xây dựng mô hình Matrix Converter

M u in t cụng sut c ng dng rng rói hu ht cỏc ngnh cụng nghip hin i Nh vo cỏc b bin i c xõy dng da trờn cỏc phn t bỏn dn cụng sut (iụt, Transito,Tiristo,IGBT) cú th khng ch ngun nng lng in vi cỏc tham s cú th thay i c cung cp cho cỏc ph ti in Do s phỏt trin nh v bóo ca cụng ngh ch to cỏc phn t bỏn dn, ó cho i cỏc van bỏn dn vi nhng u im nh chuyn mch nhanh, tớnh nng dũng ỏp cao, chc chn, hiu sut cao, tin cy m bo, dn n kh nng chim u th hon ton ca cỏc b bin i in t cụng sut m in hỡnh l b bin tn, l mt b bin i dựng bin i ngun in ỏp vi cỏc thụng s in ỏp v tn s khụng i, thnh ngun in ỏp vi cỏc thụng s in ỏp v tn s thay i c S i ca b bin tn Matrix Converter, (thc cht l mt b bin tn lm vic trc tip vi li in) l s phỏt trin vt bc ca in t cụng sut, cú ý ngha rt ln vic bin i in nng Cựng vi s hon thin ca k thut in t cụng sut l s phỏt trin ca k thut vi x lý, k thut iu khin s cng vi cỏc h thng iu khin t ng truyn ng in thụng minh v hin i ó cho phộp to nờn h thng truyn ng Matrix Converter /ng C lm vic chc chn, tin cy hiu sut cao, di iu khin rng, m bo cỏc chc nng bo v cng nh iu khin chớnh xỏc quỏ trỡnh chuyn mch ũi hi rt nghiờm ngt Matrix converter (MC) u th hn cỏc bin tn truyn thng nh kh nng trao i nng lng vi li mt cỏch liờn tc, hiu sut rt cao ch cú mt ln bin i in nng, khụng phi qua khõu trung gian tớch lu nng lng, cho phộp thc hin hóm tỏi sinh nng lng tr v li in m khụng cn cú mch in ph Vt qua c nhng hn ch ca bin tn trc tip, l tn s iu chnh b gii hn trờn bi tn s ngun cung cp Ngoi cũn cú th tớch hp cựng vi ng c vo mt thit b n nht gim kớch thc, giỏ thnh, tng hiu sut v tin cy thit b, lm vic c gúc phn t Matrix Converter cũn cho phộp iu chnh c h s cụng sut cos ( ) u vo, cho dũng vo v ỏp cú dng hỡnh sin Cựng vi vic khc phc nhng nhc im c hu nh t s truyn ỏp ti a thp, s lng van bỏn dn mch lc nhiu gõy khú khn iu khin, khụng cú ung thoỏt nng lng t nhiờn (free-wheeling) v t ni mt chiu nờn mch bo v phc s to xu hng phỏt trin rng rói cho Matrix Converter cỏc ng dng cụng nghip m cho n cũn b b ng Thc hin cụng vic thit k mt b iu khin truyn ng in ng c da trờn mụ hỡnh Matrix Converter s liờn quan n nhng sau: - in t cụng sut: khoỏ hai chiu, tn hao, bo v, chuyn mch - Truyn ng in: thut toỏn iu khin ng c, PWM, khụng gian vector - Lp trỡnh DSP, VXL, thit k mch in Vi nhng rng v phc nh vy, khuụn kh thi gian cú hn, bn ỏn ny ch cp n nhng c bn ca Matrix Converter v nghiờn cu lý thuyt v thc hin mụ phng bng phn mm Matlab/simulink da trờn thut toỏn iu bin ca tỏc gi Venturini Bn ỏn ny úng gúp vo mt nhng bc i u tiờn ca sinh viờn ngnh TH trng HBKHN v ti mi - phng phỏp bin tn Matrn - B xung thờm ti cú nhiu hn phỏt trin v ng dng thc t tong lai gn Trong thi gian lm ỏn ,vi s n lc ca bn thõn v cỏc bn cựng nhúm di s ch bo tn tỡnh ca thy giỏo hng dn Trn Trng Minh em ó hon thnh bn ỏn ny ỳng hn nh Mc dự ó c gng ht sc nhng thi gian hn ch, bn thõn trỡnh cũn cú hn nờn bn ỏn chc chn khụng trỏnh thiu sút, rt mong nhn c s ch bo, úng gúp ý kin ca cỏc thy cụ cng nh cỏc bn sinh viờn quan tõm Chng I: Matrix Converter cỏc c bn I.1 khỏi nim v Matrix Converter I.1.1 S phỏt trin ca Matrix Converter Thi gian gn õy ó cú nhiu ngi quan tõm n b bin tn ma trn trc tip AC-AC dựng truyn ng thay i tc ng c cm ng Mt nhng ngi xut u tiờn l Gyugyi v Pelly (nm 1976) ó ch nguyờn tc hot ng ca b bin tn trc tip s dng khoỏ cú th iu khin c chiu nhn c tn s u khụng b hn ch Nhc im chớnh ca mch l xut hin nhiu cỏc hi bc cao khụng mong mun ca dũng vo v ỏp khụng th dựng b lc d dng loi b Vn ny ó c vt qua nh Venturini v Alesina (nm 19801981), Hai ngi ó a mt thut toỏn iu bin PWM mi cú th to dũng in vo v in ỏp hỡnh sin vi tn s bin thiờn ng thi iu khin c h s cụng sut u vo n nm 1989 cng chớnh ụng bng cỏch iu chnh li thut toỏn ban u ó to c t s truyn gia in ỏp v in ỏp vo ti a (l 0,86) v iu khin c trn cos u vo gii hn ca in ỏp v cos u Nm 1991 In Roy v April, Ishiguro a mt lp cỏc thut toỏn vụ hng nh da trờn vic so sỏnh vụ hng cỏc giỏ tr in ỏp vo tc thi v to dũng in hỡnh sin theo nguyờn tc dũng in vo mi pha t l vi in ỏp vo trờn pha ú chu k ly mu Vn thi gian thc ca thut toỏn iu khin yờu cu nhiu ln so sỏnh mi ln ly mu s yờu cu thi gian tớnh toỏn ca cỏc b vi x lý cao Tip theo l phng phỏp iu khin to in ỏp u s dng iu bin vector khụng gian vector (Space Vector Modulation-SVM), thut toỏn iu khin ny s dng phng phỏp iu bin rng xung(Pulse Width Modulation-PWM) ci thin ỏng k dng súng in ỏp nhiờn ú cht lng dng súng ca dũng in vo b suy gim Nhng nghiờn cu khỏc gn õy(1992-1998) nht ch yu trung vo vic tng hiu sut ca Matrix Converter bng cỏch gim ti a tn hao úng ct nh thc hin dũng zero úng v ỏp zero m nhng ũi hi cỏc phn t ph thờm vo cu trỳc khoỏ chiu Nm 1993 Wheeler v Grant a phng phỏp chuyn mch dũng in semi-soft gim ỏng k tn hao úng ct ng thi chuyn mch tin cy chc chn.Hin cỏc nghiờn cu ch yu v thut toỏn iu biờn ti u hoc vi khớa cnh thit k mch cụng sut gn nh mt mụun tớch hp trờn ng c, bự nh hng ca in ỏp vo khụng cõn bng, bo v Matrix Converter Hỡnh 1.1 Cu trỳc tng quỏt ca ma trn khoỏ chiu I.1.2 Khỏi nim v Matrix Converter Matrix Converter l mt b bin tn trc tip chuyn mch cng bc tt, cú th ni gia n pha vo cú tn s v in ỏp c nh U1, f1 vi m pha u cú tn s v in ỏp bin thiờn U2, f2 Vi nhng ng dng cụng nghip ch yu n=m=3 v õy l cu hỡnh thng gp nht (Hỡnh 2) Trong Matrix Converter 3ì3 gm cú mt ma trn khoỏ chiu (BiDirectional Switch-BDS) c sp xp thnh nhúm, mi nhúm tng ng vi mt pha u Vi cỏch b trớ nh vy, Matrix Converter s ni bt k u vo a, b, c vi bt k cỏc u A, B, C, ti bt k thi im Ma trn cỏc khoỏ chiu a Cni (i=0 9)= 512 kh nng kt hp, to cỏc trng thỏi úng ct ca cỏc khoỏ, nhng ch cú 27 trng thỏi thớch hp, bi vỡ, u vo ca Matrix Converter nh mt ngun ỏp pha, u nh mt ngun dũng pha, ú thc hin úng ct cỏc khoỏ phi tuõn theo lut sau, m bo khụng ngn mch ngun ỏp, v h mch ngun dũng + Khụng c ni u vo khỏc ti cựng mt u vỡ s gõy ngn mch u vo dn ti hin tng quỏ dũng in + Khụng c h mch u ca Matrix Converter vỡ ú vi ti cm s gõy hin tng quỏ ỏp S11 S12 A S13 a a b c S21 b S22 B S23 c A S31 S32 C B C b) S33 a) Hỡnh 1-2 Cu trỳc pha ca Ma trn khoỏ chiu a) Mch in b) ký hiu Vic iu khin in ỏp ra, nh cỏch thc hin úng ct cỏc khoỏ (vi cỏc trng thỏi cho phộp), theo mt th t c xỏc nh trc Nh vy giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ph thuc vo dng súng in ỏp mong mun to t cỏc in ỏp vo dng súng in ỏp ra, gm ch yu nhng thnh phn cú tn s mong mun cựng vi cỏc thnh phn tn s cao dúng ct sinh ra, m cú th loi b c nh b lc LC u ra, hoc in cm ca ti Phớa ngun, dũng in vo c to bi nhng on ca dũng in v nhng on bng khụng, m nhng on bng khụng ú dũng in khụng tr v ngun m tun hon chy qun ma trn khoỏ Ph dũng vo ch yu gm thnh phn tn s ngun cung cp v cỏc thnh phn tn s cao, m cú b lc u vo thỡ b loi tr mong mun to dũng in vo hỡnh sin Matrix Converter chớnh vỡ th cú th thc hin c vic bin i tn s v in ỏp trc tip AC-AC m khụng cn thnh phn tớch tr nng lng trung gian I.1.3 So sỏnh Matrix Converter v cỏc loi bin tn hin cú Bin tn hin cú th chia lm loi ln Bin tn trc tip Mạch van U~ U~ f f1 Hìnhchiu 1-3 Cấu trúctnbiến trựccn tiếpqua mt mch van l in ỏp vo xoay U1 v s tần f1 ch chuyn ti vi tn s khỏc, vỡ vy bin tn ny cú hiu sut bin i nng lng cao, thờm vo ú l kh nng thc hin tỏi sinh nng lng tr v li m khụng cn cú mch in ph Tuy nhiờn s mch ny khỏ phc tp, vỡ cú s lng van ln, nht l vi mch pha Vic thay i tn s f khỏ khú khn v ph thuc vo f 1, vỡ vy hin ch yu ch cú bin tn loi ny vi phm vi iu chnh f2 f1 Bin tn giỏn tip U= U1~ Chỉnh lu U= Lọc NGHịCH LƯU độc LậP f1~ U2~ 2~ 2f Hình 1-4 Cấu trúc biến tần gián tiếp f in ỏp xoay chiu u tiờn c chuyn thnh mt chiu nh mch chnh lu, sau ú qua b lc ri mi bin tr v in ỏp xoay chiu vi tn s f Vic bin i nng lng ln lm gim hiu sut bin tn, bự li loi bin tn ny cho phộp d dng thay i tn s f khụng ph thuc f1 di tn rng c trờn ln di f1 vỡ tn s ch ph thuc vo mch iu khin Hn na vi s ng dng h iu khin nh k thut s vi x lý v dựng van lc l cỏc loi tranzitor ó cho phỏt huy ti a cỏc u im ca loi bin tn ny vỡ vy a s bin tn hin l bin tn cú khõu trung gian mt chiu Tuy nhiờn dựng van tiristo cũn mt s khú khn nht nh gii quyt khoỏ van Chc nng cỏc khõu b bin tn giỏn tip : - Khõu chnh lu Chnh lu l quỏ trỡnh bin dũng in xoay chiu thnh mt chiu - Khõu lc + úng vai trũ mt kho tớch tr nng lng di dng ngun ỏp, dựng t in hoc di dng ngun dũng dựng cun cm + Nh cú khõu trung gian mt chiu, phớa nghch lu s lm vic tng i c lp vi phớa chnh lu - Khõu nghch lu c lp Nghch lu c lp l quỏ trỡnh bin i nng lng in mt chiu thnh nng lng in dũng xoay chiu vi tn s, giỏ tr in ỏp, s pha, th t pha v quỏ trỡnh chuyn mch dũng in gia cỏc pha bn thõn b nghch lu quyt nh, khụng ph thuc vo ngun in xoay chiu khỏc S ging v khỏc gia Matrix Converter v cỏc loi bin tn a) Matrix Converter v bin tn trc tip - Matrix Converter thc cht l mt b bin tn trc tip nờn s cú nhng u, nhc im ca bin tn trc tip nh sau: + Ni trc tip gia li v ti khụng qua mt khõu trung gian no nờn hiu sut truyn ng cao + Trao i nng lng vi li mt cỏch liờn tc, cú kh nng tỏi sinh nng lng khụng cn mch ph + S lng van bỏn dn nhiu, ú s van v lut iu khin cng rt phc - Tuy nhiờn Matrix Converter vt tri hn so vi bin tn trc tip : + Kh nng to c in ỏp cú tn s khụng hn ch, cú th ln hn tn s ngun cung cp f1 + Cú th iu chnh c h s cụng sut u vo cos i, lch pha gia dũng v ỏp vo ( i ) cú th > 0, = 0, hoc < + Do dựng van chiu nờn cú th hot ng gúc phn t m khụng cn tỏc ng vo phớa u vo b) Matrix Converter v bin tn giỏn tip - Mt s u im ca bin tn giỏn tip cng c ng dng cụng ngh Matrix Converter + Vỡ Matrix Converter c phõn tớch nh mt b bin i gm tng bin i, tng chnh lu v tng nghch lu, nờn cú th s dng phng phỏp iu bin rng xung (PWM) hay c dựng vi bin tn ngun ỏp, cho tng nghch lu t c cht lng in ỏp tt nht cho ng c, ú tn s v in ỏp cú th c iu chnh trn v khụng b gii hn bi tn s vo + Thc hin ni trc tip tng chnh lu ngun dũng PWM vi tng nghch lu, mc ớch to kh nng trao i cụng sut phn khỏng gia li v ti - Nhng im khỏc cú ý ngha rt ln gia Matrix Converter v bin tn giỏn tip l: + Khụng cũn thnh phn tớch nng lng phn khỏng trung gian l cun cm ln hay t mt chiu cú tui th hn ch, ú gim c kớch thc ca b bin tn, to kh nng tớch hp Matrix Converter mt mụun gn trờn ng c, giỳp h truyn ng gn nh v linh hot + Khụng cn b chnh lu mch lc to in ỏp mt chiu, ú dũng vo b Matrix Converter cú dng sin (vỡ khõu chnh lu s lm dũng vo khụng sin, h s cụng sut thp) Bng I th hin s so sỏnh v s lng van bỏn dn gia MC v b bin tn ngun ỏp cú chnh lu cu iot, v vi b bin tn ngun ỏp (back to back) cú chnh lu iu khin l b bin tn, cú cựng chỳc nng dn dũng cụng sut chy theo hng v to dũng vo hỡnh sin Cú th thy t ni mt chiu v in cm u vo s dng b bin tn (back to back) l c thay th bng van bỏn dn thờm vo gii phỏp Matrix Converter Cụng ngh MC Bin tn back to back Bin tn vi chnh lu khụng iu khin Khúa iu khin hon ton 18 12 Diot ct nhanh Diot chnh lu T hoỏ ln in cm ln 18 12 0 6 hoc Bảng 1: So sánh số lợng van bán dẫn Matrix Converter với loại VSI Nu cỏc van úng ct c s dng khoỏ hai chiu ca Matrix Converter cú kh nng chn in ỏp ngc vớ d MTO thỡ cú th to khoỏ chiu bng cỏch mc song song ngc hai van ú m khụng cn thờm it phc hi nhanh iu ny dn ti mt b bin tn nh gn hn na cú tim nng ci thin hiu sut thc t cao c Lý xõy dng Matrix Converter Matrix Converter c coi l cú nhiu u th hn so vi cỏc loi bin tn truyn thng Vỡ cú th thc hin c vic bin i tn s v in ỏp, m khụng cn cú thờm cỏc phn t tớch nng lng trung gian, nh t in cú tui th hn ch hay cun cm cú kớch thc ln ni mt chiu, nh vy s khụng yờu cu nhiu tng bin i cụng sut v hiu sut c tng lờn rừ rt hot ng tn s úng ct cao Vỡ gm cỏc khoỏ chiu nờn to dũng chy cụng sut theo hng li n ti v ti v li, dn n kh nng tỏi sinh nng lng tr v li, ng thi cú th hot ng gúc phn t m khụng cn iu chnh phớa u vo b bin i, ú ng c cú th d dng chuyn i ch lm vic t ch ng c sang ch hóm tỏi sinh v ngc li Nh s dng cỏc k thut iu bin (PWM) nờn to dng súng ỏp v dũng vo hỡnh sin, cú kh nng iu chnh h s cụng sut u vo, tc iu chnh c gúc lch pha gia dũng v ỏp vo l dn trc, chm sau hay khụng i bt chp cỏc loi ti khỏc Matrix Converter cũn c coi l gii phỏp ton b silớc all silicon cho b bin i cụng sut trc tip AC-AC, nh kh nng tớch hp cao, chu c iu kin nhit cao, tin cy c m bo ca cỏc cht bỏn dn c ch to t nguyờn t Si Vỡ th Matrix Converter s l cụng ngh lý tng tng lai cho nhng ng dng cú nhit cao v kớch thc nh gn, ú s khụng cn t in s l mt thun li rt cú ý ngha bi vỡ t chu c nhit cao thng rt him v t I.1.4 Khú khn v xu hng nghiờn cu a) Nhng khú khn Bờn cnh nhng u th k trờn, mt bt li ln nht khin Matrix Converter ó khụng cú kh nng cnh tranh trờn th trng l t s truyn in ỏp b hn ch (ti a l 0,86) Thờm vo ú l s lng cỏc van bỏn dn nhiu (18 IGBT v 18iụt FRD) cn xõy dng mt b Matrix Converter, ú dn n iu khin s rt phc tp, ng thi mụun cụng sut cha c sn xut mt cỏch ti u Nhng bt li khỏc l kh nng chng li dao ng in ỏp phớa ngun kộm, v nh vy cn cú mch ph gm nhng phn t phn khỏng ci thin dng súng dũng vo, v ng thi bo v Matrix Converter chng li cỏc s c xy quỏ dũng hoc quỏ ỏp Tuy nng lng tn hao cỏc phn t phn khỏng ny s nh hn nhiu so vi cỏc 10 a> q=0.3, f0 = 30Hz 400 300 200 VA IA 100 -100 -200 -300 -400 10 20 Hỡnh 4.13 30 40 50 60 Time(ms) 70 80 90 100 H thng dũng vo v in ỏp vo (VA, IA) 15 10 Ia Ib Ic(A) -5 -10 -15 10 20 30 40 50 60 Time(ms) 70 80 90 Hình 4.14 Hệ thống, dòng đầu MC (Ia Ib Ic) 78 100 Ila Ilb Ilc (A) -2 -4 -6 -8 10 20 30 40 50 60 Time (ms) 70 80 90 100 Hỡnh 4.15 H thng dũng ti ba pha (Ila, Ilb, Ilc) 400 300 200 Voa (V) 100 -100 -200 -300 -400 10 15 20 Time(ms) 25 Hình 4.16 Điện áp đầu MC (Voa) 79 30 35 600 400 Vlab Ila*20 200 -200 -400 -600 10 20 30 40 50 60 Time (ms) 70 80 90 100 Hỡnh 4.17 H thng in ỏp dõy Vab v dũng ti Ila*20 b> q=0.5, fo = 30Hz 400 300 200 VA IA*25 100 -100 -200 -300 -400 10 20 30 40 Time(ms) 50 60 70 Hình 4.18 Hệ thống dòng vào điện áp vào (VA, 80 80 600 400 Vab Ila*20 200 -200 -400 -600 0.01 0.02 0.03 0.04 Time(ms) 0.05 0.06 0.07 0.08 Hình 4.19 Điện áp dây Vab dòng tải Ila*20 400 300 200 Voa(V) 100 -100 -200 -300 -400 10 15 20 Time(ms) 25 Hình 4.20 Điện áp đầu MC (Voa) 81 30 35 25 20 15 10 Ia Ib Ic(A) -5 -10 -15 -20 -25 10 20 30 40 Time(ms) 50 60 70 80 0.01 0.02 0.03 0.04 Time(ms) 0.05 0.06 0.07 0.08 15 10 Ila Ilb Ilc (A) -5 -10 -15 Hỡnh2.21 H thng dũng ti ba pha (Ila, Ilb, Ilc), dũng u ca MC (Ia Ib Ic) 82 Ic> q=0.866, f0 = 30Hz 400 300 200 VA IA 100 -100 -200 -300 -400 0.01 0.02 0.03 0.04 Time(ms) 0.05 0.06 0.07 0.08 600 400 Vab Ila*20 200 -200 -400 -600 10 20 30 40 Time(ms) 50 60 70 80 Hình 4.22 Hệ thống dòng vào điện áp vào (VA, IA); Điện áp dây Vab dòng tải 83 400 300 200 Voa (V) 100 -100 -200 -300 -400 10 15 20 Time(ms) 25 30 35 Hỡnh 4.23 in ỏp u MC (Voa) d> q=0.5, fo 30Hz, A=10V Hình 4.24 Hệ thống dòng vào điện áp vào (VA, 84 Hình 4.25 Hệ thống điện áp đầu (Voa) dòng đâu Matrix 85 Hình 4.22 Hệ thống điện áp dây Vab dòng tải Ila*20 a) Nhn xột kt qu mụ phng : Kt qu mụ phng chớnh xỏc v mt lý thuyt, em so sỏnh vi cỏc kt qu c cụng b trờn cỏc khoa hc thỡ cú kt qu tng t Nhiu in ỏp li ó c bự rt tt, h s cụng sut u vo bng mt, dng súng dũng in vo v ỏp l rt sin, ỏp ng bin i tn s nhanh v tuyn tớnh Mụ phng logic chuyn mch khụng gp cỏc trng hp quỏ ỏp hay quỏ dũng, cho ta tin tng vo mụ hỡnh thit k cựng vi thut toỏn iu khin thc hin thit k mch tht b) So sỏnh vi bin tn ngun ỏp + Tớnh phc Phc hn lng tớnh toỏn ln tn ti nhiu phộp tớnh lng giỏc Vỡ vy thc hin nú ta khụng s dng c cỏc thit b logic 86 to súng sin chun v súng mang nh cỏc b PWM ca bin tn ngun ỏp thụng thng Dn n phi s dng b VXL tc cao Cu trỳc mch iu khin MC thụng thng s dng VXL lm vic song song ú mt VXL gii quyt cỏc bi toỏn liờn quan n thi gian thc, tớnh toỏn thi gian dn cỏc van trờn mch lc t cỏc thụng s u vo; mt VXL lm nhim v iu khin quỏ trỡnh chuyn mch cho cỏc khoỏ trờn mch lc v giao tip vi ngi s dng + Kh nng m rng ca mụ hỡnh Mụ hỡnh c xõy dng bng Matlab/Simulink cú tc chy chng trỡnh nhanh c xõy dng thnh hon thin vi u vo l cỏc in ỏp ớch (t) u l in ỏp mong mun Vỡ vy mụ hỡnh cú th c dựng cỏc mụ hỡnh mụ phng mch vũng iu khin kớn vi ng c xoay chiu pha KT LUN CHUNG Qua thi gian thc thin ỏn tt nghip, vi ti Ngiờn cu b bin tn AC-AC Matrix Converter ó giỳp em hiu rừ hn nhng 87 lý thuyt v thc t liờn quan n ti nhm cng c thờm cỏc kin thc ó hc trng c s hng dn, giỳp nhit tỡnh ca cỏc thy cụ giỏo b mụn T ng Hoỏ XNCN, c bit l thy hng dn Trn Trng Minh cựng vi s n lc ca bn thõn, n bn ỏn ó tng i hon thnh Trong bn ỏn ó cp n cỏc v in t cụng sut i vi b bin tn - Matrix Converter - Mt b bin tn trc tip AC/AC, cú rt nhiu u th so vi cỏc b bin tn kinh in Tuy nhiờn hn ch v thi gian v cỏc thit b thc hnh nờn ti cha hon thin y Ch dng li vic mụ phng dựng Matlab/Simulink Tụi rt mong c s gúp ý xõy dng v sa i ca cỏc thy cụ giỏo v cỏc bn cú quan tõm Xin trõn trng cm n.! Sinh viờn thc hin Trnh Vn Hi Mc lc M u .1 Chng I: Matrix Converter cỏc c bn I.1 khỏi nim v Matrix Converter I.1.1 S phỏt trin ca Matrix Converter .3 I.1.2 Khỏi nim v Matrix Converter I.1.3 So sỏnh Matrix Converter v cỏc loi bin tn hin cú .6 88 I.1.4 Khú khn v xu hng nghiờn cu 10 I.2 khoỏ chiu matrix converter 11 I.2.1 Quỏ trỡnh nng lng Matrix Converter 11 I.2.2 Cu trỳc khoỏ chiu .12 I.3 Vn bo v mch cụng sut cho Matrix Converter .18 I.3.1 B lc u vo LC .18 I.3.2 Mch kp (clamp diode) 22 I.3.3 Mch snubber 24 Chng II: chuyn mch matrix converter 27 II.1 Tng quỏt v quỏ trỡnh chuyn mch 27 II.1.1 Chuyn mch t nhiờn v chuyn mch cng bc .27 II.1.2 Chuyn mch cng v chuyn mch mm .28 II.2 Chuyn mch dũng in Matrix Converter 29 II.2.1 Yờu cu ca quỏ trỡnh chuyn mch .29 II.2.1 Cỏc phng phỏp chuyn mch dũng in c bn 30 II.2.2 Phng phỏp chuyn mch semi-soft 31 II.2.3 Phng phỏp chuyn mch ci tin 37 Chng III : Phng phỏp to in ỏp u Matrix Converter 42 III.1 Thut toỏn iu bin Venturini 42 III.1.1 Gii thiu chung .42 III.1.2 Gii phỏp iu bin c bn ca Venturini .45 III.1.3 K thut bự nhiu in ỏp li: 50 III.2 iu bin khụng gian vector giỏn tip (2 mt) 51 III.2.1 Khỏi quỏt v phng phỏp iu bin rng xung trờn khụng gian vector (SV - PWM) .51 III.2.2 iu bin khụng gian vector giỏn tip 53 Chng IV: Xõy dng mụ hỡnh Matrix Converter 65 IV.1 Phõn tớch la chn thut toỏn mụ phng 65 IV.2 Xõy dng mụ hỡnh Matrix Converter bng matlab/ 66 Simulink 66 IV.2.1 Thnh lp cỏc phng trỡnh c s cho vic xõy dng mụ hỡnh MC 66 IV.2.2 Phõn tớch cỏc chc nng mụ hỡnh 68 IV.3 Xõy dng mụ hỡnh MC cho pha dựng Matlab /Pow -er Blockset 75 89 IV.3.1 Xõy dng cỏc BDS v modul cụng sut 3pha_1pha: 75 IV.3.2 Mụ hỡnh h thng dựng Matlab/Power Blockset 76 .77 IV.4 Phõn tớch kt qu mụ phng 77 IV.4.1 Kt qu mụ phng vi ti R_L .77 Ti liu tham kho Ti liu dựng cho thut toỏn iu bin v xõy dng mụ hỡnh mụ phng: [ Sedat Sunter, Huseyin Altun v Jon C.Clare, A control technique for compensating the effects of input voltage variation on matrix converter modulation algorithms MELECON [ H.Altun v S.Sunter, Simulation and modeling of vector controled 3phase matrix converter indution motor drive , ELECO01 [ Sedat Sunter v Jon C.Clare, feedforward indirect vector control of a matrix converter-fed indution motor drive compel 19,4 [ Sedat Sunter v Jon C.Clare(1996), A true four quadrent matrix converter indution motor drive with servo performance PESC,Baveno [ Y.Tatar,vaf S.Sunter Pspice modelling and simulation of a matrix converter-fed indution motordrive 1] 2] 3] 4] 5] 90 Ti liu dựng cho chng Chuyn mch: [ Cho, J.G vaf Cho, G.H.(1991), soft switched matrix converter for highfrequence direct AC/AC power conversion, EPE Conf.Rec [ Wheeler v J.Clare(1998), Intelligent commutation of matrix converter bi_directional switch cell using novel gate drive tecniques,PESC98 [ Jochen Mahlein, Jorg Weigold v Olaf Simon, New concepts for Matrix converter design IECON01 [ Christina Klumpner, Peter Nielsen, Ion Boldea v Frede Blaabjeerg, 6] 7] 8] 9] A matrix converter_motor (MCM) for industry application [ Peter Nielsen, Frede Blaabjerg, New protection issues of a matrix converter: Design considerations for adjustable-speed drives IEEE vol 35, no5, Thỏng nm 1999 [ P.W.Wheeler v D.A Grant A new low loss matrix converter for AC variable-speed drives. IPEMC94 trang 851-856 [ O.Simon v M.brucmann, EconoMac the first all-in-one IGBT module for Matrix converter [ L.Empringham, P.M.Wheleer , J.C.Clare Bi-dirictional switch curent commutation for Matix converter application [ Axel Schuster, Amatrix converter without rective clamp elements for an indution motor drive system [ Christina Klumpner v Ion Baldea,The matrix converter : Overvoltages caused by the output filter , Bidirectional power flow, and Control for artificial, loading of induction motors 10] 11] 12] 13] 14] 15] Cỏc ti liu c thờm khỏc 16] in t cụng sut, Nguyn Bớnh, 1996, NXB Khoa hc v k thut, 1996 17] Giỏo trỡnh in t cụng sut, Trn Trng Minh, NXB Giỏo dc 18] iu chnh t ng truyn ng in, Bựi Quc Khỏnh, Phm Quc Hi, Nguyn Vn Lin, Dng Vn Nghi, NXB Khoa hc v k thut, 1996 19] iu khin t ng truyn ng xoay chiu ba pha, Nguyn Phựng Quang, NXB Giỏo dc, 1996 20] iu khin s mỏy in, Lờ Vn Doanh, Nguyn Th Cụng, Nguyn Trung Sn, Cao Vn Thnh, NXB Khoa hc v k thut, 1999 91 21] T in khoa hc k thut in, Quang t, Gia Phan, NXB Khoa hc v k thut, 1999 22] Lý Thuyt iu khin t ng, Phm Cụng Ngụ Khoa hc v k thut, 1996 23] Phõn tớch v gii mch in t cụng sut, Phm Quc Hi, Dng Vn Nghi, NXB Khoa hc v k thut, 1997 92 [...]... cho nờn ít dựng xõy 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 II.2 Chuyn mch dũng in trong Matrix Converter II.2.1 Yờu cu ca quỏ trỡnh chuyn mch Hình 2.2... cú trong Matrix Converter Tuy nhiờn b lc u vo LC v mch clamping l nhng mch khụng th thiu c trong cu hỡnh chung ca mt Matrix Converter 3 (a,b,c) Lọc đầu vào matrix co nvetrr 3 3 (A,B,C) 3 Mạch clamp M 3~ Động cơ cảm ứ ng Khối cấp nguồn cho các mạch điện tử (Gate driver, Bộ chuyển đổi, Điều khiển) Hình 1-13 Cấu hình dạng khối tổng quát của Matrix Converter với động cơ cảm ứng I.3.1 B lc u vo LC Hình 1-14... úng ct cao + Gim kớch thc h truyn ng Matrix Converter bng cỏch tớch hp tt c cỏc cu trỳc silicon phc tp (khoỏ 2 chiu) trong mt mụun cụng sut Tớch hp cỏc mch bo v, khi logic iu khin chuyn mch, ngun cỏch ly mch iu khin, gate driver trong mt bng mch in t gi l PEBB I.2 khoỏ 2 chiu trong matrix converter I.2.1 Quỏ trỡnh nng lng trong Matrix Converter Ta bit rng Matrix Converter cú kh nng trao i nng lng vi... đầu ra Matrix Converter a)Tránh ngắn mạch đầu vào b)Tránh hở mạch đầu ra 29 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, ... hin c khi Matrix Converter ang hot ng vỡ s xy ra in ỏp ri trờn cỏc in tr hn ch, nhng cú th s dng loi tr quỏ ỏp khi khi ng cp ngun cho Matrix Converter Khi cú t clamp tham gia vo s quỏ khi khi ng (thm chớ ngay c khi t ny phúng ), nu tho món iu kin ca R thỡ quỏ trỡnh quỏ cng b tt dn I.3.2 Mch kp (clamp diode) Khụng cú Hình ng 1-16thoỏt Mạchnng clamp lng diodecng bảo gõy vệ Matrix khú khn Converter. .. gim s ngun cỏch ly, vn bo v mụun cụng sut, v kh nng tớch hp chỳng vo mt mụun thụng minh cho Matrix Converter Ph thuc vo cụng sut nh mc, cú 2 cụng ngh tớch hp cỏc van Hình 1-10 Mạch điện mô un công suất 3pha/1pha khi sử dụng + Cụng ngh CE xõy dng mụun cụng sut 3pha/ 1pha, dựng cho a) CE-IGBTs b)CC-IGBTs Matrix Converter cú cụng sut ln Mt u th l cú th theo dừi c in ỏp VCE , nờn cú th s dng cụng ngh CE... cụng sut phn khỏng tr li li hoc tiờu th Q iu ny rt cú ý ngha i vi truyn ng dựng Matrix Converter vi cụng sut ln, vỡ s nh hng n li l rt ỏng k, hn na tn hao hn ch c s l rt ln thc hin c iu ny cn cú cỏc khoỏ 2 chiu trong cu trỳc ca Matrix Converter cú th dn dũng theo c 2 chiu li n ti hoc ti v li 11 I.2.2 Cu trỳc khoỏ 2 chiu Matrix Converter yờu cu cỏc khoỏ hai chiu cú th trao i nng lng vi li Khoỏ hai chiu... 26 Chng II: vn chuyn mch trong matrix converter Matrix Converter cú nhiu thun li hn cỏc bin tn truyn thng nh kh nng tỏi sinh nng lng tr li li, dũng in vo v ra hỡnh sin, v cú th iu khin c h s cụng sut u vo, kớch thc cng c gim xung ỏng k bi vỡ khụng cú phn t phn khỏng ln tớch nng lng trung gian Tuy nhiờn cng cú mt vi vn thc t quan trng ny sinh cn c quan tõm vi Matrix Converter Vỡ khụng cú ng thoỏt nng... 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 l khụng i ( I 0 =const), thỡ gúc pha dũng vo ph... in ỏp cỏc van ti mt giỏ tr thớch hp Trong Matrix Converter, s dng mt mch RC snubber n gin c ni song song qua khoỏ 2 chiu(Hỡnh 1.18) trỏnh tn hao trong mch bo v ln quỏ mc vic thit k mch snubber phi i lin vi vic thit lp thi 1 gian tr rt cn thn Vi mt mch R-C dựng bo v Matrix Converter khi thc hin chuyn mch dũng in n gin1-18 v d hiuSnubber l chuyn in vi thi gian Hình Mạch chomch khoá dũng 2 chiều cht (dead