Cân bằng điện áp DC link cho bộ nghịch lưu NPC đa bậc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ XUÂN NAM

CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP DC-LINK
CHO BỘ NGHỊCH LƯU NPC ĐA BẬC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270

S K C0 0 3 7 2 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ XUÂN NAM

CÂN BẰNG ĐIÊN
̣ ÁP DC-LINK
CHO BÔ ̣ NGHIC
̣ H LƯU NPC ĐA BÂC
̣

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ -605270

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ XUÂN NAM

CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP DC-LINK
CHO BỘ NGHICH
LƯU NPC ĐA BẬC
̣

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ -605270
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN VĂN NHỜ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

Trang - ii -


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Võ Xuân Nam

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1985

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 12/19 Đƣờng 49, khu phố 7, phƣờng Hiệp
Bình Chánh, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0909628780

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ 9/2004 đến 2/2009

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, tại Thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử

Trang - iii -


Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
ỨNG DỤNG CHẾ ĐỘ HOSTLINK CỦA PLC CPM2A ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỘN SƠN
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 2 năm 2009, tại
trƣờng Đại học Sƣ Phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Tùng Giang
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

2/2009 –

Công ty Grey Stone Data System

-

Quản lý sản xuất

7/2009

Việt Nam

-

Lập trình viên

7/2009 đến

Trƣờng Cao đẳng kỹ thuật Cao

nay

Thắng

-

Giảng dạy

Trang - iv -

Công việc đảm nhiệm


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 8 năm 2012

Võ Xuân Nam

Trang - v -


LỜI CẢM TẠ
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Nhờ,
giảng viên hƣớng dẫn em th ực hiện luận văn, đã ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i và hƣớng
dẫn tâ ̣n tiǹ h, định hƣớng và nhắc nhở kịp thời trong thời gian qua để em hoàn thành
đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng
cho những nghiên cứu để hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng Đại học Bách
Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm
để em triển khai đề tài trong suốt thời gian qua.
Tôi chân thành cảm ơn các anh em trong phòng thí nghiê ̣m , bạn bè trong lớp
đã cùng nghiên cƣ́u và giúp đỡ tôi nhiề u trong quá trình thƣ̣c hiê ̣n đề tài .
TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 8 năm 2012
Học viên thực hiện

Võ Xuân Nam

Trang - vi -

TÓM TẮT
Các bộ nghịch lƣu NPC (Neutral Point Clamped Converter) thƣờng xảy ra
hiện tƣợng mất cân bằng điện áp trên các tụ nguồn, còn gọi là sự xuất hiện các dao
động điện áp tần số thấp tại điểm DC-Link. Vấn đề này ảnh hƣởng xấu đến chất
lƣợng điện năng ở ngõ ra của bộ nghịch lƣu. Nội dung chính của đề tài là cân bằng
điện áp trên tụ của bộ nghịch lƣu NPC ba bậc, ba pha. Kỹ thuật điều khiển cân bằng
áp tụ đƣợc trình bày trong đề tài này đã đạt đƣợc yêu cầu về việc loại bỏ các dao
động tần số thấp của điện áp tụ điện. Kỹ thuật điều khiển cân bằng áp tụ này dựa
trên kỹ thuật điều chế CPWM (Carrier-based Pulse With Modulator). Tuy nhiên, để
áp tụ cân bằng nhanh và độ lệch áp sau cân bằng nhỏ khi thay đổi các thông số nhƣ
điện dung tụ, chỉ số điều chế, thông số tải cần phải có bộ bù offset.
Đề tài còn khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến vấn đề cân bằng áp tụ sau khi
áp dụng phƣơng pháp cân bằng nhƣ là: chỉ số điều chế, hệ số công suất tải đến áp
tụ, biên độ của bộ giới hạn điện áp offset. Khảo sát sự ảnh hƣởng của biên độ hàm
offset đến thời gian cân bằng áp tụ và độ lớn của điện áp dao động trên tụ sau cân
bằng. Đồng thời, đề tài trình bày giá trị tối ƣu của biên độ hàm offset với bốn
trƣờng hợp của chỉ số điều chế cùng với các giá trị khác nhau của hệ số công suất.

Trang - vii -


ABSTRACT
This thesis presents a control method for balancing the capacitor voltage of
three-level Neutral-Point-Clamped (NPC) converters. This control method
overcomes one of the main problems of this converter, which is the low frequency
voltage oscillation that appears in the neutral point. The algorithm is based on a
carrier-based Pulse Width Modulation (CPWM). Studying a offset voltage to have
optimal results in relation to power factor and modulation index is a matter of
concern.
This thesis presents the optimal value of offset voltage in different modulation

indexs and power factors. It shows the influence of power factor, modulation index
on the balancing time and the capcitor voltage deviation.

Trang - viii -


MỤC LỤC

Nội dung ............................................................................................................ Trang
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI .................................................................................. ii
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v
LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................ vi
TÓM TẮT ................................................................................................................ vii
MỤC LỤC ................................................................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... xiv

Chƣơng 1 TỔNG QUAN ............................................................................................1
1.1 Tổng quan chung về nghịch lƣu NPC, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc đã công bố ..........................................................................................................1
1.1.1 Tổng quan ....................................................................................................1
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu đã công bố ............................................................3
1.2 Mục đích của đề tài. ............................................................................................. 5
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài. ................................................................ 5
1.3.1 Nhiê ̣m vu ̣ .....................................................................................................5
1.3.2 Giới ha ̣n .......................................................................................................5
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................... 6

Trang - ix -


Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................7
2.1. Một số bộ nghịch lƣu truyền thống ...................................................................... 7
2.1.1. Bộ nghịch lƣu 1 nhánh (single leg Inverter) ..............................................7
2.1.2 Bộ nghịch lƣu cầu 1 pha (H – Bridge) .....................................................10
2.1.3. Bộ nghịch lƣu áp 3 pha 2 bậc đơn giản ....................................................12
2.1.3.1 Phân tích mạch ....................................................................................12
2.1.3.2 Điện áp ngõ ra thay đổi tuyến tính theo tính hiệu điều khiển .............13
2.1.4. Bộ nghịch lƣu áp NPC ba bậc ..................................................................14
2.1.5. Nhận xét ...................................................................................................15
2.2. Các phƣơng pháp điều chế độ rộng xung........................................................... 16
2.2.1. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung sin SPWM .....................................17
2.2.2. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung cải biến SFO-PWM .......................21
Chƣơng 3 KHẢO SÁT VẤN ĐỀ MẤT CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ ......................25
3.1 Hiện tƣợng mất cân bằng áp tụ ........................................................................... 25
3.2 Nguyên nhân mất cân bằng điện áp tụ ................................................................ 27
3.3 Các trạng thái kết nối ngõ ra có ảnh hƣởng đến dòng NP .................................. 31
Chƣơng 4 PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ ........................................35
4.1 Phƣơng pháp cân bằng điện áp tụ ....................................................................... 35
4.2 Mô hình của bộ nghịch lƣu có áp dụng giải thuật cân bằng ............................... 44
4.2.1 Khối tạo các điện áp va, vb,vc ....................................................................44
4.2.2 Khối tạo các tín hiệu vxp và vxn..................................................................44
4.2.3 Khối tạo các điện áp offset ........................................................................45
4.2.4 Khối tạo chuỗi xung kích ..........................................................................48
4.3 Kết quả khi áp dụng giải phƣơng pháp cân bằng điện áp tụ ............................... 50

Trang - x -

Chƣơng 5 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÂN BẰNG ÁP TỤ ..............57
5.1 Khảo sát sự ảnh hƣởng của các thông số đến điện áp tụ..................................... 57
5.1.1 Sự ảnh hƣởng của tham số Kp đến sự cân bằng áp tụ ............................... 57
5.1.2 Sự ảnh hƣởng của chỉ số điều chế ............................................................ 58
5.1.3 Sự ảnh hƣởng của hệ số công suất tải ...................................................... 59
5.1.4 Sự ảnh hƣởng của điện dung các tụ ......................................................... 60
5.1.4.1 Trƣờng hợp hai tụ có điện dung bằng nhau ...................................... 60
5.1.4.2 Trƣờng hợp hai tụ có điện dung khác nhau ....................................... 61
5.1.5 Sự ảnh hƣởng của bộ giới hạn .................................................................. 61
5.2 Giá trị tối ƣu của tham số Kp ............................................................................. 62
5.2.1 Phƣơng pháp tìm giá trị tối ƣu của Kp ..................................................... 62
5.2.2 Kết quả đạt đƣợc ....................................................................................... 63
Chƣơng 6 KẾT LUẬN ..............................................................................................66
6.1 Kết luận ............................................................................................................... 66
6.2 Hƣớng phát triển ................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................67
TIẾNG VIỆT ............................................................................................................. 67
TIẾNG NƢỚC NGOÀI ............................................................................................ 67

Trang - xi -


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
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 - xii -


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng ................................................................................................................... Trang
Bảng 2.1: Trạng thái kích đóng và điện áp ngõ ra của bộ nghịch lƣu 1 nhánh ........34
Bảng 2.2: Quan hệ giữa các giá trị của tín hiệu điều khiển
và điện áp nghịch lƣu ................................................................................................13
Bảng 2.3. Mối quan hệ trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lƣu NPC 3 bậc
với áp nghịch lƣu .......................................................................................................15
Bảng 3.1: Mối liên quan giữa dòng NP và dòng tải trạng thái kết nối .....................34
Bảng 5.1: Giá trị tối ƣu của Kp ứng với các giá trị của công suất tải và
chỉ số điều chế. ..........................................................................................................64

Trang - xiii -


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình ................................................................................................................... Trang
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lƣu 1nhánh ......................................................7
Hình 2.2: Nguyên lý điều khiển sóng mang...............................................................8
Hình 2.3: Dạng sóng của điện áp nghịch lƣu theo áp điều khiển và sóng mang ........9
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lƣu cầu 1 pha .................................................10
Hình 2.5: Mô hình áp trung bình tƣơng đƣơng .........................................................10
Hình 2.6: Mô hình mạch tức thời và trung bình của bộ nghịch lƣu cầu 1 pha .........11
Hình 2.7: Sơ đồ mạch của bộ nghịch lƣu áp 3 pha, 2 bậc .........................................12
Hình 2.8: Sơ đồ giải tích mạch tƣơng đƣơng ............................................................13
Hình 2.9: Cấu trúc của nghịch lƣu NPC ba bậc tải RL hình Y. ................................14

Hình 2.10: Sơ đồ các phƣơng pháp điều chế tần số chuyển mạch ............................17
Hình 2.11: Nguyên lý của SPWM cho bộ nghịch lƣu cầu H ....................................18
Hình 2.12: Phƣơng pháp SPWM với kiểu bố trí sóng mang PSC ............................19
Hình 2.13: Các dạng của CPWM dùng sóng mang dịch mức ..................................20
Hình 2.14: Điện áp các pha và điện áp dây của tải khi dùng LSC CPWM .............21
Hình 2.15: Dạng sóng điện áp cực đại _max(Va,Vb,Vc) .........................................22
Hình 2.16: Dạng sóng điện áp cực tiểu_min(Va,Vb,Vc) ..........................................23
Hình 2.17: Dạng sóng điện áp offset.........................................................................23
Hình 2.18: Dạng sóng điện áp điều khiển pha A khi dùng SFO-PWM ....................23
Hình 3.1: Cấu trúc của mạch nghịch lƣu NPC 3 bậc, 3 pha có tụ nguồn .................25
Hình 3.2: Sơ đồ khối của bộ nghịch lƣu NPC ba bậc dùng kỹ thuật
điều chế SFO-PWM .................................................................................................26

Trang - xiv -


Hình 3.3: Hiện tƣợng mất cân bằng điện áp trên các tụ ............................................27
Hình 3.4: Mối liên hệ giữa điện áp trên tụ và dòng qua điểm NP ............................27
Hình 3.5 : Điện áp nghịch lƣu khi áp tụ không cân bằng .........................................29
Hình 3.6 : Điện áp nghịch lƣu khi áp tụ cân bằng ....................................................29
Hình 3.7: Điện áp dây ab khi áp tụ không cân bằng .................................................29
Hình 3.8: Điện áp dây ab khi áp tụ cân bằng ............................................................30
Hình 3.9: Áp tải pha a khi áp tụ không cân bằng ......................................................30
Hình 3.10: Áp tải pha a khi áp tụ cân bằng ...............................................................30
Hình 3.11: Vài trƣờng hợp đóng ngắt các khóa gây mất cân bằng áp tụ ..................33
Hình 4.1: Mối quan hệ giữa áp điều khiển và sóng mang với dòng qua điểm NP ...37
Hình 4.2: Dạng sóng điện áp điều khiển của 3 pha...................................................39
Hình 4.3: Dạng sóng điện áp điều khiển cải biến của pha a .....................................39
Hình 4.4: Sơ đồ khối của bộ điều khiển có áp dụng phƣơng pháp cân bằng ............41
Hình 4.5: Lƣu đồ giải thuật tạo điện áp offset ..........................................................43

Hình 4.6: Mô hình mô phỏng giải thuật cân bằng áp DC-Link cho bộ
nghịch lƣu NPC 3 bậc. .............................................................................................44
Hình 4.7: Khối tạo các tín hiệu vxp và vxn .................................................................45
Hình 4.8: Khối Max_Min ..........................................................................................45
Hình 4.9: Khối tạo điện áp offset ..............................................................................46
Hình4.10: Khối tính toán các thông số .....................................................................47
Hình 4.11: Khối tạo chuỗi xung kích ........................................................................48
Hình 4.12: Dạng sóng của điện áp trên tụ khi áp dụng phƣơng pháp cân bằng .......50
Hình 4.13: Dạng sóng áp nghịch lƣu khi dùng phƣơng pháp cân bằng ....................51
Hình 4.14: Dạng sóng áp nghịch lƣu khi không dùng phƣơng pháp cân bằng .........51

Trang - xv -


Hình 4.15: Dạng sóng áp tải pha a khi dùng phƣơng pháp cân bằng .......................52
Hình 4.16: Dạng sóng áp tải pha a khi không dùng phƣơng pháp cân bằng ............52
Hình 4.17: Phổ hài của điện áp tải pha a khi dùng phƣơng pháp cân bằng ..............53
Hình 4.18: Phổ hài của điện áp tải pha a khi không dùng phƣơng pháp cân bằng ...53
Hình 4.19: Dạng sóng áp dây ab khi dùng phƣơng pháp cân bằng ..........................53
Hình 4. 20: Dạng sóng áp dây ab khi không dùng phƣơng pháp cân bằng ..............54
Hình 4. 21: Phổ hài của điện áp dây ab khi dùng phƣơng pháp cân bằng ................54
Hình 4. 22: Phổ hài của điện áp dây ab khi không dùng phƣơng pháp cân bằng .....55
Hình 4. 23: Dạng sóng dòng điện pha a khi dùng phƣơng pháp cân bằng ...............55
Hình 4. 24: Dạng sóng dòng điện pha a khi không dùng phƣơng pháp cân bằng ....55
Hình 4. 25: Phổ hài của dòng điện pha a khi dùng phƣơng pháp cân bằng ..............56
Hình 4. 26: Phổ hài của dòng điện pha a khi không dùng phƣơng pháp cân bằng ...56
Hình 5.1: Dạng sóng của áp tụ với các giá trị khác nhau của Kp .............................57
Hình 5.2: Dạng sóng áp tụ với các giá trị khác nhau của chỉ số điều chế.................58
Hình 5.3: Dạng sóng của điện áp tụ với các giá trị khác nhau của cosφ ..................59
Hình 5.4a: Dạng sóng điện áp tụ khi thay đổi giá trị của điện dung ........................60

Hình 5.4b: Hình ảnh phóng to của dạng sóng điện áp tụ khi thay đổi
giá trị của điện dung .................................................................................................60
Hình 5.5: Dạng sóng điện áp trên hai tụ trƣờng hợp hai tụ có điện dung
khác nhau .................................................................................................................61
Hình 5.6: Điện áp trên tụ khi thay đổi giới hạn của áp offset ...................................62
Hình 5.7: Giá trị tối ƣu của Kp theo m và cosφ ........................................................65

Trang - xvi -


1. Tổng quan

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về nghịch lƣu NPC, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố
1.1.1 Tổng quan
Ngày nay, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng rất nhiều trong công
nghiệp. Trong đó bộ nghịch lưu áp được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực truyền
động điện động cơ không đồng bộ vì luôn đòi hỏi với độ chính xác cao, tăng độ tin
cậy, giảm khả năng tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng và tăng khả
năng điều khiển tinh vi. Bộ nghịch lưu được dùng trong các bộ phận của bộ biến
tần, thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần, bộ dự trữ năng lượng.
Ngoài ra, bộ nghịch lưu còn được ứng dụng vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản
kháng lưới điện.
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều
không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều.
Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nếu đại lượng được
điều khiển ở ngõ ra là điện áp thì bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu áp, ngược

lại gọi là bộ nghịch lưu dòng. Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có
tính chất nguồn điện áp và nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu dòng có
tính chất nguồn dòng thì các b ộ nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp
nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ
nghịch lưu dòng. Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở ngõ ra
khác nhau ví dụ bộ nghịch lưu cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một
chiều, ta gọi chúng là bộ nghịch lưu điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp hoặc bộ
nghịch lưu dòng nguồn áp.

Trang - 1 -


1. Tổng quan

Bộ nghịch lưu áp đa bậc (từ 3 bậc trở lên ) được biết đến như là bộ chuyển đổi
công suất lớn, có nhiều mức điện áp ở ngõ ra so với bộ nghịch lưu áp hai bậc. Bộ
nghịch lưu áp đa bậc, còn gọi là Multi-level Voltage Source Inverter (VSI), có các
ưu điểm chính là điện áp trên các tụ điện nhỏ, dạng sóng điện áp rất tốt, ít hài, do đó
số bậc càng cao thì chất lượng dòng điện càng tốt và hiệu suất biến đổi năng lượng
cao, giảm các gai điện áp (dv/dt) trên các cuộn dây quấn của động cơ.
Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc là công suất của bộ nghịch lưu tăng lên,
điện áp đặt lên các linh kiện 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 phần sóng
hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu áp hai bậc. Ngươ ̣c la ̣i,
bô ̣ nghich
̣ lưu đa bâ ̣c có nhi ều hạn chế như: số lượng khoá bán dẫn lớn, điều này
làm cho hệ thống trở nên phức tạp và đắt tiền. Bộ nghịch lưu có rất nhiều loại cũng
như nhiều phương pháp điều khiển khác nhau:
 Theo số pha điện áp đầu ra : nghịch lưu áp 1 pha, 3 pha,…
 Theo số cấp giá trị điện áp giữa đầu pha tải đến một điểm điện thế

chuẩn trên mạch có: hai bậc (two-level), đa bậc (Multi_level – từ 3 bậc
trở lên).
 Theo cấu hình của bộ nghịch lưu: dạng cascade (cascade inverter),
dạng nghịch lưu chứa diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped
Multilevel Inverter), Floating Capacitor Converters (FLC)
 Theo phương pháp điều khiển:


Phương pháp điều rộng



Phương pháp điều biên



Phương pháp điều chế độ rộng xung dựa vào sóng mang

(CPWM)


Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM)

Trang - 2 -


1. Tổng quan



Phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM)

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu đã công bố
Việc nghiên cứu điều khiển nghịch lưu đã có từ hơn 30 năm qua. Trong
những năm gần đây, việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch lưu đã và
đang được thực hiện ngày một nhiều hơn. Đối tượng chính trong các nghiên cứu
này, ở thời kỳ đầu, thường là nghiên cứu nghịch lưu theo phương pháp điều chế độ
rộng xung sóng mang (Carriers Based Pulse Width Modulation – CPWM). Chỉ đến
những năm cuối 1980 các nghiên cứu mới có nhiều hướng chuyển đổi mà một trong
những hướng mới đã thu được nhiều thành quả là nghiên cứu điều chế độ rộng
xung theo phương pháp vector không gian (Space Vector Pulse Width Modulation –
SVPWM).
Đến nay, các công trình nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc xuất phát từ các
phòng thí nghiệm điện và các phòng thí nghiệm điện tử công suất của các nước Mỹ,
Nhật, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc … chỉ theo một trong hai hướng trên. Các công
trình tiêu biểu cho hướng CPWM có thể kể đến các công trình của Steinke.J.KGemany, của Tolbert, Cartrasa –USA, nhóm hợp tác của T.A.Lipo-USA,
D.G.Holmes -Ustralia(1990-2005), Chiasson, Tolbert-USA, F.Blaabjerg Denmark
(1990-2005), D.S.Huyn-Korea (1990-2005), K.Gopakumar-Indie (2000- 2005),
J.W.Dixon-Chile (2000-2005). Trong khi đó nhóm phát triển kỹ thuật SVPWM
được biết đến bởi các công trình liên quan tiêu biểu của F.Z.Peng, D.Boroyevich
(USA), D.S.Huyn-Korea, J.Rodriguez –Chile, T.A.Meynard- France, Bin WuCanada.
Vấn đề cân bằng áp tụ cho các bộ nghịch lưu đa bậc đã được nhiều nhóm
nghiên cứu quan tâm. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung cân bằng cho các bộ
nghịch lưu NPC ba bậc, bộ nghịch lưu cầu H dựa trên hai phương pháp điều chế
CPWM và SVPWM. Kết quả của các nghiên cứu này đã giải quyết được vấn đề cân
bằng, nhưng độ dao động áp tụ lớn, tần số chuyển mạch của linh kiện cao. Vài
nghiên cứu về vấn đề này được trình bày như bên dưới:

Trang - 3 -

S

K

L

0

0

2

1

5

4