Giải thuật điều chế sóng mang giảm số lần chuyển mạch cho nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade

Nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade là một cấu trúc nghịch lưu đa cấp. Cấu trúc này tạo ra điện áp đầu ra với nhiều cấp điện áp trung gian, nhờ đó giảm thiểu sóng hài và nâng cao chất lượng điện năng. So với các loại nghịch lưu khác, nghịch lưu cascade có ưu điểm về việc giảm thiểu tổn hao chuyển mạch và khả năng hoạt động ở tần số cao hơn. Việc mô hình hóa nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade là bước quan trọng để phân tích và thiết kế các thuật toán điều khiển hiệu quả. Các phương trình toán học mô tả hoạt động của nghịch lưu cascade cần được xây dựng chính xác để đảm bảo độ chính xác của mô phỏng và kết quả thực nghiệm. Phân tích hài của điện áp đầu ra là yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của giải thuật điều chế sóng mang. THD thấp là mục tiêu hướng đến để đảm bảo chất lượng điện năng đầu ra. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghịch lưu bao gồm tổn hao chuyển mạch, tổn hao dẫn, và tổn hao trong các linh kiện điện tử công suất. Tối ưu hóa thiết kế hướng tới giảm thiểu các loại tổn hao này để nâng cao hiệu quả của hệ thống.

Giải thuật điều chế sóng mang là trái tim của nghịch lưu; nó điều khiển các khóa công suất để tạo ra điện áp đầu ra mong muốn. Phương pháp Pulse Width Modulation (PWM) rất quan trọng. SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) là phương pháp phổ biến, cho phép tạo ra sóng hình sin gần đúng bằng cách điều khiển độ rộng xung. Space Vector PWM (SVPWM) là một phương pháp điều chế sóng mang tiên tiến, dựa trên việc phân tích không gian vector. SVPWM tối ưu hóa việc sử dụng các vector không gian, giảm thiểu sóng hài và nâng cao hiệu suất. Giải thuật điều chế sóng mang đa cấp phức tạp hơn nhưng hiệu quả hơn các phương pháp PWM truyền thống. Giải thuật điều chế sóng mang cải tiến nhằm giảm số lần chuyển mạch, giảm thiểu tổn hao chuyển mạch, và giảm thiểu THD. Các giải thuật điều chế sóng mang khác nhau được đánh giá dựa trên các chỉ số như THD, hiệu suất nghịch lưu, và độ phức tạp của thuật toán. Nghiên cứu này đề cập đến việc giảm số lần chuyển mạch để nâng cao hiệu suất của nghịch lưu.

Việc xây dựng mô hình toán học chính xác cho nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade là rất quan trọng. Mô hình cần phản ánh chính xác các đặc tính của hệ thống, bao gồm các tham số của các linh kiện, các phương trình mô tả hoạt động của nghịch lưu cascade, và giải thuật điều chế sóng mang. Phương trình toán mô tả mối quan hệ giữa các biến trạng thái của hệ thống, ví dụ như điện áp và dòng điện, và các tham số điều khiển. Mô hình toán học cần đủ chính xác để có thể dự đoán chính xác hoạt động của hệ thống trong điều kiện thực tế. Các công cụ toán học như ma trận chuyển đổi có thể được sử dụng để đơn giản hóa việc mô tả hệ thống. Việc xác định chính xác các thành phần hài trong điện áp đầu ra giúp đánh giá hiệu quả của giải thuật điều chế sóng mang.

Sau khi xây dựng mô hình toán học, bước tiếp theo là mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm chuyên dụng. MATLAB/Simulink và PSIM là những phần mềm phổ biến được dùng để mô phỏng nghịch lưu. Mô hình mô phỏng cần bao gồm tất cả các thành phần chính của hệ thống, bao gồm nguồn điện, nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade, tải, và bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng bao gồm các dạng sóng của điện áp và dòng điện, cho phép đánh giá hiệu quả của giải thuật điều chế sóng mang. Phân tích FFT được sử dụng để phân tích thành phần hài trong điện áp đầu ra. THD được tính toán để đánh giá chất lượng điện năng đầu ra. Kết quả mô phỏng cần được so sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc mở rộng mô hình có thể bao gồm thêm các thành phần như bộ lọc hoặc các thiết bị bảo vệ.

Mô hình thực nghiệm là một hệ thống nghịch lưu 3 pha 5 bậc cascade thực tế. Việc thiết kế mô hình thực nghiệm cần chú trọng đến nhiều yếu tố, bao gồm lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch điện, và lựa chọn thiết bị đo đạc. Các linh kiện như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), tụ điện, và điện trở cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Mạch điều khiển cần được thiết kế sao cho đáp ứng được yêu cầu của giải thuật điều chế sóng mang. Thiết bị đo đạc cần có độ chính xác cao để đảm bảo tính chính xác của kết quả thực nghiệm. Việc xây dựng mô hình thực nghiệm cần tuân thủ các quy tắc an toàn điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Sau khi thực hiện xong quá trình thực nghiệm, cần tiến hành phân tích kết quả thực nghiệm. Dữ liệu thu thập được bao gồm các dạng sóng điện áp và dòng điện, được sử dụng để đánh giá hiệu quả của giải thuật điều chế sóng mang. Phân tích FFT được sử dụng để tính toán THD và đánh giá chất lượng điện năng đầu ra. Hiệu suất nghịch lưu được tính toán dựa trên tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển đổi. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá tính chính xác của mô hình toán học. Đánh giá hiệu quả của giải thuật điều chế sóng mang dựa trên các chỉ số như THD, hiệu suất nghịch lưu, và độ phức tạp của thuật toán. Kết luận của nghiên cứu nêu bật những đóng góp của công trình và các hướng nghiên cứu tiếp theo.