Dựa vào sơ đồ nguyên lí và nguyên tắc chuyển mạch ta thấy rằng các pha U, V, W chỉ có thể nhận các giá trị điện áp +, - hoặc bằng 0. Nếu ta thực hiện chuyển mạch theo thứ tự các tổ hợp van sau thì ta được một hệ thống điện áp đầu ra của biến tần như biểu diễn trên hình 2.9
(Hai tổ hợp van 1-3-5 và 6-2-4 tương ứng với giá trị điện áp bằng 0. Trong phần phương pháp điều chế sẽ phân tích kĩ hơn vai trò của hai tổ hợp van này)
31
Bảng 2.3 Vector chuyển mạch và các tổ hợp van tương ứng
Vector Tổ hợp van U6 1 - 6 - 5 U1 1 - 6 - 2 U2 1 - 3 - 2 U3 4 - 3 - 2 U4 4 - 3 - 5 U5 4 - 6 - 5
Hình 2.9 biểu diễn hệ thống điện áp ba pha trên đầu ra của biến tần, ta thấy cách tính chất sau:
- Hệ điện áp ba pha đối xứng, lệch pha nhau một góc 1200. - Chỉ có hai mức điện áp là: 2UMC/3 và UMC/3.
- Một chu kì điện áp T được chia làm 6 khoảng thời gian tương ứng với các tổ hợp van.
Trong một khoảng thời gian chỉ có một tổ hợp van được phép kích mở theo nguyên tắc, tạo nên các mức điện áp ±2UMC/3 hoặc ±UMC/3 trên ba pha, dạng điện áp là xung chữ nhật có biên độ thay đổi 6 lần trong một chu kỳ. Dạng xung này có chứa nhiều sóng hài bậc cao. Để giảm các sóng hài bậc cao này thì ta cần tăng tần số chuyển mạch. Nếu chia chu kỳ điện áp T thành các chu kì chuyển mạch Ts đủ nhỏ sao cho dòng tải (có tính cảm kháng) gần như không thay đổi trong khoảng thời gian Ts, bằng cách đóng mở các trạng thái các Vector chuẩn và hai trạng thái không trong một chu kỳ Ts thì ta có thể thay đổi được điện áp ra của nghịch lưu và làm giảm các sóng hài bậc cao.
32
Hình 2.9. Hệ thống điện áp đầu ra của biến tần
2.3. ĐIỀU CHẾ VECTƠ KHÔNG GIAN CHO NGHỊCH LƢU 2.3.1. Nguyên lý của phƣơng pháp điều chế Vector không gian 2.3.1. Nguyên lý của phƣơng pháp điều chế Vector không gian
Qua phần giới thiệu về nguyên lí hoạt động của biến tần đã biết khi chuyển mạch ứng với các tổ hợp van có thể thì ta tạo ra được một Vector điện áp quay đều trong mặt phẳng hình học nhưng chỉ quay với 8 vị trí cố định trong không gian, điều này làm cho điện áp và dòng điện có chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao. Cũng như đã giới thiệu về các đại lượng Vector không
33
gian và biểu diễn các Vector không gian trong hệ toạ độ stator: Khi ta biểu diễn đại lượng điện áp biến thiên với tần số góc ω thì ta được một Vector quay đều với vận tốc góc đó trong mặt phẳng, đại lượng điện áp này có chất lượng rất tốt, hình sin, không chứa sóng hài bậc cao. Vậy để giảm sóng hài bậc cao trong các đại lượng đầu ra của biến tần thì ta phải tạo ra được đại lượng (Vector) quay đều với vận tốc góc tương ứng với tần số mong muốn đầu ra của biến tần thông qua chuyển mạch hay 8 Vector chuẩn có sẵn. Để thực hiện được yêu cầu đó ta phải tạo ra được một Vector có vị trí bất kỳ trong không gian từ những Vector chuẩn.
Giả sử ta phải thực hiện một Vector us có vị trí như trên hình 2.11, Vector có thể nằm trong bất kì Sector nào, ở đây ta xét trong Sector số 1. Us có thể tách thành tổng của hai Vector con up (Vector bên phải) và ut (Vector bên trái) tựa theo hướng của hai Vector chuẩn u1 và u2.
Hình 2.10. Thực hiện Vector bất kỳ trong không gian dựa trên các Vector chuẩn
Để thực hiện hai Vector up, ut ta thực hiện tương ứng hai Vector chuẩn u1, u2 trong một khoảng thời gian nào đó trong phạm vi một chu kì cắt xung. Giả thiết, toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích được dùng để thực hiện Vector,
34
khi này module tối đa của Vector us không vượt quá usmax = 2UMC/3. Từ những điều trên ta có thể rút ra nhận xét:
- us là tổng của hai Vector biên up và ut: us = up + ut (2.2) - Hai Vector biên có thể được thực hiện bằng cách thực hiện u1 (cho up) và u2 (cho ut) trong hai khoảng thời gian sau:
p p x smax u T T u ; t t x smax u T T u (2.3) Trong đó: Tx là chu kỳ cắt xung.
usmax là giá trị điện áp lớn nhất có thể thực hiện.
Khi đã biết được khoảng thời gian cần thực hiện để tạo ra up, ut thì ta phải giải quyết hai vấn đề tiếp theo sau:
+) Khoảng thời gian còn lại T0 = Tx – (Tp + Tt) ta thực hiện Vector nào?
Xuất hiện khoảng thời gian T0 là do: Module điện áp yêu cầu thực hiện nhỏ hơn usmax vì vậy Tp + Tt < Tx. Theo nguyên tắc chuyển mạch thì không được phép hở mạch đầu ra nên ta cần thực hiện một trong hai Vector không là u0 hoặc u7. Bằng cách này, trên thực tế ta đã thực hiện phép cộng Vector sau đây: us = up + ut + u0 (u7) = p t p t 1 2 0 7 x x x T T T (T T ) u u u (u ) T T T (2.4) +) Trình tự thực hiện các Vector:
Trình tự thực hiện các Vector phải đảm bảo trong phạm vi một chu kỳ cắt xung thì các cặp van ít phải chuyển mạch nhất nhằm tránh gây tổn hao đóng ngắt van. Vì vậy trong từng góc phần 6 thì thứ tự chuyển mạch cũng khác nhau và tuân theo bảng 2.4
35 Sectơ No Vectơ I II III IV V VI up U1 U2 U3 U4 U5 U6 ut U2 U3 U4 U5 U6 U1 u0 U7 U0 U7 U0 U7 U0
Bảng 2.4 Bảng lựa chọn các và thứ tự thực hiện các Vector
2.3.2. Cách tính và thực hiện thời gian đóng cắt van của biến tần Vector, thuật toán điều chế Vector không gian (ĐCVTKG) thuật toán điều chế Vector không gian (ĐCVTKG)