Giảm Điện Áp Common-Mode cho Bộ Nghịch Lưu 3 Pha 3 Bậc

Tài liệu nghiên cứu Giảm điện áp common mode cho bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Bùi Xuân Hảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
• Đề tài: Giảm Điện Áp Common – Mode Cho Bộ Nghịch Lưu 3 Pha 3 Bậc
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giảm Điện Áp Common Mode Biến Tần 3 Pha

Trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng, biến tần 3 pha đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp và năng lượng tái tạo. Điện áp common mode xuất hiện như một thách thức đáng kể, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về nguyên nhân điện áp common mode và tầm quan trọng của việc khắc phục điện áp common mode trong biến tần 3 pha. Mục tiêu chính là giảm thiểu tác động tiêu cực của điện áp common mode inverter lên động cơ và các thiết bị điện tử nhạy cảm khác. Việc giảm điện áp common mode không chỉ kéo dài tuổi thọ thiết bị mà còn cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Các phương pháp giảm nhiễu điện áp common mode sẽ được thảo luận chi tiết, bao gồm cả việc sử dụng màng lọc điện áp common mode và các kỹ thuật điều khiển tiên tiến. Nghiên cứu tập trung vào biến tần 3 pha vì tính ứng dụng rộng rãi và những thách thức đặc biệt mà nó đặt ra. Từ khóa chính cần nhấn mạnh là điện áp common mode biến tần. Theo tài liệu gốc, các bộ nghịch lưu đa bậc có một nhược điểm đi kèm là sự phát sinh điện áp common – mode [1].

1.1. Tầm quan trọng của việc giảm điện áp chế độ chung

Việc giảm điện áp chế độ chung (common mode voltage) đặc biệt quan trọng trong các hệ thống biến tần 3 pha vì nhiều lý do. Thứ nhất, điện áp common mode có thể gây ra dòng điện rò rỉ, dẫn đến nhiễu điện từ (EMI) và ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác trong hệ thống. Thứ hai, nó có thể gây ra điện áp common mode động cơ, gây hư hỏng vòng bi và giảm tuổi thọ động cơ. Thứ ba, điện áp common mode có thể tạo ra dòng điện đất (ground loop), gây nguy hiểm cho người sử dụng và thiết bị. Do đó, các biện pháp chống điện áp common mode là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống.

1.2. Các ứng dụng thực tế của biến tần giảm điện áp common mode

Các biến tần giảm điện áp common mode được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong công nghiệp, chúng được sử dụng để điều khiển động cơ trong các hệ thống tự động hóa, máy móc và thiết bị. Trong năng lượng tái tạo, chúng được sử dụng trong các hệ thống điện mặt trời và điện gió để chuyển đổi năng lượng từ nguồn DC sang AC. Trong giao thông vận tải, chúng được sử dụng trong xe điện và các hệ thống truyền động điện. Việc sử dụng biến tần có lọc common mode giúp cải thiện hiệu suất, giảm nhiễu và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị trong các ứng dụng này. Theo tài liệu gốc, nhu cầu sử dụng bộ nghịch lưu ngày càng lớn vì những lợi ích mà nó mang lại như: tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao, điều khiển và ổn định hệ thống điện.

II. Vấn Đề Và Ảnh Hưởng Của Điện Áp Common Mode

Điện áp common mode trong biến tần 3 pha không chỉ là một thông số kỹ thuật mà còn là một vấn đề thực tế với những ảnh hưởng nghiêm trọng. Ảnh hưởng điện áp common mode bao gồm sự suy giảm tuổi thọ của động cơ, nhiễu điện từ (EMC), và các vấn đề liên quan đến an toàn. Nguyên nhân điện áp common mode xuất phát từ cấu trúc chuyển mạch của biến tần và sự không cân bằng trong hệ thống. Các thành phần như điện áp common mode dây dẫn và sóng hài điện áp common mode góp phần làm tăng mức độ nghiêm trọng của vấn đề. Việc hiểu rõ ảnh hưởng điện áp common mode là bước đầu tiên để triển khai các giải pháp biện pháp giảm điện áp common mode hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, điện áp common mode và tuổi thọ động cơ có mối liên hệ mật thiết, đặc biệt là với điện áp common mode và vòng bi. Do đó, việc phân tích điện áp common mode là cần thiết để đánh giá rủi ro và đưa ra các biện pháp phòng ngừa. Theo tài liệu gốc, dòng điện do điện áp common mode gây nên sẽ phát sinh ra hiệu ứng điện từ làm hư hỏng các bộ phận cơ khí của hệ truyền động sử dụng động cơ điện, đặt biệt là vòng bi của nó, gây giảm tuổi thọ của động cơ.

2.1. Tác động của điện áp common mode lên động cơ điện

Điện áp common mode có thể gây ra nhiều vấn đề cho động cơ điện, bao gồm điện áp common mode và vòng bi làm hỏng vòng bi do hiện tượng phóng điện. Điện áp common mode và cách điện làm suy giảm cách điện của cuộn dây động cơ, dẫn đến giảm tuổi thọ động cơ. Điện áp common mode và nhiễu điện làm tăng nhiễu điện từ (EMI), gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc giảm điện áp common mode có thể kéo dài tuổi thọ động cơ và cải thiện hiệu suất hệ thống.

2.2. Ảnh hưởng đến khả năng tương thích điện từ EMC

Điện áp common mode và EMC có mối liên hệ chặt chẽ. Điện áp common mode tạo ra dòng điện rò rỉ, gây ra nhiễu điện từ (EMI) có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác. Để đảm bảo khả năng tương thích điện từ (EMC), cần phải giảm điện áp common mode và sử dụng các biện pháp bảo vệ như common mode choke và common mode filter.

III. Phương Pháp Điều Chế PWM Giảm Điện Áp Common Mode Biến Tần

Các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) đóng vai trò then chốt trong việc giảm điện áp common mode trong biến tần 3 pha. Các kỹ thuật như PD (Phase Disposition), POD (Phase Opposition Disposition), SFO (Switching Frequency Optimal) và RNS (Reduce Number Switching) đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Mục tiêu chung là tối ưu hóa quá trình chuyển mạch để giảm thiểu sự xuất hiện của điện áp common mode. Các phương pháp này tác động trực tiếp đến tần số điện áp common mode và sóng hài điện áp common mode. Việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và các yếu tố như hiệu suất, độ phức tạp và chi phí. Các nghiên cứu về biến tần giảm điện áp common mode thường tập trung vào việc so sánh hiệu quả của các phương pháp điều chế khác nhau. Theo tài liệu gốc, đồ án này lựa chọn cấu trúc bộ nghịch lưu dạng ghép tầng để nghiên cứu.

3.1. So sánh các phương pháp PD POD SFO và RNS

Các phương pháp điều chế PWM khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến điện áp common mode. PD (Phase Disposition) có ưu điểm đơn giản nhưng có thể tạo ra điện áp common mode lớn hơn. POD (Phase Opposition Disposition) giúp giảm điện áp common mode nhưng có thể làm tăng độ méo hài. SFO (Switching Frequency Optimal) tối ưu hóa tần số chuyển mạch để giảm điện áp common mode và cải thiện hiệu suất. RNS (Reduce Number Switching) giảm số lần chuyển mạch để giảm tổn thất và điện áp common mode. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

3.2. Tối ưu hóa tham số điều chế để giảm điện áp common mode

Việc tối ưu hóa các tham số điều chế PWM, như tần số chuyển mạch và chỉ số điều chế, có thể giúp giảm điện áp common mode. Tần số chuyển mạch cao hơn có thể giúp giảm độ méo hài nhưng cũng làm tăng tổn thất chuyển mạch. Chỉ số điều chế có thể ảnh hưởng đến biên độ của điện áp common mode. Do đó, cần phải cân bằng các yếu tố này để đạt được hiệu suất và giảm điện áp common mode tối ưu.

IV. Giải Pháp Phần Cứng Giảm Điện Áp Common Mode Biến Tần 3 Pha

Bên cạnh các phương pháp điều chế PWM, các giải pháp phần cứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm điện áp common mode. Các thành phần như common mode filter, common mode choke, và biến tần có lọc common mode được sử dụng để ngăn chặn điện áp common mode lan truyền trong hệ thống. Mạch lọc điện áp common mode được thiết kế để loại bỏ các thành phần tần số cao của điện áp common mode. Các giải pháp này thường được kết hợp với các phương pháp điều chế PWM để đạt được hiệu quả giảm điện áp common mode tối ưu. Việc lựa chọn giải pháp phần cứng phù hợp phụ thuộc vào mức độ giảm điện áp common mode cần thiết và các yếu tố như chi phí, kích thước và hiệu suất. Theo tài liệu gốc, ta cần xác định các khối của mô hình thực nghiệm, xây dựng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ đi dây của từng mạch điện trong 2 các khối trên phần mềm Altium.

4.1. Sử dụng Common Mode Choke và Common Mode Filter

Common mode choke và common mode filter là các thành phần thụ động được sử dụng để ngăn chặn điện áp common mode lan truyền. Common mode choke là một cuộn cảm có hai cuộn dây được quấn ngược chiều nhau, giúp triệt tiêu dòng điện common mode trong khi cho phép dòng điện differential mode đi qua. Common mode filter bao gồm common mode choke và các tụ điện để tạo thành một mạch lọc, giúp loại bỏ các thành phần tần số cao của điện áp common mode.

4.2. Thiết kế mạch lọc điện áp common mode hiệu quả

Để thiết kế mạch lọc điện áp common mode hiệu quả, cần phải xác định tần số cắt và độ suy giảm mong muốn. Tần số cắt nên được chọn sao cho nó thấp hơn tần số chuyển mạch của biến tần nhưng cao hơn tần số cơ bản của nguồn điện. Độ suy giảm nên được chọn sao cho nó đủ để giảm điện áp common mode xuống mức chấp nhận được. Các thành phần của mạch lọc, như common mode choke và tụ điện, cần phải được chọn sao cho chúng có khả năng chịu được dòng điện và điện áp của hệ thống.

V. Ứng Dụng Và Nghiên Cứu Về Giảm Điện Áp Common Mode

Các nghiên cứu về giảm điện áp common mode tiếp tục phát triển, tập trung vào việc cải thiện hiệu quả và giảm chi phí của các giải pháp. Điện áp common mode và biến tần sin chuẩn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, nhằm tạo ra các biến tần có điện áp common mode thấp hơn. Các ứng dụng thực tế bao gồm hệ thống điều khiển động cơ, năng lượng tái tạo, và các thiết bị điện tử nhạy cảm. Việc sử dụng thiết bị đo điện áp common mode giúp xác định và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm điện áp common mode. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, việc kết hợp các phương pháp điều chế PWM tiên tiến với các giải pháp phần cứng hiệu quả có thể giảm đáng kể điện áp common mode và cải thiện hiệu suất của hệ thống. Theo tài liệu gốc, nhóm đã xây dựng mô hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc để đánh giá các giải thuật được lựa chọn áp dụng lên mô hình.

5.1. Các hệ thống điều khiển động cơ điện tiên tiến

Trong các hệ thống điều khiển động cơ điện tiên tiến, việc giảm điện áp common mode là rất quan trọng để bảo vệ động cơ và cải thiện hiệu suất hệ thống. Các phương pháp điều chế PWM tiên tiến và các giải pháp phần cứng hiệu quả được sử dụng để giảm điện áp common mode và cải thiện khả năng tương thích điện từ (EMC).

5.2. Ứng dụng trong hệ thống năng lượng tái tạo điện mặt trời điện gió

Trong các hệ thống năng lượng tái tạo, như điện mặt trời và điện gió, việc giảm điện áp common mode là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất hệ thống. Các biến tần được sử dụng trong các hệ thống này cần phải có khả năng giảm điện áp common mode để ngăn chặn dòng điện rò rỉ và bảo vệ các thiết bị điện tử khác.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Giảm Điện Áp Common Mode

Việc giảm điện áp common mode trong biến tần 3 pha là một vấn đề phức tạp nhưng quan trọng. Các phương pháp điều chế PWM tiên tiến và các giải pháp phần cứng hiệu quả có thể giúp giảm đáng kể điện áp common mode và cải thiện hiệu suất của hệ thống. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu các phương pháp điều chế PWM mới, phát triển các thành phần phần cứng hiệu quả hơn, và tối ưu hóa thiết kế hệ thống để giảm thiểu điện áp common mode. Các nghiên cứu về điện áp common mode và cáp cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống. Đồng thời, các công cụ và thiết bị đo điện áp common mode cần được cải tiến để hỗ trợ việc phân tích và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm điện áp common mode. Theo tài liệu gốc, Các kết quả mô phỏng cũng như thực nghiệm thu được sẽ được so sánh với nhau để chỉ ra những ưu và nhược điểm của từng giải thuật.

6.1. Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm việc phát triển các phương pháp điều chế PWM mới có khả năng giảm điện áp common mode tốt hơn, phát triển các thành phần phần cứng hiệu quả hơn và có chi phí thấp hơn, và nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp common mode đến tuổi thọ của các thiết bị điện tử khác.

6.2. Tầm quan trọng của việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp giảm điện áp common mode là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất của các hệ thống điện tử. Các nghiên cứu này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các cơ chế tạo ra điện áp common mode và phát triển các phương pháp hiệu quả hơn để giảm nó.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong các công nghệ chuyển đổi năng lượng, thiết bị nghịch lưu luôn được quan tâm nghiên cứu và phát triển vì vai trò quan trọng mà nó mang lại trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau:  Trong công nghiệp: sử dụng trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ, máy móc công nghiệp, bơm, quạt, nén khí…  Trong các nhà máy năng lượng tái tạo như điện mặt trời, gió, thủy triều…  Trong hệ thống truyền tải điện, hệ thống điều khiển tự động hóa… Nhu cầu sử dụng bộ nghịch lưu ngày càng lớn vì những lợi ích mà nó mang lại như: tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao, điều khiển và ổn định hệ thống điện. Trong đó, bộ nghịch lưu đa bậc được sử rộng rộng rãi hơn do ưu điểm làm tăng công suất ngõ ra, giảm điện áp đặt lên các linh kiện và biên độ của các sóng hài bậc cao cũng giảm theo. Tuy nhiên, các bộ nghịch lưu đa bậc cũng có một nhược điểm đi kèm là sự phát sinh điện áp common – mode [1]. Ta cũng đã biết, bộ nghịch lưu chuyển đổi nguồn một chiều DC thành nguồn xoay chiều AC có biên độ và tần số xác định, tạo ra khả năng điều khiển linh hoạt và tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống công nghiệp.

Trong khi chuyển đổi DC thành AC, bộ nghịch lưu tạo ra độ méo hài tổng (THD) và sự xuất hiện của điện áp common – mode. Dòng điện do điện áp này gây nên sẽ phát sinh ra hiệu ứng điện từ làm hư hỏng các bộ phận cơ khí của hệ truyền động sử dụng động cơ điện, đặt biệt là vòng bi của nó, gây giảm tuổi thọ của động cơ. Vì thế có rất nhiều giải thuật để giảm điện áp Common – mode được ra đời [2]-[6]. Do đó, nhằm đánh giá khả năng giảm điện áp common – mode của các giải thuật cũng như chất lượng điện năng được tạo ra bởi chúng, trong đồ án này, nhóm đã xây dựng mô hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc để đánh giá các giải thuật được lựa chọn áp dụng lên mô hình.

Mục tiêu đề tài Mục tiêu của đề tài chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu về bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc cầu H ghép tầng và các giải thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu với các mục tiêu cụ thể như sau: 1  Mô phỏng bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc kiểu ghép tầng và các giải thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu trên phần mềm Matlab Simulink.  Xây dựng mô hình thực nghiệm của bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc kiểu ghép tầng đảm bảo các yêu cầu:  Giải quyết được các yêu cầu thực nghiệm với các giải thuật đề xuất thông qua bộ kit C2000™ LAUNCHXL-F28379D LaunchPad và có thể mở rộng cho các giải thuật khác.  Mô hình nghịch lưu phải tạo được điện áp xoay chiều 3 pha ổn định và liên tục.  Vận hành đơn giản, ít xảy ra sự cố.

 Giá cả hợp lí.  So sánh, đánh giá các kết quả mô phỏng, kết quả thực nghiệm và giữa 2 kết quả đó.  Đánh giá những ưu, nhược điểm của từng giải thuật. Nhiệm vụ của đề tài Hình 1.1 Các nhiệm vụ cần thực hiện của đồ án  Tìm hiểu các giải thuật điều khiển Nhiệm vụ đầu tiên cần thực hiện là tìm hiểu các giải thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc.

Sau đó, xác định các giải thuật phù hợp để tiến hành mô phỏng cũng như thực nghiệm.  Mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink Nhiệm vụ tiếp theo là mô phỏng các giải thuật được lựa chọn trên phần mềm Matlab Simulink để kiểm tra tính đúng đắn cũng như tính khả thi của giải thuật. Sau đó tiến hành so sánh, đánh giá các kết quả mô phỏng thu được.  Xây dựng mô hình thực nghiệm Sau khi đã mô phỏng xong, nhiệm vụ tiếp theo là xây dựng mô hình bộ nghịch lưu thực tế để tiến hành thực nghiệm.

Trong nhiệm vụ này, ta cần xác định các khối của mô hình thực nghiệm, xây dựng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ đi dây của từng mạch điện trong 2 các khối trên phần mềm Altium. Sau đó, ta tiến hành thi công, hoàn thiện mô hình thực nghiệm.  Vận hành, đánh giá, so sánh Sau khi hoàn thiện mô hình thực nghiệm, ta tiến hành vận hành mô hình, nạp các giải thuật vào để điều khiển, đo đạc, ghi nhận lại kết quả, so sánh, đánh giá các kết quả của từng giải thuật cũng như so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng. Cuối cùng, ta cần đưa ra kết luận về những ưu, nhược điểm của từng giải thuật khi áp dụng cho mô hình.

Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm khoa học. - Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết. - Phương pháp hệ thống hóa lý thuyết. Phạm vi đề tài - Nghiên cứu nghịch lưu 3 pha 3 bậc dạng ghép tầng.

- Nghiên cứu giải thuật điều chế độ rộng xung (PWM) theo 4 phương pháp: PD, POD, SFO và chiến lược giảm số lần chuyển mạch (RNS). Bố cục Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế mô hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc Chương 4: Kết quả mô phỏng Chương 5: Kết quả thực nghiệm Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lý thuyết về biến tần đa bậc 2.1 Khái niệm Biến tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện năng từ nguồn điện một chiều (DC) thành nguồn điện xoay chiều (AC) với mức điện áp và tần số được điều chỉnh. Một biến tần cơ bản gồm những thành phần sau:  Mạch chỉnh lưu: mạch này có nhiệm vụ chuyển đổi AC thành DC thông qua diode sau đó sẽ được nắn phẳng bởi các tụ điện.

 Mạch nghịch lưu: mạch này có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng một chiều DC sang dạng năng lượng điện xoay chiều AC để cung cấp cho tải xoay chiều thông qua các công tắc bán dẫn, thường là IGBT hoặc MOSFET. Các công tắc bán dẫn này được kích hoạt và điều khiển bởi một mạch điều khiển.  Mạch điều khiển: mạch này sẽ điều khiển các công tắc bán dẫn để tạo ra dạng sóng AC đa bậc mong muốn. Bộ điều khiển có thể sử dụng các thuật toán điều khiển như Pulse Width Modulation (PWM) để điều chỉnh thời gian mở và đóng của các công tắc bán dẫn, tạo ra một dạng sóng điện áp và tần số đầu ra mong muốn.2 Phân loại Bộ nghịch lưu có thể phân loại như sau:  Theo số pha điện áp đầu ra: một pha, ba pha.

 Theo số bậc điện áp giữa một đầu pha tải và một điểm điện thế chuẩn trên mạch: hai mức (two level), đa mức (multilevel – lớn hơn 3 bậc).  Theo cấu trúc của bộ nghịch lưu có 3 dạng chính:  Bộ nghịch lưu 3 pha dạng diode kẹp (Neutral Point clamped - NPC) Hình 2.1 Sơ đồ khối nghịch lưu dạng diode kẹp 4 Bộ nghịch lưu dạng này chứa các cặp diode kẹp với một nguồn một chiều được phân chia thành một số cấp điện áp nhỏ hơn bằng các chuỗi tụ điện mắc nối tiếp [7]. Điện áp đầu ra tối đa bằng một nửa điện áp DC đầu vào. Đó là nhược điểm chính của biến tần đa bậc có kẹp diode.

Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng các khóa bán dẫn, diode, tụ điện. Tuy nhiên, điều này cũng làm tăng giá thành của bộ nghịch lưu. Do các vấn đề cân bằng tụ điện, chúng bị giới hạn chỉ ba bậc, đây cũng là một điểm hạn chế khác. Mạch nguồn gồm n tụ mắc nối tiếp thì bộ nghịch lưu sẽ có n+1 bậc.

 Nghịch lưu dạng tụ thay đổi (flying capacitor) Thay vì các kẹp diode, bộ nghịch lưu dạng này được thay bằng các tụ điện. Trạng thái chuyển mạch cũng giống như trong biến tần kẹp diode. Mức điện áp giữa 2 chân tụ quyết định dạng sóng điện áp ngõ ra [8]. Đầu ra bằng một nửa điện áp DC đầu vào.

Đó là nhược điểm của biến tần đa bậc dạng tụ thay đổi. Nó có thể điều khiển cả dòng công suất tác dụng và phản kháng. Nhưng do chuyển đổi tần số cao, sẽ xảy ra tổn thất chuyển mạch, đây cũng là một điểm hạn chế khác. Bộ nghịch lưu n bậc số (n-1)(n-2)/2 tụ kẹp trên mỗi pha.2 Sơ đồ khối nghịch lưu dạng Flying capacitor đa bậc  Bộ nghịch lưu dạng nối tầng (cascade inverter) Gồm nhiều bộ nghịch lưu cầu H ghép nối tầng và mỗi cầu nghịch lưu này sẽ dùng nguồn áp DC độc lập cách ly [6].

Thông thường nguồn DC này thường được lấy từ máy biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp độc lập, từ nhiều biến áp riêng biệt hoặc từ acquy. Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghịch lưu áp một pha, ba mức điện áp (-Vd, 0, Vd) được tạo thành. Sự kết hợp hoạt động của n bộ nghịch lưu áp trên một nhánh sẽ tạo nên n mức điện áp âm (-Vd, -2*Vd, .-n*Vd); n mức điện áp dương 5 (Vd, 2*Vd,.n*Vd) và mức áp 0. Như vậy, bộ nghịch lưu áp dạng cascade gồm n bộ nghịch lưu áp một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo thành bộ nghịch lưu (2n+1) bậc.3 Sơ đồ khối nghịch lưu dạng nối tầng Nhờ không sử dụng các diode và tụ điện nên cấu trúc nghịch lưu kiểu ghép tầng có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với hai cấu trúc trên như: tiết kiệm số lượng linh kiện, dễ dàng thay đổi số bậc của bộ nghịch lưu bằng cách tăng, giảm số lượng cầu H, đảm bảo chất lượng điện áp ngõ ra, công suất lớn,…Vì vậy, đồ án này lựa chọn cấu trúc bộ nghịch lưu dạng ghép tầng để nghiên cứu.

 Theo phương pháp điều chế:  Phương pháp điều chế độ rộng xung (sinPWM hoặc Multicarrier PWM).  Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SFO-PWM).  Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM). Phương pháp điều chế độ rộng xung pwm 2.

Điều chế PD-PWM (Phase Disposition) PD – PWM (Phase disposition) có các sóng mang cùng pha với nhau. Phương pháp được sử dụng rộng rãi vì nó cung cấp điện áp và dòng điện tải với độ méo hài thấp [5]. Trong phương pháp PD sóng điều khiển được so sánh với 2 sóng mang. Khi sóng điều khiển ở bán kỳ dương, sóng điều khiển được so sánh với sóng mang có biên độ (1, 2).

Khi sóng điều khiển ở bán kỳ âm, sóng điều khiển được so sánh với sóng mang có biên độ (0, 1) như hình 2. Trạng thái của xung PWM 3 bậc được thể hiện ở phương trình (2.1) 0 khi (V  V )  dk c2 6 Trong đó: Vdk là sóng điều khiển; Vc là sóng mang; Sabc là xung PWM dạng 3 bậc.