Xây dựng hệ thống điều khiển cho biến tần gián tiếp kiểu ma trận cho thiết bị cấp nguồn liên tục UPS

Phương pháp điều chế gián tiếp cho biến tần ma trận với ý tưởng tạo ra khâu trung gian một chiều nhằm tạo ra một sự độc lập tương đối giữa việc nghiên cứu điều chế cho phía tải và điều c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN KIÊN TRUNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BIẾN TẦN GIÁN TIẾP KIỂU MA

TRẬN CHO THIẾT BỊ CẤP NGUỒN LIÊN TỤC UPS

Chuyên ngành : Điều khiển và Tự động hóa

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành được luận văn này, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS.Trần Trọng Minh Thầy đã giúp tôi xác định hướng nghiên cứu và hướng dẫn tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn Những góp ý của thầy giúp tôi có được cái nhìn tổng quan và chính xác hơn về các vấn đề nghiên cứu khoa học Nhờ sự hướng dẫn của thầy, sau khi hoàn thành luận văn này đã giúp tôi học hỏi được nhiều kiến thức và nâng cao khả năng tự nghiên cứu của bản thân

Tiếp theo tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình tôi và các đồng nghiệp của tôi tại bộ môn tự động hóa XNCN đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi rất nhiều, nhờ đó tôi mới có thể hoàn thành được bản luận văn này

Hà Nội ngày 28 tháng 03 năm 2011

Học Viên

Nguyễn Kiên Trung

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn cao học với đề tài ”Xây dựng hệ thống điều khiển cho biến tần gián tiếp kiểu ma trận cho thiết bị cấp nguồn liên tục UPS” Do tôi

hoàn toàn tự thực hiện nhờ sự hướng dẫn của thầy TS Trần Trọng Minh Để thực hiện luận văn này tôi chỉ sử dụng các tài liệu tham khảo đã ghi ở trong mục tài liệu tham khảo mà không sử dụng bất cứ một tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học Viên

Nguyễn Kiên Trung

MUC LỤC Nội dung Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Danh mục các bảng

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 9

Chương 1 TỔNG QUAN 11

1.1 Tổng quan về biến tần ma trận 11

1.1.1 Giới thiệu về biến tần ma trận 11

1.1.3 Phương pháp điều chế cho biến tần ma trận [10] 13

Hình 1.3 (a) Biến tần ma trận điều chế trực tiếp 14

1.2 Ảnh hưởng của tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến tới chất lượng của nguồn cấp 14

1.2.1 Tải 3 pha không cân bằng … 14

1.2.2 Tải phi tuyến 15

1.2.3 Ảnh hưởng của sự mất cân bằng điện áp và các sóng hài 15

1.2.4 Giải pháp với tải không cân bằng và tải phi tuyến 16

1.3 Ứng dụng của biến tần ma trận 3 pha – 4 dây 18

Chương 2 NGHIÊN CỨU KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHO BIẾN TẦN MA TRẬN ĐIỀU CHẾ GIÁN TIẾP 3 PHA – 4 DÂY 21

2.1 Sơ đồ biến tần ma trận gián tiếp 3 pha – 4 dây 21

2.2 Phương pháp điều chế cho phía lưới 22

2.3 Điều chế vectơ không gian ba chiều ( SVM- 3D) cho phía tải: 26

2.3.1 Xác định các vecto chuẩn 26

2.3.2 Xác định vị trí vectơ điện áp đặt 33

2.3.3 Tính toán hệ số điều chế 34

2.3.4 Xác định thứ tự chuyển mạch của các van 36

2.4 Kết hợp giữa phía lưới và phía tải: 36

2.4.1 Xác định hệ số điều chế khi kết hợp phía lưới và phía tải 36

2.4.2 Trật tự thực hiện các vector khi kết hợp phía lưới với phía tải 39

2.5 Tổng hợp dòng điện vào của biến tần ma trận gián tiếp 3 pha – 4 dây 43 2.5.1 Tổng hợp dòng điện một chiều từ dòng điện đầu ra của biến tần 43

2.5.2 Tổng hợp dòng điện đầu vào của biến tần từ dòng điện một chiều 48

2.7 Mô phỏng biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây 50

Chương 3 THIẾT KẾ BỘ LỌC CHO BIẾN TẦN MA TRẬN ĐIỀU CHẾ GIÁN TIẾP 3 PHA – 4 DÂY 56

3.2 Thiết kế bộ lọc đầu ra 58

3.3 Mô phỏng 60

Chương 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO BIẾN TẦN MA TRẬN ĐIỀU CHẾ GIÁN TIẾP 3 PHA – 4 DÂY 62

4.1.Xây dựng mô hình trung bình của của bộ biến đổi 62

4.1.1 Mô hình trung bình trên hệ tọa độ abc 63

4.1.2 Mô hình trung bình trên hệ tọa độ quay động bộ dq0 65

4.2 Phân tích cấu trúc điều khiển 69

4.2.1 Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng 69

4.2.2 Điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh 71

4.2.3.Điều khiển trên hệ tọa độ quay đồng bộ dq0 72

4.2.4 Điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh với bộ điều khiển cộng hưởng 74

4.3 Thiết kế điều khiển cho tải thuần trở 75

4.3.1 Xác định hàm truyền của đối tượng 75

4.3.2.Thiết kế các mạch vòng điều khiển 82

4.4 Thiết kế điều khiển với tải 3 pha không đối xứng 84

4.5 Thiết kế điều khiển với tải phi tuyến 85

4.6 Mô phỏng kiểm chứng kết quả 86

4.5 Tổng kết 102

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của bộ nguồn ứng dụng biến tần ma trận 4

Hình 1.2 Các khóa bán dẫn hai chiều sử dụng trong MC 5

Hình 1.3 (a) Biến tần ma trận điều chế trực tiếp 6

(b) Biến tần ma trận điều chế gián tiếp 6

Hình 1.4.(a) Biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế trực tiếp 10

Hình 1.4.(b) Biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế gián tiếp 11

Hình 1.5 Cấu trúc UPS online ứng dụng biến tần ma trận 3 pha 4 dây 12

Hình 2.1 Biến tần ma trận gián tiếp 3 pha- 4 dây 13

Hình 2.2 a) mạch lục phía lưới; b) Sơ đồ thay thế của mạch lực phía lưới 14

Hình 2.3 Các sectơ điện áp vào 15

Hình 2.4 a) Mạch lực phía tải; b) sơ đồ thay thế của mạch lực phía tải 19

Hình 2.5 biểu diễn 16 vectơ chuẩn trong hệ tọa độ αβ 22

Hình 2.6.hình chiếu của 6 lăng trụ trên mặt phẳng αβ Hình 2.7.Các vector trong lăng trụ một

Hình 2.8a PWM với xung răng cưa đối xứng 34

Hình 2.8b PWM với xung răng cưa chéo 34

Hình 2.9 Dòng điện một chiều ứng với tổ hợp van pppn 35

Hình 2.10 Mô hình mô phỏng biến tần ma trận điều chế gián tiếp

Hình 2.11 Mô hình mạch lực

Hình 2.12.Kết quả mô phỏng dạng xung điều chế phía lưới

Hình 2.13 Kết quả mô phỏng dạng điện áp một chiều ảo

Hình 2.14 Kết quả mô phỏng dạng điện áp một chiều ảo trong một chu kì lưới

Hình 2.15 Dạng điện áp và dòng điện đầu vào biến tần khi chưa có lọc

Hình 2.16.Kết quả mô phỏng các sector của nghịch lưu khi điện áp đối xứng

Hình 2.17 Kết quả mô phỏng thời gian dẫn của các nhánh van nghịch lưu 46

Hình 2.18 Kết quả mô phỏng dạng điện áp đầu ra pha a của nghịch lưu chưa lọc 46 Hình 2.19 Dòng điện ba pha đầu ra của nghịch lưu với tải RL 47

Hình 3.1 Mạch lọc đầu vào 48

Hình 3.2 Sơ đồ tương đương 1 pha của biến tần ma trận 49

Hình 3.3 Sơ đồ mạch lọc đầu ra của biến tần ma trận

Hình 3.4 Kết quả mô phỏng dòng điện đầu vào của biến tần

Hình 3.5 Kết quả mô phỏng điện áp đầu ra sau lọc

Hình 4.1 Sơ đồ tương đương của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh

Hình 4.2 Mô hình trung bình của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van 56

Hình 4.3 Sơ đồ khối thể hiện mô hình toán học của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh 56

Hình 4.4 Mô hình trung bình của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh trên hệ tọa độ dq0 59

Hình 4.5 Mô hình trung bình tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh 59

Hình 4.6 Sơ đồ khối mô hình nghịch lưu 3 pha 4 nhánh trên hệ tọa độ dq0

Hình 4.7.Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng

Hình 4.8 Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ abc

Hình 4.9 Cấu trúc khâu bù tách kênh trên hệ tọa độ dq0

Hình 4.10 Mô hình tương đương của hệ thống sau khi bù tách kênh

Hình 4.11 Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ dq0 66

Hình 4.11 Mô hình đối tượng khi có thêm các điện trở

Hình 4.12.khảo sát đặc tính bode của hàm truyền dòng điện Hình 4.13 Khảo sát đặc tính bode của hàm truyền điện áp

Hình 4.14 Cấu trúc mạch vòng dòng điện

Hình 4.15 Cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp

Hình 4.16 Cấu trúc điều khiển với tải không đối xứng trên hệ tọa độ dq0 77

Hình 4.17 Cấu trúc điều khiển với tải phi tuyến trên hệ tọa độ dq0 78

Hình 4.18 Kết quả mô phỏng với tải tuyến tính 79

Hình 4.19 Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải tuyến tính điều khiển trên hệ tọa độ dq0 80

Hình 4.20 Kết quả mô phỏng với tải phi tuyến

Hình 4.21.Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải phi tuyến điều khiển trên hệ tọa độ dq0

Hình 4.22 Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải tuyến tính điều khiển trên hệ tọa độ αβγ với bộ điều khiển PI thông thường

Hình 4.23 Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải phi tuyến điều khiển trên hệ tọa độ αβγ với bộ điều khiển PI thông thường

Hình 4.24 Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải tuyến tính điều khiển trên hệ tọa độ αβγ với bộ điều khiển PI cộng hưởng

Hình 4.25 Kết quả mô phỏng biên độ và sai lệch pha của các sóng hài cơ bản điện áp 3 pha với tải phi tuyến điều khiển trên hệ tọa độ αβγ với bộ điều khiển PI cộng hưởng 86

Hình 4.26 Kết quả mô phỏng với tải đối xứng, có sự thay đổi 88

Hình 4.27 Kết quả mô phỏng với tải lệch một pha 89

Hình 4.28 Kết quả mô phỏng với tải mất một pha

Hình 4.29 Kết quả mô phỏng khi lệch cả ba pha tải

Hình 4.30 Kết quả mô phỏng với tải phi tuyến

Hình 4.31 Kết quả mô phỏng với tải phi tuyến không đối xứng

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Ảnh hưởng của điện áp không cân bằng tới động cơ ở chế độ định mức

[4] 8

Bảng 2.1 Trạng thái đóng cắt và tỉ số điều chế tương ứng của các van phía chỉnh lưu 18

Bảng 2.2 Tổ hợp van của nghịch lưu 19

Bảng 2.3 Điện áp ra của nghịch lưu tương ứng với các tổ hợp van 20

Bảng 2.4 Giá trị điện áp ra của nghịch lưu trong hệ tọa độ αβ 21

Bảng 2.5 Bố trí các tứ diện trong hình lăng trụ 24

Bảng2.6 Xác định lăng trụ chứa vectơ 25

Bảng 2.7 Đặc điểm phân loại các Sectơ trong lăng trụ 25

Bảng 2.8 Ma trận M(3x3) phục vụ cho việc tính toán các tỉ số điều chế d1, d2, d3 28

Bảng 2.9 Ma trận A cho các tứ diện

Bảng 2.10 Hệ số điều chế của biến tần ma trận 3 pha – 4 dây

Bảng 2.11 Trật tự thực hiện vector chuẩn phía tải

Bảng 2.12 Giá trị dòng điện một chiều tương ứng với các tổ hợp van 36

Bảng 2.13 Giá trị dòng một chiều trung bình trong từng tứ diện 37

Bảng 2.14 Giá trị tức thời của dòng điện đầu vào ứng với từng secto

Bảng 4.1 Bảng tổng kết hệ số THD trong các trường hợp mô phỏng 94

MỞ ĐẦU

Biến tần ma trận với những ưu điểm vượt trội của nó so với các loại biến tần khác đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm Trên thế giới việc nghiên cứu về biến tần ma trận đã có những bước phát triển vượt bậc, và

đã xuất hiện nhiều loại biến tần kiểu này trong thương phẩm ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Với những ưu điểm vượt trội của nó, ngày nay các nghiên cứu

về loại biến tần này đang được mở rộng ra trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau của điện tử công suất

Các phương pháp điều chế cho loại biến tần này đang được phát triển không ngừng Phương pháp điều chế gián tiếp cho biến tần ma trận với ý tưởng tạo ra khâu trung gian một chiều nhằm tạo ra một sự độc lập tương đối giữa việc nghiên cứu điều chế cho phía tải và điều chế cho phía lưới đã mở ra một bước phát triển mới của biến tần ma trận, cho phép tạo ra một loại biến tần ma trận mới vừa có đầy đủ các ưu điểm của biến tần ma trận, vừa được thừa hưởng tất cả các thành tựu vượt bậc cả về phần cứng và kĩ thuật điều chế của nghịch lưu độc lập nguồn áp đã được nghiên cứu khá kĩ lưỡng

Khi nghiên cứu ứng dụng của biến tần ma trận với vai trò là bộ nguồn thì việc thiết kế điều khiển có nhiều sự khác biệt so với ứng dụng điều khiển động cơ đã được nghiên cứu nhiều Khi là bộ nguồn thì phụ tải của bộ nguồn không phải là tải

3 pha cân bằng như điều khiển động cơ điện mà thường xuyên phải làm việc với các loại tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến, vì vậy để đảm bảo được chất lượng của bộ nguồn cần phải có những giải pháp

Cấu trúc biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây được đưa ra chính là giải pháp cho các loại tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến, cấu trúc này là sự ứng dụng cấu trúc của biến tần ma trận điều chế gián tiếp nhưng phần điều chế phía tải được thay thế bằng cấu trúc nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van để giải quyết vấn đề tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến Và với cấu trúc này nhờ có khâu trung gian một chiều ảo cũng cho phép tích hợp thêm phần tích lũy năng lượng để thiết kế UPS online

Kĩ thuật điều chế cho biến tần ma trận điều chế gián tiếp và cho nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van đã được nghiên cứu nhiều và khá kĩ lưỡng, tuy nhiên việc ghép hai cấu trúc này với nhau thì lại là vấn đề mới Vấn đề đặt ra là khi ghép lại như thế thì

kĩ thuật điều chế kết hợp hai phần với nhau phải thực hiện như thế nào, và khi kết hợp liệu cấu trúc mới này có còn đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật của biến tần ma trận như dòng đầu vào hình sine, hệ số công suất gần bằng một nữa hay không? Như đã phân tích ở trên, thiết kế điều khiển cho biến tần ma trận khi làm việc như một bộ nguồn có nhiều khác biệt so với việc thiết kế điều khiển cho biến tần ma trận làm việc với tải động cơ mà nhiều nghiên cứu đã quan tâm Để có thể làm việc được với tải không cân bằng và tải phi tuyến ngoài cấu trúc hợp lý thì cũng cần phải

có một cấu trúc điều khiển thích hợp để có thể đảm bảo chất lượng điện áp đầu ra của bộ nguồn khi làm việc với các loại tải này vẫn nằm trong phạm vi cho phép

Chính vì các lý do trên mà đề tài nghiên cứu đặt ra là :”Xây dựng hệ thống điều khiển cho biến tần gián tiếp kiểu ma trận cho thiết bị cấp nguồn liên tục UPS”

Trong bản luận văn này sẽ tập chung vào hai vấn đề chính đã phân tích ở trên là: Nghiên cứu vấn đề điều chế cho biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây và thiết kế hệ thống điều khiển cho biến tần này khi làm việc như một bộ nguồn (Cụ thể là bộ nguồn UPS) Các thiết kế đều được kiểm chứng và đánh giá dựa trên phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về biến tần ma trận

1.1.1 Giới thiệu về biến tần ma trận

Biến tần là một tập hợp các bộ biến đổi bán dẫn công suất có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện từ tần số và điện áp này (thường là cố định hoặc ít thay đổi và không điều khiển được) thành nguồn điện có tần số và điện áp khác (thay đổi được và điều khiển được), cung cấp cho các phụ tải xoay chiều [1]-[3]

Biến tần được phân chia làm hai loại: biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp được xây dựng cơ bản dựa trên cấu trúc dùng bộ chỉnh lưu để biến nguồn điện áp xoay chiều thành nguồn điện áp một chiều, tích trữ trong các kho từ, dùng cuộn cảm, hoặc trong các kho điện dùng tụ điện, sau đó lại dùng một

bộ nghịch lưu để biến nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều Khâu trung gian một chiều tạo ra một khâu độc lấp nhất định, biến đổi chậm, tách phần phụ tải ra khỏi lưới điện 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 cần có thêm các phần tử để tạo ra khâu trung gian một chiều như cuộn cảm hoặc tụ điện, đây là các phần tử có kích thước lớn, nhanh bị lão hóa, độ tin cậy không cao làm giảm tuổi thọ, giảm độ tin cậy, tăng kích thước, tăng tổn hao của bộ biến tần [1] – [3]

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 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 một cách linh hoạt, đây là đặc tính ưu việt nhất của biến tần trực tiếp so với biến tần gián tiếp, nhất là ở dải công suất lớn và rất lớn 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, đồng

thời tần số của điện áp ra bị giới hạn bởi tần số của nguồn xoay chiều đầu vào [1]

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

Biến tần ma trận cũng là loại biến tần trực tiếp nên thừa hưởng đầy đủ các ưu điểm của biến tần trực tiếp như đã nói ở trên tuy nhiên loại biến tần này có một số đặc tính ưu việt so với các biến tần trực tiếp đã biết như có thể tạo ra điện áp ra hình sin với biên độ và tần số thay đổi được không bị giới hạn bởi tần số của nguồn xoay chiều đầu vào, 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, có thể thiết kế thành dạng module đóng kín nên 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 trong rất nhiều các ứng dụng thay thế các biến tần truyền thống trước đây.Chính vì những ưu điểm đó mà biến tần ma trận được coi là biến tần của thế kỉ

21 [9] – [10]

1.1.2 Cấu trúc biến tần ma trận [10]

Về cấu trúc cơ bản, biến tần ma trận được mô tả như trên hình 1.1

Matrix converter

AC

input

AC output

Clamp circuit

Trong đó:

a Input filter, Output filter: Là các bộ lọc đầu vào và đầu ra của biến tần để lọc

bỏ sóng hài bậc cao do quá trình chuyển mạch tần số cao cảu các van gay ra

để tránh ảnh hưởng tới nguồn điện cũng như tới tải

b Clamp circuit: Mạch clamp có nhiệm vụ bảo vệ các khóa bán dẫn khỏi hiện tượng quá áp do nhiễu điện áp từ lưới hoặc do tải có tính cảm tạo ra khi bị cắt đột ngột vì một sự cố nào đó

c Matrix converter: Ma trận các khóa bán dẫn bao gồm các khóa hai chiều điều khiển hoàn toàn được tạo ra từ các khóa một chiều như IGBT, MOSFET như trên hình 1.2 Và chúng được nối với nhau theo một ma trận van tùy theo phương pháp điều chế mà sẽ có cách nối khác nhau, điều này sẽ được trình bày trong mục 1.1.3

Hình 1.2 Các khóa bán dẫn hai chiều sử dụng trong MC (a Sử dụng IGBT và diode,b Hai IGBT mắc C chung,

c Hai IGBT mắc E chung)

1.1.3 Phương pháp điều chế cho biến tần ma trận [10]

Về phương pháp điều chế cho biến tần ma trận có hai phương pháp chính là phương pháp điều chế trực tiếp và phương pháp điều chế gián tiếp, từ đó biến tần

ma trận cũng chia làm hai loại chính là biến tần ma trận điều chế trực tiếp (DMC)

và biến tần ma trận điều chế gián tiếp (IMC), được thể hiện trên hình 1.3 Với phương pháp điều chế trực tiếp, điện áp 3 pha đầu ra được điều chế trực tiếp từ điện

áp 3 pha đầu vào thông qua 9 van bán dẫn hai chiều được xắp xếp theo ma trận 3x3 Còn ý tưởng của phương pháp điều chế gián tiếp là tạo ra khâu trung gian một chiều

ảo để tách biệt biến tần ma trận làm hai phần: Một phần điều chế phía lưới, đóng vai trò như chỉnh lưu tạo ra một điện áp một chiều giữa hai điểm p và n Sau đó một khâu điều chế phía tải là một nghịch lưu nguồn áp thông thường biến điện áp một chiều đó thành điện áp xoay chiều ở đầu ra Với phương pháp điều chế này thì chỉ

có khâu điều chế phía lưới là cần sử dụng các khóa hai chiều, còn khâu điều chế phía tải là một khâu nghịch lưu độc lập nguồn áp thông thường, nhờ đó có thể thừa hưởng toàn bộ về cả phần cứng lẫn các kỹ thuật điều chế của nghịch lưu độc lập nguồn áp đã được phát triển từ lâu

A B C

P

Vdc

n

Hình 1.3 (a) Biến tần ma trận điều chế trực tiếp

(b) Biến tần ma trận điều chế gián tiếp

1.2 Ảnh hưởng của tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến tới chất lượng

của nguồn cấp

1.2.1 Tải 3 pha không cân bằng

Tải 3 pha không cân bằng, nguyên nhân chủ yếu là do các tải 1 pha gây nên Sự không cân bằng giữa 3 pha tải có thể là sự không cân bằng về công suất hoặc sự không cân bằng về hệ số công suất

Khi tải 3 pha không cân bằng, do bộ biến đổi có nội trở và do tác dụng của bộ lọc đầu ra, do điện trở của đường dây, nên điện áp 3 pha cũng bị mất cân bằng Khi

đó điện áp của 3 pha sẽ bao gồm thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch

và thành phần thứ tự không

1.2.2 Tải phi tuyến

Tải phi tuyến thường gặp là các bộ biến đổi bán dẫn công suất, ví dụ bộ chỉnh lưu diode Khi đó dạng dòng điện không sin, bị méo dạng và cũng do nội trở của bộ biến đổi cùng với tác dụng của mạch lọc dầu ra dẫn đến điện áp cũng bị méo dạng Khi điện áp bị méo không còn dạng sine chuẩn thì theo phân tích fourie, điện áp có thể phân tích được thành: thành phần một chiều (thứ tự 0), thành phần sóng hài cơ bản và các sóng hài bậc cao

1.2.3 Ảnh hưởng của sự mất cân bằng điện áp và các sóng hài

Hệ thống điện áp 3 pha mất cân bằng hoặc chứa các thành phần sóng hài có thể

là nguyên nhân phá hỏng các thiết bị phụ tải điện

Khi điện áp không cân bằng, trong thành phần của điện áp sẽ bao gồm cả thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không, hai thành phần này sẽ tạo ra các thành phần dòng điện tương ứng chạy trong cuộn dây của các thiết bị cảm ứng điện

từ ( như động cơ điện, máy biến áp,…) làm tăng tổn thất và gây phát nhiệt trên các thiết bị này Nếu các thiết bị này đang làm việc ở gần chế độ định mức thì điều này

sẽ là nguyên nhân gây quá nhiệt và có thể phá hỏng thiết bị [4]

Để đánh giá sự mất cân bằng của điện áp, tỉ lệ phần trăm mất cân bằng được

đánh giá như sau [4]:

Trong đó: : Là giá trị hiệu dụng của điện áp pha lớn nhất trong 3 pha,

và : Là giá trị hiệu dụng của điện áp pha nhỏ nhất trong 3 pha

Va,Vb,Vc : Lần lượt là giá trị hiệu dụng của điện áp 3 pha a,b và c

Bảng 1.1 là bảng thống kê thể hiện ảnh hưởng của sự mất cân bằng điện áp tới các động cơ ở lớp cách điện A và B, khi các động cơ này chạy ở chế độ định mức

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của điện áp không cân bằng tới động cơ ở chế độ định mức [4]

Thành phần dòng điện thứ tự ngược(%) 0 15 27 38

Như vậy theo bảng 1.1 ta thấy rằng chỉ với độ mất cân bằng điện áp nhỏ cũng

đã gây ảnh hưởng lớn tới tổn thất và nhiệt độ của động cơ

Sóng hài điện áp có thể là nguyên nhân gây quá áp lặp lại trên các hệ thống tụ

bù, tạo ra các sóng hài dòng điện chạy trong các thiết bị điện từ (như máy biến áp, động cơ,…) làm tăng tổn thất và phát nhiệt trên thiết bị, gây ra các các sự cố quá dòng trên một số thiết bị (ví dụ như cuộn hút rơle, cuộn hút công tắc tơ, cầu chì,…)

do hiệu ứng mặt ngoài,…

Để đánh giá mức độ sóng hài chứa trong thành phần điện áp, hệ số THD (Total hamonic Distortion) được xác định như sau [6]:

Trong đó V1 : Là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp

Vh: Là biên độ sóng hài bậc h của điện áp

Các thành phần sóng hài không những gây tăng tổn hao, gây phát nhiệt, mà trong tải động cơ còn sinh ra các xung mô men có thể phá hủy trục động cơ.Trong

hệ thống điều khiển và truyền thông các sóng hài dòng điện là tác nhân gây nhiễu bởi trường điện từ mà chúng sinh ra [6]

1.2.4 Giải pháp với tải không cân bằng và tải phi tuyến

Để các phụ tải không cân bằng và phụ tải phi tuyến không ảnh hưởng tới các thiết bị khác sử dụng cùng nguồn điện thì cần phải có biện pháp để triệt tiêu thành phần thứ tự ngược, thành phần thứ tự không và các thành phần sóng hài ở điện áp

Cấu trúc biến tần ma trận 3 pha – 4 dây được đưa ra với mục đích như vậy, việc

có thêm dây thứ 4 ở phía tải cho phép điều khiển được điện áp điểm trung tính của tải, nhờ đó ta có thể điều chỉnh điểm không của điện áp tải về đúng vị trí cân bằng của nó

Cũng tương tự cấu trúc biến tần ma trận 3 pha – 4 dây cũng có hai loại là điều chế trực tiếp và điều chế gián tiếp Cấu trúc biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế trực tiếp được mô tả trên hình 1.4(a)

Hình 1.4.(a) Biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế trực tiếp

Theo tài liệu tham khảo số [25], tác giả đã đưa ra phương pháp điều chế vector không gian và thiết kế bộ điều khiển cho biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế trực tiếp trên hình 1.4(a), có khả năng làm việc với tải không cân bằng và tải phi tuyến rất tốt, giữ nguyên được các ưu điểm của biến tần ma trận

Tuy nhiên như đã phân tích, cấu trúc biến tần ma trận điều chế gián tiếp cho phép kế thừa các thành tựu cả về phần cứng lẫn kĩ thuật điều khiển của nghịch lưu nguồn áp Hơn nữa nhờ có khâu trung gian một chiều, cho phép ta tích hợp thêm phần tử tích trữ năng lượng để ứng dụng trong thiết bị cấp nguồn liên tục UPS Vì vậy trong luận văn này sẽ nghiên cứu loại biến tần ma trận điều 3 pha – 4 dây điều chế gián tiếp như trên hình 1.4(b)

b

c

A B C N

Vdc

Hình 1.4(b) Biến tần ma trận 3 pha – 4 dây điều chế gián tiếp

1.3 Ứng dụng của biến tần ma trận 3 pha – 4 dây

Với các ưu điểm của biến tần ma trận 3 pha – 4 dây đã phân tích ở trên, loại biến tần này có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sau đây là một vài ứng dụng cụ thể:

Là giao diện công suất giữa phụ tải 3 pha mất cân bằng, phụ tải phi tuyến, các phụ tải 1 pha với nguồn điện cấp 3 pha để tránh ảnh hưởng tới chất lượng của nguồn cấp Giữa nguồn cung cấp với phụ tải có các thông số tiêu chuẩn khác nhau(ví dụ cấp nguồn cho thiết bị dùng nguồn 60Hz,400Hz, ) hoặc yêu cầu cao về chất lượng của nguồn cấp mà nguồn hiện có không đáp ứng được

Ứng dụng làm giao diện công suất để phối hợp giữa hai hệ thống điện có các thông số tiêu chuẩn khác nhau

Tích hợp cùng các hệ thống máy phát phân tán như: máy phát sức gió, máy phát

dự phòng,… để làm giao diện giữa máy phát và phụ tải hoặc giữa máy phát và lưới

vì bản thân các nguồn này khó ổn định, giảm yêu cầu với hệ thống điều tốc

Đặc biệt với cấu trúc của IMC, có khâu trung gian một chiều ảo cho phép tích hợp thêm hệ thống tích trữ năng lượng để ứng dụng IMC vào thiết kế UPS online Cấu trúc UPS online được mô tả trên hình 1.5

Mạch Clamb

Mạch lọc đầu ra

Mạch

lọc đầu

vào

Hình 1.5 Cấu trúc UPS online ứng dụng biến tần ma trận 3 pha 4 dây

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

Việc kết hợp giữa biến tần ma trận và nghịch lưu 3 pha 4 nhánh đã tạo ra một

bộ biến tần mới mang đầy đủ các ưu điểm của biến tần ma trận đồng thời lại có thêm các ưu điểm của nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van

Vấn đề điều chế cho phía lưới của biến tần ma trận đã được nghiên cứu nhiều, đồng thời vấn đề điều chế cho nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van cũng đã được tìm hiểu

kĩ lưỡng Tuy nhiên việc kết hợp điều chế giữa phía tải và phía lưới trong trường hợp này thì lại là một vấn đề mới, liệu việc kết hợp điều chế giữa phía tải và phía lưới với cấu trúc mới như hình 1.4 thì có đảm bảo được các tính chất như hệ số công suất đầu vào bằng một nữa hay không?

Vấn đề thứ hai là khi biến tần ma trận làm việc như một bộ nguồn thì việc thiết

kế điều khiển cũng sẽ có nhiều khác biệt so với khi thiết kế điều khiển cho hệ tuyền động động cơ

Chính vì vậy mục tiêu nghiên cứu của luận văn đề ra gồm hai nội dung chính:

1 Nghiên cứu kỹ lưỡng phương pháp điều chế cho biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây

2 Thiết kế điều khiển cho biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây, khi làm việc như một bộ nguồn, có khả năng làm việc với tải 3 pha không cân bằng và tải phi tuyến

Như đã nói ở trên, UPS 3 pha – 4 dây chỉ là một trong các ứng dụng rất tốt của biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha 4 dây Theo cấu trúc UPS được đề xuất trên hình 1.5, trong luận văn này chỉ tập trung thiết kế điều khiển cho phần quan trọng nhất trong cấu trúc đó là biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha – 4 dây

Chương 2 NGHIÊN CỨU KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHO BIẾN TẦN MA

TRẬN ĐIỀU CHẾ GIÁN TIẾP 3 PHA – 4 DÂY

2.1 Sơ đồ biến tần ma trận gián tiếp 3 pha – 4 dây

Sơ đồ biến tần ma trận điều chế gián tiếp 3 pha- 4 dây được chỉ ra trên hình 2.1 Theo sơ đồ này cấu trúc biến tần ma trận được chia thành hai phần: Phần chỉnh lưu với các van bán dẫn hai chiều BSD, phần nghịch lưu với các van bán dẫn một chiều, dùng cấu trúc bốn nhánh van, ba nhánh cho ba pha và một nhánh cho dây trung tính, cấu trúc này thích hợp cho tải không đối xứng và tải phi tuyến Khâu một chiều ở đây không dùng tụ, được gọi là khâu một chiều ảo

a

b

c

A B C N

Hình 2.1 Biến tần ma trận gián tiếp 3 pha- 4 dây

Điều chế vectơ không gian cho biến tần ma trận gián tiếp 3 pha- 4 dây là điều

khiển các khóa bán dẫn đóng cắt theo một quy luật nhất định, nhằm đạt mục đích điện áp đầu ra hình sin, dòng điện và điện áp đầu vào của biến tần trùng pha với nhau

Quá trình điều chế cho biến tần ma trận gián tiếp 3 pha- 4 dây đươc thực hiện đồng thời ở hai phía: Phía lưới và phía tải Trong mỗi chu kì trích mẫu, phía lưới đưa ra một giá trị điện áp dây đầu vào tạo nên điện áp một chiều ảo, phía tải tạo nên điện áp ba pha đầu ra với tần số và biên độ mong muốn

Đối với phía lưới có thể thực hiện theo một trong hai kiểu sau: Phương pháp điều chế vectơ không gian( SVM), phương pháp PWM Đối với phía tải thực hiện theo điều chế vectơ không gian 3D

2.2 Phương pháp điều chế cho phía lưới

Mạch lực phía lưới của biến tần ma trận gián tiếp 3 pha- 4 dây được chỉ ra trên hình 2.2a Giả thiết các van bán dẫn là lý tưởng, nghĩa là van chỉ hoạt động ở hai trạng thái, khi ở trạng thái dẫn coi điện trở bằng không và khi khóa coi điện trở bằng vô cùng(1- on, 0-off) lúc này mạch lực trên hình 2.2a có cấu trúc tương đương như hình 2.2b

Hình 2.2 a) mạch lục phía lưới; b) Sơ đồ thay thế của mạch lực phía lưới

Với mục đích nghiên cứu về mặt nguyên lý, ta giả thiết rằng tần số cắt mẫu lớn hơn rất nhiều so với tần số cơ bản của nguồn áp vào và nguồn dòng phía đầu ra Như vậy trong suốt mỗi chu kì cắt mẫu, cả điện áp vào và dòng điện ra được coi là không đổi Giả thiết rằng nguồn áp đầu vào là nguồn cứng, khi đó điện áp phía một chiều được quyết định bởi luật chuyển mạch của phía lưới và điện áp lưới, còn dòng một chiều được xác định bởi quy luật điều chế phía tải và dòng đầu ra của biến tần Giả thiết hệ thống điện áp 3 pha đầu vào đối xứng và có dạng như (2.1):

a b c

Vdc

Hình 2.3 Các sectơ điện áp vào

Mục đích của việc điều chế phía lưới là nhằm duy trì điện áp một chiều dương

và duy trì hệ số công suất đầu vào gần bằng 1 Khi điện áp đầu vào là đối xứng, sẽ

có hai trường hợp xảy ra của điện áp lưới: Hai điện áp pha dương và một điện áp pha âm ở các sectơ chẵn, hai điện áp pha âm và một điện áp pha dương ở các sectơ

lẻ, cả hai trường hợp này được thể hiện trên hình 2.3 Sau đây sẽ phân tích từng trường hợp cụ thể

a Trường hợp thứ nhất: Hai điện áp pha có giá trị dương và một điện áp pha có giá trị âm

Giả sử rằng điện áp pha A và pha B mang giá trị dương, pha C có giá trị âm Có thể thấy rằng:

|V sc| = |V sa| + |V sb| (2.2)

Trong trường hợp này khóa bán dẫn Scn phải được duy trì ở trạng thái dẫn trong khi Sap, Sbp sẽ được điều chế

Khi Sap dẫn, điện áp một chiều bằng Vac và mang giá trị dương Tỉ số điều chế của khóa bán dẫn Sap được tính như sau:

V dc = d ac (V sa - V sc ) + d bc (V sb - V sc ) (2.5) Thay (2.1), (2.3), và (2.4) vào (2.5) ta được:

V dc = - cosθ a

cosθ c ( V m cosθ c - V m cosθ a ) -

cosθ b cosθ c ( V m cosθ c - V m cosθ b )

Khi San dẫn, điện áp một chiều bằng Vca và mang giá trị dương Tỉ số điều chế của khóa bán dẫn San được tính như sau:

Vdc = 3.V m

2.cosθ in

(2.12) Trong đó :cos(θ in) = max( |cos(θ a)| , |cos(θ b) , | |cos(θ c) ) (2.13) |

Bảng 2.1 Trạng thái đóng cắt và tỉ số điều chế tương ứng của các van phía chỉnh lưu

2.3 Điều chế vectơ không gian ba chiều ( SVM- 3D) cho phía tải:

Tương tự như phương pháp điều chế vectơ không gian 2 chiều, trong phương pháp điều chế vectơ không gian 3 chiều, một vectơ bất kì cũng được tổng hợp từ các vectơ chuẩn Các bước cần thiết để tổng hợp một vectơ chuẩn như sau:

- Bước 1: Xác định các vectơ chuẩn

- Bước 2: Xác định vị trí của vectơ điện áp đặt

- Bước 3: Tính toán hệ số điều chế

- Bước 4: Xác định thứ tự chuyển mạch của các van

2.3.1 Xác định các vecto chuẩn

a Các tổ hợp van cho phép của phía tải

Sơ đồ mạch lực phía tải được chỉ ra trên hình 2.4a Với giả thiết các khóa bán dẫn là lý tưởng, nghĩa là (1- on, 0- off) lúc này mạch lực trên hình 2.4a có sơ đồ tương đương như hình 2.4b

A B C N

Vdc

Hình 2.4 a) Mạch lực phía tải; b) sơ đồ thay thế của mạch lực phía tải

Với mạch lực phía tải có cấu trúc 4 nhánh như trên hình 2.4b thì yêu cầu của quá trình đóng cắt là không được ngắn mạch đầu vào, do vậy hai van trên cùng một nhánh cầu không được dẫn đồng thời Như vậy với 4 nhánh van sẽ có tất cả 16 trạng thái có thể có của mạch, trong đó 14 trạng thái là tích cực, điện áp ra khác không và hai trạng thái không tích cực, điện áp ra bằng không

Những trạng thái của van được xác định bởi [ SA SB Sc SN ], trong đó

SA = “p” nghĩa là pha A của đầu ra được nối với cực p của điện áp một chiều, khóa S7 đóng và SA = “n” nghĩa là pha A của đầu ra được nối với cực n của điện áp một chiều, khóa S8 đóng, tương tự như vậy cho các pha còn lại Các trạng thái của bộ biến đổi ba pha bốn dây được thể hiện trên bảng 2.2

Bảng 2.2 Tổ hợp van của nghịch lưu

A B C N Vdc

P

n

sẽ là: VA= 0, VB= -VDC, VC= -VDC Với các tổ hợp van trong bảng 2.2 thì các giá trị

điện áp pha đầu ra biểu diễn theo điện áp một chiều được thể hiện trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Điện áp ra của nghịch lưu tương ứng với các tổ hợp van

Các bộ biến đổi ba pha trong điều kiện làm việc đối xứng như nguồn, tải đối

xứng, luôn thỏa mãn biểu thức:

Xa + Xb +Xc = 0 (2.14) Trong đó X có thể là thông số của mạch như dòng điện, điện áp, các biến này có

thể biểu diễn trên mặt phẳng αβ theo cách truyền thống Tuy nhiên trên thực tế các

đại lượng này thường ở trạng thái không đối xứng có nghĩa là Xa + Xb +Xc ≠ 0,

trong điều kiện này không thể biểu diễn biến Xabc trên mặt phẳng αβ được mà phải

biểu diễn trong không gian ba chiều αβ Vectơ X trong hệ tọa độ αβ có thể được

Trong đó ma trận T có giá trị như sau:

Các giá trị điện áp đầu ra của nghịch lưu tương ứng với các trạng thái cho phép

của van (trong bảng 2.3) khi chuyển sang hệ tọa độ αβ được biểu diễn trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Giá trị điện áp ra của nghịch lưu trong hệ tọa độ αβ

Như đã phân tích ở trên có tất cả 16 trạng thái cho phép của các van, như vậy sẽ

có 16 vectơ chuẩn, mỗi véctơ chuẩn có độ dài và vị trí xác định Biểu diễn 16 vectơ

chuẩn trong hệ tọa độ αβ  được một hình lục lăng( hình 2.7)

Hình 2.5 biểu diễn 16 vectơ chuẩn trong hệ tọa độ αβ

Mười sáu vectơ chuẩn sẽ chia hình lục lăng thành 6 hình lăng trụ, được đánh số

từ 1 đến 6, trong mỗi hình lăng trụ có sự tham gia của 8 vectơ, trong đó có 6 vectơ tích cực và hai vectơ không, các lăng trụ được biểu diễn trên hình 2.6

Hình 2.6.hình chiếu của 6 lăng trụ trên mặt phẳng αβ

Các vector trong lăng trụ 1 được mô tả trên hình 2.7, gồm 8 vector Trong đó có

6 vector tích cực lần lượt là: ppnn,ppnp,pnnn,pnnp,pppn,nnnp và 2 vector không là: pppp, nnnn Tám vector này chia lăng trụ một thành 4 tứ diện bao gồm:

 Tứ diện 1: Được tạo nên bởi 3 vector: pnnn, pnnp, ppnp

 Tứ diện 2: Được tạo nên bởi 3 vector: pnnn, ppnn, ppnp

 Tứ diện 3: Được tạo nên bởi 3 vector: pnnn, ppnn, pppn

 Tứ diện 4: Được tạo nên bởi 3 vector: nnnp, pnnp, ppnp

Hình 2.7.Các vector trong lăng trụ một

Tương tự như vậy trong các lăng trụ khác cũng sẽ có 4 tứ diện, như vậy tất cả không gian vector chuẩn sẽ tạo ra 24 tứ diện, các tứ diện được tóm tắt trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Bố trí các tứ diện trong hình lăng trụ

2.3.2 Xác định vị trí vectơ điện áp đặt

Dựa vào hình chiếu của vectơ chuẩn trên mặt phẳng αβ, có thể xác định được

lăng trụ có chứa vectơ điện áp đặt Vref được biểu diễn thông qua thành phần vectơ [

V V V]T nhờ việc xét dấu và so sánh giá trị giữa V và V, được biểu diễn trong bảng 2.6 dưới đây

Bảng2.6 Xác định lăng trụ chứa vectơ

Bảng 2.7 Đặc điểm phân loại các Sectơ trong lăng trụ

Lăng trụ Tứ diện Vectơ tích cực Điều kiện

Sau khi xác định được vị trí của vecto Vref trong không gian, ta sẽ xác định các

tỉ số điều chế d1i, d2i, d3i thỏa mãn phương trình sau:

Vref = d1i.V1 + d2i.V2 + d3i.V3

d0i = 1- d1i – d2i – d3i

Trong đó: V1, V2, V3 là các vecto chuẩn thuộc tứ diện đang xét;

Vref là vecto điện áp cần được điều chế

Trước tiên xét cho một tứ diện cụ thể là tứ diện 1, trong hệ αβ ta có:

Với các vecto chuẩn trong tứ diện 1 là : V1=pnnn, V2=pnnp, V3= ppnp, khi đó biểu thức trên trở thành:

Bảng 2.8 Ma trận M (3x3) phục vụ cho việc tính toán các tỉ số điều chế d 1 , d 2 , d 3

- 3/2 3/2 3/2

0

1 -1 

1

1/2

3/2

0 3/2

0

1 -1 







-1/2

-1 3/2

3/2

0 3/2

1 -1

3/2 3/2

- 3/2 3/2 3/2

-1

0

0 III

- 3/2

1 -1







-1/2 1/2 -3/2

- 3/2

- 3/2 3/2

1 -1

1

- 3 3/2

3/2

- 3 3/2

1 1/2







-3/2 3/2 -1/2

- 3/2

- 3/2 3/2

0

0 3/2

- 3

1 -1

3/2

- 3 3/2

3/2

0

0 3/2

- 3

-1

0

0

2.3.4 Xác định thứ tự chuyển mạch của các van

Xét về giá trị trung bình, điện áp ra ở đầu ra của nghịch lưu không hề thay đổi khi ta thay đổi thứ tự thực hiện các vector chuẩn trong một chu kì điều chế Vì vậy khi thực hiện điều chế ta sẽ chọn một thứ tự thực hiện hợp lý nào đó tùy theo các tiêu chí như: Số lần chuyển mạch là ít nhất giúp giảm tổn hao chuyển mạch, Điều chế ngẫu nhiên giúp cải thiện sóng hài trong điện áp ra,…

Vì trong một chu kì điều chế ta sẽ phải kết hợp điều chế cho cả phía tải và phí lưới vì vậy thứ tự thực hiện cụ thể sẽ được đề cập chi tiết trong phần điều chế kết hợp phía tải và phí lưới

2.4 Kết hợp giữa phía lưới và phía tải:

2.4.1 Xác định hệ số điều chế khi kết hợp phía lưới và phía tải

Trong mỗi chu kì điều chế của phía lưới ta sẽ thực hiện tương ứng với một tổ hợp van nhất định và do đó sẽ tạo ra một giá trị điện áp một chiều xác định nào đó

để tính toán các hệ số điều chế Nhằm đảm bảo điện áp ra có dạng gần sin với độ méo là nhỏ nhất, ta cần kết hợp quy luật điều chế cho

cả phía lưới và tải

Quy ước tỉ số điều chế phía lưới là d1r, d2r; các tỉ số điều chế cho phía tải là d1i ,

d2i , d3i , doi

Trong khoảng thời gian điều chế phía lưới d1r.Ts, ta sẽ phải thực hiện tổng hợp véctơ điện áp ra từ các vectơ chuẩn V1, V2, V3 và V0, tương ứng với các tỉ số điều chế d1i , d2i , d3i , doi Như vậy khoảng thời gian thực hiện các vectơ chuẩn V1, V2,

V3 và V0 phía tải tương ứng là: ( d1r.d1i) Ts, ( d1r.d2i) Ts, (d1r.d3i).Ts, (d2rd0i).Ts Tương tự trong khoảng thời gian điều chế phía d2r.Ts Khoảng thời gian thực hiện các vecto chuẩn V1, V2, V3, V0 phía tải tương ứng là: (d2r.d1i).Ts, (d2r.d2i).Ts, (d2r.d3i).Ts, (d2r.d0i).Ts

Như đã biết d1i, d2i, d3i được tính theo công thức (2.18)

(2.21)

Thay (2.19), (2.20) và (2.21) vào (2.18) ta được :

(2.22) Trong đó : A=M.T1 Với T=2/3*T1

Tương ứng với mỗi giá trị M trong bảng 2.8 tương ứng với các tứ diện, ta tính được ma trận A cho các tứ diện trong bảng 2.9

Hệ số điều chế khi kết hợp phía lưới và phía tải được tóm tắt trong

2.4.2 Trật tự thực hiện các vector khi kết hợp phía lưới với phía tải

Như đã phân tích trong mục 2.3.4, khi kết hợp phía tải với phía lưới trật tự thực hiện các vector được chọn sao cho điện áp ra có dạng gần sine nhất và số lần chuyển mạch là ít nhất, mỗi lần chuyển mạch chỉ có 2 van chuyển trạng thái Trật tự đoa được thực hiện như sau:

(d0.d1r)  (d1.d1r)  (d2.d1r)  (d3.d1r)  (d0.d1r)  (d0.d2r)  (d3.d2r) 

(d2.d2r)  (d1.d2r)  (d0.d2r)

Với trật tự chuyển mạch như trên có thể thấy trong một chu kì điều chế thì các van phía lưới chỉ thực hiện chuyển mạch một lần, và lần chuyển mạch đó cùng thời điểm phía lưới đang thực hiện vector “không”, điều đó cũng đồng nghĩa với việc phía lưới chuyển mạch khi dòng qua van bằng không nên tổn thất chuyển mạch phía lưới được giảm tới mức tối đa Cũng với trật tự chuyển mạch như trên, với các van

phía tải mỗi lần chuyển mạch chỉ có một van chuyển trạng thái Trật tự này được trình bày cụ thể tương ứng với từng tứ diện ở bảng 2.11 dưới đây

Bảng 2.11 Trật tự thực hiện vector chuẩn phía tải