Luận văn thạc sĩ Tự động hóa: Mô phỏng và thực nghiệm điều khiển Sensorless động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng bộ biến đổi ma trận

Nhiều mô hình chuyền đổi côngsuất hiện đại và các phương pháp điều khiển khác nhau được đưa ra, trong đó bộ biếnđối ma trận là một trong những giải pháp linh hoạt, tin cậy và thu hút rất

NGUYEN KHÁNH TỪ TAM

MÔ PHONG VÀ THUC NGHIỆM DIEU KHIỂN

SENSORLESS DONG CƠ KHÔNG ĐÔNG BOQ BA PHA

SỬ DỤNG BO BIEN DOI MA TRAN

Chuyên ngành : Tự động hóaMã sô: 605260

LUẬN VÁN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 12 năm 2012

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

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

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 (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SY

Ho và tên hoc viên: NGUYEN KHANH TU TAM _ Phái: NAM

Ngày, thang, năm sinh: 10/10/1986 Noi sinh: Quang NamChuyén nganh: Tw dong héa MSHV: 10150050

I Tén dé tai:

I.

Il.IV.

MO PHONG VA THUC NGHIEM DIEU KHIEN SENSORLESS

DONG CO KDB BA PHA SỬ DUNG BO BIEN DOI MA TRAN

Nhiém vu dé tai:- Nghiên cứu bộ biến đối ma trận và các giải thuật điều biến vòng hở.-Nghiên cứu các giải thuật ước lượng tốc độ động cơ KĐB 3 pha.- Xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển định hướng trường từ thông

rotor két hợp điêu khiên sensorless động co KDB 3 pha.

- Thiết kết va thi công phần cứng bộ biến đổi ma trận.- Lâp trình điều khiến sensorless động cơ KĐB, kiểm chứng các kết quả

thực nghiệm đạt được so với mô phỏng.Ngày giao nhiệm vụ: 04/07/2011Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/11/2012

Họ và tên cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn NhờCÁN BỘ HƯỚNG DÂN CN BO MON QL CHUYEN NGANH

PGS.TS NGUYEN VAN NHO

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Nhờ

đã tận tình giúp đỡ, truyền dat cho tôi những kiên thức, kinh nghiệm quý báu détôi có thê hoàn thành được luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn TS Huỳnh Thái Hoang, người thầy hướng dẫnluận văn ở bậc đại học, đã cho tôi những kiến thức và định hướng trong việcphát triển luận văn ở bậc thạc sĩ sau này

Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô khoa Điện —Điện Tu, đặc biệt là các thay cô trong bộ môn Điều khiến Tự Động đã cho tôimột nên tảng kiến thức nhất định dé có thé tiếp tục theo đuôi đam mê nghiên

cứu của mình.

Xin cám on Gia đình và những người bạn than đã luôn bên cạnh độngviên và giúp tôi vượt qua những khó khăn trong học tập cũng như trong cuộcsông.

Tp Hỗ Chí Minh, ngày 12/12/2012

Nguyễn Khánh Từ Tâm

BANG Ki HIỆU VÀ CHỮ VIET TAT -++-+ceiieeeeeeeeeree i

TOM TAT NOI DUNG LUAN VAN HH HH HH vu 14

Chương 1: BỘ BIEN DOI MA TRAN Ị

1.1 Tổng quan về lược sử phát triển bộ biến đổi ma trận - 2

1.2 _ Nguyên lý điều khiển bộ biễn đổi ma trận - ¿5 552 +22 2£ czecsezsccr 61.3 Các phương pháp điều chế của bộ biến đổi ma trận - 2s: 201.3.1 Giải thuật điều chế Venturini ‹-c c2 2222 s+ssxxxs2 101.3.2 Giải thuật điều chế vectơ không gian - c2: l51.3.3 Giải thuật điều chế sóng mang -.-c- ca 201.4 Phương pháp chuyển mạch bốn bước cho bộ biến đôi ma trận 23

1.4.1 Giải thuật bốn bước chuyển mạch theo dòng tải - 23

1.4.2 Giải thuật chuyển mạch bốn bước theo áp vào -. : 23

Chương 2: ĐỘNG CƠ KHONG DONG BO VA CÁC PHƯƠNG PHAPDIEU KHIỂỂN cece cece ee eeenneneeeeeeeeeeeeeee ees esaaaaeeeeeeeeeeeeteeees 492.1 Tổng quan về động co KĐB - 5-52 2 22223 323212 1 3 121 1511 2x rve, 322.1.1 Tầm quan trỌng - -cc c2 SH SH ng nh Thy như như như chày 252.1.2 Cấu tạo và đặc điểm của động cơ KĐB 27

2.1.3 Sơ đồ mạch điện tương đương của động cơ KĐB 28

2.1.4 Phép biến đôi hệ trục tọa độ trong mô hình hóa động cơ KĐB 30

2.1.5 M6 tả các phương trình DCKDB trong hệ tọa độ đứng yén Sfator 31

2.1.6 Mô tả các phương trình DCKDB trong hệ tọa độ quay rotor 32

2.2 Các phương pháp điều khiến động cơ KĐB - -c c<- s2 492.2.1 Phương pháp điều khiến định hướng theo vecto từ thông rotor 382.2.1.1 Động co KDB cấp bởi nguồn dòng - -< ees 342.2.1.2 Động co KDB cấp bởi nguồn áp - - c2 cccccccc sees 38

hướng trường trực tiẾp - -cc cà sees 32

2.2.1.3.2 Ước lượng gián tiếp (feed-forward) từ thông rotor 46

2.2.2 Phương pháp điều khiến trực tiếp moment (DTC) 49

Chương 3: DIEU KHIỂN SENSORLESS DONG CƠ KHONG DONG BỘ 683.1 Han chế của phương pháp ước lượng tốc độ chi dựa trên mô hình động co 53

3.2 Ước lượng tốc độ vòng kín cho động cơ KĐB - - 68

3.2.1 Điều khiến thích nghi mô hình chuẩn MRAS - - 63

3.2.1.1 Điều khiển MRAS thông thường - 58

3.2.1.2 Điều khién MRAS cải tiễn có chứa mang neuron 2 lớp 63

3.2.2 Điều khiến thích nghi sử dụng bộ quan sát trạng thái Luenberger 68

Chương 4: MO PHONG CAC THUAT TOÁN UOC LƯỢNG TRONGDIEU KHIEN RFOC DONG CƠ KĐB - cài4.1 M6 hinh va thong số của hệ thống "VẢ 694.2 Kết quả mô phỏng của điều khiển động cơ KĐB dựa trên RFOC khi sửdụng các thuật toán ước lượng cccccc< << 4942.1 Điều kiện thông số động cơ CO định -.ccccccccc cà: 794.2.1.1 Kết qua mô phỏng khi sử dụng khối MRAS thông thường 75

4.2.1.2 Kết quả mô phỏng khi sử dụng khối MRAS có chứa ANN 2 lớp 774.2.1.3 Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ ước lượng trạng thái LO 79

4.2.1.4 Nhận Xét LH TH TT nu nh nhu chày 79

4.2.2.2 Kết quả mô phỏng khi sử dụng khối MRAS có chứa ANN 2 lớp 814.2.2.3 Kết quả mô phỏng khi su dụng bộ ước lượng trạng thái LO 82

4.2.2.4 Nhận X€t oe ccc eee nee eee eee e eee nett ene e neat ena kh 83

Chương 5: THIET KE VÀ THI CONG PHAN CỨNG 9]5.1 Sơ đồ khối và mô hình của hệ thống + 2 2 2 2+2 £££+E£e£+zzxzxd $55.2_ Các khối chức năng chính của hệ thống 2225552 55252 £+£zzszs2 915.2.1 Vi điều khiển TMS320F28335 - Seo 86

5.2.2 FPGA Spartan Š3E nhe Ñ 7

5.23 Mạch nguồn ¬— S7

5.24 Mach kích lái IGBÏT 88

5.2.5 Mạch cảm biến dòng và ấp - sec cccccceeeerersseeee — BO

6.1 Thông số thực nghiệm - - ©7772 C2E2E2EEE SE SE xe 92

6.1.1 Thông số phần cứng - ¿+ + 2E SE+EEE+E#EEEEEEEEEESESEEEEEEkrrrrrreeg 926.1.2 Sơ đồ điều khiến csccctrieherrrieerrirrreiirerriee 936.1.2.1 Sơ đồ điều khiến thực hiện trên DSP -.-‹-¿ 92

6.2.1 Phuong pháp ước lượng MRAS thông thường 956.2.2 Phương pháp ước lượng sử dụng bộ quan sat trạng thái Luenberger

BANG KY HIEU VA CHỮ VIET TAT DUNG TRONG LUẬN VANMC Bộ biên đôi ma trận

MARS Hệ thong điêu khiến thích nghi mô hình chuẩnANN Mạng thân kinh Neuron nhân tạo

FLC Fuzzy logic control

DCKDB động cơ không đông bộKĐB không đông bộ

AC điện xoay chiêu (Anternating Current)DC điện một chiêu (Direct Current)

RFOC điêu khién định hướng từ thông rotor (Rotor Field Oriented Control)DTC điều khiến trực tiếp moment (Direct Torque Control)

VSI Voltage Source InverterCSI Current Source Inverter

PWM điêu rộng xung (Pulse Width Modulation)

CPWM Carrier Pulse Width ModulationSPWM Sine Pulse Width ModulationSVPWM Space Vector Pulse Width ModulationIGBT Insulated Gate Bipolar TransistorPI Proportional Integral

THD Total Harmonic Distortion

( ) biéu thức toán học hoặc hình minh hoa[ tài liệu tham khảo

f,@=a,b,c) ký hiệu dùng trong biểu thức hệ toa độ abcf, j=a,B ký hiệu dùng trong biéu thức hệ tọa độ đứng yên aff x=d,q_ ky hiệu dung trong biểu thức hệ tọa độ quay dq

Sieg s f* giá tri tham khảo, gia tri dat

y,(i= x,y)

= `" J¬¬

>

> a¬ =“ œ

vector từ thông trong hệ quy chiêu x,y bat kỳ (A;)

vector không gian dòng điện mạch từvector không gian điện ap statorvector không gian điện áp rotorvector không gian dòng điện statorvector không gian dòng điện rotorvector không gian từ thông rotorvector không gian từ thong statorgóc giữa vector điện ap stator với trục @sóc giữa vector từ thong stator với trục zsóc giữa vector từ thông rotor với trục ø

tân số nguôn điện (Hz)tân số dòng điện rotor (Hz)tộc độ sóc rotor (rad/s)tốc độ quay của từ thông rotor (rad/s)tốc độ góc hệ quy chiếu bất kỳ (rad/s)điện kháng tản của cuộn dây quân rotor (H)điện kháng tản của cuộn dây quan stator (H)hỗ cảm giữa stator va rotor (điện cảm từ hóa) (H)

điện cam rotor (H) (L, = L,, +L;,)điện cam stator (H) (L, = L,, +)

điện trở dây quan rotor (Q)điện trở dây quan stator (Q)

moment dién tu dong co (N.m)moment tai (N.m)

moment quán tính (kg.m’)

dién ap mot chiều của bộ nghịch lưu (V)số đôi cực từ của dây quan stator

tốc độ đông bộ (vòng/phút)tốc độ rotor (vòng/phút)hệ số trượt

dòng điện startor pha a,b,c

thành phan dòng điện rotor trong hệ toa độ đứng yên stator (a) trên trục ơthành phân dòng điện rotor trong hệ quy chiéu đứng yên stator (ơB) trên trục Bthành phan dòng điện stator trong hệ toa độ đứng yên stator (ơœ) trên trục ơthành phan dòng điện stator trong hệ tọa độ đứng yên stator (œB) trên trục Bthành phan dòng điện rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục d

thành phan dòng điện rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục qthành phan dòng điện stator trong hệ quy chiéu quay dq trên trục dthành phan dòng điện stator trong hệ quy chiéu quay dq trên trục qthành phân điện áp stator trong hệ tọa độ đứng yên stator (a) trên trục ơthành phân điện áp stator trong hệ tọa độ đứng yên stator (œB) trên trục Bthành phân điện áp rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục d

thành phân điện áp rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục q

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Oo Giới thiệu chung

+ Bộ biến đổi ma trận (MC)Ngày nay, cùng với các bước tiễn có ý nghĩa trong công nghệ biến đổi công suấthiện đại, nền công nghiệp đang đòi hỏi một sự thay thế thích hợp cho các bộ biến đổicông suất với các bộ nghịch lưu điện áp truyền thông Nhiều mô hình chuyền đổi côngsuất hiện đại và các phương pháp điều khiển khác nhau được đưa ra, trong đó bộ biếnđối ma trận là một trong những giải pháp linh hoạt, tin cậy và thu hút rất nhiều sự quantâm nghiên cứu trong lĩnh vực điện tử công suất Đến nay, bộ biến đổi ma trận đã cócầu tao và các phương pháp điều khiến tương đối hoàn chỉnh Việc sử dụng bộ biến đôima trận đã được ứng dụng vào công nghiệp ở một số nước tiên tiến và hứa hẹn sẽ trởthành một mô hình hoàn thiện theo đà phát triển của công nghệ

Bộ biến đôi ma trận là một bộ chuyển đổi AC-AC có khả năng chuyển đôi dạngsóng điện áp ngõ vào thành điện áp ngõ ra hình sin với tỉ số điều chế tối đa 0.866, hệsố công suất ngõ vào bang 1 Hệ thống ba pha của bộ biến đôi ma trận gồm 9 công tắchai chiều được phân bố theo ma trận 3x3 như hình 1 Việc phân bố các công tắc bándẫn 2 chiều như vậy để các pha ngõ ra có thé được kết nối với các pha ngõ vào trongbat kì khoảng thời gian đóng ngắt nào Các công tắc được điều khiển sao cho điện ápngõ trong bất kì khoảng thời gian đóng ngắt nảo Các công tắc được điều khiến sao

cho điện áp ngõ ra trung bình có dạng sóng sin với biên độ và tân sô mong muôn.

Đối với các biến tân truyền thống, ngoài hai bộ phận chỉnh lưu và nghịch lưucòn yêu cầu bắt buộc phải có tụ điện đủ lớn để tích lũy năng lượng Các tụ điện loạinày trong công nghiệp thường công kênh, đất tiền, có tính dung nạp thấp đối với nhiệt

độ cao và tuôi thọ tương đôi ngăn.

Bộ biến đối ma trận có thé được xem là “giải pháp toàn bán dẫn” của vandé chuyển đổi công suất AC-AC So với mô hình chỉnh luu/nghich lưu thông thường,bộ biến đối ma trận có nhiều ưu điểm Cấu trúc của nó không đòi hỏi bộ lưu trữ nănglượng băng liên kết DC Điều này loại trừ được các nhược điểm do tụ điện gây ra, dođó một hệ thống chuyên đổi gọn nhẹ va hiệu quả có thé được thiết kế

Với việc giảm giá thành của các sản phẩm bán dẫn trong những năm gần đây bộbiến đổi ma trận đã trở thành một sự thay thế hấp dẫn cho các bộ chuyền đổi đấu lung(back to back converter) Những giải pháp hiệu quả va cải tiến cho bộ biến đổi ma trậnsẽ đây mạnh quá trình thương mại hóa của bộ chuyến đổi này trong các ứng dụng nhưcác thiết bị động cơ liền máy, hàng không và các ứng dụng thủy lực nơi mật độ côngsuất, không gian và khối lượng đóng vai trò chính Trong thực tế, hiện nay ở một sốquốc gia phát triển, bộ biến đôi ma trận với công suất tới hàng chục Megawatt đã đượcứng dụng vào công nghiệp ở một số quốc gia phát triển, và nghiên cứu ở một số trườngđại học trên thế giới (Nottingham )

+ Diéu khiển Sensorless động cơ không đồng bộTrong các hệ thống truyền động, việc gắn cảm biến trên trục máy là nói chungkhông được mong đợi vì một số lý do Đầu tiên phải nói đến chi phí đáng kế Thứ hai,việc gắn kết chúng đòi hỏi máy phải có 2 dau trục ra, 1 đầu trục kết nối cảm biến, vàđầu còn lại để kết nối với khớp tải Thứ ba, các tín hiệu điện từ các bộ cảm biến trụcphải được đưa vao vi xử lý và sensor cần phải có nguồn cung cấp Cuối cùng, sự hiệndiện của cảm bién trục làm giảm đi độ bền cơ học và độ tin cậy của máy Vì tất cả cácnguyên nhân trên, trong quá khứ, đã có nhiều nỗ lực đáng kế nhằm loại bỏ van đề kết

noi encoder lên trục máy Tuy nhiên các thông tin liên quan đên toc độ hoặc vi tri cua

trục rotor vân cân thiệt cho việc điêu khiên vi trí hoặc toc độ vòng kín ngay cả khikhông cài đặt cảm biên trục Do đó, tôc độ (và / hoặc vi trí) có thê được ước tính băng

cách nào đó, từ các đại lượng điện dễ đo lường (điện áp và dong stator).Van dé điều khiển vectơ sensorless 1 động co KDB đã thu hút sự chú ý rộng rãitrong những năm gan đây.Nhiều nỗ lực đã được thực hiện trong quá khứ dé suy ra tínhiệu tốc độ của động cơ KDB từ dòng và điện áp stator do được Các nỗ lực đầu tiên bịgiới hạn về mặt giải thuật khi giải pháp chỉ có giá trị trong miền hoạt động 6n định vàchỉ có thé được sử dụng trong các ứng dụng truyền động chi phí thấp, không yêu cầukhả năng đáp ứng động cao Trong khi ở truyền động không cảm biến của các ứngdụng có hiệu suất cao, thông tin về tốc độ và điều khiển phải được cung cấp với độchính xác đến 0.5% hoặc tốt hơn, từ zero đến tốc độ cao nhất, cho mọi điều kiện hoạtđộng và độc lập với các cấp độ bão hòa, với sự thay đổi của các thông số Do vậy, cáckĩ thuật điều khiển không cảm biến ma vẫn dam bảo chất lượng hệ thống đòi hỏi tinh

Cấu hình tong quát của mô hình điều khiến sensorless động cơ KĐB sử dụngbộ biến đổi ma trận được minh họa ở hình 2 bên dưới.

Điện ap ngõ vào

t%_=

„+ i +, H

—>Œœ- Pl 1@ a! Giải

- T1 dq thuat Gate nik ghtJ ok Bộ biên doi

i Uu diéu driver ma tran

lượng wi z8

nền

Hình 2 Mô hình tổng quát diéu khiển sensorless động co KĐB sử dụng bộ biến đổi ma

trậno Nội dung thực hiện luận văn

- _ xây dựng hoàn thiện một mô hình thực nghiệm bộ biến đổi ma tran, sử dụng tải

động cơ.

- Tim hiểu lý thuyết về các phương pháp điều biến để điều khiển bộ biến đổi matrận, chủ yếu tập trung vào 2 phương pháp: điều biến dùng sóng phương pháp

sóng mang và vector không gian Mô phỏng và thực nghiệm các phương pháp

điều biến này.- Xây dựng chương trình mô phỏng và thực nghiệm điều khiển định hướng

trường theo từ thông rotor (RFOC) động cơ không đồng bộ cấp nguồn bang bộ

- - Xây dựng mô hình toán các mô hình ước lượng tốc độ động co KDB: mô hìnhMRAS, MRAS cải tiễn và bộ quan sát trạng thái Luenberger.

- Dựa trên các mô hình toán đã xây dựng, tiễn hành mô phỏng và thực nghiệmđiều khiến Sensorless động co KDB sử dụng bộ biến đổi ma trận

- Dua trên những kết quả có được từ mô phỏng và thực nghiệm đưa ra đánh giá,kết luận và hướng phát triển cho đề tài

o Cau trúc của luận văn:Cấu trúc luận văn gồm có 7 chương như sau:Chương 1: Bộ bién đổi ma trận

Chương 2: Động cơ không dong bộ và các phương pháp điều khiểnChương 3: Diéu khién Sensorless động cơ không dong bộ

Chương4: Mô phỏng các thuật todn ước lượng toc độ trong mô hình điều khiển

RFOC động cơ KPB.

Chương 5: Thiết kế và thi công phần cứngChương 6: Kết qua thực nghiệm điều khiển Sensorless động cơ KDB sử dụng bộ biến

đổi ma trậnChương 7: Đánh giá và định hướng phát triển của dé tài

Tôi xin cam kết các nội dung lý thuyết trình bày trong luận văn nay là do tôitham khảo các tài liệu và biên soạn lại, tất cả các kết quả mô phỏng, thực nghiệm đềudo chính bản thân tôi tự làm ra, hoàn toàn không phải sao chép của từ bất kỳ một tài

liệu hoặc công trình nghiên cứu nào khác.

Nếu tôi không thực hiện đúng các cam kết nêu trên, tôi xin chịu hoàn toản trách

nhiệm trước ky luật của nhà trường cũng như pháp luật Nhà nước.

Nguyễn Khánh Từ Tâm

dụng ki thuật điều biến PWM vốn được sử dụng trong các bộ biến đôi nguồn áp chuẩn.

Khái niệm này còn được biết đến như là một phương pháp hàm “chuyền đổi gián tiếp”.Vào năm 1985-1986, Ziogas et al đã xuất bản 2 bài báo dé mở rộng ý tưởng liên kết de

ảo của Rodriguez kèm theo một giải thích toán hoc chặt chẽ Vào năm 1983 Braun và

năm 1985 Kastner và Rodriguez đã dé cập đến việc sử dung vector không gian vaoviệc nghiên cứu và điều khiển bộ biến đổi ma trận Bằng thực nghiệm Kastner vaRodriguez đã cho thay bộ biến đổi ma trận với 9 công tắc xoay chiều có thể được sửdụng một cách hiệu quả trong việc điều khiển vectơ của một động cơ không đồng bộvới chất lượng của dòng điện ngõ ra và ngõ vào cao Năm 1989, một số bài báo đượcxuất bản đã vận dụng nguyên tắc của điều biến vector không gian dé điều khiển bộ biéndoi ma trận cùng với các van dé về điều biến Các phương pháp điều biến dựa trênphương pháp Veturini được xem như “các phương pháp trực tiếp” Trong khi các

Ngày nay, van dé nghiên cứu bộ biến đổi ma trận được phát triển theo haitrường phái chủ yếu: trường phái Vectơ không gian (VTKG) và trường phái Sóngmang Trong khi trường phái VTKG thể hiện ưu điểm trong bề dày nghiên cứu lâu đờivới các giải thuật đã được chuẩn hóa thì trường phái Sóng mang thể hiện tính mới mẻtrong cách tiếp cận, tính đơn giản trong giải thuật và khả năng kiểm soát chất lượngMC tương tự phương pháp VTKG Các công trình công bố đáng chú ý của phương

pháp Sóng mang là của các nhóm tac giả Y.D.Yoon [6| va Yulong Li [7], BingSen

Wang [8] và Nguyễn Văn Nhờ [9] Trong các công trình [6-9], kĩ thuật PWM dựa trênphương pháp sóng mang với tỉ số điều biến tối đa 0.866, dòng ngõ vào hình sin và hệsố công suất ngõ vào bằng 1 được dé xuất Tuy nhiên, kĩ thuật điều khiến ham Offsetđược vận dụng khác nhau trong từng giải thuật Ở [6] các hàm Offset khác zero và cácsóng mang khác nhau được sử dung trong 2 nửa tam giác của chu ki PWM Ở [7], hàmoffset được sử dụng giống nhau trong 2 nửa tam giác của chu kì PWM, Offset Zerođược sử dụng cho các khoảng có tỉ số điều biến nhỏ hơn 0.5 và hàm Offset Venturinicho các khoảng với tỉ số điều biến lớn hơn 0.5 Trong công trình [9], một ham Offsettong quát được đề xuất với giới hạn điều khiến bao quát được tính chất các ham Offsetđã dé cập Việc tìm ra giới hạn kiểm soát ham Offset này có ý nghĩa rat lớn trong vanđề cải tiến, nâng cao chất lượng hoạt động của bộ biến đôi ma trận: giam thiéu chuyén

mach, giảm điện áp Common Mode (CMV)

1.2 Nguyên lý điều khiển bộ biến đổi ma trận

Hệ thống ba pha của bộ biến đổi ma trận gdm 9 công tắc hai chiều được phân bốtheo ma trận 3x3 như hình 1 Việc phân bố các công tắc 2 chiều như vậy để các phangõ vao (a, b,c) có thể được kết nối với các pha ngõ ra (A, B, C) trong bất kì khoảngthời gian đóng ngắt nào Các công tắc được điều khiến sao cho điện áp ngõ ra trung

bình có dạng sóng sin với biên độ và tân sô mong muôn.

Ham dong ngat cho mỗi công tắc Sj, trên hình 1.1, được mô ta:

_{T, Sj đóng , AB b TVì MC được cung cấp trực tiếp bởi các điện áp nguồn nên hai pha ngõ vào khôngđược ngăn mạch và do bản chất cảm điện của tải, các pha ngõ ra không được hở mạch.Điều kiện này được biểu diễn bởi :

Bộ biến đổi ma trận có 9 công tắc hai chiều với 2° (512) trạng thái đóngngắt có thé Tuy nhiên với rang buột ở đăng thức (2), các công tac của bộ biến đổi matrận chỉ có 27 kết hợp cho phép Các kết này có thể được phân thành ba nhóm:

- Nhóm thứ nhất gồm sáu kết hợp mà mỗi pha ngõ ra được kết nối với pha ngõ

vào khác nhau.

- Nhóm thứ hai, gồm 18 kết hợp có 1 áp dây ngõ ra băng 0

doi ma tran

4

Bộ biếnChương I

ăng 0.ây ngõ ra đều b^

d

„„

ết hợp mà các áp

3, có 3k

om„9

-O nh

t của bộ biên đôi ma trận

zxz

` fom) fom) fom) — fom) — fom) — fom) fom) fom) — fom) fom) fom) fom) fom) — fom)

œa me) oO 3 oO 3 me) oO 3 me) me) me) me) oO 3 oO 3 me) me) me)<d 3 SCS |O |:=° © © Oo | © ® © ® Oo | © ® Oo | me)

£ —¬ < m © =

Các điện áp ngõ ra và các điện áp nguồn trong hình 1.1 có thê được biéu diễnbởi các vectơ :

a(t) Vq(t)

[z„(£) z(t) v,(t) (1.3)

c(t)liên hệ giữa các điện áp này được biéu bién:

sao 9 as 9 Scp(t) | | vp(t) (1.4)

[v(t)] = T.[v;i(t)] (1.5), với T là ma trận chuyên đổi tức thời

Tương tự ta cũng có các môi liên hệ giữa các dòng điện ngõ ra và ngõ vào:

a(t) ig(t)

[i,(t p(t) ip(t) (1.6)

c(t) i.(t)

t)] = TT [i,(t) (1.7)

, với TT là ma trận chuyển vị của T.

Các đăng thức (1.4) và (1.6) cho thấy các mối quan hệ giữa các đại lượng ngõvào và ngõ ra MC Dé rút ra được quy tắc điều bién cơ bản, một giản đồ đóng ngắt tiêubiểu được minh họa ở hình 1.2:

s„ =1 | s„ =1 | S4 =1

Em mi Sim Ngõ ra pha A

| |

%„ =Ĩ l1 S,=1 1 s, =1<_ _— lad “ mị Ngõ ra phaB

I I

— — 1 —

„ =1 | So, =1 I S., =1m >t mit > Noeodra phaC

I I

1

Xem như các công tắc điện 2 chiều làm việc ở tần số cao, lúc đó điện áp ngõ ratần số thấp của các biên độ và tần số thay đối có thé được tạo ra bởi việc điều biến chukì nhiệm vụ của các công tắc sử dụng các hàm đóng ngắt tương ứng của chúng Chu kìnhiệm vụ điều biến được định nghĩa cho mỗi công tắc để xác định trạng thái trung bìnhcho dạng sóng điện áp ngõ ra, chu kì nhiệm vụ điều biến được định nghĩa bởi:

ig(t)| |maa(f) Mga(t) Mea(t)] [ia(t)

in(t)| = |Mman(t) mMegp(t) mMep(t)] |is() (1.10)

i-(t) | |Mac(t) Mp-(t) Mec(t) | ic (t)

Cac điện áp V4 , Vg , Ve và các dòng điện tg, ly, i, là các giá tri trung bình trong

suốt chu ki đóng ngắt T, Cac biểu thức (1.9) và (1.10) có thé được viết lại ở dạng thugon, với [M(t)] được gọi là ma trận điều biến

[vo(t)] =[M(t)] [vi(t)] (1.11)[()] ` =[M(@)]7 [i,(¢)] (1.12)

Luc nay biéu thức ràng buột cua MC có thé được viết lại:

Mig + Mip + Mic = 1, i€ {A,B,C} (1.13)

1.3 Các phương pháp điều chế của bộ biến đỗi ma trận1.3.1 Giải thuật điều chế Venturini

Trong phương pháp Venturini, các xung kích của môi một trong 9 khóa đượctính toán đề tạo ra tân sô có thê thay đôi được và/hoặc điện áp ngõ ra dạng sin biên độcó thê biên đôi từ việc điêu chê tân sô và biên độ điện áp ngõ vào.

Gia sử điện áp pha ngõ vào và dòng điện pha ngõ ra được biêu dién bởi:

cos(w;t)[vi(t)] = Vi» |cos(@,;t — 120% (1.14)

1+ 2qcos(o›m†t) 1+ 2qCos(ot+ 1209 1+ 2qcos(o ạt — 120%

[M,(t)] =< 1+ 2qcos(omt — 120% 1+ 2q COS(W pt) 1+ 2qcos(w pt + 120%

1+ 2qcos(oœạ†t+ 120% 1+ 2qcos(o„† — 1203 1+ 2qcos(omt)

VỚI Wm = Wo — 0; (1.18)

1+ 2qcos(oœmt) 1+ 2qcos(ot + 1203 1+ 2qcos(o„† — 1203)

[M,(t)] =< 1+ 2qCos(oạ†t+ 1209 14 2qcos(omt — 1203 1+ 2qcos(oœm†)

1+ 2qcos(o›mt — 120% 1+ 2qcos(omt) 1+ 2qcos(oœmt + 1203

VỚI Om = Wo + W; (1.19)

Với ma trận điều biến ở đăng thức (1.18) , độ dịch chuyển pha ngõ vào bangngõ ra 6; = Ø6, , trong khi ma trận điều biến ở đăng thức (1.19) cho độ dịch chuyển phangõ vào ngược pha với ngõ ra 6; = —O, Nếu 2 giải pháp được kết hop, sẽ cho ra mộtma trận điều biến có góc dịch chuyên pha ngõ vào điều khiến được:

[M(t)] =a,.[M,(t)] + a2 [Ma(£)]

VỚI ayt A =1 (1.20)

Bat chấp mọi giá trị của góc dịch pha tải, néu ø¡ = a3, góc dịch pha ngõ vào sẽlà duy nhất Những trường hợp khác, thông qua cách chon các thông số ø, @, gócdịch chuyển pha ngõ vào có thé thay đổi dựa vào các kết hợp của 2 nhân tổ sớm và trễ

pha của góc dịch pha tải.

Nêu @, = ứ; các hàm điêu biên có thê được việt ở dạng thu gon:

mij = == (14 277), với ¡ € {A,B,C} j €fa,b,c} (1.21)

Vim là giá tri biên độ cua điện áp pha ngõ vào.

Thuật toán điều biến trong dang thức (1.21) phù hợp với thực thi trong thời gianthực nhưng trong thực tế nó thường không được sử dụng bởi sự hạn chế về tỉ số truyềndẫn 50%

Phương pháp Veturini với giới hạn ti sô truyện dân 50% có thê được cải tiênbăng cách thêm các sóng hài bậc ba của các tân sô ngõ vào và ngõ ra vào ma trận điện

áp ngõ ra [„(£)] như ở đăng thức (1.22)

cos(w,t) — =oo8(3/0„£) + = 5605(3wit)[v,(t)] = g.Vimn |COS(Wot — 120% — =cos(3wot) + 7 5605(3uit) (1.22)

|œ0s(ø„£ + 1203 — =cos(3wet) + FR 608( Bait),Khi đó đăng thức (1.21) với góc dich pha ngõ vào duy nhất sẽ là

kê hở

mij = + = ==( 1+ 1+ 2—4 vệ a sin(w,;t + By) sin(3a;t)) (1.23)

Với 1 € {A,B,C}, j € {a,b,c}

Be =0 = = k=A, B, C tương ứng

Phương pháp nay được gọi là là phương pháp Venturini tối ưu Lúc nay hệ sốtruyền dẫn điện áp, được định nghĩa là tỉ số giữa thành phần cơ bản của điện áp ngõ ravà ngõ vào, có thé tang được đến 86%

PU PR TT Z oe a PU ie Tư > ¬NN oT0.8 T ` £ ⁄ \ về: 08 "| v^ =n SIN V va v\ i X là a X SX

-1+2.-Hình 1.3: Dạng sóng li thuyết minh họa giới -1+2.-Hình 1.4: Dạng sóng li thuyết mô tả việc thêm

» 4 2 ẤT pale sóng hài bậc ba dé dat duoc tỉ số truyén dẫn

han ti sô truyên dán điện áp 0.5 0 866 ( Ly

Nếu góc dịch pha ngõ vào không còn đơn nhất, giới hạn tỉ số truyền dẫn củađiện áp ngõ ra sẽ giảm từ 0.866 đến một giá tri nhỏ hơn phụ thuộc vào góc dịch pha đạt

được ở ngõ vào Do đó, giá tri của điện áp ngõ ra sẽ nhỏ hơn 86% điện áp ngõ vào.

1.3.2 Giải thuật điều chế vectơ không gian (VTKG)

Phương pháp VTKG là một phương pháp kinh điển được sử dụng rộng rãi trongcác bộ nghịch lưu thông thường Việc ứng dụng của phương pháp nảy trong việc điềukhiển MC về nguyên lý cũng tương tự như trong các bộ nghịch lưu áp nhưng có phầnphức tap hơn Điều biến VTKG được sử dụng trong việc điều khiến điện áp ngõ ra vàcả dòng ngõ vào của bộ biến đổi ma trận Phương pháp này tương đối trực quan trongviệc điều khiến các đại lượng ngõ ra và dòng ngõ vào MC khi qui đối các đại lượngbiến thiên theo thời gian thực của này thành các vectơ không gian dòng điện và điện

cos(œ;t + 120%Gia sử tân sô đóng ngắt cao hơn nhiêu lân so với tan sô của điện áp và dòngđiện ngõ vào MC Điện áp dây ngõ ra trung bình mong muôn được biêu dién bởi:

Một ma trận điều biến tiêu biểu cho MC, được mô tả trong đăng thức (1.26) bên

dưới:

COS(Wot — Po + 30°) cos(w;t — @;)[M(t)] = m.}cos(wot — ø@ạ + 30° —120°)| | cos(w;t —ø; — 1209) (1.26)

COS(Wot — Po + 30° + 120°) cos(w;t — ø¡ + 120°)

với 0 < m < 1, là tỉ số điều bién và ø; là góc bat kì

Đăng thức (1.26) mô tả một phương thức chuyển đổi gián tiếp (ITF) Ma trậnchuyền đổi này có thé tương đương với tích hai ma trận :

[M(t)] = [M ys(@o)].LMvsg (wi) 1" (1.27)

Bang cách nhân ma trận [Mysp (w,)]" với vecto điện áp ngõ vào (1.24), ta được một

điện áp không đôi:

[Myeg (w,)]? [Vipn(t)] = ~Vim-COS($;) = Va¿= const (1.28)Điều này tương đương với hoạt động của bộ chỉnh lưu điện áp (VSR)

Hoạt động của bộ nghịch lưu điện áp (VSI) có được bằng cách nhân điện áptrong dang thức (1.28) với ma trận [M ys1(@o)]:

Các đăng thức (15),(16),(17) cho thay phương pháp ITF tương đương phépchuyển đổi VSI- VSR, như ở Hình 1

i VSR | Am Vsl |

la b ke ! ; A B CI | | Vc > |ila | Iby Icy ! | VAB VBC

Kĩ thuật ISVM dựa trên việc tổng hợp vectơ không gian tức thời của các dòngđiện ngõ vào và điện áp ngõ ra Dé kiểm soát chặt chẽ vectơ điện áp ngõ ra tức thời vagóc dịch pha của dòng ngõ vào tức thời, điều biến vectơ không gian được áp dụngđồng thời trong cả 2 phân VSI và VSR của MC.

Xem phần VSI của mạch hình 5 là một phân độc lập được cung cấp bởi mộtnguồn DC, Von = Vac Cac công tac trong phan VSI chỉ có thé có 6 kết hợp cho phépmà các điện áp ngõ ra khác không và 2 kết hợp mà các điện áp ngõ ra bằng không Do

đó, vecto không gian điện áp dây ngõ ra định nghĩa bởi :

(Vay + Vục@3 + Veq.@ bs ) (1.30)VoL WIN

có thê nhận 7 giá tri co định Bay giá tri của vectơ V,;, còn gọi là các vectơ chuyên đôi

trạng thái điện ap, được biểu diễn bởi V0-Vó6 trong Hình 1.6 bên dưới:

Vo(P, P, P) or (n,n, n)Vị (a, b, c)Hinh 1.6 Luc giac VSI

Trong suốt 1 chu kì đóng ngắt Ts, vecto không gian điện áp day ngõ ra tức thời

định nghĩa bởi:

Do, = V3 Vom eJ(@ot~go+303 (1.31)có thé được xấp xi bởi 2 vecto chuyển đổi trạng thái điện áp kế cận và vectơ điện ápzero Vy sử dụng kĩ thuật điều biến PWM Hình 1.7 mô tả việc tong hợp vecto không

gian điện áp dây ngõ ra trong 1 chu kì đóng ngắt khi vecto nay năm trong sector 1 của

lục giác VSI trên Hình 1.6.

với my là tỉ số điều biến VSI, xác định tỉ số truyền dẫn điện áp từ liên kết DC đến trị

đỉnh của điện áp ngõ ra:

0 < m, = (V3.Vom)/Vac < 1 (1.33)0., là góc của vectơ không gian điện áp dây ngõ ra trong mỗi sector của lục giác

Điêu biên vectơ không gian cho dòng điện ngõ vào và điện áp ngõ ra MC có thê

đạt được bằng cách kết hợp giải thuật điều biến trong 2 phần VSI và VSR của MC Tạithời điểm lay mẫu, tùy thuộc vào kết hợp vi trí sector của 2 vecto không gian quaymong muốn Vo; và J; trong các lục giác VSI va VSR tương ứng, một chuỗi các kết hợpđóng ngắt được lựa chon, như trong Bang III, dé diéu khién 9 cong tac xoay chiéu Tisố nhiệm vu cho mỗi kết hop đóng ngắt được xác định:

day —= dạ dy = Me My Sin(60°— 6;„) sin(60° — Os)

đạy = dạ dụ = Me My sin(Øs„) SiN( Osc)

do = Ì~- day - dg - day - dey

— Ty/Ts

với m= Tn„ m,, dé đơn giản, m, thường được chon bang 1, do đó m = my

Bảng 1.2 thể hiện trạng thái các điện áp ngõ ra trong suốt các chuỗi đóngngắt Mỗi chuỗi đóng ngất được tạo thành từ mỗi kết hợp trong số 36 kết hợp vị trísector của 2 vecto Vọi, và T¡ trong các lục giác VSI và VSR tương ứng Kết hợp ‘aba’nghĩa là các pha ngõ ra A,B,C được kết nối với các pha ngõ vào a,b,a tương ứng.Tương tự cho những kết hợp còn lại

Bảng 1.2 Kết hợp đóng ngắt theo kết hợp Sector của MC

Sự 1 Sy2 Sy3 Sy4 Sy5 Sy6Top] Tu} Tov! Tev[ To | Tou} Tou} Tov} Tpv| To} Tan} Top} Tev| Tev} To} Tan] Tey} Tov} Tov} To | Tan} Tpụ| Tov! Tpv| To | Tan! Tgụ| Tov! Tpv| To5,1 pba labb lacc jaca jaaa pbb laab laac lacc |ccc Fab bab |cac |aac laaa bab [baa |caa |cac |ccc |baa bba {cca |caa |aaa bbalaba laca |cca |ccc

§; 2 laca lacc |bcc lbcb |bbbkacc laac [bbe [bce |ccc aac |cac {cbc [bbe |bbb|cac |caa |cbb |cbc |ccc |caa |cca kccb |cbb bbb {cca laca lbcb kccb lccc

S$; 3 |bcb [bcc |baa |bab [bbb bcc [bbc |bba [baa jaaa [bbc |cbc laba |bba bbb {cbc |cbb |abb |aba |aaa |cbb |ccb |aab jabb |bbb lccb |bcb |bab jaab jaaa

5; 4 [bab [baa |caa |cac J|ccc [baa |bba cca |caa jaaa |bba |aba Jaca |cca |ccc | abalabb lacc jaca laaa fbb laab jaac jacc |ccc flab bab |cac laac jaaa

S; 5 cac |caa |cbb |cbe |ccc kaa {cca |ccb |cbb |bbb {cca laca |bcb |ccb |ece pica face bcc |bcb [bbb face aac |bbc |bcc |ece Jaac các |cbc [bbe bbbS$; 6 {cbc |cbb |abb jaba [aaa [ebb |ccb |aab jabb bbb {ccb |bcb [bab laab jaaa bcb bcc baa |bab |bbb bcc bbe |bba |baa laaa bbe cbc laba |bba |bbb1

1.3.3 Giải thuật điều ché sóng mang

Với bề dày phát triển lâu đời, đến nay, việc vận dụng phương pháp VTKG đãgiải quyết van duoc hau hết các van đề điều biến cũng như các bài toán nâng cao chấtlượng cho MC Tuy nhiên, việc chuẩn hóa các qui tắc đóng ngắt theo bảng đòi hỏi hệthống phải lưu trữ trạng thái đóng ngắt vào vùng nhớ trước khi chương trình khởi

động Ngoài ra, việc đóng ngắt theo các vectơ chuẩn hóa gây không ít khó khăn choviệc phát triển các giải thuật cải tiến.

Việc vận dụng phương pháp sóng mang để giải quyết bài toán điều biến, cải tiếnchất lượng điều khiển cho MC còn khá mới mẻ Tuy nhiên, phương pháp này thé hiệnrõ ưu điểm ở tính đơn giản, trực quan khi tính toán trực tiếp trạng thái đóng ngắt MC từcác giá trị tức thời ngõ vào mà không phải tra bảng Thêm vào đó, khả năng kiểm soátham Offset của phương pháp sóng mang khá linh hoạt nên có thé tối ưu hóa dé danghoạt động bộ MC ở một số chế độ

Luận van này sẽ tập trung phân tích phương pháp Sóng mang tiêu biểu do nhómtác giả Yulong Li[3] đề xuất Trong nghiên cứu nay, PWM dựa trên phương pháp Sóngmang cho MC được phát triển dựa trên quan niệm tổng hợp điện áp trung bình của điệnáp ngõ ra trong một chu kì đóng ngắt Dựa trên điện áp mong muốn trên từng pha tải,các nắc điện áp tức thời của ngõ vào có thể được lựa chọn Cách nhìn này tương tự nhưcác phương pháp PWM vận dụng trong các bộ biến tần đa bậc truyền thống

Giả sử tại thời điểm cập nhật, MX,MD và MN là giá tri lớn nhất, trung bình và

nhỏ nhất của điện áp pha ngõ vao Trang thái đóng ngắt dé tong hợp các điện áp pha tảingõ ra sẽ tuân theo 2 Pattern được đề xuất ở hình 1.9: Pattern 1 nếuMX-MD > MD-MN, Pattern 2 nếu ngược lại

Từ giản đỗ trên hình 1.9 và hình 1.10, các trạng thái xảy ra ở Parntern 1 nhưsau: MN-MX-MX-MD và MN-MX-MD-MN đối với Pattern 1.

Tị = địnHT,

Ty =(I— dn)nT,

Ty; = ([—dn)(— n)Ï1, (1.37)Ty =dn(— n)T,

Trong đó dy, là ti số nhiệm vụ của pha A trong Pattern 1, và n là độ dốc của

Gia tri trung bình nay băng với gia tri áp ngõ ra mong muon v”, tai thoi diém

dong cat, nhu vậy sé tính được dy)

Như vậy công thức tong quát dé tính toán các tỉ số nhiệm vu cho pha tai A trongtoàn miễn hoạt động của MC sẽ được cập nhật như đăng thức 1.42:

Trong khoảng thời gian Ts, giá trị các dòng ngõ ra gần như không đổi Do đó,dòng ngõ vào có thé được tổng hợp theo các pattern đóng ngắt Bốn khoảng thời giannhỏ trong chu kì lây mẫu Ts đối với từng pha A, B, và C có thé viét lai nhu sau:

Tạ = dụm, = 4,1,

T,„=(l—-dđ,)m! =(l—4,)T, (1.45)

Ty =q—d„XI—n)f, = (1—d, JI,Ty, =4,1—n)l, =d„1,

Ty, = dynÏ, = a,T,Ty, =(1—d, nT, =(1—a, (1.46)Ty; =(—d, \1—n)T, =(L— d,)1;

Ty, = dg(T—n)1, = d,1,To, = dnl, = dT,

To =(U—d, nT, = (1-4, 7, (1.47)

T., =(U—d, )I—-nyl, =(— á.},To, =a, U—n)l, = dT,

Đối với Pattern 1: ngõ vào MN sẽ được nối với ngõ ra A, B, C tương ứng trongkhoảng thời gian 7.7;,.7/-¡ Tương tự, ngõ vào MD sẽ nối với ngõ ra A, B, C tươngứng trong khoảng 7„.7;„,,7,và MX sẽ nối với ngõ ra tương ứng trong khoảng

Pp Ð Ta, Tpy Ð Tp, To; + Tay VỚI Ly ›lp› lace là dòng tương ứng của các pha MN, MD,

và MX, sử dụng công thức tổng hợp trung bình theo dòng, có thể rút ra được các đăng

thức 1.48 - 1.50:

l wavs =f dag +Tpy dip si đục (1.48)

I wp! — đụ, đụ + lạ, dap Ta đục (1.49)Lag! — (TL Tu Mu TỢ,, Tp; )ip +; Ta lộc (1.50)Kết hợp 1.48-1.50 với các đăng thức 1.45-1.47, giá trị n cần chỉnh định để đảm

bảo hệ sô công suât ngõ vào băng | được xác định:

1.4 Phương pháp chuyển mach bốn bước cho bộ biến đổi ma trận

Phương pháp chuyển mach 2 buớc truyền thống có kha năng gây ra mat pha tải(khi ngõ ra không được nối với bất kì pha nào ở ngõ vao) hoặc trùng dẫn ngõ vào (khingõ ra được nối với đồng thời với cả 2 pha ngõ vào) Ngoài ra chuyển mạch cuỡng bứccòn làm xuất hiện các gai áp trên linh kiện, có thé dẫn đến phá huỷ linh kiện Năm1990, phương pháp chuyển mạch 4 buớc ra đời đã khắc phục được các nhược điểm trêncủa chuyển mạch 2 bước Thuật toán chuyển mạch bốn bước không phụ thuộc vào giảithuật điều khiển bộ chuyển đổi công suất mà chi đảm bảo cho trong quá trình chuyểnmach không xảy ra hiện tượng ngăn mach và gián đoạn dòng tải Thuật toán chuyếnmạch bốn bước thì được chia làm hai kiểu chính :

- dung tín hiệu dòng tai dé làm tín hiệu điều khiển chuyển mạch- dung tín hiệu áp nguồn làm tín hiệu điều khiến.

1.4.1 Giải thuật bốn bước điều khiển theo dòng tải

Xét một trường hợp đơn giản trong chuyển mạch giữa 2 khoá xoay chiều nhưhình 1.10 để minh hoạ cho giải thuật chuyển mạch bốn bước theo dòng tải

Hình 1.10 Chuyến mạch giữa 2 khod xoay chiếu từ nguôn El sang E2

Trong trường hop này ngõ ra được nỗi với hai nguôn vào thong qua hai khoáxoay chiêu Các khoá xoay chiêu phải được điều khiên sao cho trong quá trình chuyên

mạch không xảy ra hiện tượng ngắn mạch và dòng tải không bị gián đoạn

Giả sử trong trường hợp này chiều dòng ngõ ra !, >0, EI>E2, SS, cùng“on”, 3,594 cùng “off” va quá trình chuyển mạch từ nhánh A sang nhánh B Bat đầuquá trình chuyển mạch, S,, sẽ “off” vi không ảnh hưởng đến chiều dòng điện Tiếp

đó, ở nhánh B, Ss, sẽ “on” mà không gây ra hiện tượng ngắn mach vi = dang “off”.

Ở bước 3, S,„ sẽ “off”, lúc này nguồn cung cấp cho tai sẽ là nhánh B Dé kết thúc chu

trình 4 bước, = sẽ “on” dé hoàn thiện việc chuyển mạch từ pha A sang pha B

Phân tích tương tự, quá trình chuyển mạch 4 bước cho trường hợp dòng tảiÍ,<0 như sau: S,, “off? +S, “on” > S,„ “off > S,, “on” Từ quá trình phân tíchở trên suy ra được lưu đồ chuyển mạch giữa 2 khóa bat kì của cùng 1 pha tải như hình

1.11.

| S1¿ S1, S2 S2]IÚ>0_ | 110 0| I <0

—— Bướci

[10 0 9| | o 1 0 0|

| Bước 2 |[T9 1 0] | o 1 0 1|

| Bước 3 |

[o 0 1 0] | 0 0 o 1|

` Bước 4 _

|0 o 1 1|

Hình 1.11 Lưu đồ chuyển mach bon bước theo dòng của 2 khóa trên 1 pha tai

Trong chuyên mạch bốn bước, một van dé cần quan tâm là xác định thời điểmđối chiều của dòng điện Điểm qua zero là điểm dễ sai nhất trong quá trình xét dẫudòng điện Nếu xác định sai chiều dòng thi sẽ có hiện tượng hở mach dòng tai, tuynhiên trong trường hợp này dòng điện rất nhỏ nên hiện tượng quá áp trên linh kiện làkhông quá lớn Đây là nhược điểm của giải thuật chuyển mạch bốn bước theo tín hiệu

dong tai.

1.4.2 Giải thuật bốn bước điều khiển theo áp vào

Hình 1.12 mô tả quá trình chuyển mạch 4 bước theo áp giữa 2 khóa xoay chiều

của cùng | pha tải trong hai trường hợp EI1<E2 và EI>E2

| S14S1,S2.S2, |

» [1100] E,<E,

Hình 1.12 Lưu đô chuyển mach bon bước theo áp vào của 2 khóa trên 1 pha taiTrong giải thuật chuyển mạch bốn bước theo áp, ở những vị trí chuyển giaogiữa các sector, việc so sánh áp giữa 2 pha rất khó khăn và thường dé gây ra trùng dẫn.Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách thêm vào những vị trí chuyển mạchtrung gian tại những vùng chuyển giao sector Tuy nhiên, giải pháp này kéo theo hệquả là số lần chuyển mạch trên linh kiện tăng lên đáng kẻ