PWM Methods

Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung Nghịch lưu nguồn áp (VSI) Các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) a) Sin PWM b) Bang bang c) SVPWM

Cac Ky thuat diéu ché d6 réng xung (PWM) dễ

| Bộ nghịch lưu nguồn ap - Voltage Source Inverter (VSI)

A VSI sáu bước (Six-Step) - điều chế 180°

B VSI điều chế độ rộng xung (Pulse-Width Modulated)

ll Các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM Methods)

A Sine PWM

B Hysteresis (Bang-bang)

C Điêu chế vectơ không gian (Space Vector PWM)

III Tài liệu đọc thêm

GV: Ths Hà Xuân Hòa - Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử

Động cơ xoay chiêu

S øI[ # S;oI[ 4 S;e![

H 2 Dạng sóng các tín hiệu diéu khién van, trình tự chuyên mạch và các điện áp pha

> Cac dién ap day (V.,,, V.-; V.,) Va cac dién ap pha (V

¢ Cac dién ap day

0 60° 120° 180° 240° 300° 360°

H 4 Dạng sóng các điện áp pha và điện áp dây của bộ

nghịch lưu nguôn áp điều chế sáu bước

> Bién do dién ap day (V,,; Vics Vea)

+ Thanh phan tần số cơ bản - bac 1 (V,,),

| BO nghich Ilwu nguon ap (VSI)

A Six-Step VSI (6)

> Đặc điểm của VSI điều chế sáu bước:

+ Dạng sóng điện áp pha thể hiện rõ “sáu bước”; vì vậy gọi là điêu chế sáu

bước

+ Mỗi van trong VSI dẫn liên tục trong 180° ; vì vậy cũng gọi là điều chế 1809

+ Không có các hài bậc ba và bội số bậc ba của điện áp pha và dây và tương

tự với các dòng điện hài bậc ba và bội bậc ba

+ Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba này chỉ có thé điều khiển bằng cách thay đổi điện áp một chiều đầu vào “DC-link” (Vạ,)

| BO nghich Ilwu nguon ap (VSI)

B VSI diéu chế độ rộng xung PWM (1)

> Nhược điểm khi áp dụng PWM

+ Tăng tồn thất chuyên mạch do tần số chuyên mạch PWM lớn

+ Giảm điện áp đầu ra

+ Phát EMI do nó tạo ra các hài bậc cao

| BO nghich Ilwu nguon ap (VSI)

B VSI diéu ché d6 rong xung PWM (2)

| BO nghich Ilwu nguon ap (VSI)

B VSI diéu ché d6 rong xung PWM (3)

> Điện áp đâu ra bộ nghịch lưu

+ Khi Veontrol > Ytyi; Vao = Vạc/2

+ Khi Veontrol < Viris Vao = -Vạc/2

> Điều khiển điện áp đầu ra bộ nghịch lưu

+ Tân số PWM bằng tân số của sóng mang vự,

+ Biên độ của điện áp ra được điều khiển bằng biên độ của sóng điều khiến V.onrei

¢ Tan số cơ bản được điều khiển bằng tần số của sóng điều khiến V.o roi

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

A Điều biến PWM hình sin (Sine PWM) (1)

+ Điện áp ra của bộ nghịch lưu

Trong do, Vag = Vag — Veo 8 |

Voa = Voo — Vao

H 7 Các dạng sóng của bộ nghịch lưu khi điều chế PWM

> Tỷ số điều biễn biên độ (m,)

_ peak amplitude of Voor peak value of (Vạ)

ae amplitude of v,, _ V„./2

Trong đó, (V¿u); là thành phân tân số cơ bản của (Vu)

> Tỷ số điều biên tân số (m,)

m, =— trong do, f, la tan s6 PWM va f, là tần số cơ bản

1

+ m, nên là số nguyên lẻ

=› nêu m, không phải là số nguyên thì điện áp ra có thê có các hài với tân số không phải là bội

của tân sô cơ ban (subhamonics)

=› nêu m, không phải số lẻ thì thành phân một chiêu và có thể cả các hài bậc chẵn cũng tôn tại ở

điện áp đâu ra

+ m, nên là bội của 3 đối với bộ nghịch lưu PWM ba pha

> Hai bội lẻ của 3 và các hài chan sẽ bị khử

= Độ nhấp nhô dòng điện trong chế độ ồn định lớn

= Thay đồi tân số chuyền mạch

= Không có sự phối hợp giữa các bộ điều khiến hysterisis của các pha, nên không có một chiến lược cho việc tạo các vectơ zero Do đó, tân số chuyền mạch tăng lên khi điêu khiến với chỉ số điều biến thấp

= Điện áp ra sẽ chứa các hài với tần số không phải là bội của tần số cơ ban (subharmonic

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điêu chế vectơ không gian SVM (1)

Trong do, cac transistors nhom trén: S,, S., S;

cac transistors nhóm dưới: S„, Sa, S›

các vector biên chuyên mạnh: a, b, c

ll Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (2)

> Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha (2)

+ Các transistor từ S„ đến S¿ là các transistor công suất chuyên mạnh tạo điện áp ra

+ Khi một transistor ở nhóm trên dẫn (on) (i.e., a, b or c = “1”), thì transistor cùng

nhánh ở nhóm dưới phải khóa (off) (i.e., a', b' or c' = “0”)

=> Có tám khả năng kết hợp theo kiểu on va off cho ba transistor ở nhóm trên (S,, S., S.)

¢ Vector dién ap day [V., Vic Veal!

Vio f= Va] O 1 —IllI[b|, Trong đó,[a b c] là vectơ biến chuyển mạch

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (3)

> Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha (3)

+ Tám vectơ điện áp của bộ nghịch lưu (từ Vọạ tới V„)

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điêu chế vectơ không gian SVM (4)

> Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha (4)

+ Tám khả năng kết hợp, các điện áp pha và điện áp dây đầu ra

V;, 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

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (5)

> Nguyên lý của phương pháp điều chế vectơ không gian SVM

+ Xem điện áp hình sin như một vectơ có biên độ không đổi và quay với tốc độ (tan số) không đổi

+ Kỹ thuật PWM thực hiện xấp xỉ điện áp đặt V„.; bằng một kết hợp của tám vectơ

chuyên mạch (từ Vạ đến V-)

+ Chuyên đổi tọa độ (từ hệ tọa độ tự nhiên abc sang hệ tọa độ có định stato ơ§):

Một vectơ điện áp ba pha được chuyền đồi thành một vectơ trong hệ tọa độ có định œB mà các thành phần của nó thể hiện các thành phân của vectơ không gian là tổng của điện áp ba pha

+ Các vectơ (V„ —› Vạ) chia mặt phẳng thành sau phan - sector (mỗi sector: 60 độ) + Vu được tạo ra bằng cách kết hợp hai vectơ tích cực và hai vectơ zero

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (6)

= Điện áp một chiêu đầu vào “DC link”

được đưa tới tải

ll Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (7)

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (8)

> So sánh giữa phương pháp “Sine PWM” và SV PWM (SVM) (1)

+ Phương pháp điều chế SVM tạo ít sóng hài trong điện áp và dòng điện ra hơn so với phương pháp điều chế “sine PWM”

+ SVM tận dụng hiệu quả hơn điện áp một chiều đầu vào so với “sine PWM”:

> Sine PWM:

Vùng điều chế được năm phía trong đường tròn có bán kính bằng 1/2 V,,

> Space Vector PWM:

Vùng điều chế được nằm phía trong đường tròn có bán kính bằng 1/V3 V,,

- Tan dụng điện áp: SVM = 2/43 > 1,15 lần so với “Sine PWM”

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (9)

+ Bước 2 Xác định các khoảng thời gian T;, T›, Tọ

+ Bước 3 Xác định thời gian chuyên mạch của mỗi transistor (S„ —› S¿)

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (10)

H 13 Vectơ không gian và các thành phan của nó ở (ơ,B)

Vi = Van ~ Van :cos60— V.„ :cosó0

v

0 = tan ` CC”) =œ t= 27f,.t

Ot

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điêu chế vectơ không gian SVM (11)

ll Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (12)

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (13)

= —cos 9-sin 74 + sin 0-cos TU

Vac where, n =1—- 6(that 1s, Sectorl 3 3 — 6)

ee Tạ — T, —T, — T,,

0<8<60°

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điêu chế vectơ không gian SVM (14)

(a) Sector 1 (b) Sector 2

H 15 Mẫu xung chuyền mạch ở mỗi sector

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (15)

II Các phương pháp điêu chế độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (16)

H 15 Mẫu xung chuyền mạch ở mỗi sector

` wT

II Các phương pháp điêu chê độ rộng xung PWM

C Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (17)

> Bước 3 Xác định thời gian chuyên mạch của mỗi transistor (S, > S,) (4)

Bảng 1 Bảng thời gian chuyên mạch ở mỗi Sector

6 Sa = Tạ /2 S; = Tị+T;+Tạ /2

S; = Tị+ Tạ/2 S›= T› + Tạí2

> Phương pháp điêu bién “Sin PWM” + “ZSS”

> Phương pháp điều biến ngẫu nhiên —- Random PWM

[1] N Mohan, W P Robbin, and T Undeland, Power Electronics: Converters,

Applications, and Design, 2nd ed New York: Wiley, 1995

[2] B K Bose, Power Electronics and Variable Frequency Drives: Technology

and Applications IEEE Press, 1997

[3] H.W van der Broeck, H.-C Skudelny, and G.V Stanke, “Analysis and

realization of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors,”

IEEE Transactions on Industry Applications, vol.24, pp 142-150, 1988

[4] Marian P Kazmierkowski, Mariusz Malinowski, Michael Bech, “Pulse Width

modulation Techniques for Three-Phase Voltage Source Converters,” in the book