Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu về nghịch lưu 5 bậc lai

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc hiện là một trong những lĩnh vực thu hút. Đề tài nghiên cứu về bộ nghịch lưu 5 bậc lai, các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cho bộ nghịch lưu này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu về nghịch lưu 5 bậc lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- ĐỖ MINH TUẤN NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU 5 BẬC LAI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- ĐỖ MINH TUẤN NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU 5 BẬC LAI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 09 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 T . Hu nh Ch u Duy Chủ tịch 2 PG . T . Trư ng Việt nh Phản biện 1 3 T . V Hoàng Duy Phản biện 2 4 T . Trần Vinh Tịnh Ủy viên 5 T . Đ ng u n Kiên Ủy viên, Thư ký ác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 30 tháng 07 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Minh Tuấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1986 N i sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện MSHV: 1441830029 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU 5 BẬC LAI II- Nhiệm vụ và nội dung: 1. Nghiên cứu về biến tần đa bậc, phư ng pháp điều khiển nghịch lưu đa bậc. 2. y dựng mô hình thực nghiệm nghịch lưu 5 bậc lai. 3. Mô phỏng nghịch lưu 5 bậc lai trên Matlab. 4. Lập trình giải thuật xuống mô hình nghịch lưu 5 bậc lai. III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/07/2016 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đ y là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất k công trình nào khác. Những số liệu, kết quả dùng để tham khảo đã có trích dẫn. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm n và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ r nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Đỗ Minh Tuấn
ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ Thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, bản th n tôi luôn nhận được sự quan t m, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Quý Thầy Cô nhà trường. in được tr n trọng gửi lời tri n đến quý Thầy Cô, cảm n Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Phương đã tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn đúng tiến độ và đạt được mục đích, yêu cầu của đề tài. Cảm n gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn này. Tr n trọng cảm n./. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2016 Người thực hiện luận văn Đỗ Minh Tuấn
iii TÓM TẮT I. Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu: Nhằm đáp ứng như cầu ngày càng cao về việc biến đổi các năng lượng tái tạo như năng lượng m t trời, năng lượng gió và điều khiển động c , bộ nghịch lưu đa bậc được xem như là một giải pháp hiệu quả, với nhiều ưu điểm như độ méo dạng thấp, điện áp làm việc của các linh kiện đóng ngắt thấp h n. Do vậy, nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc hiện là một trong những lĩnh vực thu hút. Đề tài nghiên cứu về bộ nghịch lưu 5 bậc lai, các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cho bộ nghịch lưu này. II. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài: 1. Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu về nghịch lưu 5 bậc lai - Nghiên cứu về giải thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cho bộ nghịch lưu 5 bậc lai. - Kiểm chứng các giải thuật điều chế trên phần mềm Matlab/ imulink - y dựng mô hình thực nghiệm - Viết chư ng trình điều khiển và chạy thực nghiệm phần cứng với tải R 2. Giới hạn của đề tài: - Do thời gian có hạn đề tài chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu bộ nghịch lưu 5 bậc lai và các giải thuật điều chế độ rộng xung sóng mang. - Nhưng mở rộng xa h n có thể thực hiện trong tư ng lai như: điều khiển động c với bộ nghịch lưu đa bậc lai, nghiên cứu giải thuật điều chế vector không gian cho bộ nghịch lưu đa bậc lai - ......
iv ABSTRACT I. The purpose of research and research subject: To adapt the increasing requirement of converting the renewable energy such as solar panel, wind power, and controlling the motors; multilevel inverters are considered as an effective solution with advantages such as low distortion (%THD), lower rating voltage of the switching devices. According to these reasons, study on multilevel inverter is an attractive field. The topic " Research on hybrid 5-level inverter" focus on the operation of multilevel inverter and carrier-based PWM for this inverter topology. II. Research tasks and Scope of research 1. Research tasks: - Study on hybrid 5-level inverter topology - Study on carrier-based PWM for this hybrid 5-level inverter topology - Verify the analysis on Matlab/Simulink software - Program and run the experimental hardware with R-load 2. Scope of research: - Due to the limited time, the topic only focus on studying on hybird 5-level inverter and carrier-based PWM. - In the future, we can do futher tasks such as: motor control, study on the space vector PWM for hybrid 5-level inverter topology. - ......
v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bộ nghịch lưu NPC 3 bậc sử dụng GTO. ......................................................... 2 Hình 1.2: Bộ nghịch lưu flying capacitor (FC) 3 bậc sử dụng IGBT ............................... 3 Hình 1.3: Bộ nghịch lưu cascaded 11 bậc. ........................................................................ 5 Hình 1.4: Bộ nghịch lưu 5 bậc lai ..................................................................................... 7 Hình 2.1: Bộ nghịch lưu 5 bậc lai ..................................................................................... 9 Hình 2.2: Các phư ng pháp điều khiển biến tần đa bậc. ................................................ 10 Hình 2.3: Lưu đồ giải thuật của phư ng pháp sóng mang. ............................................. 10 Hình 2.4: ung đóng ngắt theo kỹ thuật nhiều sóng mang. ........................................... 11 Hình 2.5: Lưu đồ giải thuật của phư ng pháp sóng mang chuẩn. .................................. 11 Hình 2.6: ung đóng ngắt theo giải thuật sóng mang chuẩn. ......................................... 12 Hình 2.7: Lưu đồ giải thuật của phư ng pháp FO PWM. ............................................ 14 Hình 2.8: Điện áp điều khiển và xung đóng ngắt ở phư ng pháp FO PWM. .............. 14 Hình 2.9: Giản đồ phư ng pháp POD .......................................................................... 15 Hình 2.10: Giản đồ phư ng pháp PD.............................................................................. 15 Hình 2.11: Giản đồ phư ng pháp POD ........................................................................... 16 Hình 3.1: Cấu trúc của bộ nghịch lưu 5 bậc lai. ............................................................. 17 Hình 3.2: Cấu trúc một pha của bộ nghịch lưu 5 bậc lai. ............................................... 18 Hình 3.3: Giản đồ vector không gian điện áp với đầy đủ các trạng thái ........................ 20 Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật CPWM với điện áp offset................................................... 21 Hình 3.5: đồ mô phỏng trên matlab/simulink. ........................................................... 21 Hình 3.6: Dòng tải 3 phase ở m=0.35 và m=0.8. ............................................................ 22 Hình 3.7: Điện áp nghịch lưu VAO ở m=0.35 và m=0.8. ............................................... 22 Hình 3.8: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.35 và m=0.8. ............................................... 22 Hình 3.9: Phân tích FFT điện áp VAO' ở ở m=0.35 và m=0.8. ...................................... 22 Hình 3.10: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.35 và m=0.8. ..................................... 23 Hình 3.11: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.35 và m=0.8. .............................................................................................................................23 Hình 3.12: Điện áp phase-tải VAN ở m=0.35 và m=0.8. ................................................ 23 Hình 3.13: Điện áp dây VAB ở m=0.35 và m=0.8. .......................................................... 24 Hình 3.14: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 24 Hình 3.15: Điện áp nghịch lưu tham chiếu ở m=0.35 và m=0.8. ................................... 25
vi Hình 3.16: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.35 và m=0.8. ..................................... 25 Hình 3.17: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.35 và m=0.8. .............................................................................................................................25 Hình 3.18: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.35 và m=0.8. .............................................. 26 Hình 3.19: Phân tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 26 Hình 3.20: Điện áp nghịch lưu tham chiếu ở m=0.35 và m=0.8. ................................... 27 Hình 3.21: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.35 và m=0.8. ..................................... 27 Hình 3.22: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.35 và m=0.8. .............................................................................................................................27 Hình 3.23: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.35 và m=0.8. .............................................. 28 Hình 3.24: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 28 Hình 3.25: Điện áp nghịch lưu tham chiếu ở m=0.35 và m=0.8. ................................... 28 Hình 3.26: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.35 và m=0.8. ..................................... 29 Hình 3.27: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.35 và m=0.8. .............................................................................................................................29 Hình 3.28: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.35 và m=0.8. .............................................. 29 Hình 3.29: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 30 Hình 3.30: Điện áp nghịch lưu tham chiếu ở m=0.8 và m=1. ........................................ 31 Hình 3.31: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.8 và m=1 ........................................... 31 Hình 3.32: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.8 và m=1. ......................................................................................................................................... 31 Hình 3.33: Điện áp dây VAB ở m=0.8 và m=1. ............................................................... 32 Hình 3.34: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.8 và m=1. ................................... 32 Hình 3.35: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.8 và m=1. ................................................... 32 Hình 3.36: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.8 và m=1. ................................... 33 Hình 3.37: đồ của hệ nghịch lưu cầu H 5 bậc và motor. ........................................... 33 Hình 3.38: Giản đồ vector với các vector có CMV=0. ................................................... 35 Hình 3.39: Giản đồ vector với các vector lựa chọn. ....................................................... 35 Hình 3.40: Giản đồ đóng ngắt 3 pha theo các giá trị phần nguyên và phần dư .............. 37 Hình 3.41: Điện áp nghịch lưu tham chiếu ở m=0.35 và m=0.8. ................................... 38 Hình 3.42: Điện áp commom-mode VO'N ở m=0.35 và m=0.8 ...................................... 39 Hình 3.43: Ph n tích FFT điện áp dây VAO' ở tần số đóng ngắt 5kHz ở m=0.35 và m=0.8. .............................................................................................................................39
vii Hình 3.44: Điện áp dây VAB ở m=0.35 và m=0.8. .......................................................... 39 Hình 3.45: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 40 Hình 3.46: Điện áp nghịch lưu VAO' ở m=0.35 và m=0.8. .............................................. 40 Hình 3.47: Ph n tích FFT điện áp dây VAB ở ở m=0.35 và m=0.8. .............................. 40 Hình 4.1: đồ khối mô hình thực nghiệm .................................................................... 43 Hình 4.2: đồ mạch động lực. ..................................................................................... 43 Hình 4.3: Mạch động lực. ............................................................................................... 43 Hình 4.4: Mạch lái MOSFET (hình trên)........................................................................ 44 Mạch nguồn 15V (hình dưới) ...................................................................................... 44 Hình 4.5: Mạch nguồn ± 15V ......................................................................................... 44 Hình 4.6: Mạch lái MOSFET .......................................................................................... 45 Hình 4.7: Kết nối giữa mạch nguồn ± 15V và mạch lái ................................................. 46 Hình 4.8: Board mạch đệm và đảo .................................................................................. 46 Hình 4.9: Board điều khiển STM32F4 Discovery .......................................................... 47 Hình 4.10: Toàn bộ hệ thống phần cứng ......................................................................... 47 Hình 4.11: Toàn bộ hệ thống phần cứng ......................................................................... 48 Hình 4.12: Toàn bộ hệ thống phần cứng ......................................................................... 48 Hình 4.13: đồ nguyên lý của mô hình thực nghiệm .................................................. 49 Hình 4.14: đồ quy trình thực nghiệm......................................................................... 50 Hình 4.15: Giao diện chỉnh định các ngoại vi và các ch n ng ra cho vi điều khiển .... 51 Hình 4.16: Giao diện chỉnh định clock hệ thống ........................................................... 52 Hình 4.17: Giao diện chỉnh định các ngoại vi, các chân ngõ ra, chỉnh ưu tiên cho các ngắt ..................................................................................................................................52 Hình 4.18: Project trên phần mềm Keil uVision............................................................ 53 Hình 4.19: Lưu đồ giải thuật tính toán điện áp offset và chọn các trạng thái chuyển mạch cho các kỹ thuật PWM khác nhau .........................................................................54 Hình 4.20: Giản đồ xuất xung tại chư ng trình ngắt chu k của timer và ngắt so sánh của channel 1,2,3 .............................................................................................................55 Hình 4.21: Lưu đồ hoạt động của chư ng trình điều khiển ............................................ 56 Hình 4.22: Điện áp CMV và FFT của điện áp CMV ở m=0,3 ...................................... 57 Hình 4.23: : Điện áp phase và FFT của điện áp phase ở m=0,3 ................................... 57 Hình 4.24: : Điện áp dây và FFT của điện áp dây ở m=0,3 .......................................... 57 Hình 4.25: Điện áp CMV và FFT của điện áp CMV ở m=0,85 .................................... 58
viii Hình 4.26: : Điện áp phase và FFT của điện áp phase ở m=0,85 ................................. 58 Hình 4.27: : Điện áp dây và FFT của điện áp dây ở m=0,85 ........................................ 58
ix DANH MỤC CÁC CÔNG THỨC Công thức (1): Điện áp điều khiển sin chuẩn 12 Công thức (2): Tổng điện áp điều khiển 3 pha ..12 Công thức (3): Điện áp pha –tải .... 12 Công thức (4): Điện áp tham chiếu VNO’ 13 Công thức (5): Điện áp pha –tải sin chuẩn quy về tham chiếu ..13 Công thức (6): Điện áp d y –tải sin chuẩn quy về tham chiếu ..13 Công thức (7): Điện áp offset .... 14 Công thức (8): Điện áp nghịch lưu .... 19 Công thức (9): Điện áp offset min và max 25 Công thức (10): Điện áp offset 1 và 2 ... 27 Công thức (11): Cộng sóng hài bậc 3 31 Công thức (12): Điện áp common-mode.... ...37 Công thức (13): Cộng offset điện áp common-mode.... ....38
x MỤC LỤC Chư ng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 1 1.1 Đ t vấn đề: .................................................................................................................. 1 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới:............................................................. 3 1.3 Tính cấp thiết của đề tài: ............................................................................................. 5 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: .................................................................................. 6 1.5 Nội dung nghiên cứu của đề tài: ................................................................................. 6 1.6 Phư ng pháp nghiên cứu của đề tài: ........................................................................... 7 1.7 Cấu trúc của đề tài: ...................................................................................................... 8 Chư ng 2: CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG SÓNG MANG CHO BỘ NGHỊCH LƯU 5 BẬC LAI .............................................................................................. 9 2.1 Bộ nghịch lưu 5 bậc lai: .............................................................................................. 9 2.2 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang: ............................................................ 10 Chư ng 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU VÀ KẾT QU MÔ PH NG BỘ NGHỊCH LƯU 5 BẬC L I ......................................................................17 3.1 Xây dựng giải thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cho bộ nghịch lưu 5 bậc lai17 3.2 Kỹ thuật điều chế tối ưu tần số SFO ( Switching frequency optimal) ...................... 24 3.3 Kỹ thuật giảm tổn hao đóng ngắt sử dụng hàm offset max và min: ......................... 26 3.4 Kỹ thuật điều chế cộng sóng hài bậc 3 THI ( 3rd harmonic injection PWM) ........... 30 3.5 Điện áp common-mode và các kỹ thuật giảm điện áp common-mode:.................... 33 Chư ng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM BỘ NGHỊCH LƯU 5 BẬC L I .........................................................................................................................................41 4.1 đồ khối của mô hình thực nghiệm ....................................................................... 41 4.2 Chi tiết mô hình thực nghiệm.................................................................................... 42 4.2.1 Mạch động lực ............................................................................................42 4.2.2. Mạch lái MO FET .....................................................................................44 4.2.3 Mạch điều khiển ..........................................................................................46 4.2.4 Kết nối hệ thống phần cứng ........................................................................47 4.3 đồ nguyên lý của mô hình thực nghiệm...............................................................49 4.4 Lập trình điều khiển vi điều khiển MT32F4 với phần mềm TM32CubeM ......50 4.5 Lưu đồ giải thuật chư ng trình điều khiển ................................................................53 4.6 Kết quả thực nghiệm .................................................................................................53
xi Chư ng 5: KẾT LUẬN ................................................................................................... 59 5.1 Kết luận ..................................................................................................................... 59 5.2 Hướng nghiên cứu tư ng lai ..................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KH O................................................................................................ 61 PHỤ LỤC - CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 59
1 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, các bộ biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, như điều khiển động c , bộ nguồn, bộ lưu điện UP , các bộ lọc tích cực ... Đ c biệt trong các ứng dụng khởi động, điều khiển động c , biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao. Biến tần kết hợp với động c không đồng bộ mang lại các lợi ích sau: - Hiệu suất làm việc cao. - Quá trình khởi động và dừng động c êm dịu nên kéo dài tuổi thọ động c cũng như các c cấu c khí liên quan khác. - n toàn và tiện lợi, việc bảo dưỡng biến tần cũng ít h n nếu so sánh với các bộ chuyển đổi tốc độ c khí như hộp số. - Biến tấn giúp tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành. Ngoài ra, khi các biến tần được điều khiển bằng PLC và được kết nối với máy tính trung tâm qua hệ thống C D . Từ trung t m điều khiển, nh n viên vận hành có thể quan sát được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, tốc độ...) cũng như cho phép điều chỉnh, chuẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra. Bộ biến tần thông thường biến đổi điện áp qua 2 kh u, kh u chỉnh lưu nhằm biến đổi điện áp C tần số lưới (50Hz ho c 60Hz) thành điện áp DC, và kh u nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp DC thành điện áp C có biên độ và tần số mong muốn. Kh u nghịch lưu là trái tim của bộ biến tần, bộ nghịch lưu là phần điều khiển biên độ điện áp và tần số điện áp từ đó thay đổi momen và tốc độ của động c . Rất nhiều bộ biến tần chỉ sử dụng kh u chỉnh lưu không điều khiển bằng diode, nên các bộ biến tần cũng thường được gọi là bộ nghịch lưu (inverter). Các bộ nghịch lưu hai bậc truyền thống sử dụng cấu trúc nghịch lưu 2 bậc kinh điển với 6 khóa đóng ngắt. Để cải thiện chất lượng điện áp ng ra, giảm tổn
2 Hình 1.1: Bộ nghịch lưu NPC 3 bậc sử dụng GTO. hao chuyển mạch linh kiện, cũng như giảm nhiễu đóng ngắt (EMI), cải thiện điện áp common-mode, các bộ nghịch lưu đa bậc đã được đề xuất và nghiên cứu. Từ những năm 1975, các công trình nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc đã xuất hiện trên thế giới. Lần lượt, các bộ nghịch lưu dạng cầu H nối tầng (H-bridge cascaded - Hình 1.3) và bộ nghịch lưu diode kẹp (NPC - Hình 1.1) được các nhà khoa học đưa ra để tạo ra các mức điện áp khác nhau. Theo đó các kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu đa bậc cũng được phát triển và ngày càng đa dạng. Nghịch lưu đa bậc cùng các cấu trúc biến đổi của nó (nghịch lưu đa bậc lai) được nghiên cứu mạnh mẽ để cải thiện chất lượng điện áp ng ra, giảm tổn hao đóng ngắt hay sử dụng linh hoạt số lượng nguồn DC có sẵn. Ngoài ra biến tần đa bậc còn giải quyết được vấn đề giới hạn giá trị định mức của linh kiện bán dẫn để ứng dụng trong các tải công suất lớn hay hệ thống điện. Ứng dụng của bộ nghịch lưu đa bậc ngày càng s u rộng trong truyền động điện động c xoay chiều với độ chính xác cao,làm nguồn điện liên tục UP , điều khiển chiếu sáng, bù nhuyễn công suất phản kháng, bộ lọc tích cực, và các ứng dụng nối lưới và tối ưu trong năng lượng tái tạo [1]. Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc và đa bậc lai: điện áp đ t lên các linh kiện được chia ra cho nhiều linh kiện h n nên bị giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo; với cùng tần số đóng ngắt, các thành
3 phần sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ so với trường hợp bộ nghịch lưu áp hai bậc kinh điển. Hình 1.2: Bộ nghịch lưu flying capacitor (FC) 3 bậc sử dụng IGBT Các phư ng pháp điều khiển áp dụng cho bộ nghịch lưu áp hai bậc như phư ng pháp điều chế độ rộng xung và các dạng cải biến của nó, phư ng pháp điều khiển vector, phư ng pháp khử sóng hài tối ưu, các phư ng pháp điều khiển dòng điện (hay vector dòng điện)... có thể được điều chỉnh để có thể áp dụng cho bộ nghịch lưu áp đa bậc. Bộ nghịch lưu áp đa bậc có phạm vi hoạt động chủ yếu đối với tải công suất lớn. Do đó vấn đề giảm tần số đóng ngắt và giảm shock điện áp dv/dt trên linh kiện công suất có ý nghĩa quan trọng. Các thuật toán điều khiển chủ yếu xoay quanh việc duy trì trạng thái c n bằng các nguồn điện áp DC và khử bỏ hiện tượng common-mode voltage là nguyên nh n giảm tuổi thọ động c . Trong một số ứng dụng thực tiễn, đ c biệt là truyền động động c xoay chiều, điện áp common mode là nguyên nh n tạo ra dòng rò giữa trung tính tải và trung tính nguồn, dẫn đến nạp xả tụ, g y mòn ổ bi, làm giảm tuổi thọ thiết bị [2]. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM là kỹ thuật chủ yếu để điều khiển các bộ nghịch lưu. Các nghiên cứu về thuật toán điều khiển các bộ nghịch lưu chủ yếu xoay quanh kỹ thuật điều rộng xung sóng mang (CPWM) và kỹ thuật điều rộng xung vector không gian (SVPWM). 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới: Bộ nghịch lưu đa bậc đầu tiên được đề xuất năm 1981 bởi nhóm nghiên cứu .Nabe đã khởi xướng cho hướng nghiên cứu các loại biến tần công suất phức hợp