Đồ án tốt nghiệp điện công nghiệp nghiên cứu sử dụng FPGA trong điều khiển biến tần ma trận

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN MỞ ĐẦU Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Nhờ vào các bộ biến đổi được xây dựng dựa trên các phần tử bán dẫn công suất (Điôt, Transito, Tiristo, IGBT…) có thể khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải điện. Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn, đã cho ra đời các van bán dẫn với những ưu điểm như chuyển mạch nhanh, tính năng dòng áp cao, chắc chắn, hiệu suất cao, độ tin cậy đảm bảo, dẫn đến khả năng chiếm ưu thế hoàn toàn của các bộ biến đổi điện tử công suất mà điển hình là bộ biến tần, là một bộ biến đổi dùng để biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số không đổi, thành nguồn điện áp ra với các thông số điện áp và tần số thay đổi được. Sự ra đời của bộ biến tần Matrix Converter, (thực chất là một bộ biến tần làm việc trực tiếp với lưới điện) là sự phát triển vượt bậc của điện tử công suất, có ý nghĩa rất lớn trong việc biến đổi điện năng. Matrix converter (MC) ưu thế hơn các biến tần truyền thống nhờ khả năng trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, hiệu suất rất cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng, không phải qua khâu trung gian tích luỹ năng lượng, cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng trả về lưới điện mà không cần có mạch điện phụ. Vượt qua được những hạn chế của biến tần trực tiếp, là tần số điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp. Matrix Converter còn cho phép điều chỉnh được hệ số công suất cos )( ϕ đầu vào, cho dòng vào và áp ra có dạng hình sin. Mục đích của đồ án này là nghiên cứu các khái niệm cơ bản của Matrix Converter và nghiên cứu lý thuyết và thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Matlab/simulink dựa trên thuật toán điều biến của tác giả Venturini. Trình bày những khái niệm cơ bản về chip khả trình FPGA, hãng Xilinx và những công cụ lập trình và phát triển hệ thống. Dùng FPGA để phát xung theo yêu cầu. Trong thời gian làm đồ án, với sự nỗ lực của bản thân và dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Đoàn Quang Vinh em đã hoàn thành bản đồ án này đúng hạn định. Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do thời gian hạn chế, bản thân trình độ còn có hạn nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn sinh viên quan tâm. SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 MATRIX CONVERTER CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 1.1. KHÁI NIỆM VỀ MATRIX CONVERTER 1.1.1. Sự phát triển của Matrix Converter Thời gian gần đây đã có nhiều người quan tâm đến bộ biến tần ma trận trực tiếp AC-AC dùng trong truyền động thay đổi tốc độ động cơ cảm ứng. Một trong những người đề xuất đầu tiên là Gyugyi và Pelly (năm 1976) đã chỉ ra nguyên tắc hoạt động của bộ biến tần trực tiếp sử dụng khoá có thể điều khiển được 2 chiều để nhận được tần số đầu ra không bị hạn chế. Nhược điểm chính của mạch là xuất hiện nhiều các hài bậc cao không mong muốn của dòng vào và áp ra không thể dùng bộ lọc dễ dàng loại bỏ. Vấn đề này đã được vượt qua nhờ Venturini và Alesina (năm 1980-1981). Hai người đã đưa ra một thuật toán điều biến PWM mới có thể tạo dòng điện vào và điện áp ra hình sin với tần số biến thiên đồng thời điều khiển được hệ số công suất đầu vào. Đến năm 1989 cũng chính 2 ông bằng cách điều chỉnh lại thuật toán ban đầu đã tạo ra được tỉ số truyền giữa điện áp ra và điện áp vào tối đa (là 0,86) và điều khiển được trọn vẹn cosϕ đầu vào trong giới hạn của điện áp và cosϕ đầu ra. Năm 1991 In Roy và April, Ishiguro đưa ra một lớp các thuật toán vô hướng nhờ dựa trên việc so sánh vô hướng các giá trị điện áp vào tức thời và tạo dòng điện ra hình sin theo nguyên tắc dòng điện vào mỗi pha tỉ lệ với điện áp vào trên pha đó trong một chu kỳ lấy mẫu. Vấn đề thời gian thực của thuật toán điều khiển yêu cầu nhiều lần so sánh ở mỗi lần lấy mẫu sẽ yêu cầu thời gian tính toán của các bộ vi xử lý cao. Tiếp theo là phương pháp điều khiển tạo điện áp đầu ra sử dụng điều biến vector không gian vector (Space Vector Modulation-SVM), thuật toán điều khiển này sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung(Pulse Width Modulation-PWM) cải thiện đáng kể dạng sóng điện áp ra tuy nhiên khi đó chất lượng dạng sóng của dòng điện vào bị suy giảm. Những nghiên cứu khác gần đây(1992-1998) nhất chủ yếu tập trung vào việc tăng hiệu suất của Matrix Converter bằng cách giảm tối đa tổn hao đóng cắt nhờ thực hiện dòng zero khi đóng và áp zero khi mở nhưng đòi hỏi các phần tử phụ thêm vào cấu trúc khoá 2 chiều. SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1 Cấu trúc tổng quát của ma trận khoá 2 chiều 1.1.2. Khái niệm về Matrix Converter Matrix Converter là một bộ biến tần trực tiếp chuyển mạch cưỡng bức tốt, có thể nối giữa n pha vào có tần số và điện áp cố định U1, f1 với m pha đầu ra có tần số và điện áp biến thiên U2, f2. Với những ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu n=m=3 và đây là cấu hình thường gặp nhất (Hình1. 2). Trong bộ Matrix Converter 3×3 gồm có một ma trận 9 khoá 2 chiều (Bi-Directional Switch-BDS) được sắp xếp thành 3 nhóm, mỗi nhóm tương ứng với một pha đầu ra. Với cách bố trí như vậy, Matrix Converter sẽ nối bất kỳ đầu vào a, b, c với bất kỳ các đầu ra A, B, C, tại bất kỳ thời điểm. Ma trận các khoá 2 chiều đưa ra Σ C n i (i=0 9)= 512 khả năng kết hợp, để tạo ra các trạng thái đóng cắt của các khoá, nhưng chỉ có 27 trạng thái thích hợp, bởi vì, đầu vào của Matrix Converter như một nguồn áp 3 pha, trong khi đầu ra như một nguồn dòng 3 pha, do đó thực hiện đóng cắt các khoá phải tuân theo 2 luật sau, để đảm bảo không ngắn mạch nguồn áp, và hở mạch nguồn dòng. + Không được nối 2 đầu vào khác nhau tới cùng một đầu ra vì sẽ gây ngắn mạch ở đầu vào dẫn tới hiện tượng quá dòng điện. + Không được hở mạch ở đầu ra của Matrix Converter vì khi đó với tải cảm sẽ gây hiện tượng quá áp. Hình 1-2 Cấu trúc 3 pha của Ma trận khoá 2 chiều SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 3 a C c b B A S11 S13 S12 a) S21 S23 S22 S31 S33 S32 a c b A B C b) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Việc điều khiển điện áp ra, nhờ cách thực hiện đóng cắt các khoá (với các trạng thái cho phép), theo một thứ tự được xác định trước. Như vậy “giá trị trung bình” của điện áp ra phụ thuộc vào dạng sóng điện áp mong muốn tạo ra từ các điện áp vào. Ở dạng sóng điện áp ra, gồm chủ yếu những thành phần có tần số mong muốn cùng với các thành phần tần số cao do dóng cắt sinh ra, mà có thể loại bỏ được nhờ bộ lọc LC ở đầu ra, hoặc điện cảm của tải. Phía nguồn, dòng điện vào được tạo bởi những đoạn của 3 dòng điện ra và những đoạn bằng không, mà trong những đoạn bằng không đó dòng điện ra không trở về nguồn mà tuần hoàn chạy quẩn trong ma trận khoá. Phổ dòng vào chủ yếu gồm thành phần tần số nguồn cung cấp và các thành phần tần số cao, mà khi có bộ lọc đầu vào thì bị loại trừ để mong muốn tạo dòng điện vào hình sin. Matrix Converter chính vì thế có thể thực hiện được việc biến đổi tần số và điện áp trực tiếp AC-AC mà không cần thành phần tích trữ năng lượng trung gian. 1.1.3. So sánh Matrix Converter và các loại biến tần hiện có Biến tần hiện nay có thể chia làm 2 loại lớn. ∗ Biến tần trực tiếp . Điện áp vào xoay chiều U 1 và tần số f 1 chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác, vì vậy biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, thêm vào đó là khả năng thực hiện tái sinh năng lượng trở về lưới mà không cần có mạch điện phụ. Tuy nhiên sơ đồ mạch này khá phức tạp, vì có số lượng van lớn, nhất là với mạch 3 pha. Việc thay đổi tần số f 2 khá khó khăn và phụ thuộc vào f 1 , vì vậy hiện nay chủ yếu chỉ có biến tần loại này với phạm vi điều chỉnh f 2 ≤ f 1 . SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 4 MẠCH VAN U 2 ~ f2 U 1 ~ f1 Hình 1-3 Cấu trúc biến tần trực tiếp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ∗ Biến tần gián tiếp . Điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, sau đó qua bộ lọc rồi mới biến trở về điện áp xoay chiều với tần số f 2 . Việc biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất biến tần, bù lại loại biến tần này cho phép dễ dàng thay đổi tần số f 2 không phụ thuộc f 1 trong dải tần rộng cả trên lẫn dưới f 1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển. Hơn nữa với sự ứng dụng hệ điều khiển nhờ kỹ thuật số vi xử lý và dùng van lực là các loại tranzitor đã cho phát huy tối đa các ưu điểm của loại biến tần này vì vậy đa số biến tần hiện nay là biến tần có khâu trung gian một chiều. Tuy nhiên khi dùng van tiristo vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá van. Chức năng các khâu trong bộ biến tần gián tiếp : - Khâu chỉnh lưu Chỉnh lưu là quá trình biến dòng điện xoay chiều thành một chiều. - Khâu lọc + Đóng vai trò một kho tích trữ năng lượng dưới dạng nguồn áp, khi dùng tụ điện hoặc dưới dạng nguồn dòng khi dùng cuộn cảm. + Nhờ có khâu trung gian một chiều, phía nghịch lưu sẽ làm việc tương đối độc lập với phía chỉnh lưu. - Khâu nghịch lưu độc lập. Nghịch lưu độc lập là quá trình biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện dòng xoay chiều với tần số, giá trị điện áp, số pha, thứ tự pha và quá trình chuyển mạch dòng điện giữa các pha do bản thân bộ nghịch lưu quyết định, không phụ thuộc vào nguồn điện xoay chiều khác. . SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 5 f 1~ U 1~ U 2~ f2 U = CHỈNH LƯU LỌC NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP U = Hình 1-4 Cấu trúc biến tần gián tiếp f 2~ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ∗ Sự giống và khác nhau giữa Matrix Converter và các loại biến tần a) Matrix Converter và biến tần trực tiếp - Matrix Converter thực chất là một bộ biến tần trực tiếp nên sẽ có những ưu, nhược điểm của biến tần trực tiếp như sau: + Nối trực tiếp giữa lưới và tải không qua một khâu trung gian nào nên hiệu suất truyền động cao. + Trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, có khả năng tái sinh năng lượng không cần mạch phụ. + Số lượng van bán dẫn nhiều, do đó sơ đồ van và luật điều khiển cũng rất phức tạp. - Tuy nhiên Matrix Converter vượt trội hơn so với biến tần trực tiếp ở : + Khả năng tạo được điện áp ra có tần số không hạn chế, có thể lớn hơn tần số nguồn cung cấp f1. + Có thể điều chỉnh được hệ số công suất đầu vào cosϕ i , độ lệch pha giữa dòng và áp vào ( ϕ i ) có thể > 0, = 0, hoặc < 0. + Do dùng van 2 chiều nên có thể hoạt động ở 4 góc phần tư mà không cần tác động vào phía đầu vào. b) Matrix Converter và biến tần gián tiếp - Một số ưu điểm của biến tần gián tiếp cũng được ứng dụng trong công nghệ Matrix Converter. + Vì Matrix Converter được phân tích như một bộ biến đổi gồm 2 tầng biến đổi, tầng chỉnh lưu và tầng nghịch lưu, nên có thể sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung (PWM) hay được dùng với biến tần nguồn áp, cho tầng nghịch lưu để đạt được chất lượng điện áp tốt nhất cho động cơ, do đó tần số và điện áp có thể được điều chỉnh trơn và không bị giới hạn bởi tần số vào. + Thực hiện nối trực tiếp tầng chỉnh lưu nguồn dòng PWM với tầng nghịch lưu, mục đích để tạo ra khả năng trao đổi công suất phản kháng giữa lưới và tải. - Những điểm khác nhau có ý nghĩa rất lớn giữa Matrix Converter và biến tần gián tiếp là: + Không còn thành phần tích năng lượng phản kháng trung gian là cuộn cảm lớn hay tụ một chiều có tuổi thọ hạn chế, do đó giảm được kích thước của bộ biến tần, tạo ra khả năng tích hợp Matrix Converter trong một môđun gắn trên động cơ, giúp hệ truyền động gọn nhẹ và linh hoạt. + Không cần bộ chỉnh lưu trong mạch lực để tạo ra điện áp một chiều, do đó dòng vào bộ Matrix Converter có dạng sin (vì khâu chỉnh lưu sẽ làm dòng vào không sin, hệ số công suất thấp). Bảng I thể hiện sự so sánh về số lượng van bán dẫn giữa MC và bộ biến tần nguồn áp có chỉnh lưu cầu điot, và với bộ biến tần nguồn áp (back to back) có chỉnh lưu điều khiển là bộ biến tần, có cùng chúc năng dẫn dòng công suất chảy theo 2 hướng và tạo dòng vào hình sin Có thể thấy tụ nối một chiều và điện cảm đầu vào sử dụng trong bộ biến tần (back to back) là được thay thế bằng 6 van bán dẫn thêm vào trong giải pháp Matrix Converter. SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 6 Bảng 1: So sánh số lượng van bán dẫn trong Matrix Converter với 2 loại VSI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công nghệ Khóa điều Diot cắt Diot chỉnh Tụ hoá lớn điện cảm MC 18 18 0 0 0 Biến tần 12 12 0 1 3 Biến tần với 6 6 6 1 0 hoặc 1 Nếu các van đóng cắt được sử dụng trong khoá hai chiều của Matrix Converter có khả năng chặn điện áp ngược ví dụ MTO thì có thể tạo ra khoá 2 chiều bằng cách mắc song song ngược hai van đó mà không cần thêm điốt phục hồi nhanh. Điều này dẫn tới một bộ biến tần nhỏ gọn hơn nữa có tiềm năng cải thiện hiệu suất thực tế cao. c. Lý do xây dựng Matrix Converter Matrix Converter được coi là có nhiều ưu thế hơn so với các loại biến tần truyền thống. Vì có thể thực hiện được việc biến đổi tần số và điện áp, mà không cần có thêm các phần tử tích năng lượng trung gian, như tụ điện có tuổi thọ hạn chế hay cuộn cảm có kích thước lớn để nối một chiều, như vậy sẽ không yêu cầu nhiều tầng biến đổi công suất và hiệu suất được tăng lên rõ rệt khi hoạt động ở tần số đóng cắt cao. Vì gồm các khoá 2 chiều nên tạo ra dòng chảy công suất theo 2 hướng lưới đến tải và tải về lưới, dẫn đến khả năng tái sinh năng lượng trả về lưới, đồng thời có thể hoạt động ở 4 góc phần tư mà không cần điều chỉnh phía đầu vào bộ biến đổi, do đó động cơ có thể dễ dàng chuyển đổi chế độ làm việc từ chế độ động cơ sang chế độ hãm tái sinh và ngược lại Nhờ sử dụng các kỹ thuật điều biến (PWM) nên tạo ra dạng sóng áp ra và dòng vào hình sin, có khả năng điều chỉnh hệ số công suất đầu vào, tức điều chỉnh được góc lệch pha giữa dòng và áp vào là dẫn trước, chậm sau hay không đổi bất chấp các loại tải khác nhau. Matrix Converter còn được coi là giải pháp toàn bộ silíc “ all silicon” cho bộ biến đổi công suất trực tiếp AC-AC, nhờ khả năng tích hợp cao, chịu được ở điều kiện nhiệt độ cao, độ tin cậy được đảm bảo của các chất bán dẫn được chế tạo từ nguyên tố Si. Vì thế Matrix Converter sẽ là công nghệ lý tưởng trong tương lai cho những ứng dụng có nhiệt độ cao và kích thước nhỏ gọn, khi đó sẽ không cần tụ điện sẽ là một thuận lợi rất có ý nghĩa bởi vì tụ chịu được ở nhiệt độ cao thường rất hiếm và đắt. SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1.4 Khó khăn và xu hướng nghiên cứu a) Những khó khăn Bên cạnh những ưu thế kể trên, một bất lợi lớn nhất khiến Matrix Converter đã không có khả năng cạnh tranh trên thị trường là tỉ số truyền điện áp bị hạn chế (tối đa là 0,86). Thêm vào đó là số lượng các van bán dẫn nhiều (18 IGBT và 18điôt FRD) cần để xây dựng một bộ Matrix Converter, do đó dẫn đến vấn đề điều khiển sẽ rất phức tạp, đồng thời môđun công suất vẫn chưa được sản xuất một cách tối ưu. Những bất lợi khác là khả năng chống lại dao động điện áp phía nguồn kém, và như vậy cần có mạch phụ gồm những phần tử phản kháng để cải thiện dạng sóng dòng vào, và đồng thời để bảo vệ Matrix Converter chống lại các sự cố khi xảy ra quá dòng hoặc quá áp. Tuy năng lượng tổn hao trong các phần tử phản kháng này sẽ nhỏ hơn nhiều so với các bộ biến tần có phần tử nối một chiều, nhưng sẽ làm tăng kích thước và giá thành của bộ Matrix Converter, làm giảm ưu thế của Matrix Converter so với các bộ biến tần truyền thống. Vì vốn dĩ không có đường thoát năng lượng (free wheeling) thông với tải, nên khi xảy ra sự cố ngắt nguồn đột ngột do mất nguồn hoặc do lỗi chuyển mạch, nếu tải có tính cảm kháng, năng lượng được tích luỹ trong điện cảm ba pha của động cơ không được giải phóng sẽ gây ra quá áp ở đầu ra, nếu không có mạch bảo vệ (clamp hoặc snubber) sẽ làm phá huỷ các van công suất. Vì vậy thời gian để phát các tín hiệu điều khiển quá trình đóng cắt phải yêu cầu rất khắt khe và chính xác, đồng thời vấn đề bảo vệ mạch công suất trong điều kiện gặp sự cố cũng rất cần được quan tâm xem xét cẩn thận. b) Xu hướng nghiên cứu hiện nay Các xu hướng nghiên cứu hiện nay. - Nhằm cải thiện những ảnh hưởng do sự tác động từ lưới. - Tăng cường hiệu suất của truyền động khi hoạt động ở tần số đóng cắt cao. - Giảm kích thước hệ truyền động Matrix Converter bằng cách tích hợp tất cả các cấu trúc silicon phức tạp (khoá 2 chiều) trong một môđun công suất. Tích hợp các mạch bảo vệ, khối logic điều khiển chuyển mạch, nguồn cách ly mạch điều khiển, gate driver trong một bảng mạch điện tử gọi là PEBB. 1.2 KHOÁ 2 CHIỀU TRONG MATRIX CONVERTER 1.2.1 Quá trình năng lượng trong Matrix Converter Ta biết rằng Matrix Converter có khả năng trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, đồng thời có thể phát công suất phản kháng trở lại lưới hoặc tiêu thụ Q. Điều này rất có ý nghĩa đối với truyền động dùng Matrix Converter với công suất lớn, vì sự ảnh hưởng đến lưới là rất đáng kể, hơn nữa tổn hao hạn chế được sẽ là rất lớn. Để thực hiện được điều này cần có các khoá 2 chiều trong cấu trúc của Matrix Converter để có thể dẫn dòng theo cả 2 chiều lưới đến tải hoặc tải về lưới. 1.2.2 Cấu trúc khoá 2 chiều Matrix Converter yêu cầu các khoá hai chiều để có thể trao đổi năng lượng với lưới. Khoá hai chiều phải có khả năng điều khiển hoàn toàn được chiều dòng điện cả hai hướng và chặn điện áp cả dương và âm. Tuy nhiên vì không có van bán dẫn nào có thể SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đáp ứng được yêu cầu đó, vì vậy các van điều khiển hoàn toàn theo một chiều riêng rẽ sẽ được kết hợp lại để tạo ra các khoá. Các van thường được sử dụng để tạo ra khoá 2 chiều là IGBT, các van MOSFET, MCT, IGCT cũng được sử dụng. a) Đặc điểm của van IGBT ( Isulated Gate Bipolar Transistor ) Thực chất là transistor công suất có cực điều khiển cách ly. IGBT là sự kết hợp các ưu điểm của van MOSFET là đóng cắt nhanh, nên tạo ra sự thay đổi công suất nhanh và ưu điểm của transistor thường là chịu được tải có dòng và áp lớn nên có tổn hao dẫn dòng thấp. Là phần tử được điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển là rất nhỏ không đáng kể. Như vậy có thể điều khiển trực tiếp IGBT bởi đầu ra của các vi mạch công suất nhỏ. Hình 1-5 Ký hiệu một IGBT IGBT có thời gian đóng cắt nhanh hơn transistor thường, thời gian trễ khi mở cỡ 0.15µs,giống như đối với MOSFET. Thời gian trễ khi khoá là 1µs, giống như với transistor thường. Dạng tín hiệu điều khiển thường là 15v khi mở và -15v khi khoá (hình 1.6) SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 9 G C E Hình 1-6 Mạch và tín hiệu điều khiển off onon 0 -15v +15v E C G ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b. Các cấu trúc của khóa 2 chiều Khoá hai chiều sẽ gồm: một IGBT là khoá một chiều ở tâm của cầu diode một pha như ( hình 1-7). Thuận lợi chính là cả hai chiều đều qua 1 van IGBT, cho nên chỉ yêu cầu một (gate drive) cổng điều khiển cho mỗi lần chuyển mạch. Nhược điểm lớn nhất là tổn hao dẫn dòng lớn vì có 3 van (1 IGBT và 2 FRD) trên một đường dẫn. Hướng của dòng qua van đóng cắt là không điều khiển được. Đây là một bất lợi dẫn đến không được sử dụng với nhiều phương pháp chuyển mạch tin cậy. Hơn nữa tổn hao đóng cắt cũng lớn vì sự đóng cắt là cứng. * Cặp IGBT và Diode mắc song song ngược E chung Sự cấu trúc khoá hai chiều là gồm 2 diot và 2 IGBT mắc song song ngược như ( hình 1-8) Các điôt thêm vào để tạo ra khả năng ngăn điện áp ngược. Có vài ưu thế khi sử dụng nếu so sánh với cầu điôt. Đầu tiên là khả năng điều khiển độc lập chiều dòng điện. Tổn hao dẫn dòng cũng giảm bởi vì chỉ có 2 van dẫn dòng ở một thời điểm, tổn hao đóng cắt cũng giảm vì quá trình đóng cắt là bán mềm(semi-soft). Một bất lợi là mỗi một khoá 2 chiều yêu cầu một nguồn cách ly riêng cho mỗi mạch điều khiển.Tuy nhiên cả hai van IGBT có thể điều khiển với cùng một điện áp. SVTH :Trần Thị Tuyết Dung GVHD :PGS.TS.Đoàn Quang Vinh Lớp 06CLC Trang 10 Hình 1-8 : cấu trúc 2 IGBT song song ngược E chung Hình 1-7 : cấu trúc cầu điốt [...]... dng Matrix Converter Nhỡn chung cụng ngh úng ct mm cha c s dng xõy dng Matrix Converter bi vỡ s lm tng s lng cỏc van bỏn dn Matrix Converter vi úng ct cng ó s dng nhiu van hn cỏc b bin tn thụng thng, v s tng nh vy trong úng ct mm l khụng mong mun trong vic xõy dng cu trỳc Matrix Converter SVTH :Trn Th Tuyt Dung Lp 06CLC GVHD :PGS.TS.on Quang Vinh Trang 22 N TT NGHIP 2.2 CHUYN MCH DềNG IN TRONG MATRIX... khi chuyn mch trong Matrix Converter Ct lừi ca mi quỏ trỡnh chuyn mch l ph thuc vo chiu ca dũng ti I L, v s tng quan v th gia VA v VB Khi chuyn mch t SA ti SB vi chiu dũng ti nh hỡnh v Nu VA l dng hn VB thỡ chuyn mch s xy ra thi im t 3, kt qu l s ngt cng Q1 trong SA v úng mm Q3 trong SB Ngc li nu VB l dng hn VA ,chuyn mch s din ra thi im t 2, kt qu l úng cng Q3 trong S B v ngt mm Q1 trong SA Chỳ... nu dũng in u ra cn c iu khin l nm trong khong cỏc giỏ tr ngng SVTH :Trn Th Tuyt Dung Lp 06CLC GVHD :PGS.TS.on Quang Vinh Trang 29 N TT NGHIP CHNG 3 PHNG PHP TO IN P U RA TRONG MATRIX CONVERTER 3.1 THUT TON IU BIN VENTURINI 3.1.1 Gii thiu chung Hỡnh 3.1 Cu trỳc 3 pha ca Matrix Converter Súng ra ca Matrix Converter c to bi cỏch chn cỏc on ca mi pha u vo theo mt trỡnh t trong mt thi gian nht nh no ú Vớ... khoỏ trờn mt u ra Matrix Converter a)Trỏnh ngn mch u vo b)Trỏnh h mch u ra Vic chuyn mch trong Matrix Converter phi c iu khin chớnh xỏc mi thi im vi hai lut c bn Ta cú th hỡnh dung ra 2 khoỏ trờn mt u ra ca Matrix Converter (hỡnh 2.2) Mt iu quan trng l quỏ trỡnh chuyn mch phi m bo khụng cú 2 khoỏ 2 chiu cựng c úng cựng mt thi im (hỡnh2.2a), bi vỡ iu ny s dn n ngn mch hai dõy vo ca Matrix Converter,... CHO MATRIX CONVERTER Ta bit rng Matrix Converter lm vic t hiu qu tt nht thỡ cn thờm vo nhng mch ph, m bao gm cỏc phn t phn khỏng, bo v khi cỏc s c v ci thin cht lng in ỏp ra cng nh dũng in vo Cỏc mch ú gm mch snubber, mnh clamping, v b lc u vo LC Trong mt s nghiờn cu v quỏ trỡnh chuyn mch, ó a ra phng phỏp chuyn mch thụng minh m khụng cn mch snubber, nhm gim ti a s lng cỏc van bỏn dn cú trong Matrix... thnh phn cú trong Matrix Converter , tng tn hao dn dũng, v hu ht yờu cu chnh sa ti thut toỏn iu khin hot ng c di tt c cỏc iu kin SVTH :Trn Th Tuyt Dung Lp 06CLC GVHD :PGS.TS.on Quang Vinh Trang 28 N TT NGHIP b) Chin lc 2 bc chuyn mch(Hỡnh 2.14) Hỡnh 2.11 o chiu dũng in s dng mc ngng (threshold level) Trong chin lc chuyn mch ny, ch cú mt van c iu khin trong khoỏ(cell) ang dn iu ny cú ngha l trong khi... logớc iu khin Trong phn + ca dng súng in ỏp th cp, t kt hp ca 2 cng S1 v S2 s np qua Q2 v it trong ca Q1 Khi súng in ỏp nygim v giỏ tr khụng, it trong Q1 phõn cc ngc, t s gi giỏ tr np cho S1, S2 trong mt khong thi gian ph thuc vo dũng in dũ, nu thi gian l khụng thớch hp (quỏ ngn) cn thờm 1 t song song vi cng iu khin Cn chỳ ý l thi gian m ln nht cho mi khoỏ 2 chiu phi c tớnh c th rừ rng trong chin lc... nhiờn kiu sp xp ny l khụng tin li trong thc t bi vỡ cm ng gia cỏc khoỏ chuyn mch gõy ra vn ng thi mi van cng phi c iu khin vi cỏc in ỏp khỏc nhau dn n vic iu khin bin tn s cng phc tp Chớnh vỡ th cu hỡnh E chung thng c dựng to ra cỏc phn t khoỏ 2 chiu cho Matrix Converter c) Xõy dng khoỏ 2 chiu tớch hp trong mt mụun cụng sut Mc ớch ca vic tớch hp cỏc khoỏ 2 chiu trong mt mụ un cụng sut l: + Gim th... l tn s gúc ca in ỏp vo Cụng thc xp x ny ó b qua in ỏp ri trong in cm b lc, bi vỡ dũng in khụng ti ch i qua cỏc t in Thnh phn c bn ca dũng in do Matrix Converter to ra (I 50) tớnh c nh cụng sut u ra ca bin tn v giỏ tr in ỏp vo I50 =P0/3*Ei (1.2) Dũng in u vo tng cng ca Matrix Converter v b lc bng tng ca dũng in khụng ti (I0) vi dũng in ch o t Matrix Converter (I50) Khi thnh phn phn khỏng ca dũng vo... vic thit k thờm mch snubber tr lờn phc tp, mch clamp cng cn mt t ln ng thi lm tng s lng cỏc van bỏn dn cú trong cu trỳc Matrix Converter nh vy s lm gim u th ca Matrix Converter, khi c coi nh l mt gii phỏp all silicon cho cỏc b bin tn b Chuyn mch dũng in cú trựng dn (over lap) Thc hin úng khoỏ s dn trong khi khoỏ s ngt cũn ang dn (hỡnh 2.3d) iu ny s m bo s liờn tc i vi mch u ra, loi tr kh nng quỏ ỏp xy . So sánh số lượng van bán dẫn trong Matrix Converter với 2 loại VSI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công nghệ Khóa điều Diot cắt Diot chỉnh Tụ hoá lớn điện cảm MC 18 18 0 0 0 Biến tần 12 12 0 1 3 Biến tần với. 1-10 Mạch điện môđun công suất 3pha/1pha khi sử dụng a) CE-IGBT’s b)CC-IGBT’s ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP của van. Công nghệ MC sử dụng ưu thế này để xây dựng mạch điều khiển cho van, mạch điều khiển cơ. b) Matrix Converter và biến tần gián tiếp - Một số ưu điểm của biến tần gián tiếp cũng được ứng dụng trong công nghệ Matrix Converter. + Vì Matrix Converter được phân tích như một bộ biến