Danh Mục Ký Hiệu Sử Dụng Trong Nghịch Lưu Cầu 1 Pha

Nghiên cứu giải thuật điều chế sóng mang 3 pha 5 bậc giúp triệt tiêu điện áp common mode, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy trong hệ thống điện.

• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Suất
• Đề tài: Hướng Dẫn Sử Dụng Ký Hiệu Trong Nghịch Lưu Cầu 1 Pha
• Loại tài liệu: Đề Tài Nghiên Cứu

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Điểm mới của đề tài
• 1.6. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết về nghịch lưu
• 2.1.1. Khái niệm
• 2.1.2. Bộ nghịch lưu áp
• 2.1.3. Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade
• 2.1.3.1. Bộ nghịch lưu cầu 1 pha
• 2.1.3.2. Nghịch lưu áp 3 pha 5 bậc dạng cascade
• 2.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM)
• 2.3. Điện áp common mode
• 3. CHƯƠNG 3: TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA 5 BẬC CASCADE
• 3.1. Phương pháp triệt tiêu điện áp common mode
• 3.2. Nguyên lý giải thuật

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ký Hiệu Trong Nghịch Lưu Cầu Một Pha

Nghịch lưu cầu một pha là một mạch điện tử công suất quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như nguồn điện liên tục (UPS), hệ thống điện mặt trời, và biến tần. Mạch này chuyển đổi điện áp một chiều (DC) thành điện áp xoay chiều (AC). Để hiểu và làm việc hiệu quả với mạch nghịch lưu cầu một pha, việc nắm vững các ký hiệu và quy ước sử dụng là vô cùng cần thiết. Các ký hiệu này giúp chúng ta mô tả, phân tích và thiết kế mạch một cách chính xác và hiệu quả. Theo tài liệu gốc, các ký hiệu như SxTj, SxTjN, SXPj, SXPjN đại diện cho trạng thái của các khóa chuyển mạch trong mạch cầu, trong đó x là tên pha (A, B, C).

1.1. Giới Thiệu Các Loại Ký Hiệu Cơ Bản Trong Mạch

Trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha, các ký hiệu được sử dụng để biểu diễn các thành phần và trạng thái hoạt động của mạch. Ví dụ, UDC biểu thị điện áp nguồn một chiều cung cấp cho mạch. Các ký hiệu SxTj và SxTjN đại diện cho các khóa chuyển mạch bên trái pha x, trong khi SXPj và SXPjN đại diện cho các khóa chuyển mạch bên phải pha x. Hiểu rõ ý nghĩa của các ký hiệu này là bước đầu tiên để phân tích và thiết kế mạch một cách chính xác. Các ký hiệu này giúp đơn giản hóa việc mô tả mạch và các trạng thái hoạt động của nó.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Hiểu Rõ Ký Hiệu Chuyên Dụng

Việc hiểu rõ các ký hiệu chuyên dụng trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân tích, thiết kế và điều khiển mạch. Nếu không nắm vững các ký hiệu, người dùng có thể gặp khó khăn trong việc hiểu sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật của mạch. Điều này có thể dẫn đến sai sót trong quá trình thiết kế, lắp đặt và vận hành mạch, gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Do đó, việc học và sử dụng đúng các ký hiệu là một yêu cầu bắt buộc đối với bất kỳ ai làm việc với mạch nghịch lưu cầu một pha.

II. Thách Thức Khi Sử Dụng Ký Hiệu Trong Nghịch Lưu Cầu 1 Pha

Mặc dù các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha giúp đơn giản hóa việc mô tả và phân tích mạch, nhưng việc sử dụng chúng cũng đặt ra một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là sự đa dạng của các ký hiệu và quy ước sử dụng. Các nhà sản xuất và nhà nghiên cứu khác nhau có thể sử dụng các ký hiệu khác nhau để biểu diễn cùng một thành phần hoặc trạng thái của mạch. Điều này có thể gây nhầm lẫn và khó khăn cho người dùng, đặc biệt là những người mới bắt đầu làm quen với mạch nghịch lưu cầu một pha. Ngoài ra, việc hiểu rõ ý nghĩa và mối quan hệ giữa các ký hiệu cũng đòi hỏi người dùng phải có kiến thức chuyên môn vững chắc về điện tử công suất.

2.1. Sự Khác Biệt Giữa Các Ký Hiệu Của Nhà Sản Xuất

Một trong những khó khăn lớn nhất khi làm việc với mạch nghịch lưu cầu 1 pha là sự khác biệt trong các ký hiệu được sử dụng bởi các nhà sản xuất khác nhau. Ví dụ, một nhà sản xuất có thể sử dụng ký hiệu 'IGBT1' để biểu thị một IGBT, trong khi nhà sản xuất khác có thể sử dụng ký hiệu 'Q1'. Sự khác biệt này có thể gây nhầm lẫn và khó khăn cho người dùng, đặc biệt là khi họ phải làm việc với các mạch điện từ nhiều nguồn khác nhau. Do đó, việc làm quen với các ký hiệu của từng nhà sản xuất là rất quan trọng.

2.2. Vượt Qua Rào Cản Ngôn Ngữ Trong Tài Liệu Kỹ Thuật

Các tài liệu kỹ thuật về mạch nghịch lưu cầu 1 pha thường được viết bằng tiếng Anh, và sử dụng nhiều thuật ngữ và ký hiệu chuyên ngành. Điều này có thể gây khó khăn cho những người không thông thạo tiếng Anh hoặc chưa quen với các thuật ngữ kỹ thuật. Để vượt qua rào cản ngôn ngữ, người dùng cần phải tra cứu và học hỏi các thuật ngữ và ký hiệu mới, đồng thời sử dụng các công cụ dịch thuật để hiểu rõ nội dung của tài liệu. Việc tham khảo các tài liệu tham khảo và hướng dẫn sử dụng cũng có thể giúp người dùng hiểu rõ hơn về các ký hiệu và quy ước sử dụng.

III. Hướng Dẫn Chi Tiết Sử Dụng Ký Hiệu Trong Mạch Cầu 1 Pha

Để sử dụng hiệu quả các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha, cần tuân thủ một số nguyên tắc và quy ước chung. Đầu tiên, cần xác định rõ ý nghĩa của từng ký hiệu và mối quan hệ giữa chúng. Ví dụ, cần hiểu rõ rằng ký hiệu SxTj đại diện cho trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái pha x, và ký hiệu SxTjN đại diện cho trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái pha x ở nhánh dưới. Thứ hai, cần sử dụng các ký hiệu một cách nhất quán và chính xác trong tất cả các tài liệu và sơ đồ mạch. Điều này giúp tránh nhầm lẫn và đảm bảo tính chính xác của thông tin. Thứ ba, cần tham khảo các tài liệu tham khảo và hướng dẫn sử dụng để hiểu rõ hơn về các ký hiệu và quy ước sử dụng.

3.1. Giải Thích Chi Tiết Các Ký Hiệu Về Linh Kiện Điện Tử

Trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha, các linh kiện điện tử như IGBT, MOSFET, và Diode được biểu diễn bằng các ký hiệu riêng. IGBT thường được ký hiệu bằng một hình vuông có ba chân, trong đó một chân là cực cổng (G), một chân là cực thu (C), và một chân là cực phát (E). MOSFET cũng có ký hiệu tương tự, nhưng cực cổng được biểu diễn bằng một đường thẳng song song với kênh dẫn. Diode được ký hiệu bằng một tam giác chỉ hướng dòng điện, với một đường thẳng vuông góc với đáy tam giác. Việc nhận biết và hiểu rõ các ký hiệu này là rất quan trọng để phân tích và thiết kế mạch.

3.2. Hướng Dẫn Đọc Sơ Đồ Mạch Điện Sử Dụng Ký Hiệu

Để đọc sơ đồ mạch điện của mạch nghịch lưu cầu 1 pha, cần phải hiểu rõ các ký hiệu và quy ước sử dụng. Đầu tiên, cần xác định vị trí của các thành phần chính như nguồn điện, các khóa chuyển mạch (IGBT, MOSFET), và tải. Sau đó, cần theo dõi các đường dẫn điện để hiểu cách các thành phần này kết nối với nhau. Các ký hiệu như SxTj, SxTjN, SXPj, SXPjN cho biết trạng thái của các khóa chuyển mạch, và giúp xác định dòng điện sẽ đi theo đường nào trong mạch. Việc luyện tập đọc sơ đồ mạch điện thường xuyên sẽ giúp người dùng trở nên thành thạo và tự tin hơn.

3.3. Cách Xác Định Trạng Thái Hoạt Động Dựa Trên Ký Hiệu

Các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha không chỉ biểu diễn các thành phần của mạch, mà còn cho biết trạng thái hoạt động của chúng. Ví dụ, ký hiệu SxTj = 1 có nghĩa là khóa chuyển mạch bên trái pha x đang ở trạng thái đóng, và dòng điện có thể đi qua nó. Ngược lại, ký hiệu SxTj = 0 có nghĩa là khóa chuyển mạch đang ở trạng thái mở, và dòng điện không thể đi qua nó. Bằng cách theo dõi trạng thái của các khóa chuyển mạch, người dùng có thể xác định được chế độ hoạt động của mạch, và dự đoán được điện áp và dòng điện ở các điểm khác nhau trong mạch.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Của Ký Hiệu Trong Thiết Kế Nghịch Lưu

Việc sử dụng thành thạo các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha có nhiều ứng dụng thực tế trong quá trình thiết kế và phân tích mạch. Ví dụ, các kỹ sư có thể sử dụng các ký hiệu để mô phỏng mạch trên máy tính, và kiểm tra hiệu suất của mạch trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Các ký hiệu cũng có thể được sử dụng để tạo ra các tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng, giúp người dùng hiểu rõ hơn về mạch và cách vận hành nó. Ngoài ra, việc sử dụng các ký hiệu một cách nhất quán và chính xác cũng giúp cải thiện khả năng giao tiếp và hợp tác giữa các thành viên trong nhóm thiết kế.

4.1. Mô Phỏng Mạch Điện Bằng Phần Mềm Chuyên Dụng

Trong quá trình thiết kế mạch nghịch lưu cầu 1 pha, việc mô phỏng mạch điện bằng các phần mềm chuyên dụng như PSIM, MATLAB/Simulink là rất quan trọng. Các phần mềm này cho phép người dùng tạo ra mô hình mạch điện, và kiểm tra hiệu suất của mạch trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Các ký hiệu được sử dụng trong sơ đồ mạch điện cũng được sử dụng trong phần mềm mô phỏng, giúp người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa sơ đồ mạch điện và mô hình mô phỏng. Việc mô phỏng mạch điện giúp phát hiện và sửa chữa các lỗi thiết kế trước khi mạch được chế tạo, tiết kiệm thời gian và chi phí.

4.2. Tính Toán Và Phân Tích Mạch Điện Dựa Trên Ký Hiệu

Các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha không chỉ giúp mô tả mạch, mà còn giúp tính toán và phân tích mạch điện. Ví dụ, bằng cách sử dụng các ký hiệu để biểu diễn điện áp và dòng điện ở các điểm khác nhau trong mạch, người dùng có thể áp dụng các định luật Kirchhoff để tính toán các giá trị này. Các ký hiệu cũng có thể được sử dụng để phân tích các đặc tính của mạch, như hiệu suất, độ méo hài, và đáp ứng tần số. Việc tính toán và phân tích mạch điện giúp người dùng hiểu rõ hơn về hoạt động của mạch, và tối ưu hóa thiết kế để đạt được hiệu suất cao nhất.

V. Nghiên Cứu Về Ký Hiệu Trong Điều Khiển Nghịch Lưu Cầu 1 Pha

Nghiên cứu về các ký hiệu trong điều khiển nghịch lưu cầu 1 pha đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều khiển hiệu quả và chính xác. Các ký hiệu được sử dụng để mô tả các biến điều khiển, các trạng thái của mạch, và các thuật toán điều khiển. Bằng cách sử dụng các ký hiệu một cách nhất quán và chính xác, các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng trao đổi thông tin và hợp tác với nhau. Ngoài ra, việc sử dụng các ký hiệu cũng giúp đơn giản hóa việc mô tả các thuật toán điều khiển, và giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động.

5.1. Ký Hiệu Trong Các Thuật Toán Điều Khiển PWM

Trong các thuật toán điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) cho mạch nghịch lưu cầu 1 pha, các ký hiệu được sử dụng để biểu diễn các tín hiệu điều khiển, các sóng mang, và các xung điều chế. Ví dụ, ký hiệu ma thường được sử dụng để biểu thị chỉ số điều chế, và ký hiệu fc và fm được sử dụng để biểu thị tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều khiển. Các ký hiệu này giúp đơn giản hóa việc mô tả các thuật toán điều khiển PWM, và giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động. Theo tài liệu gốc, phương pháp SPWM (Sine Pulse Width Modulation) tạo ra giản đồ xung kích đóng ngắt các linh kiện bán dẫn công suất bằng cách so sánh các sóng mang tam giác và một tín hiệu điều khiển dạng sin.

5.2. Ứng Dụng Ký Hiệu Trong Điều Khiển Vector Không Gian

Điều khiển vector không gian (Space Vector Modulation - SVM) là một phương pháp điều khiển tiên tiến cho mạch nghịch lưu cầu 1 pha. Trong phương pháp này, các ký hiệu được sử dụng để biểu diễn các vector điện áp, các sector, và các thời gian tác động. Các ký hiệu này giúp đơn giản hóa việc mô tả các thuật toán điều khiển SVM, và giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động. Việc sử dụng các ký hiệu một cách nhất quán và chính xác cũng giúp cải thiện khả năng giao tiếp và hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và kỹ sư.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Về Ký Hiệu Trong Nghịch Lưu Cầu

Việc nắm vững và sử dụng thành thạo các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha là rất quan trọng để thiết kế, phân tích và điều khiển mạch một cách hiệu quả. Mặc dù có một số thách thức liên quan đến sự đa dạng của các ký hiệu và quy ước sử dụng, nhưng việc tuân thủ các nguyên tắc và quy ước chung, tham khảo các tài liệu tham khảo và hướng dẫn sử dụng, và luyện tập thường xuyên sẽ giúp người dùng vượt qua những thách thức này. Trong tương lai, việc chuẩn hóa các ký hiệu và quy ước sử dụng sẽ giúp cải thiện khả năng giao tiếp và hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và kỹ sư, và thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất.

6.1. Tóm Tắt Các Điểm Quan Trọng Về Ký Hiệu

Bài viết đã trình bày tổng quan về các ký hiệu trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha, các thách thức liên quan đến việc sử dụng chúng, và các ứng dụng thực tế của chúng trong thiết kế, phân tích và điều khiển mạch. Các điểm quan trọng cần nhớ bao gồm: (1) Hiểu rõ ý nghĩa của từng ký hiệu và mối quan hệ giữa chúng; (2) Sử dụng các ký hiệu một cách nhất quán và chính xác; (3) Tham khảo các tài liệu tham khảo và hướng dẫn sử dụng; (4) Luyện tập thường xuyên để trở nên thành thạo và tự tin hơn.

6.2. Hướng Phát Triển Và Nghiên Cứu Về Ký Hiệu Trong Tương Lai

Trong tương lai, việc chuẩn hóa các ký hiệu và quy ước sử dụng trong mạch nghịch lưu cầu 1 pha sẽ là một hướng phát triển quan trọng. Điều này sẽ giúp cải thiện khả năng giao tiếp và hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và kỹ sư, và thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất. Ngoài ra, việc phát triển các công cụ và phần mềm hỗ trợ việc sử dụng các ký hiệu cũng sẽ giúp người dùng dễ dàng hơn trong việc thiết kế, phân tích và điều khiển mạch. Nghiên cứu về các ký hiệu trong các phương pháp điều khiển tiên tiến như điều khiển vector không gian cũng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các hệ thống điện tử công suất hiệu quả và chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Trong những năm gần đây điện tử công suất đang ngày càng phát triển trên thế giới. Ở Việt Nam, thấy được tầm quan trọng của công nghệ điện tử công suất, năm 2010 chính phủ đã phê duyệt công nhận điện tử công suất là lĩnh vực ưu tiên đầu tư và phát triển. Việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày càng nhiều hơn và với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên thế giới, Việt Nam từng ngày hội nhập và tiếp nhận những thành tựu mới của khoa học và công nghệ. Đặc biệt trong công nghiệp điện tử, các thiết bị điện tử công suất được sản xất ngày càng nhiều, được ứng dụng trong công nghiệp và đời sống hằng ngày phát triển mạnh mẽ, đi kèm theo đó là các yêu cầu trong khâu kỹ thuật truyền động phải có độ chính xác cao và một trong những cấu trúc được nghiên cứu đưa vào ứng dụng để điều khiển đó là các bộ nghịch lưu đa bậc có thể tạo ra dạng sóng điện áp có dạng bậc thang ở đầu ra từ đó điện áp ngõ ra có chất lượng cao, tổng méo hài thấp (THD), tổn hao chuyển mạch thấp [1] và cũng không cần bộ lọc ngõ ra lớn [2], [3].

Các điều kiện chính để tạo ra số lượng các cấp điện áp ngõ ra khác nhau là sử dụng nhiều nguồn DC độc lập hoặc liên kết các nguồn DC ảo như tụ điện hoặc máy biến áp kết hợp với nhiều thiết bị chuyển mạch [4]. Các cấu hình đa bậc phổ biến như: điốt kẹp (NPC) [5], kẹp tụ (FC) [6] và ghép tầng cascade (CHB) [7], [8], [9]. Nhưng phần lớn quá trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ nghịch lưu sinh ra điện áp Common mode ảnh hưởng đến tải, tác động lên động cơ xoay chiều làm cho các ổ bi bị bào mòn làm giảm tuổi thọ của động cơ đã được các tác giả Nguyen-Van Nho, Myung - Bok Kim chứng minh [10]. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để giảm điện áp common mode trên bộ nghịch lưu mà điển hình là bộ nghịch lưu cascade.

Vì 1 vậy tôi đã chọn chuyên đề : “ NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG 3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE ”. Các vấn đề về điện áp common-mode đã được nhiều tác giả nghiên cứu trong đó có các tác giả Haoran Zhang [11], Hee-Jung Kim [12], Poh Chiang Loh [13] và luận văn của thạc sĩ Phạm Thị Kim Thê [14] Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TPHCM, họ đã đạt được những kết quả nhất định, nhiều biện pháp khác nhau cũng được đưa ra, các biện pháp về kỹ thuật điều chế độ rộng xung, điều chế vector không gian được tập trung phát triển. Kỹ thuật điều chế nhằm giảm điện áp common mode là biện pháp chủ động triệt tiêu hoàn toàn hoặc giới hạn điện áp common mode trong khoảng thấp nhất. Đề tài này tập trung giải quyết bài toán triệt tiêu điện áp common-mode cho mạch 3 pha 5 bậc.

Dựa trên nguyên tắc sử dụng tổ hợp khóa có các trạng thái đóng ngắt không sinh ra điện áp common mode.Từ đó ta có được các tổ hợp các khóa có các trạng thái chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode để điều chế được điện áp điều khiển theo yêu cầu. Đề tài xây dựng một giải thuật đơn giản dựa trên kỹ thuật sóng mang cho phép dễ dàng kiểm soát và triệt tiêu điện áp common mode. Chương trình mô phỏng và các kết quả sẽ được kiểm chứng trên phần mềm Psim, thực nghiệm trên mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355 và sử dụng tải R - L.2 Mục đích của đề tài Nghiên cứu cấu hình nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc, giải thuật để triệt tiêu điện áp common mode do quá trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ nghịch lưu. Từ đó đưa ra giải thuật triệt tiêu điện áp common mode cho mạch cascade 3 pha 5 bậc.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Đề tài có các nhiệm vụ như sau: - Tìm hiểu cấu hình nghịch lưu Cascade 5 bậc, điện áp common mode.

- Đề xuất giải thuật triệt tiêu điện áp Common-mode. - Mô phỏng bộ nghịch lưu Cascade 5 bậc theo giải thuật đề xuất. - Thực nghiệm trên mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355. 2 - Đánh giá kết quả đạt được.4 Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp nghiên cứu trên cơ sở tham khảo tài liệu, tính toán lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm.

- Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng PSIM. - Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng PSIM với lập trình với vi mạch TMS320F28335 của tập đoàn Texas Instruments ngôn ngữ C/C++ và được kiểm chứng bằng thực tế. - Các thực nghiệm được thực hiện trên mô hình vật lý với các thiết bị đo của hãng Tektronix.5 Điểm mới của đề tài Các điện áp Common mode được triệt tiêu dựa trên trạng thái đóng ngắt của các khoá không sinh ra điện áp Common mode.6 Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài có thể ứng dụng trong mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc nhằm hạn chế được một trong những nguyên nhân làm ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.

Ứng dụng làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên nghành điện, nghành điện tử. 3 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết về nghịch lưu 2.1 Khái niệm Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không đổi thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: Nghịch lưu nguồn áp và nghịch lưu nguồn dòng. Nguồn cung cấp cho hai bộ nghịch lưu này tương ứng với tên của nó là nguồn áp và nguồn dòng.

Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (động cơ, lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện công suất (SCR, IGBT,…) được điều khiển đóng ngắt bằng mạch điều khiển hay mạch lái.2 Bộ nghịch lưu áp Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Nguồn điện áp một chiều có thể là acqui, pin mặt trời hoặc từ mạch chỉnh lưu điện xoay chiều đã được lọc phẳng. Các linh kiện công suất trong mạch đóng vai trò như các công tắc. Có thể sử dụng IGBT, MOSFET, BJT cho các mô hình công suất vừa và nhỏ, với các mô hình công suất lớn có thể sử dụng IGCT, SCR, GTO,… Với tải tổng quát, mỗi công tắc có một diode mắc song song.

Các diode này tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển, chiều dòng điện ngược chiều với công tắc, với mục đích trao đổi công suất ảo giữa tải xoay chiều và nguồn một chiều, hạn chế quá điện áp gây hư hỏng linh kiện khi kích ngắt các công tắc. Bộ nghịch lưu áp có nhiều loại cũng như nhiều phương pháp điều khiển khác nhau: + Theo số pha: nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha. + Theo số cấp điện áp giữa một đầu pha tải đến một điểm có điện thế chuẩn trên mạch có: hai bậc (two level), đa bậc (multi level - ba bậc trở lên) Bộ nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây 4 động cơ dv/dt khá lớn gây ra hiện tượng common mode (UNO ≠ 0) rất lớn. Bộ nghịch lưu đa bậc phát triển để giải quyết hạn chế của nghịch lưu hai bậc và nó thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công suất lớn.

Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc là công suất của bộ nghịch lưu tăng lên, điện áp đặt trên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo; tần số đóng ngắt lớn, các thành phần hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu hai bậc. + Theo cấu hình bộ nghịch lưu: Nghịch lưu đa bậc thường sử dụng hai cấu trúc chính là nghịch lưu kiểu diode kẹp (Neutral Point clamped Multilevel Inverter - NPC) và nghịch lưu kiểu cascade (cascade multilevel inverter). Ngoài hai cấu trúc trên còn có cấu trúc lai [15] là kết nối các kiểu cấu trúc cơ bản với các nguồn điện có trị số khác nhau.2 Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade 2.1 Bộ nghịch lưu cầu 1 pha Mạch nghịch lưu cascade 5 bậc được xây dựng dựa trên nghịch lưu cầu pha gồm có 4 linh kiện IBGT chia làm 2 nhánh mắc song song và mắc với một nguồn DC mỗi nhánh có 2 IBGT nối tiếp với nhau theo sơ đồ: Hình 2. 1:Nghịch lưu cầu 1 pha Nguyên lý hoạt động: Dựa vào trạng thái hoạt động của IGBT.

S là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động với 2 trạng thái 0 và 1. Trong đó với trạng thái 0 thì IBGT không dẫn (hở mạch) và trạng thái 1 thì IBGT dẫn. 5 ST1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở trên. ST1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở dưới.

SP1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở trên. SP1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở dưới. Điều kiện để mạch hoạt động: Trạng thái hoạt động của ST1, ST1N trái ngược nhau khi ST1 = 0, ST1N = 1 và khi ST1 =1, ST1N =0. Ta có công thức: ST1 + STN1 = 1 (2.1) Tương tự ST1, ST1N thì khi SP1 = 0, SP1N = 1 và khi SP1 = 1, SP1N = 0.

Ta có: SP1 + SP1N = 1 (2.2) Ta có: VT1 = ST1.4) Xác định điện áp ra U1 = VT1 – VP1 = (ST1 –SP1).5) Số trạng thái ST1, SP1 22 = 4 trạng thái.1: Trạng thái ngõ ra nghịch lưu cầu 1 pha. ST1 Sp1 U1 0 1 -U 1 1 0 0 0 0 1 0 U Hay nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu cầu 1 pha thể hiện qua tổ hợp các trạng thái đóng ngắt (ST1, SP1N) của các IGBT mắc chéo nhau được mô tả như bảng sau: 6 Bảng 2. 2:Tổ hợp các trạng thái đóng ngắt (SP1 ,ST1N) S1 =( ST1+ SP1N) U1 (ST1 , SP1N) 0 -U (0,0) 1 0 (0,1) 1 0 (1,0) 2 +U (1,1) Đặt S1 = (ST1+ SP1N) là trạng thái đóng cắt các khóa trong mạch nghịch lưu thì giá trị S tương ứng với 1 giá trị điện áp ngõ ra trên tải.2 Nghịch lưu áp 3 pha 5 bậc dạng cascade Hình 2. 2: Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc tạo thành từ ghép 3 mạch nghịch lưu cascade 1 pha 5 bậc (2 bộ nghịch lưu cầu ba pha) tương ứng với 6 bộ nghịch lưu cầu một pha.

7 Xét một pha x của bộ nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc: Hình 2. 3: Sơ đồ mạch nghịch lưu cascade 1 pha 5 bậc.