Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất: Chương 4 - Nghịch lưu độc lập

Trong lĩnh vực điện tử công suất hiện đại, việc chuyển đổi năng lượng điện từ dạng một chiều (DC) sang xoay chiều (AC) với tần số và biên độ mong muốn đóng vai trò nền tảng. "Nghịch lưu độc lập" là thiết bị cốt lõi thực hiện chức năng này, tạo ra nguồn AC linh hoạt từ nguồn DC. Tầm quan trọng của các hệ thống "nghịch lưu độc lập" được nhấn mạnh trong nhiều ứng dụng từ hệ thống năng lượng tái tạo, điều khiển động cơ, đến cung cấp điện dự phòng. Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc, phân loại, và nguyên lý hoạt động của "nghịch lưu độc lập", đồng thời giới thiệu các khái niệm liên quan như "biến tần" và phương pháp "điều chế SPWM" thiết yếu để kiểm soát chất lượng đầu ra. Mục tiêu là trang bị kiến thức cơ bản về hoạt động của các bộ chuyển đổi DC-AC này.

Sinh viên, kỹ sư điện, và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điện tử công suất, kỹ thuật điện và điều khiển tự động.

Tài liệu này tập trung vào nghiên cứu về "Nghịch lưu độc lập" (Independent Inverters), một thành phần thiết yếu trong điện tử công suất dùng để chuyển đổi năng lượng "điện áp một chiều" sang "điện áp xoay chiều" với khả năng điều chỉnh tần số linh hoạt. Chương trình bày chi tiết ba loại chính của nghịch lưu độc lập: loại điện áp, loại dòng điện và loại cộng hưởng, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, từ việc biến đổi điện áp DC thành nguồn AC chất lượng như điện lưới đến tạo mạch vòng dao động cộng hưởng RLC. Tiếp theo, khái niệm "biến tần" được giới thiệu như một thiết bị chuyển đổi tần số AC, được phân loại thành biến tần trực tiếp và gián tiếp, với các sơ đồ khối minh họa rõ ràng cấu trúc và nguyên lý hoạt động của chúng. Đối với nghịch lưu độc lập điện áp một pha, tài liệu đi sâu vào phân tích "mạch lực" và các dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra, cung cấp cơ sở để thiết kế và vận hành các bộ chuyển đổi này. Để đảm bảo chất lượng điện năng đầu ra, các loại "bộ lọc tần số" khác nhau như lọc hai mắt cộng hưởng, lọc một mắt cộng hưởng nối tiếp, và lọc LC cũng được trình bày cụ thể. Đặc biệt, phương pháp "điều chế SPWM" (Sinusoidal Pulse Width Modulation) được giới thiệu như một kỹ thuật điều khiển kinh điển cho nghịch lưu độc lập điện áp. Nguyên lý của SPWM được giải thích qua việc so sánh sóng mang tam giác tần số cao với sóng điều chế hình sin để xác định các điểm chuyển đổi trạng thái của "van transistor", từ đó tạo ra tín hiệu điều khiển chính xác, giúp điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra hiệu quả.