][ 1 2 ( cos 13 cos 13 cos 13 cos 13 cos 13
5.3.8. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ MỞ RỘNG (OVERMODULATION)
Các phương pháp điều chế vector không gian và dạng cải biến của nó được sử dụng để điều khiển điện áp ngõ 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 lưu 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 phương pháp 6 bước tạo ra tương ứng với chỉ số điều chế m=1.
Phương 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 được không có lợi cho sử dụng. Do đó, điều chế độ rộng xung mở rộng không thực hiện thuận lợi khi sử dụng các phương pháp điểu khiển đã nêu.
Phương pháp điều chế vector mở rộng dựa vào đặc tính quỹ đạo của vector không gian (xem hình H5.22). Quỹ đạo vector giới hạn dưới là đường tròn nội tiếp bên trong hình lục giác, tương ứng m=0,907. Bên trong đường tròn giới hạn này, ta có thể điều khiển vector điện áp ngõ ra Vr(và điện áp ba a tải) cùng pha và tỉ lệ tuyến tính với modul của vector yêu cầu vref
ph
r . Để ta ra ïo biên độ hài cơ bản có chỉ số điều chế m>0,907 tương ứng với vùng điều chế mở rộng, vector vrrefsẽ có một phần quỹ đạo vư ra ngoài hình lục giác và kỹ thuật điều chế vector không gian bộ nghịch lưu áp không cho phép thực hiện được điều này vì vector V
ợt
r tạo thành chỉ có thể èm bên trong diện tích giới hạn của hình lục giác. Do đó, để đạt được giá trị m cho trước thỏa điều kiện m>0,907, tương quan giữa quỹ đạo vector yêu cầu vref
na
r và vector trung bình
Vrthực tế có thể xảy ra ở hững trường hợp sau: n
- Hai vector vrref, Vr di chuyển cùng pha và tỉ số modul thay đổi Vr =m(γ).vrref
- Hai vector vrref, Vr di chuyển khác pha và tỉ số modul thay đổi
)( ( j ref.e v ). ( m Vr = γ r δ γ
Hệ quả của sự dịch chuyển không cùng pha và tỉ số modul thay đổi ở trên dẫn đến tương quan không tuyến tính giữa vector yêu cầu với thành phần hài cơ bản Vr(1)của áp ra cũng như sự xuất hiện các thành phần sóng hài bậc cao trong điện áp pha tải. Các phương pháp điều chế vector mở rộng đều cố gắng tạo điều kiện điều khiển liên tục khi m thay
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 dưới dạng quan hệ toán học, ta có: ref ) 1 ( m.v Vr = r
Một trong các phương pháp điều chế vector mở rộng là chia phạm vi điều chế làm 2 mode. Mode 1, áp dụng cho phạm vi thay đổi của m từø 0,907 đến 09514
2 3
3ln = . , các quỹ đạo tương ứng là đường tròn nội tiếp bên trong hình lục giác (m=0,907) và đường chu vi của hình lục giác (m=0,9514).
Mode 2, áp dụng cho phạm vi thay đổi của m từ 0,9514 đến 1. Cận dưới có quỹ đạo vector tương ứng là đường 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 phương pháp điều chế vector mở rộng được biết do Holtz đề xuất [47]. Theo đó, trong chế độ mode 1 (0,907<m<0.9514), vector trung bình Vr sẽ di chuyển bám lấy vector điều khiển nếu vị trí vector điều khiển vẫn còn nằm trong phần diện tích giới hạn của hexagon (tức nằm trên phần cung của phần đường tròn còn nằm trong hình lục giác)- tức phần cung
ref
vr
∩
AB,CD∩ (xem hình H5.23a). Trái lại, khi vector vrref di chuyển trên phần cung đường tròn vượt ra ngòai giới hạn hình lục giác (xem ) thì vector trung bình sẽ được điều khiển di chuyển trên phần đoạn thẳng tương ứng của phần cung trên- tức đoạn BC.
∩
BC
Tương tự cho các góc phần sáu khác của hexagon và quỹ đạo của vector điện áp trong một chu kỳ của vector điều khiển
Vr vrref được vẽ trên hình H5.23b.
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.
ref
vr
Ở chế độ mode 2 (1>m>0,9514), (xem hình H5.24a,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 vrref , nếu góc pha αcủa nó nhỏ hơn góc chốt , thì vector trung bình bị chốt giữ tại vector đỉnh
h
α
1
Vr (α =p 0)-hình H5.24a. Khi vector điều khiển vrref 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 H5.24b,c với góc pha αPcủa nó cho bởi hệ thức sau:
66 hh 6 hh p π α − π α − α = α
Nếu vector điều khiển vrref tiếp tục di chuyển và góc pha α của nó vượt quá giá trị (π 3−αh) thì vector trung bình sẽ bị chốt tại đỉnh thứ hai Vr2 của hình lục giác- hình H5.24e (αP =π3). Như vậy, quan hệ giữa góc pha của vector trung bình Vvà góc pha của vector điều khiển trong góc phần sáu thứ nhất liên hệ theo hệ thức:
Pα r α r α vrref ( ) ( ) ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ π ≤ α ≤ α − π π α − π < α ≤ α π α − π α − α ≤α<α = α 3 3 nếu 3 3 nếu 6 6 0 nếu 0 h h h h h h h P (5.83)
Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi vector điều khiển vrref vượt qua phần diện tích của góc phần sáu khác của hexagon và ở đó, ta đạt được quỹ đạo của vector trung bình bằng trình tự điều khiển tương tự .
Giá trị góc chốt có thể xác định bằng phương pháp tính toán thành phần sóng hài cơ bản điện áp dựa theo quỹ đạo vector trung bình. Từ quan hệ đó, đồ thị thiết lập quan hệ giữa chỉ số điều chế m và góc chốt
h
α
h
α được vẽ trên hình H5.24f.
Tồn tại một số giải pháp khác cho việc thực hiện điều chế vector mở rộng [29],[38],[40],[43].
Một số tác giả dùng giải thuật điều khiển vector Vrmột cách liên tục từ quỹ đạo đường 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 [39].
Nhược điểm chung của các phương pháp là sử dụng phương pháp tra bảng để xác định góc làm việc của vector trung bình, tính chất điều khiển phi tuyến và chưa đưa ra khả năng tối ưu về sóng hài.