Tài liệu Kỹ thuật sóng mang cho bộ biến đổi ma trận

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN XUÂN KỲ NAM KỸ THUẬT SÓNG MANG CHO BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN Chuyên ngành : Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Văn Nhờ…………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………. Cán bộ chấm nhận xét 1 : ………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………. Cán bộ chấm nhận xét 2 : ………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày …… tháng ….. năm 2009. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---o0o-----------------------Tp.HCM, ngày 03 tháng 03 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN XUÂN KỲ NAM . . . . . . . . . . . . Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10/9/1983. . . . . . . . . . . . . . / Nữ Nơi sinh : Tp.Hồ Chí Minh Chuyên ngành : Mạng, Thiết bị và Nhà máy điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI : “KỸ THUẬT SÓNG MANG CHO BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN” .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Nghiên cứu, khảo sát bộ biến đổi ma trận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Tìm hiểu các phương pháp điều chế cho bộ biến đổi ma trận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Nghiên cứu phương pháp điều chế sóng mang cho bộ biến đổi ma trận. . . . . . . . . . . . . . . . - Xây dựng mô hình mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Nhận xét đánh giá kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Đề xuất hướng nghiên cứu, mở rộng đề tài. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ..................... 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 03/03/2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/12/2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PGS.TS. Nguyễn Văn Nhờ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) PGS.TS. Nguyễn Văn Nhờ CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN ˜&™ Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Nhờ đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo về kiến thức, tài liệu cùng kinh nghiệm nghiên cứu giúp em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em tích lũy kiến thức khoa học trong suốt quá trình học tập tại trường để có cơ sở vững chắc thực hiện luận văn này. Sau cùng, em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn sẵn lòng giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn. Tp.HCM, Tháng 12/2009 Nguyễn Xuân Kỳ Nam i 1 MỤC LỤC : 1. Các bộ biến đổi tần số công suất AC/AC 3 1.1. Các bộ biến đổi tần số công suất “gián tiếp” 3 1.2. Bộ biến đổi AC/AC trực tiếp - Matrix Converter) 4 1.2.1. Topology của bộ biến đổi ma trận 4 1.2.1.1. Các bộ khóa hai chiều 5 1.2.1.2. Bộ lọc ngõ vào 6 1.2.1.3. Bảo vệ quá áp 7 1.2.2. So sánh bộ biến đổi ma trận với các bộ biến tần (Inverter) 2. Bộ biến đổi ma trận 8 9 2.1. Nguyên lý cơ bản 9 2.2. Các phương pháp chuyển mạch 11 2.2.1. Phương pháp chuyển mạch chồng 11 2.2.2. Phương pháp chuyển mạch thời gian chết 11 2.2.3. Phương pháp chuyển mạch 4-bước 12 2.3. Các phương pháp điều chế 13 2.3.1. Phương pháp điều chế Venturini 13 2.3.2. Phương pháp điều chế Venturini cải tiến 15 2.3.3. Phương pháp điều chế vô hướng Roy 15 2.3.4. Phương pháp điều chế Vector không gian 16 2.3.5. Phương pháp điều chế gián tiếp 19 2.3.6. Phương pháp điều chế sóng mang cho biến tần (VSI) 20 3. Phương pháp điều chế sóng mang cho bộ biến đổi ma trận 22 3.1. Điều chế điện áp ngõ ra qua hai điện áp dây lớn nhất của các pha ngõ vào 22 3.1.1. Mô hình mô phỏng 27 3.1.2. Kết quả mô phỏng 38 3.2. Điều chế điện áp ngõ ra qua các điện áp pha ngõ vào theo điện áp ngõ ra đặt 42 2 3.3. Mở rộng tỉ số truyền điện áp q 53 3.3.1. Tổng hợp điện áp đặt ba pha 53 3.3.2. Kết quả mô phỏng mở rộng tỉ số truyền điện áp q 55 3.4. So sánh kết quả mô phỏng của hai phương pháp 57 4. Động cơ KĐB ba pha Rotor lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến đổi ma trận 58 4.1. Mô hình toán của động cơ KĐB ba pha Rotor lồng sóc trong hệ qui chiếu quay bất kì 58 4.2. Mô phỏng động cơ KĐB ba pha Rotor lồng sóc được cấp nguồn trực tiếp từ bộ biến đổi ma trận 65 4.2.1. Tỉ số truyền điện áp q=0.5 68 4.2.2. Tỉ số truyền điện áp q=0.866 70 4.3. Điều khiển định hướng từ thông Rotor (RFOC) động cơ KĐB ba Pha Rotor lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến đổi ma trận 4.3.1. Phương pháp điều khiển RFOC 73 73 4.3.2. Mô phỏng điều khiển RFOC động cơ KĐB ba pha Rotor lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến đổi ma trận 78 5. Kết luận 85 6. Tài liệu tham khảo 86 7. Phụ lục 88 3 1. Các bộ biến đổi tần số công suất AC/AC : Nhìn chung, việc biến đổi một công suất AC ngõ vào ở một tần số cho trước thành một công suất AC ngõ ra ở một tần số khác có thể đạt được bằng các hệ thống khác nhau như : dùng máy điện quay, dùng các linh kiện từ trường phi tuyến hoặc các mạch điện tĩnh chứa các khóa điện tử công suất điều khiển được … Các cấu trúc biến đổi tần số công suất AC/AC tĩnh có thể được chia thành sơ đồ biến đổi công suất “trực tiếp” và “gián tiếp” (có hoặc không có thành phần DCLink Energy Storage) [1]. Hình.1.1 : Phân loại các sơ đồ bộ biến đổi công suất AC-AC 1.1. Các bộ biến đổi AC/AC “gián tiếp” : Hình.1.2 : Sơ đồ biến đổi công suất “gián tiếp” Cấu hình cơ bản của các bộ biến đổi DC-Link Converters-In bao gồm 2 phần : 1 phần chỉnh lưu và 1 phần nghịch lưu. Một cấu hình chuẩn sử dụng thiết bị tích trữ năng lượng trung gian lớn và đắt tiền như là cuộn kháng hoặc tụ điện, đây là hạn chế lớn nhất của các bộ biến đổi công suất dạng này. Tùy thuộc vào thành phần tích trữ năng lượng chúng ta có 2 cấu hình chính được sử dụng rộng rãi hiện nay : DC current link (inductor-CSR/CSI) và DC voltage link (capacitor-VSR/VSI). 4 Hình.1.3 : Bộ biến đổi tần số “gián tiếp” (DC-link Converter Topology) Tuy nhiên các bộ biến đổi gián tiếp này có một số hạn chế : ● Giá thành tương đối cao do vẫn còn sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn công suất, tụ DC dung lượng lớn. ● Kết hợp điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) của chỉnh lưu và nghịch lưu khá phức tạp. ● Tụ liên kết DC giảm tuổi thọ khi hoạt động ở nhiệt độ cao, làm giảm độ tin cậy và tăng chi phí bảo trì thiết bị. 1.2. Bộ biến đổi AC/AC “trực tiếp” - Matrix converter : Trong sơ đồ biến đổi trực tiếp chỉ cần một cấp để tiến hành biến đổi tần số công suất AC/AC. Các bộ biến đổi trực tiếp tần số công suất AC/AC tĩnh bao gồm một mạng các khóa công suất kết nối trực tiếp giữa đầu vào và đầu ra. Hình.1.4 : Sơ đồ biến đổi công suất “trực tiếp” 1.2.1. Topology của bộ biến đổi ma trận : Bộ biến đổi ma trận (Matrix Converter - MC) là bộ biến đổi chuyển mạch cưỡng bức sử dụng mxn khóa 2 chiều (bidirectional switch) như là các phần tử công 5 suất để kết nối trực tiếp mỗi pha đầu ra với từng pha đầu vào tạo một hệ thống điện áp ngõ ra thay đổi không bị giới hạn tần số. MC 3x3 là sơ đồ được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế vì kết nối trực tiếp nguồn áp 3 pha với tải 3 pha, cụ thể là động cơ. Hình.1.5 : Sơ đồ mạch bộ biến đổi ma trận 3x3 1.2.1.1. Các bộ khóa hai chiều : Nhân tố chính của MC là các khóa 2 chiều điều khiển hoàn toàn ở 4 góc phần tư (four-quadrant), cho phép hoạt động ở tần số cao. Bộ biến đổi ma trận đòi hỏi các khóa hai chiều phải có khả năng khóa áp và dẫn dòng điện theo cả hai hướng. Trong thực tế không có linh kiện nào có sẵn tính năng như vậy, vì vậy các linh kiện rời rạc có thể được dùng để xây dựng thành bộ khóa thích hợp. 6 Hình 1.6 : Một số bộ khóa hai chiều sử dụng trong bộ biến đổi ma trận Hình.1.7 : Nguyên lý hoạt động của các bộ khóa hai chiều dùng trong bộ biến đổi ma trận 1.2.1.1. Bộ lọc ngõ vào : Bộ lọc ngõ vào phải được dùng ở ngõ vào của bộ biến đổi ma trận để giảm sóng hài tần số đóng cắt gây ra ở dòng điện ngõ vào. Yêu cầu đối với một bộ lọc như sau : ● Cắt được tần số thấp hơn tần số đóng cắt của bộ biến đổi ● Tối thiểu công suất phản kháng ở tần số lưới 7 ● Tối thiểu kích thước và khối lượng của tụ điện và cuộn kháng ● Tối thiểu điện áp cảm ứng rơi trên mạch lọc ở dòng điện định mức để tránh giảm tỉ số truyền điện áp. Cần chú ý là bộ lọc không cần thiết trữ năng lượng truyền từ tải. Hình 1.8 : Bộ biến đổi ma trận với bộ lọc ngõ vào 1.2.1.3. Bộ bảo vệ quá áp : Ở một bộ biến đổi ma trận, quá áp có thể xuất hiện ở ngõ vào, xuất phát từ nhiễu đường dây. Vì vậy quá áp nguy hiểm có thể xuất hiện ở ngõ ra gây ra sự cố quá dòng. Khi các khóa cắt, dòng tải đột ngột bị ngắt. Năng lượng tích trữ trong động cơ cảm ứng phải được phóng ra mà không gây ra quá áp nguy hiểm. Giải pháp chung thường dùng nhất để chống quá áp từ lưới và động cơ là sử dụng mạch kẹp (clamp circuit) như trong hình 1.8. Cấu hình của mạch kẹp là sử dụng 12 diode phục hồi nhanh nối tụ điện với cực ngõ vào, ngõ ra. Hình 1.9 : Bộ biến đổi ma trận với mạch kẹp 8 1.2.2. So sánh bộ biến đổi ma trận với các bộ biến tần (Inverter) : Các đặc điểm chính của MC : ● Biến đổi công suất “trực tiếp” – không qua liên kết tụ DC, mạch công suất đơn giản, nhỏ gọn. ● Không giới hạn ở tần số vào và tần số ra mà chỉ bị giới hạn bởi tần số đóng cắt (switching frequency). ● Dẫn công suất hai chiều (có khả năng tái sinh công suất). ● Có khả năng điều khiển dòng điện ngõ vào và điện áp ngõ ra hình sin. ● Có khả năng hoạt động với hệ số công suất ngõ vào bằng 1 đối với bất kỳ tải nào. Nhìn chung, MC có thể khắc phục được những nhược điểm của các bộ biến đổi gián tiếp, tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế : ● Giải thuật đóng cắt phức tạp. ● Không có sẵn các khóa 2 chiều trong thực tế. ● Tỉ lệ giữa điện áp ra và điện áp vào hạn chế. ● Giải quyết bài toán thời gian đóng ngắt bán dẫn. 9 2. Bộ biến đổi ma trận : 2.1. Nguyên lý cơ bản : Xét bộ biến đổi ma trận 3x3 như trên hình.1.5. Thông thường bộ biến đổi ma trận được cấp nguồn từ một nguồn áp, vì vậy đầu vào không thể bị ngắn mạch. Mặt khác, tải thường là tải cảm vì vậy ngõ ra các pha không được hở mạch. Hàm đóng cắt ở một khóa : = 1 ế ℎó 0 ế ℎó đó ={ , , } , ={ , , } ắ (1) Các ràng buộc trên có thể biểu diễn như sau : + + =1 = , , (2) Với các giới hạn này, bộ MC 3x3 có tổng cộng 27 trạng thái đóng cắt. Điện áp tải và nguồn so với trung tính nguồn cung cấp được biểu diễn dưới dạng vector như sau : = () ( ) ( ) = () () () (3) Quan hệ giữa điện áp ngõ vào và điện áp tải : ( ) ( ) = ( ) () () () () () () ( ) () () () () () (4) = . với T là ma trận chuyển đổi tức thời. Tương tự, chúng ta có quan hệ giữa dòng điện ngõ vào và ra : = () ( ) ( ) , = với . là ma trận chuyển vị của ma trận T. = () () () (5) (6) 10 Phương trình (4) và (6) cho chúng ta mối quan hệ tức thời giữa các đại lượng ngõ ra với ngõ vào. Để lấy được các quy luật điều chế, cần thiết phải giả sử một mẫu đóng cắt được áp dụng. Hình.2.1 : Dạng chung của mẫu đóng cắt Giả sử các khóa công suất 2 chiều làm việc với tần số cao, điện áp ngõ ra với biên độ và tần số thay đổi có thể được phát ra bằng cách điều chế chu kỳ làm việc của các khóa sử dụng hàm đóng cắt tương ứng. Cho / ( ) là chu kỳ làm việc của của khóa , định nghĩa bởi ( )= có giá trị như sau : 0< <1 = , , = , , (7) Ma trận chuyển đổi tần số thấp được định nghĩa : ( )= ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) ( ) ( ) ( ) (8) Thành phần điện áp ngõ ra tần số thấp được cho bởi : ( )= ( ). ( ) (9) Thành phần dòng điện ngõ ra tần số thấp là : ̅( )= ( ) . ( ) (10) 11 2.2. Các phương pháp chuyển mạch : Với phương pháp chuyển mạch và điều chế phù hợp được áp dụng, các bộ MC sẽ có khả năng đạt được chất lượng dạng sóng và hiệu suất biến đổi công suất cao. Quá trình chuyển mạch tin cậy giữa các khóa của MC khó đạt được hơn so với các bộ biến đổi truyền thống bởi vì nó không có đường dẫn ngược tự nhiên (natural free-wheeling path). Nó có thể được điều khiển tích cực tại mọi thời điểm với hai qui luật cơ bản tương ứng : ∎ Tránh ngắn mạch ở các ngõ vào (avoid short circuit in the inputs). ∎ Tránh hở mạch ở các ngõ ra (avoid open circuit in the outputs). Hai điều kiện tới hạn này có thể dẫn đến quá dòng và quá áp do năng lượng cảm ứng tích trữ, có thể gây hư hỏng bộ biến đổi. Hai dạng chuyển mạch mềm đơn giản nhất là : “chuyển mạch chồng” (overlap-commutation) và “chuyển mạch thời gian chết” (deadtime-commutation). 2.2.1. Chuyển mạch chồng : Trong chuyển mạch chồng, ngăn đến (incoming cell) được kích đóng trước khi ngăn đi (outgoing cell) được kích ngắt. Nó sẽ thường dẫn đến ngắn mạch hai pha (line-to-line short circuit) nhưng trở kháng đường dây làm giảm độ tăng dòng điện do đó chuyển mạch an toàn đạt được. Đây không phải là phương pháp mong muốn do trở kháng sử dụng lớn và đắt tiền. Thời gian đóng cắt trong mỗi chu kỳ cũng tăng đáng kể, có thể dẫn đến điều khiển khó khắn. 2.2.2. Chuyển mạch thời gian chết : Chuyển mạch thời gian chết dùng một khoảng thời gian mà không có khóa nào được kích đóng dẫn đến hở mạch tải nhất thời. Mạch giảm sóc (snubbers) và mạch kẹp (claim circuits) vì thế cần phải được đặt từ bên này sang bên kia các ngăn chuyển mạch để tạo đường dẫn cho dòng tải. Phương pháp này cũng không được ưa thích vì tổn hao năng lượng ở các mạch gắn thêm trong mỗi chu kỳ đóng ngắt. Bên cạnh đó, cấu trúc 2 chiều tự nhiên của các ngăn chuyển mạch càng làm phức tạp 12 hơn việc thiết kế mạch giảm sóc. Thiết bị kẹp cũng có kích thước lớn, làm mất đi ưu điểm nhỏ gọn của MC. Một phương pháp chuyển mạch tin cậy hơn, có thể đáp ứng các qui luật trên là sử dụng chiến lược chuyển mạch nhiều bước (multi-step commutation strategy), ở đó hướng tức thời của dòng điện có thể điều khiển được. 2.2.3. Chuyển mạch 4 bước (four-step commutation) : Để khảo sát quá trình chuyển mạch trong MC, chúng ta chỉ cần quan sát hai pha vào đến một pha ra của bộ biến đổi. (a) (b) Hình.2.2 : (a) Hai pha ngõ vào đến một pha ngõ ra của MC (b) Giản đồ thời gian đóng ngắt Trong chế độ xác lập, cả hai linh kiện trong ngăn khóa 2 chiều (switch cell) tích cực được kích đóng cho phép dòng tải chảy ở cả 2 hướng. Giả sử với dòng tải chảy theo hướng như trên hình.2.2, khóa 2 chiều nằm trên ( mạch qua khóa ) đóng. Khi chuyển được yêu cầu, chiều dòng điện được dùng để xác định linh kiện nào trong khóa tích cực không dẫn, thì sau đó linh kiện này được ngắt : ∎ Bước 1 : Kích ngắt khóa ∎ Bước 2 : Kích đóng khóa (vì nó đang không dẫn dòng), (quá trình này có thể gây ra ngắn mạch 2 pha chạm nhau do 2 khóa hướng), và dẫn dòng cùng 13 ∎ Bước 3 : Kích ngắt khóa (dòng điện chảy qua khóa ), ∎ Bước 4 : Kích đóng khóa Hình.2.3 : Giản đồ mô tả trạng thái đóng ngắt các khóa 2 chiều 2.3. Các phương pháp điều chế : 2.3.1. Phương pháp điều chế cơ bản (Phương pháp điều chế Venturini) : Cho trước một tập hợp điện áp ngõ vào và giả sử một tập hợp dòng điện ngõ ra như sau : = cos ( ) ⎡ 2 ⎤ ⎢cos ( + )⎥ , 3 ⎥ ⎢ 4 ⎥ ⎢ cos ( + ) ⎣ 3 ⎦ tìm một ma trận điều chế = cos ( + ) ⎡ 2 ⎤ ⎢cos ( + + )⎥ 3 ⎥ ⎢ 4 ⎥ ⎢ cos ( + + ) ⎣ 3 ⎦ = ( ) sao cho: cos ( ) ⎡ 2 ⎤ ⎢cos ( + )⎥ , à 3 ⎥ ⎢ 4 ⎥ ⎢ cos ( + ) ⎣ 3 ⎦ = ( ) và phương trình ràng buộc (2) được thỏa mãn. vào với ngõ ra. (11) cos( + ) ⎡ ⎤ 2 ⎢cos ⎥ + + 3 ⎥ ⎢ 4 ⎥ ⎢ cos + + ⎣ 3 ⎦ (12) là độ lợi điện áp giữa điện áp ngõ 14 Hai lời giải cơ bản : ( ⎡ 1+2 ⎢ ( 1 = ⎢1 + 2 ⎢ ( ⎣1 + 2 = với ) 1+2 ( 1+2 − ( ) − ) ) − ) 1+2 ( − ) 1+2 ( − ) − ) 1+2 ( − ) − ) 1+2 ( 1+2 ( − 1+2 ( )⎤ ⎥ − )⎥ ⎥ ) ⎦ (13) − Và : ( ⎡ 1+2 ⎢ ( 2 = ⎢1 + 2 ⎢ ( ⎣1 + 2 = −( với + ) 1+2 ( ) 1+2 ( − 1+2 1+2 ( ( )⎤ ⎥ ) ⎥ ⎥ − )⎦ (14) ) Kết quả phương trình (13) : = cho chúng ta sự thay thế đồng pha ở cổng vào và ra, ngược lại kết quả phương trình (14) : =− cho chúng ta sự thay thế nghịch pha. Kết hợp hai kết quả trên cho chúng ta giá trị trung bình của hệ số điều khiển thay thế ngõ vào. Tuy nhiên việc tính toán thời gian đóng ngắt ( ) trực tiếp từ hàm truyền trên rất nặng nề. Vì vậy Venturini đưa ra khái niệm tỉ số đóng cắt = = 1+ = , , : = , , (15) Phương pháp này ít mang ý nghĩa thực tế do tỉ số điện áp chỉ bằng 0,5. Hình.2.4 : Biểu diễn tỉ số điện áp tối đa bằng 50% 2.3.2. Phương pháp giới hạn và tối ưu hóa tỉ số điện áp (Phương pháp Venturini cải tiến) : 15 Có thể nâng cao tỉ số điện áp lên √3/2 (hoặc 87%) bằng cách cộng thêm điện áp common mode vào điện áp mục tiêu ngõ ra : 1 1 ) − cos(3 )+ ⎡ cos( cos(3 ) ⎤ 6 2√3 ⎢ ⎥ 2 1 1 ⎢ ⎥ )+ + − cos(3 cos(3 )⎥ ⎢cos 3 6 2√3 ⎢ ⎥ 4 1 1 ⎢cos )+ + − cos(3 cos(3 )⎥ ⎣ 3 6 ⎦ 2√3 = (16) Hình.2.5 : Biểu diễn tỉ số điện áp nâng cao đến 87% Đây là phương pháp Venturini cải tiến với tỉ số đóng cắt = 1+ = 0, 2 + 3, √ 4 sin( + 3 ) sin(3 ) = , , cho bởi : = , , = , , (17) 2.3.3. Phương pháp điều chế vô hướng Roy (Scalar modulation method) : Phương pháp này tính toán tín hiệu tác động khóa trực tiếp từ các giá trị điện áp ngõ ra tức thời đo được và so sánh nó với biên độ tương đối được tính toán theo qui luật sau : ∎ Luật 1 : Gán tiếp vị ngữ cho ngõ vào có cực tính trái với 2 ngõ kia; ∎ Luật 2 : Gán tiếp vị ngữ cho ngõ vào nào có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất trong 2 ngõ vào có cùng cực tính. Ngõ còn lại được gán tiếp vị ngữ . 16 Tỉ số điều chế chu kỳ tác động được cho bởi : = ( − 1.5 ) , = ( − 1.5 ) , =1− + = , , (18) Một lần nữa, điện áp common mode cộng thêm lại được dùng ở điện áp ngõ ra mục tiêu, để đạt được tỉ số điện áp 86,6%. 2.3.4. Phương pháp điều chế vector không gian (Space vector modulation method): Phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM) rất nổi tiếng và được áp dụng cho các bộ biến tần điều chế độ rộng xung (PWM) truyền thống. Ứng dụng của nó trong bộ MC cũng giống nguyên lý như trong các bộ biến tần truyền thống nhưng phức tạp hơn. Trong bộ MC, SVPWM được áp dụng để điều khiển điện áp ngõ vào và ra. Vector không gian điện áp của điện áp ngõ ra bộ MC được định nghĩa trong giới hạn điện áp dây như sau : ( )= 2 ( 3 + Trong mặt phẳng phức, vận tốc góc + ) ớ = 2 3 ( ) là 1 vector có chiều dài cố định (√3 . Trong SVPWM, (19) ) và quay với ( ) được tổng hợp bằng thời gian trung bình từ lựa chọn những vector kế cận trong tổ hợp các vector biến đổi ngõ ra ở từng chu kỳ lấy mẫu. Hình.2.6 : Các vector không gian điện áp ngõ ra