt vời vàđảm bảo rằng thời gian mở giả định là không thể xảy ra

Thùc hiÖn lÖch

§iÖn ¸p thø cÊp BAX

§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn van 0,6 ms

+15v

+18v

+18v

-18v

I.3 Vấn đề bảo vệ mạch cụng suất cho Matrix Converter

Ta biết rằng để Matrix Converter làm việc đạt hiệu quả tốt nhất thỡ cầnthờm vào những mạch phụ, mà bao gồm cỏc phần tử phản khỏng, để bảo vệkhỏi cỏc sự cố và cải thiện chất lượng điện ỏp ra cũng như dũng điện vào Cỏcmạch đú gồm mạch snubber, mạnh clamping, và bộ lọc đầu vào LC Trong một

số nghiờn cứu về quỏ trỡnh chuyển mạch, đó đưa ra phương phỏp chuyển mạchthụng minh mà khụng cần mạch snubber, nhằm giảm tối đa số lượng cỏc vanbỏn dẫn cú trong Matrix Converter Tuy nhiờn bộ lọc đầu vào LC và mạchclamping là những mạch khụng thể thiếu được trong cấu hỡnh chung của mộtMatrix Converter

I.3.1 Bộ lọc đầu vào LC

Hình 1-14 Cấu hình bộ lọc đầu vào Hình 1-13 Cấu hình dạng khối tổng quát của Matrix Converter với động cơ cảm ứng

matrix convetrr

Lọc đầu vào

Mạch clamp cảm ứngĐộng cơ

3 (A,B,C) 3

3

3 (a,b,c)

Khối cấp nguồn cho các mạch điện tử (Gate driver, Bộ chuyển đổi, Điều khiển)

M

3 ~

Bộ lọc đầu vào, là bộ lọc thông thấp, gồm một mạch LC nối tiếp, có tácdụng cải thiện dạng sóng của dòng điện vào bằng cách loại bỏ những thànhphần sóng hài bậc cao Như vậy cần phải tính toán bộ lọc sao cho nó có điệnkháng nhỏ nhất (cộng hưởng) với sóng hài cơ bản và có điện kháng lớn đối vớicác sóng hài bậc cao đồng thời giảm nhỏ tổn thất cũng như kích thước của bộlọc.

Việc thiết kế một bộ lọc đầu vào cần có:

+ Tạo ra tần số phóng nạp (cut-off) thấp hơn tần số đóng cắt

+ Tăng tối đa hệ số công suất cosϕ đầu vào với một công suất đầu ra đãcho nhỏ nhất

+ Giảm nhỏ thể tích và trọng lượng của bộ lọc với một công suất phảnkháng đã cho

+ Giảm nhỏ điện áp rơi trên điện cảm của bộ lọc khi dòng định mức đểtăng tối đa tỉ số truyền điện áp q

a) Phân tích tác dụng lọc sóng hài của mạch lọc LC (Hình 1.14)

Ta biết rằng dòng điện vào là được điều biến nên dòng vào sẽ có thểcùng pha (in phase) với điện áp vào Với tần số lưới là 50Hz, thì điện áp rơiqua bộ lọc là bé và điện áp ở đầu vào Matrix Converter (E’i) sẽ xấp xỉ với điện

áp vào (Ei) Điện áp E’i tạo ra dòng điện phản kháng (I0) chảy trong các tụ điệncủa bộ lọc CF Chính dòng điện này gây ra sự lệch pha giữa tổng dòng điệnvào và điện áp vào, và dẫn tới giảm hệ số công suất đầu vào

Các tụ của bộ lọc gây ra dòng không tải cảm kháng I0 được tính như sau:

F

C i i jE F

C i F

L i j

i

E X

i

E

ωω

Với I0 là dòng không tải, X50 là điện trở tổng của bộ lọc, ωi là tần số góccủa điện áp vào

Khi thành phần phản kháng của dòng vào là không đổi ( I0 =const), thìgóc pha dòng vào phụ thuộc vào công suất của tải Khi tải có công suất lớn thì

I50 chiếm ưu thế hoàn toàn và như vậy tạo ra được hệ số công suất đầu vào cao

Như vậy khi thiết kế bộ lọc cần quan tâm đến giá trị công suất định mức,việc chọn giá trị của điện dung CF phụ thuộc vào công suất định mức của biếntần và yêu cầu thực hiện (ví dụ như cosϕi > 0,9 thì công suất đầu ra P0 > 10%công suất định mức)

Công thức tính góc lệch pha của dòng điện vào so với điện áp vào

Thay I50 =P0/3*Ei vào công thức (1.3) ta tính được giá trị điện dung lớnnhất của bộ lọc để tạo ra hệ số công suất yêu cầu

i i E i

tg F

C i

E F

C i i

E i

tg

ω

ϕω

3

max),(0

P

*/30Pmax),

F

C F L

f

π

21

Khi thiết kế bộ lọc cũng cần tính đến điện điện áp rơi qua điện cảm đểthoả mãn kích cỡ của cuộn cảm và tụ điện Một tụ nhỏ đảm bảo cosϕi đủ cao,nhưng lại yêu cầu cuộn cảm lớn để thoả mãn tần số cắt của bộ lọc, thì sẽ làkhông thích hợp Kích thước của cuộn cảm được giới hạn nhờ điện áp rơi cơbản do dòng cơ bản của Matrix Converter tạo ra.

Nh vậy bộ lọc đầu vào được xem là làm san bằng dòng điện để tạo rathành phần cơ bản của dòng điện, dạng sóng dòng vào gồm thành phần cơ bản50Hz cộng với một số hài nhỏ xung quanh tần số đóng cắt

b) Phân tích sự ảnh hưởng của bộ lọc đầu vào LC gây hiện tượng quá áp khi nguồn bị nhiễu

Khi ngắt các khoá của Matrix Converter có thể xảy ra quá dòng Trongtrường hợp không có mạch clamp bảo vệ, hoặc có clamp nhưng tụ clamp đangphóng điện thì quá áp lớn bằng 2 lần điện áp vào sẽ xảy ra, và khi có điện ápban đầu ở tụ trong bộ lọc đầu vào, thì mức độ quá áp có thể sẽ lớn hơn nữađiều này phụ thuộc vào dấu của điện áp ban đầu

Khi nối mạch clamp có tụ phóng điện, với đầu vào của MatrixConverter thì năng lượng được tích trong cuộn cảm của bộ lọc sẽ cao hơntrường hợp không có clamp tuy mức quá áp có thể lớn hơn 2 lần nhưng chế độquá độ là lâu hơn so với khi không nối, bởi vì sự dao động năng lượng trongmạch LC đầu vào là cao hơn

Với trường hợp tụ clamp đang nạp điện thì sẽ không xảy ra sự tăng nănglượng được tích trong bộ lọc đầu vào, vì vậy sẽ mất đi một phần dao động nănglượng từ mạch lọc LC và do đó mức quá áp có thể được giảm xuống rất nhiều(50%)

Có thể tăng điện trở trong bộ lọc đầu vào (R>RK) bằng cách tăng hệ sốtắt dần (damping) thì sẽ giảm tối đa mức quá áp vì dao động quá độ khi nhiễunguồn điện áp sẽ bị mất đi Như vậy cần thêm 1 điện trở hãm ở mỗi pha vàotrong chu kỳ nạp của tụ clamp (Hình 1.15)

Giá trị của điện trở hãm phải đảm bảo tác động không chu kỳ (tức làngăn cản dao động tự do) của mạch R-L-C (mạch gồm bộ lọc đầu vào và cácđiện trở hạn chế) Điều này là không thể thực hiện được khi Matrix Converterđang hoạt động vì sẽ xảy ra điện áp rơi trên các điện trở hạn chế, nhưng có thể

sử dụng để loại trừ quá áp khi khởi động cấp nguồn cho Matrix Converter

Khi có tụ clamp tham gia vào sự quá độ khi khởi động (thậm chí ngay cảkhi tụ này phóng ), nếu thoả mãn điều kiện của R thì quá trình quá độ cũng bịtắt dần

I.3.2 Mạch kẹp (clamp diode)

Không có đường thoát năng lượng cũng gây khó khăn cho MC trongviệc bảo vệ mạch công suất chống lại các sự cố Ví dụ, nếu các khoá ngắt khi

có quá dòng, sẽ xảy ra quá áp nghiêm trọng do hở mạch tải, và kết quả là pháhuỷ toàn bộ mạch công suất, vì đặc tính cảm vốn có của tải động cơ.Bảo vệ quá

H×nh 1-16 M¹ch clamp diode b¶o vÖ Matrix Convertera) Tr¹ng th¸i zero-vectors b) Tr¹ng th¸i kh«ng nèi tÊt c¶ c¸c kho¸

áp thực hiện bằng 1 mạch kẹp (clamp) nối với đầu ra của MC Mạch clampgồm cầu điốt nuôi 1 tụ điện một chiều Tụ này sẽ hấp thụ năng lượng tải lớnkhi tất cả các khoá của biến tần mở ra, như vậy sẽ bảo vệ Matrix Convertertrong trường hợp ngắt khẩn cấp do gặp sự cố, khi đó mức quá áp sẽ được hạnchế cả phía lưới và phía động cơ Mức quá áp phía lưới đã được phân tích kỹ ởtrên, khi mà có sự ảnh hưởng của bộ lọc đầu vào LC Ở đây ta phân tích quá ápphía tải và cách năng lượng được giải phóng

Ta quan tâm tới việc tạo ra một mômen hãm lớn trong một thời gianngắn khi ngắt nguồn Bởi vì dòng chảy công suất là rất lớn, cần có một(braking chopper) bộ băm hãm (gồm 1 van bán dẫn và một điện trở hãm) nốithêm vào trong mạch clamp vì sẽ làm tăng tối đa tổn hao động cơ nhờ tăng cáchài dòng điện động cơ.Mặc dù như vậy sẽ tăng độ phức tạp của ASD (truyềnđộng có điều chỉnh tốc độ) nhưng có thể giảm đáng kể kích thước của tụ clampkhi sử dụng chopper cho trường hợp quá dòng xấu nhất Điện trở hãm phải cókhả năng tích luỹ dần năng lượng bởi vì sử dụng chopper chỉ được dùng trongthời gian ngắn (tình huống khẩn cấp) Như vậy năng lượng khi thoát ra sẽ đượcgiảm nhờ tăng lớn nhất tổn hao trên động cơ Đạt được điều này do tăng cáchài dòng điện của động cơ khi mà từ thông động cơ không thể điều khiển được

Trong quá trình ngắt nguồn toàn bộ chỉ có 2 khả năng của các trạng tháiđóng cắt làm động cơ tách ra khỏi lưới

+ Trạng thái zero-vectors (aaa, bbb, ccc) sẽ nối tất cả các đầu của động

cơ tới 1 đầu của lưới (Hình1.16a) Bởi vì khi làm việc từ thông rôto và tốc độđộng cơ không thể bằng 0 nên ngắn mạch động cơ sẽ làm dòng stator tăng lên

+ Trạng thái không nối tất cả các khoá, vì vậy dòng động cơ sẽ chảy quamạch clamp.(Hình 1.16b).Vì điện áp trong mạch clamp là cao hơn biên độ sứcđiện động (EMF) của động cơ, điều này làm dòng stator sẽ giảm xuống

Bằng cách thay đổi 2 trạng thái đóng cắt trên sẽ tạo ra sự biến đổi nănglượng cơ thành năng lượng điện đồng thời cho phép từ thông rôto động cơ tắtdần Trên hình 1-16 đưa ra đường dẫn dòng chảy năng lượng

Trong trạng thái zero-vector, dòng điện tăng và năng lượng cơ được biếnđổi thành năng lượng điện từ mà được tích tụ trong điện kháng tản của động

cơ Khi tất cả các khoá đều mở ra, năng lượng điện từ được chuyển vào mạchclamp Một phần nhỏ năng lượng này được sử dụng lại để nuôi mạch điềukhiển (xem hình1-13) Muốn đạt được mômen hãm lớn nhất thì dòng nănglượng trong mạch clamp phải đạt gần bằng công suất định mức của động cơ.Phần lớn năng lượng tĩnh điện ở tụ clamp được chuyển thành năng lượng nhiệtnhờ nối một (braking chopper) bộ băm có điện trở hãm Giải pháp này chophép giảm được kích cỡ của tụ kẹp vì nó nhỏ hơn, rẻ hơn và gọn nhẹ hơn khigắn vào Matrix Converter để chuyển năng lượng điện thành năng lượng nhiệt

I.3.3 Mạch snubber

Mạch LC có chức năng tương tự mạch snubber Tuy nhiên trong thực tế

1 mạch snubber nhỏ vẫn được sử dụng để giảm nhẹ ảnh hưởng của điện cảmdây nối

Đặc điểm rõ nét của MC là dòng điện luôn chuyển mạch từ 1 khoá đượcđiều khiển tới 1 khoá khác Rất khác với biến tần nguồn áp thông thường là

H×nh 1-17 § êng dÉn n¨ng l îng khi h·m víi m¹ch clamp

Dßng ch¶y n¨ng l îng C¬ n¨ng

§iÖn c¶m mãc vßng Stator

Kh«ng nèi c¸c khãa MC

§éng c¬

c¶m øng

Matrix Converter

chuyển mạch từ một van được điều khiển đến các điốt hoàn năng lượng thêmvào hoặc ngược lại Trong biến tần thông thường có 1 khoảng thời gian trễ giữacác tín hiệu điều khiển các van (tránh dẫn tức thời) và dòng tải cảm kháng sẽ điqua điốt hoàn năng lượng để tạo sự an toàn cho các van Không có đường thoátnăng lượng trong MC nhưng vẫn cần thiết có 1 khoảng thời gian trễ giữa cáctín hiệu điều khiển để tránh ngắn mạch đầu vào Trong thời gian trễ này, dòngtải cảm kháng sẽ được chảy qua một mạch bảo vệ (snubber) Mạch bảo vệ phảiđược tính toán để hạn chế điện áp các van tới một giá trị thích hợp

Trong Matrix Converter, sử dụng một mạch RC snubber đơn giản đượcnối song song qua khoá 2 chiều(Hình 1.18) Để tránh tổn hao trong mạch bảo

vệ lớn quá mức việc thiết kế mạch snubber phải đi liền với việc thiết lập thời 1gian trễ rất cẩn thận

Với một mạch R-C dùng bảo vệ Matrix Converter khi thực hiện chuyểnmạch dòng điện đơn giản và dễ hiểu là chuyển mạch dòng điện với thời gianchết (dead time) Tuy chiến lược chuyển mạch là đơn giản nhưng việc chọn

H×nh 1-18 M¹ch Snubber cho kho¸ 2 chiÒu

đúng tham sè cho mạch snubber là rất khó khăn để điều khiển điện áp đỉnh quacác khoá, khi xảy ra hở mạch dây quấn động cơ trong khoảng thời gian chết.

Các tham số của mạch RC được xác định nhờ giá trị định mức của van

và chế độ hoạt động của mạch

* Chọn giá trị điện trở dựa vào 2 tiêu chuẩn

+ Điện trở phải giải phóng năng lượng của tụ khi khoá dẫn dòng, chính

vì thế giá trị điện trở được chọn sao cho thời gian phóng của tụ phải <= chu kỳlàm việc nhỏ nhất của bất kỳ 1 khoá nào trong Matrix Converter

+ Điện trở này sẽ xác định giá trị đỉnh của dòng điện phóng ra từ tụ, màdòng này có tác động lên khoá.Do đó giá trị điện trở thích hợp được chọn phảihạn chế giá trị đỉnh của dòng xuống dưới giá trị định mức và đủ giải phóngnăng lượng tụ khi khoá mở dẫn dòng

* Chọn giá trị cho tụ là vấn đề quan trọng đối với điện áp qua van.

Trong thời gian chết, dòng tải đi qua mạch snubber, và giá trị của tụ xácđịnh điện áp qua van khi khoá không dẫn Lúc đó phải chọn giá trị tụ sao chođiện áp qua van nhỏ hơn điện áp định mức của van

Dạng sóng dòng điện và điện áp qua van lúc đóng cắt chủ yếu phụ thuộcvào thời gian trễ giữa các khoá, giá trị điện áp đầu vào, dòng điện đầu ra và cáctham số của mạch Snubber Còn tổn hao đóng cắt phụ thuộc vào tụ điện, thờigian chết, và các tham sè trong công thức tính tổng tổn hao công suất trongmạch RC

3

2 2

2 0

L s

Snub

CV C

R I f

(1.6)

Với fs là tần số đóng cắt, τ là thời gian chết, VL là RMS (Căn bậc haitrung bình) của điện áp dây vào và I0 là RMS của dòng đầu ra

Chương II: vấn đề chuyển mạch trong matrix converter

Matrix Converter có nhiều thuận lợi hơn các biến tần truyền thống nhưkhả năng tái sinh năng lượng trở lại lưới, dòng điện vào và ra hình sin, và cóthể điều khiển được hệ số công suất đầu vào, kích thước cũng được giảmxuống đáng kể bởi vì không có phần tử phản kháng lớn tích năng lượng trunggian Tuy nhiên cũng có một vài vấn đề thực tế quan trọng nảy sinh cần đượcquan tâm với Matrix Converter Vì không có đường thoát năng lượng tự nhiên(freewheel paths), nên rất khó để thực hiện chuyển mạch dòng điện tin cậy từmột khoá này sang một khoá khác, quá trình chuyển mạch không tin cậy sẽ ảnhhưởng đến chế độ hoạt động an toàn và hiệu suất của Matrix Converter

II.1 Tổng quát về quá trình chuyển mạch

II.1.1 Chuyển mạch tự nhiên và chuyển mạch cưỡng bức

Chuyển mạch là quá trình dòng điện chuyển từ van đang dẫn (nhưng sắpngắt) này sang van chưa dẫn (nhưng sắp dẫn) khác

a) Chuyển mạch tự nhiên.

Điểm chuyển mạch tự nhiên là thời điểm ở đó có sự tự chuyển van dẫn

từ van này sang van khác, một van mới mở ra sẽ tạo điều kiện khóa một vanđang dẫn lại

Ví dô: Sự chuyển mạch của các van dưới tác dụng của điện áp lưới xoaychiều nh trong các bộ biến đổi phụ thuộc (chỉnh lưu, biến tần trực tiếp…)

b) Chuyển mạch cưỡng bức

Các van nếu cùng nằm dưới điện áp một chiều sẽ không thể chuyểnmạch tự nhiên Khi đó để khóa một van đang dẫn lại sẽ phải dùng van điềukhiển hoàn toàn hoặc nếu là van thyristor sẽ cần một mạch đặc biệt chuyêndụng (mạch khoá cưỡng bức) để thực hiện quá trình chuyển mạch

Ví dô : Sự chuyển mạch trong các bộ biến tần gián tiếp…

II.1.2 Chuyển mạch cứng và chuyển mạch mềm

Sự đúng cắt mềm là sự đúng cắt trong điều kiện dũng điện hoặc điện ỏp

bằng khụng, như vậy sẽ khụng cú tổn hao cụng suất xảy ra như ở đúng cắtcứng, sẽ cho phộp tần số đúng cắt cao hơn, đồng thời (EMC) sự tương hợp điện

từ phỏt sinh cũng được giảm xuống

Xột mạch cú một phần tử (cell) gồm 1 cặp IGBT với E chung đấu songsong ngược với 1 cặp điốt, 1 IGBT phụ, 2 điốt , cuộn cảm, tụ điện, một nguồn

ỏp E.(Hỡnh 2.1)

* Nguyờn lý hoạt động

Giả sử cell 1 và cell 2 là 2 khoỏ sẽ dẫn và sẽ ngắt tương ứng Khi chuyểnmạch xảy ra, tất cả cỏc tớn hiệu điều khiển là được phỏt ra cựng một lỳc Tạithời điểm này, dũng điện chảy từ nguồn cung cấp của cell 1 qua CR và đồngthời qua D3, LR, E, QA và D2, dũng cũng chảy qua CR của cell 2 Điện ỏp trờn

Hình 2.1 Mạch đóng cắt mềm E chung

tụ CR nạp tuyến tính đến giá trị E, mạch cộng hưởng được hình thành giữa LR,

CR và CR của cell 2 Khi VCR =0, D1 bắt đầu dẫn LR phóng tuyến tính qua D1

và D3 D1 sẽ dẫn dòng điện có trị số là ILR –Iload Khi ILR = Iload van QP1 bắt đầudẫn và dòng điện qua van là Iload –ILR Dòng trong cuộn cảm vẫn phóng tuyếntính, khi LLR =0 thì van QP1 mang dòng tải đầy đủ Điều này đảm bảo rằng cácvan chính đóng cắt dưới điều kiện điện áp bằng không, và van phụ đóng cắtdưới điều kiện dòng điện bằng không

Một vấn đề với mạch này là nguồn điện áp E khó thực hiện được trongcác hệ thống thực tế Một giải pháp đưa ra với vấn đề này là thay thế nguồn Ebằng cách mắc một tụ song song với QA tuy nhiên điều kiện đóng cắt khi dòng

về không của QA sẽ bị mất đi

Tổn hao đóng cắt không bị loại trừ hoàn toàn, nhưng được giảm đi rõ rệt.Tổn hao dẫn cũng giảm so với mạch cầu vì chỉ có 2 van dẫn dòng tải Một bấtlợi chính là số lượng các van bán dẫn tăng cho nên Ýt dùng để xây dựngMatrix Converter

Nhìn chung công nghệ đóng cắt mềm chưa được sử dụng để xây dựngMatrix Converter bởi vì sẽ làm tăng số lượng các van bán dẫn MatrixConverter với đóng cắt cứng đã sử dụng nhiều van hơn các bộ biến tần thôngthường, và sự tăng nh vậy trong đóng cắt mềm là không mong muốn trong việcxây dựng cấu trúc Matrix Converter

II.2 Chuyển mạch dòng điện trong Matrix Converter

II.2.1 Yêu cầu của quá trình chuyển mạch

H×nh 2.2 Hai kho¸ trªn mét ®Çu ra Matrix Converter

H×nh 2.3 a) ChuyÓn m¹ch c¬ b¶n mét pha x tíi mét pha y

b) ChuyÓn m¹ch lý tëng c) ChuyÓn m¹ch cã thêi gian chÕt d) ChuyÓn m¹ch cã

trïng dÉn

Việc chuyển mạch trong Matrix Converter phải được điều khiển chínhxác ở mọi thời điểm với hai luật cơ bản Ta có thể hình dung ra 2 khoá trên mộtđầu ra của Matrix Converter (hình 2.2) Một điều quan trọng là quá trìnhchuyển mạch phải đảm bảo không có 2 khoá 2 chiều cùng được đóng ở cùngmột thời điểm (hình2.2a), bởi vì điều này sẽ dẫn đến ngắn mạch hai dây vàocủa Matrix Converter, sinh ra dòng điện lớn phá huỷ biến tần Thêm vào đóphải đảm bảo các khoá hai chiều cho mỗi pha đầu ra không được mở cùng mộtlúc (hình 2.2b) bởi vì điều này sẽ làm mất đường dẫn của dòng tải cảm kháng

và sẽ gây ra quá áp rất lớn, dẫn đến sự phá hỏng các van Hai điều này đã gây

ra những khó khăn, bởi vì các van bán dẫn không thể đóng mở ngay tức thời do

sự trễ khi truyền tín hiệu và thời gian đóng cắt hạn chế Vấn đề này đã đươcdẫn ra, nh là một vấn đề kìm hãm khả năng phát triển thương mại của MatrixConverter

II.2.1 Các phương pháp chuyển mạch dòng điện cơ bản

Trên (hình vẽ 2.3) là sơ đồ nguyên lý chuyển mạch của một pha đầu ra

từ pha vào x tới pha vào y

Có hai phương pháp chuyển mạch đơn giản nhất, không tuân theo 2 luậttrên nhưng cần có mạch phụ bổ xung để tránh phá hỏng bộ biến tần

a Chuyển mạch dòng điện có thời gian chết (dead time)

Thực hiện ngắt khoá sẽ ngắt, trong khi khoá sẽ dẫn chưa được đóng lại(hình 2.3c), nhằm tránh xảy ra ngắn mạch đầu vào Như vậy có thể gây quá áp

ở đầu ra, bởi vì không có van nào dẫn trong thời gian chết nên sẽ xảy ra hởmạch tạm thời của tải Vì vậy phải có một mạch clamp hoặc mạch snubber bảo

vệ đấu song song với một cell chuyển mạch hoặc đấu với đầu ra để đảm bảo sựliên tục của dòng tải Phương pháp này không tốt vì năng lượng thất thoát trongmỗi lần chuyển mạch lớn, việc thiết kế thêm mạch snubber trở lên phức tạp,mạch clamp cũng cần một tụ lớn đồng thời làm tăng số lượng các van bán dẫn

có trong cấu trúc Matrix Converter như vậy sẽ làm giảm ưu thế của MatrixConverter, khi được coi như là một giải pháp “all silicon” cho các bộ biến tần

b Chuyển mạch dòng điện có trùng dẫn (over lap)

Thực hiện đóng khoá sẽ dẫn trong khi khoá sẽ ngắt còn đang dẫn (hình2.3d) Điều này sẽ đảm bảo sự liên tục đối với mạch đầu ra, loại trừ khả năngquá áp xảy ra, nhưng sẽ gây ngắn mạch tạm thời làm phát sinh dòng điện vòngngắn mạch tuần hoàn giữa các pha vào tham gia quá trình chuyển mạch, dòngđiện này có thể rất lớn dẫn đến phá huỷ các van Hạn chế dòng điện này bằngcách thêm một cuộn cảm phụ phía đầu vào, với mục đích làm chậm sự tăngnhanh của dòng điện này dưới mức có thể phá huỷ van, để quá trình chuyểnmạch được an toàn Tuy nhiên phương pháp này cũng không tối ưu vì cuộnkháng L ở đầu vào có kích thước rất lớn và đắt

II.2.2 Phương pháp chuyển mạch semi-soft

Cả hai phương pháp chuyển mạch cơ bản trên đều cần có các thành phầnphản kháng thêm vào để bảo vệ Matrix Converter, nh vậy sẽ dẫn đến tổn haolớn Do tính chất của khoá 2 chiều sử dụng 2 van một chiều mắc song songngược có thể điều khiển độc lập chiều dòng điện, do đó một chiến lược chuyểnmạch mới gồm 2 bước hoặc 4 bước đã được đề xuất Dựa vào việc xác địnhdấu của dòng điện ra, hoặc dấu của điện áp dây vào có các pha tham gia quá

trỡnh chuyển mạch Đầu tiờn là ngắt khoỏ đang dẫn (mà sẽ khụng dẫn) sẽ làmmất đường dũng điện vũng tuần hoàn nh vậy trỏnh ngắn mạch đầu vào, sau đúthực hiện chuyển mạch cú trựng dẫn Nh vậy sẽ khụng cần thờm vào bộ lọc đầuvào và đạt được chuyển mạch bỏn mềm (semi-soft) Phương phỏp này cũng thểhiện lại đặc điểm của khoỏ 4 gúc phần tư là dũng tải cú thể đi theo cỏc hướng.

a Chiến lược 4 bước chuyển mạch (hỡnh 2.3):

Bước 1 : Ngắt van khụng dẫn trong khoỏ sẽ ngắt Lỳc này chiều dũngđiện khụng thể đổi dấu nờn cú thể xỏc định được van này

Bước 2: Mở van dẫn (theo chiều dũng tải) trong khoỏ sẽ dẫn Bõy giờ cúnối giữa cỏc pha vào nhưng khụng gõy ngắn mạch đầu vào vỡ khụng cú dũngđiện vũng đồng thời tạo ra đường dẫn cho dũng điện tải

Bước 3 : Ngắt van dẫn của khoỏ sẽ ngắt.Dũng tải bõy giờ cưỡng bứcphải chảy qua van dẫn của khoỏ sẽ dẫn

Bước 4 : Mở van khụng dẫn của khoỏ sẽ dẫn để thiết lập lại đặc điểm 4gúc phần tư của khoỏ 2 chiều, vỡ vậy dũng tải cú thể đổi dấu

Trong khi bước 1 và 4 là phụ thỡ bước 2 và 3 là chớnh Chớnh vỡ thếkhoảng thời gian trong cỏc bước 2 và 3 phải phự hợp với đặc điểm mở (thờigian mở) của cỏc van IGBT trong khoỏ 2 chiều

Hình 2.4 Biểu đồ trạng thái của chiến l ợc chuyển mạch 4 b ớc

1 = on

0 = 0ff

Iout < 0

Quá trình chuyển mạch này có đồ thị thời gian trong( hình 2.5), trễ giữamỗi lần đóng cắt td là phụ thuộc vào đặc điểm của van IGBT

* Các trường hợp của 4 bước chuyển mạch

Nh vậy 4 khoá 2 chiều phải được đóng mở theo một thứ tự ứng với mỗichiều của dòng điện ra và điện áp vào cũng nh là phải xác định được dòng đangdẫn theo chiều nào trước và sau khi xảy ra quá trình chuyển mạch

Với hình vẽ như trên, xảy ra 8 trường hợp chuyển mạch khác nhau phụthuộc vào dấu dòng điện ra (I) và điện áp dây (U)

+ Các trường hợp C1, C4, C6, C7 chuyển mạch xảy ra nhờ ngắt mộtkhoá nên gọi là chuyển mạch cưỡng bức

H×nh 2.6 ChuyÓn m¹ch tõ pha R sang pha S

H×nh 2.7 T¸m tr êng hîp chuyÓn m¹ch kh¸c nhau H×nh 2.5 §å thÞ thêi gian cña chuyÓn m¹ch 4 b íc

+ Các trường hợp khác chuyển mạch xảy ra nhờ đóng một khoá nên gọi

là chuyển mạch tự nhiên

Với C1 (Hình 2.8): Trước khi chuyển mạch cả 2 IGBT trong khoá 2chiều của pha R đều đóng để dẫn dòng chạy qua Dòng sẽ chảy từ pha R tớiđầu ra Bước đầu tiên S1 được ngắt, S4 được đóng để dẫn dòng, bởi vì có điện

áp dương giữa 2 pha vào, dòng điện vẫn chưa chảy trong pha S Ngay sau khiS2 ngắt, dòng điện cưỡng bức phải đảo sang pha S Bước cuối cùng cho S3đóng lại để dẫn dòng ngược Bây giờ khoá 2 chiều trong pha S dẫn dòng, cònkhoá 2 chiều trong pha R sẽ bị ngắt lại

Với C2(Hình 2.8): Thời điểm bắt đầu là thời điểm kết thúc của trườnghợp C1 Bước đầu tiên S3 ngắt, sau đó S2 sẽ được đóng lại để dẫn dòng vàdòng điện sẽ đảo từ pha S sang pha R Ngay sau khi dòng điện được chuyểnmạch, S4 sẽ tự ngắt Thứ tự cuối cùng kết thúc là cho mở S1 để dẫn dòngngược

Thuận lợi của chuyển mạch 4 bước là trong quá trình chuyển mạchkhông xảy ra dòng điện lớn do ngắn mạch đầu vào cũng không xảy ra quá áp

do không nối dòng tải

* Phõn tớch tổn hao đúng cắt trờn cơ sở chuyển mạch 4 bước

Trờn (hỡnh vẽ 2.9) cú Lp và Lb là điện cảm ký sinh của cỏc mụđun IGBT

và điện cảm tản của đường nối giữa 2 van

Với hỡnh vẽ đồ thị thời gian như trờn (hỡnh 2.10), ta sẽ phõn tớch tổn haođúng cắt khi chuyển mạch trong Matrix Converter

Cốt lừi của mọi quỏ trỡnh chuyển mạch là phụ thuộc vào chiều của dũngtải IL, và sự tương quan về thế giữa VA và VB Khi chuyển mạch từ SA tới SB

với chiều dũng tải nh hỡnh vẽ Nếu VA là dương hơn VB thỡ chuyển mạch sẽ xảy

ra ở thời điểm t3, kết quả là sẽ ngắt cứng Q1 trong SA và đúng mềm Q3 trong

SB Ngược lại nếu VB là dương hơn VA ,chuyển mạch sẽ diễn ra ở thời điểm t2,kết quả là đúng cứng Q3 trong SB và ngắt mềm Q1 trong SA Chú ý rằng là sẽ

Hình 2.9 Sơ đồ chuyển mạch 4 b ớc gồm cả điện cảm ký sinh

Hình 2.10 đồ thị thời gian cho một trật tự đóng cắt điển hình

không có tổn hao đóng cắt ở các trường hợp với Q2 và Q4 bởi vì lúc đó 2 vannày không dẫn dòng khi dòng tải là dương như trên hình vẽ.

Nh vậy, sẽ có một nửa quá trình chuyển mạch là đóng cắt mềm, do đótổn hao đóng cắt trong các van bán dẫn sẽ được giảm xuống là 50% Chính vìthế phương pháp này thường được gọi là chuyển mạch dòng điện bán mềm(semi-soft)

Chuyển mạch mềm không phải là hoàn toàn không có tổn hao, nhưngnăng lượng tiêu hao là Ýt nhất, và là Ýt hơn so với chuyển mạch cứng.Trongcác bộ biến đổi công suất, thường sử dụng công nghệ đóng cắt cộng hưởng(Công nghệ đóng cắt mềm) để giảm tổn hao đóng cắt Trong Matrix Convertercông nghệ cộng hưởng tạo ra lợi thế cho vấn đề chuyển mạch Tuy nhiên cácmạch này đều làm tăng đáng kể số lượng các thành phần có trong MatrixConverter , tăng tổn hao dẫn dòng, và hầu hết yêu cầu chỉnh sửa tới thuật toánđiều khiển để hoạt động được dưới tất cả các điều kiện

b) Chiến lược 2 bước chuyển mạch(Hình 2.14)

Trong chiến lược chuyển mạch này, chỉ có một van được điều khiểntrong khoá(cell) đang dẫn Điều này có nghĩa là trong khi chuyển mạch dòngđiện, van dẫn ngược là không cần phải điều khiển, vì thế chuyển mạch xảy rachỉ qua 2 bước.Dòng điện ngược lại nhận được bằng cách điều khiển van dẫnngược trong mét cell khi dòng điện giảm xuống dưới một giá trị ngưỡng Khidòng này đã tăng đầy đủ theo chiều đối diện, van ban đầu sẽ được khoá lại.Một vấn đề với phương pháp này là do chiều dòng điện không biết được trongchu kỳ ngược lại, do đó chuyển mạch không thể xảy ra.Sự trễ này có thể rất lớnđặc biệt là trong những bộ biến tần Matrix Converter công suất lớn, ở đây độphân giải dòng điện nhỏ nhất là rất lớn Điều này có thể dẫn đến làm méo dạng

sóng của dòng điện ra Phương pháp này sẽ không thích hợp, nếu dòng điệnđầu ra cần được điều khiển là nằm trong khoảng các giá trị ngưỡng

II.2.3 Phương pháp chuyển mạch cải tiến

Để một chiến lược chuyển mạch phải đủ tin cậy trong các ứng dụng thực

tế, thì thông tin về chiều dòng điện phải thật chính xác.Nếu không chính xác,các sự cố có thể xảy ra Một phương pháp chuyển mạch và công nghệ phát hiệnchiều dòng điện mới cho phép chuyển mạch tin cậy ở bất kỳ thời điểm nào màkhông cần sử dụng thêm các mạch snubber hay clamp đấu song song với cáccell chuyển mạch

Phương pháp này về cơ bản là giống với phương pháp semi-soft, nhưngchỉ có một van dẫn được điều khiển ở bất kỳ một thời điểm Sự hoạt độngchính xác phụ thuộc vào mạch điều khiển cổng thông minh (gate driver) chomỗi cell, được dùng để xác định chiều dòng điện, đồng thời phối hợp với cácmạch điều khiển của các cell khác Sơ đồ khối của một gate driver thông minh

Khèi ph¸t hiÖn chiÒu dßng ®iÖn

Khèi Gate driver

Khèi xö lý

Khèi nhËn Ph¸tKhèi

TÝn hiÖu tí i Gate driver kÕ tiÕp

TÝn hiÖu tõ

vi xö lý

TÝn hiÖu tõ Gate driver

tr í c

Khãa 2 chiÒu

a Phỏt hiện chiều dũng điện

Phương phỏp sử dụng điện ỏp qua mỗi van trong một cell chuyển mạch

để xỏc định chiều dũng điện chảy qua van Cỏc điện ỏp VA và VB cú thể đođược Giả sử dũng điện IL cú chiều như hỡnh vẽ, SA1 sẽ dẫn và SA2 sẽ đượcphõn cực ngược Kết quả là điện ỏp VA là cỡ 1,2V (điều này phụ thuộc vào đặcđiểm loại van được sử dụng) và điện ỏp VB là khoảng – 0,7V Khi dũng đi theochiều ngược lại, thỡ sẽ xảy ra cỏc tỡnh huống ngược lại của trường hợp trờn Giả

sử là đỳng van cần điều khiển được điều khiển, chiều dũng điện ở trong cell từ

đú cú thể được suy ra Mạch phỏt hiện chiều dũng điện này và logic điều khiểnkết hợp là được tớch hợp trong một gate driver cho mỗi cell Để đảm bảo thụngtin về chiều dũng điện được tin cậy thỡ chỉ một van trong một cell được điềukhiển ở bất kỳ một thời điểm Điều này cú nghĩa là dũng điện hoặc bằng khụnghoặc chảy theo một hướng được định rừ

b Phương phỏp chuyển mạch dũng điện

38

Hình 2.14 Nguyên lý biến đổi 2 pha sang 1 pha của Matrix Converter

Hình 2.13 Phát hiện chiều dòng điện dựa vào thế VA và VB

A B

C

(Hỡnh vẽ 2.14) thể hiện chuyển mạch của 2 pha vào thành một pha ra củaMatrix Converter

Ban đầu cell A dẫn và dũng tải cú chiều nh hỡnh vẽ Dưới những điềukiện này SA1 sẽ được điều khiển đúng lại để dẫn dũng tải Trạng thỏi này làtrạng thỏi A trờn biểu đồ trạng thỏi (hỡnh2.15) Trong biểu đồ trạng thỏi, mỗimột vũng trũn thể hiện cỏc trạng thỏi khỏc nhau của cỏc van trong hỡnh 2.16 “

1 ” chỉ rằng van được điều khiển để dẫn dũng, “ 0 ” chỉ rằng van sẽ được ngắt.Chữ cỏi đầu tiờn trong mỗi vũng trũn chỉ van SA1, tiếp theo là SA2 rồi SB1 vàcuối cựng là SB2 Thụng tin về chiều dũng điện từ mạch điều khiển cell A liờntục được gửi đến mạch điều khiển của cell B Quỏ trỡnh đảo chiều dũng điệnxảy ra khi cell B là cell tớch cực, điều này để cell sắp dẫn cú thể mở đỳng vancần dẫn

Khi chiến lược điều biến yờu cầu chuyển mạch tới cell B, SB1 sẽ đượcđiều khiển mở để dẫn dũng trờn cơ sở thụng tin về chiều dũng điện từ cell Agửi tới Mạch lỳc này sẽ ở trạng thỏi cả hai van SA1 và SB1 là cựng mở dẫndũng Điều này được thể hiện bằng sự quỏ độ từ trạng thỏi A tới trạng thỏi B,sau đú SA1 được ngắt Sau một khoảng thời gian ngắn (5às) thụng tin về chiềudũng điện sẽ được lấy từ cell B Quỏ trỡnh chuyển mạch hoàn thành (trạng thỏiC) mà khụng xảy ra ngắn mạch đầu vào cũng như đảm bảo được đường dẫnliờn tục cho dũng điện tải

Để tạo ra chiều dũng điện tải theo cả 2 hướng trong khoảng giữa nhữnglần chuyển mạch, mạch điều khiển cell tớch cực truyền tự động tớn hiệu điềukhiển giữa cỏc van trong cell Sự đảo chiều dũng điện được thực hiện bằngcỏch đảo ngược cỏc tớn hiệu điều khiển khi mạch phỏt hiện dũng điện tải đó

Hình 2.16 Đồ thị thời gian chuyển mạch

2 b ớc Hình 2.15 Biểu đồ trạng thái 2 b ớc chuyển mạch

cải tiến

giảm về khụng Giả sử cell B là cell tớch cực và dũng điện cú chiều như trờnhỡnh 2.16 Quỏ trỡnh đảo chiều dũng điện được thể hiện bằng sự quỏ độ từ trạngthỏi C sang trạng thỏi E như trờn biểu đồ trạng thỏi Mạch điện sẽ đi qua trạngthỏi D mà khụng cú van nào được điều khiển Sự điều khiển này của cỏc vantrong mỗi cell đảm bảo cú thể biết được chiều dũng điện.

Một trường hợp đặc biệt xảy ra khi Matrix Converter được đúng lần đầutiờn, cell đầu tiờn được mở mà khụng biết được van nào trong cell sẽ mở, bởi vỡcell được mở trước đú khụng cú, và do đú khụng xỏc định được chiều dũngđiện.Vấn đề này được vượt qua bằng cỏch điều khiển cả 2 van của cell đầutiờn Nếu đỳng van cú chiều dẫn cựng chiều dũng điện tải, dũng sẽ chảy qua vàmạch làm việc bỡnh thường như trường hợp trờn Nếu phỏt hiện khụng cú dũngđiện tớn hiệu điều khiển được đảo lại và truyền tự động đến đỳng van cần dẫntrong cell

c Những khú khăn tiềm ẩn

Khú khăn xảy ra bởi vỡ cú sự trễ khi truyền thụng tin về chiều dũng điệntới mạch điều khiển của cell tiếp theo Khú khăn này chỉ là vấn đề quan trọngkhi chuyển mạch xảy ra cựng thời điểm với đảo chiều dũng điện Ban đầu dũngtải là theo chiều dương với cell A là cell đang dẫn, do đú SA1 là van đang dẫn(trạng thỏi A) Đường gạch chộo trờn hỡnh 2.17 chỉ ra khoảng trễ đường truyềnkhi gửi thụng tin mới về dũng điện đến cell B Khi dũng điện giảm về khụng,mạch sẽ chuyển tới trạng thỏi F là trạng thỏi khụng cú van nào dẫn Nếu khụng

cú trạng thỏi này SA2 sẽ mở dẫn dũng ngược ngay lập tức Điều này cú thể gõy

ra cỏc sự cố, bởi vỡ khi chuyển mạch yờu cầu trong vựng gạch chộo thỡ SB1 sẽ

Hình 2.17 Chuyển mạch khi đảo chiều dòng điện dòng