Phương pháp điều khiển sáu bước (six step) tạo nên sự dịch chuyển nhảy cấp tuần hoàn của vector không gian giữa sáu vị trí đỉnh của hình lục giác. Điều này làm quá trình điện áp pha tải nghịch lưu hình thành chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao. Hệ quả là quỹđạo vector không gian bị biến đổi về pha và biên độ so với trường hợp áp ba pha tải dạng sin. Mặt khác, phương pháp điều chếđộ rộng xung dạng sin dù tạo ra điện áp pha tải gần dạng sin nhưng chỉ có thể đảm bảo phạm vi điều khiển tuyến tính thành phần điện áp cơ bản của pha tải đến biên độ Ud /2.
Phương pháp điều chế vector không gian khắc phục các nhược điểm của hai phương pháp nêu trên.
Ý tưởng của phương pháp điều chế vector không gian là tạo nên sự dịch chuyển liên tục của vector không gian tương đương trên quĩđạo đường tròn của vector điện áp bộ nghịch lưu, tương tự như trường hợp vector không gian của đại lượng sin ba pha
SVTH: Trần Quốc Hoàn 42/102 tạo được. Với sự dịch chuyển đều đặn của vector không gian trên quĩ đạo tròn, các sóng hài bậc cao được loại bỏ và quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và biên độ áp ra trở
nên tuyến tính. Vector tương đương ở đây chính là vector trung bình trong thời gian một chu kì lấy mẫu Ts của quá trình điều khiển bộ nghịch lưu áp.
Nguyên lý điều chế vector không gian đối với bộ nghịch lưu áp đa bậc được thực hiện tương tự nhưở nghịch lưu hai bậc. Để tạo vector trung bình tương ứng vector v cho trước cần xem xét vector v nằm vị trí nào của hình lục giác. Để thuận tiện, thông thường diện tích hình lục giác được chia nhỏ thành các hình tam giác con. Ví dụ, góc phần sáu thứ nhất của hình lục giác giới hạn bởi ba vector v0, v2 và v5 được chia nhỏ
thành các diện tích (1), (2), (3), và (4) như hình vẽ:
Hình 4.3: Góc phần sáu được giới hạn bởi v0, v2 và v5.
Vector v đang khảo sát cần điều khiển để đạt được có vị trí nằm trên phần diện tích (2). Bước tiếp theo, ta xác định các vector không gian cần thiết – gọi là các vector cơ bản, cần sử dụng để tạo nên vector trung bình nằm trong diện tích (2). Ta nhận thấy
đó chính là các vector v1, v2 và v3. Như vậy, vector tương đương với vector v có thể
thực hiện bằng cách điều khiển duy trì tác dụng theo trình tự vector v1 trong thời gian T1, vector v2 trong thời gian T2 và vector v3 trong thời gian T3 theo hệ thức:
V .Ts = v1.T1 + v2.T2 + v3.T3 (4.7) trong đó Ts = T1 + T2 + T3 là chu kỳ lấy mẫu.
SVTH: Trần Quốc Hoàn 43/102 (4.8) Với V1α, V2α, V3α,V1β, V2β, V3β là các thành phần theo trục tọa độ α và β của các vector trên hình lục giác v1, v2 và v3.
Từđó, thời gian được xác định (áp dụng ma trận ngược):
(4.9) Hay ở dạng thời gian tương đối: dj = Tj / Ts ; j = 1, 2, 3
(4.10)
Áp dụng cụ thể vào bốn diện tích hình tam giác trong góc phần sáu thứ nhất của hình lục giác, chú ý đến vector cơ bản trong mỗi diện tích trên, ta thu được kết quả:
Trong diện tích (1), vector vơ bản v0, v1 và v4 : d1 = dv0 = 1 - d2 - d3 = 1- ma.(sinθ + 3.cosθ) d2 = dv1 = ma.(-sinθ + 3.cosθ) (4.11) d3 = dv4 = 2.m.sinθ Trong diện tích (2), vector cơ bản v1, v2 và v3: d1 = dv1 = 2 - ma.(sinθ + 3.cosθ) d2 = dv2 = -1 + ma.(-sinθ + 3.cosθ) (4.12) d3 = dv3 = 2.ma.sinθ
SVTH: Trần Quốc Hoàn 44/102 Trong diện tích tam giác (3), vector cơ bản v1, v3 và v4 :
d1 = dv1 = 1- 2.ma.sinθ
d2 = dv3 = -1 + ma. (sinθ + 3.cosθ) (4.13) d3 = dv4 = 1 + ma.(sinθ - 3.cosθ)
Trong diện tích tam giác (4), vector cơ bản v5, v3 và v4: d1 = dv4 = 2 – ma.(sinθ + 3.cosθ)
d2 = dv5 = -1 + 2.ma.sinθ (4.14) d3 = dv3 = ma.(-sinθ + 3.cosθ)
Nếu vectơ nằm V ở góc phần sáu thứ i so với góc phần sáu thứ nhất của hình lục giác tính từ vị trí trục thực α, ta có thể qui đổi nó về góc phần sáu thứ nhất để xác
định thời gian tác động của các vector cơ bản theo hệ thức:
Với V = 2 2 β α V V + ; θ = α β V V (4.15) 3. Nhận xét
Phương pháp điều chế vector không gian cho phép điều khiển tuyến tính tốt, hiệu quả cao, rất cần thiết cho các hệ tự động điều khiển. Nó đã mở ra một lý thuyết thực hành điều khiển mới có chất lượng cao cho việc chuyển đổi năng lượng điện từ các nguồn DC sang AC. Tuy nhiên, phương pháp điều chế vector không gian vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: đòi hỏi bộ vi xử lý có khả năng tính toán cao và bộ nhớ
lớn, việc tính toán càng phức tạp khi số bậc của bộ nghịch lưu tăng lên, lập trình giải thuật khá phức tạp…
SVTH: Trần Quốc Hoàn 45/102 phương pháp điều chế độ rộng xung sin và phương pháp điều chế vector không gian. Với những khám phá này, một phương pháp mới dựa trên mối quan hệ của hai phương pháp trên được đề nghị: Phương pháp điều chế vector không gian dùng sóng mang (Carrier based Sapce vector PWM). Theo đó, phương pháp này sẽ tập hợp những ưu
điểm của hai phương pháp trên: quá trình tính toán đơn giản hơn, mở rộng được phạm vi điều chế…
Phương pháp điều chế vector không gian dùng sóng mang (Carrier based SVPWM) được đề nghị bởi hai tác giả: Nguyễn Văn Nhờ và Hong Hee Lee [2] [4]. Các tác giảđã phân tích mối quan hệ giữa phương pháp điều chế vector không gian và kỹ thuật PWM dùng sóng mang, từ đó đưa ra thuật toán và mô phỏng cho bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng diode kẹp (NPC multilevel inverter). Luận văn này tập trung tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp trên nhưng đưa ra cách mô phỏng ứng dụng cho bộ
nghịch lưu áp đa bậc dạng cascade (Cascade inverter).