Vấn đề chuyển mạch và điều khiển chuyển mạch trong biến tần ma trận phức tạp hơn so với biến tần cổđiển nhiều do không có kho lưu trữ năng lượng trung gian và tải
được nối trực tiếp với nguồn qua ma trận van 3x3. Đây cũng chính là vấn đề lớn nhất làm cho biến tần ma trận đến bây giờ mới thực sự thu hút sự quan tâm của công nghiệp mặc dù cơ sở lý thuyết về biến tần ma trận đã được xây dựng từ lâu, đặc biệt là trong các trường hợp dòng điện nhỏ hay thời điểm điện áp dây đầu vào đảo chiều hay muốn thực hiện những thuật toán điều khiển phức tạp.
Quá trình chuyển mạch trong biến tần ma trận đòi hỏi phải tuân thủ theo hai nguyên tắc sau:
- Không được ngắn mạch phía lưới, sẽ gây ra xung dòng điện lớn phá hủy van (hình 2.3.a)
- Không được hở mạch phía tải, sẽ gây ra quá điện áp đánh thủng các van bán dẫn (hình 2.3.b).
Hình 2.4. (a): Ngắn mạch phía lưới. (b): Hở mạch phía tải
Có nhiều phương pháp chuyển mạch đã được nghiên cứu để đảm bảo hai tiêu chí trên, trong sốđó phương pháp chuyển mạch 4 bước rất thích hợp với dải công suất vừa và nhỏ. Để thực hiện phương pháp này, ta phải điều khiển được từng khóa một chiều trong tổ hợp BDS, đồng thời phải biết được thông tin về chiều dòng điện.
Hình 2.5. Sơđồ mô tả quá trình chuyển mạch * Nguyên lý của phương pháp chuyển mạch 4 bước như sau:
Giả sử pha A đang dẫn, khi đó cả hai khóa SAa1 và SAa2 đều mở để đảm bảo khả
năng dẫn dòng theo hai chiều. Giả sử dòng điện đang có chiều như hình vẽ. Quá trình chuyển mạch sang pha B sẽ diễn ra theo 4 bước:
- Bước 1: Dựa vào chiều dòng điện để xác định xem van nào trong tổ hợp BDS của pha A đang không dẫn dòng thì khóa van đó lại. Trong trường hợp này là SAa2.
- Bước 2: Van nào trong tổ hợp BDS ở pha B sẽ dẫn dòng được mở ra. Trong trường hợp này là SBa1. Lúc này, nếu VB > VA thì dòng sẽ chuyển từ pha A sang pha B. - Bước 3: Ngắt van đang dẫn ở pha A là SAa1. Dòng tải sẽ chuyển từ pha A sang pha B.
Bước 4: Mở van còn lại ở tổ hợp BDS pha B là van SBa2 để đảm bảo dòng điện dẫn theo cả hai chiều. Quá trình chuyển mạch hoàn tất.
Đồ thị quá trình chuyển mạch như sau:
Hình 2.6. Đồ thị tín hiệu điều khiển chuyển mạch
Thời gian td tương đương với thời gian khóa của một IGBT cỡ 1÷2 µs.
Phương pháp chuyển mạch 4 bước này đòi hỏi xác định được chiều của dòng tải. Khi dòng tải nhỏ có thể gây ra nhầm lẫn trong việc xác định chiều dòng. Để tránh nguy cơ này, người ta thường tạo ra một vùng "gần không", trong đó không cho phép chuyển mạch.
Hình 2.7. Logic chuyển mạch 4 bước từ pha A sang B.
Bảng 2.2. Các trường hợp chuyển mạch giữa pha A và B
1 2 3 4 5 6 7 8
VA - VB + + + + - - - -
IL + + - - + + - -
Chuyển mạch AB BA AB BA AB BA AB BA
* Mô phỏng khâu chuyển mạch 4 bước bằng stateflow trên Matlab:
Stateflow là ngôn ngữ mô phỏng bằng đồ hình , là một ngôn ngữ mạnh để nghiên cứu và khảo sát các hệ điều khiển phức tạp , chứa phần điều khiển logic ở vòng ngoài và phần điều chỉnh ở mạch vòng trong . Khi sử dụng Stateflow ta có thể có :
- Một mô hình trực quan mô tả các hệ phức tạp dựa trên lý thuyết trạng thái máy hữu hạn (The finite state machine theory)
- Thiết kế và phát triển các hệđiều khiển tiền định.
- Thay đổi dễ dàng , thay đổi nhanh chóng, có thể đánh giá và kiểm tra hành vi của hệ thống ở một thời điểm bất kỳ.
- Rất tiện lợi tích hợp trong môi trường Matlab và Simulink để mô phỏng và phân tích hệ thống .
Stateflow thường dùng ở:
+Hệ nhúng : Hàng không , ôtô , mạng truyền thông , mạng PLC , thương mại, công nghiệp .
+ Giao tiếp Người-Máy (MMI) .
+ Hệ lai :( Hệđiều khiển dùng DSP + Điều chỉnh + MMI)
Mô hình gồm 3 khối state flow chuyển mạch cho từng pha
Kết quả mô phỏng: Với chiều dòng IA > 0 ta có kết quả như sau
Hình 2.9. Kết quả mô phỏng khối chuyển mạch 4 bước