Các ph−ơng pháp điều chế vector không gian và dạng cải biến của nó đ−ợc sử dụng để điều khiển điện áp đầu ra có chỉ số điều chế đến giới hạn 0,907. Trong điều khiển công suất lớn, chẳng hạn điều khiển truyền động động cơ điện xoay chiều, việc tận dụng khả năng công suất của bộ nghịch l−u có ý nghĩa kinh tế vì sẽ sử dụng hiệu quả các thiết bị và linh kiện, đặc biệt trong các quá trình quá độ. Do đó, phát sinh nhu cầu điều khiển mở rộng điện áp đến giá trị cực đại mà ph−ơng pháp 6 b−ớc tạo ra t−ơng ứng với chỉ số điều chế m=1. Ph−ơng pháp điều chế độ rộng xung sin và dạng cải biến của nó cũng có thể đạt đến giới hạn m=1. Tuy nhiên, đặc tính điều khiển trở nên rất phi tuyến và tính chất sóng hài đạt đ−ợc không có lợi cho sử dụng. Do đó, điều chế độ rộng xung mở rộng không thực hiện thuận lợi khi sử dụng các ph−ơng pháp điểu khiển đã nêu. Ph−ơng pháp điều chế vector mở rộng dựa vào đặc tính quỹ đạo của vector không gian (hình 2.18).
Quỹ đạo vector giới hạn d−ới là đ−ờng tròn nội tiếp bên trong hình lục giác, t−ơng ứng m=0,907. Bên trong đ−ờng tròn giới hạn này, ta có thể điều khiển vector điện áp đầu ra Vuur
(và điện áp ba pha tải) cùng pha và tỉ lệ tuyến tính với modul của vector yêu cầu vref. Để tạo ra biên độ hài cơ bản chỉ số điều chế m>0,907 t−ơng ứng với vùng điều chế mở rộng, vector vrref
sẽ có một phần quỹ đạo v−ợt ra ngoài hình lục giác và kỹ thuật điều chế vector khơng gian bộ nghịch l−u không cho phép thực
LVIII hiện đ−ợc điều này vì vector Vuur
tạo thành chỉ có thể nằm bên trong diện tích giới hạn của hình lục giác. Do đó, để đạt đ−ợc gi trị m cho tr−ớc thỏa điều kiện m> 0,907, t−ơng quan giữa quỹ đạo vector yêu cầu vrref
và vector trung bình Vuur
thực tế có thể xảy ra ở những tr−ờng hợp sau:
- Hai vector vrref
, Vuur
di chuyển cùng pha và tỉ số modul thay đổi Vuur=m( ).γ Vuuurref
- Hai vector vrref
, Vuur
di chuyển khác pha và tỉ số modul thay đổi ( ). ef. j ( ) r
Vuur=m γ Vuuureδ γ
a) b) Hình 2.19: Quá điều chế
Hệ quả của sự dịch chuyển không cùng pha và tỉ số modul thay đổi ở trên dẫn đến t−ơng quan không tuyến tính giữa vector yêu cầu với thành phần hài cơ bản Vur(1)
của áp ra cũng nh− sự xuất hiện các thành phần sóng hài mức cao trong điện áp pha tải. Các ph−ơng pháp điều chế vector mở rộng đều cố gắng tạo điều kiện điều khiển liên tục khi m thay đổi trong phạm vi trên, vấn đề đặc tính điều khiển tuyến tính và l−ợng sóng hài mức cao là những yếu tố quyết định ph−ơng án điều chế vector mở rộng
Yêu cầu điều chế vector mở rộng nhằm tạo quan hệ tuyến tính giữa thành phần hài cơ bản của vector điện áp và vector điều khiển, biểu diễn d−ới dạng quan hệ toán học, ta có: Vur(1)=mV.urref
LIX
Một trong các ph−ơng pháp điều chế vector mở rộng là chia phạm vi điều chế làm 2 chế độ. Chế độ 1, áp dụng cho phạm vi thay đổi của m từ 0,907 đến 3 ln 3
0,9514 2 = , các quỹ đạo t−ơng ứng là đ−ờng tròn nội tiếp bên trong hình lục giác (m=0,907) và đ−ờng chu vi của hình lục giác (m=0,9514). Chế độ 2, áp dụng cho phạm vi thay đổi của m từ 0,9514 đến 1. Cận d−ới có quỹ đạo vector t−ơng ứng là đ−ờng chu vi của hình lục giác (m=0,9514) và và cận trên có quỹ đạo gồm sáu vector đỉnh của hình lục giác (m=1). Một trong các ph−ơng pháp điều chế vector mở rộng đ−ợc biết do Holtz đề xuất. Theo đó, trong chế độ 1 (0,907<m<0.9514), vector trung bình Vuur
sẽ di chuyển bám lấy vector điều khiển Vurref
nếu vị trí vector điều khiển vẫn còn nằm trong phần diện tích giới hạn của lục giác (tức nằm trên phần cung của phần đ−ờng tròn còn nằm trong hình lục giác)- tức phần cung AB,CD, (hình 2.19a). Trái lại, khi vector Vurref
di chuyển trên phần cung đ−ờng tròn v−ợt ra ngoài giới hạn hình lục giác (BC) thì vector trung bình sẽ đ−ợc điều khiển di chuyển trên phần đoạn thẳng t−ơng ứng của phần cung trên- tức đoạn BC.
Dễ nhận thấy rằng, theo cách điều khiển nêu trên, vector điều khiển và vector trung bình luôn cùng pha và chỉ bị biến điệu về độ lớn Vurref
. ở chế độ 2 (1>m>0,9514), (hình 2.20a, b, c, d, e) đối với mỗi chỉ số điều chế, tồn tại một giá trị góc cố định, gọi là góc chốt αh (holding angle). Trong quá trình dịch chuyển của vector điều khiển Vurref nếu góc pha α của nó nhỏ hơn góc chốt αh, thì vector trung bình bị chốt giữ tại vector đỉnh Vur1
(αp =0), hình 2.20a. Khi vector điều khiển Vurref
di chuyển với góc pha α lớn hơn góc chốt αh và nhỏ hơn góc π / 3−αh thì vector trung bình sẽ di chuyển trên cạnh nối giữa hai vector đỉnh của hình lục giác (cạnh hình lục giác) – hình 2.20b,c với góc pha αp của nó cho bởi hệ thức sau:
/ 6 6 h p h α α π α π α − = − Nếu vector điều khiển Vurref
tiếp tục di chuyển và góc pha α của nó v−ợt quá giá trị π / 3−αh thì vector trung bình sẽ bị chốt tại đỉnh thứ hai Vur2
LX - hình 2.20e (
3
p
π
α = ). Nh− vậy, quan hệ giữa góc pha αp của vector trung bình Vur
và góc pha α của vector điều khiển Vurref
trong góc phần sáu thứ nhất liên hệ theo hệ thức:
0 / 6 6 3 h p h α α π α π α π ⎧ ⎪ ⎪ − ⎪ = ⎨ − ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ Nếu 0≤ <α αh Nếu αh≤ <α (π3−αh) Nếu (π3−αh)≤αh≤π3 Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi vector điều khiển Vurref
v−ợt qua phần diện tích của góc phần sáu khác của hình lục giác và ở đó, ta đạt đ−ợc quỹ đạo của vector trung bình bằng trình tự điều khiển t−ơng tự .
Hình 2.20: Quá điều chế ở chế độ 1>m>0,9514
Giá trị góc chốt αh có thể xác định bằng ph−ơng pháp tính toán thành phần sóng hài cơ bản điện áp dựa theo quỹ đạo vector trung bình. Từ quan hệ đó, đồ thị
LXI
thiết lập quan hệ giữa chỉ số điều chế m và góc chốt αh đ−ợc vẽ trên hình 2.20f. Tồn tại một số giải pháp khác cho việc thực hiện điều chế vector mở rộng. Một số tác giả dùng giải thuật điều khiển vector Vur
một cách liên tục từ quỹ đạo đ−ờng tròn (m=0,907) đến quỹ đạo tới hạn gồm sáu vector đỉnh hình lục giác (m=1) mà không qua hai mode vừa nêu trên.
Nh−ợc điểm chung của các ph−ơng pháp là sử dụng ph−ơng pháp tra bảng để xác định góc làm việc của vector trung bình, tính chất điều khiển phi tuyến và ch−a đ−a ra khả năng tối −u về sóng hài.