Cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng zero sequenge voltage

Trang -v-

T
Sự thực thi ca kỹ thută điều ch đ rng xung dựa trên sóng mang (CB-
PWM) có th đc ci tin ttăhnăbằng cách thêm vào tín hiu tham chiuăđiều ch
mt chuiăđin áp zero. Bài báo này trình bày mt kỹ thut CB-PWM mi cho mt
b binăđổi kẹpăđim trung tính (NPC) 3 bc, dựa trên vicăthêmăvƠoăđin áp chui
zero. Biăđin áp chui zero thêm vào, tín hiu tham chiuăđiều ch sinăđcăđiều
chỉnhăđ thực hin nhim v cân bằngăđin áp ca các t DC-link, không có n lực
điều khin ngoi vi. Kỹ thut này là mt cách tip cn khác vi kỹ thutăđiều ch
vector không gian (SVM) ba vector gần nhấtă(NTV)ăđtăđc bằng cách phân tích
kỹ thut NTV-SVM và thit lp mt sự tngăquanăvi kỹ thut CB-PWM. Sự thực
thi ca kỹ thut CB-PWM này cho mt NPC ba bc dựa trên mô phng miền thi
gian nghiên cuătrongămôiătrng MATLAB/SIMULINK.











Trang -vi-

ABSTRACT
Performance of a Carrier-Based Pulse Width Modulation (CB-PWM) strategy
can be improved by inclusion of a zero sequence voltage in the modulation

reference signal. This paper proposed a new CB-PWM strategy for a three level
neutral point clamped (NPC) converter, which is based on a zero-sequence voltage
injection. By inclusion of the zero sequence voltage, the sinusoidal modulation
reference is modified to carry out the voltage balancing task of the DC-Link
capacitors, with no additional control effort. The proposed strategy is an alternative
approach to the Nearest Three Vector (NTV) Space Vector Modulation (SVM)
strategy and is obtained by the analysis of the NTV-SVM strategy and establishing
a co-relation with and the CB-PWM strategy. Performance of the proposed CB-
PWM strategy for a three level NPC based on time-domain simulation studies in the
MATLAB/SIMULINK environment.












Trang -vii-

MC LC

QUY TÀI
LÝ LCH KHOA HC i
L iii
LI CM T iv

TÓM TT v
ABSTRACT vi
DANH SÁCH CÁC BNG x
DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

TNG QUAN 1
1.1 Tng quan v c nghiên cu, các kt qu nghiên cu trong và ngoài
. 1
1.1.1 Tổng quan 1
1.1.2 Các kt qu trongăvƠăngoƠiăncăđƣăcôngăb. 2
1.1.2.1ăTrongănc: 2
1.1.2.2ăNgoƠiănc: 3
1.2 Mc tiêu, khách th ng nghiên cu 5
1.2.1 Mc tiêu 5
1.2.2ăĐiătng nghiên cu. 6
1.3 Nhim v nghiên cu và gii hn c tài. 7
1.3.1 Nhim v: 7
1.3.2 Gii hn: 7
u 7

 LÝ THUYT 8
2.1 B ngh 8
2.1.1 B nghịchăluăNPCă2ăbc 8
2.1.3.1 Phân tích mch 8
2.1.3.2ăĐinăápăngõăraăthayăđổi tuyn tính theo tính hiuăđiều khin 9

Trang -viii-

2.1.2 B nghịchăluăNPCă3ăbc 9
u khin b nghc 11

2.2.1ăPhngăphápăSinPWM. 11
2.2.2ăPhng pháp Switching frequency optimal PWM (SFO-PWM) 13
2.2.3ăPhngăphápăSpaceăvectorămodulationă(SVM) 13
 K THUU KHIN CÂN BN ÁP T 18
3.1 Hing mt cân bn áp t: 18
3.2 Nguyên nhân mt cân bn áp trên t: 21
3.3 K thuu khin cân bn áp t 23
3.3.1 Nguyên lý cân bằngăđin áp t 23
3.3.2ăLuăđồ gii thut cân bằngăđin áp t 31
3.3.3 Mô hình b nghịchăluăNPC có áp dng kỹ thut cân bằngăđin áp t 35
3.3.3.1 Khi toăcácăđin áp th tự không (Voff-Zero Sequence) 35
3.3.3.2 Khi to các chui xung kích 37
3.3.4 Kt qu mô phng: 39
3.3.5 Các thông s nhăhng ti cân bằngăđin áp trên t 55
3.3.5.1 Sự nhăhng ca chỉ s điều ch 55
3.3.5.2 Sự nhăhng ca h s công suất ti 56
3.3.5.3 Sự nhăhng caăđin dung ca t đin 58
3.3.6 So sánh viăcácăphngăphápăđƣăcôngăb  Vit Nam 61
4 64
KT LUN 64
4.1 Kt lun 64
4.2 ng phát trin 64
TÀI LIU THAM KHO 65
PH LC 67
Ph lc 1: Các kt qu mô phng. 67
Ph l. 129


Trang -ix-

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT
APOD: Alternative Phase Opposition Disposition
CPWM: Carrier Based Pulse Width Modulation
FLC: Flying Capacitor Converter
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
LSC: Level Shifted Carriers
N: Negative
NP: Neutral Point
NPC: Neutral Point Diode Clamped
OVPWM: Overmodulation Pulse Width Modulation
P: Positive
PD: Phase Disposition
POD: Phase Opposition Disposition
PWM: Pulse Width Modulation
SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation.
SFO-PWM: Switching Frequency Optimal-Pulse Width Modulation
SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation
VSI: Voltage Source Inverter









Trang -x-



Bng 1.1: Bng trngătháiăđóngăngt 6
Bng 2.1: Quan h gia các giá trị ca tín hiuăđiều khinăvƠăđin áp nghịchălu . 9
Bng 2.2: Mi quan h trngătháiăđóngăngt ca b nghịchăluăNPCă3ăbc vi áp
nghịch lu 11
Bng 2.3: Tổ hp vector 15
Bng 2.4: Thi gian thực hin 16
Bng 3.1: Bng các giá trị dòng NP cho các trngătháiăđóngăngt. 23
Bng 3.2: Các chui vector trong Sector 1 25
Bng 3.3: Hotăđng cân bằngăđin áp 30
Bng 3.4 Xácăđịnh Sector 33
Bng 3.5: Các thông s mô phng 39
Bng 3.6: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
chaăápădng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.3;ăRă=ă3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 43
Bng 3.7: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp có
áp dng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.3;ăRă=ă3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 43
Bng 3.8: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
chaăápădng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.5;ăRă=ă5.344Ω;ăLă=ă0.0295H) 45
Bng 3.9: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méo trongătrng hp có
áp dng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.5;ăRă=ă5.344Ω;ăLă=ă0.0295H) 45
Bng 3.10: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
chaăápădng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.65;ăRă=ă6.947Ω;ăLă=ă0.0259H) 46
Bng 3.11: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
có áp dng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.65;ăRă=ă6.947Ω;ăLă=ă0.0259H)ă 47
Bng 3.12: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
chaăápădng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.75; Ră=ă8.015Ω;ăLă=ă0.0226H) 48
Bng 3.13: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
có áp dng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.75;ăRă=ă8.015Ω;ăLă=ă0.0226H) 49

Trang -xi-

Bng 3.14: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
chaăápădng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.85;ăRă=ă9.088Ω;ăLă=ă0.018H) 50
Bng 3.15: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
có áp dng kỹ thut cân bằngă(cosφă=ă0.85;ăRă=ă9.088Ω;ăLă=ă0.018H) 51
Bng 3.16: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
không cân bằngă(cosφă=ă0.93;ăRă=ă10Ω;ăLă=ă0.012H) 52
Bng 3.17: Quan h gia chỉ s điều ch viăbiênăđ vƠăđ méoătrongătrng hp
cân bằngă(cosφă=ă0.93;ăRă=ă10Ω;ăLă=ă0.012H) 53
Bng 3.18: Các thông s mô phng khi chỉ s điều ch thayăđổi 55
Bng 3.19: Các thông s mô phng khi h s công suất tiăthayăđổi 56
Bng 3.20: Các thông s mô phngăkhiăđin dung t thayăđổi 58
Bng 3.21: Soăsánhăcácăphngăpháp 61














Trang -xii-

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: B nghịchăluăDiode clamped multilevel inverter 06
Hình 2.1: Săđồ mch ca b nghịchăluăápă3ăpha,ă2ăbc 08
Hình 2.2: Săđồ gii tích mchătngăđng 09
Hình 2.3: Cấu trúc ca nghịchăluăNPCăbaăbc ti RL hình Y 09
Hình 2.4: Sóng mang dng PD. 12
Hình 2.5: Sóng mang dng APOD. 12
Hình 2.6: Săđồ vector không gian cho b NPC ba bc 14
Hình 2.7: Góc phần 6 th nhất 15
Hình 3.1: Cấu trúc ca mch nghịchăluăNPCă3ăbc, 3 pha có t nguồn 18
Hình 3.2:ăSăđồ khi ca b nghịchăluăNPCăbaăbc 19
Hình 3.3:ăĐin áp trên các t khi V
c1
= V
c2
= 60V 19
Hình 3.4: Sai lchăđin áp trên các t khi V
c1
= V
c2
= 60V 20
Hình 3.5:ăĐin áp trên các t khi V
c1
= 73V, V
c2
= 47V 20
Hình 3.6: Sai lchăđin áp trên các t khi V
c1
= 73V, V
c2

= 47V 20
Hình 3.7:ă(a)ăTrng hp t npăđin (b)ăTrng hp t xƣăđin 21
Hình 3.8: Dòng ti và phổ Fourier khi mất cân bằngăđin áp trên t 22
Hình 3.9: Dòng ti và phổ Fourier khi cân bằngăđin áp trên t 22
Hình 3.10: Cácătrng hp ca dòng i
NP
. 22
Hình 3.11: Tín hiuăđiều ch (a)ăKhiăchaăthêmăvào tín hiu th tự không (b) Khi
thêm vào tín hiu th tự khôngădng 26
Hình 3.12: Sự tngăquanăgia kỹ thut CB-PWM và NTV-SVMăkhiăphaăaăđc
kẹp ti +1: (a) chui chuyn mch CB-PWM (b) kỹ thut NTV-SVM. 27
Hình 3.13: Sự tngăquanăgia kỹ thut CB-PWM và NTV-SVMăkhiăphaăbăđc
kẹp ti 0: (a) chui chuyn mch CB-PWM (b) kỹ thut NTV-SVM. 28
Hình 3.14: Sự tngăquanăgia kỹ thut CB-PWM và NTV-SVMăkhiăphaăcăđc
kẹp ti -1: (a) chui chuyn mch CB-PWM (b) kỹ thut NTV-SVM. 28

Trang -xiii-

Hình 3.15:ăLuăđồ thut toán tìm Sector. 31
Hình 3.16:ăLuăđồ thutătoánăxácăđịnh v
offset
khi Sector = 1 [Sector = 4]. 32
Hình 3.17:ăLuăđồ thutătoánăxácăđịnh v
offset
khi Sector = 2 [Sector = 5]. 32
Hình 3.18:ăLuăđồ thutătoánăxácăđịnh v
offset
khi Sector = 3 [Sector = 6]. 33
Hình 3.19: Sự binăđổi ca các tín hiuă điều khin khi thêm vào tín hiu th tự
khôngăđ đt cân bằngăđin áp. 34

Hình 3.20: Mô hình NPC cân bằng. 35
Hình 3.21: Khi toăđin áp th tự không 35
Hình 3.22: Khi to chui xung kích 37
Hình 3.23: Dng sóng và phân tích phổ đin áp tiăuta:ă(a)ăkhiăchaăápă dng kỹ
thut cân bằng (b) khi áp dng kỹ thut cân bằng 39
Hình 3.24: Dng sóng và phân tích phổ dòngăđin ti:ă(a)ăkhiăchaăápădng kỹ thut
cân bằng (b) khi áp dng kỹ thut cân bằng. 40
Hình 3.25: Dng sóng và phân tích phổ đinăápădơyăuab:ă(a)ăkhiăchaăápădng kỹ
thut cân bằng (b) khi áp dng kỹ thut cân bằng. 40
Hình 3.26:ăĐ lch áp gia 2 t (vc1-vc2):ă(a)ăkhiăchaăápădng kỹ thut cân bằng
(b) khi áp dng kỹ thut cân bằng. 41
Hình 3.27:ă(a)ăĐin áp trên 2 t (b)ăĐ lch áp gia 2 t cân bằng. 41
Hình 3.28: Dngăsóngăđin áp trên uC1 và uC2 theo m 42
Hình 3.29: Quan h giaămăvƠăbiênăđ đinăápăhƠiăcăbnă(Trng hp:ăcosφă=ă0.3;ă
Ră=ă3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 43
Hình 3.30: Quan h giaă mă vƠă đ méoă đin ápă (Trng hp:ă cosφă =ă 0.3;ă Ră =ă
3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 44
Hình 3.31: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(Trng hp:ăcosφă= 0.3; R
=ă3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 44
Hình 3.32: Quan h giaămăvƠăđ méoădòngăđină(Trng hp:ăcosφă=ă0.3;ăRă=ă
3.206Ω;ăLă=ă0.0324H) 44
Hình 3.33: Quan h giaămăvƠăbiênăđ đinăápăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.5;ăRă=ă5.344Ω;ă
L = 0.0295H) 45

Trang -xiv-

Hình 3.34: Quan h giaă mă vƠă đ méoă đină ápă (cosφă =ă 0.5;ă Ră =ă 5.344Ω;ă Lă =ă
0.0295H) 45
Hình 3.35: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(cosφă= 0.5; R = 5.344Ω;ăLă
= 0.0295H) 46

Hình 3.36: Quan h giaămăvƠăđ méoădòngăđină(cosφă=ă0.5;ăRă=ă5.344Ω;ăLă=ă
0.0295H) 46
Hình 3.37: Quan h giaă mă vƠă biênă đ đină ápă hƠiă că bnă (cosφă =ă 0.65;ă Ră =ă
6.947Ω;ăLă=ă0.0259H) 47
Hình 3.38: Quan h giaămă vƠăđ méoă đin áp (cosφă=ă0.65;ă Ră=ă 6.947Ω;ăLă =ă
0.0259H) 47
Hình 3.39: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.65;ăRă=ă6.947Ω;ă
L = 0.0259H) 48
Hình 3.40: Quan h giaămăvƠăđ méoădòngăđină(cosφă=ă0.65;ăRă=ă6.947Ω;ăLă=ă
0.0259H) 48
Hình 3.41: Quan h gia m và biên đ đină ápă hƠiă că bnă (cosφă =ă 0.75;ă Ră =ă
8.015Ω;ăLă=ă0.0226H) 49
Hình 3.42: Quan h giaămă vƠăđ méoă đinăápă (cosφă=ă 0.75;ăRă =ă8.015Ω;ă Lă=ă
0.0226H) 49
Hình 3.43: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.75;ăRă=ă8.015Ω;ă
L = 0.0226H) 50
Hình 3.44: Quan h giaămăvƠăđ méoădòngăđină(cosφă=ă0.75;ăRă=ă8.015Ω;ăLă=ă
0.0226H) 50
Hình 3.45: Quan h giaă mă vƠă biênă đ đină ápă hƠiă că bnă (cosφă =ă 0.85;ă Ră =ă
9.088Ω;ăLă=ă0.018H) 51
Hình 3.46: Quan h giaămă vƠăđ méoă đinăápă (cosφă=ă 0.85;ăRă =ă9.088Ω;ă Lă=ă
0.018H) 51
Hình 3.47: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.85;ăRă=ă9.088Ω;ă
L = 0.018H) 52

Trang -xv-

Hình 3.48: Quan h giaămăvƠăđ méoădòngăđină(cosφă=ă0.85;ăRă=ă9.088Ω;ăLă=ă
0.018H) 52
Hình 3.49: Quan h giaămăvƠăbiênăđ đinăápăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.93;ăRă=ă10Ω;ăLă

= 0.012H) 53
Hình 3.50: Quan h giaămăvƠăđ méoăđinăápă(cosφă=ă0.93;ăRă=ă10Ω;ăLă=ă0.012H) 53
Hình 3.51: Quan h giaămăvƠăbiênăđ dòngăhƠiăcăbnă(cosφă=ă0.93;ăRă=ă10Ω;ăLă=ă
0.012H) 54
Hình 3.52: Quan h giaă măvƠă đ méoă dòngăđină (cosφă =ă 0.93;ă R =ă 10Ω;ă Lă=ă
0.012H) 54
Hình 3.53: Dngăsóngăđin áp trên t uC2, uC1 theo m 55
Hình 3.54: Daoăđngăđin áp trên t khiămăthayăđổi 55
Hình 3.55: Dngăsóngăđin áp trên t uC2, uC1 theo h s công suất ti 57
Hình 3.56: Daoăđngăđin áp trên t khi h s công suất tiăthayăđổi 57
Hình 3.57: Dngăsóngăđin áp trên t uC2,ăuC1ăkhiăđin dung t thayăđổi (C1=C2) 58
Hình 3.58: Daoăđngăđin áp trên t khiăkhiăđin dung t thayăđổi (C1=C2) 58
Hình 3.59: Dngăsóngăđin áp trên t uC2,ăuC1ăkhiăđin dung t thayăđổi (C1≠C2) 60
Hình 3.60: Daoăđngăđin áp trên t khiăđin dung t thayăđổiă(C1≠C2) 60







Chngă1:ăTổng Quan
Trang -1-


TNG QUAN

1.1 



Ngày nay các b điều khin tcăđ đngăc đƣăđc áp dng rng rãi trong các
ng dng vi hiu suấtăcaoă nhă máyănghiền,ă bm,ă qut vv Rất nhiều các ng
dng cần s dngăcácăđngăcătrungăápăbiădòngăđịnh mc thấp,ăđặc bit là các ng
dng công suất trung bình và ln. Vi b bin tần 2 bc cổ đin tuy có rất nhiều sự
phát trin và có nhiềuăuăđimănhăđiều khinăđnăgin, kích cỡ nh gọnănhngăchỉ
phù hp vi các ng dng công suất thấp.ăHnăna, dngăsóngăđinăápăđầu ra b
nghịchăluă2ăbc có các thành phần hài bc cao khá ln.ăĐ ci thin chấtălng
dng sóngăđầuăraăhnăna, b bin tần 3 bcăđc áp dng. Viăcácăuăđim nổi bt
nhăgimăđịnh mc dv/dt trên từng linh kinălƠmătĕngăcôngăsuất ca b bin tần,
dngăsóngăđầuăraăđc ci thin rất nhiều. HinănayăđơyălƠămôăhìnhăphổ bin cho
các b bin tần công suất lnăđiều khinăđngăcăđinăkhôngăđồng b vi mcăđin
áp trung th (Medium Voltage).
Cácăuăđim ca b bin tần ba bc là thấy rõ, tuy nhiên bên cnhăđóăvẫn còn
mt s vấnăđề cần gii quytăđ nâng cao chấtălngăđiều khin.
Đi vi các b chuynăđổi dng NPC (Neutral Point Clamped)ăđaăbc, do thi
gian np xã ca các t dc-link không cân bằng nên xy ra hinătng mất cân bằng
đin áp trên t, sự mất cân bằng này dẫn ti phát sinh các hài không mong mun
trênăsóngăđin áp ra. Sự tồn ti các hài này làm cho tổnăhaoătĕng,ăđồng thi khó bị
lọc bi các b lọc tầm cao. Các hài này gây ra mt s hinătng có hi cho các
đngăcăkhôngăđồng b nhălƠmăchoămomenădaoăđng gây ra nhiu, gây ra sự bin
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -2-

thiên bấtăthng cho vn tcărotor…ăNgoài ra, sự mất cân bằngăđin áp trên t có
th dẫn ti vấnăđề quáăđin áp trên các khóa bán dẫn và trên các t đin.
Từ vấnă đề nêuătrên,ă hng nghiên cu caă đề tài là:   N
TH M TRUNG TÍNH TRONG BIN TN NPC 3 BC DÙNG ZERO-
SEQUENCE VOLTAG
1.1.2 
1.1.2.1 

K thuu ch PWM ba bc nhm cân bn áp hai t n mt chiu
trong nghc NPC. [2]
TrongăbƠiăbáoănƠy,ătácăgiătrìnhăbƠyăkỹăthutăđiềuăchăchuynămchăhaiăvƠăba
bcăsădngăhƠmăoffsetăđăcơnăbằngăđinăápăgiaăhaiătăđină mtăchiềuătrongăbă
nghịchăluăápă3ăbcădngădiodeăkẹp.ăKỹăthutănƠyădựaătrênăcăsăsădngăhƠmăoffsetă
ccăb,ăthôngăquaăcácătínăhiuăhồiătipăcaădòngăđinătiăvƠăđinăápătrênă2ătăđină
mtăchiềuăđătínhătoánăgiáătrịăvƠăchiềuădòngăđinăchyăquaăđimăgiaă2ătăđin.ăViă
kỹăthutăđiềuăchăsóngămangăktăhpăsădngăhƠmăoffsetălinhăhot,ăkỹăthutănƠyăđƣă
kimăsoátăvƠăduyătrìăsựăcơnăbằngăđinăápătrênă2ătăđin.ăKtăquăcaăgiiăthutăđcă
kimăchngăquaămôăphngăvƠăquaăquáătrìnhăthựcănghim.






-





. [3]
Kỹ thutăđiều khin cân bằng áp t này dựa trên kỹ thutăđiều ch CPWM
(Carrier-based Pulse With Modulator). Tuyănhiên,ăđ áp t cân bằngănhanhăvƠăđ
lch áp sau cân bằng nh khiăthayăđổi các thông s nh đin dung t, chỉ s điều
ch, thông s ti cần phi có b bù offset. Đề tài còn kho sát các yu t nhăhng
đn vấnăđề cân bằng áp t sau khi áp dngăphngăphápăcơnăbằngănhălƠ:ăchỉ s
điều ch, h s công suất tiăđn áp t,ăbiênăđ ca b gii hnăđin áp offset. Kho
sát sự nhăhng caăbiênăđ hàm offsetăđn thi gian cân bằng áp t vƠăđ ln ca

đinăápădaoăđng trên t sau cân bằng.ăĐồng thi,ăđề tài trình bày giá trị tiăuăca
biênăđ hàm offset vi bn trng hp ca chỉ s điều ch cùng vi các giá trị khác
nhau ca h s công suất.
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -3-


Voltage Balancing Control of Diode-Clamped Multilevel Converters with
Passive Front-Ends. [4]
Bài báo trình bày mtăphngăphápăđiều khin closed-loop mi có kh nĕngă
đm bo cân bằng cho tất c cácăđiều kin hotăđng ca các b binăđổi mà không
cần thêm các phần cng. Cấu trúc nhiu tỷ s công suấtă baăphaă khácănhauă đc
trìnhăbƠy.ăChúngăđc so sánh thông qua mô phngăchoă trng hp ca mt b
binăđổi dc-ac diode kẹp ba pha bn bc hotăđng vi mtăphngăphápăđiều ch
dựa trên vector o. Cấu trúc nhiu có hiu qu vƠăđnăgin nhất, chỉ đòiăhi sự nhn
bit ca tất c cácăđin áp trên t dc,ăđc kim tra qua thực nghim trong b bin
đổi bn bc. Các kt qu đƣăchng minh tính kh thi ca vic cân bằngăđin áp trên
t dc cho tất c cácăđiều kin hotăđng chuynăđổi.
A Multilevel Inverter Approach Providing DC-Link Balancing, Ride-Through
Enhancement, and Common-Mode Voltage Elimination. [5]
Bài báo trình bày mtă phngăphápăđiều khină đnăgin cho vic cân bằng
đin áp dc-link các bin tần NPC ba bc, trong khi cung cấp sự tĕngăride-through và
kh đin áp common-mode.ăPhngăphápăs dng kỹ thut binăđổi dc-dc trên dc
linkăđ cân bằng vƠătĕngăride-through, và mtăphngăphápăchuyn mchăđiều ch
đ rng xung ciă biênăđ kh đin áp common-mode. Các kt qu mô phng và
thực nghimăđc cung cấpăđ chng minh hiu qu caăphngăphápăđaăra,ăbao
gồm c điều khin x ký tín hiu s.
A Carrier-Based PWM Strategy with Zero-Sequence Voltage Injection for a
Three-Level Neutral-Point-Clamped Converter. [6]
Hiu suất caăphngăphápăCB-PWMă(điều ch đ rng xung dựa sóng mang)

có th đc ci thin bằng cách thêmăvƠoăđin áp zero sequence trong tín hiu tham
chiuăđiều ch. Bày báo này trình bày mtăphngăphápăCB-PWM mi cho mt b
binăđổi NPC 3 bc, mà dựa trên vic thêm vào mtăđin áp zero sequence. Bằng
vicăthêmăvƠoăđin áp zero sequence, tín hiuăđiều ch sin tham chiuăđc ci tin
đ (i) thực hin nhim v cân bằngăđin áp ca các t dc-link, vi không thêm vào
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -4-

nổ lựcăđiều khin, (ii) gim sự tổn hao do chuyn mch, và (iii) gimăcácădaoăđng
đin áp  tần s thấp caăđimătrungătính.ăPhngăphápăđcăđaăraălƠămtăphngă
phápă khácă phngă phápă điều ch vector không gian (SVM) ba vector gần nhất
(NTV)ă vƠăđcă đtă đc bằng phân tích caă phngă phápăNTV-SVM và chng
minhă đặcă đim chung viă phngă phápă CB-PWM.ă Cácă đặcă đim nổi bt ca
phngăphápăđaăraăđc so sánh viăphngăphápăNTV-SVM là (i) hiu qu tính
toán caănóăkhiănóăkhôngăđòiăhi các tính toán NTV-SVM và gim thi gian x lý
yêu cầu cho vic thực thi s, và (ii) nó gim tổn hao do chuyn mch bi vì tuần tự
chuyn mch four-stepăđc tránh. So sánh cấuătrúcăđaăraăvƠăcácăphng pháp CB-
PWM hin nay, tổn hao do chuyn mch không chỉ đc gim xung mà nó còn có
kh nĕngăttăhnăđ cân bằngă đin áp trên t. Sự thực thi caăphngăphápăCB-
PWMăđaăraăchoă mt NPC ba bc dựa trên các nghiên cu mô phng miền thi
gianătrongămôiătrng MATLAB/SIMULINK,ăđcăđánhăgiáăvƠăchng minh qua
thực nghim.
Voltage-Balance Limits in Four-Level Diode-Clamped Converters with Passive
Front-Ends. [7]
Các b binăđổi diode kẹpăđaăbc vi nhiềuăhnăbaăbc không th duy tri cân
bằngăđin áp trên các t dc-linkăchoăvƠiăđiều kin hotăđng trong sut sự tồn ti
caăcácădòngădcătrongăcácăđim trung tính. Khi các t np hoặc xã hoàn thành cho
cácăđiều kin,ăđiều kin khc khe này hn ch các ng dng thực t ca các b bin
đổi. Vic hn ch nghiên cu trong bài báo này là vic b binăđổi bn bc không
th đtăđc cân bằngăđin áp. Các vector trùng lpăđúngăđc chọn trong ginăđồ

vectorăkhôngăgianăđ mà mt tham s bcăhaiăliênăquanăđnăcácădòngăđin trong
đimătrungătínhăđc ti thiu hóa.
A Comprehensive Study of Neutral-Point Voltage Balancing Problem in
Three-Level Neutral-Point-Clamped Voltage Source PWM Inverters. [8]
Bài báo kho sát các hn ch ch yu ca vấnăđề cân bằngăđinăápăđim trung
tínhăchoăcácăđiều kin ti khác nhau ca bin tần nguồn áp ba bc. Mt mô hình mi
trong tọaăđ mặt phẳng DQ s dng các chcănĕngăchuyn mchădòngăđc phát
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -5-

trinănhămtăphngătinăđ nghiên cu gii hn lý thuyt và cung cấp nhiêu quan
sát trực giác trong vấnăđề nƠy.ăDaoăđng tần s thấp caăđim trung tính gây ra bi
nhngăđiều kin tiăđƣăbităđcăbáoăcáoăvƠălng t hóa.
A Discontinuous PWM Method for Balancing the Neutral Point Voltage in
Three-Level Inverter-Fed Variable Frequency Drives. [9]
Bài báo trình bày mtăphngăphápăđiều ch đ rng xung dựa trên sóng mang
ri rc miă đ dùng trong các thit bị tần s bină đổi (VFD-Variable Frequency
Drives)ăđcăđiều khin bằng các bin tần ba bc.ăPhngăphápăgii thiu ba dng
chuyn mch khác nhau cho toàn vùng ca các tcăđ hotăđng. Dựa trên tcăđ
hot đng thực t,ăphngăphápăđaăraăđc phát trinăđ chọn trng thái chuyn
mch PWM có th thích ngăđ ci tin hotăđng VFD. Các kt qu này trong mất
cân bằng thấpătrongăđin áp t dc-link.
Analysis and Calculation of Zero-Sequence Voltage Consisdering Neutral-
point Potential Balancing in Three-Level NPC Converters. [10]
Đin th đim trung tính ca các b binăđổi NPC ba bc cầnăđc duy trì cân
bằng.ăĐin áp Zero-Sequence thích hp đcăxácăđịnhăđ điều khinăđin th đim
trung tính. Mi quan h gia dòngătrungătínhăvƠăđin áp zero - sequenceăđc thêm
vƠoăđc nghiên cu toàn din, và hai thut toán cân bằngăđin th đim trung tính
lầnăltăđcătrìnhăbƠyătngăngălƠăphngăphápătìmăkim tiăuăchấp nhn và
phngăphápăniăsuy.ăĐin áp zero - sequence tiăuătheoălýăthuytăđ điều khin

đin th đim trung tính có th đtăđc bằngăcácăphngăphápăđaăraăsauăđó.ăCácă
kt qu mô phng và thực nghimăđcăđaăraăđ chúng minh giá trị và tính thực t
caăphngăphápătrìnhăbƠy.
 

- Cân bằngăđin áp trên t DC cho bin tần NPC 3 bcădùngăđin áp Zero-Sequence
Voltage.
- Mô phng, hin thị các kt qu đtăđc trên Matlab/Simulink.
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -6-


Bin tần NPC (Neutral Point Clamped) hay Diode Clamped 3 bc:
0
1
-1
(NP)
+
+
-
-
i
0
a
b
c
V
C2
V
C1

S
a4
S
a3
S
a2
S
a1
S
b4
S
b3
S
b2
S
b1
S
c1
S
c2
S
c3
S
c4
i
a
i
b
i
c

C
1
C
2

Hình 1.1: B nghịchăluăDiodeăclampedămultilevelăinverter
Bng 1.1: Bng trngătháiăđóngăngt
V
out
S1
S2
S3
S4
V
DC
/2
1
1
0
0
0
0
1
1
0
-V
DC
/2
0
0

1
1
Theo tính toán các giá trị đinăápăđặt lên các diode bên trong s caoăhnăsoăvi
các diode khác, nhất là vi các mô hình NPC bcăcaoăhn,ăđiều này là mtănhc
đim caăsăđồ NPC
Do mấtăđi xng thi gian np x t mƠăđin áp trên các t tr nên mất cân
bằng.
Cácăuăđim chính ca mô hình này là:
- Gim thành phần sóng hài
- Gim dv/dt (bằng na so vi b nghịchăluă2ăbc)
Nhcăđim:
- Mcăđ chịuăđựngăđin áp trên các diode là khác nhau
- Điều khin PWM phc tpăhnă2ăbc
- Cần nhiều diode kẹp
- Cần dùng t đ chia nguồn DC.
- Vấnăđề cân bằng áp t DC link
Chngă1:ăTổng Quan
Trang -7-

1. 

- Tìm hiu hinătng mất cân bằng đin áp trên t, sự nhăhng ca hinătng
nƠyăđi viăđinănĕngăngõăra.
- Tìmăhiuănguyênănhơnămấtăcơnăbằngăđinăápătrên t.
- Trình bày gii thut cơnăbĕng đin áp trên t DC-Linkăchoăbô
̣
ănghi
̣
chăluăNPCă
ba bơ

̣
c.
- Kho sát các thông s ngõ ra khi áp dng gii thut cân bằng.
1.3.2 
- Cân bằng đin áp trên t cho b nghịchăluăNPCăbaăbơ
̣
c.
- Môăpho
̉
ngătrênămatlab.
1.4 
- Tham kho tài liu: các nguồn tài liuăcóăliênăquanăđn nghịchăluăvƠăcơnăbằng
áp t.
- PhngăphápămôăhìnhăhóaăvƠămôăphng.
- Phngăphápăthng kê.








Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -8-


 LÝ THUYT

2.1 


Cấu trúc ca b nghịchăluăđc trình bày trong Hình 2.1, V
dc
lƠăđin áp nguồn
cung cấp, u
tx
lƠăđin áp ti ca pha x, vi x là các pha x = {a, b, c}.ăĐin áp ngõ ra
ca b nghịchăluă(v
x0
) 2 bc có th thayăđổi trong khong từ 0ăđn V ph thuc vào
trngă tháiă đóngă ngt ca các khóa S.ă Cácă đină ápă điều khin u
đkx
thayă đổi trong
khong từ 0ăđn 1 (0 ≤ u
đkx
≤ 1),ăđinăápăngõăraăthayăđổi tuynătínhătrongăđon [0,
V
dc
].
V
DC
S
a2
S
a1
S
b2
S
b1
S

c2
S
c1
i
c
i
a
i
b
a
b
c
u
ta
u
tb
u
tc
0
N

Hình 2.1: Săđồ mch ca b nghịchăluăápă3ăpha,ă2ăbc
2.1.3.1 
Ta có 3 cặp linh kinăđcăđiều khin bi các tín hiu từ ngõ ra ca b so sánh
ápăđiều khin vi sóng mang. Cầnă3ăđinăápăđiều khinăchoăbaăpha,ăđc ký hiu
chung là u
đkx
. Vi x là các pha a, b hoặc c.
u
đka

:ăĐiều khin cặp linh kin nhánh a
u
đkb
:ăĐiều khin cặp linh kin nhánh b
u
đkc
:ăĐiều khin cặp linh kin nhánh c
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -9-

Nhăvy,ăđin áp nghịchăluăca các pha:
U
a0
= u
đka
*V
dc
, U
b0
= u
đkb
*V
dc
, U
c0
= u
đkc
*V
dc
(2.1)

Mô hình gii tích mch cho hình 2.1

u
tb
u
ta
u
tc
v
a0
v
b0
v
c0
u
a0
u
b0
u
c0

Hình 2.2: Săđồ gii tích mchătngăđng

Bng 2.1: Quan h gia các giá trị ca tín hiuăđiều khinăvƠăđin áp nghịchălu
u
đkx

u
x0

0
0
0< u
đkx
<1
u
đkx
*V
dc

1
V
dc



Xét b nghịchăluăápăba bc NPC (Hình 2.9). Vi V
dc
/2 lƠăđ lnăđin áp trong
mi nguồn riêng lẻ.
V
dc
/2
+
+
-
-
S
a4
S

a3
S
a2
S
a1
S
b4
S
b3
S
b2
S
b1
S
c4
S
c3
S
c2
S
c1
i
c
i
a
i
b
u
tb
u

tc
M
V
dc
/2
0
u
ta
c
b
a

Hình 2.3: Cấu trúc ca nghịchăluăNPCăbaăbc ti RL hình Y.
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -10-

Trng thái kích ngt ca các khóa bán dẫn trên mt nhánh pha ti ca các pha
a, b, c phi thaămƣnăđiều kinăkíchăđi nghịch.
S
a3
+ S
a1
=1; S
b3
+S
b1
=1; S
c3
+ S
c1

=1
S
a4
+ S
a2
=1; S
b4
+S
b2
=1; S
c4
+ S
c2
=1 (2.2)

Gọi N lƠăđim nút ba pha ti dngăsaoăđi xng.ăĐin áp ti ca ba pha:
u
ta
= u
a0
– u
M0
; u
tb
= u
b0
– u
M0
; u
tc

= u
c0
– u
M0
(2.3)
Ta có: u
ta
+ u
tb
+ u
tc
= 0 (tiăđi xng) (2.4)
 u
a0
+ u
b0
+ u
c0
– 3u
M0
= 0

3
000
0
cba
M
uuu
u



(2.5)

Từ đơyătaăcóăđcăđin áp pha ti ca các pha:
a0 b0 c0
ta a0 M0
b0 a0 c0
tb b0 M0
c0 a0 b0
tc c0 M0
2u u u
u u u
3
2u u u
u u u (2.6)
3
2u u u
u u u
3


  




  





  




Đin áp dây ti có th đc tính bằng công thc:
ab a0 b0
bc b0 c0
ca c0 a0
v v v
v v v (2.7)
v v v









Xét pha A ca b nghịchăluăápăbaăbc dng diode kẹp. Các linh kin kẹp gia
cặp diode niăđnăđin th trên mch DC cần thit lp s  trngătháiăkích.ăĐin áp
pha tâm nguồn DC đtăđc các giá trị cho trong bng 2.2.
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -11-

Bng 2.2: Mi quan h trngătháiăđóngăngt ca b nghịchăluăNPCă3ăbc vi áp
nghịchălu

V
x0
S
x4
S
x3
S
x2
S
x1
V
dc
/2
1
1
0
0
0
0
1
1
0
-V
dc
/2
0
0
1
1
Vi x = {a, b, c}

Ta thấy có ba mcăđin áp tồn ti ng vi ba trngătháiăđóngăngt linh kin cho
mi pha. Vy có 3
3
= 27 trngătháiăđóngăngt cho b nghịchăluăápăbaăbc.
2.2 
Có nhiềuăphngăphápăđiều khinăđc chia thành 2 loiăchínhănhăsau:
-Điều khinăđóngăngt khoá theo vi tần s caăsóngăđiều ch. Bao gồm:
+Phngăphápăđiều rng
+Phngă phápă điều biên six-step áp dng cho NPC và cascade multilevel
inverter. Cần nguồnăDCăđiều khinăđcăđ thayăđổiăbiênăđ
+ă Phngă phápă điều ch đ rng xung tiă uă SHEă (Selective harmonics
elimination)
-Điều khinăđóngăngt khoá  tần s cao
+Điều ch đ rng xung dựa sóng mang (Carrier based PWM) bao gồm
SinPWM,ăModifiedăSinPWMănhăSFOăPWM,ăvv
+Điều ch không gian vector - Space vector modulation
2.2
Phng pháp này s dngăsóngăđiều ch dngăsinăđ so sánh vi các sóng
mang dng tam giác to ginăđồ kíchăđóngăchoălinhăkin. Vi b nghịchăluăm bc
s s dng m-1 sóng mang cùng tần s f
c
,ăcùngăbiênăđ A
c
.ăSóngăđiều ch cóăbiênăđ
A
m
, tần s f
m

S dng sóng mang tần s cao s làm cho các sóng hài tp trung xung quanh 

các tần s cao f = k.f
c
. Tuy nhiên s phát sinh tổnăhaoădoăđóngăngt tần s cao ca
linh kin.
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -12-

Sóngăđiều ch u
rx
(x=a,b,c) mangăthôngătinăbiênăđ và tần s caăhƠiăđin áp
căbnăđầu ra.
Các dngăsóngămangăthng dùng là:
-APOD: 2 sóng mang kề cn liên tip nhau s bị dịchăđiă180
0
.
-POD: B tríăđi xng qua trc, các sóng mang nằm trên trc s cùng pha nhau,
ngc li các sóng mang nằmădi trc 0 s bị dịchăđiă180
0

-PD: B trí cùng pha
Trong cácăphngăphápăb trí sóng mang, dng PD cho THD ca áp dây nh
nhất.ă Đi vi b nghịchă luă 3ăbc, APOD và POD cho cùng kt qu dng sóng
mang

Hình 2.4: Sóng mang dng PD. Hình 2.5: Sóng mang dng APOD.
Vi các cách b tríăsóngămangănhăvy, xung kích các linh kinăđcăđm bo
theo quy tcăđóngăđi nghịch. Sự so sánh giaăsóngăđiều ch u
ra
và V
car1

to ra gin
đồ đóngăngt cho S1, S3. vi V
car2
cho ra ginăđồ đóngăngt cho S2, S4.
u
ra
> V
car1
S1=1 S3=0
u
ra
< V
car1
S1=0 S3=1
u
ra
> V
car2
S2=1 S4=0
u
ra
< V
car2
S2=0 S4=1
Từ ginăđồ đóngăngt ta rút ra dngăđin áp pha-tâm nguồn DC caăphaăaănhă
sau:
0
1 2 1
2
0 2 3 1

3 4 1
2
DC
a
DC
U
SS
u S S
U S S




  






(2.8)
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -13-

Chỉ s điều ch:
(1)
3
ta
DC
U

m
U

(2.9)
Chỉ s biênăđ:
m
a
c
A
m
A

(2.10)
Chỉ s tần s:
m
f
c
f
m
f

(2.11)
2.2-PWM)
Viăđặcăđim caăphngăphápăsóngămangălƠăd điều khin và thực hin, do
vy thực hin ci tinăphngăphápăsóngămangăđ nâng cao chấtălngăđiều khin là
gii pháp tt.ăĐóălƠăvic cng thêm mtăhƠmăoffsetăvƠoăsóngăđiều ch dngăsinăđ
đtăđc mt chỉ tiêu về chấtălng.
Đi viăphngăphápăSFOăPWM,ăsóngăoffsetălƠătínăhiu th tự không (sóng
hài bi ba). Cách toăVoffsetănhăsau:
off

ax( , , ) ( , , )
2
sa sb sc sa sb sc
set
M V V V Min V V V
V


(2.12)
off off offra sa set rb sb set rc sc set
U V V U V V U V V     
(2.13)
Vi V
sx (x=a,b,c)
là tín hiuăđiều ch sin
2.2
Choăđiălng 3 pha cân bằng v
a
, v
b
, v
c
tho mãn:
v
a
+ v
b
+ v
c
= 0 (2.14)

Phép bin hình từ 3ăđiălng trên thành vector v theo h thc:
2
.( . . )
a b c
v k v a v a v  

(2.15)
trongăđóă
2 /3
13
23
j
a e j

   
(2.16)
là phép binăhìnhăkhôngăgianăvector.ăĐiălng vector
v

đc gọi là vector không
gian caăđiălng 3 pha. Hằng s k có th chọn vi các giá trị khác nhau. Vi k =
2/3 ta có phép bin hình không bo toàn công suất. Vi k = 2/3 phép bin hình bo
toàn công suất.
Chngă2:ăCăS Lý Thuyt
Trang -14-

 3 bc dng Diode kp NPC ( Hình 1.1)
Quá trìnhăđóngăngt các linh kin toăraăđin áp 3 pha ti. Trên mi 1 pha, ví
d pha a,ăđin áp V
a0

s có 3 trngătháiăđin áp khác nhau là V
c1
, 0, -V
c2
tngăng
vi các trng thái kích dẫn ca các linh kin. Tổ hp 3 pha s có 27 trngătháiăđóngă
ngt khác nhau, mi trngătháiăđc minh ho bi tổ hp (k
a
, k
b
, k
c
).
Xét h s k
a

a3 a4
a a2 a3
a1 a 2
1 S S 1 Pha a noidiem1
k 0 khi S S 1 Pha a noidiem0
1 S S 1 Pha a noidiem 1



  


   


Và quy tcăđi nghịchăđc tuân th
S
x1
+ S
x3
= 1 Vi x = a, b, c.
S
x2
+ S
x4
= 1
Từ đóătaăcóăsăđồ vector không gian cho b nghịchăluă3ăbcănhăsau:
Sector 1
Sector 3
Sector 5
Sector 2
Sector 4 Sector 6
Region 1
Region 2
Region 3
Region 4
111
000
-1-1-1
010
-10-1
01-1
100

0-1-1
-1-11 0-11
-111
1-10
001
-1-10
1-11
1-1-1
-11-1
10-1-110
11-1
-101
110
00-1
011
-100
101
0-10
a0
v
b0
v
c0
v

Hình 2.6: Săđồ vector không gian cho b NPC ba bc