Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha theo phương pháp vector không gian

MỤC LỤC

1


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, chữ
viết tắt
KTĐ
PWM
SVM
A/D
ADC
MCU
TIMER

Tên Tiếng Anh
Pulse Width Modulation
Space Vector Modulation
Analog/Digital
Analog Digital Converter
Micro Controller Unit

2

Nghĩa Tiếng Việt
Kỹ thuật điện
Điều chỉnh độ rộng xung
Điều chế véc tơ không gian
Tương tự/Số

Bộ chuyển đổi tương tự - số
Vi điều khiển
Bộ định thời


DANH MỤC CÁC BẢNG

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

4


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của điện khí hóa và tự động hóa, động cơ không đồng
bộ được với những ưu điểm như giá thành thấp, không cần bảo trì thường xuyên,
khả năng làm việc cao nên được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông
nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Chính vì vậy việc điều khiển động cơ không
đồng bộ là vấn đề rất quan trọng. Có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ ba
pha như phương pháp điều khiển V/f, phương pháp điều chế sin PWM, phương
pháp điều chế vector không gian, …
Hiện nay điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha theo phương pháp
vector không gian đã và đang là giải pháp hàng đầu trong các hệ thống truyền động
điện hiện đại ngày nay. Nó dần dần thay thế các hệ truyền động dùng động cơ một
chiều với giá thành cao và độ tin cậy thấp. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ bán dẫn và kỹ thuật vi xử lý đặc biệt là sự ra đời của máy tính số với tốc
độ xử lý cao, việc thực hiện các hệ thống điều khiển sử dụng lý thuyết vector trở
nên dễ dàng tạo bước nhảy vọt về kỹ thuật điều khiển động cơ.

Với nhận thức trên, tôi đã chọn đề tài: “Điều khiển động cơ không đồng bộ
ba pha theo phương pháp vector không gian” làm luận văn tốt nghiệp của mình
nhằm tìm hiểu các phương pháp điều khiển biến tần nguồn áp cung cấp cho động cơ
như phương pháp điều chế PWM hay phương pháp điều chế vector không gian
(SVM), nghiên cứu giải thuật và viết chương trình để điều khiển động cơ không
đồng bộ ba pha theo phương pháp vector không gian.
Luận văn của tôi được chia làm 3 chương:
Chương I. Động cơ không đồng bộ, các phương pháp điều khiển của nó
và các phương pháp điều khiển biến tần nguồn áp cung cấp cho động cơ:
Chương này trình bày cấu tạo và các phương pháp điều khiển của động cơ không
đồng bộ; các phương pháp điều khiển biến tần nguồn áp cung cấp cho động cơ như

5


phương pháp điều khiển V/f, phương pháp điều chế PWM, phương pháp điều chế
vector không gian.
Chương II. Tìm hiểu về PIC 18F4431:
- Đặc điểm chính của vi điều khiển PIC
- Cấu trúc phần cứng của PIC 18F4431: sơ đồ chân, chức năng của từng chân
- Sơ đồ các khối chức năng của MCU PIC 18F4431 như khối tạo xung
PWM, bộ định thời Timer, bộ chuyển đổi A/D,…..
Chương III. Thiết kế phần cứng: Để xây dựng cấu trúc phần cứng của
mạch điện ta cần:
- Xác định được yêu cầu của mạch điện để lựa chọn được linh kiện phù hợp.
- Sau khi phân tích cơ sở lý thuyết thì vẽ mạch nguyên lý mạch điện, mạch
in, gia công mạch và thực hiện lắp ráp các mạch theo sơ đồ nguyên lý.
- Sau đó xây dựng giải thuật chương trình, lập trình cho vi điều khiển PIC.
- Sau khi lập trình xong ta nạp chương trình và cấp nguồn, sử dụng các dụng
cụ đo như đồng hồ vạn năng, máy hiện sóng để đo các thông số như dạng xung tín

hiệu điều khiển, dạng sóng điện áp đầu ra,…

6


CHƯƠNG I. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ, CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN CỦA NÓ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN
TẦN NGUỒN ÁP CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ

1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1.1. Tổng quan
Động cơ điện ba pha có hai loại cơ bản là động cơ không đồng bộ và động cơ
đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ ba pha là động cơ điện xoay chiều ba pha có tốc độ
quay của roto (n) nhỏ hơn tốc độ quay (n1) của từ trường dòng điện cấp cho động
cơ. Còn động cơ điện đồng bộ là động cơ điện xoay chiều ba pha có tốc độ quay của
rô to bằng với tốc độ quay của từ trường dòng điện cấp cho động cơ.
Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh
hoạt vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất
cao và gần như không bảo trì.
1.1.2. Cấu tạo
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ được trình bày trên hình 1.1, gồm hai
bộ phận chủ yếu là stato và rôto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục
làm bằng lá thép, trên đó gắn rôto, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm
mát máy dọc trục [1].
a. Stato (phần tĩnh): gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt
bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay, bao gồm:
+ Lõi thép: Là phần dẫn từ làm bằng những là thép KTĐ dầy 0,35mm –
0,5mm đã dập sẵn ghép lại với nhau, bề mặt lá thép có phủ sơn cách điện, phía
trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn như hình vẽ:

7


Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ [1]
1.Lõi thép stato; 2.Dây quấn stato; 3.Nắp máy; 4.Ổ bi; 5.Trục máy;
6.Hộp đấu cực; 7.Lõi thép roto; 8.Thân máy; 9.Quạt gió làm mát; 10.Hộp quạt

+ Dây quấn: Dây quấn Stato được đặt vào các rãnh của lõi thép Stato,
thường bằng đồng hoặc nhôm có bọc cách điện và được cách điện với lõi thép. Dây
quấn được kết cấu thành 3 cuộn dây riêng biệt AX, BY, CZ và được đặt lệch nhau
1200 điện trong không gian, các đầu dây được đưa tới hộp đấu dây.
+ Vỏ máy và nắp máy: làm bằng gang hoặc thép đúc có tác dụng giữ chặt
lõi thép không dùng để làm mạch dẫn từ, 2 nắp máy dùng để bảo vệ dây quấn phần
ứng và đỡ trục rôto.
b. Rôto (Phần quay): hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
+ Lõi thép: Cũng làm bằng những lá thép KTĐ ghép lại, mặt ngoài có xẻ
rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy (thực tế tổn hao sắt
trong lõi thép rôto khi máy làm việc rất bé không cần dùng thép Stato thường được
người ta ép làm lõi thép rôto luôn).

8


(b)
Hình 1.2. Kết cấu stator máy điện KĐB ba pha [1]
a) Lá thép stato; b) lõi thép stato

+ Dây quấn : Dây quấn rôto có 2 kiểu cấu tạo:
> Rôto dây quấn (Rôto pha): Loại này dây quấn có kết cấu tương tự như

dây quấn Stato nhưng 3 đầu cuối đã được đấu sẵn thành hình sao, 3 đầu dây còn lại
được đấu với 3 vành trượt bằng đồng gắn tâm trục, được cách điện với trục và cách
điện với nhau. Tỳ trên 3 vành trượt là 3 chổi than dùng để nối với biến trở 3 pha đặt
ở ngoài để cải thiện tính năng mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ. Khi máy làm việc
bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch.
> Rôto lồng sóc (rôto ngắn mạch): Dây quấn là những thanh bằng đồng hoặc
nhôm đặt trong các rãnh của lõi thép rôto, hai đầu được hàn với hai vành kim loại
hoặc đồng hoặc bằng nhôm gọi là vòng ngắn mạch.

(a)

(b)

(c)

Hình 1.3. Cấu tạo roto động cơ điện KĐB xoay chiều 3 pha [1]
a) Dây quấn roto lồng sóc. b) Lõi thép roto. c) Ký hiệu động cơ trên sơ đồ

9


Để cải thiện tính năng mở máy thường chế tạo rôto lồng sóc rãnh sâu hoặc
rôto bằng sóc kép hoặc xẻ rãnh chéo.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều ba pha, từ trường quay do stato
gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy
truyền ra ngoài và được sử dụng và vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu
chuyển động khác.
Chú ý: Giữa phần tĩnh và phần quay có khe hở không khí rất nhỏ khoảng (0,2
- 1,00mm)
1.1.3. Ứng dụng

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động
cơ điện (đặc biệt là loại rotor lồng sóc) có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ DC.
Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ
không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, đời
sống hằng ngày.
Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ thường được dùng làm nguồn
động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy
công nghiệp nhẹ . . .
Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản…
Trong đời sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị
trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay
đĩa, . . .
Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa,
phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
So với máy điện một chiều, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất
nhiều khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến
đổi theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ
điện xoay chiều so với máy điện một chiều. [1], [2]

10


Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:
- Trên stato: thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực của
dây quấn stato hay thay đổi tần số nguồn.
- Trên rôto: thay đổi điện trở rôto hoặc nối nối tiếp trên mạch điện rôto một
hay nhiều máy điện phụ gọi là nối cấp.
1.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có

bấy nhiêu cấp, vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một không bằng
phẳng. Có nhiều cách để thay đổi số đôi cực của dây quấn stato:
- Đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau. Dùng trong động cơ điện hai
tốc độ theo tỷ lệ 2:1
- Trên rãnh stato đặt 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thường để
đạt 2 tốc độ theo tỷ lệ 4:3 hoặc 6:5
- Trên rãnh stato có đặt 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, mỗi dây
quấn lại có thể đổi cách nối để có số đôi cực khác nhau.
Dây quấn rôto trong động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có số đôi cực bằng
số đôi cực của dây quấn stato, do đó khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi cực
khác nhau thì dây quấn rôto cũng phải đấu lại. Như vậy không tiện lợi.
Ngược lại, dây quấn roto lồng sóc thích ứng với bất kì só đôi cực nào của dây
quấn stato, do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để điều chỉnh tốc
độ.

11


Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm giữ nguyên độ cứng
của đặc tính cơ.
1.2.2. Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số
Tốc độ của động cơ KĐB n = n1(1-s) = (1-s)
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số.
Mặt khác, từ biểu thức E 1=4.44f1W1KdqΦmax ta nhận thấy Φmax tỷ lệ thuận với
E1/f1
Người ta mong muốn giữ cho Φmax= const
Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f, có nghĩa là phải sử dụng một
nguồn điện đặc biệt, đó là các bộ biến tần công nghiệp.
Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ
biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay

chiều bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các
quy luật khác nhau (quy luật U/f, điều khiển véc tơ..) đã tạo ra những hệ điều khiển
tốc độ động cơ có các tính năng vượt trội.
1.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato.
Ta đã biết, hệ số trượt giới hạn S th không phụ thuộc vào điện áp, nếu R’2 không
đổi thì khi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn S th sẽ không còn Mmax giảm tỉ
lệ với U2.
Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không
mang tải mà giảm điện nguồn, tốc độ gần như không đổi.

12


1.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rôto của động cơ
rôto dây quấn.
Thông qua vành trượt ta nối một biến trở 3 pha có thể điều chỉnh được vào dây
quấn rôto. Với một mômen tải nhất định, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt ở
điểm làm việc càng lớn (từ a đến b rồi c), nghĩa là tốc độ càng giảm xuống. Vì
mômen tỷ lệ với công suất điện trở Pđt, nên ta có: (r2/s2)= ((r2+rf)/s)
Do Pđt bản thân không đổi, I2 cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơ
trước kia đã biến thành tổn hao đồng I2 x Rf. Vì lúc đó công suất đưa vào không đổi
nên hiệu suất giảm, đây là nhược điểm của phương pháp này. Mặt khác, tốc độ điều
chỉnh nhiều hay ít còn phụ thuộc vào tải lớn hay nhỏ.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN NGUỒN ÁP CUNG
CẤP CHO ĐỘNG CƠ
Ðược sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của động cơ không
đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của
nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương
ứng là tốc độ của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp

cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Ðiều này dẫn đến dòng từ
hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi
từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức
sẽ làm giảm moment của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định
mức thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ. Và khi động cơ hoạt
động với tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định mức
do giới hạn của cách điện của Stator cũng như của điện áp nguồn cung cấp, moment
của động cơ sẽ bị giảm.

13


1.3.1. Phương pháp điều khiển V/f
a. Phương pháp E/f
Ta có công thức sau:

(1.1)

+ Với f: tần số hoạt động của động cơ
+: tần số định mức của động cơ
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ
được giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa
của động cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi
tại mọi thời điểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng điện từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:
(1.2)
+ Với là điện cảm mạch từ hóa
Tại tần số làm việc f:
(1.3)

Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện hóa không đổi:
(1.4)
Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không
đổi (E/f = const) [2]
b. Phương pháp V/f
Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển
rất phức tạp. Nếu bỏ qua sự sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có
thể xem như U E. Khi đó nguyên tắc E/f = const được thay bằng phương pháp V/f
= const.
Trong phương pháp V/f = const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì
tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức.
Ta có công thức moment định mức với sơ đồ đơn giản của động cơ:
(1.5)
Và moment cực đại ở chế độ định mức:

14


(1.6)
Khi ta thay đổi giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (. Ta có được
công thức moment của động cơ ở tần số f khác định mức:
(1.7)
Và moment cực đại ở chế độ định mức:
(1.8)
Dựa trên công thức trên ta thấy, các giá trị và phụ thuộc vào tần số, trong
khi lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (R1/a, sụt áp trên rất
nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi.
Moment cực đại của động cơ gần như không đổi.
Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương
đối lớn so với giá trị của (, dẫn đến sự sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment tải

lớn. Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại
Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm cho động
cơ một điện áp để cung cấp cho động cơ từ thông định mức khi f=0. Từ đó ta có
quan hệ như sau:
Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng tại .
Khi a>1 , điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ
hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. [2]

Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp
theo tần số trong phương trình biểu điều khiển = const [1], [2]

15


1.3.2. Phương pháp điều chế PWM
a. Giới thiệu:
Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp PWM, ta sử dụng một
tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f.
Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì khi đó ngõ ra sẽ
thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin
mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số
giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang [6]. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số
của sóng sin mẫu. Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng
sin một pha:

Hình 1.5. Nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN một pha [6]

Khi:
(1.9)
Như vậy, để tạo ta nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn

sin 3 pha mẫu và giản đồ kích của 3 pha sẽ được điểu diễn như hình vẽ dưới đây:

16


Hình 1.6. Nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN 3 pha
và dạng sóng điện áp ngõ ra [6]

b. Công thức tính toán
Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tỉ số biên độ giữa
sóng mang và sóng tam giác.
Ta có công thức sau tính biên độ của hài bậc hai:
(1.10)
Trong đó ma là tỉ số giữa biên độ sóng mẫu và biên độ sóng mang – còn gọi
là tỉ số điều biên.
(1.11)

17


1.3.3. Phương pháp điều chế vector không gian (SVM)
a. Giới thiệu chung:
Với phương pháp điều chế độ rông xung khác (PWM – Pulse Width
Modulation) bộ nghịch lưu được xem như là ba bộ biến đổi đẩy – kéo riêng biệt với
ba điện áp pha độc lập nhau.

Hình 1.7. Sơ đồ bộ nghịch lưu 3 pha 6 khóa

Còn đối với phương pháp điều rộng xung vector không gian (SVM), bộ
nghịch lưu được xem như là một khối duy nhất với 8 trạng thái đóng ngắt riêng biệt

từ 0 đến 7.
b. Thành lập vector không gian
Đối với nguồn áp ba pha cân bằng, ta luôn có phương trình sau [5]:
ua(t) + ub(t) + uc(t) = 0

(1.12)

Và bất kỳ ba hàm số nào thỏa mãn phương trình trên đều có thể chuyển sang
hệ tọa độ 2 chiều vuông góc. Ta có thể biểu diễn phương trình trên dưới dạng 3
vector gồm: [ ua 0 0]T trùng với trục x, vector [0 ub 0]T lệch một góc và vector [0
0 uc]T lệch một góc so với trục x như hình vẽ:

Hình 1.8. Biểu diễn vector không gian trong hệ trục tọa độ x = y
18


Từ đó ta xây dựng được phương trình của vector không gian trong hệ trục tọa
độ phức như sau:
(1.13)
Trong đó 2/3 là hệ số biến hình.
Phân tích u(t) trong phương trình trên thành phần thực và phần ảo:
u(t) = ux + juy

(1.14)

Ta xây dựng được công thức chuyển đổi hệ tọa độ từ ba pha abc sang hệ tọa
độ phức x-y bằng cách cân bằng phần thực và phần ảo trong phương trình (1.13) ta
có:
u(t) =

(1.15)
(1.16)
(1.17)
Tiếp theo hình thành tọa độ quay α-β bằng cách cho hệ tọa độ x-y quay với

vận tốc góc ωt. Ta có công thức chuyển đổi hệ tọa độ như sau:
(1.18)
Nguồn áp ba pha tạo ra là cân bằng và sin nên ta có thể viết lại phương trình
điện áp pha như sau:
(1.19)
Từ phương trình (1.19) ta xây dựng được phương trình sau:
(1.20)
Thể hiện vector không gian có biên độ V r quay với vận tốc góc ωt quanh gốc
tọa độ 0.
Phương trình điện áp dây như sau theo phương trình (1.17) như sau:
(1.21)
Trong đó

để chuyển từ giá trị biên độ thành giá trị hiệu dụng,
để chuyển giá trị điện áp pha thành điện áp dây.

19


Vector điện áp dây sẽ sớm pha hơn vector điện áp pha một góc π/6. Nếu lồng
ghép các trạng thái có thể có của q1, q3 và q5 vào phương trình (1.21), ta thu được
phương trình điện áp dây (trị biên độ) theo các trạng thái của các khóa.
(1.22)
Với n=0, 1, 2, … 6, ta thành lập được 6 vector không gian V 1 đến V6 và 2
vector 0 là V0 và V7 như hình sau:

Hình 1.9. Các vector không gian từ 1 đến 6 [5]

Hình 1.10. Trạng thái đóng ngắt các khóa bộ nghịch lưu

20


Bảng 1.1. Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vector không gian tương ứng

Vector

Trạng thái của các

điện

khóa

Điện áp pha

Điện áp dây

áp

Q1

Q3

Q5

Van

Vbn

Vcn

Vab

Vbc

Vca

V0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

V1

1

0

0

2/3

-1/3

-1/3

1

0

-1

V2

1

1

0

1/3

1/3

-2/3

0

1

-1

V3

0

1

0

-1/3

2/3

-1/3

-1

1

0

V4

0

1

1

-2/3

1/3

1/3

-1

0

1

V5

0

0

1

-1/3

-1/3

2/3

0

-1

1

V6

1

0

1

1/3

-2/3

1/3

1

-1

0

V7

1

1

1

0

0

0

0

0

0

Ghi chú: độ lớn điện áp phải nhân với VDC

c. Tính toán thời gian đóng ngắt
Xét trường hợp vector Vr nằm trong vùng 1 như hình sau:

Hình 1.11. Vector Vr trong vùng 1

21

Giả sử tần số điều rộng xung f PWM đủ cao để trong suốt chu kỳ điều rộng
xung Ts, vector Vr không thay đổi vị trí. Nhờ đó, ta có thể phân tích V r theo các
vector V1, V2, và V0 hoặc V7 như phương trình sau:
Vr x Ts = V1 x T1 + V2 x T2 + V0-7 x T0-7

(1.23)

Ts = T1 + T2 + T0-7
Với: Ts là chu kỳ điều rộng xung,
Tn là thời gian duy trì ở trạng thái Vn.
Chuyển sang hệ tọa độ vuông góc, ta có phương trình sau (suy ra từ phương
trình (1.20) và (1.22))
Cân bằng phần thực và phần ảo ta có:

22


Giải phương trình trên ta tìm T1 và T2:
(1.24)
Trong đó:

m là tỉ số điều biên
Ts là chu kỳ điều rộng xung
θ là góc lệch giữa Vr và Vn.

Ta nhận thấy việc giải phương trình 1.23 để tìm T 1, T2 và Ts không phụ thuộc
vào hai vector giới hạn của vùng đó

Hình 1.12. Vector không gian Vs trong vùng bất kỳ

Dựa trên kết quả phương trình 1.24, ta xây dựng công thức tổng quát như
trong phương trình (1.25) sau đây:
(1.25)
d. Phân bố các trạng thái đóng ngắt
Vẫn xét trường hợp vector Vs nằm trong vùng 1, với kết quả từ phương trình
1.24

23


e. Kỹ thuật thực hiện điều chế vector không gian:
Thông thường, một trong những tiêu chuẩn để lựa chọn giản đồ đóng kích
linh kiện là sao cho giảm thiểu tối đa số lần chuyển mạch của linh kiện => giảm tổn
hao trong quá trình đóng ngắt chúng. Số lần chuyển mạch sẽ ít nếu ta thực hiện
trình tự điều khiển sau:

Hình 1.13. Giản đồ đóng cắt linh kiện

f. Giản đồ đóng cắt các khóa để tạo ra vector Vs trong từng vùng
Các khóa công suất trong từng nhánh đóng ngắt đối nghịch nhau. Để đơn
giản hóa sơ đồ, ta chỉ vẽ trạng thái của 3 khóa công suất phía trên. Ba khóa còn lại
có trạng thái đối nghịch với 3 khóa trên theo từng cặp như sau :
+ S0 – S1
+ S2 – S3
+ S4 – S5

24

Vector Vs trong vùng 1

Vector Vs trong vùng 2

Vector Vs trong vùng 3

25