Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
Thiết kế bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz ứng dụng biến tần ma trận
Design of 50/60Hz frequency changing power supply
based on matrix converter
Đặng Hồng Hải*) Bùi Quốc Khánh**
)
*)Trường ĐHHH Việt Nam, **
)Trường ĐHBK Hà Nội
e-Mail: [email protected]
Tóm tắt:
Bộ nguồn biến đổi tần số dựa trên các bộ biến đổi bán
dẫn đảm bảo những yêu cầu khắt khe về chế độ hoạt
động. Với những ưu điểm nổi bật, biến tần ma trận
đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng nhiều.
Thiết kế bộ nguồn biến đổi tần số ứng dụng biến tần
ma trận được trình bày trong bài báo này. Biến tần ma
trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh cùng với phương pháp
điều biến trực tiếp được sử dụng trong bộ nguồn. Cấu
trúc mạch lực có bốn nhánh ra đáp ứng được nhu cầu
sử dụng điện áp pha. Các bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân
(PI) được sử dụng nhằm đảm bảo điện áp ra cân bằng
trong điều kiện tải không đối xứng. Van bán dẫn hai
chiều chế tạo trên một phiến bán dẫn được sử dụng để
xây dựng mạch lực của bộ nguồn biến đổi tần số
50/60Hz, công suất 9KVA. Các kết quả mô phỏng và
thực nghiệm nhận được từ mô hình chứng minh tính
ứng dụng của bộ nguồn kiểu này.
Abstract: Frequency changing power supply based on
semiconductor converters ensures the strict
requirements of the given power supply application.
Due to significant advantages, the matrix converter is
being studied and has increasing applications. The
design of frequency changing power supply based on
matrix converter is presented in this paper. The direct
3 phase-4 leg matrix converter topology with direct
modulation method is used in this prototype. The
topology with four leg meets the requirement of phase
voltage. The PI controllers are used to ensure the
balanced voltage under unbalanced load conditions.
The 12 one-pack bidirectional switches are employed
to build the 50/60Hz, 9KVA frequency changing
power supply. The simulation and experimental
results obtained from the model demonstrate the
applicability of this topology.
Ký hiệu
Ký hiệu ý nghĩa
δ tỉ số điều biến
ξ là góc pha của dòng đầu vào
0V vectơ điện áp
0I vectơ dòng điện
' '' '''
0 0 0V ,V ,V vectơ thành phần của điện áp
i1 i2 i3I ,I ,I vectơ thành phần của dòng điện
i
0 i I VIV , vectơ chuẩn
Chữ viết tắt
MC matrix converter
BDS bidirectional switch
THD total harmonic distortion
CPLD complex programmable logic device
ADC analog to digital converter
1. Mở đầu Nhu cầu cung cấp một điện áp với tần số khác tần số
lưới là một vấn đề cần thiết, ví dụ trong ngành công
nghiệp tàu thủy, do các thiết bị điện trên tàu sử dụng
điện áp với tần số 60Hz, việc nghiên cứu, xây dựng
bộ nguồn biến đổi tần số dựa trên các bộ biến đổi bán
dẫn nhằm đáp ứng nhu cầu này. Bộ nguồn kiểu này
phải đảm bảo hoạt động ổn định trong các chế độ đặc
biệt, khi phụ tải mất đối xứng mạnh, có thể chỉ còn tải
trên một pha hoặc hai pha, tải có những dao động đột
biến, khi có những thiết bị khởi động hoặc đóng cắt
một cụm phụ tải lớn. Ngoài ra, còn phải đạt hiệu suất
cao, kích thước nhỏ gọn, làm việc không gây ồn, đảm
bảo ổn định điện áp ra một cách tức thời [1]. Trong
cấu trúc của bộ nguồn loại này, bộ biến đổi là thành
phần quan trọng nhất. Một trong các giải pháp về bộ
biến đổi trong bộ nguồn là sử dụng bộ biến đổi kiểu
ma trận, được gọi là biến tần ma trận (MC). MC có
những ưu điểm cơ bản như điện áp đầu ra và dòng
điện đầu vào có dạng sin theo tần số cơ bản, hệ số
công suất đầu vào có thể điều chỉnh được, có thể trao
đổi năng lượng theo cả hai chiều [2]. Thiết kế bộ
nguồn ba pha biến đổi tần số 60/400Hz sử dụng biến
tần ma trận, cấp cho máy bay được chỉ ra trong [3],
ứng dụng MC trong bộ nguồn di động được chỉ ra
trong [4], các cấu trúc mạch lực sử dụng ở đây là ba
pha ba nhánh. Cấu trúc ba pha bốn nhánh ứng dụng
trong bộ nguồn được chỉ ra trong [5]. Điện áp đầu vào
của bộ nguồn trong [4][5] được lấy từ hệ thống
diezel-máy phát. Các van bán dẫn hai chiều sử dụng
trong mạch lực của [3][4]5] được cấu trúc nên từ các
phần tử độc lập, nghĩa là không được chế tạo trên
cùng một phiến bán dẫn. Bài báo trình bày việc thiết
kế bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz ứng dụng biến
tần ma trận, với mạch lực sử dụng các van bán dẫn hai
chiều thực sự, nghĩa là các phần tử cấu trúc nên một
van bán dẫn hai chiều, bao gồm hai IGBT và hai diot,
được chế tạo trên cùng một phiến bán dẫn. Bộ nguồn
được thiết kế có các đặc điểm cơ bản như: đầu vào ba
678
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
pha, đầu ra ba pha có dây trung tính, yêu cầu làm việc
ổn định trong chế độ tải không đối xứng. Thông số về
điện của bộ nguồn được chỉ ra trong bảng 1 B. 1 Thông số điện của bộ nguồn
Thông số Đơn vị Giá trị
Công suất (S) [KVA] 9
Điện áp dây đầu vào (U1d) [V] 380
Tần số điện áp vào (f1) [Hz] 50
Điện áp dây đầu ra (U2d) [V] 220
Tần số điện áp ra (f2) [Hz] 60
Lọc
đầu vào
Lọc
đầu raTải
Đo
điện áp vào
Xác định
chiều dòng điện
Đo điện áp ra
MC
(BDS)
Khối
điều khiển
Lưới
H. 1 Cấu trúc bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz
Đáp ứng các yêu cầu trên đây, cấu trúc của bộ nguồn
biến đổi tần số được chỉ ra trên hình 1, bao gồm các
khối cơ bản: Khối công suất, khối đo lường, khối điều
khiển. Khối công suất bao gồm: MC, lọc đầu vào, lọc
đầu ra. Phần đo lường bao gồm thiết bị đo lường điện
áp vào, điện áp ra và chiều dòng điện đầu ra. Khối
điều khiển bao gồm điều khiển biến bộ biến đổi, điều
khiển đảm bảo ổn định giá trị hiệu dụng của điện áp
đầu ra trong trường hợp tải không đối xứng. Trong
trường hợp cần thiết có thể sử dụng biến áp mắc ở đầu
vào hoặc đầu ra của bộ biến đổi nhằm đảm bảo cung
cấp giá trị điện áp theo yêu cầu của tải.
2. Mạch công suất của bộ nguồn 2.1 Cấu trúc bộ biến đổi
Yêu cầu cơ bản về cấu trúc mạch lực của bộ nguồn
biến đổi tần số bao gồm: đầu vào là 3 pha, đầu ra là 3
pha có dây trung tính. Đáp ứng các yêu cầu nêu trên
về cấu trúc mạch lực của bộ nguồn, biến tần ma trận 3
pha 4 nhánh (MC 3×4) được sử dụng trong ứng dụng
này, cấu trúc cụ thể được chỉ ra trên hình 2. Bộ phận
cơ bản của MC 3×4 là một ma trận 3×4, gồm 12 khóa
hai chiều, được ký hiệu SaA, SbA…ScN. Các khóa bán
dẫn nối các pha đầu vào a, b, c với các pha đầu ra A,
B, C, N theo một quy luật nhất định để tạo ra điện áp
đầu ra. Các khóa bán dẫn sử dụng trong MC là khóa
hai chiều (BDS), được xây dựng trên cơ sở các van
bán dẫn điều khiển hoàn toàn (IGBT, MOSFET), các
diot sử dụng trong khóa hai chiều phải là các diot có
thời gian đóng cắt nhanh. Sơ đồ phổ biến của các
khóa được chỉ ra trên hình 2.
Chuyển mạch giữa các van bán dẫn trong biến tần ma
trận là quá trình phức tạp do sử dụng các van bán dẫn
hai chiều. Quá trình chuyển mạch phải tuân thủ theo
hai quy tắc, đó là không được ngắn mạch phía lưới
gây ra xung dòng điện lớn phá hủy van và không
được hở mạch phía tải gây ra quá điện áp, đánh thủng
các van bán dẫn. Một số phương pháp chuyển mạch
có thể sử dụng như chuyển mạch bốn bước, chuyển
mạch hai bước, chuyển mạch một bước, chuyển mạch
thông minh.
Ua
Ub
Uc
Li
SaA
SbA
ScAScB
SbB
SaB SaC
SbC
ScC
A B C
Ci
Lọc đầu vào
Khóa bán dẫn hai chiều
(BDS)
SaN
ScN
N
SbN
Lọc đầu ra
L0
C0
Ma trận khóa bán dẫn
H. 2 Biến tần ma trận 3 pha 4 nhánh (MC 3×4)
Với những ưu điểm như thông tin cần đo là ít nhất,
logic chuyển mạch rõ ràng, dễ thực hiện trên phần
cứng….phương pháp chuyển mạch bốn bước được áp
dụng cho thiết kế này. Logic chuyển mạch bốn bước
cho MC 3×4 được chỉ ra trong bảng 2. Trong bảng 2
mỗi van bán dẫn Sij (i: A, B, C; j: 1,2) nhận một trong
hai biến logic là x hoặc y, Sij = x.y, biến thứ nhất mô
tả trạng thái logic của các van khi chuyển mạch từ pha
a → b hoặc b → c hoặc c → a, biến thứ hai là logic
chuyển mạch theo chiều ngược lại. Chi tiết của thiết
kế chuyển mạch bốn bước cho MC 3×4 được trình
bày trong [6].
Bộ lọc bậc hai được mắc ở đầu vào và đầu ra của bộ
biến đổi, nhằm đảm bảo cho dòng điện đầu vào và
điện áp đầu ra có dạng sin theo tần số cơ bản. Cấu
trúc bộ lọc đầu vào được chỉ ra trên hình 2. Tần số cắt
c của bộ lọc đầu vào được xác định theo biểu thức
(1) dưới đây.
c
i i
1
L C (1)
trong đó c được chọn sao cho thoả mãn điều kiện
c s0,2 , với s là tần số cắt mẫu [2]. Điện áp rơi
trên cuộn cảm lọc trong điều kiện đầy tải được xác
định theo biểu thức (2) [2].
2
dmf
dm
IU% 1 1 L
U (2)
trong đó: là tần số của điện áp lưới; dm dmU , I là giá
trị định mức của điện áp và dòng điện đầu vào. Giá trị
của U% được không chế trong khoảng từ 3 ÷ 5%
của điện áp định mức. Từ biểu thức (2) có thể xác
định được giá trị cần thiết của cuộn cảm lọc đầu vào
iL . Giá trị của tụ điện iC được xác định theo biểu
thức (3) [2].
0 i max
i 2
a
P tgC
3U (3)
trong đó: 0P là công suất đầu ra; i max là góc lệch
pha lớn nhất chấp nhận được của dòng điện đầu vào.
679
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
Tần số cắt c của bộ lọc càng lớn thì kích thước của
tụ và điện cảm càng nhỏ, có thể tăng được giá trị này
khi tần số cắt mẫu càng cao [2].
B. 2 Logic chuyển mạch của biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh
SA1SA2-SB1SB2-SC1SC2 SA1 SA2 SB1 SB2 SC1 SC2
B
A
11-00-00
00-11-00
IL > 0
1.0 0.0 0.1 0.0
1.1 0.0 1.1 0.0
0.1 0.0 1.0 0.0
0.1 0.1 1.1 1.1
IL < 0
0.0 1.0 0.0 0.1
0.0 1.1 0.0 1.1
0.0 0.1 0.0 1.0
0.1 0.1 1.0 1.0
C
B
00-11-00
00-00-11
IL > 0
1.0 0.0 0.1 0.0
1.1 0.0 1.1 0.0
0.1 0.0 1.0 0.0
0.1 0.1 1.1 1.1
IL < 0
0.0 1.0 0.0 0.1
0.0 1.1 0.0 1.1
0.0 0.1 0.0 1.0
0.1 0.1 1.0 1.0
A
C
00-00-11
11-00-00
IL > 0
1.0 0.0 0.1 0.0
1.1 0.0 1.1 0.0
0.1 0.0 1.0 0.0
0.1 0.1 1.1 1.1
IL < 0
0.0 1.0 0.0 0.1
0.0 1.1 0.0 1.1
0.0 0.1 0.0 1.0
0.1 0.1 1.0 1.0
2.2 Điều biến vectơ không gian cho MC trong bộ
nguồn
Hệ thống điều khiển phải thực hiện hai chức năng cơ
bản, đó là đảm bảo quá trình chuyển mạch giữa các
van bán dẫn và thực hiện quá trình điều biến. Quá
trình điều biến phải đảm bảo đồng thời điện áp ra và
dòng điện đầu vào có dạng sin theo tần số cơ bản, với
điện áp và dòng điện đầu vào trùng pha nhau. Phương
pháp điều biến vectơ không gian trực tiếp trong hệ tọa
độ αβγ , một trong những phương pháp yêu cầu tính
toán ít, dễ lập trình trên các bộ xử lý tín hiệu số hiện
đại, đã được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng yêu
cầu này.
Trong phương pháp này vectơ điện áp được tổng hợp
từ ba vectơ điện áp thành phần là ' '' '''
0 0 0 0V V V V ,
vectơ dòng điện cũng được tổng hợp từ ba vectơ dòng
điện thành phần i i1 i2 i3I I I I . Các tỉ số điều biến
được chỉ ra trong biểu thức (4). Chi tiết của quá trình
điều biến vectơ không gian cho biến tần ma trận 3 pha
4 nhánh được trình bày trong [7].
'
0
I II
0 0
'
0
I II
0 0
I
II
πV cos ξ
3δ
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
πV cos ξ
3δ
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
''
0
III IV
0 0
''
0
III IV
0 0
'''
0
V VI
0 0
0
III
IV
V
VI
πV cos ξ
3δ
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
πV cos ξ
3δ
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
πV cos ξ
3δ
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
V
δ
'''
V VI
0 0
I II III IV V VI
πcos ξ
3
π πV cos ξ V cos ξ
3 3
δ δ δ δ δ δ 1
(4)
3. Thiết kế điều khiển Trên thực tế bộ nguồn thường xuyên hoạt động ở chế
độ tải không đối xứng, nguyên nhân có thể là do sự
phân bổ không đồng đều tải ở các pha hoặc tải đối
xứng ba pha hoạt động trong điều kiện bị lỗi. Trong
điều kiện đó, điện áp trên các pha của đầu ra sẽ trở
nên không cân bằng, nghĩa là giá trị hiệu dụng của
điện áp trên các pha sẽ không bằng nhau. Trong
trường hợp này, việc điều khiển đảm bảo giá trị hiệu
dụng của điện áp trên các pha của đầu ra cân bằng
nhau là cần thiết. Khi bộ nguồn làm việc với tải không
680
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
đối xứng, điện áp đầu ra của bộ nguồn phải thỏa mãn
các yêu cầu đặt ra của tiêu chuẩn IEEE 446-1995.
Đảm bảo sai lệch tĩnh của điện áp ra, bao gồm về giá
trị biên độ là ±3% và độ lệch góc là 1200±3
0, (100%,
80%, 80%; 100%100%,80%), THDv = 4%, thời gian
ổn định là 100ms, khoảng 6 chu kỳ điện áp ra.
Bộ lọc đầu ra, tải, phương pháp điều biến, độ trễ của
thời gian cắt mẫu là những thành phần chính ảnh
hưởng tới việc điều khiển điện áp ra của bộ biến đổi
[5]. Trong [3] việc điều khiển điện áp đầu ra được
thực hiện theo phương pháp kết hợp điều khiển bám
và điều khiển lặp. Trong [5][8][9] việc điều khiển
điện áp đầu ra cho MC được thực hiện trong hệ dq.
Trong [10] sử dụng bộ điều khiển lặp để điều khiển
điện áp ra cho biến tần ma trận 4 nhánh, trong [11][12]
sử dụng bộ điều khiển cộng hưởng để điều khiển điện
áp ra cho biến tần ma trận 4 nhánh. Cấu trúc của lọc
đầu ra được chỉ ra trên hình 2. Mô hình một pha của
bộ lọc đầu ra được chỉ ra trong biểu thức (5) dưới đây.
0 0
2
0 0 0 0
OUT
)(s)
( / ) )
(1/L CF
s r L s (1/L C
(5)
trong đó L0, C0 là điện cảm và điện dung của bộ lọc
đầu ra. Giá trị của L0,C0 được quyết định bởi các yếu
tố như THDv của điện áp ra, phương pháp và tần số
PWM. Trong ứng dụng này THDv = 4%, tần số fs =
5Khz, tần số cắt của lọc đầu ra c = 6000rad/s, thỏa
mãn điều kiện c ≤ 0,2s. Thông số của lọc đầu ra có
giá trị L0 = 0,15mH, RL0 = 50mΩ, C0 ≥ 185µF, chọn
C0 = 220µF, như vậy với các giá trị của L0, C0 đã
chọn, tần số cắt của bộ lọc có giá trị c = 5505rad/s,
hàm truyền của đối tượng được chỉ ra trong biểu thức
(6) dưới đây.
2
7
7OUT
3,03.10(s)
s 333,33.s 3,03.10F
(6)
Cấu trúc điều khiển được chỉ ra trong hình 3, trong đó
R là bộ điều khiển có dạng tỉ lệ-tích phân PI, được chỉ
ra trong biểu thức (7), tín hiệu phản hồi là điện áp pha
đầu ra của bộ nguồn, được đo trên tụ lọc đầu ra.
+ u(t)
-R
Mô hình
đối tượng
e(t)
Ref
y(t)
H. 3 Cấu trúc điều khiển điện áp ra của bộ nguồn
P
I
1R(s) k (1 )
T s (7)
H. 4 Đồ thị Bode của hệ thống
Đồ thị bode của hệ thống được chỉ ra trên hình 4. Khi
có bộ điều khiển, hệ thống đạt được ổn định, với độ
độ dự trữ biên 54,4dB và độ dự trữ pha 15,90.
4. Xây dựng bộ nguồn biến đổi
tần số 50/60Hz Cấu trúc cụ thể của bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz
được chỉ ra trên hình 5. Hệ thống này bao gồm các
khối: Khối mạch lực, khối lọc đầu vào, khối lọc đầu
ra, khối đo và đồng bộ với điện áp lưới, khối xử lý
thông tin từ tín hiệu đo điện áp ra và xác định chiều
dòng điện, khối Gate driver, khối điều khiển logic
(ĐKLG) và chuyển mạch, khối DSP.
Khối ĐKLG
& chuyển
mạch dùng
CPLD
MC 3×4
(BDS)TảiLưới
Xác định
chiều dòng điện
Xử lý
thông tin
Gate
driver
Đo
điện áp lưới
&
đồng bộ DSP
Lọc đầu vào Lọc đầu ra
Đo điện ra
H. 5 Cấu trúc cụ thể bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz
trên cơ sở MC 3×4
Với công suất bộ biến đổi 9 KVA, điện áp dây của
đầu ra bộ biến đổi 220V, dòng điện chảy qua van
trong trường hợp đầy tải có giá trị 24A. Lựa chọn van
bán dẫn hai chiều có cấu trúc bên trong của van bao
gồm hai IGBT mắc emitor chung và các diot có thời
gian đóng cắt nhanh. Đây là loại van hai chiều thực sự,
tất cả các phần tử cấu trúc nên một van hai chiều
được chế tạo trên cùng một phiến bán dẫn của hãng
Dynex, loại van là DIM200WBS12-A000, có các
thông số chính là dòng điện IC = 200A, điện áp VCES =
1200V, td(on) = 240ns, td(off) = 600ns.
Khối Gate driver đảm nhận các chức năng, tiếp nhận
tín hiệu điều khiển từ khối logic chuyển mạch và
chuyển thành dạng tín hiệu phù hợp để đóng cắt các
IGBT trong mạch lực, đồng thời đảm bảo cách ly giữa
mạch lực và mạch điều khiển. Mỗi van bán dẫn hai
chiều sử dụng hai IC driver loại HCPL316J, ngoài ra
trên mạch driver còn có LED chỉ thị lỗi cho mỗi kênh.
Do yêu cầu của quá trình chuyển mạch tương đối
phức tạp và diễn ra rất nhanh nên logic chuyển mạch
được thực hiện bằng mạch cứng. Thiết bị phần cứng
lập trình được CPLD được sử dụng để thực hiện công
việc này. Khối điều khiển logic chuyển mạch sử dụng
hai mảng logic lập trình CPLD loại ATF1508AS của
hãng Atmel, có 84 chân, CPLD thứ nhất đảm nhận
việc thực hiện logic của quá trình chuyển mạch bốn
bước, CPLD thứ hai đảm nhận chức năng mã hóa
bảng vectơ chuẩn phục vụ cho quá trình điều biến.
Tín hiệu vào của khối này bao gồm các hệ số điều
biến di từ DSP gửi tới phục vụ cho việc điều biến, tín
hiệu chiều dòng điện từ ADC gửi tới phục vụ cho việc
điều khiển chuyển mạch. Có 24 tín hiệu ra cho 12 van
bán dẫn hai chiều, các tín hiệu này được gửi tới mạch
Gate Driver để điều khiển các IGBT. Khối DSP sử
681
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
dụng Card 1103 của hãng Dspace, DSP sẽ đảm nhận
toàn bộ chức năng tính toán cho quá trình điều biến,
các tín hiệu điều khiển được gửi tới mạch khối điều
khiển logic để thực hiện quá trình chuyển mạch bốn
bước. Khối đo lường bao gồm đo lường và đồng bộ
với điện áp lưới, đo chiều dòng điện ra để cung cấp
thông tin cho quá trình chuyển mạch, đo điện áp ra
phục vụ cho việc điều khiển ổn định điện ra của bộ
nguồn. Mô hình thực nghiệm của bộ nguồn biến đổi
tần số 50/60Hz ứng dụng MC 3×4 được chỉ ra trên
hình 6.
Việc mô phỏng được thực hiện trên phần mềm
Matlab/Simulink, logic chuyển mạch bốn bước được
thực hiện trên Matlab/StateFlow. Các kết quả mô
phỏng được trình bày trên hình 7, với các trường hợp
tải đối xứng và tải không đối xứng, khi chưa có bộ
điều khiển điện áp và khi đã sử dụng bộ điều khiển
điện áp. Kết quả thực nghiệm nhận được trên
Controldesk được trình bày trên hình 8.
H. 6 Mô hình thực nghiệm bộ nguồn biến đổi tần số
50/60Hz
a)
b)
c)
d)
e)
f)
H. 7 Trường hợp tải đối xứng: a) Điện áp ra; b) Dòng tải, (R=10, L=0,01H); Trường hợp tải không đối xứng: c) Điện áp ra
khi chưa có bộ điều khiển điện áp; d) Điện áp ra khi có bộ điều khiển điện áp; e) Dòng tải, f) Điện áp và dòng điện đầu
vào ( RA=10 , LA=0,01H; RB=5, LB=0,005H; RC=7, LC=0,007H)
682
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011
VCCA-2011
a)
b)
H. 8 Kết quả thực nghiệm trong trường hợp tải không đối xứng, a) Điện áp ra; b) Dòng điện tải
Nhận xét: Trong trường hợp tải đối xứng, bộ nguồn
cho điện áp ra đối xứng. Trong điều kiện tải mất đối
xứng, chất lượng điện áp không đáp ứng được yêu cầu
nếu không có bộ điều khiển điện áp, độ mất đối xứng
của điện áp ra là rất lớn. Khi có bộ điều khiển điện áp,
điện áp ra được cải thiện đáng kể. Trong các trường
hợp điện áp và dòng điện đầu vào luôn trùng pha với
nhau.
5. Kết luận Bộ nguồn biến đổi tần số 50/60Hz trên cơ sở biến tần
ma trận trực tiếp 3 pha 4 nhánh được thiết kế. Mạch
lực của MC sử dụng trong bộ nguồn có bốn nhánh ra
đã đáp ứng nhu cầu sử dụng dây trung tính của tải và
được xây dựng từ các van bán dẫn hai chiều thực sự
đã giảm đáng kể kích thước của bộ nguồn. Trong
trường hợp tải không đối xứng, bộ điều khiển điện áp
đã được sử dụng nhằm đảm bảo cân bằng điện áp ra
trên các pha. Các kết quả nhận được trong trường hợp
tải đối xứng và không đối xứng chứng tỏ sự đúng đắn
của phương pháp điều khiển.
Tài liệu tham khảo
[1] Bùi Quốc Khánh, Trần Trọng Minh, Đặng Hồng
Hải, “Xây dựng cấu trúc bộ nguồn biến đổi tần
số 50/60Hz kiểu ma trận”, Tuyển tập công trình
khoa học Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 8,
trang 439-448, Hà Nội 2007.
[2] Trần Trọng Minh.: “Nghiên cứu xây dựng mô
hình biến tần kiểu ma trận”. Luận án tiến sỹ kỹ
thuật, Đại học Bách khoa Hà nội , 2007.
[3] Saúl López Arévalo, MSc, “Matrix Converter
for Frequency Changing Power Supply
Applications”, Submitted to the University of
Nottingham for the degree of Doctor of
Philosophy, January 2008.
[4] D. Katsis, P. Wheeler, J. Clare, P. Zanchetta; “A
three-phase utility power supply based on the
matrix converter”, 39th IAS Annual Meeting.
IEEE Industry Applications Conference, 2004,
vol. 3, Page(s): 1447 – 1451.
[5] Wheeler, P. W., P. Zanchetta, Clare, J. C.,
Empringham, L., Bland , M., Katsis, D, “A
utility power supply based on a four-output leg
matrix converter”; IEEE Transactions on
Industry Applications, vol. 44, No. 1,
January/Februry 2008, Page(s): 174 - 186.
[6] Bùi Quốc Khánh, Đặng Hồng Hải, Đoàn Văn
Tuân, “Thiết kế chuyển mạch cho biến tần ma
trận trực tiếp 3 pha 4 dây”, Tạp chí Khoa học và
công nghệ Hàng hải, số 24, trang 83-88, 2010.
[7] Đặng Hồng Hải, Bùi Quốc Khánh, Đoàn Văn
Tuân, “Điều biến vectơ không gian trực tiếp cho
biến tần ma trận trực tiếp 3 pha 4 dây”, Tạp chí
Khoa học & Công nghệ các trường Đại học kỹ
thuật, số 81, trang 91-95, 2011.
[8] P. Zanchetta, J.C. Clare, P.W. Wheeler, M.
Bland, L. Empringham, and D. Katsis, “Control
design of a three-phase matrix converter mobile
AC power supply using genetic algorithms,"
36th IEEE Power Electronics Specialists
Conference, 2005, Page(s): 2370 – 2375.
[9] Pericle Zanchetta, Patrick W. Wheeler, Jon C.
Clare, Michael Bland, Lee Empringham, and
Dimosthenis Katsis; “Control Design of a
Three-Phase Matrix-Converter-Based AC–AC
Mobile Utility Power Supply”; IEEE
Transactions on industrial electronics, vol.55,
No. 1, Page(s): 209 – 217, January 2008.
[10] Wesam M. Rohouma, Saul Lopez Arevalo,
Pericle Zanchetta, PatrickW Wheeler,
“Repetitive control for a four leg matrix
converter” Power Electronics, Machines and
Drives (PEMD 2010), 5th IET Internationnal
Conference, 19-21 April 2010, Page(s): 1 – 6.
[11] Roberto Cárdenas, Rubén Peña, Pat Wheeler,
Jon Clare; “Resonant Controllers for 4-leg
Matrix Converters”; Industrial Electronics
(ISIE), 2010 IEEE International Symposium, 4 –
7 July 2010, Page(s): 1027 – 1032.
[12] Roberto Cárdenas, Carlos Juri, Rubén Peña,
Patrick Wheeler, Jon Clare; “The Application of
Resonant Controllers to 4-Leg Matrix
Converters Feeding Unbalanced or Non-Linear
Loads”; Power Electronics, IEEE Transactions
on Volume: PP, 2011, Page(s): 1 – 11.
683
Top Related