nghiên cứu bộ biến tần ac-ac matrix converter

Nghiên cứu bộ biến tần AC-AC Matrix Converter
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.
Cùng với sự hoàn thiện của kỹ thuật điện tử công suất là sự phát triển
của kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật điều khiển số cộng với các hệ thống điều khiển
tự động truyền động điện thông minh và hiện đại đã cho phép tạo nên hệ thống
truyền động “Matrix Converter /Động Cơ” làm việc chắc chắn, tin cậy hiệu
suất cao, dải điều khiển rộng, đảm bảo các chức năng bảo vệ cũng như điều
khiển chính xác quá trình chuyển mạch vốn đòi hỏi rất nghiêm ngặt.
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. Ngoài ra còn có
1
thể tích hợp cùng với động cơ vào một thiết bị đơn nhất để giảm kích thước,

giá thành, tăng hiệu suất và độ tin cậy thiết bị, làm việc ở cả 4 góc phần tư.
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.
Cùng với việc khắc phục những nhược điểm cố hữu như tỷ số truyền áp
tối đa thấp, số lượng van bán dẫn ở mạch lực nhiều gây khó khăn trong vấn đề
điều khiển, không có đuờng thoát năng lượng tự nhiên (free-wheeling) và tụ
nối một chiều nên mạch bảo vệ phức tạp sẽ tạo ra xu hướng phát triển rộng rãi
cho Matrix Converter trong các ứng dụng công nghiệp mà cho đến nay vẫn còn
bị bỏ ngỏ
Thực hiện công việc thiết kế một bộ điều khiển truyền động điện động
cơ dựa trên mô hình Matrix Converter sẽ liên quan đến những vấn đề sau:
- Điện tử công suất: khoá hai chiều, tổn hao, bảo vệ, chuyển mạch…
- Truyền động điện: thuật toán điều khiển động cơ, PWM, không gian
vector…
- Lập trình DSP, VXL, thiết kế mạch in
Với những vấn đề rộng và phức tạp như vậy, trong khuôn khổ thời gian
có hạn, bản đồ án này chỉ đề cập đến những vấn đề 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 .
Bản đồ án này đóng góp vào một trong những bước đi đầu tiên của sinh
viên ngành TĐH trường ĐHBKHN về đề tài mới - phương pháp biến tần
Matrận - Bổ xung thêm 1 đề tài có nhiều hứa hẹn phát triển và ứng dụng thực
tế trong tưong lai gần.
Trong thời gian làm đồ án ,với sự nỗ lực của bản thân và các bạn cùng
nhóm dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Trọng Minh 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.
2
Chương I: Matrix Converter các vấn đề cơ bản
I.1 khái niệm về Matrix Converter
I.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 mét 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.
3
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.
Năm 1993 Wheeler và Grant đưa ra phương pháp chuyển mạch dòng
điện semi-soft giảm đáng kể tổn hao đóng cắt đồng thời chuyển mạch tin cậy
chắc chắn.Hiện nay các nghiên cứu chủ yếu về thuật toán điều biên tối ưu hoặc
với khía cạnh thiết kế mạch công suất gọn nhẹ trong một môđun tích hợp trên
động cơ, bù ảnh hưởng của điện áp vào không cân bằng, vấn đề bảo vệ Matrix
Converter …
Hình 1.1 Cấu trúc tổng quát của ma trận khoá 2 chiều
I.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 (Hình 2).
Trong bé 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
4
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
a) Mạch điện b) ký hiệu
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,
5
a
C
c
b
B
A
S11
S13
S12
a)
S21
S23
S22
S31
S33

S32
a
c
b
A B C
b)
dũng in vo c to bi nhng on ca 3 dũng in ra v nhng on
bng khụng, m trong nhng on bng khụng ú dũng in ra khụng tr v
ngun m tun hon chy qun trong ma trn khoỏ. Ph dũng vo ch yu gm
thnh phn tn s ngun cung cp v cỏc thnh phn tn s cao, m khi 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 nay cú th chia lm 2 loi ln.
Bin tn trc tip .
in ỏp vo xoay chiu U
1
v tn s f
1
ch cn qua mt mch van l
chuyn ngay ra 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 3 pha. Vic thay i tn s f
2
khỏ khú khn v ph thuc vo f
1

, vỡ
vy hin nay ch yu ch cú bin tn loi ny vi phm vi iu chnh f
2
f
1
.
Bin tn giỏn tip .
6
Mạch van
U~


U~





~
U
1~
U
2~


U
=
Chỉnh
lu
Lọc

NGHịCH LƯU
độc LậP
U
=



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
∗ 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:
7
+ 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
8
 !!"#$%&'( )&*
 %++%,# -./
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
Công nghệ Khóa điều
khiển hoàn

toàn
Diot cắt
nhanh
Diot chỉnh
lưu
Tụ hoá lớn điện cảm lớn
MC 18 18 0 0 0
Biến tần
back to back
12 12 0 1 3
Biến tần với
chỉnh lưu
không điều
khiển
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
9
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
I.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
10
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
I.2 khoá 2 chiều trong matrix converter
I.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
11
trong cấu trúc của Matrix Converter để có thể dẫn dòng theo cả 2 chiều lưới
đến tải hoặc tải về lưới
I.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 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 sù 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. 0 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  đối với MOSFET. Thời gian trễ khi khoá là 1µs,
giống  với transistor thường. Dạng tín hiệu điều khiển thường là 15v khi mở
và -15v khi khoá (hình 1.6)
12



1)-%2345678
 






b. Các cấu trúc của khóa 2 chiều

* Cấu trúc cầu diode
Khoá hai chiều sẽ gồm: một IGBT là khoá một chiều ở tâm của cầu
diode mét pha  ( 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  ( hình 1-8) Các điôt thêm vào để tạo ra khả năng ngăn điện áp ngược.
13
95"
:/;<! ! =$ >

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
* Cặp IGBT và Diode đấu song song ngược C chung
Sự sắp xếp bố trí các van giống  mạch E chung, nhưng IGBT được nối
C chung  (hình 1.9).
Tổn hao là tương đương với kiểu E chung, Thuận lợi của phương pháp
này so với mạch E chung là chỉ cần 6 nguồn cung cấp được cách ly để cung
cấp cho các tín hiệu điều khiển cổng. Tuy nhiên kiểu sắp xếp này là không tiện
lợi trong thực tế bởi vì cảm ứng giữa các khoá chuyển mạch gây ra vấn đề.
Đồng thời mỗi van cũng phải được điều khiển với các điện áp khác nhau dẫn

đến việc điều khiển biến tần sẽ càng phức tạp. Chính vì thế cấu hình E chung
thường được dùng để tạo ra các phần tử khoá 2 chiều cho Matrix Converter
c) Xây dựng khoá 2 chiều tích hợp trong một môđun công suất
Mục đích của việc tích hợp các khoá 2 chiều trong một môđun công suất
là:
+ Giảm thể tích chiếm chỗ của các van bán dẫn silicon
+ Giảm các đầu nối môđun công suất đồng thời giảm điện cảm móc
vòng phía đầu vào, và giảm giá thành sản xuất
14
?/;<! ! =$
+ Cho phép tích hợp cả mạch bảo vệ và logic điều khiển chuyển mạch
trong bảng mạch điều khiển để tiến tới xây dựng một khối điện tử công suất
độc lập cho Matrix Converter
Để chọn cách xây dựng môđun một cách tối ưu, phạm vi giới hạn công
suất của biến tần là một tiêu chuẩn rất quan trọng.
Với công suất lớn, hiệu quả và độ tin cậy là vấn đề quan trọng hơn giá
thành, mạch điều khiển IGBT phải đảm bảo các chức năng : đóng cắt ưu việt
để giảm tổn hao chuyển mạch, đồng thời bảo vệ quá dòng điện. 0 vậy, môđun
công suất và mạch điều khiển phải được gắn với nhau sao cho kích cỡ, tổn hao,
và số đầu nối là nhỏ nhất, cho phép người sử dụng không phải quan tâm đến
vấn đề bảo vệ và hoạt động của các khoá công suất.
Ta phân tích hai công nghệ CC và CE để đưa ra cấu hình tối ưu cho
môđun công suất chứa các khoá 2 chiều. Sự phân tích bao gồm các vấn đề về
mạch điều khiển  giảm số nguồn cách ly, vấn đề bảo vệ môđun công suất, và
khả năng tích hợp chúng vào một môđun thông minh cho Matrix Converter
Phụ thuộc vào công suất định mức, có 2 công nghệ tích hợp các van
+ Công nghệ CE để xây dựng môđun công suất 3pha/ 1pha, dùng cho
Matrix Converter có công suất lớn. Một ưu thế là có thể theo dõi được điện áp
V
CE

, nên có thể sử dụng công nghệ CE trong mạch điều khiển cổng thông
15
@)-54AB5B!&C&7!D'E
&F>/;<G! F/;<G!
minh với khả năng phát hiện sự cố ngắn mạch, và phát tín hiệu kích thích rất
chính xác là những yêu cầu trong bé Matrix Converter có công suất lớn. Số đầu
điều khiển trên một môđun cũng được giảm xuống còn là 9
+ Công nghệ CC để xây dựng môđun công suất 3pha/3pha và dùng cho
Matrix Converter có công suất nhỏ. Ưu điểm là giảm được số nguồn công suất
cách ly cấp cho mạch điều khiển cổng (6), và tạo ra giải pháp one-chip cho
kích thước nhỏ gọn, số đầu điều khiển trên một môđun giảm xuống còn là 24,
và có khả năng nuôi các bộ chuyển đổi điện áp vào và dòng điện ra từ nguồn
công suất của mạch điều khiển.
Mét xu hướng trong việc chế tạo hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
(VSD) là phát triển các hệ thống điện tử công suất được tích hợp hoàn toàn dẫn
tới giảm giá thành sản phẩm và thời gian thiết kế. Để tạo ra một khối điện tử
công suất tích hợp (PEBB) cho Matrix Converter thì các khối logic điều khiển
chuyển mạch, bảo vệ quá dòng, nguồn cách ly nuôi mạch điều khiển, và khối
bảo vệ lỗi chuyển mạch phải được tích hợp trên cùng một bảng mạch.
d) Mạch điều khiển cổng điển hình cho 1 van IGBT
Mỗi khoá trong MC yêu cầu 1 tín hiệu điều khiển được cách ly. Sự cách
ly có thể là biến áp xung hoặc cách ly về quang.
Cách ly quang có thể tạo chu kỳ xung làm việc không hạn chế, nhưng
nguồn cấp phải được cách ly riêng rẽ đối với mỗi van làm số lượng thiết bị và
giá thành mạch điều khiển cao. Cách ly về quang có thể chống nhiễu, nhưng
nguồn cung cấp cách ly phải được thiết kế cẩn thận tránh vấn đề gây “ hợp”
điện dung sẽ xảy ra dv/dt lớn.
Vấn đề chính với biện áp xung là cần có sự cân bằng thế khiến nó khó
hoạt động để tạo ra độ rộng xung điều khiển yêu cầu đủ lớn. Tuy nhiên với
van cần cách ly như IGBTs hoặc MOSFETs thì khó khăn có thể loại trừ nếu

dùng khả năng nạp của tụ điện đầu vào của van. Công nghệ MC sử dụng ưu
thế này để xây dựng mạch điều khiển cho van, mạch điều khiển cơ bản (Hình
1-10). Mạch này có số lượng thiết bị Ýt, không yêu cầu nguồn cách ly và làm
việc tốt với phạm vi của chu kỳ xung đủ lớn.
16
A-5678 AH7 6
IJ%
J%


KK
L
L


Trên hình vẽ: Q1, Q2 là 2 van MOSFET công suất thấp loại IRFD110
Hình 1-11 thể hiện nguyên tắc hoạt động.Tín hiệu điều khiển mong
muốn được tạo bởi logíc điều khiển cho 1 khoá gồm 2 van S1 và S2. Tín hiệu
này được gửi tới sơ cấp BAX việc thay đổi giá trị điện áp khởi tạo nhờ thay đổi
từ thông sắt từ. BAX có tỉ số 1:1 dẫn tới giá trị khởi tạo này cũng là giá trị phía
thứ cấp BAX.
Khi bão hoà lõi sắt thì điện áp này giảm = 0 và khi sang phần (-) của tín
hiệu điều khiển thì lõi hết bão hoà, giá trị điện áp được khởi tạo về phần âm
sau đó bão hoà lõi sắt lại xảy ra và điện áp phần âm về 0. Nhờ vậy dạng xung
áp qua sơ (thứ) BAX là chuỗi những xung ngắn có cực tính thay đổi theo lệch
từ logíc điều khiển.
Trong phần + của dạng sóng điện áp thứ cấp, tụ kết hợp của 2 cổng S1
và S2 sẽ nạp qua Q2 và điốt trong của Q1 .Khi sóng điện áp nàygiảm về giá trị
không, điốt trong Q1 phân cực ngược, tụ sẽ giữ giá trị nạp cho S1, S2 trong
một khoảng thời gian phụ thuộc vào dòng điện dò, nếu thời gian là không thích

hợp (quá ngắn) cần thêm 1 tô song song với cổng điều khiển. Cần chú ý là thời
gian mở lớn nhất cho mỗi khoá 2 chiều phải được tính cụ thể rõ ràng trong
chiến lược điều biến MC.
17
S1, S2 úng li khi in ỏp th cp BAX õm. T kt hp np giỏ tr õm
qua Q1 v it trong Q2. it trong Q2 dn khi in ỏp õm tr v 0 v t s
phúng ỏp õm c np cho ti khi nhn c xung ỏp dng th cp BAX.
Quỏ trỡnh np ỏp õm trong chu k ngt to kh nng chng nhiu tuyt vi v
m bo rng thi gian m gi nh l khụng th xy ra.
I.3 Vn bo v mch cụng sut 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 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
18


!"#
$%&'

(
(
(
MNO -5HP&A-5678
matrix

convetrr
Lọc đầu
vào
Mạch
clamp
Động cơ
cảm ứng
3
(A,B,C)
3
3
3
(a,b,c)
Khối cấp nguồn cho các mạch điện tử
(Gate driver, Bộ chuyển đổi, Điều khiển)
M
3 ~
I.3.1 Bộ lọc đầu vào LC
Bộ lọc đầu vào, là bộ lọc thông thấp, gồm một mạch LC nối tiếp, có tác
dụng cải thiện dạng sóng của dòng điện vào bằng cách loại bỏ những thành
phần sóng hài bậc cao. Như vậy cần phải tính toán bộ lọc sao cho nó có điện
kháng nhỏ nhất (cộng hưởng) với sóng hài cơ bản và có điện kháng lớn đối với
các sóng hài bậc cao đồng thời giảm nhỏ tổn thất cũng như kích thước của bộ
lọc.
Việc thiết kế một bộ lọc đầu vào cần có:
+ Tạo ra tần số phóng nạp (cut-off) thấp hơn tần số đóng cắt
+ Tăng tối đa hệ số công suất cosϕ đầu vào với một công suất đầu ra đã
cho nhỏ nhất
+ Giảm nhỏ thể tích và trọng lượng của bộ lọc với một công suất phản
kháng đã cho.

19
H#Q5%2 
'-7"RSP&)&* %++%,5HTAU
+ Giảm nhỏ điện áp rơi trên điện cảm của bộ lọc khi dòng định mức để
tăng tối đa tỉ số truyền điện áp q
a) Phân tích tác dụng lọc sóng hài của mạch lọc LC (Hình 1.14)
Ta biết rằng dòng điện vào là được điều biến nên dòng vào sẽ có thể
cùng pha (in phase) với điện áp vào. Với tần số lưới là 50Hz, thì điện áp rơi
qua bộ lọc là bé và điện áp ở đầu vào Matrix Converter (E’
i
) sẽ xấp xỉ với điện
áp vào (E
i
). Điện áp E’
i
tạo ra dòng điện phản kháng (I
0
) chảy trong các tụ điện
của bộ lọc C
F
. Chính dòng điện này gây ra sự lệch pha giữa tổng dòng điện
vào và điện áp vào, và dẫn tới giảm hệ số công suất đầu vào.
Các tụ của bộ lọc gây ra dòng không tải cảm kháng I
0
được tính như sau:
F
C
ii
jE
F

C
i
F
L
i
j
i
E
X
i
E
I
ω
ω
ω
≈








−
==
1
50
0
(1.1)

Với I
0
là dòng không tải, X
50
là điện trở tổng của bộ lọc, ω
i
là tần số góc
của điện áp vào.
Công thức xấp xỉ này đã bỏ qua điện áp rơi trong điện cảm bộ lọc, bởi vì
dòng điện không tải chỉ đi qua các tụ điện.
Thành phần cơ bản của dòng điện do Matrix Converter tạo ra (I
50
) tính
được nhờ công suất đầu ra của biến tần và giá trị điện áp vào.
I
50
=P
0
/3*E
i
(1.2)
Dòng điện đầu vào tổng cộng của Matrix Converter và bộ lọc bằng tổng
của dòng điện không tải (I
0
) với dòng điện chủ đạo từ Matrix Converter (I
50
).
Khi thành phần phản kháng của dòng vào là không đổi ( I
0
=const), thì

góc pha dòng vào phụ thuộc vào công suất của tải. Khi tải có công suất lớn thì
I
50
chiếm ưu thế hoàn toàn và như vậy tạo ra được hệ số công suất đầu vào cao.
Như vậy khi thiết kế bộ lọc cần quan tâm đến giá trị công suất định mức,
việc chọn giá trị của điện dung C
F
phụ thuộc vào công suất định mức của biến
tần và yêu cầu thực hiện (ví dụ như cosϕ
i
> 0,9 thì công suất đầu ra P
0
> 10%
công suất định mức)
20
VWFF
Công thức tính góc lệch pha của dòng điện vào so với điện áp vào








−
=
50
0
1

I
I
tg
i
ϕ
(1.3)
Thay I
50
=P
0
/3*E
i
vào công thức (1.3) ta tính được giá trị điện dung lớn
nhất của bộ lọc để tạo ra hệ số công suất yêu cầu
ii
E
i
tg
F
C
i
E
F
C
ii
E
i
tg
ω
ϕ

ω
ϕ
2
3
max),(
0
P
*/3
0
P
max),(
<⇒<









Với P
0
là công suất đầu ra của biến tần, ϕ
i,max
là góc lệch pha vào lớn
nhất chấp nhận được. Điện cảm được chọn phụ thuộc vào tần số cắt mong
muốn của bộ lọc là f
0
F

C
F
L
f
π
2
1
0
=
(1.5)
Khi thiết kế bộ lọc cũng cần tính đến điện điện áp rơi qua điện cảm để
thoả mãn kích cỡ của cuộn cảm và tụ điện. Một tụ nhỏ đảm bảo cosϕ
i
đủ cao,
nhưng lại yêu cầu cuộn cảm lớn để thoả mãn tần số cắt của bộ lọc, thì sẽ là
không thích hợp. Kích thước của cuộn cảm được giới hạn nhờ điện áp rơi cơ
bản do dòng cơ bản của Matrix Converter tạo ra.
0 vậy bộ lọc đầu vào được xem là làm san bằng dòng điện để tạo ra
thành phần cơ bản của dòng điện, dạng sóng dòng vào gồm thành phần cơ bản
50Hz cộng với một số hài nhỏ xung quanh tần số đóng cắt.
b) Phân tích sự ảnh hưởng của bộ lọc đầu vào LC gây hiện tượng quá áp khi
nguồn bị nhiễu
Khi ngắt các khoá của Matrix Converter có thể xảy ra quá dòng. Trong
trường hợp không có mạch clamp bảo vệ, hoặc có clamp nhưng tụ clamp đang
phóng điện thì quá áp lớn bằng 2 lần điện áp vào sẽ xảy ra, và khi có điện áp
ban đầu ở tụ trong bộ lọc đầu vào, thì mức độ quá áp có thể sẽ lớn hơn nữa
điều này phụ thuộc vào dấu của điện áp ban đầu.
Khi nối mạch clamp có tụ phóng điện, với đầu vào của Matrix
Converter thì năng lượng được tích trong cuộn cảm của bộ lọc sẽ cao hơn
21

JH#Q5%2 %,54X-V'&AF
trường hợp không có clamp tuy mức quá áp có thể lớn hơn 2 lần nhưng chế độ
quá độ là lâu hơn so với khi không nối, bởi vì sự dao động năng lượng trong
mạch LC đầu vào là cao hơn
Với trường hợp tụ clamp đang nạp điện thì sẽ không xảy ra sự tăng năng
lượng được tích trong bộ lọc đầu vào, vì vậy sẽ mất đi một phần dao động năng
lượng từ mạch lọc LC và do đó mức quá áp có thể được giảm xuống rất nhiều
(50%)
Có thể tăng điện trở trong bộ lọc đầu vào (R>R
K
) bằng cách tăng hệ số
tắt dần (damping) thì sẽ giảm tối đa mức quá áp vì dao động quá độ khi nhiễu
nguồn điện áp sẽ bị mất đi. Như vậy cần thêm 1 điện trở hãm ở mỗi pha vào
trong chu kỳ nạp của tụ clamp (Hình 1.15).
Giá trị của điện trở hãm phải đảm bảo tác động không chu kỳ (tức là
ngăn cản dao động tự do) của mạch R-L-C (mạch gồm bộ lọc đầu vào và các
điện trở hạn chế). Điều này là không thể thực hiện được khi Matrix Converter
đang hoạt động vì sẽ xảy ra điện áp rơi trên các điện trở hạn chế, nhưng có thể
sử dụng để loại trừ quá áp khi khởi động cấp nguồn cho Matrix Converter
Khi có tụ clamp tham gia vào sự quá độ khi khởi động (thậm chí ngay cả
khi tụ này phóng ), nếu thoả mãn điều kiện của R thì quá trình quá độ cũng bị
tắt dần.
I.3.2 Mạch kẹp (clamp diode)
22
1)-#&A' '+ %4)&* %++
&F<-Y+ %+ !F<-7B"7 
A
B
C
a

b
c
Z=,
R
Lf
Cf
K
[
%2
)
Không có đường thoát năng lượng cũng gây khó khăn cho MC trong
việc bảo vệ mạch công suất chống lại các sự cố. Ví dụ, nếu các khoá ngắt khi
có quá dòng, sẽ xảy ra quá áp nghiêm trọng do hở mạch tải, và kết quả là phá
huỷ toàn bộ mạch công suất, vì đặc tính cảm vốn có của tải động cơ.Bảo vệ
quá áp thực hiện bằng 1 mạch kẹp (clamp) nối với đầu ra của MC. Mạch clamp
gồm cầu điốt nuôi 1 tụ điện một chiều. Tụ này sẽ hấp thụ năng lượng tải lớn
khi tất cả các khoá của biến tần mở ra, như vậy sẽ bảo vệ Matrix Converter
trong trường hợp ngắt khẩn cấp do gặp sự cố, khi đó mức quá áp sẽ được hạn
chế cả phía lưới và phía động cơ. Mức quá áp phía lưới đã được phân tích kỹ ở
trên, khi mà có sự ảnh hưởng của bộ lọc đầu vào LC. Ở đây ta phân tích quá áp
phía tải và cách năng lượng được giải phóng
Ta quan tâm tới việc tạo ra một mômen hãm lớn trong một thời gian
ngắn khi ngắt nguồn. Bởi vì dòng chảy công suất là rất lớn, cần có một
(braking chopper) bộ băm hãm (gồm 1 van bán dẫn và một điện trở hãm) nối
thêm vào trong mạch clamp vì sẽ làm tăng tối đa tổn hao động cơ nhờ tăng các
hài dòng điện động cơ.Mặc dù như vậy sẽ tăng độ phức tạp của ASD (truyền
động có điều chỉnh tốc độ) nhưng có thể giảm đáng kể kích thước của tụ clamp
khi sử dụng chopper cho trường hợp quá dòng xấu nhất. Điện trở hãm phải có
khả năng tích luỹ dần năng lượng bởi vì sử dụng chopper chỉ được dùng trong
23

thời gian ngắn (tình huống khẩn cấp). Như vậy năng lượng khi thoát ra sẽ được
giảm nhờ tăng lớn nhất tổn hao trên động cơ. Đạt được điều này do tăng các
hài dòng điện của động cơ khi mà từ thông động cơ không thể điều khiển được
Trong quá trình ngắt nguồn toàn bộ chỉ có 2 khả năng của các trạng thái
đóng cắt làm động cơ tách ra khỏi lưới.
+ Trạng thái zero-vectors (aaa, bbb, ccc) sẽ nối tất cả các đầu của động
cơ tới 1 đầu của lưới (Hình1.16a). Bởi vì khi làm việc từ thông rôto và tốc độ
động cơ không thể bằng 0 nên ngắn mạch động cơ sẽ làm dòng stator tăng lên.
+ Trạng thái không nối tất cả các khoá, vì vậy dòng động cơ sẽ chảy qua
mạch clamp.(Hình 1.16b).Vì điện áp trong mạch clamp là cao hơn biên độ sức
điện động (EMF) của động cơ, điều này làm dòng stator sẽ giảm xuống
Bằng cách thay đổi 2 trạng thái đóng cắt trên sẽ tạo ra sự biến đổi năng
lượng cơ thành năng lượng điện đồng thời cho phép từ thông rôto động cơ tắt
dần. Trên hình 1-16 đưa ra đường dẫn dòng chảy năng lượng.
24
9[=\'(]#=$7^A%,A-#&A
_`M
]#=$
T]
0]#=$
54a
0]#=$
54=\
<aB
B
L3

[4AAb%`
& 
)-#&A

H]AbcdA
04]
04
e+ .+ 
HQ-
7b&5&
fB"7b&)
§éng c¬
c¶m øng
)&*
 %++
Trong trạng thái zero-vector, dòng điện tăng và năng lượng cơ được biến
đổi thành năng lượng điện từ mà được tích tụ trong điện kháng tản của động
cơ. Khi tất cả các khoá đều mở ra, năng lượng điện từ được chuyển vào mạch
clamp. Một phần nhỏ năng lượng này được sử dụng lại để nuôi mạch điều
khiển (xem hình1-13). Muốn đạt được mômen hãm lớn nhất thì dòng năng
lượng trong mạch clamp phải đạt gần bằng công suất định mức của động cơ.
Phần lớn năng lượng tĩnh điện ở tụ clamp được chuyển thành năng lượng nhiệt
nhờ nối một (braking chopper) bộ băm có điện trở hãm. Giải pháp này cho
phép giảm được kích cỡ của tụ kẹp vì nó nhỏ hơn, rẻ hơn và gọn nhẹ hơn khi
gắn vào Matrix Converter để chuyển năng lượng điện thành năng lượng nhiệt
I.3.3 Mạch snubber
Mạch LC có chức năng tương tự mạch snubber. Tuy nhiên trong thực tế
1 mạch snubber nhỏ vẫn được sử dụng để giảm nhẹ ảnh hưởng của điện cảm
dây nối.
Đặc điểm rõ nét của MC là dòng điện luôn chuyển mạch từ 1 khoá được
điều khiển tới 1 khoá khác. Rất khác với biến tần nguồn áp thông thường là
chuyển mạch từ một van được điều khiển đến các điốt hoàn năng lượng thêm
vào hoặc ngược lại. Trong biến tần thông thường có 1 khoảng thời gian trễ giữa
các tín hiệu điều khiển các van (tránh dẫn tức thời) và dòng tải cảm kháng sẽ đi

qua điốt hoàn năng lượng để tạo sự an toàn cho các van. Không có đường thoát
năng lượng trong MC nhưng vẫn cần thiết có 1 khoảng thời gian trễ giữa các
tín hiệu điều khiển để tránh ngắn mạch đầu vào. Trong thời gian trễ này, dòng
tải cảm kháng sẽ được chảy qua một mạch bảo vệ (snubber). Mạch bảo vệ phải
được tính toán để hạn chế điện áp các van tới một giá trị thích hợp
Trong Matrix Converter, sử dụng một mạch RC snubber đơn giản được
nối song song qua khoá 2 chiều(Hình 1.18). Để tránh tổn hao trong mạch bảo
vệ lớn quá mức việc thiết kế mạch snubber phải đi liền với việc thiết lập thời 1
gian trễ rất cẩn thận.
25
:)-+ 7 6