Nghiên cứu, xây dựng biến tần kiểu ma trận472

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PH PHẠ ẠM QUANG ĐĂNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS) ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN 12 1.1 Biến tần, biến đổi lượng quan trọng công nghiệp …………………………………………………………………………….12 1.2 Các yêu cầu đảm bảo thành phần sóng hài biến đổi bán dẫn công suất 14 1.3 Biến tần kiểu ma trận (Matrix Converter – MC) 17 1.4 Các dạng Matrix Converter khác 23 1.5 Tình hình nghiên cứu Matrix Converter 26 1.6 Kết luận chương 32 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 Cấu hình MC 18 Bộ lọc đầu vào (input filter) 19 Mạch Clamp 21 Ma trận khố đóng cắt hai chiều (Bidirectional Switch - BDS) 21 Dạng MC gián tiếp 23 Dạng MC gián tiếp van (SMC) 24 Dạng MC gián tiếp van (USMC) 24 Biến tần 4Q 25 So sánh số lượng phần tử sơ đồ biến tần 26 Lịch sử phát triển 26 Các phương pháp điều chế 27 Module mạch lực 29 Vấn đề điều khiển chuyển mạch van bán dẫn 29 Ảnh hưởng điện áp lưới MC 30 Phát triển ứng dụng MC 31 Chương VẤN ĐỀ CHUYỂN MẠCH TRONG MA TRẬN KHOÁ HAI CHIỀU ………………………………………………………………34 2.1 Quy tắc thực trình chuyển mạch 34 2.2 Các kỹ thuật chuyển mạch MC 35 2.2.1 2.2.2 Chuyển mạch bốn bước 35 Chuyển mạch hai bước 37 -2- 2.2.3 2.2.4 Chuyển mạch bước 38 Chuyển mạch thông minh 39 2.3 Chuyển mạch cộng hưởng 41 2.4 Chuyển mạch trình độ 42 2.5 Kết luận chương 44 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐIỆU TRONG BIẾN TẦN MA TRẬN ………………………… 46 3.1 Vấn đề biến điệu bề rộng xung biến tần ma trận 46 3.2 Phương pháp Venturini-Alesina (VA) 46 3.3 Phương pháp biến điệu vectơ không gian gián tiếp 54 3.2.1 3.2.2 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 Hệ phương trình lời giải 46 Mô thuật toán Venturini-Alesina 51 Sơ đồ MC điều biến gián tiếp 54 Điều biến vectơ khơng gian cho phía chỉnh lưu 55 Điều biến vectơ khơng gian cho phía nghịch lưu 57 Kết hợp chỉnh lưu nghịch lưu 59 3.4 Ứng dụng phương pháp biến điệu vectơ không gian gián tiếp cho sơ đồ MC 59 3.4.1 3.4.2 3.4.3 Các tổ hợp van tương đương 59 Sơ đồ điều chế vectơ không gian gián tiếp cho MC 61 Tuần tự đóng cắt van chu kỳ cắt mẫu 63 Chương PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐIỆU VECTƠ KHÔNG GIAN TRỰC TIẾP ………………………… 64 4.1 Phương pháp vectơ không gian MC 64 4.2 Đồng vectơ dòng điện vào với điện áp lưới đầu vào 71 4.3 Xác định hệ số biến điệu 72 4.4 Trường hợp hệ số công suất gần lý tưởng 75 4.5 Thứ tự thực vectơ 77 4.1.1 4.1.2 Xác định vectơ không gian 64 Tổng hợp vectơ điện áp vectơ dòng điện vào 70 -3- 4.6 Thực quy luật biến điệu 78 4.7 Mô MC biến điệu vectơ không gian trực tiếp 81 4.8 Kết luận chương 83 4.6.1 4.6.2 4.7.1 4.7.2 Xác định vị trí vectơ không gian 79 Lựa chọn tổ hợp van thứ tự thực vectơ chuẩn 80 Mơ hình 81 Kết mô 83 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN 87 5.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển biến tần kiểu ma trận 87 5.2 Khâu tính tốn quy luật biến điệu 88 5.3 Khâu điều khiển lôgic 90 5.4 Thiết kế mạch lôgic điều khiển chuyển mạch dùng CPLD 96 5.5 Kết luận chương 104 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Lựa chọn tổ hợp van 90 Lôgic điều khiển trình chuyển mạch 91 Mô hệ thống điều khiển chuyển mạch 94 Cấu trúc CPLD 96 Lập trình cho mạch điều khiển lơgic 98 Mô mạch lôgic WINSIM 100 Kết thực nghiệm 102 Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA MC …………………………109 6.1 Đảm bảo chất lượng dòng đầu vào điều kiện điện áp lưới cân 109 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.2 6.2.1 6.2.2 Biểu thức tổng qt tính tốn dịng đầu vào 110 Đồng theo vectơ điện áp đầu vào 111 Đồng với vectơ điện áp vào hiệu 112 Đồng với thành phần thứ tự thuận vectơ điện áp vào 112 Ứng dụng MC DTC 114 Sơ đồ MC-DTC 114 Mô 116 -4- 6.3 So sánh biến tần ma trận biến tần công nghiệp 119 6.4 Kết luận 126 6.3.1 6.3.2 Mơ tả thí nghiệm 119 Kết thí nghiệm 123 KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT 127 Danh mục cơng trình tác giả 129 Tài liệu tham khảo 130 PHỤ LỤC 135 -5- Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần có khâu trung gian chiều 13 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp 13 Hình 1.3 Sự xuất xung điện áp sơ đồ chỉnh lưu cầu 16 Hình 1.4 Cấu hình MC .18 Hình 1.5 Mạch lọc đầu vào 19 Hình 1.6 Các khoá chiều: a) E chung; b) C chung; c) IGBT cầu điơt 22 Hình 1.7 Sơ đồ mạch lực MC pha dùng IGBT mắc E chung 22 Hình 1.8 Sơ đồ mạch lực MC pha dùng IGBT mắc C chung 23 Hình 1.9 Sơ đồ MC gián tiếp .23 Hình 1.10 Sơ đồ MC gián tiếp dạng van (SMC) .24 Hình 1.11 Sơ đồ MC gián tiếp dạng van (USMC) 25 Hình 1.12 Sơ đồ biến tần 4Q 25 Hình 2.1 Chuyển mạch nghịch lưu thường 34 Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả trình chuyển mạch 35 Hình 2.3 Đồ thị tín hiệu điều khiển chuyển mạch 35 Hình 2.4 Trạng thái logic van chuyển mạch bốn bước .36 Hình 2.5 Trạng thái lôgic van chế độ chuyển mạch bước 37 Hình 2.6 Tín hiệu điều khiển van dòng đổi chiều 37 Hình 2.7 Quá trình chuyển mạch bước (a) I L>0; (b) I L 0, U AB>0, chuyển mạch từ A sang B, dấu “- ” tương ứng với I L