Kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp nhằm giảm điện áp điểm nối chung

Bài viết trình bày kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp 3 pha để giảm điện áp điểm nối chung và duy trì chất lượng điện tại ngõ ra không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng giảm điện áp điểm nối chung.

Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2): 846-860 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp nhằm giảm điện áp điểm nối chung Trần Quốc Hoàn1 , Vũ Mạnh Tiến2 , Nguyễn Đình Tun3,* TĨM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Bài báo trình bày kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp pha để giảm điện áp điểm nối chung trì chất lượng điện ngõ khơng bị ảnh hưởng hiệu ứng giảm điện áp điểm nối chung Để giảm giá trị đỉnh điện áp điểm nối chung xuống 57,7% so với giá trị điện áp pha ngõ vào, vector điện áp tích cực sử dụng để tổng hợp điện áp ngõ mong muốn, thay sử dụng vector điện áp không kỹ thuật điều chế truyền thống Mặc dù giảm giá trị đỉnh điện áp điểm nối chung chất lượng điện ngõ biến tần ma trận bị ảnh hưởng thiếu tham gia vector điện áp không Để giải vấn đề này, kỹ thuật điều chế vector không gian đề xuất cho tầng chỉnh lưu thiết kế lại để tạo giá trị trung bình điện áp dc-link số cách sử dụng vector dịng điện tích cực thay vector kỹ thuật chiều chế khác Do đó, kỹ thuật điều chế vector khơng gian đề xuất cho biến tần ma trận cải thiện đáng kể chất lượng điện áp dòng điện ngõ ra, đồng thời giảm giá trị đỉnh điện áp điểm nối chung Các mô thực phần mềm PSIM kết thực nghiệm đo đạc phịng thí nghiệm cung cấp để chứng minh hiệu kỹ thuật điều chế đề xuất Từ khoá: Biến tần ma trận, kỹ thuật điều chế vector không gian, điện áp điểm nối chung, độ méo dạng sóng hài tổng MỞ ĐẦU Trường Đại học Trần Đại Nghĩa, Việt Nam Trường Đại học Tôn Đức Thắng, Việt Nam Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM, Việt Nam Liên hệ Nguyễn Đình Tuyên, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM, Việt Nam Email: ndtuyen@hcmut.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 30-11-2020 • Ngày chấp nhận: 05-4-2021 • Ngày đăng: 18-4-2021 DOI : 10.32508/stdjet.v4i2.797 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Biến đổi điện áp xoay chiều phận cần thiết hệ thống công nghiệp, đặc biệt hệ truyền động sử dụng động điện xoay chiều Các biến đổi điện áp xoay chiều truyền thống kiểu ac-dc-ac với cấu trúc gồm khối chỉnh lưu ghép tầng với khối nghịch lưu được sử dụng rộng rãi Một tụ điện dc-link với dung lượng lớn thường sử dụng làm thành phần lưu trữ lượng Theo đó, nguồn điện áp xoay chiều sau chỉnh lưu thành điện áp chiều, lưu trữ tụ điện dc-link, khối nghịch lưu lấy điện áp chiều từ tụ điện dc biến đổi thành điện áp xoay chiều với biên độ tần số mong muốn ngõ Mặc dù có ưu điểm tính ổn định, kỹ thuật điều chế/điều khiển đơn giản, tồn tụ điện dc-link làm cho biến đổi truyền thống kiểu ac-dc-ac có kích thước khối lượng lớn, tuổi thọ làm việc hạn chế, đặc biệt điều kiện hoạt động nhiệt độ cao Để giải vấn đề này, biến tần ma trận (matrix converter) giải pháp tốt biết đến cách truyền công suất trực tiếp từ nguồn xoay chiều đến tải xoay chiều mà không cần thông qua tụ điện dc-link 3–5 Đặc tính giúp biến tần ma trận thu gọn đáng kể kích thước khối lượng, nâng cao tuổi thọ, hiệu suất mật độ cơng suất, có khả hoạt động nhiệt độ cao Đây xu hướng phát triển tương lai biến đổi công suất, đặc biệt lĩnh vực đặc thù yêu cầu giới hạn kích thước khối lượng ứng dụng giao thông vận tải (xe điện, tàu điện), công nghiệp hàng không, quân Các biến tần ma trận có nhiều ưu điểm dòng điện ngõ vào, ngõ dạng sin, truyền cơng suất theo hai chiều, điều khiển hệ số công suất ngõ vào, mạch công suất nhỏ gọn Các biến tần ma trận phân loại theo cấu trúc gồm hai loại: biến tần ma trận trực tiếp (direct matrix converter) biến tần ma trận gián tiếp (indirect matrix converter) Cả hai cấu trúc có đặc tính chất lượng giống Tuy nhiên, biến tần ma trận gián tiếp có thêm ưu điểm cấu trúc trực tiếp mạch kẹp để bảo vệ áp đơn giản, đóng cắt với dịng chuyển mạch khơng, cấu trúc tùy biến dễ dàng Do đó, biến tần ma trận gián tiếp, Hình 1, nhận nhiều quan tâm nghiên cứu Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, biến tần ma trận chưa ứng dụng rộng rãi công nghiệp cịn tồn số hạn chế nội Một số Trích dẫn báo này: Hoàn T Q, Tiến V M, Tuyên N D Kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp nhằm giảm điện áp điểm nối chung Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 4(2): 846-860 846 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 1: Biến tần ma trận gián tiếp pha xuất điện áp điểm nối chung (commonmode voltage - CMV), tương tự biến đổi điện áp xoay chiều truyền thống kể 7–12 Điện áp CMV xuất van bán dẫn điều khiển đóng cắt tần số cao Điện áp CMV gây hỏng hóc sớm cuộn dây động cơ, ổ trục động cơ, gây tượng nhiễu điện từ (electromagnetic interference) 13 Vì cần thiết phải giảm điện áp CMV biến tần ma trận nói riêng, biến đổi cơng suất nói chung Một số phương pháp giới thiệu để giảm điện áp CMV cho biến tần ma trận 7–12 Hầu hết phương pháp dựa kỹ thuật điều chế độ rộng xung trạng thái gần (near-state pulse-width modulation - PWM) 14 để giảm 42% giá trị đỉnh điện áp CMV ban đầu Theo để giảm điện áp CMV, nghiên cứu đề xuất thay vector điện áp khơng hai vector điện áp tích cực đối nghịch, nghiên cứu đề xuất thay vector điện áp khơng hai vector điện áp tích cực gần Trong nghiên cứu , tác giả Rahman trình bày kỹ thuật điều chế vector khơng gian (space-vector modulation) cách sử dụng vector dòng điện không tầng chỉnh lưu thay cho vector điện áp không tầng nghịch lưu Tuy nhiên, giảm điện áp CMV, chất lượng điện áp, dòng điện ngõ vào, ngõ biến tần giảm đáng kể việc điều chế thiếu vector điện áp không Trong nghiên cứu Padhee cộng 10 , nhóm tác giả cố gắng khắc phục ảnh hưởng giải thuật giảm điện áp CMV cách tách thành vùng điều chế với dải điện áp thấp cao nhằm cải thiện chất lượng điện áp ngõ Trong đó, nhằm tránh việc tách thành vùng điều chế 847 gây khó khăn cho việc tạo giản đồ đóng cắt van bán dẫn, nghiên cứu tác giả Tsoupos cộng 11 đề xuất sử dụng trọng số nhằm chuyển đổi linh hoạt vùng điều chế điện áp thấp điện áp cao Bên cạnh đó, nghiên cứu Tran cộng 12 giới thiệu phương pháp điều chế vector không gian nhằm giảm điện áp CMV có tính đến cải thiện chất lượng ngõ cho biến tần ma trận pha nhánh cấp cho tải mở (open-end load) Tuy nhiên, hầu hết giải thuật đề xuất nhiên cứu có thuật tốn phức tạp Đây hạn chế hầu hết phương pháp giảm điện áp CMV Để giải vấn đề trên, báo đề xuất kỹ thuật điều chế vector khơng gian giảm điện áp CMV đồng thời trì chất lượng điện áp, dòng điện ngõ vào, ngõ cho biến tần ma trận gián tiếp pha Trong kỹ thuật đề xuất, ý tưởng điều chế vector không gian (three-vector modulation) sử dụng để điều khiển trạng thái đóng ngắt van ban dẫn tầng chỉnh lưu nghịch lưu Theo đó, vector điện áp tích cực sử dụng để điều khiển tầng nghịch lưu nhằm giảm điện áp CMV; vector dịng điện tích cực sử dụng để điều khiển tầng chỉnh lưu nhằm trì chất lượng điện áp, dòng điện Hiệu kỹ thuật điều chế đề xuất đánh giá thông qua kết mơ thực nghiệm phịng thí nghiệm PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2): 846-860 Hình 2: Vector khơng gian tầng chỉnh lưu Kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận gián tiếp pha Kỹ thuật điều chế vector không gian thường sử dụng rộng rãi điều khiển biến tần ma trận 5,6 Giả sử tầng chỉnh lưu kết nối với nguồn áp ba pha cân dạng sin: va = Vi cos (ωi t) vb = Vi cos (ωi t − 2π /3) vc = Vi cos (ωi t + 2π /3) = ) 2( ia + ib e j2π /3 + ic e j4π /3 = Ii e jαi ⊥ pha Ví dụ, vector i ac lựa chọn để tổng hợp vector dịng điện ngõ vào, van bán dẫn phía pha a Sap van bán dẫn phía pha c Scn kích đóng Trong khoảng thứ ⊥ ⊥ (−π /6 ≤ αi ≤ π /6), hai vector i ab i ac lựa ⊥∗ (1) với Vi ωi biên độ tần số góc điện áp pha ngõ vào Kỹ thuật điều chế vector không gian tầng chỉnh lưu dựa việc phân tích khơng gian vector dòng điện ngõ vào: ⊥ ii van bán dẫn phía với nguồn (2) với Ii αi biên độ góc pha ban đầu dòng điện pha ngõ vào Hình trình bày sơ đồ khơng gian vector tầng chỉnh lưu, gồm vector dịng điện tích cực (active vector) vector dịng điện khơng (zero-vector) Mỗi vector thể trạng thái đóng cắt khác chọn để tổng hợp dòng điện ngõ vào mong muốn i i theo công thức sau: ⊥∗ ii ⊥ ⊥ (3) = dab i ab + dac i ac với dab dac tỉ số nhiệm vụ (duty ratio) vector tương ứng Đối với tầng nghịch lưu, kỹ thuật điều chế vector không gian dựa việc phân tích khơng gian vector điện áp ngõ ra: ) 2( ⊥ (4) vo = vA + vB e j2π /3 + vC e j4π /3 = Vo e jαo Hình trình bày khơng gian vector nghịch ( tầng ) ⊥ ⊥ lưu, gồm vector điện áp tích cực v : v ( ) ⊥ ⊥ vector điện áp không v , v Mỗi vector điện áp đại diện cho trạng thái kết nối ngõ 848 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 3: Vector không gian tầng nghịch lưu với điện áp dc-link Giả sử vector điện áp ngõ mong muốn khoảng thứ (0 ≤ αo ≤ π /3) ⊥ ⊥ Trong khoảng này, vector tích cực v , v vector ⊥ ⊥ không v , v lựa chọn để tạo điện áp ngõ mong muốn: ⊥ v0 ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ = d10 v + d11 v + d12 v + d17 v (5) Ưu điểm lớn kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận tạo điện áp, dòng điện ngõ vào, ngõ với chất lượng tốt, bị méo dạng hài bậc cao Tuy nhiên với kỹ thuật điều chế vector khơng gian thơng thường vừa trình bày khơng có khả giảm điện áp CMV Kỹ thuật điều chế vector không gian nhằm giảm điện áp CMV Điện áp CMV biến tần ma trận gián tiếp pha Trong hệ truyền động điện pha, điện áp CMV định nghĩa điện áp chênh lệch điểm trung tính động điểm trung tính nguồn pha, Hình 4: vcm = vNO 849 (6) Với vA , vB vC điện áp pha ngõ ra; R, L điện trở, điện cảm tải pha: vA − vcm = RiA + L (diA /dt) vB − vcm = RiB + L (diB /dt) vC − vcm = RiC + L (diC /dt) (7) Dưới điều kiện tải phân cân bằng, tổng dòng điện ngõ khơng iA + iB + iC = Vì vậy, điện áp CMV xác định theo công thức sau: vcm = vA + vB + vC (8) Từ (8), biên độ điện áp CMV phụ thuộc vào vector điện áp điều chế tầng nghịch lưu, giá trị đỉnh điện áp CMV tính sau: ( ) V ⊥ ⊥ √i , v : v ( ) Vcm,peak = [ (9) ⊥ ⊥ Vi , v , v Kỹ thuật điều chế vector không gian đề xuất cho tầng nghịch lưu để giảm điện áp CMV Từ (8), giá đỉnh điện áp CMV biến tần ma trận gián tiếp pha đạt giá trị nhỏ nhóm Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 4: Điện áp CMV biến tần ma trận vector điện áp tích cực lựa chọn để điều chế tầng nghịch lưu Vì vậy, điện áp ngõ tổng hợp từ vector điện áp tích cực, điện áp CMV giảm đến giá trị tối thiểu 57,7% so với biên độ điện áp pha ngõ vào Để giảm điện áp CMV biến tần ma trận, kỹ thuật điều chế độ rộng xung trạng thái gần thường sử dụng ưu điểm độ méo dạng sóng hài tổng (total harmonic distortion - THD) nhỏ, tổn hao cơng suất đóng cắt thấp Kỹ thuật điều chế độ rộng xung trạng thái gần sử dụng vector điện áp tích cực gần để tổng hợp điện áp ngõ mong muốn Hình trình bày khơng gian vector giải thuật đề xuất cho tầng nghịch lưu Giả sử điện áp ngõ mong muốn khoảng thứ (−π /6 ≤ αo ≤ π /6), mong muốn Mặc dù tạo điện áp dc-link đạt vector tích cực v , v v lựa chọn để tạo vector điện áp ngõ mong muốn: thay vector thơng thường Ngồi ra, giá trị ⊥ ⊥ v0 ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ = d11 v + d12 v + d16 v (10) giá trị tối đa, trị trung bình điện áp dc-link dao động lần chu kỳ áp nguồn Do đó, điện áp sử dụng để điều chế cho tầng nghịch lưu khơng thể tạo điện áp, dịng diện ngõ có chất lượng tốt Hơn nữa, kỹ thuật điều chế vector khơng gian đề xuất tầng nghịch lưu giảm điện áp CMV cách hiệu chất lượng ngõ lại trở nên xấu thiếu tham gia vector điện áp không Để bù đắp cho giảm sút chất lượng điện ngõ ra, kỹ thuật điều chế vector không gian tầng chỉnh lưu thiết kế lại cách sử dụng vector dịng điện tích cực để tổng hợp dịng điện ngõ vào mong muốn, trung bình điện áp dc-link kỹ thuật đề xuất trì giá trị số cách sử dụng vector điện áp ngõ vào để tạo điện áp dc-link Tỷ số nhiệm vụ tương ứng tính toán sau: √ 3 d16 = − mv cos (αo ) − mv sin (αo ) 2 (11) d11 = −1 + 3mv cos (αo ) d12 = − d16 − d11 Kỹ thuật điều chế vector không gian đề xuất cho tầng chỉnh lưu để cải thiện độ méo dạng sóng hài Trong kỹ thuật vector không gian thông thường cho tầng chỉnh lưu, vector dịng điện tích cực gần chọn để tổng hợp vector dòng điện ngõ vào Hình trình bày giản đồ khơng gian vector kỹ thuật điều chế đề xuất tầng chỉnh lưu Trong khoảng, vector dòng điện ngõ vào mong muốn tạo nên từ vector dịng điện tích cực Để dễ hình dung hơn, giả sử vector dịng điện ngõ vào mong muốn khoảng thứ (0 ≤ βi ≤ π /3), vec⊥ ⊥ ⊥ tor tích cực i ab , i ac i bc chọn để tổng hợp vector dòng điện ngõ vào mong muốn: ⊥∗ ii ⊥ ⊥ ⊥ = dab i ab + dac i ac + dbc i bc = dab + dac + dbc (12) 850 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 5: Khơng gian vector đề xuất cho tầng nghịch lưu Hình 6: Khơng gian vector đề xuất cho tầng chỉnh lưu 851 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 7: Phân bố vector chuyển mạch kỹ thuật vector không gian đề xuất Tỷ số nhiệm vụ vector tích cực xác định sau: dab = − mi sin (βi + π /6) √ dac = −1 + 3mi cos (βi − π /6) dbc = − mi cos (βi ) (13) Và giá trị trung bình điện áp dc-link là: _ V dc = dab (va − vb ) + dac (va − vc ) + dbc (vb − vc ) = miVi (14) Q trình đóng cắt tầng chỉnh lưu tầng nghịch lưu đồng phân bố đối xứng để trì cân dịng điện ngõ vào, điện áp ngõ ra, giảm tổn thất độ méo dạng sóng hài Tỷ số nhiệm vụ Hình xác định sau: T6ab = d16 dab Ts , T6ac = d16 dac Ts , T6bc = d16 dbc Ts , T2ab = d12 dab Ts , T2bc = d12 dbc Ts T1ab = d11 dab Ts , T1ac = d11 dac Ts , T1bc = d11 dbc Ts , T2ac = d12 dac Ts , (15) Trong kỹ thuật điều chế vector không gian đề xuất, tỉ số truyền điện áp ngõ vào ngõ (voltage transfer ratio) xác định sau: _ Vo V dc Vo = = mv mi q= Vi Vdc Vi (16) Các tỉ số nhiệm vụ tầng chỉnh lưu nghịch lưu (11) (13) phải giá trị dương thấp Sự ràng buộc dẫn đến hạn chế tỷ số truyền điện áp biến tần ma trận gián tiếp: √ (17) √ ≤q≤ Từ (17), kỹ thuật điều chế đề xuất phù hợp để điều khiển biến tần ma trận vận hành dải có tỉ số truyền điện áp cao KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết mô thảo luận Để đánh giá hiệu kỹ thuật điều chế vector không gian đề xuất mô thực phần mềm PSIM 9.0 với tải pha R-L Các thông số mơ trình bày Bảng Hình trình bày dạng sóng điện áp CMV phân tích phổ (Fast Fourier Transform - FFT) kỹ thuật điều chế vector không gian thông thường kỹ thuật điều chế đề xuất Kỹ thuật điều chế thông thường giảm giá trị đỉnh điện áp CMV tồn vector điện áp không điều chế tầng nghịch lưu Trong đó, cách sử dụng vector điện áp tích cực, kỹ thuật điều chế đề xuất giảm giá trị đỉnh điện áp CMV từ 100V √ xuống 57,7V, tương ứng với 1/ biên độ điện áp pha ngõ vào Hơn nữa, giá trị hiệu dụng điện áp CMV kỹ thuật đề xuất ln nhỏ so 852 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2): 846-860 Bảng 1: Các thông số mô thực nghiệm Thông số Giá trị Nguồn Vi = 100 V Tần số ngõ vào fi = 50 Hz Mạch lọc đầu vào L = 1.4 mH, C = 25 µ F, R = 20 Ω Tải pha R = 10 Ω, L = mH Tỷ số truyền điện áp q = 0.7 Tần số ngõ fo = 60 Hz Tần số đóng cắt fs = 10 kHz với kỹ thuật điều chế thông thường so sánh Hình Việc giảm điện áp CMV dẫn đến giảm dòng điện rò, nguyên nhân gây hỏng hóc tải động Hình 10 Hình 11 trình bày kết mơ dạng sóng điện áp, dịng điện ngõ vào ngõ kỹ thuật điều chế đề xuất tỉ số truyền điện áp q = 0,7 Dòng điện ngõ vào ngõ biến tần ma trận gián tiếp trì dạng sin Chất lượng dạng sóng ngõ vào ngõ khơng bị ảnh hưởng kỹ thuật điều chế đề xuất Bên cạnh đó, điện áp ngõ vào pha với dịng điện ngõ vào, thể kỹ thuật điều chế đề xuất điều khiển biến tần ma trận với hệ số công suất ngõ vào đồng Để đánh giá cải thiện chất lượng điện áp, dòng điện ngõ kỹ thuật điều chế đề xuất so với kỹ thuật điều chế giảm điện áp CMV khác, độ méo dạng sóng hài tổng THD dịng điện điện áp ngõ trình bày Hình 12 Giá trị THD dòng điện ngõ với kỹ thuật đề xuất nhỏ so với kỹ thuật giảm điện áp CMV thông thường khác Trong đó, chất lượng điện áp dây ngõ kỹ thuật đề xuất cải thiện đáng kể Điều có nghĩa chất lượng ngõ biến tần ma trận gián tiếp cải thiện nhờ vào kỹ thuật điều chế vector không gian cho tầng chỉnh lưu Hình 13 thể đáp ứng động kỹ thuật điều chế đề xuất điện áp đặt ngõ thay đổi Có thể thấy kỹ thuật điều chế đề xuất trì chất lượng ngõ đảm bảo đáp ứng nhanh có thay đổi Kết thực nghiệm thảo luận Để kiểm chứng kết mô phỏng, mô hình biến tần ma trận gián tiếp pha xây dựng Phịng Thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử công suất, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Hình 14 Mạch điều khiển thiết kế với 853 card DSP 32-bit TMS320F28335 card CPLD Altera EPM7128SLC84-15 để điều chế xung PWM kỹ thuật chuyển mạch bốn bước Các van bán dẫn công suất hai chiều ghép IGBT IRG4PF50WD riêng biệt Các van bán dẫn công suất chiều tầng nghịch lưu thực module IGBT FMG2G150US60 Các thông số sử dụng thực nghiệm giống với mô trình bày Bảng Hình 15 trình bày dạng sóng điện áp CMV phân tích FFT với kỹ thuật điều chế thông thường đề xuất Kỹ thuật điều chế đề xuất giảm giá trị đỉnh điện áp CMV xuống 42,3% so sánh với kỹ thuật điều chế thơng thường Dạng sóng điện áp CMV xuất số gai sử dụng kỹ thuật chuyển mạch bốn bước truyền thống với bước tương ứng 0.5µ s Để triệt tiêu tồn gai điện áp xuất dạng sóng điện áp CMV, kỹ thuật chuyển mạch bốn bước cải tiến 15 sử dụng với bước chuyển mạch linh hoạt tùy vào chiều dòng điện điện áp linh kiện chuyển mạch Hình 16 Hình 17 trình bày kết thực nghiệm dạng sóng điện áp, dịng điện ngõ vào ngõ biến tần ma trận với kỹ thuật điều chế đề xuất tỉ số truyền điện áp q = 0,7 Dòng điện ngõ vào ngõ có dạng sin Các kết thực nghiệm hồn tồn phù hợp với kết mơ KẾT LUẬN Bài báo trình bày kỹ thuật điều chế vector không gian cho biến tần ma trận pha nhằm giảm điện áp CMV trì chất lượng điện áp, dịng điện ngõ khơng bị ảnh hưởng hiệu ứng giảm điện áp CMV Nhờ vào vector dịng điện tích cực sử dụng để điều chế tầng chỉnh lưu, giá trị trung bình điện áp dc-link trì giá trị số, giúp cải thiện chất lượng điện ngõ Giá trị điện áp CMV giảm 57,7% giá trị điện áp pha ngõ vào nhờ kỹ thuật điều chế dựa vector điện áp tích cực tầng nghịch lưu Các kết mô thực nghiệm cung cấp chứng minh hiệu kỹ thuật điều chế đề xuất DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CMV: Common-Mode Voltage - Điện áp điểm nối chung CPLD: Complex Programmable Logic Device - Thiết bị logic lập trình DSP: Digital Signal Processor - Xử lý tín hiệu số EMI: Electromagnetic Interference - Nhiễu điện từ PWM: Pulse-Width Modulation - Điều chế độ rộng xung Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 8: Điện áp CMV kỹ thuật điều chế thông thường kỹ thuật điều chế vector khơng gian đề xuất Hình 9: So sánh trị hiệu dụng điện áp CMV kỹ thuật điều chế thông thường kỹ thuật điều chế đề xuất THD: Total Harmonics Distortion - Độ méo dạng sóng hài tổng VTR: Voltage Transfer Ratio - Tỉ số truyền điện áp Nhóm tác giả xin cam đoan khơng có xung đột lợi ích công bố báo nghiệm viết thảo Vũ Mạnh Tiến tham gia vào việc mô phỏng, xây dựng mơ hình thực nghiệm, thu thập liệu cho nội dung viết Nguyễn Đình Tuyên tham gia vào việc định hướng nghiên cứu, trình thực nghiệm, đưa kết luận, hiệu chỉnh nội dung viết ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO XUNG ĐỘT LỢI ÍCH Trần Quốc Hồn tham gia vào việc đưa ý tưởng viết, xây dựng giải thuật, xây dựng mơ hình thực Kolar JW, et al Review of three-phase PWM AC-AC converter topologies IEEE Trans Ind Electron 2011;58(11):4988–5006 854 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2): 846-860 Hình 10: Kết mơ dạng sóng điện áp, dòng điện ngõ vào kỹ thuật điều chế đề xuất Available from: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2159353 Friedli T, et al Comparative evaluation of three-phase AC-AC matrix converter and voltage DC-link back-to-back converter systems,” IEEE Trans Ind Electron 2012;59(12):4487–4510 Available from: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2179278 Wheeler PW, et al Matrix converters: a technology review IEEE Transactions on Industrial Electronics 2002;49(2):276– 288 Available from: https://doi.org/10.1109/41.993260 Empringham L, et al Technological issues and industrial application of matrix converters: A review IEEE Trans Ind Electron 2013;60(10):4260–4271 Available from: https://doi.org/ 10.1109/TIE.2012.2216231 Rodriguez J, et al A review of control and modulation methods for matrix converters IEEE Transactions on Industrial Electronics 2012;59(1):58–70 Available from: https://doi.org/10 1109/TIE.2011.2165310 Wei L, Lipo TA A novel matrix converter topology with simple commutation Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Conference 36th IAS Annual Meeting (Cat No.01CH37248), Chicago, IL, USA, USA 2001; Nguyen TD, Lee HH Modulation strategies to reduce common-mode voltage for indirect matrix converters IEEE Trans Ind Electron 2012;59(1):129–140 Available from: https: //doi.org/10.1109/TIE.2011.2141101 Nguyen TD, Lee HH A new SVM method for an indirect matrix converter with common-mode voltage reduction IEEE Trans 855 10 11 12 13 Ind Informatics 2014;10(1):61–72 Available from: https://doi org/10.1109/TII.2013.2255032 Rahman K, et al Common mode voltage reduction technique in a three-to-three phase indirect matrix converter IET Electr Power Appl 2018;12(2):254–263 Available from: https://doi org/10.1049/iet-epa.2017.0349 Padhee V, et al Modulation Techniques for Enhanced Reduction in Common-Mode Voltage and Output Voltage Distortion in Indirect Matrix Converters IEEE Trans Power Electron 2017;32(11):8655–8670 Available from: https://doi.org/ 10.1109/TPEL.2016.2645944 Tsoupos A, Khadkikar V A novel SVM technique with enhanced output voltage quality for indirect matrix converters IEEE Trans Ind Electron 2019;66(2):832–841 Available from: https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2835404 Tran QH, Lee HH A three-vector modulation strategy for indirect matrix converter fed open-end load to reduce commonmode voltage with improved output performance IEEE Trans Power Electron 2017;32(10):7904–7915 Available from: https: //doi.org/10.1109/TPEL.2016.2639063 Kalaiselvi J, Srinivas S Bearing currents and shaft voltage reduction in dual-inverter-fed open-end winding induction motor with reduced CMV PWM methods IEEE Trans Ind Electron 2015;62(1):144–152 Available from: https://doi.org/10.1109/ Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 11: Kết mơ dạng sóng điện áp, dịng điện ngõ kỹ thuật điều chế đề xuất Hình 12: So sánh giá trị THD (a) dòng điện ngõ ra, (b) điện áp dây ngõ kỹ thuật điều chế đề xuất kỹ thuật điều chế khác 856 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 13: Kết mô đáp ứng động kỹ thuật điều chế đề xuất điện áp đặt ngõ thay đổi TIE.2014.2336614 14 Ün E, Hava AM A near-state PWM method with reduced switching losses and reduced common-mode voltage for three-phase voltage source inverters IEEE Trans Ind Appl 2009;45(2):782–793 Available from: https://doi.org/10.1109/ 857 TIA.2009.2013580 15 Nguyen H, Lee H A Modulation Scheme for Matrix Converters with Perfect Zero Common-Mode Voltage IEEE Transactions on Power Electronics 2016;31(8):5411–5422 Available from: https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2493339 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2): 846-860 Hình 14: Mơ hình thực nghiệm biến tần ma trận gián tiếp pha tải R-L Hình 15: Kết thực nghiệm dạng sóng phân tích FFT điện áp CMV kỹ thuật điều chế đề xuất 858 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2): 846-860 Hình 16: Kết thực nghiệm dạng sóng điện áp, dịng điện ngõ vào kỹ thuật điều chế đề xuất Hình 17: Kết thực nghiệm dạng sóng điện áp, dịng điện ngõ kỹ thuật điều chế đề xuất 859 Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 4(2):846-860 Research Article Open Access Full Text Article Space-vector modulation for three-phase indirect matrix converters to reduce common-mode voltage Quoc-Hoan Tran1 , Manh-Tien Vu2 , Tuyen D Nguyen3,* ABSTRACT Use your smartphone to scan this QR code and download this article This paper presents a space vector modulation strategy for a three-phase indirect matrix converter to reduce the common-mode voltage and maintain the output performance To reduce the peak value of the common-mode voltage to 57.7% of the input phase voltage, three active voltage vectors are used to generate the desired output voltage with arbitrary amplitude and frequency, instead of using both active and zero voltage vectors as in the traditional space vector modulation strategy Although the common-mode voltage is reduced, the output waveform quality of the three-phase indirect matrix converter deteriorates due to the absence of the zero voltage vectors To overcome this problem, the proposed space vector modulation strategy is redesigned to control the rectifier stage of the indirect matrix converter by utilizing three active current vectors instead of two as usual Consequently, the constant average dc-link voltage is achieved, which can improve the output performance in terms of the output voltage and current harmonic distortion The simulation is implemented by PSIM software and experimental results are provided to verify the effectiveness of the proposed space vector modulation strategy Key words: Indirect matrix converter, space-vector modulation, common-mode voltage, output harmonic distortion Tran Dai Nghia University, Vietnam Ton Duc Thang University, Vietnam Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Correspondence Tuyen D Nguyen, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Email: ndtuyen@hcmut.edu.vn History • Received: 30-11-2020 • Accepted: 05-4-2021 ã Published: 18-4-2021 DOI : 10.32508/stdjet.v4i2.797 Copyright â VNU-HCM Press This is an openaccess article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license Cite this article : Tran Q, Vu M, Nguyen T D Space-vector modulation for three-phase indirect matrix converters to reduce common-mode voltage Sci Tech Dev J – Engineering and Technology; 4(2):846-860 860 ... xuất kỹ thuật điều chế vector khơng gian giảm điện áp CMV đồng thời trì chất lượng điện áp, dòng điện ngõ vào, ngõ cho biến tần ma trận gián tiếp pha Trong kỹ thuật đề xuất, ý tưởng điều chế vector. .. không gian thơng thường vừa trình bày khơng có khả giảm điện áp CMV Kỹ thuật điều chế vector không gian nhằm giảm điện áp CMV Điện áp CMV biến tần ma trận gián tiếp pha Trong hệ truyền động điện. .. Transform - FFT) kỹ thuật điều chế vector không gian thông thường kỹ thuật điều chế đề xuất Kỹ thuật điều chế thông thường giảm giá trị đỉnh điện áp CMV tồn vector điện áp khơng điều chế tầng nghịch