Giải Thuật Nghịch Lưu 3 Pha 5 Bậc NPC Cầu H Giảm Số Lần Chuyển Mạch

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM TẠ

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.1.3. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.1.4. Mục đích của đề tài

1.1.5. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.1.6. Phương pháp nghiên cứu

1.1.7. Điểm mới của đề tài

1.1.8. Giá trị thực tiễn của đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Tổng quan về nghịch lưu đa bậc

2.2. Các cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc

2.2.1. Cấu trúc bộ nghịch lưu NPC (Neutral Point Clamped)

2.2.2. Cấu trúc bộ nghịch lưu kẹp tụ (Flying capacitor inverter)

2.2.3. Cấu trúc bộ nghịch lưu áp dạng cascade

2.2.4. Cấu trúc bộ nghịch lưu áp dạng H-NPC

2.3. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) nghịch lưu 3 pha 5 bậc H-NPC

2.3.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung Sin PWM

2.3.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (MSPWM: Modified SPWM)

2.4. Phương pháp điều chế vector không gian

2.4.1. Khái niệm vector không gian

2.4.2. Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc

2.4.3. Nguyên lý điều chế vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc

3. CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT NGHỊCH LƯU 3 PHA 5 BẬC NPC CẦU H GIẢM SỐ LẦN CHUYỂN MẠCH

3.1. Nguyên lý bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC

3.2. Phương pháp PWM đề xuất cho bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc H-NPC giảm số lần chuyển mạch

3.3. Mô phỏng giải thuật đề xuất trên bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC giảm số lần chuyển mạch

3.3.1. Thông số mô phỏng

3.3.2. Mô hình mô phỏng

3.3.3. Chức năng các khối trong mô hình

3.3.3.1. Khối tạo sóng sin

3.3.3.2. Khối sóng mang

3.3.3.3. Sơ đồ khối xung kích

3.3.4. Kết quả mô phỏng

3.3.4.1. Mô phỏng với chỉ số điều khiển m = 0.2

3.3.4.2. Mô phỏng với chỉ số điều khiển m = 0.3

3.3.4.3. Mô phỏng với chỉ số điều khiển m = 0.4

3.3.4.4. Mô phỏng với chỉ số điều khiển m = 0.5

3.4. Phân tích FFT áp tải và dòng điện tải với các chỉ số điều chế m

3.4.1. Phân tích FFT điện áp tải

3.4.2. Phân tích FFT dòng điện tải

3.5. So sánh phương pháp đề xuất với các phương pháp đã công bố ở Việt Nam

4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

4.1. Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm

4.2. Mạch động lực

4.3. Mạch điều khiển

4.4. Module mạch kích

4.5. Mạch nguồn kích các IGBT

4.6. Tổng thể mô hình thực nghiệm

4.7. Mô tả mô hình thực nghiệm bằng kỹ thuật lập trình nhúng

4.7.1. Sơ đồ tín hiệu hệ thống lập trình nhúng

4.7.2. Mô hình lập trình nhúng trên Matlab/Simulink

4.8. Kết quả thực nghiệm trên tải R-L, R = 40Ω và L = 100mH

4.8.1. Kết quả thực nghiệm với chỉ số m = 0.2

4.8.2. Kết quả thực nghiệm với chỉ số điều chế m = 1

4.8.3. Phân tích FFT điện áp pha tâm tải

4.8.4. Đặc tuyến điều khiển điện áp tải và dòng điện tải theo chỉ số điều chế m

4.8.5. So sánh THD Uta giữa mô phỏng và thực nghiệm

4.8.6. So sánh THDu giải thuật đề xuất với các kết quả đã công bố ở Việt Nam

4.9. Khảo sát số lần chuyển mạch của giải thuật đề xuất

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

5.1. Những kết quả đạt được

5.2. Hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu H

Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu H là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điện tử công suất. Nghiên cứu này tập trung vào việc giảm số lần chuyển mạch, từ đó giảm tổn hao năng lượng trong quá trình hoạt động của hệ thống. Việc áp dụng công nghệ nghịch lưu giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện. Đặc biệt, việc sử dụng giải thuật nghịch lưu 5 bậc NPC cho phép tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều sang điện xoay chiều, phục vụ cho các ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Theo nghiên cứu, số lần chuyển mạch có thể giảm đến 33% theo lý thuyết và 15.25% trong thực nghiệm, điều này cho thấy giá trị thực tiễn của giải thuật này trong việc tiết kiệm năng lượng.

II. Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC

Bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC hoạt động dựa trên nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM). Nguyên lý này cho phép điều khiển điện áp đầu ra bằng cách thay đổi độ rộng của các xung điều khiển. Việc sử dụng công nghệ nghịch lưu 5 bậc giúp giảm thiểu độ méo hài (THD) và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Các sóng mang được điều chế để tạo ra các mức điện áp khác nhau, từ đó giảm số lần chuyển mạch của các khóa công suất. Kỹ thuật này không chỉ giúp giảm tổn hao năng lượng mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Việc áp dụng hàm offset trong điều chế cũng là một điểm nổi bật, giúp tối ưu hóa biên độ điện áp và giảm thiểu số lần chuyển mạch.

III. Phương pháp PWM đề xuất cho bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC

Phương pháp PWM đề xuất trong nghiên cứu này sử dụng hàm offset để điều chỉnh các mức điện áp điều khiển. Kỹ thuật này cho phép chuyển đổi điện áp điều khiển về các ngưỡng khác nhau, từ đó tối ưu hóa biên độ điện áp offset. Việc giảm số lần chuyển mạch không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu tổn hao do chuyển mạch. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp này có thể đạt được hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC là một bước tiến quan trọng trong công nghệ điều khiển điện năng.

IV. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng giải thuật đề xuất có thể giảm số lần chuyển mạch đáng kể. Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm MATLAB/SIMULINK, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu. Thực nghiệm trên phần cứng với IGBT STGW25N120K cũng cho kết quả tương tự, xác nhận tính khả thi của giải thuật. Việc so sánh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy độ chính xác cao, điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu. Các kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong lý thuyết mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong các hệ thống điện công nghiệp.

V. Giá trị thực tiễn và ứng dụng của giải thuật

Giải thuật nghịch lưu 3 pha 5 bậc NPC cầu H không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp điện. Việc giảm số lần chuyển mạch giúp tiết kiệm năng lượng, giảm tổn hao và nâng cao hiệu suất của các thiết bị điện. Các ứng dụng của giải thuật này có thể thấy trong các hệ thống truyền động điện, lò cảm ứng, và các thiết bị điện tử công suất khác. Điều này cho thấy rằng nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa trong việc phát triển công nghệ mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường thông qua việc tiết kiệm năng lượng.

Nghiên Cứu Giải Thuật Nghịch Lưu 3 Pha 5 Bậc NPC Cầu H Để Giảm Số Lần Chuyển Mạch