Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Kỹ thuật điều chế Vector không gian cho bộ biến đổi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép

Đồng thời, trongluận văn cũng dé xuất phương pháp Zero common mode voltage giúp triệt tiêu điệnáp commonmode, giúp giảm thiểu tác động xấu của dòng điện common mode lênđộng cơ và các thi

NGUYEN CHAN VIỆT

Pulse width modulation strategy for indiret matrixconverter fed open-end winding load using zero

common-mode

CHUYEN NGANH: KY THUẬT ĐIỆNMA SO HOC VIEN: 1670031

LUAN VAN THAC SI

TP.HO CHI MINH, tháng 7 năm 2017

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc? - - - 6 + s + SE £EE#EvEeEeEeEEeEeEeeeerereered

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét Ï: G E St Sa EE S33 ESESEEEE+ESEEEESEEEEEEtEreEerrersrrres

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: c.ccccccccccsscscsssseseseesescseescscseescscsesscscseeseseseeseseeseseees

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHỌG Tp.HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc si)

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Chan Viết MSHV: 1670031Ngày, tháng, năm sinh: 29/04/1993 Nơi sinh: TP Hỗ Chi MinhChuyên nghành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202

I TÊN DE TÀI: KY THUẬT DIEU CHE VECTOR KHÔNG GIAN CHOBO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP

Il NHIEM VU VA NOI DUNG:1 Tim hiểu cau hình bộ biến đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép (Dual Indirect Matrix

Converter).2 Giải thuật điều chế vector không gian zero common mode voltage cho bộ bién

đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép.3 Mô phỏng bộ biến đổi ma trận gián tiếp ngõ ra kép bằng phân mềm PSIM.4 Thiết kế mô hình thực nghiệm bộ biến đổi ma trận gián tiếp.

III Ngày giao nhiệm vụ: 16/01/2017IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/06/2017V Cán bô hướng dẫn: PGS TS Phan Quốc Dũng

Tp HCM ngày , thẳng , năm 20

CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký)

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thay, Cô trong Trường ĐạiHọc Bách Khoa Tp Hỗ Chi Minh đã nâng đỡ và diu dat, truyền đạt cho tôi nhữngkiến thức và kinh nghiệm quý bdu nhất trong suốt quá trình tôi học tập ở trường.

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tat cả quý Thay, Cô trong khoa Điện —Điện Tử, Bộ Môn Cung Cap Điện, PTN Nghiên cứu Điện Tử Công Sudt và đặc biệtlà thay Phan Quốc Dũng va thay Nguyễn Đình Tuyên đã lận tình hướng dan, giúpđỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân đã cho tôi những điều kiện tốt nhấtdé học tập trong thời gian đài Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến tat cả những ngườibạn cua tôi, những người đã cùng gan bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong nhữngnăm qua cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tot nghiệp

TP Hô Chí Minh, tháng 6/2017

Nguyễn Chan Việt

Luận văn nghiên cứu về cấu trúc của bộ biến đối ma trận gián tiếp ngõ ra kép,giải thuật điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) Đồng thời, trongluận văn cũng dé xuất phương pháp Zero common mode voltage giúp triệt tiêu điệnáp commonmode, giúp giảm thiểu tác động xấu của dòng điện common mode lênđộng cơ và các thiết bị

Trên cơ sở nghiên cứu, phương pháp điều chế vector không gian được phân tích,tính toán và áp dụng để thực hiện việc xuất xung điều khiển cho cả phan chinh luu vanghịch lưu của bộ biến đổi ma trận gián tiếp Kết qua được kién chứng thông qua môphỏng và thực nghiệm.

Luận văn gồm 4 chương:

- Chuong 1: Giới thiệu tông quan về dé tài.- _ Chương 2: Trinh bày cau hình và kỹ thuật điều chế vector không gian cho bộ

Dual indirect matrix converter.- Chuong 3: Mô hình hóa va mô phỏng bộ indirect matrix converter bang phan

mém PSIM.- Chuong 4: Thiết kế mô hình thực nghiệm và trình bay phương pháp sử dung

các module epwm của DSP để xuất xung điều khiến bộ indirect matrix

converter.

(IMC) topology The proposed method uses the space vector modulation (SVP WM)technique to control the converter’s rectifier stage and inverter stage This methodachieved the maximum modulation ratio of 0.866 with sinusoidal input/output currentwaveforms The common mode voltage is analysed and a Zero common mode voltagemethod is proposed.

The thesis includes four chapters:

- Chapter 1: Introduce the thesis overview.- Chapter 2: Present the structure and Space Vector Pulse Width Modulation

method of the Indirect Matrix Converter.- Chapter 3: Perform simulations by PSIM software.- Chapter 4: Design experimental model to estimate and verify the theory and

present an implementation method that uses only the epwm modules of theDSP.

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kếtquả nghiên cứu và các kết luận nêu trong luận văn là trung thực và không sao chéptừ bất kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nao Việc tham khảo tài liệu đãđược thực hiện trích dẫn và ghi nguôn tài liệu tham khảo đúng theo yêu câu.

Tác giả luận văn

Nguyễn Chan Việt

1 Lịch sử phat triển của khóa công suất ¿+ + +x+EeE£kekeesrerereeeesee 12 Ý nghĩa của ngành điện tử công suất trong đời sống - - 5s ssscs¿ 2

II Định hướng nghiên CỨU -G- G53 221331211131 2181 93111 9923111 re 2

1 Lý do chọn để tài - <csStStctv9E1E1 111151511 11111 1 11111 greg 23 Đối tượng và mục tiêu nghiên CUU «+ sssEsESEEkEkckckekekeeeeeeeree 54 Phạm vi và phương pháp nghiÊn CỨU: 555555 SS++++++++SSSSSssss2 65 Ý nghĩa khoa học của dé tài - - - ssx SE SE ccv cv ng g ge rrrerreg 66 Ý nghĩa thực tiễn của dé tải - - - k1 ESgccccvn n ng grgerreg 7

CHƯNG 2 2G 2G 211211211211 112110 1 01 01T ng nh ng TH TH ng HH gườt 8

CAU HINH CUA BO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP 8I Cau trúc của bộ biến đôi ma trận gián tiếp với ngõ ra kép - - -5¿ 81 Phương pháp điều rộng xung Sine oo ccceceseseseseseecssssscscscscsceseseseseseees 102 Ứng dụng phương pháp điều chế vector không gian cho IMC (SV-PWM)

11II Điều chế vector không gian cho tang chỉnh lưu 2-5-5 ss5s2xssẻ 11

1 Định nghĩa sector va phân tích mach cho tang chỉnh lưu 113 Thời gian đóng ngắt của các khóa tang chỉnh lưu - - 5c <sss¿ 15II Điều chế vector không gian cho tầng nghịch lưu 5-5-5 5 5s5s¿ 171 Định nghĩa sector của tầng nghịch lưu s66 +x+x+veeeeeeseee 174 Thời gian đóng ngắt của các khóa ở phía nghịch lưu - 5s: 26IV Sự kết hợp thứ tự đóng ngắt tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu 28

V phan tích điện áp common mode (CMV) -ccSSSSSSsssssssessei 32

CHUONG 61 a.a 37

THIẾT KE VÀ MO PHONG BO BIEN DOI MA TRAN KIỀU GIÁN TIẾP VỚINGO RA KẾP - St S1 19111151811 11111 111111111111 T111 1111111111111 T111 1 11x 37I Tính toán thiết kế bộ biến đổi ma trận kiểu giản tiếp VỚI ngo ra kép — 37

II Mô phỏng biến đổi ma trận kiểu gián tiếp với ngõ ra kép sử dụng phan

nàn: 401 Giới thiệu phan mem mô phòng nh 40

5 Giới thiệu chung về sơ đồ mô phỏng s6 + +E+E+E£EeEeeeesese 41

6 Kết quả mô Phong ccceccccscsssssscscscsesessscscecsssvsvsvsvsesesessecesececscscasasavavavens 44

CHUONG 4 Ả 55

THUC NGHIEM BO BIEN DOI MA TRAN GIAN TIEP VOI NGO RA KEP 55T Mô hình thực nghiỆm - 5 2222022221111 11 1111111111111 118882255111 x5 561 Lựa chọn linh kiện va thi công phần cứng - ¿2s sx+x+x+xexeEsescse 567 Chọn linh kiện cho mạch động lực - 555cc 5S S << *S++++S++sssssssseess2 578 Mach d@m ccccccccsecccccccccccccceesssseeeccccccssssesuueeessseeeeccccessessseuueesseeeeseceess 659 Mach lọc LC wie ccccssscccccceeesssecccssseeseecccsseeessesssseessecssseseeeesesssseeeees 6810 Mạch cảm biến áp - -G- 111 TT TT TH H11 H111 1xx 68II NA E00 0090207 aa ae 71

2 Điều khiển tầng chỉnh lưu - seesssesesesecececscscscssssevevsesvsvsveeseesseees 833 Điều khiển tầng nghịch lưu - - - + E+E+EsESEEEESE£kck+kekeEeEekeeeerrrreree 84II Kết quả thực nghiệm - EEE SE EE9E#E9ESEEEEEk kg 861 So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng - 5-5: 88KET LUAN 0057 ‹a 981 Những han ché + Ss S333 9119191515151 1 11111111 11v gen greg 982 Hướng phat trién của dé tài essececsesescsessccscscsssssseveveestststeesteeseeen 98

Hình 3 Sơ đồ kết nối và tủ điện của bộ bién đổi ma trận cùng với các phụ kiện 4Hình 4 Sơ đồ Indirect Matrix COInV€TCT - 5-2 SE EEEE+EEESESErkrkrkererererkd 8Hình 5 Tang Chỉnh lưu - ¿2 + SE +E+E£E#EEEEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrrerkrkd 11Hình 6 Dinh Nghĩa sector phan chỉnh lưu 5-5-5 6 S+E+E+E+EzEzEereree 12Hình 7 Tầng chỉnh lưu tạo điện áp Vae ¿<< s3 Sxk kg rrree 13Hình 8 Tang chỉnh lưu tạo điện ap Vabu.w ccccccccsescsesescssssscscscscscsesestssseseseees 13

Hình 9 Cách tao ra điện ap o DC-Link cho sector 1 - 55555 55<+ 52 14

Hình 10 Biểu đồ vector không gian của tang chỉnh lưu ¿5-5555 15Hình 11 Định nghĩa sector phía nghịch 1WU eee ccceesseceeesesteeeeeeeseeeeeseseeeees 18Hình 12 Tầng chỉnh 1u ccccececcccscscsscscscsesescscsesesesscsvevsesesscsvscavsvsesssasavsnsssees 18Hình 13 giảng đỗ vector ba bậc - + + << Sex S333 E3 1151511313111 Ee, 22

Hình 14 Trường hợp DOSSIfIV€ - 2c 1 211 2311223112 vn vn ng ng ng ưko 22

Hình 15 Trường hợp tang nghịch lưu tạo ra ÖV - -c+c+csk+xsxsrersrererees 23Hình 16 Trường hợp tang nghịch lưu tạo ra ÖV ¿-c+s+cscecerrkekersrerered 23Hình 17 Trường hợp tang nghịch lưu tao ra điện áp negative -. - 24Hình 18 giảng dé dé thiết kế chuyển mach - 5-5-5 SSk+EeEeEeEekerxeeered 25Hình 19 Nguyên tắc chuyển mạch -¿- - s+k+kEEk+E#EEE+ESEEEEESEErkrrerrkrkee 26

Hình 27 Mạch động lực mô phong 2 5 52 +22 E22 ££+z££z££zxeeseeezeecsa 4

Hình 28 mạch chỉnh lưu mô phông 5 225252 =2 S22 * 2£ £z££zeeeezeeezseees 42

Hình 29 mạch nghịch lưu kép mô phòng - 55 2552 * 52s +2 ‡£+££ze£zsecs2 42

Hình 30 mạch điều kién mô phỏng - - - s66 S+EEESE+E‡EvEeEEEEeEeEererererkred 43Hình 31 Xung kích của các khóa hai chiều ở tan chỉnh lưu 5-5-5- 44

Hình 32 Xung kích của khóa SAp (trên) Xung kích của khóa SAn (giữa) va sector

60 45Hình 33 Xung kích của khóa SBp (trên) Xung kích của khóa SBn (giữa) va sector60 46Hình 34 Xung kích cua khóa SCp (trên) Xung kích của khóa SCn (giữa) va sector60 46

Hình 35 Sơ đồ chuyển mạch an toan c.cccccccccsscscsssesesesesecesssssseverscsvsesesessesecen 47

Hình 36 Điện áp ngõ vào (trên) Dòng điện ngõ vào trước lọc (giữa) Và dòng điệnNZO (:198:08109ã(01019000777Ẽ :‹+1+12 48Hình 37 Điện áp trên DC-Link (trên) dòng điện DC-Link (giữa) va sector (dưới)

Hình 40 Điện ap common-mode (trên), điện áp CMV1 (giữa) và điện áp CMV2

51Hinh 41 Phan tích FFT cua dòng điện ngõ vào (trên) dong điện ngõ ra (duoi) 52Hinh 42 đặc tuyến điện áp, dòng ngõ ra theo ty số điều chế m - - -5¿ 53Hình 43 đặc tuyến THDi, THDv theo tham số điều biên m 5-5 53Hình 44 đặc tuyến điện áp, dòng điện ngõ vao theo tỷ số điều chế m 54Hình 45 Phần cứng của indirect maxtrix converter fed open-end winding load.55Hình 46 Sơ đồ khối thực nghiệm bộ IMC - - - + Ek+E£E#E+E+EsEeEeEerereei 56Hình 47 Chọn sơ đồ tính toatr ccccscsscsscecsssssecscecesssssvecscecessessvacsceceesassceeeaveves 57Hình 48 Khai báo thông số tính toán kk+k+E#E#E£E+ESESEEEEEEkrkrkrecees 59Hình 49 Khai báo thông số tản nhiệt - - ssSsEsE+ESE+E+EeEeEEEeEeEekekekrereree 60Hình 50 kết qua tính toán của phần MEM + 2 2s SE+E+E+E#EEE+E+EeEeEererxd 62Hình 51 Cấu tao và hình dang của các loại khóa công suất được sử dụng 63

Hinh 52 DSP TMS320E283/77Ì - G 1 1111123111111 1 1118311118111 881111181 x r4 64

Hình 53 Kit DSP TMS320F28377D 6 1111111 1145513115111811E5215E, 64

Hình 55 Sơ đồ mỗi cặp darlingtOI - ccsscscsssscssescsscscssssesstsesseseeees 66

Hình 56 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm vec secscscsesesesscecesesscecscecssesevsveveveveeeeeees 66Hình 57 So dé layout mặt trên của mạch đệm << << 55+ +++++<<<<ss+2 67Hình 58 Sơ đồ layout mặt dưới của mach đệm - - - + +e+E+E+EsEsEerereei 67Hình 59 Mạch thực tế của mạch đệm - G te SeESe E3 E+ESEEEE+ESEEeErEseEerrsssrszd 68

Hình 60 Mach lọc LUCC << 221111 1111161111 11EEEE55355555555 11 khen, 68Hinh 61 LEM LV-25V 01017 3 69

Hình 62 mạch nguồn va offset c.ccccccccssssssssssesesesesesesececscecsssssvevereesesesveveveveeeen 69Hinh 63 So dé layout mặt trên mạch senSOT < ++++++<sssseeeeesss 70Hình 64 Sơ đồ layout mặt dưới mach SennSOr - - - - x+E£E+E+EsEeEeEerereei 70Hình 65 Mô hình thực tế mach SeTnSOT - 6 6 SE 2EE‡E£E#E£EeEeEeEeErereei 71

Hinh 66 Deadtime giữa các xung đóng ngắt - cv rreeeree 72

Hình 67 thiết lập bảo vệ ngắng mach - - - s sEE+E#E#E+E+E+E cv vvvgvreree 74

Hình 68 Driver skyper pro 32 DTO - c1 1131211111131 1 1188111111811 11 re 75Hình 69 Mach lái thực tẾ -5:2ct+ k2 2 2.212 76

Hinh 70 Mạch nghịch lưu của bộ IẰMC <5 5222251333 sesseeeeeees 76

Hình 71 Mach IMC hoàn thành +++++++++<++++++>>z>.sssssrrrerreeeeeees 77Hình 72 Sơ đồ khối của module epwm ¿6-66 kx+k+k+E£E#EeEeEsEererererees 78Hình 73 Sơ đồ giải thuậật - - - - s11 5 ST 11H 111111111 ri 82Hình 74 Dạng xung kích của tầng chỉnh lưu thuộc sector l 5-5- 83Hình 75 Dạng xung kích của hai khóa đối nghịch tang nghịch lưu 85

Hinh 76 Dạng xung kích của các khóa phía chỉnh lưu -<<< +: 87Hình 77 Điện ap DC-Link (trên) va sector (dưới) 55555 sc<<<ss+<ssss2 88

Hình 78 Điện áp nguén vao (trên) dong điện vào trước lọc (giữa) dòng điện vào

S)08I00 0101000210777 - 44 89

Hình 81 Điện ap DC-Link (trên) va sector (dưới) - << 5555 <<<<ss<+ssss2 93

Hình 82 Điện áp nguôn vao (trên) dòng điện vào trước lọc (giữa) dòng điện vào

S)08I00 0101000210777 - 44 94Hinh 83 Dong điện ngõ ra (trên), điện ap pha (giữa), điện ap dây (dưỡi) 95Hình 84 Điện ap CMV (trên), Điện ap CMV của inverter 1 (giữa), điện ap CMV

Cua inverter 2 0101007277777 All 96

Bang 3 Cac vector chuan của tầng chỉnh lưu - - + + +E+EsEeEverereeeeeeed 17Bang 4 Các vector của tang nghịch LW cece eeeeeessssceeeceeeeecceeeeesssesssssneeeeeees 19

Bang 5 Các vector của mỗi inverter NhO cceeeceescescesecsssessesssesssesssesssessens 21Bang 6 giới han của CậC S€COT - c2 22 3222112311231 1211 231 251 11 1c ren 27Bang 7 Công thức tính toan cho sub-S€CẲOT 255 5255555322 *£+££zs+zseeezeees 28

Bang 8 Điện áp CMV của các trường hợp đóng cắt sec srerersree 34Bảng 9 tổng kết tính toán cho mô hình -c-ccscccsecerreerterirrirerrrie 40

Bang 10 Thong số mô phóng ¬ ỐỐ 44

Bảng 11 Tổng kết các kết quả mô phóng - - - 6s xk+E+E£E£E£EeEeEeEeEererees 52

Bang 12 Thông số IC ULN280 - - - - E St SSEEESE SE E11 vn rreg 65

Bang 13 Những sự kiện ngõ vào của submodul action-qualifier - 80

Bang 14 Mô ta các bit của thanh ghi AQCSFRC 52552 S2< << c+sscss 80

Bang 15 Giá trị thanh ghi so sánh trong 6 S€CẦOF 25555525 <£+< + cssccs2 86

Bang 16 Thông số thực nghiệm - - - 6E EšEeEeESESESEEEEEEEEEEErErererersree 86

CHUONG 1TONG QUAN

I Sơ lượt về ngành điện tử công suất

1 Lịch sử phát triển của khóa công suất

Hình 1 Bộ chính lưu hồ quang thủy ngân

Điện tử công suất bat đầu từ việc Peter Cooper Hewitt phat minh ra bộ chỉnh lưuhồ quang thủy ngân vào năm 1902 Nó được sử dụng để biến đổi dòng điện xoaychiêu (AC) thành dòng một chiêu (DC) Từ thập niên những năm 1920s, những

nghiên cứu về những thiết bi đóng cắt có thé điều khiến được như thyratrons va Khoa

hồ quang thủy ngân rat được quan tâm Vào thời gian đó Uno Lamm đã phát minh ramột khóa thủy ngân với các điện cực biến đổi thích hợp cho truyền tải điện áp trựctiếp điện áp cao Năm 1933 bộ chỉnh lưu bằng selenium ra đời

Năm 1947, Bóng bán dẫn điểm lưỡng cực được phat minh bởi Walter H Brattain

và John Bardeen tai Bell Labs Năm 1948 Shockley's phát minh ra BJT đã tăng cươngtính ôn định, hiểu suất và giảm gia thang transistors Những năm 1950s, những con

diode bán dẫn công suất lớn bat đầu phô biến ra thị trường và thay thế các loại dén

chân không Năm 1956 SCR được giới thiệu bởi General Electric đã tăng mức côngsuat của các thiệt bị biên đôi lên rat nhiêu lần.

1HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

Những năm 1960s là giai đoạn cải thiện về tốc độ của BJT nhờ đó cho phép tạo ranhững bộ DC/DC tang số cao Kế đến là những năm 1976 MOSFETs ra đời và 1982khi IGBT va được thương mại hóa đã tạo nền tảng cho ngành điện tử công suất hiện

đại ngày nay.

2 Y nghĩa của ngành điện tử công suất trong đời sông

Hiện nay, điện tử công suất đang có mặt trên hau hết các thiết bị sử dụng điện củachúng ta Điện tử công suất đã giúp cho việc sử dụng điện năng một cách hiệu quả,an toàn và thuận tiện hơn Điện tử công suất đóng vai trò quan trọng trong các môhình công nghệ và được thiết kế để điều khiến năng lượng Dòng điện, điện áp và đặctính đóng ngắt của các linh kiện bán dẫn liên tục được hoàn thiện, phạm vi ứng dụng

ngày càng được mở rộng như trong chiều sáng, bộ nguồn, điều khiển động cơ, tự

động hóa công nghiệp, giao thông, lưu trữ năng lượng, truyén tải điện đi xa với hiệusuất cao với đặc điểm điều khiển chặt chẽ đã giúp cho điện tử công suất có lợi thếhơn nhiều trong điều khiển động cơ so với các hệ thông điều khiến cơ điện trước đây.Ngoài ra DTCS còn được ứng dung trong truyền tải điện DC (VHDC), trạm biến đổicông suất, hệ thống truyền tải AC mềm dẻo flexible ac transmission system (FACTS)và bù công suất static-var compensators (SVC) Trong truyền tải sử dụng biến đổiDC/AC, bộ lọc tích cực, biến đôi tan số

II Dinh hướng nghiên cứu

1 Ly do chọn đề tài

Ngày nay, biến tan ngày càng được sử dụng phố biến không chỉ giới hạn trong

phạm vi công nghiệp ma còn mo rộng sang các lĩnh vực dân dụng, hang không vu

trụ Biến tang kết hop với động cơ không đồng bộ tạo thành một khối truyền độngđiện cơ linh hoạt và bền bi Chính nhờ những ưu điểm đó, biến tang có rất nhiều ứngdụng như điều khiến các động cơ trong công nghiệp, dân dụng Giúp thay đối tốc độ,giảm dòng khởi động, giảm hao phí khi động cơ chạy non tải Các loại biến tần nhiều

pha cũng được sử dụng cho các lĩnh vực đòi hỏi độ tin cậy cao như điều khién động

cơ nhiều pha công suất lớn trên các máy bay, tàu thủy va gan đây được ứng dụng vào

2HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

xe điện Biên tân còn được sử dụng trong các lò cam ứng điện từ, trong các turbine

dé khai thác năng lượng gió va rất nhiều ứng dụng khác

Bên cạnh những ưu điểm thì biến tần truyền thống (biến tần ba pha hai bậc) cònton tai một số khuyết điểm cần phải cải thiện như điện áp và công suất chưa cao bằngcác loại biến tan đa bậc, tạo ra sóng hai bậc cao ở nguôn vào, tạo ra điện áp Common

mode (CMV) làm giảm tuôi thọ của động cơ Một yếu điểm khác của biến tần truyền

thống đó là phan tử tích trữ năng lượng giữa tầng chỉnh lưu và nghịch lưu thường latụ điện, đây là thành phan nhanh bị lão hóa theo thời gian làm giảm độ tin cậy cuabiến tần Hình 2 và Hình 3 cho ta sự so sánh về kích thước và số thiết bị cần phảilắp thêm của biến tần truyền thống và bộ biến đôi ma trận dé sóng hài đầu vao thấp.Trong đó, với bién tan truyền thống thì ta phải lắp thêm các thiết bị như

BURT iii)IHIHHHHH.rHHt.ttmmrm

H111 llllllï

4 1411141 (0111000200011//)22/'22)

Hình 2 Sơ do kết nói và tú điện của một biên tan truyền thống với các thiết bị phụ kiện

3HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Bộ lọc sóng hai chủ động, cuộn lọc dau vào, bộ chuyên đôi PWM Khi so sánh với

biến tân ma trận thì kích thước vả trọng lượng lớn hơn rất nhiều

Biến tan ma trận (Matrix converters (MCs)) lần dau được giới thiệu vào đầu nhữngnăm 1980’s bởi Alesia and Venturini Dựa vào cấu tạo, ta có thé chia làm hai loại làbộ biến déi ma trận trực tiếp (direct matrix converter (DMC)) và bộ biến đối ma trậngián tiếp (indirect matrix converter (DMC)) Bộ biến đổi này ngày càng nhận đượcnhiều sự quan tâm phát triển một phan vi sự tiễn bộ vượt bậc của các linh kiện bandẫn cũng như các bộ vi xử lý tốc độ cao trong nhửng năm gan đây Mặt khác ở bộbiến đổi nay, ta thấy được những ưu điểm vượt trội như tao ra sóng hài thấp ở ngõ

vào, có thé điều khiển được hệ số công suất ở ngõ vào/ra, bộ chuyên đôi có thé hoạtđộng ở cả bốn cung phần tư của đặc tuyến momen-tốc độ nên có thê tái sinh năng

lượng khi ham Một lợi điểm to lớn khác của bộ biến đôi là việc các thành phan lưuđiện trung gian được loại bỏ giúp thiết bị giảm về trọng lượng, kích thước cũng như

tăng độ tin cậy.

4

HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Mặc dù còn ít tuy nhiên các bộ biến ma trận trực tiếp đã được nghiên cứu và bánra thị trường Khi so sánh với cấu hình trực tiếp , cấu hình gián tiếp của bộ biến đổima trận cho ta hiệu quả tương tự như dòng điện đầu vảo hình sine, có thể điều chỉnhđược hệ số công suất và đặc biệt có khâu DC-Link thực nhưng vẫn gọn nhẹ nhờ vàoviệc loại bỏ thành phân lưu trữ năng lượng trung giang [2] - [3].

Điện áp Common-mode gọi tat là CMV được tạo ra bởi các xung đóng cat cao tancủa các khóa bán dan, nó tạo ra nhiều van dé cho hệ thống tuyền động điện cơ nhưlam hao mon cách điện, gây ra ăn mòn điện hóa 6 trục và nhiễu điện [4] — [5] mộtvài phương pháp giúp giảm điện áp CMV được dé cập trong [6] — [7] tuy nhiên cácphương pháp này vẫn dựa trên các bộ biến tần truyền thống với phía DC được tạo ratừ cầu chính lưu diode Điều nay vẫn tôn tại một số hạn chế như không tái sinh đượcnăng lượng cũng như tạo ra sóng hải bậc cao ở ngõ vao Gan đây nhất, nhiều nhómnghiên cứu da tập trung vào cấu hình bộ biến đổi mới, đó là sự kết hợp giữa tang

chỉnh lưu của bộ biến đối ma trận và tầng nghịch lưu kép Tuy nhiên các kỹ thuật

điều khiển được dé xuất chỉ giảm một phan điện áp CMV

Với những phân tích trên, luận văn sẽ tập trung vào việc nghiên cứu phương pháp

điều khiển cho bộ Indirect matrix converter fed open-end winding gọi tat là IMCnhằm triệt tiêu hoan toàn điện áp CMV cũng như vẫn phải dam bao duoc những đặc

tính ưu viét của bộ biên đôi ma trận.

3 Đôi tượng và mục tiêu nghiên cứuĐối tượng nghiên cứu của đề tài là bộ Indirect matrix converter fed open-endwinding (IMC) Phan tích quá trình chuyển mach của các khóa đóng ngất trong IMC,phân tích nguyên nhân hình thành điện áp CMV dé đi đến xây dựng thuật toán điềuchế vector không gian Space Vector Modulation gọi tắt là SVP WM điều khiến 2 tangchỉnh lưu Rectifier và nghịch lưu Inverter.

Mục tiêu của dé tai là chứng minh được tinh kha thi của bộ biến đối IMC trong

việc triệt tiêu điện áp CMV cũng như những đặc điểm vượt trội so với bién tần tuyển

thống

5HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

4 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu:Phạm vi của đề tài giới hạn trong việc xây dựng phần cứng và kiêm chứng lý thuyếtđề xuất băng mô phỏng và thực nghiệm trên phân cứng.

Đề thực hiện dé tai này cần kết hợp 3 phương pháp sau:

e Nghiên cứu lý thuyết: Dựa trên những bài báo đã được công bồ trên các tậpchí uy tín và những kiến thức nền tảng dé xây dựng va đưa ra phương pháp

điều khiển cho cau hình IMC

e Mô phỏng: sử dụng phần mềm PSIM 9.1 kết hợp với ngôn ngữ lập trình Cdé thiết kế, mô phỏng bộ biến đổi IMC (gồm 24 khóa IGBT) với thuật toánđiều chế vector không gian zero common mode

e Thực nghiệm: xây dựng phan cứng từ các linh kiện cơ bản như IGBT, mạchlái, thiết kế board đệm cho mạch lai, board cảm biến áp Lập trình điều kiếnhoạt động của toàn bộ hệ thống dựa vào vi diéu khiển DSPTMS320F28377D thé hệ mới cua Texas Instruments

Hướng phat triển dé tai:

e Do chi mới thu nghiệm ở điện áp thấp nên bước tiếp theo của dé tài sẽ tập

trung vảo việc tăng điện áp đầu vào lên giới hạn định mức dé đạt được côngsuất như thiết kế Bên cạnh đó, cần tăng cường thêm các cảm biến dòng để

bảo vệ hệ thống trong quá trình thử nghiệm.e Trong dé tài, bộ IMC chi mới đóng vai trò như biến tan tức là biến đôi điện

ap từ lưới cho tai mà chưa làm được việc ngược lại Do cùng chính là một

hướng đề phát triển tiếp tục của đề tài

5 Y nghĩa khoa hoc của dé tài

e Phân tích, diễn giải để đưa ra phương pháp điều chế không gian vector saocho lam triệt tiêu điện áp CMV cho cau hình IMC

6HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

e Thực nghiệm dé chứng minh phương pháp điều chế không gian vector đượcđưa ra là khả thi trong khi vẫn giữ lại được những điểm mạnh của cấu hình

IMC,e Chira những điểm mạnh cũng như sự hạn chế của cấu hình IMC va nêu ra

một số hướng khắc phục

6 Y nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả của dé tài cung cấp một cái nhìn tổng quang vé cau hình IMC cũng nhưthay được các đặc tinh của bộ biến đối Dựa vào kết quả trên, ta có thé thúc đây VIỆC

phát triển và ứng dụng bộ IMC vào thực tế

7

HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

CHƯƠNG 2CÂU HINH CUA BỘ BIEN DOI MA TRAN GIÁN TIẾP

VOI NGO RA KEP

I Cau trúc của bộ biên đôi ma tran gián tiép với ngõ ra kép

Rectifier stageInverter 1

Hình 4 Sơ đồ Indirect Matrix Converter.

Bộ biên đôi kiêu ma trận gián tiêp ngõ ra kép gôm hai phan:

e Tang chỉnh lưu cau tạo từ 6 khoá hai chiều, mỗi khoá được cấu tao từ haibộ IGBT-Diode mắc đối đầu nhau như vùng chú thích nhỏ trên Hình 4 Cầutạo như vậy cho phép công suất có thé truyền theo hai hướng từ lưới vaophan DC-Link, hoặc ngược lai

Tang nghịch lưu cấu tạo từ 12 khóa một chiều có chức năng chuyển đổiđiện áp một chiều từ DC_ Link thành điện áp xoay chiêu cho tải

Với cau hình này thì số khoá ban dẫn sẽ tăng lên từ 6 IGBT-12 Diode của bộ biến

tần 2 bậc truyền thống hoặc 12 IGBT-18 Diode của biến tần 3 bậc NPC thành 24IGBT-24 Diode Day là một rao cản hiện tại của bộ IMC Tuy nhiên những ưu điểmcủa cau hình này đó chính là việc loại bỏ được thành phan lưu trữ năng lượng ở phanDC-Link (trên tụ điện) Do đó, công suất có thể truyền theo hai hướng đồng thời tăng

cường chât lượng điện áp ở ngõ ra cùng như giảm sóng hài ở ngõ vào.

8HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

`

(gũi Unbidirect Switch

wp2

wn2

Điện áp xoay chiêu từ lưới điện với tan số f; đầu tiên được chuyền thành điện ápmột chiêu (Use) có giá trị không đồi trong một chu kì đóng cắt nhờ tân chỉnh lưu điềurộng xung, sau đó tân nghịch lưu sẽ biên trở lại điện áp xoay chiêu với tân sô fo.

Hai tâng chỉnh lưu và nghịch lưu được nỗi với nhau qua khâu trung gian một chiêu(DC-Link), tương đương với bộ biên đối nguôn áp VSI có chỉnh lưu điêu khiến ở đầu

vào nhưng không có các phân tử tích trữ năng lượng nôi một chiêu.

Trong Hình 4, IMC được xem như một bộ chỉnh lưu va một bộ nghịch lưu Cáccông thức điêu bién được hình thành từ cả chỉnh lưu và nghịch lưu Đặc điểm của bộbiến đổi này là các tham số điện ở đầu này có thé được tạo thành từ các tham số ởđâu kia bằng cách nhân với một ma trận hàm truyên T Như vậy các giá trị tức thời

của dòng điện và điện áp sẽ tính được nhờ ma trận hàm truyên T như sau:

Vil | San Sr Sea | |, |

Vow =L*V,, Hay | Ver |=| Sasi Soar Scat | |: (1)

Vor} LSacr Saer Seer} LM e_

Trong đó, ma trận 7 =7; —T7, là ma trận ham truyên của bộ IMC, có các thành phan

(T¡) thé hiện các hàm truyén biến đôi các điện áp vào tức thời thành các điện áp ratức thời.

9HVTH: Nguyễn Chân Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

S, Si, SS S,.,—S Ss, —S.

aA bA cA up| up2 unl un2 Sip Ssp S., ( 5 )

f= sap sop Sp — — 52 svn — Sin *

San Son Son| Sac Soc Sic | | Swot — 2up2 mi — 5m2 |

Trong đó:

Sis Sy = {0,1}: là trạng thái dong cắt của tầng nghịch lưu inverterl và inverter 2

(k =u,v.w; j = p.n)

9y ={—I,0,1): là trạng thái đóng mo tang chỉnh lưu (i = a,b,c; j = p.n).

1 Phương pháp điều rộng xung sine

Phương pháp điều chế độ rộng xung sine dựa vào nguyên tac cơ bản 1a so sánhsóng tham chiếu hình sine và sóng mang cao tần Phương pháp sẽ cho ra một chuỗixung đóng cat có tần số cô định nhưng Duty-cycle thay đổi liên tục Giá trị trung bìnhcủa chuỗi xung tạo ra sẽ có dạng sine khi cho qua mạch lọc thông thấp

e Sóng tham chiếu: U; thường có dạng hình sine, có tan số fy.e Song mang: U‹ thường có dạng răng cưa hay tam giác có tần số fe>> fy

Tan số sóng mang cảng cao, chất lượng điện áp va dòng điện ngõ ra sẽcàng tốt Tuy nhiên, tần số đóng cắt cao làm cho tốn hao phát sinh do quatrình đóng ngắt các khóa tăng theo

Vi tân sô sóng hài cơ bản ngõ ra băng tan sô sóng tham chiêu, bang cach thay đôitần sô sóng tham chiêu, ta có thê điêu khiên được tân sô sóng hài cơ bản ngõ ra.

Dé thay đổi điện áp ngõ ra, ta thay đổi ty lệ biên độ giữ sóng tham chiếu va song

mang Ta có định nghĩa m là tỷ số điều biên m = ¬

c

Trong nhiều ứng dụng công nghiệp, phương pháp SPWM thường được sử dungđiều khiển điện áp đầu ra của nghịch lưu nguồn áp (VSI) Ưu thé của phương phápnày là đơn giản, chất lượng điện áp ngõ ra tốt, tuy nhiên phương pháp SPWM đạtđược chỉ số điều chế lớn nhất trong vùng tuyến tính khi biên độ sóng điều chế băng

10HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

với biên độ sóng mang, và phạm vi điều chê tuyên tính tôi đa là 0.78 Nêu chỉ sô điềuchê vượt quá gia tri này, môi quan hệ tuyên tính giữa chỉ sô điêu biên và điện áp rasẽ không được đảm bảo, lúc đó phải yêu cầu phương pháp quá điều chế.

2 Ung dụng phương pháp điều chế vector không gian cho IMC

(SV-PWM)Luận văn nay chọn phương pháp điều chế vector không gian cho cả hai tangchỉnh lưu và nghịch lưu của bộ IMC để thực hiện Phương pháp điều chế độ rộngxung vector không gian (SVPWM) được sử dụng phổ bién nhờ các wu điểm

Như có đáp ứng đầu ra với sóng bài thấp, tâm điều khiển tuyén tính được mởrộng hơn phương pháp SPWM, dễ dàng thực hiện bởi các hệ thong số

IMC gồm có hai tầng biến đổi công suất là tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu Cahai tầng đều sử dụng phương pháp SVPWM để điều chế, tạo ra tín hiệu đóng cắt chocác khóa công suất Tuy nhiên, cách điều chế của hai tần là khác nhau nên phải có sựliên kết giữa hai tần chỉnh lưu và nghịch lưu Những van dé nêu trên sẽ được tuần tựdé cập ở các mục bên dưới

II Điều chế vector không gian cho tầng chỉnh lưu

1 Định nghĩa sector và phân tích mach cho tầng chỉnh lưu

Dé đơn giản cho quá trình phân tích, giả sử hệ sô công suat của lưới điện vào băng1 Hệ qua là dòng điện và điện áp ngõ vào sẽ cùng pha với nhau

Định nghĩa sector của tang chỉnh lưu

Tang chỉnh lưu được chia lam 6 sector dựa trên việc xác định góc của điện áp ngõvào như Hình 6 Bởi điện áp nguồn ba pha cân bằng, nên trong một sector chỉ có duynhất một điện áp pha ngõ vào với giá trị tuyệt đối lớn nhất Ví du, trong sector 1 Veacó tri tuyệt đối lớn nhất, trong sector 2 thì Vạc có tri tuyệt đối lớn nhất

Hai phan trong 1 sector và mạch tương đương mỗi phan

Dé giữ giá trị trung bình là không đổi trong suốt quá trình đóng cắt, ta chia mộtchu kỳ đóng cắt làm hai phần tạm gọi là phần có điện áp cao và phần có điện áp thấp

Điện ap DC được coi là điện áp trung bình trong một chu ky Vi giá trị điện ap phathay đổi liên tục Bang cách thay đổi thời gian tích cực của mỗi phan sao cho điện ápDC tạo ra là không đôi, ta có thé tạo ra một DC-Link cân băng về điện áp

+ Ví dụ, xét sector 1, y dương và có giá trị tuyệt đối lớn nhất y_ âm và có độ lớn

Bgiam dan vé 0, v, cũng âm nhưng đó độ lớn tang dan từ 0 đến 2 Tá Như vậy ta có

Haithé tạo ra hai điện áp dây lớn nhất trong sector 1 là v„ =|y,—y,a DỌ Vac — Vụ —,

điện áp dây v„ và v,, cũng chính là hai điện áp năm ở phân | và phân 2 của chu kyđóng cắt dé tạo ra điện áp DC trung bình không đổi

Va Vb Vc

— —~ —~

Input sector 6 1 2 3 4 5

Modulated Sw Sap Scp Sbn Sen Sap Sbp San Sen Sbp Scp Sbn Sạn

ON Switch Si S S Si S_ Ss

Hinh 6 Định Nghia sector phan chỉnh lưu

12HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Phần 1: Điện áp y,, sẽ được tao trên DC-Link bang cách nối pha A của nguôn lêncực dương của DC-Link và pha C của nguồn vào cực âm của DC-Link Dé làm đượcviệc đó, ta đóng các khóa S,, và s „ của tan chỉnh lưu như trong Hình 7 Như vậy

điện áp DC-Link lúc này la v,, =|y —v,

+

Sap \Sbp \SepVa

Vb °Bo, Vdc=Va-Vc

ve H@)

= \san Ỷ Scn

Hình 7 Tang chỉnh lưu tao điện áp Vac

Phân 2: Điện áp v„ sẽ được tạo trên DC-Link băng cách nôi pha A của nguon lêncực dương của DC-Link và pha B của nguồn vào cực âm của DC-Link Dé làm đượcviệc đó, ta đóng các khóa S,, và S,, cua tan chỉnh lưu như trong Hình 6 Như vậy

điện áp DC-Link lúc này là v,, =|v, — v,|

Hình 8 Tang chính lưu tạo điện áp Vab

Ta thay răng trong một chu kỳ đóng cat ở sector 1, pha A nguồn luôn được kết nôivới cực dương của DC-Link trong khi cực âm luân phiên được pha B và pha C kết

13HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

nối vào Hình 9 cho ta thay được cach hình thành điện ap DC-Link ở sector 1 Gia triđiện áp trung bình trên DC-Link sẽ nam giữa hai giá trị điện áp pha là Vino Vacs

Ta co:

Ứ„ — Vac + AV ap (6)

Với

v„, w„ là gia trị điện ap day

d,,, đ là tỷ lệ thời gian tích cực tương ứng của v„ v„

aa :

VacVa-Vb Ì Vac=Va-Vb

Hình 9 Cách tạo ra điện ap ở DC-Link cho sector 1

Bang 1 Các khóa đóng cũng như điện áp tao ra trên hai phan

Sector Phan 1 Phan 2

ON Vac ON Vdc1 Son, Sap Vsa- Vsb Sen, Sap Vsa- Vsc2 Sbp, Sen Vsb - Vụ Sap, Sen Vsa- Vsc3 Sen, Sbp Vsb - Vsc San, Sbp Vsb - Vsa4 Sep, San Vsc - Vsa Sbp, San Vsb - Vsa

14HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

5 San, Sep Vụ - Vsa Son; Sep Vụ - Vsb6 Sap, Son Vsa - Vsb Scp; Sbn Vsc - Vsb

Iba

Hình 10 Biểu do vector không gian của tang chỉnh lưn.

Bang | cho ta thay được những trạng thái tương ứng của các khóa ở phía chỉnh lưuvà điện áp một chiêu DC của mỗi trạng thái Những khóa mà không được đê cập trongbảng thì luôn luôn off.

3 Thời gian đóng ngắt của các khóa tầng chỉnh lưu

Biểu đồ vector không gian của tầng chỉnh lưu Hình 10 gồm 6 vector dòng điệnchuẩn Mỗi vector dòng điện chuẩn thé hiện sự kết hợp của điện áp pha ngõ vào chođiện áp một chiều DC Ví du, vector lạy thé hiện sự kết hop của điện áp vào pha A(cực dương cua DC) và pha B (cực âm cua DC).

Nêu ta giả sử răng vector dòng điện vào mong muôn lin năm trong sector 1, ta có

thé tong hợp vector I, từ hai vector liền kể là 7, 1, ab 2” ac

đ và d, tương ứng là thời gian tích cực của hai vector dòng điện Ll :

Như vậy, tỉ lệ thời gian đóng của hai vector I, , I được xác định như sau

d, =m, sin(z/6+a,) (9)

Trong công thức 8 va 9, TM, là chi sô điêu chê cua tang chỉnh lưu, ø; là góc cua

vector dòng điện đâu vào J, O tang chỉnh lưu, các vector zero bị lược bỏ nhăm mục đích nâng cao tôi da giá tri

điện áp DC-link đồng thời giảm tốn hao đóng cắt cũng như đơn giản trong quá trìnhchuyển mạch Vậy tỉ lệ thời gian đóng của hai vector chuẩn được tính lại như sau:

3 71/2 51/6 -Va/ Vb -VcÍVb

4 51/6 776 -Vb/Va -VcÍVạ5 71U6 97/6 -Vb/Vẹ -Vạ/Vẹ6 97/6 1112/6 -Vạ/Vb -VcÍVb

16

HVTH: Nguyễn Chân Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Dũng

Trong một chu kỳ lấy mẫu, điện áp một chiều DC sẽ nhận hai giá trị điện áp dâyVab Va Vac (xét tai sector 1) với tỉ lệ thời gian đóng tương ứng là dab và dac Do đó, giátrị trung bình của điện áp một chiều được xác định như sau:

3F

V„=d.V +d,V,=~đc ac” ac ab” ab 2 cosa,t (12)

Gia tri trung binh cua dién ap mot chiều là một biến thay đổi theo tần số vào Vậygiá trị trung bình lớn nhất và nhỏ nhất là:

Ibe 0 ipc+ inc |2; „ NB n/2

Iba lDC- IDC+ 0 2i, „x3 -51/6

lca lDC- 0 inc+ |27„, / 43 -51/6

lob 0 IDC- IDC+ 21, / 43 -7U2

II Điều chế vector không gian cho tầng nghịch lưu

1 Định nghĩa sector của tầng nghịch lưu

Tang chỉnh lưu được chia làm 6 sector dựa trên việc xác định góc của điện áp ngõra mong muốn như Hình 11

17HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

+——

Sector l ——— — — —= — | 4

*

3 6Hình 11 Định nghĩa sector phía nghịch lưu

Vector không gian của điện ngõ áp ra mong muôn được định nghĩa như sau:

dic

Vo =Vo -Vo2 = Ric + —

dt

18HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

Áp dụng phép biên doi Park

oF Gout (16)<

2— " 72z/3 74z/3)_—_

out =F (v4 + Vpe + Voce )=Vou

Gọi tắt r¿=r„~¿›=1⁄a¡„ tương tự cho pha B và C

Bang 4 Các vector cua tang nghịch lưu

Loại Inverter 1 Inverter 2 Đô lớn và góc

vector vector | Sapl, Sbpl, | Sap2, Sbp2, — nha ©

Scpl Scp2 P

14 100 011 = £0V25° 110 001 5 LV

17? 100 11174’ 111 01165° 101 001 2

23° 110 010 30c

74’ 111 01118' 100 00027' 110 11175° 111 00116° 100 101 2m

28° 110 000 343 Voc

85° 000 00134° 010 01137 010 111

716° 111 101

86° 000 101 2 2m

38° 010 000 343 Voc

45° 011 001Vector | 21° 110 100nhỏ 47 011 111

81° 000 10056° 001 101 2

48” 011 0007 111 10082° 000 11043° 011 01061” 101 100 2 4m

58° O11 000 343 Voc

57° 011 11172’ 111 11073° 111 01054° 001 01112° 100 110 2 5m

83° 000 010 343 Voc

68° 101 00067 101 111HH 100 10022° 110 11033° 010 010

Không 44° 011 011 0

55° 001 00166° 101 1017° 111 111

20HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

SỐ” 000 00078° 111 00087° 000 111

> Sap1, Sbp1, Sep1 Và Sap2, Sbp2, Scp2 tương ứng là trang thai của các khóa

high side cua inverter 1 và inverter 2 với quy Ước:

e 11a trang thai khóa (on)e 0 là trang thai khóa (off)

e - Các Khóa ở low side được hiểu ngâm rằng sẽ có trạng thái ngược lại với

khóa high side

> Trạng thái của các vector được thê hiện trong Bảng 5

> Ký hiệu AB’ với A là trạng thái của inverter 1 và B là trạng thái của inverter

2 Dau phẩy dé phân biệt giữa inverter 1 va inverter 2 các giá trị của A, B có thé tra

trong

Trạng thái các khoá của các vector.

Bang 5 Cac vector cua moi inverter nho

Vector Ky hiệu trạng Các khóa Ở

thái khóa trạng thái (on)

Hình 13 giảng do vector ba bậc

Bảng 4 và Hình 13 cho ta thấy sự biểu diễn của các trạng thái đóng cắt trên mặtphang hai chiều nhưng lại không thé hiện được các mức điện áp khi đóng cat gây rakhó khăn trong việc tối ưu chuỗi trạng thái đóng cắt khi ta thực hiện kỹ thuật điều chế

độ rộng xung (PWM).Mỗi trường hợp kết nối của các khoá cho ta một vector điện áp ngõ ra Câu tạophân nghịch lưu là sự kết hợp của hai bộ nghịch lưu ba pha hai bậc dé cho ra ba mứcđiện áp trên tải Ta lay ví dụ cho pha A của bộ nghịch lưu

Inverter | Inverter 2

Hình 14 Trưởng hop possitive

22HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quéc Diing

Trường hợp P (positive): bộ nghịch lưu thứ nhất nói lên cực dương của DC-Linktrong khi đó, bộ nghịch lưu thứ hai nối xuống cực âm của DC-Link Kết quả tạo rađiện áp có giá trị v,, lên hai dau của tải như Hình 14.

: Sapl Vr! \Scpl Sap2 \Sbp2 X Sep2

DC-Link | TOO WW +\Sani Ngôi y Woon? Woon2 fsVv i

Hình 16 Trường hop tang nghịch lưu tao ra 0V

Trường hợp O (Zero): Ở hai trạng thái như Hình 15 và Hình 16 pha A của cả hai

bộ nghịch lưu cùng nôi xuông cực âm hoặc cực dương của nguồn làm cho điện áptrên tải lúc này băng không

23HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Hình 17 Trường hop tang nghịch lưu tạo ra điện ap negative

Trường hợp N (Negative): pha A của bộ nghịch lưu thứ nhất nối xuống cực âmcủa DC-Link trong khi đó, bộ nghịch lưu thứ hai nối lên cực dương của DC-Link.Kết quả tạo ra điện áp có giá trị - V,„ lên hai đầu của tải như trường hợp Hình 17

Trong một pha, ta có bốn kiểu kết nối là + -, + +, - -, - + Vậy ta có 4°=64 trạngthái đóng cat các khoá Tuy có 4 kiểu kết nối nhưng hai khiéu kết nối vector Zero là+ +, - - có tác dụng như nhau, đều tạo ra điện áp bang không trên tải nên ta chi có 3°=27 vector điện áp được biểu diễn trên mặt phăng như Hình 18 Từ lý do nay, ta nênsử dụng giản đồ của Hình 13 cho việc điều khiển tần nghịch lưu và giản đồ vectorHình 18 cho việc tối ưu hoá chuỗi đóng cắt

24HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

NNF ONP PNPHình 18 giảng do để thiết kế chuyển mach

Quy tắc chuyển mạch là một điều rất quan trọng trong điện tử công suất Nguyêntắc chuyên mạch tốt có thể giúp giảm tôn hao, giảm dv/dt do quá trình đóng cắt cũngnhư hạn chế nhiễu điện từ Nguyên tắc chung của quy tắt chuyển mạch là hạn chế sốlần chuyên mạch và nhảy cấp đến mức thấp nhất có thể Hình 19 là quy tắt chungđược sử dụng trong đề tải cho phần nghịch lưu

Quy tắt chuyền mức: Ta sẽ chuyển mạch từ P qua O hoặc từ N qua O và ngược lạinhư Hình 19, tránh trường hợp chuyền mach từ P qua N va N qua P vì như vậy, mứcđiện áp sẽ thay đổi giữa Vde và — Vdc tao ra các gai điện áp dv/dt lớn, tạo ra quá áptrên linh kiện va ton hao đóng cắt

25HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Quy tắt đóng cắt: dé hạn chế tôn hao do quá trình đóng cắt, ta nên chọn các vectortrong chuỗi đóng cắt sao cho mỗi lần chuyền đổi từ vector nay sang vector khác thichỉ có một khoá bị thay đổi trạng thái.

Vị dụ: ta sẽ thực hiện chuyển mach theo chuỗi như sau nếu vector Vo có độ lớn

lớn hơn Sử, và có góc nằm trong khoản từ 0 đến °

PNN - PON - POO - PON - PNN

4 Thời gian đóng ngắt của các khóa 6 phía nghịch lưu

Thuật toán điều chế vector không gian cho bộ nghịch lưu truyền thông cũng đượcứng dụng tương tự vảo tầng nghịch lưu của bộ IMC, với 3 điện áp pha ngõ ra

Vuiw, Vviv2 và Vwiw2 được cung cap bởi điện áp một chiêu DC.

Vector không gian của điện áp ngõ ra mong muôn:

2 27 27

— I=

Trong do: @, là góc vector điện áp ra mong muôn.

Dé tính toán duty cycles của các vector chuẩn va vector không, trị trung bình củađiện áp một chiều phải được xác định Ở tần nghịch lưu, có tong cong 64 trang thaiđóng cat nhưng ta chỉ có 19 vector vi có những trạng thái trùng lập Cac vector đượcsắp xếp trên mặt phăng hai chiều như Hình 13

26HVTH: Nguyễn Chan Việt GVHD: PGS.TS Phan Quốc Dũng

Ở Hình 13 ta có định nghĩa về sector và sub-sector như sau:

e Sector: là vùng được giới hạn giữa hai vector lớn kể nhau

Ví dụ ta có sector 1 năm trong khoản từ 0 đến 3 được giới hạn bởi hai vector lớnlà 14’ và 25’ như Hình 13 Bên dưới, ta có bản tổng kết các sector và giới han của

chúng.

Bang 6 giới han cua các sector

sector Góc giới han Vector giới hạn1 0S 14’ và 25'

2 zi" 25° va 36°

3 73 \27 `3 - 7 36’ và 41’4 7 => " 41' và 52’