Các Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM)

 Khi vcontrol < vtri, VA0 = -Vdc/2
 Tần số của vtri = fs
 Tần số của vcontrol = f1
 Tần số của vtri và vcontrol
Trong đó, fs = tần số PWM
f1 = tần số cơ bản
 Điện áp ra của bộ nghịch lưu
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
A. Sine PWM (2)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
A. Sine PWM (3)

 Tỷ số điều biến biên độ (ma)
0 1( )
/ 2
control A
a
tri dc
peak amplitude of v peak value of V
m
amplitude of v V= =

 Tỷ số điều biến tần số (mf)
1
s
f
f
m f=
 mf nên là số nguyên lẻ
 nếu mf không phải là số nguyên thì điện áp ra có thể có các hài với tần số không phải là bội 
của tần số cơ bản (subhamonics)
 nếu mf không phải số lẻ thì thành phần một chiều và có thể cả các hài bậc chẵn cũng tồn tại ở 
điện áp đầu ra
 mf nên là bội của 3 đối với bộ nghịch lưu PWM ba pha
 Hài bội lẻ của 3 và các hài chẵn sẽ bị khử
Trong đó, (VA0)1 là thành phần tần số cơ bản của (VA0)
trong đó, fs là tần số PWM và f1 là tần số cơ bản
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
B. Hysteresis (Bang-bang) PWM (1)

 Bộ VSI ba pha áp dụng phương pháp điều khiển dòng kiểu hysteresis
H. 8 Bộ VSI ba pha áp dụng phương pháp điều khiển dòng kiểu hysteresis.
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
B. Hysteresis (Bang-bang) PWM (2)

 Bộ điều khiển dòng điện kiểu Hysteresis
H. 9 Bộ điều khiển dòng điện kiểu Hysteresis cho pha “a”.
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
B. Hysteresis (Bang-bang) PWM (3)

 Đặc điểm của phương pháp điều khiển dòng kiểu hysteresis
 Ưu điểm
 Nhược điểm
 Đáp ứng động rất tốt
 Thực hiện dễ dàng và chi phí thấp
 Độ nhấp nhô dòng điện trong chế độ ổn định lớn
 Thay đổi tần số chuyển mạch
 Không có sự phối hợp giữa các bộ điều khiển hysterisis của các pha, nên không có một chiến 
lược cho việc tạo các vectơ zero. Do đó, tần số chuyển mạch tăng lên khi điều khiển với chỉ số 
điều biến thấp.
 Điện áp ra sẽ chứa các hài với tần số không phải là bội của tần số cơ bản (subharmonic
components)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (1)

 Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha (1)
H. 10 Bộ nghịch lưu ba pha.
Trong đó, các transistors nhóm trên: S1, S3, S5
các transistors nhóm dưới: S4, S6, S2
các vector biến chuyển mạnh: a, b, c
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (2)
,
c
b
a
101
110
011
V
V
V
V
dc
ca
bc
ab




















−
−
−
=






























−−
−−
−−
=










c
b
a
211
121
112
V
3
1
V
V
V
dc
cn
bn
an

 Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha (2)
 Các transistor từ S1 đến S6 là các transistor công suất chuyển 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”)
 Vector điện áp dây [Vab Vbc Vca]t
 Vectơ điện áp pha [Van Vbn Vcn]t
 Có tám khả năng kết hợp theo kiểu on và off cho ba transistor ở nhóm trên (S1, S3, S5)
Trong đó, [a b c]t là vectơ biến chuyển mạch
II. Các phương pháp điều 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 V0 tới V7)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều 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
Vectơ 
điện áp
Vectơ chuyển mạch Điện áp pha Điện áp dây
(Điện áp ra nhân tương ứng với Vdc)
II. Các phương pháp điều 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
 Kỹ thuật PWM thực hiện xấp xỉ điện áp đặt Vref bằng một kết hợp của tám vectơ 
chuyển mạch (từ V0 đến V7)
 Các vectơ (V1 → V6) chia mặt phẳng thành sáu phần - sector (mỗi sector: 60 độ)
 Vref được tạo ra bằng cách kết hợp hai vectơ tích cực và hai vectơ zero
 Chuyển đổi tọa độ (từ hệ tọa độ tự nhiên abc sang hệ tọa độ cố định stato αβ):
Một vectơ điện áp ba pha được chuyển đổi thành một vectơ trong hệ tọa độ cố định αβmà các 
thành phần của nó thể hiện các thành phần của vectơ không gian là tổng của điện áp ba pha
 Xem điện áp hình sin như một vectơ có biên độ không đổi và quay với tốc độ (tần 
số) không đổi
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (6)

 Các vectơ chuyển mạch cơ sở và các góc Sector
H. 11 Các vectơ cơ sở và các sector.
 6 vectơ tích cực (V1,V2, V3, V4, V5, V6) 
 Các trục của hình lục giác 
 Điện áp một chiều đầu vào “DC link” 
được đưa tới tải
 Mỗi sector (1 → 6): 60 độ
 2 vectơ zero (V0, V7)
 Ở gốc hệ tọa độ
 Không có điện áp được đưa tới tải
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (7)

 So sánh giữa phương pháp “Sine PWM” và SV PWM (SVM) (1)
Fig. 12 So sánh vùng tuyến tính khi điều khiển điện áp giữa hai phương pháp
“Sine PWM” và SV PWM.
II. Các phương pháp điều 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 nằm phía trong đường tròn có bán kính bằng 1/2 Vdc
 Space Vector PWM:
Vùng điều chế được nằm phía trong đường tròn có bán kính bằng 1/√3 Vdc
∴ Tận dụng điện áp: SVM = 2/√3 ≈ 1,15 lần so với “Sine PWM”
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (9)

 Các bước thực hiện phương pháp SVM
 Bước 1. Xác định Vα, Vβ, Vref, và góc (θ)
 Bước 2. Xác định các khoảng thời gian T1, T2, T0
 Bước 3. Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1→ S6)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (10)






















−
−−
=





∴
cn
bn
an
V
V
V
2
3
2
30
2
1
2
11
3
2
V
V
β
α
t.f2tω)
V
V(tan
VVV
ss
1
22
ref
pi===θ
+=
α
β
−
βα
H. 13 Vectơ không gian và các thành phần của nó ở (α,β).
cnbnan
cnbn
cnbnan
cnbnan
V
2
3V
2
3V
cos30Vcos30V0V
V
2
1V
2
1V
cos60Vcos60VVV
−+=
⋅−⋅+=
−−=
⋅−⋅−=
β
α

 Bước 1. Xác định Vα, Vβ, Vref, và góc (θ)
 Chuyển đổi tọa độ : abc→ αβ
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (11)
H. 14 Vectơ đặt bằng tổng của hai vectơ liền kề trong sector 1.

 Bước 2. Xác định T1, T2, T0 (1)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (12)

 Bước 2. Xác định T1, T2, T0 (2)
 Thời gian chuyển mạch ở Sector 1
)600(where,
)3/pi(sin
)3/pi(cos
V
3
2T
0
1
V
3
2T)(sin
)(cos
VT
)VTV(TVT
VdtVdtVV
dc2dc1refz
2211refz
T
TT
0
TT
T1
2
T
0
T
0
1ref
z
21
21z 1
°≤θ≤






⋅⋅⋅+





⋅⋅⋅=





θ
θ
⋅⋅⇒
⋅+⋅=⋅∴
++= ∫∫∫ ∫
+
+












==+−=∴
pi
θ
⋅⋅=∴
pi
θ−pi
⋅⋅=∴
dc
ref
s
z21z0
z2
z1
V
3
2
V
aand
f
1Twhere,),TT(TT
)3/(sin
)(sin
aTT
)3/(sin
)3/(sin
aTT
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (13)

 Bước 2. Xác định T1, T2, T0 (3)
 Thời gian chuyển mạch ở mọi Sector






°≤θ≤
→→=
−−=∴






pi
−
⋅θ+pi−⋅θ−
⋅
=












pi
−
−θ
⋅⋅
=∴





 θpi−θpi
⋅⋅
=











 θ−pi
⋅⋅
=












pi
−
+θ−pi
⋅⋅
=∴
600
6)Sector1is,(that61nwhere,
,TTTT
3
1n
cossin
3
1n
sincos
V
refVT3
3
1n
sin
V
refVT3
T
sin
3
n
coscos
3
n
sin
V
refVT3
3
n
sin
V
refVT3
3
1n
3
sin
V
refVT3
T
21z0
dc
z
dc
z
2
dc
z
dc
z
dc
z
1
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (14)
H. 15 Mẫu xung chuyển mạch ở mỗi sector.
(a) Sector 1. (b) Sector 2.

 Bước 3. Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1→ S6) (1)
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (15)

 Bước 3. Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1→ S6) (2)
(c) Sector 3. (d) Sector 4.
H. 15 Mẫu xung chuyển mạch ở mỗi sector.
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (16)

 Bước 3. Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1→ S6) (3)
H. 15 Mẫu xung chuyển mạch ở mỗi sector.
(e) Sector 5. (f) Sector 6.
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
C. Phương pháp điều chế vectơ không gian SVM (17)

 Bước 3. Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1→ S6) (4)
Bảng 1. Bảng thời gian chuyển mạch ở mỗi Sector
II. Các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
D. Một số phương pháp khác

 Phương pháp điều biến ngẫu nhiên – Random PWM

 Phương pháp điều biến “Sin PWM” + “ZSS”
III. Tài liệu đọc thêm
[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 
“Control in Power Electronics: Selected Problems”, 2002.