Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
CHƯƠNG 1:
MỞ ĐẦU

1.1 .VỊ TRÍ BIẾN TẦN TRONG CÔNG NGHIỆP
Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại cũng như số lượng các bộ
biến tần, ngày càng nhiều thiết bò điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần,
trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ
biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện.
Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan
đến tốc độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn đònh của tốc độ động cơ
mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn đònh của hệ thống …
ví dụ: doa xi-lanh, máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động
pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm đònh hình khi đúc … Vì thế, việc điều
khiển và ổn đònh tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ
thống điều khiển trong công nghiệp.
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay
đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở
phụ, thay đổi từ thông … Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ
làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ. Có hai phương pháp để
điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền
chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính
phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh
hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy, bộ biến
tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc
độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện.
Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng
chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động

m
2 bậc 3 bậc 5 bậc 9 bậc
Hình 1.1: Hệ thống truyền động biến tần - động cơ điện không đồng bộä
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 2
Chương 1: MỞ ĐẦU G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa một đầu pha tải
(điểm a, b hoặc c với điểm 0 trong hình 1.1) của nguồn một chiều thay đổi
giữa hai bậc khác nhau (tương ứng trong sơ đồ hình 1.1 là +U
dc
/2 và –U
dc
/2).
Điều này dẫn đến dV/dt khá lớn và hiện tượng điện áp common mode rất
nghiêm trọng (xem chương 2). Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ
nghòch lưu áp đa bậc (Multi-level Voltage Source Inverter: VSI), do tính phổ
dụng có thể gọi là biến tần đa bậc (Multi-level Inverter). Đây là một
phương pháp điều chế có nhiều ưu điểm khi sử dụng ở điện áp cao và công
suất lớn. Các nhược điểm vừa nêu trong biến tần hai bậc có thể được khắc
phục khi sử dụng bộ biến tần đa bậc. Cụ thể khi xét một hệ thống truyền
động biến tần - động cơ điện không đồng bộä với thông số động cơ P = 800
kW; 4.16 kV; 60 Hz; cosφ = 0,8 có sơ đồ khối như hình 1-1 và U

- Tổn hao do đóng cắt giảm (P
sw
giảm) trong khi công suất truyền tải qua hệ
lại tăng (P
cond
tăng), minh hoạ qua hình 1.2 c.
Với những ưu điểm vượt trội như trên, biến tần đa bậc được sử dụng
ngày một rộng rãi trong công nghiệp. Để tăng tính thuyết phục, luận án sẽ
chọn biến tần đa bậc để thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ
dùng bộ biến tần.
1.3. VẤN ĐỀ ĐIỆN ÁP COMMON MODE (C.M)
Khi thiết kế và thi công bộ biến tần dùng trong hệ điều khiển tốc độ
động cơ điện có rất nhiều các vấn đề cần phải quan tâm, cụ thể như:
Trò hiệu dụng của các thành phần hài của điện áp ngõ ra bộ biến tần.
Tổn hao trong cuộn dây stator, rotor do thành phần hài tăng lên cụ
thể là tác dụng của sóng hài bậc cao làm tăng dòng điện từ hoá lõi
thép.
Tổn hao do dòng xoáy và từ trễ.
Từ trường đập mạch, từ trường nghòch.
Công suất bộ biến tần: với công suất lớn không thể sử dụng các bộ
biến tần hai bậc. I
cm
Dòng common mode
Hình 1.3: Common-Mode trong bộ biến tần – động cơ.
Ngoài các yếu tố kể trên, từ năm 2000 đến nay đã có rất nhiều các
đề tài, bài viết của nhiều tác giả có uy tín được đăng tải trên các tạp chí lớn
như IEEE … bàn về vấn đề điện áp C.M. Hình 1.3 trình bày hệ thống chỉnh

với năng lượng do điện áp C.M đặt trên ổ đỡ. Điện áp này xuất hiện chủ
yếu do các biến thiên dV/dt trên bộ biến tần sử dụng các khoá điện tử.
Ngoài việc bào mòn các ổ đỡ trong động cơ, dòng rò C.M (I
cm
) còn có khả
năng gây đóng cắt sai trên các relay bảo vệ dòng tác động nhanh.
1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ SẼ KHAI TRIỂN TRONG LUẬN VĂN
Việc bào mòn ổ đỡ do điện áp C.M đã quá rõ ràng, như vậy cần thiết
phải triệt bỏ nó. Ứng với mỗi phương thức điều khiển trong bộ biến tần, sẽ
có cách triệt giảm tương ứng, do đó cần thiết phải lựa chọn một phương thức
điều khiển cho phù hợp mới có thể đạt hiệu quả cao trong việc triệt giảm
C.M cho hệ thống biến tần - động cơ. Các phương án trước đây đã thực hiện
tốt trên một tình huống cố đònh, nhưng chỉ cần thay đổi đôi chút về yêu cầu
thực tế thì phương án đó sẽ không áp dụng được. Do đó để tài sẽ đề xuất
một phương án điều chế mới phối hợp giữa hai phương thức điều chế thông
dụng nhất hiện nay đó là SVPWM và DPWM. Phương thức này cho phép
chọn lựa giữa hai phương án SVPWM và DPWM thông qua việc thay đổi
chương trình phần mềm. Chính vì vậy nên phương thức PWM được đề cử sẽ
sử dụng rất uyển chuyển, dễ dàng thích ứng trong điều kiện thay đổi các
yêu cầu mà hệ truyền động đòi hỏi mà không cần thay đổi phần cứng của
mạch điều khiển. Cụ thể là đề tài sẽ đưa ra một phương pháp PWM mới có
khả năng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần đa bậc
với C.M cực tiểu nhưng vẫn giữ được các đặc tính ưu việt vốn có của hệ
truyền động (chương 5). Tính ổn đònh và uyển chuyển của phương thức điều
chế mới này sẽ được kiểm chứng thêm một lần nữa trên hệ truyền động
biến tần-động cơ KĐB theo nguyên lý điều khiển vector (chương 6).
Nếu có điều kiện, chắc chắn hệ truyền động dùng biến tần đa bậc sử
dụng phương pháp Minimum CM SVPWM điều khiển tốc độ dựa theo từ
thông rotor được đề cử trong luận văn tốt nghiệp sẽ được chế tạo với độ ổn
đònh cao. Tuy nhiên do thời gian có hạn, nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ

khơng
đồng bộ 3
pha
Encoder
Giải mã
Mạch điều khiển
Hình 2.1: Hệ thống truyền động biến tần – động cơ sử dụng khoá bán dẫn
Với những hệ thống công suất nhỏ, các nhà thiết kế hiện nay cũng
còn một loại động cơ khác đáng để lựa chọn: đó là động cơ bước. Ưu điểm
nổi bật của động cơ bước là có tốc độ rất chuẩn và dễ điều khiển theo một
chương trình đònh trước. Tuy nhiên hiện nay vấn đề công suất chính là trở
ngại lớn khi muốn thiết kế hệ thống tự động điều khiển sử dụng động cơ
bước, vì vậy hiện nay trong công nghiệp chủ yếu người ta sử dụng hệ thống
biến tần – động cơ không đồng bộ. Hình 2.1 trình bày một hệ truyền động
động cơ không đồng bộ - biến tần điển hình. Trong hệ này, một bộ nghòch
lưu gồm 6 transistor chuyển nguồn một chiều sức điện động E sang điện áp
3 pha cung cấp cho động cơ điện xoay chiều không đồng bộ. Để kích dẫn
các khoá transistor, hiện nay với các bộ biến tần đa bậc người ta thường sử
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 6
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
dụng kỹ thuật xử lý số tín hiệu (Digital Signal Proccesing - DSP). Trên hệ
này, người ta sử dụng các vi mạch chuyên dụng trong DSP cũng như trong
điều chế để điều khiển chế độ đóng cắt của các khoá bán dẫn nhằm thay
đổi tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi tần số nguồn cung cấp f
1
.
2.2 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB - BIẾN TẦN ĐA BẬC
Khi đưa vào bộ dây quấn của động cơ điện không đồng bộ (KĐB)
xoay chiều 3 pha một sức điện động hình sin xoay chiều 3 pha thì nó sẽ tạo

còn có quan hệ giữa M
t
, U
1
và f
1
.
 Thay đổi số đôi cực từ p:
Thông thường người ta sử dụng các bộ chuyển mạch cơ khí để đổi nối
giữa các cuộn dây trong bộ dây quấn stator hay thay đổi giữa hai bộ dây
quấn trên cùng lõi thép kỹ thuật điện ở stator nhưng có cấu trúc khác nhau
về số đôi cực từ nhằm thay đổi số đôi cực từ p để thay đổi tốc độ từ trường
quay. Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stator và rotor phải
như nhau. Nghóa là khi thay đổi số đôi cực ở stator thì ở rotor cũng phải thay
đổi theo. Do đó rất khó thực hiện cho động cơ rotor dây quấn, nên phương
pháp này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc và loại
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 7
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở rotor để phù hợp với số
đôi cực ở stator. Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stator phải có
ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau. Do đó càng nhiều
cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao. Vì vậy trong
thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp tốc độ.
Ngoài ra, dựa vào cấu tạo động cơ KĐB có thể thay đổi tốc độ theo
các phương thức sau:
 Thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor:
Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và chỉ được sử dụng
đối với các động cơ không đồng bộ rotor quấn dây (vì phải có bộ dây quấn ở
rotor thì mới có thể đưa vào các điện trở điều chỉnh tốc độ thông qua việc
thay đổi độ trượt s.

Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
- Phương thức điều chế vector không gian (Space Vector PWM: SVPWM).
- Phương thức độ rộng xung dùng sóng mang (Carrier Based PWM:
CBPWM).
2.3.1. Cấu trúc biến tần đa bậc
Bộ nghòch lưu trên hình 2.1 chỉ chứa 2 khoá bán dẫn trên mỗi nhánh
pha tải, được gọi là nghòch lưu áp hai bậc (two-level VSI), được áp dụng ở
điện áp vừa và công suất nhỏ. Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện
áp giữa một đầu pha tải (điểm a, b hoặc c trong hình 2.1) với điểm O (hình
2.1) của nguồn một chiều thay đổi giữa hai bậc khác nhau (tương ứng trong
sơ đồ hình 2.1 là +E/2 và –E/2). Điều này dẫn đến dV/dt khá lớn và hiện
tượng điện áp C.M rất nghiêm trọng (xem chương 3).
(a)
(b)
a) Một nhánh pha trong biến tần dạng NPC
b) Chiến lược đóng cắt theo APOD
c) Các sóng dạng điện áp trong bộ biến tần
(c)
E/4 E/2 E/4 E/4
-E/4 -E/2 -E/4
Hình 2.2: Nghòch lưu áp năm bậc
Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ nghòch lưu áp đa bậc
(Multi-level Voltage source: VSI) minh hoạ trên hình 2.3 (a) và (d). Để cho
đơn giản, có thể hiểu bộ nghòch lưu áp đa bậc chính là bộ nghòch lưu áp hai
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 9
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
bậc như trên hình 2.1 nhưng thay thế một khoá transistor bằng nhiều khoá
như hình 2.2 (a). Bốn khoá bán dẫn được đóng cắt theo chương trình dựa
trên việc so sánh với tín hiệu chủ đạo hình sin như trên hình 2.2 (b). Chương
trình này được nạp vào phần mềm điều khiển đóng cắt giữa các khoá bán

H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 10
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
dạng Cascade gồm nhiều bộ nghòch lưu áp cầu một pha ghép nối tiếp, các
bộ nghòch lưu áp dạng cầu một pha này có các nguồn một chiều riêng.
Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghòch lưu áp một
pha, ba mức điện áp (-U, 0, U) được tạo thành. Sự kết hợp hoạt động của N
bộ nghòch lưu áp trên một nhánh pha tải sẽ tạo nên N khả năng mức điện áp
theo chiều âm (-U, -2U, -3U, -4U, …, -N.U ), n khả năng mức điện áp theo
chiều dương (U, 2U, 3U, 4U, …, N.U) và mức điện áp 0. Như vậy, bộ nghòch
lưu áp dạng cascade gồm N bộ nghòch lưu áp một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo
thành bộ nghòch lưu (2N +1) bậc
Để dễ hiểu hơn, hãy xem các khoá bán dẫn như những công tắc cơ
khí. Dễ dàng nhận thấy ở mỗi nhánh pha trong biến tần cascade được cấu
thành từ việc ghép nối tiếp các cầu H (nghòch lưu áp một pha hình chữ H: H-
bridge) nối tiếp nhau, và cứ bao nhiêu nhánh pha thì ghép song song bấy
nhiêu dãy. Minh hoạ trên hình 2.3.

Pha A
Neutral
Hình 2.4: Đơn giản hoá sơ đồ pha A trên hình 2.3
Từ lý luận này dễ dàng chuyển đổi mạch điện trên hình 2.3 hay một
nghòch lưu đa bậc bất kỳ dạng cascade trở nên đơn giản hơn như hình 2.5.
Do cấu trúc như trên nên ta thấy biến tần đa bậc dạng cascade có số
linh kiện tham gia ít hơn các dạng khác, việc điều khiển cũng dễ dàng hơn
do các nhóm cầu H đều giống nhau về mặt cấu trúc từ đó dễ module hoá.
Vấn đề cân bằng về điện áp liên lạc một chiều cũng không xảy ra. Do đó có
thể nói đây là dạng biến tần đa bậc thông dụng nhất. Tuy nhiên dạng này
cần nhiều nguồn một chiều.

H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 11

đến một vò trí bất kỳ trên, nhờ cặp diode kẹp tại điểm đó (ví dụ D
1
, D
1
’
). Để
điện áp pha - nguồn DC đạt được mức điện áp nêu trên (U
a0
= U), tất cả các
linh kiện bò kẹp giữa hai diode (D
1
, D
1
’
) – gồm n linh kiện mắc nối tiếp liên
tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại phải được khoá theo
nguyên tắc kích đối nghòch. Như hình vẽ trên, tạo ra sáu mức điện áp pha –
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 13
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
nguồn DC nên mạch lưu đa bậc. Với dạng biến tần này, có thể xác đònh số
tổ hợp vector điện áp như sau: gọi l là số nhánh pha (phase leg); n là số bậc
trong nghòch lưu, số tổ hợp vector điện áp cấu thành nghòch lưu là n
l
. Ví dụ
hai bậc với 3 nhánh pha là 2
3
= 8 tổ hợp; ba bậc với 3 nhánh pha là 3
3
= 27
tổ hợp …

thức điều khiển thì sơ đồ dạng dùng tụ thay đổi lại khó thực hiện bởi vì mỗi
nhóm tụ trong mạch được nạp với các mức điện áp khác nhau khi mạch làm
việc với số bậc lớn.
2.3.2. Phương pháp điều chế vector không gian cho biến tần đa bậc
Phương pháp điều chế vector không gian là phương thức thay thế 3
vector điện áp 3 pha thành một vector duy nhất quay trong không gian. Như
vậy thay vì phải tính toán trên 3 pha ta chỉ cần tính toán trên hệ trục hai pha
tính theo độ lớn và góc pha của đại lượng này. Điều này sẽ làm phép tính
đơn giản đi rất nhiều. Minh họa trên hình 2.9.

Hình 2.9: Minh họa các phép chuyển đổi trong phương pháp điều chế vector
không gian
Các phép chuyển đổi giữa các hệ trục tọa độ trên hình 2.9 có thể diễn
tả như sau. Để biểu diễn vector điện áp
u
r
trong hệ trục ba pha (tương tự như
3 pha stator trong động cơ KĐB), người ta có thể tính theo 3 thành phần trên
3 trục u
a
, u
b
, u
c
. Nhưng do phép tính dạng này khá phức tạp nên có thể biểu
diễn vector
u
r
theo các dạng hệ trục tọa độ khác ví dụ như hệ trục tọa độ d-q
quay cùng vận tốc ω với hệ trục 3 pha (tương tự như vector từ thông của từ

b
u
c
u u
u
d
u
q
u
α
u
β
θ
[
]
cba
uauauku
rrrr

2
++=
ω
s
(U,θ)
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 15
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
chuyển đổi qua lại giữa các hệ trục tọa độ, ta có thể tính được vector không
gian theo nhiều cách.
Việc chọn lựa hệ tọa độ được thực hiện sao cho việc tính toán quá
trình được dễ dàng. Cụ thể khi tính toán với bộ VSI, ta nên chọ hệ trục tọa

a
k
1:
1:
1:
21
32
43
==
==
=
=
aa
aa
aa
SSkhi
SSkhi
SSkhi
(2.15)
Trong quá trình kích dẫn qui luật sau đây phải được tuân thủ:
1
1
42
31
=+
=+
xx
xx
SS
SS

kích dẫn khác nhau cho cùng vò trí vector không. Do đó từ biến tần ba bãc
trở lên, bắt đầu xuất hiện các vector redundant.
Về nguyên lý, phương pháp điều chế vector không gian với bộ biến
tần đa bậc được thực hiện tương tự như ở hai bậc. Để tạo ra vector trung
bình tương đương cho một vector
u
r
cho trước, trước hết hãy xem vector u
r

nằm ở vò trí nào trong hình lục giác. Để thuận tiện, thông thường diện tích
hình lục giác được chia nhỏ thành các hình lục giác con. Ví dụ góc phần sáu
thứ nhất của hình lục giác được giới hạn bởi ba vector , và được
chia nhỏ thành các diện tích c, d, e, f như hình 2.11. Vector
u
đang được
điều khiển cần đạt được các giá trò sao cho vò trí của nó nằm ở phần diện
tích 2.
0
u
r
2
u
r
5
u
r
r
Bước kế tiếp ta xác đònh các vector không gian cần thiết – còn gọi là
các vector cơ bản, các vector này cần thiết để tạo nên vector trung bình nằm

3
u
r
3
theo hệ thức sau:
(a) (b)
Hình 2.11: Vò trí vector
u
r
ở phần diện tích 2 của giản đồ vector
332211
T.uT.uT.uT.u
S
r
r
rr
++= (2.17)
Với T
S
= T
1
+ T
2
+ T
3
là chu kỳ lấy mẫu.
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 17
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ

Hình 2.12: Vector

u
r
3
u
r
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎦

, V
2α
, V
3α
, V
1β
, V
2β
, V
3β
là các thành phần theo hệ trục toạ độ
α–β của các vector , và
1
u
r
2
u
r
3
u
r
trên lục giác. Từ đó thời gian có thể xác
đònh theo ma trận ngược:
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢

1
β
α
βββ
ααα
V
V
.VVV
VVV
T
T
T
.
T
S
(2.19)
Hay thường viết dưới dạng các giá trò tương đối (bỏ qua các đơn vò,
giúp dễ dàng hơn khi biểu diễn): d
j
= T
j
/T
s
; j = 1, 2, 3:
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

1
β
α
βββ
ααα
V
V
.VVV
VVV
d
d
d
(2.20)
Áp dụng cụ thể vào bốn diện tích hình tam giác trong góc phần sáu
thứ nhất của hình lục giác (c, d, e, f), chú ý đến vector cơ bản trong mỗi
diện tích trên, ta thu được kết quả sau (xem Hình 2.11):
Trong diện tích c, vector cơ bản
0
u
r
,
1
u
r
và
4
u
r
:
(

θθ
(2.21)
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 18
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
Trong diện tích d, vector cơ bản
1
u
r
,
2
u
r
và
3
u
r
:
(
)
(
θ
θθ
θθ
α
α
α
sin.m.dd
cos.sin.mdd
cos.sin.mdd
V

θ
α
α
α
cos.sin.mdd
cos.sin.mdd
sin.m.dd
V
V
V
31
31
21
43
32
11
−+==
+−+−==
−==
(2.23)
Trong diện tích f, vector cơ bản
5
u
r
,
3
u
r
và
4

thứ nhất để xác đònh thời gian tác động của các vector cơ bản được xác đònh
theo hệ thức:
() ()
() ()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−−
−−−
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
i,

⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−−
−−−
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
i,
i,
V
V
.
.icos.isin
.isin.icos
V
V
β

r
4
u
r
1c
luôn ở trạng thái ngắt
do sóng mang Sp1 không giao với sóng điều chế . Thời gian kích dẫn các
vector này có thể suy ra từ biểu thức tính toán T
*
c
u
1
, T
2
, T
3
ở trên hoặc trên kỹ
thuật điều chế bề rộng xung dựa vào sóng mang (CBPWM) như trên Hình
2.16. Như vậy dựa vào giản đồ kích dẫn các linh kiện, ngoài giá trò modul
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 19
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
và góc pha đã biết trong đồ thò vector quay ta còn biết được trạng thái đó sẽ
phải duy trì trong thời gian bao lâu (thời gian đóng ngắt các tiếp điểm).

Sóng mang tam giác
*
c
*
b
*

r
1
u
r
3
u
r
4
u
r

Hình 2.13: Giản đồ kích dẫn linh kiện trong nghòch lưu áp 3 bậc
Những kỹ thuật vừa nêu có thể dễ dàng ứng dụng sang các bộ nghòch
lưu áp đa bậc, cụ thể khi áp dụng các công thức vừa nêu bên trên, ta có giản
đồ vector điện áp bộ nghòch lưu năm bậc.
2.3.2.2. Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu năm bậc:
Với bộ nghòch lưu năm bậc, khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện tạo nên
125 trạng thái khác nhau. Ta xét mỗi trạng thái minh hoạ bởi tổ hợp (k
a
k
b

k
c
), với:
(2.26)
2,1,0,1,2
2,1,0,1,2
2,1,0,1,2
−−=

⎧
====−
====−
====
====
====
=
12
11
10
11
1:2
'
4
'
3
'
2
'
1
'
4
'
3
'
21
'
4
'
321

=
12
11
10
11
1:2
'
4
'
3
'
2
'
1
'
4
'
3
'
21
'
4
'
321
'
4321
4321
bbbb
bbbb
bbbb

'
4
'
3
'
2
'
1
'
4
'
3
'
21
'
4
'
321
'
4321
4321
cccc
cccc
cccc
cccc
cccc
c
SSSS
SSSS
SSSS

SS
Với x = a, b, c.
Theo đònh nghóa vector không gian, tương ứng 125 trạng thái kích dẫn
linh kiện ta thu được 61 vò trí vector không gian của vector điện áp tạo
thành. Tại tâm của lục giác có năm trạng thái khác nhau cho cùng vò trí tại
đó là vector không. Các vò trí còn lại ứng với các trạng thái được biểu diễn
trong giản đồ vector hình 2.14.
2.3.3.3. Vector redundant:
1) Khái niệm cơ bản
Khi khảo sát về biến tần đa bậc, trong giản đồ vector xuất hiện các
vector dư thừa (vector redundant) ngoài các vector đang xét. Có nghóa là có
một số trạng thái chuyển mạch sẽ bò dư thừa khi tạo nên cùng một trạng thái
điện áp ngõ ra, do đó khi thay thế trạng thái chuyển mạch được chọn bằng
những vector đang ở trạng thái dư thừa này thì sự chuyển mạch trong biến
tần đa bậc không thể chỉ có một cách thức duy nhất mà thật ra là rất nhiều.
Nếu tận dụng tốt các vector này, có thể tạo ra được một số phương thức điều
chế mới đơn giản và hiệu quả hơn phương thức SVPWM truyền thống vừa
nêu ở trên. Qua nhiều nghiên cứu gần đây, có thể thấy rằng một số lượng
lớn các vector redundant có một ý nghóa rất quan trọng cho biến tần đa bậc.
Bằng cách sử dụng nó một cách thích đáng, có thể đạt được sự cải thiện rất
lớn về các mặt như:
- Cân bằng được điện thế trên các tụ điện.
- Chia nhỏ dòng cảm ứng.
- Điều khiển dễ dàng hơn dòng nguồn DC cung cấp.
- Giảm tần số đóng cắt trên các khoá bán dẫn.
Ngoài các yếu tố vừa nêu bên trên, một yếu tố không kém phần quan
trọng đó là khi lựa chọn được các trạng thái redundant (Redundant State
Selection - RSS) sẽ ảnh hưởng đến điện áp C.M (do RSS làm tăng – giảm
điện áp trên tất cả các pha). Qua giản đồ điện áp khi RSS cho từøng pha, dễ
dàng nhận thấy các vector không gian điện áp không chỉ được thực thi từ

, i
bs
bên ngoài trở về (thay đổi theo điều
kiện làm việc) tạo ra các tín hiệu kích dẫn các transistor thực hiện việc
nghòch lưu theo phương thức đã chọn trước.
Hình 2.15: Biến tần 4 bậc sử dụng RSS
2.3.3. Phương Pháp Điều Chế Độ Rộng Xung Dùng Sóng Mang (Carrier
based PWM)
2.3.3.1. Khái niệm
Phương pháp còn có tên Subharmonic PWM (SH-PWM), cũng chính
là Multilevel carrier based PWM. Để thực hiện tạo giản đồ kích đóng các
linh kiện trong cùng một pha tải, người ta sử dụng một số sóng mang (dạng
tam giác) và một tín hiệu điều khiển (dạng sin). Đối với bộ nghòch lưu áp n
bậc, số sóng mang được sử dụng là (n −1). Các sóng mang tam giác này có
cùng tần số sóng mang f
c
và cùng biên độ đỉnh (đỉnh A
c
) với nhau. Sóng
điều chế (hay sóng điều khiển) có biên độ đỉnh bằng A
m
và tần số f
m
, dạng
sóng của nó thay đổi chung quanh trục tâm của hệ thống (n −1) sóng mang.
Nếu sóng điều khiển lớn hơn sóng mang nào đó thì linh kiện tương ứng sóng
H.v.t.h: Nguyễn Phương Quang Trang 23
Chương 2: Hệ truyền động động cơ KĐB - biến tần đa bậc G.V.H.D: T.S Nguyễn Văn Nhờ
mang đó sẽ được kích đóng, trong trường hợp sóng điều khiển nhỏ hơn sóng
mang tương ứng của nó, linh kiện trên sẽ bò khoá. Nếu như ở phương thức

4
trong một chu
kỳ lấy mẫu của bộ biến tần 5 bậc.
Đối với bộ nghòch lưu áp đa bậc, chỉ số biên độ m
a
và chỉ số tần số m
f

được đònh nghóa như sau:
m
c
f
c
m
a
f
f
m
An
A
m
=
−
=
).1(
(2.38)
2.3.3.2. Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM
Các sóng mang dạng tam giác có tần số khá cao (f
c
≤ 9500 Hz). Có