Nghiên cứu phương pháp giảm điện áp common mode trong bộ biến đổi ma trận gián tiếp

Luận văn trình bày một giải thuật điều chế dựa trên kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho bộ chuyển đổi nguồn 3 pha AC-AC dạng indirect matrix converter với dòng điện đầu vào và điện áp

ii

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

6

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 29/4/1983 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện Mã số: 605250

COMMON-MODE TRONG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN GIÁN TIẾP

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

a Tìm hiểu giải thuật điều chế độ rộng xung PWM, nghiên cứu phương pháp giảm điện áp common-mode cho Indirect matrix converter (IMC)

b Mô phỏng giải thuật điều chế IMC bằng phần mềm Matlab/Simulink

c Xây dựng mô hình thực nghiệm cho IMC sử dụng card DSP TMS320F28335, phối hợp với Card FPGA Spartan 3E để thực hiện chuyển mạch an toàn

d So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài)

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài)

Tp HCM, ngày tháng 7 năm 2011

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

iv

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả quý thầy cô Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trường

Tôi kính gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ,

người đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong học tập, cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn Thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất và môi trường nghiên cứu để tôi hoàn thành quá trình thực nghiệm cho luận văn

Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn nghiên cứu viên và sinh viên tại phòng thí nghiệm Hệ thống Năng lượng – Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã cùng tôi trao đổi, chia sẽ kinh nghiệm trong quá trình thực hiện luận văn

Cảm ơn tất cả các đồng nghiệp tại Trường Đại học Trần Đại Nghĩa, đã tạo điều kiện tốt cho tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và những người thân yêu đã luôn tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ và là chỗ dựa vững chắc giúp tôi an tâm học tập vượt qua những khó khăn trong thời gian qua

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 7 năm 2011

TRẦN QUỐC HOÀN

Luận văn trình bày một giải thuật điều chế dựa trên kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho bộ chuyển đổi nguồn 3 pha AC-AC dạng indirect matrix converter với dòng điện đầu vào và điện áp đầu ra có dạng sin Giải thuật cũng đạt được tỉ số điều chế 0.866 và hệ số công suất đầu vào bằng 1 mà không phụ thuộc vào tính chất của tải Giải thuật như trình bày có thể cải tiến để tạo ra được hai mức điện áp DC khác nhau tại ngõ ra của khối chỉnh lưu

Giải thuật cũng được phát triển để nhằm mục đích giảm điện áp common-mode trong bộ indirect matrix converter Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink

và thực nghiệm trên Card DSP TMS320F28335 là hoàn toàn giống nhau

Luận văn gồm các vấn đề chính sau: trong chương một sẽ giới thiệu tổng quan về

bộ biến đổi AC-AC; chương hai giới thiệu về matrix converter và các giải thuật điều chế đã ứng dụng, các thành phần trong cấu trúc matrix converter như cấu tạo khóa hai chiều, mạch lọc, mạch kẹp, các vấn đề về chuyển mạch an toàn, đồng thời cũng trình bày về indirect matrix converter và các ưu điểm so với direct matrix converter; một giải thuật điều chế độ rộng xung PWM cho indirect matrix converter sẽ được trình bày trong chương ba, đồng thời kết quả mô phỏng bằng Matlab/Simulink của giải thuật cũng được trình bày; chương bốn trình bày quá trình thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm cho indirect matrix converter, đánh giá kết quả thực nghiệm thu được; một phương pháp giảm điện áp common-mode cho bộ indirect matrix converter sẽ được giới thiệu trong chương năm, đồng thời so sánh và đánh giá kết quả giữa mô phỏng với thực nghiệm; chương sáu sẽ đánh giá những kết quả đã làm được và những hạn chế của luận văn

vi

Nhiệm vụ luận văn iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt luận văn v

Mục lục vi

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan 1

1.2 Phạm vi nghiên cứu 4

1.3 Mục tiêu của luận văn 4

1.4 Điểm mới của luận văn 5

1.5 Cách thức tiếp cận và hướng nghiên cứu 5

1.6 Bố cục của luận văn 6

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ INDIRECT MATRIX CONVERTER 7

2.1 Bộ biến đổi ma trận trực tiếp (direct matrix converter) 7

2.1.1 Cấu trúc mạch 7

2.1.2 Phương pháp điều chế cơ bản 9

2.1.3 Phương pháp điều chế theo Alesina – Venturini 11

2.1.4 Phương pháp điều chế vô hướng (Roy) 11

2.1.5 Phương pháp điều chế vector không gian (space vector modulation) 12

2.1.6 Phương pháp điều chế gián tiếp (indirect modulation methods) 13

2.2 Bộ biến đổi ma trận gián tiếp (indirect matrix converter) 14

2.3 Khóa bán dẫn hai chiều (bi-directional switch) 16

2.4 Mạch lọc đầu vào 17

2.5 Mạch kẹp 18

2.6 Các vấn đề về chuyển mạch 19

2.6.1 Giải thuật chuyển mạch bốn bước điều khiển theo dòng điện ngõ ra 20

2.6.2 Giải thuật chuyển mạch bốn bước điều khiển theo điện áp ngõ vào 23

2.7 Những ưu điểm của IMC so với DMC 24

2.7.1 Chuyển mạch an toàn 24

2.7.2 Giảm số linh kiện bán dẫn 24

2.7.3 Hiệu quả hơn trong các hệ truyền động nhiều động cơ 25

3.1.1 Hàm điều chế 28

3.1.2 Hàm đóng ngắt 30

3.2 Giải thuật điều chế PWM cho khối nghịch lưu 32

3.2.1 Hàm điều chế 32

3.2.2 Hàm đóng ngắt 35

3.3 Xây dựng sơ đồ mô phỏng trong Matlab/Simulink 36

3.3.1 Tổng quan các khối mô phỏng IMC trong Matlab/Simulink 36

3.3.2 Kết quả mô phỏng 39

Chương 4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM CHO INDIRECT MATRIX CONVERTER 48

4.1 Sơ đồ khối cấu trúc phần cứng 48

4.1.1 Mạch lọc ngõ vào 49

4.1.2 Mạch kẹp 50

4.1.3 Mạch kích (mạch lái) 51

4.1.4 Mạch nguồn 15V và nguồn +5V 52

4.1.5 Mạch đồng bộ 52

4.1.6 Mạch công suất 53

4.2 Kết quả thi công phần cứng 54

4.3 Kết quả thực nghiệm 58

Chương 5 GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON-MODE 65

5.1 Vấn đề điện áp common-mode 65

5.1.1 Tổng quan 65

5.1.2 Điện áp common-mode trong IMC 66

5.2 Giải thuật điều chế giảm điện áp common-mode trong IMC 69

5.2.1 Giải thuật điều chế giảm điện áp VDC ngõ ra của khối chỉnh lưu 69

5.2.2 Giải thuật điều chế giảm điện áp common-mode trong khối nghịch lưu 74

5.3 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm 79

5.3.1 So sánh kết quả giữa phương pháp điều chế theo điện áp cao và phương pháp điều chế theo điện áp thấp (khối nghịch lưu chưa áp dụng phương pháp xử lý để giảm điện áp common-mode) 79

viii

6.1 Kết luận 92

6.2 Kiến nghị 92

Tài liệu tham khảo 93

Phụ lục 96

AC nói riêng và trong công nghiệp nói chung

Bên cạnh đó, với sự phát triển của công nghệ xử lý tín hiệu số, vi xử lý thì việc thực thi và điều khiển các bộ biến đổi điện tử công suất cũng trở nên dễ dàng

và chính xác hơn

Một trong những mục tiêu của các hướng nghiên cứu trên thế giới hiện nay là không ngừng cải tiến các bộ biến đổi AC-AC nhằm làm giảm tổn hao, nâng cao hiệu suất làm việc, cải thiện chất lượng điện năng ngõ ra… Bộ biến đổi ma trận (matrix converter) là một trong những hướng nghiên cứu có khả năng đáp ứng được những yêu cầu đó

Nhiều dạng cấu trúc mạch khác nhau đã được ứng dụng để tạo ra các bộ biến đổi xoay chiều AC-AC có thể biến đổi năng lượng xoay chiều từ một biên độ, tần số này sang một biên độ, tần số khác Các dạng cấu trúc đó có thể phân thành hai nhóm: nhóm chuyển đổi AC-DC-AC (năng lượng AC trước hết được chỉnh lưu thành năng lượng DC sau đó chuyển đổi ngược lại thành năng lượng AC) và nhóm chuyển đổi trực tiếp AC-AC (còn được gọi là bộ biến đổi ma trận – matrix converter, trong đó năng lượng AC đầu vào được chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng AC đầu ra)

Cả hai nhóm cấu trúc mạch này đều có thể tạo ra dạng dòng điện đầu ra hình sin Tuy nhiên, so với các cấu trúc AC-DC-AC thông thường thì bộ biến đổi ma trận

có thể tạo ra dạng sóng đầu vào, đầu ra có dạng sin, có thể điều khiển hệ số công suất đầu vào và đặc biệt là không cần đến thành phần dự trữ công suất, tất cả đều là khóa bán dẫn

HVTH: Trần Quốc Hoàn 2

Với những ưu điểm trên nên bộ biến đổi ma trận đã thu hút được sự nghiên cứu rất rộng rãi Bộ biến đổi ma trận được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1980 bởi Venturini và Alesina [1-5] với chín khóa bán dẫn hai chiều (bi-directional switches) được sắp đặt theo dạng ma trận để bất kỳ một điện áp pha đầu vào nào cũng có thể nối với bất kỳ điện áp pha đầu ra Phương pháp điều khiển bộ biến đổi ma trận đưa

ra bởi Venturini và Alesina được biết đến như phương pháp “trực tiếp” với điện áp

đầu ra mong muốn nhận được bằng cách nhân ma trận đóng ngắt với điện áp đầu vào

Một phương pháp điều khiển khác dựa trên ý tưởng “điện áp DC giả tưởng”

được đưa ra bởi Rodriguez [6] vào năm 1983 Phương pháp này cũng được biết đến

như phương pháp điều khiển “gián tiếp” cho bộ biến đổi ma trận

Tuy nhiên việc đóng ngắt các khóa bán dẫn kép trong bộ biến đổi ma trận rất

dễ gây quá áp hoặc quá dòng dẫn đến hư hỏng linh kiện, do đó cần phải có một mạch bảo vệ phức tạp đi kèm Vì vậy bộ biến đổi ma trận thông thường vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Với sự phát triển của nhiều kỹ thuật điều chế gần đây, một kỹ thuật điều chế khác đã được đưa ra dẫn đến sự ra đời của

bộ biến đổi trực tiếp xoay chiều AC hai tầng Dựa trên kỹ thuật này một lớp mới các

bộ biến đổi xoay chiều đơn giản hơn đã được phát minh Những bộ biến đổi này được biết đến như là các bộ biến đổi ma trận kiểu gián tiếp (Indirect matrix converter)

Như vậy, dựa vào cấu trúc của bộ biến đổi ma trận, có thể phân thành hai dạng: dạng trực tiếp (Direct Matrix Converter), dạng gián tiếp (Indirect Matrix Converter)

Bộ biến đổi ma trận gián tiếp (Indirect matrix converter - IMC) là một dạng của bộ biến đổi ma trận, trong đó cấu trúc mạch xem như gồm hai khâu biến đổi là chỉnh lưu – nghịch lưu ghép với nhau Khâu chỉnh lưu gồm sáu khóa bán dẫn hai chiều, khâu nghịch lưu gồm sáu khóa bán dẫn một chiều Bộ biến đổi ma trận gián tiếp biến đổi từ ba pha sang ba pha với dòng công suất có khả năng chạy theo hai chiều, điện áp và dòng điện mong muốn đều có dạng sin, không cần thiết bị lưu trữ năng lượng DC, có khả năng điều khiển hệ số công suất ngõ vào độc lập với dòng điện tải ngõ ra

Một nhược điểm chính của các bộ biến đổi ma trận là tỉ số điều chế bị giới hạn (0.866), giải thuật điều chế phức tạp

Điện áp common-mode xuất hiện trong các bộ biến đổi điện tử công suất với

tần số cao, tốc độ biến thiên lớn (tỉ số dv/dt cao) là nguyên nhân sinh ra dòng điện

common-mode (dòng điện rò) chạy trong hệ thống truyền động Dòng điện common-mode là tác nhân chính gây ra các vấn đề về tương thích điện từ, gây ra sự

hư hỏng nhanh chóng của bệ đỡ động cơ bởi gia tăng sự xả điện qua các thành phần lăn của trụ đỡ, làm giảm khả năng chịu đựng của các bộ phận cách điện, gây tổn hao công suất và phát nóng trên các thiết bị cách điện

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại bộ biến đổi xoay chiều AC-AC

Bộ biến đổi AC-AC

Có chuyển đổi DC

(DC Link)

Không có chuyển đổi DC (No

DC Link) – Matrix Converter

Sparse (15 khóa)

Inverting Link (14 khóa)

Indirect (18 khóa)

Ultra Sparse (9 khóa)

HVTH: Trần Quốc Hoàn 4

Luận văn này tập trung nghiên cứu về bộ biến đổi ma trận gián tiếp IMC với giải thuật điều chế độ rộng xung PWM và giải pháp để hạn chế điện áp common-mode xuất hiện trong quá trình hoạt động của IMC Thực hiện mô phỏng mô hình IMC và giải thuật điều chế độ rộng xung PWM bằng Matlab/Simulink, thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm bộ biến đổi ma trận gián tiếp sử dụng card DSP TMS320F28335 để xử lý tín hiệu điều chế

1.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Do giới hạn về thời gian và điều kiện nghiên cứu nên đề tài chỉ giới hạn trong các vấn đề sau:

Nghiên cứu phương pháp điều chế độ rộng xung PWM cho IMC

Nghiên cứu đề xuất một phương pháp giảm điện áp common-mode cho IMC Xây dựng mô hình mô phỏng cho IMC trong Matlab/Simulink sử dụng với tải

RL

Thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm cho IMC sử dụng khóa đóng ngắt bằng IGBT, phối hợp với card DSP TMS320F28335 để xử lý tín hiệu điều khiển

Đánh giá và so sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm

1.3 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho IMC nhằm tiếp cận và phát triển mới những kỹ thuật điều khiển hiện đại cho các bộ biến đổi xoay chiều sử dụng các khóa bán dẫn công suất, chuẩn bị các thực nghiệm gắn kết

với nhu cầu cấp thiết của thực tế

Nghiên cứu đề xuất một phương pháp giảm điện áp common-mode nhằm bổ sung lý thuyết, thúc đẩy sự phát triển các ứng dụng dựa trên bộ biến đổi ma trận nói riêng và trong lĩnh vực điện tử công suất nói chung

1.4 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN

Luận văn hoàn thành đã thể hiện điểm mới theo các hướng sau:

Phát triển kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM để điều khiển IMC

Nghiên cứu đề xuất phương pháp giảm điện áp common-mode cho bộ IMC Tiến hành thực nghiệm trên mô hình vật lý, kiểm chứng lại kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, từ đó đưa ra kết luận phân tích và đánh giá toàn diện cho phương pháp nghiên cứu

1.5 CÁCH THỨC TIẾP CẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Hình 1.2: Hướng nghiên cứu của luận văn

Mô hình thực nghiệm

Mô phỏng Matlab/

Simulink

Giải thuật PWM cho

IMC

Lý thuyết Indirect matrix converter

Đánh giá và so

sánh kết quả

HVTH: Trần Quốc Hoàn 6

1.6 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Nội dung của luận văn được trình bày thành 6 chương, bao gồm các chương

mở đầu và kết luận, cùng với 4 chương về nội dung đề tài đưa ra

Chương 1: Giới thiệu chung về đề tài, đưa ra mục tiêu, phương pháp nghiên

cứu và phạm vi giới hạn của đề tài

Chương 2: Tổng quan về Indirect matrix converter

Chương 3: Trình bày giải thuật điều chế độ rộng xung PWM cho Indirect

matrix converter, xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng Matlab/Simulink, kết quả mô phỏng

Chương 4: Trình bày quá trình thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm cho

Indirect matrix converter, đánh giá kết quả thực nghiệm thu được

Chương 5: Nghiên cứu đề xuất phương pháp giảm điện áp common-mode cho

bộ Indirect matrix converter, so sánh và đánh giá kết quả giữa mô phỏng với thực nghiệm

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ INDIRECT MATRIX CONVERTER

Trong chương này sẽ tập trung giới thiệu các vấn đề liên quan đến bộ biến đổi

ma trận (matrix converter) từ mô hình cấu trúc mạch đến các thành phần của mô hình thực nghiệm Như đã trình bày trong chương 1, cấu trúc mạch của indirect matrix converter nhận được từ việc áp dụng phương pháp điều chế gián tiếp cho các

bộ direct matrix converter thông thường Do đó trong chương này, trước hết sẽ trình bày về cấu trúc mạch và các giải thuật điều chế ứng dụng cho direct matrix conveter Tiếp theo là các vấn đề liên quan đến indirect matrix converter và các thành phần liên quan đến mô hình thực nghiệm, như khóa hai chiều (bi-directional switches), mạch lọc, mạch kẹp, kỹ thuật chuyển mạch bốn bước Phần cuối cùng của chương sẽ đưa ra những ưu điểm của indirect matrix converter so với direct matrix converter

2.1 BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN TRỰC TIẾP (DIRECT MATRIX CONVERTER – DMC)

2.1.1 Cấu trúc mạch

Hình 2.1: Bộ biến đổi ma trận trực tiếp dạng 3x3

HVTH: Trần Quốc Hoàn 8

Bộ biến đổi ma trận trực tiếp được tạo thành từ mảng của các khóa bán dẫn

được sắp đặt theo dạng m x n (m pha điện áp nguồn nối với n pha tải) Bộ biến đổi

ma trận dạng 3 x 3 (như hình 2.1) được xem là dạng cơ bản nhất, vì nguồn điện áp

ba pha được nối trực tiếp với phụ tải ba pha (chẳng hạn như động cơ ba pha)

Định nghĩa hàm đóng cắt của một khóa bán dẫn:

= 1, khi đóng

= 0, khi mở

(2.2)

Bộ biến đổi ma trận dạng 3 x 3 có 27 trạng thái đóng ngắt

Điện áp tải ngõ ra và điện áp nguồn ngõ vào:

;

(2.3) Quan hệ giữa điện áp tải ngõ ra và điện áp nguồn ngõ vào:

(2.4)

(2.5)

Với T là ma trận chuyển đổi tức thời

Tương tự, ta có dòng điện ngõ ra và dòng điện ngõ vào:

(2.7) Với là ma trận chuyển vị của ma trận T

(2.1)

Biểu đồ trạng thái đóng cắt trong một chu kỳ: như hình 2.2

Gọi là tỷ số đóng (duty cycle) của khóa :

2.1.2 Phương pháp điều chế cơ bản

Giả sử ta đã biết trước điện áp ngõ vào và dòng điện ngõ ra:

Hình 2.3: Tỉ số điều chế bằng 50% giá trị điện áp ngõ vào

Để tăng tỷ số điều chế lên 87% ( ) có thể được thực hiện bằng việc thêm vào một thành phần sóng hài bậc 3 (thành phần sóng hài này đóng vai trò như điện áp offset trong các kỹ thuật PWM) để điện áp ngõ ra đạt được như sau:

(2.15)

Hình 2.4: Tỉ số điều chế bằng 87% giá trị điện áp ngõ vào

2.1.3 Phương pháp điều chế theo Alesina – Venturini

Ở phương pháp điều chế như (2.13), (2.14) thì việc tính toán thời gian chuyển mạch là rất khó khăn khi thực hiện bằng thực nghiệm

Sẽ thuận tiện hơn nếu như tỷ số đóng cắt của khóa được biểu diễn như sau:

(2.16) Với như trên thì tỉ số điều chế vẫn chỉ là 50%

Muốn tăng tỉ số điều chế thành 87%, thì ở điện áp ngõ ra cần thêm vào một

thành phần sóng hài bậc ba như (2.15), khi đó được biểu diễn như sau:

(2.17)

2.1.4 Phương pháp điều chế vô hướng (Roy)

Phương pháp này dựa vào việc đo giá trị tức thời của điện áp ngõ vào và so sánh biên độ tương đối của chúng theo thuật toán sau:

- Đặt M là ngõ vào khác cực tính với 2 ngõ còn lại

- Đặt L là ngõ vào có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất trong 2 ngõ vào còn lại đó

- Đặt K là ngõ vào còn lại

HVTH: Trần Quốc Hoàn 12

Tỷ số đóng được xác định bởi:

Tương tự như phương pháp của Venturini, để đạt được tỉ số điều chế 87%, cần

phải thêm vào ở điện áp ngõ ra một thành phần sóng hài bậc ba, khi đó sẽ

có dạng như sau:

(2.19)

2.1.5 Phương pháp điều chế vector không gian (space vector modulation)

Vector điện áp ngõ ra được thể hiện dưới dạng:

(2.20) với:

Vector có biên độ là và quay với vận tốc góc Vector được tổng hợp từ thời gian tác động trung bình của các vector liền kề với vector điện áp ngõ ra trong một chu kỳ mẫu

Bộ biến đổi ma trận 3 pha, vector điện áp ngõ ra có 27 khả năng có thể xảy ra

và được chia ra thành 3 nhóm như sau:

Nhóm 1: Mỗi ngõ ra bộ biến đổi ma trận nối với một ngõ vào khác nhau Các

vector không gian có biên độ không đổi và quay với vận tốc góc ứng với tần số nguồn

Nhóm 2: Hai ngõ ra bộ biến đổi ma trận nối với cùng một ngõ vào, ngõ ra còn

lại nối với 1 trong 2 ngõ vào còn lại Khi đó vector không gian có biên độ thay đổi,

có phương thuộc 1 trong 6 góc phần sáu (góc 60 0) Giá trị tối đa vector không gian là: (như hình 2.5)

Nhóm 3: Tất cả ngõ ra nối chung với 1 ngõ vào, vector điện áp chính là vector

không (nằm tại gốc tọa độ)

Giả sử vector điện áp ngõ ra nằm trong góc phần sáu thứ nhất (hình 2.5):

; ; (2.21)

2.1.6 Phương pháp điều chế gián tiếp (indirect modulation methods)

Phương pháp này nhằm mục đích tăng tỉ số điều chế lên trên mức 87%

Từ phương trình (2.10), điện áp ngõ ra bộ biến đổi được diễn đạt như sau:

(2.22)

Ma trận A có thể xem như ma trận “điều chế của khối chỉnh lưu”, ma trận B là

ma trận “điều chế của khối nghịch lưu” tương tự như trong các hệ thống chuyển đổi

AC-DC-AC thông thường

HVTH: Trần Quốc Hoàn 14

Do đó:

(2.26)

Tỷ số điều chế:

với tỉ số điều chế của các phương pháp khác

2.2 BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN GIÁN TIẾP (INDIRECT MATRIX CONVERTER - IMC)

Hình 2.6: Cấu trúc mạch Indirect Matrix Converter

Dựa theo phương pháp điều chế gián tiếp áp dụng cho các bộ DMC, cấu trúc mạch của IMC có thể được xem như gồm một khối chỉnh lưu nguồn dòng ghép tầng với một khối nghịch lưu nguồn áp

Khối chỉnh lưu là một tầng chỉnh lưu ba pha với sáu khóa bán dẫn hai chiều,

do đó IMC cũng có thể hoạt động trong cả bốn góc phần tư như dạng DMC Ngõ vào của khối chỉnh lưu được nối với nguồn điện áp ba pha không đổi và ngõ ra sẽ tạo thành một dòng điện DC, do đó nguồn điện áp ba không được phép ngắn mạch

và nguồn dòng DC không được phép hở mạch Trong quá trình hoạt động, khối

chỉnh lưu sẽ tạo ra một điểm có điện áp dương (điểm p như hình 2.6) và một điểm

có điện áp âm (điểm n như hình 2.6), từ đó hình thành nguồn điện áp DC (điện áp

V pn như hình 2.6) cho khối nghịch lưu nguồn áp Dựa vào nguồn điện áp DC này, khối nghịch lưu với sáu khóa bán dẫn một chiều sẽ tổng hợp ra một điện áp ngõ ra hai bậc như mong muốn

Do đó, khối chỉnh lưu có thể xem như là bộ chỉnh lưu nguồn dòng và khối nghịch lưu là bộ nghịch lưu nguồn áp

Theo như phân tích trong phương pháp điều chế gián tiếp, chất lượng dạng sóng ngõ vào và ngõ ra của bộ IMC và DMC là như nhau, bởi vì chúng cùng sử dụng các dạng ma trận chuyển mạch tức thời giống nhau

Mối quan hệ các đại lượng ngõ vào - ngõ ra của bộ IMC tại một thời điểm chuyển mạch bất kỳ có thể được xác định như sau:

(2.26)

Với có thể xem như là ma trận chuyển mạch của

khối chỉnh lưu (Current Source Bridge - CSB)

Và có thể xem như là ma trận chuyển mạch của khối

nghịch lưu (Voltage Source Bridge - VSB)

Giả sử gọi T DMC là ma trận chuyển mạch tức thời của bộ DMC, thì mối tương quan giữa ma trận chuyển mạch của bộ IMC và DMC có thể biểu diễn như sau:

(2.27)

Do đó, mọi giải thuật điều chế áp dụng cho bộ DMC đều có thể áp dụng cho

bộ IMC với mối tương quan như trên

HVTH: Trần Quốc Hoàn 16

2.3 KHÓA BÁN DẪN HAI CHIỀU (BI-DIRECTIONAL SWITCH)

Khối nghịch lưu của IMC là một bộ nghịch lưu ba pha hai bậc, sử dụng sáu khóa bán dẫn một chiều, có thể là thyristors, transistors, GTOs, IGBTs hoặc MOSFETs Mỗi khóa bán dẫn đều có một diode mắc đối xong, do đó chúng có thể cho dòng điện đi qua theo hai chiều nhưng cực tính của điện áp đặt vào khối nghịch lưu thì không đổi

Để có thể hoạt động trong cả bốn góc phần tư như DMC, khối chỉnh lưu của IMC phải sử dụng các khóa bán dẫn hai chiều có khả năng ngăn chặn điện áp và dẫn dòng điện theo cả hai chiều Hiện tại chưa có thiết bị nào có khả năng đáp ứng được yêu cầu này, do đó để tạo ra khóa bán dẫn có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều cần phải sử dụng các thiết bị riêng lẻ như diode, IGBT

Cầu diode với một IGBT ở giữa:

Ưu điểm của cấu trúc dạng là này một IGBT có thể dẫn dòng điện theo cả hai hướng với chỉ cần một lần kích Tuy nhiên, trong một khoảng dẫn lại có đến ba linh kiện bán dẫn hoạt động, điều này lại gây ra nhiều tổn hao hơn so với các cấu trúc khác

Cấu trúc gồm hai diode ghép với hai IGBT:

Cấu trúc này gồm hai IGBT và hai diode mắc đối song với nhau Diode làm chức năng ngăn chặn điện áp ngược và IGBT điều khiển độc lập dẫn dòng điện theo

cả hai chiều Trong một khoảng dẫn, chỉ có hai linh kiện làm việc do đó tổn hao ít hơn Khuyết điểm của cấu trúc này là cần đến hai tín hiệu xung kích để cho IGBT

Hình 2.7: Khóa bán dẫn hai chiều dạng cầu diode

hoạt động, và mỗi một khóa bán dẫn hai chiều lại cần đến một bộ nguồn cách ly cung cấp

Có hai dạng câu trúc cho kiểu này: dạng mắc Emitter (E) chung và mắc Collector (C) chung

Ngoài ra, có có dạng gồm hai IGBT mắc đối song, với ưu điểm là để tạo thành một khóa bán dẫn hai chiều thì số lượng linh kiện riêng lẻ giảm đáng kể Đặc điểm chính của cấu trúc này là vẫn có thể khóa điện áp đặt vào mà không cần dùng đến diode Trong một khoảng dẫn thì chỉ có một linh kiện hoạt động do đó lượng tổn hao giảm xuống rất thấp

2.4 MẠCH LỌC ĐẦU VÀO

Tuy các dạng mạch matrix converter (Direct và Indirect) không có thành phần tích trữ năng lượng là tụ DC, nhưng nó lại cần có một thành phần phản kháng khác

đó là bộ lọc đầu vào Tuy nhiên kích thước của bộ lọc này nhỏ hơn nhiều so với tụ

DC làm thành phần trung gian của các dạng mạch inverter truyền thống Do trong quá trình chuyển mạch để tổng hợp nên điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ vào thì bộ matrix converter sẽ trả một lượng sóng hài nhất định về lưới điện làm biến dạng điện áp nguồn lưới, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của lưới Để khắc phục hiện tượng này thì bộ lọc đầu vào được sử dụng như thiết bị bị trung gian

để liên kết nguồn lưới và bộ matrix converter nhằm loại bỏ những sóng hài không mong muốn

Hình 2.8: Khóa bán dẫn hai chiều (a) ghép E chung; (b) ghép C chung

HVTH: Trần Quốc Hoàn 18

Hình 2.9: Mạch lọc ứng dụng trong matrix converter

Để thiết kế một bộ lọc thì nó cần phải thoả mãn những tiêu chí sau:

- Triệt tiêu được sóng hài do tần số đóng cắt gây ra

- Không ảnh hướng lớn đến góc lệch pha giữa điện áp vào và dòng điện vào

Khối chỉnh lưu

Khối nghịch lưu

Giống như những bộ chuyển đổi công suất khác, các linh kiện điện tử công suất trong các dạng mạch matrix converter cũng cần được bảo vệ chống quá áp và quá dòng Nguyên nhân quá áp xảy ra có thể do điện áp nguồn vào bị nhiễu loạn hoặc do trong quá trình chuyển mạch thì dòng tải bị gián đoạn tạo nên gai áp trên linh kiện bán dẫn công suất Dó đó, mạch kẹp được sử dụng để triệt tiêu các gai áp xuất hiện trên linh kiện bán dẫn Trường hợp quá dòng xảy ra khi có hiện tượng ngắn mạch giữa các pha nguồn hoặc do dòng tải lớn hơn dòng định mức của linh kiện nhưng trường hợp này rất ít xảy ra hơn

Để bảo vệ hiện tượng quá áp trên linh kiện trong trường hợp này mạch kẹp được sử dụng Nó bao gồm một tụ được kết nối hai đầu của điện áp ngõ ra và điện

áp ngõ vào thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha cùng với một điện trở xả mắc giữa hai đầu tụ Mạch kẹp bảo vệ cho tất cả các khoá hai chiều, nó có thể ngăn chặn

sự gia tăng đột ngột của điện áp ngõ vào hay sự gia tăng đột ngột của điện áp ngõ ra

có thể nguy hại đến các khoá Ngoài ra trong trường hợp dòng tải cảm bị gián đoạn, năng lượng của tải sẽ truyền vào mạch kẹp và sẽ không có vấn đề nếu như tụ điện

có điện dung đủ lớn Ngoài ra nó còn ngăn chặn những gai áp xảy ra trong quá trình chuyển mạch của các khoá công suất Sau khi tụ điện được nạp thì nó cũng cần phải được xả, lúc này là nhiệm vụ của điện trở mắc vào giữa 2 đầu cực của tụ Mạch kẹp

có ưu điểm là đơn giản và hoạt động được trong mọi tình huống Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là làm tăng số lượng linh kiện bán dẫn (cần thêm 8 fast-diode)

và làm tăng thêm thành phần tích trữ năng lượng là tụ điện

2.6 CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHUYỂN MẠCH

Do sự chuyển mạch trong các linh kiện bán dẫn không phải là lý tưởng, nên

thường có một khoảng “thời gian trễ”, nhất là trong quá trình ngắt của các linh

kiện Trong quá trình chuyển mạch giữa hai linh kiện, khoảng thời gian trễ này có thể là nguyên nhân gây ra ngắn mạch, khi có một linh kiện được đóng ngay tức thì trong khi linh kiện kia chưa kịp ngắt Để đảm bảo an toàn cho quá trình chuyển

HVTH: Trần Quốc Hoàn 20

mạch, cần phải có một kỹ thuật chuyển mạch an toàn Trong cấu trúc IMC thì kỹ thuật chuyển mạch an toàn cho hai khối chỉnh lưu và nghịch lưu là khác nhau Đối với khối nghịch lưu, do có các diode mắc đối song luôn luôn tạo thành

đường dẫn cho dòng điện từ tải trả ngược về nguồn Do đó, kỹ thuật “dead time” được ứng dụng để chuyển mạch trong mỗi pha Đó là cần một khoảng “thời gian

trễ” giữa linh kiện ngắt và linh kiện đóng Kỹ thuật này tránh được sự ngắn mạch

dòng điện DC khi có sự chuyển mạch giữa các linh kiện

Đối với khối chỉnh lưu, sự chuyển dòng giữa các khóa bán dẫn hai chiều là một quá trình diễn ra rất phức tạp Như đã trình bày, khối chỉnh lưu của IMC có thể xem như là một bộ matrix converter biến đổi từ ba pha sang hai pha, với yêu cầu không được ngắn mạch ngõ vào và hở mạch ngõ ra

Mục đích của các thuật toán chuyển mạch là để đảm bảo an toàn cho quá trình chuyển mạch, không xảy ra hiện tượng ngắn mạch đầu nguồn và gián đoạn dòng tải Hầu hết các thuật toán chuyển mạch áp dụng cho các bộ chuyển đổi công suất có sử dụng khóa bán dẫn hai chiều đều không phụ thuộc vào giải thuật điều khiển Một giải thuật được sử dụng rất phổ biến hiện nay là giải thuật chuyển mạch bốn bước (four – step commutation) Thuật toán chuyển mạch bốn bước này được chia thành hai kiểu: dùng tín hiệu dòng tải để làm tín hiệu điều khiển chuyển mạch và dùng tín hiệu điện áp nguồn làm tín hiệu điều khiển

2.6.1 Giải thuật chuyển mạch bốn bước điều khiển theo dòng điện ngõ ra

Giải thuật được công bố đầu tiên vào năm 1989, giải thuật hoạt động không phụ thuộc vào giải thuật điều khiển matrix converter Để minh hoạ cho giải thuật, ở đây xét một trường hợp đơn giản trong chuyển mạch giữa hai khoá hai chiều

Trong trường hợp này ngõ ra được nối với hai nguồn vào thông qua hai khoá xoay chiều Yêu cầu đặt ra là điều khiển các khoá hai chiều sao cho trong quá trình chuyển mạch không xảy ra hiện tượng ngắn mạch đầu nguồn và dòng tải không bị gián đoạn

Hình 2.11: Chuyển mạch của hai khóa hai chiều từ pha A sang pha B

Giả sử trong trường hợp này chiều dòng điện ngõ ra I L > 0 và V A > V B, hai

khóa S Aa1 , S Aa2 cùng đóng (on), hai khóa S Ba1 , S Ba2 cùng ngắt (off) và quá trình

chuyển mạch từ pha A sang pha B

Với dòng điện tải I L > 0 thì công suất sẽ được cấp từ nguồn đến tải Đầu tiên ở

pha A, khóa S Aa2 sẽ được kích ngắt vì không ảnh hưởng chiều dòng điện và khóa

S Aa1 vẫn sẽ được giữ ở trạng thái đóng Tiếp theo ở pha B, khóa S Ba1 sẽ được kích

đóng, S Ba2 vẫn giữ ở trạng thái ngắt Khóa S Ba1 đóng nhưng trong trường hợp này không xảy ra hiện tượng ngắn mạch nguồn vì dòng điện tải không thể chạy vào pha

B Kế tiếp khóa S Aa2 sẽ được kích ngắt, lúc này nguồn cung cấp cho tải sẽ từ pha B

và bước cuối cùng khóa S Ba2 sẽ được kích đóng để hoàn tất quá trình chuyển mạch

từ pha A sang pha B để tiếp tục cung cấp cho tải

Trường hợp dòng tải I L < 0 công suất được tải trả về nguồn, thì quá trình

chuyển mạch được thực hiện theo trình tự sau Ở pha A khóa S Aa1 sẽ được kích ngắt

vì không ảnh hưởng đến chiều dòng điện và khóa S Aa2 vẫn sẽ giữ trạng thái đóng,

tiếp theo ở pha B khóa S Ba2 sẽ được kích đóng, khóa S Ba1 vẫn giữ ở trạng thái ngắt

Khóa S Ba2 đóng trong trường hợp này không xảy ra hiện tượng ngắn mạch vì dòng

điện tải không thể chạy vào pha A Kế tiếp, khóa S Aa2 sẽ được kích ngắt, lúc này tải

sẽ trả năng lượng về pha B và bước cuối cùng khóa S Ba1 sẽ được kích đóng để hoàn

tất quá trình chuyển mạch, tải trả năng lượng về nguồn từ pha A sang pha B

HVTH: Trần Quốc Hoàn 22

Trong chuyển mạch bốn bước, vấn đề cần quan tâm là xác định thời điểm đổi chiều của dòng điện Tại thời điểm dòng điện qua giá trị không, đây là thời điểm dễ xảy ra sai số trong quá trình xác định chiều dòng điện Nếu xác định sai chiều dòng điện thì sẽ xảy ra hiện tượng hở mạch dòng tải, tuy nhiên trong trường hợp này dòng điện rất nhỏ nên hiện tượng quá áp trên linh kiện là không quá lớn Đây là nhược điểm của giải thuật chuyển mạch bốn bước theo tín hiệu dòng điện

Để áp dụng cho matrix converter thì quá trình chuyển mạch xảy ra luân phiên trên 3 pha nguồn Đó là tại một thời điểm chỉ có hai pha chuyển mạch với nhau nên

từ lưu đồ chuyển mạch trên hai pha ta có thể suy ra lưu đồ chuyển mạch cho 3 pha Qua quá trình phân tích ở trên, ta có lưu đồ chuyển mạch trong trường hợp

Trong giải thuật chuyển mạch bốn bước thì thời gian chuyển mạch của bốn bước phải được điều chỉnh đến mức nhỏ nhất có thể Nó phụ thuộc vào đặc điểm của linh kiện điện tử công suất mà ta chọn cho phù hợp

2.6.2 Giải thuật chuyển mạch bốn bước điều khiển theo điện áp ngõ vào

Ngoài giải thuật điều khiển chuyển mạch bốn bước theo dòng điện ngõ ra thì còn có giải thuật chuyển mạch bốn bước theo điện áp ngõ vào Để đạt được mục đích này thì giá trị của điện áp đầu vào phải được xác định trong quá trình chuyển mạch

Ta có lưu đồ chuyển mạch bốn bước theo điện áp ngõ vào trong trường hợp

HVTH: Trần Quốc Hoàn 24

Trong giải thuật chuyển mạch bốn bước theo áp thì có một vấn đề cần lưu ý

là, nếu xác định sai dấu của điện áp ngõ vào thì sẽ xuất hiện ngắn mạch giữa hai điện áp nguồn vào Vì vậy, khi sử dụng phương pháp này thì thì bộ lọc đầu vào cần phải đảm bảo để độ dao động điện áp ngõ vào là nhỏ nhất thì quá trình chuyển mạch diễn ra an toàn

2.7 NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA IMC SO VỚI DMC

Indirect matrix converter thừa hưởng những ưu điểm của các bộ matrix converter thông thường Trong một số ứng dụng indirect matrix converter tỏ ra thích hợp hơn so với direct matrix converter với những ưu điểm như sau

2.7.1 Chuyển mạch an toàn

Tại thời điểm xảy ra chuyển mạch trong khối chỉnh lưu, điện áp trong khối

nghịch lưu tương ứng là vector không (vector V 0 hoặc V 7), tương ứng dòng điện trên nhánh DC cũng bằng không Do đó, các linh kiện bán dẫn trong khối chỉnh lưu chuyển mạch tại thời điểm dòng điện bằng không, điều này giúp cho quá trình chuyển mạch diễn ra an toàn hơn và tổn hao do chuyển mạch cũng giảm đi

2.7.2 Giảm số linh kiện bán dẫn

(c) Inverting Link Matrix Converter (d) Sparse Matrix Converter

(a) Ultra Sparse Matrix Converter (b) Very Sparse Matrix Converter

Hình 2.14: Một số cấu trúc IMC

Cấu trúc mạch của IMC có thể được cải tiến nhằm làm giảm số linh kiện bán dẫn mà vẫn giữ được các đặc điểm như các bộ matrix conveter thông thường, như kiểm soát được hệ số công suất đầu vào, vẫn giữ được dạng dòng điện nguồn và điện áp tải là dạng sin Ngoài ra, với việc giảm số lượng linh kiện làm cho công việc thiết kế cũng trở nên đơn giản hơn, giá thành cũng giảm đi

Bảng 2.1: So sánh số lượng linh kiện giữa các loại IMC

Việc giảm số lượng linh kiện thường thực hiện trong khối chỉnh lưu và phải đảm bảo cho IMC vẫn có khả năng hoạt động trong cả bốn góc phần tư Tuy nhiên, tổn hao trong quá trình hoạt động có thể sẽ cao hơn vì quá trình chuyển mạch diễn

ra trong nhiều linh kiện hơn

2.7.3 Hiệu quả hơn trong các hệ truyền động nhiều động cơ

Hiện nay, bộ IMC thường được lựa chọn để thay thế cho các bộ biến đổi DC-AC truyền thống dùng trong hệ truyền động nhiều động cơ (multi-motor drive systems) cần thành phần dự trự năng lượng DC lớn Vì khi sử dụng bộ IMC thì không cần đến các thành phần dự trữ năng lượng DC

AC-HVTH: Trần Quốc Hoàn 26

Hình 2.15: Hệ truyền động nhiều động cơ dùng IMC

Mạch lọc

Bộ biến đổi

3 pha – 2 pha

PWM – VSI INV 1

PWM – VSI INV 2

PWM – VSI INV 3

Chương 3

GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ PWM DÙNG SÓNG MANG CHO

INDIRECT MATRIX CONVERTER

Trong chương này sẽ tập trung phân tích một giải thuật chiều chế độ rộng xung dùng sóng mang (carried-based PWM) ứng dụng cho bộ biến đổi ma trận gián tiếp (IMC) [8] Phương pháp này thuộc loại phương pháp điều chế gián tiếp, dựa vào quá trình biến đổi AC-DC-AC

Hình 3.1: Mô hình nguồn 3 pha – IMC – tải RL

Giả sử điện áp nguồn ba pha đầu vào có dạng như sau:

(3.1)

Dòng điện ngõ ra có dạng:

(3.2)

HVTH: Trần Quốc Hoàn 28

Với V i là biên độ điện áp nguồn

I 0 là biên độ dòng điện ngõ ra Giả sử thành phần hài cơ bản của dòng điện xoay chiều ngõ vào mong muốn

Hình 3.2: Sáu khoảng chia của dòng điện ngõ vào mong muốn

Ta xem như giá trị trung bình của dòng điện trên nhánh DC ngõ ra là giá trị không đổi, thì khi đó giải thuật điều chế PWM cho khối chỉnh lưu sẽ tương tự như giải thuật điều chế cho bộ biến đổi nguồn dòng từ AC sang DC

Trong một khoảng chia (sector), nếu giá trị dòng điện tham chiếu của một pha

nào đạt giá trị dương lớn nhất thì các khóa linh kiện dương (khóa S xp) ứng với pha

đó sẽ đóng trong suốt khoảng thời gian đó Khi đó, dòng điện trên nhánh DC sẽ

chạy qua khối nghịch lưu và lần lượt trở về qua các khóa âm của hai pha còn lại

(khóa S xn)

Tương tự, dòng điện tham chiếu của pha nào đạt giá trị âm nhỏ nhất thì khóa

âm của pha đó sẽ đóng, và dòng điện trên nhánh DC sẽ lần lượt trở về trên hai khóa dương của hai pha còn lại

Lưu ý rằng, nếu hai khóa S p và S n của một pha nào đó cùng đóng tại một thời điểm thì giá trị dòng điện xoay chiều tương ứng của pha đó bằng không (trạng thái zero của khối chỉnh lưu) Do đó, với việc liên tục thay đổi trạng thái zero, nếu khối chỉnh lưu được điều chế lấy mẫu theo biên độ thành phần hài cơ bản của dòng điện ngõ vào, sẽ tạo thành dòng điện trên nhánh DC với giá trị không đổi

Đối với giải thuật điều chế ứng dụng cho khối chỉnh lưu trong bộ IMC, biên

độ thành phần hài cơ bản của dòng điện sẽ được lấy mẫu theo hàm điều chế của khâu nghịch lưu, mà không cần phụ thuộc vào trạng thái zero của khối chỉnh lưu và

cũng không ảnh hưởng đến chất lượng dạng sóng Ví dụ trong sector 1, khóa S ap

(gồm S ap1 và S ap2 ) đóng và khóa S an (gồm S an1 và S an2) ngắt, tương ứng hàm điều chế

m ap = 1, m an = 0 Khi đó, dòng điện trên nhánh DC sẽ chạy qua khóa S ap và trở về

lần lượt qua hai khóa S bn hoặc S cn với hàm điều chế tương ứng như sau:

Ta nhận thấy rằng, hàm điều chế của khối chỉnh lưu không phụ thuộc vào giá

trị biên độ của dòng điện tham chiếu I i_ref, mà chỉ phụ thuộc vào góc lệch pha của dòng điện trong mối tương quan với điện áp ba pha ngõ vào Mặt khác, trong khi góc lệch pha của khối chỉnh lưu phụ thuộc vào hàm điều chế thì biên độ dòng điện ngõ vào được quyết định bởi khối nghịch lưu

Phân tích tương tự cho các sector còn lại, hàm điều chế cho các khóa linh kiện trong từng sector được thể hiện như bảng sau

HVTH: Trần Quốc Hoàn 30

Bảng 3.1: Hàm điều chế của mỗi khóa trong từng sector của khối chỉnh lưu

Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6

ta thấy rằng, trong một sector chỉ có hai hàm điều chế thay đổi giá trị (một hàm tăng

và một hàm giảm), còn lại là các hàm không thay đổi giá trị (giữ nguyên ở trạng thái 0 hoặc 1) Giả sử, ta gọi các hàm thay đổi giá trị là các hàm chủ động, còn các hàm không thay đổi giá trị là các hàm thụ động

Hình 3.3: Dạng sóng hàm điều chế trong từng sector

Khi đó, tại thời điểm chuyển mạch giữa hai sector, sẽ có một hàm điều chế từ chủ động chuyển thành hàm thụ động và ngược lại sẽ có một hàm điều chế từ thụ động chuyển thành hàm chủ động Để ngăn chặn sự gián đoạn của các xung PWM, quá trình chuyển mạch phải thỏa mãn điều kiện đơn giản như sau: đối với các khóa

dương (khóa S xp), hàm điều chế có dạng tăng thì xung PWM lấy theo cạnh trái còn nếu hàm điều chế có dạng giảm thì lấy theo cạnh phải; đối với các khóa âm (khóa

S xn) thì ngược lại, tức hàm điều chế có dạng tăng thì xung PWM lấy theo cạnh phải còn nếu hàm điều chế có dạng giảm thì lấy theo cạnh trái

Ví dụ trong sector 1, hàm điều chế m bn có dạng giảm do đó xung PWM của

khóa S bn lấy theo cạnh trái, còn hàm điều chế m cn có dạng tăng do đó xung PWM

của khóa S cn lấy theo cạnh phải

Gọi h xy là hàm đóng ngắt của khóa S xy tương ứng Minh họa hàm đóng ngắt của các khóa trong 6 sector như hình 3.4

HVTH: Trần Quốc Hoàn 32

Hình 3.4: Dạng xung PWM của các khóa chỉnh lưu trong 1 chu kỳ

3.2 GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ PWM CHO KHỐI NGHỊCH LƯU