Luận văn ThS. Trần Dũng: Điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc

Tải luận văn điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc. Phân tích chi tiết, mô phỏng các phương pháp PWM, SVPWM và giải thuật cải tiến.

• Tác giả: Trần Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Nhờ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản về Bộ Nghịch Lưu Áp Đa Bậc

Bộ nghịch lưu áp đa bậc là một thiết bị điện tử công suất quan trọng trong các ứng dụng năng lượng tái tạo và hệ thống điều khiển điện. Thiết bị này có khả năng chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều với nhiều bậc áp khác nhau, giúp cải thiện chất lượng sóng điện áp đầu ra. Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc là phương pháp điều khiển tiên tiến, cho phép tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu méi hài hoà. Các bộ nghịch lưu này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và các ứng dụng công nghiệp yêu cầu chất lượng nguồn điện cao.

1.1. Định Nghĩa và Ứng Dụng

Bộ nghịch lưu là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Bộ nghịch lưu đa bậc có khả năng tạo ra nhiều mức điện áp khác nhau, cải thiện dạng sóng đầu ra. Chúng được ứng dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo, tổng hợp điện, điều khiển động cơ và các hệ thống điều chỉnh công suất phản kỳ (SVC).

1.2. Ưu Điểm Nổi Bật

Bộ nghịch lưu áp đa bậc mang lại nhiều lợi ích: giảm méi hài hoà, cải thiện chất lượng sóng điện áp, tăng hiệu suất chuyển đổi, giảm tổn thất điện từ. Ngoài ra, công nghệ này cho phép hoạt động với điện áp cao hơn mà không làm tăng yêu cầu về công suất của linh kiện.

II. Các Cấu Trúc Chính của Bộ Nghịch Lưu Đa Bậc

Có ba cấu trúc chính được sử dụng phổ biến trong thiết kế bộ nghịch lưu áp đa bậc: Cấu trúc Cascade, Cấu trúc Neutral Point Clamped (NPC) và Cấu trúc Capacitor-Clamped. Mỗi cấu trúc có những đặc điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí của hệ thống. Cấu trúc Cascade được ưa chuộng vì tính đơn giản và khả năng mở rộng, trong khi cấu trúc NPC cung cấp hiệu suất cao hơn nhưng yêu cầu điều khiển phức tạp hơn. Cấu trúc Capacitor-Clamped là sự cân bằng giữa hai phương pháp trên, phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu cân bằng về chi phí và hiệu suất.

2.1. Cấu Trúc Nghịch Lưu Cascade

Cấu trúc Cascade bao gồm nhiều mô-đun H-bridge kết nối nối tiếp, mỗi mô-đun được cấp điện bởi một nguồn điện áp riêng biệt. Cấu trúc này cho phép dễ dàng mở rộng số bậc áp và dễ điều khiển. Đây là cấu trúc phổ biến trong các ứng dụng truyền tải điện cao áp.

2.2. Cấu Trúc NPC và Capacitor Clamped

Cấu trúc Neutral Point Clamped (NPC) sử dụng các diode keïp để chia cách các bậc áp, giúp giảm số lượng linh kiện. Cấu trúc Capacitor-Clamped thay thế diode bằng tụ điện, mang lại hiệu suất tốt hơn trong một số ứng dụng nhất định.

III. Kỹ Thuật Điều Khiển Vector cho Bộ Nghịch Lưu

Kỹ thuật điều khiển vector (SVC - Space Vector Control) là một phương pháp tiên tiến để điều khiển bộ nghịch lưu áp đa bậc, giúp tối ưu hóa tạo sóng PWM và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Phương pháp này dựa trên việc biểu diễn các vectơ điện áp trong không gian vector hai chiều, từ đó xác định các thời gian hoạt động tối ưu cho các linh kiện công suất. Điều khiển vector cho phép giảm méi hài hoà, tăng hiệu suất chuyển đổi và cải thiện đặc tính động của hệ thống. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng lưới điện thông minh và hệ thống năng lượng tái tạo hiện đại.

3.1. Nguyên Lý Hoạt Động

Điều khiển vector sử dụng biến đổi Park để chuyển đổi các tín hiệu ba pha thành hệ tọa độ d-q, giúp phân tích và điều khiển dòng điện và điện áp một cách độc lập. Phương pháp này cho phép xác định vectơ điện áp tham chiếu và tính toán thời gian chuyển mạch tối ưu cho các bộ IGBT/MOSFET.

3.2. Ưu Điểm và Ứng Dụng

Kỹ thuật SVC cung cấp đáp ứng nhanh, giảm méi hài hoà hiệu quả, và cải thiện độ ổn định của hệ thống. Ứng dụng trong bộ lọc điện tích, điều chỉnh công suất phản kỳ, và hệ thống điều khiển động cơ cảm ứng ba pha.

IV. Phương Pháp PWM và Cải Tiến Kỹ Thuật

Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) là kỹ thuật cơ bản để điều khiển bộ nghịch lưu. Có nhiều biến thể PWM như Carrier-based PWM (CPWM), Space Vector PWM (SVPWM) và Selective Harmonic Elimination (SHE). SVPWM là phương pháp tiên tiến nhất, cho phép tối ưu hóa dạng sóng đầu ra và giảm thiểu méi hài hoà. Kỹ thuật cải tiến SVC kết hợp SVPWM với điều khiển vector, tạo ra một giải pháp toàn diện cho bộ nghịch lưu áp đa bậc. Những cải tiến này cho phép sử dụng công suất hiệu quả hơn và giảm nhiệt trong các ứng dụng công nghiệp nặng.

4.1. So Sánh Các Phương Pháp PWM

CPWM đơn giản nhưng méi hài hoà cao, SVPWM phức tạp hơn nhưng chất lượng sóng tốt, SHE tối ưu hóa méi hài hoà cụ thể nhưng yêu cầu tính toán offline. SVPWM thường được chọn cho các ứng dụng yêu cầu cao.

4.2. Cải Tiến Kỹ Thuật SVC Đề Xuất

Cải tiến SVC sử dụng mô hình toán học kết hợp SVPWM và CPWM, cho phép thích ứng động với điều kiện hoạt động khác nhau. Phương pháp này giảm méi hài hoà, tăng hiệu suất, giảm chi phí so với các phương pháp truyền thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa hệ thống lưới điện, các hệ thống truyền động điện và chuyển đổi năng lượng công suất lớn từ 1 MW trở lên đòi hỏi mức điện áp làm việc cao từ 2,3 kV đến hàng chục kilovolt. Bộ nghịch lưu hai bậc truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng như tốc độ biến thiên điện áp dv/dt quá lớn, hiện tượng điện áp phương thức chung (common-mode voltage) gây hư hại ổ bi và làm lão hóa lớp cách điện của động cơ, cùng với tổn hao đóng ngắt cao khi vận hành ở tần số chuyển mạch lớn. Để giải quyết triệt để vấn đề này, bộ nghịch lưu áp đa bậc với cấu trúc biến đổi trung tính kẹp diode (NPC), tụ kẹp và nghịch lưu chuỗi tầng (Cascade) đã trở thành giải pháp cốt lõi cho các hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp HVDC, nguồn năng lượng tái tạo gió, mặt trời và biến tần công nghiệp.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng và cải tiến kỹ thuật điều khiển vector không gian (Space Vector Control - SVC) nhằm tối ưu hóa chất lượng điện áp ngõ ra, triệt tiêu sóng hài bậc cao và giảm thiểu số lần chuyển mạch của linh kiện bán dẫn công suất. Đề tài tập trung khảo sát cấu trúc biến tần 3 bậc với 27 trạng thái kích đóng ngắt và cấu trúc 5 bậc với 125 trạng thái kích đóng ngắt. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, ứng dụng các mô hình giải thuật toán học kết hợp phần mềm mô phỏng chuyên dụng PSIM và mã nguồn C++ trên nền tảng tần số lưới chuẩn 50 Hz.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc giảm thiểu ứng suất điện áp đặt lên linh kiện bán dẫn xuống 50% ở cấu hình 3 bậc và 75% ở cấu hình 5 bậc. Giải thuật mới giúp triệt tiêu hoàn toàn sự phụ thuộc vào các bảng tra nhớ dung lượng lớn, tạo tiền đề nâng cao hiệu suất truyền dẫn năng lượng lên trên 95% và kéo dài tuổi thọ vận hành cho hệ thống truyền động điện công suất lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của lý thuyết biến đổi vector không gian (Clarke Transformation) và lý thuyết mạch điện tử công suất đa bậc. Phép biến hình không gian chuyển đổi hệ thống điện áp 3 pha tức thời đối xứng sang vector không gian quay trên mặt phẳng phức hai chiều với hệ số chuẩn hóa k = 2/3 cho phép khảo sát trực quan quỹ đạo chuyển mạch. Cấu trúc mạch động lực áp dụng chủ yếu là bộ nghịch lưu đa bậc diode kẹp (Neutral Point Clamped - NPC), trong đó chuỗi tụ điện phân chia thanh cái điện áp một chiều Vdc thành các nấc điện áp độc lập. Với bộ nghịch lưu n bậc, điện áp pha tạo ra gồm n nấc giá trị, giúp phân chia điện áp trên mỗi khóa bán dẫn xuống chỉ còn Vdc chia cho n trừ 1.

Ba khái niệm học thuật then chốt xuyên suốt đề tài bao gồm:

1. Chỉ số điều chế m (Modulation Index): Tỷ số giữa biên độ thành phần hài cơ bản đạt được bởi kỹ thuật điều khiển và biên độ hài cơ bản trong phương pháp điều khiển 6 bước kinh điển.
2. Tổng độ méo hài dòng điện (Total Harmonic Distortion - THD): Thước đo chuẩn hóa chất lượng sóng sin ngõ ra không phụ thuộc vào tham số tải động cơ.
3. Mẫu điều chế hệ số dư thừa bằng 0 (Zero Redundant Factor - ZRF): Trạng thái điều chế chuẩn triệt tiêu độ lệch điện áp common-mode cực tiểu để thiết lập thuật toán xác định vector không gian tương quan giữa phương pháp sóng mang và điều khiển vector.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng tập dữ liệu phân tích gồm 27 tổ hợp trạng thái đóng ngắt của bộ biến tần 3 bậc tương ứng 19 vị trí vector điện áp không gian, và 125 tổ hợp trạng thái đóng ngắt của bộ biến tần 5 bậc tạo ra 61 vị trí vector điện áp không gian. Toàn bộ các trạng thái này được phân loại thành các nhóm vector đỉnh, vector trung điểm và vector không tại gốc tọa độ.

Phương pháp lấy mẫu và mô phỏng được thực hiện trên môi trường PSIM kết hợp khối liên kết thư viện động DLL viết bằng ngôn ngữ C++. Mô hình kiểm chứng áp dụng bộ tham số tải điện trở - điện cảm đối xứng với R = 1 Ohm và L = 0,02 H, tần số cơ bản của sóng điều khiển đặt tại 50 Hz, và tần số sóng mang khảo sát tại hai mốc 1.000 Hz và 10.000 Hz. Phương pháp giải tích thông qua các hàm toán học Max, Mid, Min và hàm Extreme Offset được lựa chọn thay vì phương pháp tra bảng truyền thống. Lý do lựa chọn phương pháp giải tích này là nhằm tối ưu hóa tốc độ xử lý của vi điều khiển, giảm thiểu độ phức tạp tính toán từ dạng hàm phi tuyến của thuật toán Newton-Raphson, đồng thời cho phép mở rộng thuật toán lên số bậc bất kỳ mà không làm thay đổi cấu trúc mã nguồn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được 3 phát hiện khoa học mang tính đột phá trong việc cải tiến thuật toán điều khiển vector không gian cho bộ nghịch lưu đa bậc:

Thứ nhất, việc giải mã không gian 125 trạng thái đóng ngắt của bộ biến tần 5 bậc đã xác định chính xác 61 tọa độ vector điện áp riêng biệt, bao gồm 5 vector dư thừa tại tâm gốc tọa độ. Cấu trúc đa bậc giúp chia nhỏ bước nhảy điện áp ngõ ra, làm giảm độ dốc dv/dt trên tải động cơ xuống còn 25% so với biến tần 2 bậc thông thường.

Thứ hai, thuật toán SVC cải tiến sử dụng hệ hàm toán học liên tục (Max, Mid, Min) đã loại bỏ 100% nhu cầu bộ nhớ lưu trữ bảng tra trạng thái. Thời gian thực thi phép tính được rút ngắn đáng kể, loại bỏ hiện tượng trễ chu kỳ chuyển mạch so với phương pháp tra bảng cồng kềnh trong các nghiên cứu trước đây.

Thứ ba, kết quả mô phỏng dạng sóng dòng điện và điện áp trên tải RL cho thấy sự cải thiện vượt bậc về chất lượng sóng sin. Khi tần số sóng mang giảm từ 10.000 Hz xuống 1.000 Hz để thích ứng với các van công suất lớn như GTO hay IGCT, dạng sóng dòng điện của bộ nghịch lưu 5 bậc vẫn giữ được độ mịn cao, hệ số méo dạng dòng điện giảm hơn 35% so với bộ nghịch lưu 3 bậc vận hành ở cùng điều kiện tần số thấp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp kỹ thuật SVC cải tiến đạt hiệu quả cao là nhờ khả năng tận dụng linh hoạt các vector dư thừa (redundant vectors) và cơ chế dịch chuyển vector theo vùng trung bình. Bằng cách chia lục giác không gian thành các tam giác nhỏ có mức dư thừa thấp và cao, giải thuật cho phép chọn trực tiếp một vector tối ưu duy nhất trong mỗi chu kỳ lấy mẫu mà không cần kết hợp 3 vector thành phần như kỹ thuật Space Vector PWM (SVPWM) cổ điển.

Khi so sánh với phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM) bị giới hạn vùng tuyến tính ở mức m bé hơn hoặc bằng 0,785, và phương pháp triệt tiêu sóng hài chọn lọc (SHE) bị giới hạn ở m bé hơn 0,907 với gánh nặng giải hệ phương trình phi tuyến Newton-Raphson, kỹ thuật SVC cải tiến cho phép vận hành linh hoạt trên toàn dải điều chế bao gồm cả vùng quá điều chế (overmodulation). Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua các phổ mật độ sóng hài Fourier và bảng so sánh mối quan hệ giữa chỉ số điều chế m từ 0,2 đến 1,0 với độ méo hài tổng THD. Đồ thị phân tích phổ cho thấy các sóng hài bậc thấp như bậc 5, 7, 11 và 13 bị suy giảm mạnh về biên độ, giúp triệt tiêu nguy cơ cộng hưởng từ trường và giảm thiểu tiếng ồn cơ khí trong cuộn dây stator động cơ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp chế tạo thiết bị điện và truyền động công suất lớn, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất như sau:

1. Thiết kế và nhúng trực tiếp giải thuật SVC cải tiến vào chip xử lý số tín hiệu DSP chuyên dụng (như dòng TMS320F28335) hoặc vi mạch FPGA. Mục tiêu là đạt chu kỳ lấy mẫu và tính toán xung kích dưới 10 micro-giây. Thời gian triển khai dự kiến trong vòng 6 tháng do nhóm kỹ sư điều khiển nhúng tại các viện nghiên cứu điện tử công suất thực hiện.
2. Xây dựng bổ sung thuật toán cân bằng điện áp chủ động trên các tụ điện phân áp ngõ vào DC của bộ biến tần NPC 5 bậc. Giải pháp này nhằm giữ độ lệch áp giữa các tụ luôn dưới 1,5% điện áp định mức trong mọi chế độ tải. Thời gian hoàn thiện trong 3 tháng do các chuyên gia thiết kế mạch động lực chủ trì.
3. Triển khai thử nghiệm thực nghiệm trên mô hình nghịch lưu 5 bậc ghép nối động cơ không đồng bộ 3 pha công suất 75 kW tại phòng thí nghiệm. Mục tiêu giảm tổn hao công suất đóng ngắt xuống 20% và tăng hiệu suất vận hành động cơ lên trên 96%. Thời gian thực nghiệm kéo dài 9 tháng do các kỹ sư vận hành nhà máy điện phối hợp thực hiện.
4. Xây dựng tiêu chuẩn lọc tích cực và bộ lọc ngõ ra tối giản cho các hệ thống nghịch lưu nối lưới năng lượng mặt trời công suất trên 2 MW. Target đưa chỉ số THD dòng điện bơm vào lưới xuống dưới 3% theo đúng chuẩn IEEE 519. Kế hoạch hoàn thành trong 12 tháng do các đơn vị tích hợp lưới điện công nghiệp đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế biến tần và điện tử công suất: Nắm bắt phương pháp luận toán học tổng quát để thiết kế phần mềm điều khiển cho các dòng biến tần trung thế đa bậc, giúp tối ưu hóa số lượng linh kiện và giảm diện tích tản nhiệt cho mạch công suất.
2. Nhà phát triển hệ thống năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh: Vận dụng cấu trúc biến tần 3 bậc và 5 bậc vào các trạm inverter năng lượng mặt trời tập trung, trạm phát điện gió công suất lớn và hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC để nâng cao độ ổn định điện áp.
3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Điện: Sử dụng tài liệu như một nguồn tham khảo chuẩn mực về phương pháp mô hình hóa không gian vector, kỹ thuật đồng mô phỏng PSIM - C++ và phương pháp phân tích sóng hài Fourier nâng cao.
4. Kỹ sư bảo trì và vận hành thiết bị tại các nhà máy công nghiệp: Hiểu rõ nguyên nhân gây ra ứng suất điện áp common-mode và dòng điện rò trên ổ bi động cơ, từ đó đưa ra các giải pháp cấu hình bộ nghịch lưu phù hợp nhằm kéo dài tuổi thọ thiết bị cơ điện.

Câu hỏi thường gặp

Bộ nghịch lưu áp đa bậc mang lại ưu điểm gì vượt trội so với bộ nghịch lưu 2 bậc truyền thống?

Bộ nghịch lưu đa bậc chia nhỏ điện áp DC thành nhiều nấc, giúp giảm điện áp đặt lên mỗi khóa bán dẫn xuống n lần. Điều này làm giảm tổn hao đóng ngắt, hạn chế tốc độ biến thiên dv/dt xuống dưới 50%, giảm sóng hài bậc cao và triệt tiêu điện áp common-mode gây hại cho động cơ công suất hàng megawatt.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa kỹ thuật SVC đề xuất và phương pháp SVPWM thông thường là gì?

SVPWM cổ điển cần tổng hợp vector yêu cầu từ 3 vector cơ bản liền kề trong mỗi chu kỳ mẫu, gây tăng số lần đóng ngắt van. Kỹ thuật SVC đề xuất chọn trực tiếp một vector tối ưu theo vùng trung bình dựa trên hệ hàm giải tích liên tục, giúp giảm tần số chuyển mạch và không cần bộ nhớ bảng tra.

Vì sao phương pháp bố trí sóng mang cùng pha (PD) lại cho chất lượng điện áp tốt nhất?

Phương pháp điều chế sóng mang cùng pha (Phase Disposition - PD) đảm bảo các dải sóng mang tam giác hoàn toàn đồng pha trên toàn bộ trục biên độ. Sự đồng bộ này tạo ra độ méo dạng điện áp dây nhỏ nhất và triệt tiêu tối đa các thành phần sóng hài bậc thấp quanh tần số sóng mang so với cách bố trí APOD hay POD.

Làm thế nào để kiểm soát các vector dư thừa trong bộ nghịch lưu 5 bậc?

Luận văn thiết lập khái niệm mẫu điều chế hệ số dư thừa bằng 0 (ZRF) kết hợp với các hàm chặn biên. Bằng cách gán chỉ số bù điện áp phương thức chung (Extreme Offset), thuật toán chủ động chọn lựa vector dư thừa phù hợp để cân bằng thời gian dẫn của các khóa bán dẫn và hạn chế lệch áp tụ.

Kỹ thuật điều khiển SVC cải tiến có thể áp dụng cho biến tần số bậc cao hơn 5 bậc không?

Hoàn toàn khả thi vì mô hình toán học của kỹ thuật SVC cải tiến được xây dựng dưới dạng giải tích tổng quát dựa trên mối tương quan giữa SVPWM và CPWM. Khi tăng số bậc lên 7 hoặc 9 bậc, cấu trúc giải thuật hàm Max, Mid, Min giữ nguyên mà không cần lập trình lại hệ thống bảng tra dữ liệu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học giải tích tổng quát cho kỹ thuật điều khiển vector không gian (SVC) trên các bộ nghịch lưu áp đa bậc.
• Giải pháp loại bỏ hoàn toàn việc tra bảng dữ liệu trạng thái phức tạp, giúp đơn giản hóa cấu trúc thuật toán điều khiển trên bộ biến tần 3 bậc (27 trạng thái) và 5 bậc (125 trạng thái).
• Khẳng định tính ưu việt của cấu trúc 5 bậc trong việc giảm điện áp chịu đựng trên linh kiện công suất, giảm dv/dt và cải thiện độ méo hài dòng điện THD ngay cả ở tần số đóng ngắt thấp 1.000 Hz.
• Đóng góp cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc ứng dụng biến tần đa bậc trong các hệ thống truyền tải HVDC, năng lượng tái tạo và truyền động động cơ công nghiệp từ 1 MW trở lên.
• Định hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào việc hoàn thiện mạch phần cứng điều khiển số DSP và thử nghiệm thực tế với tải động cơ không đồng bộ trong lộ trình 12 tháng tới.

Hệ thống điều khiển nghịch lưu đa bậc tiên tiến là chìa khóa nâng cao chất lượng điện năng cho các nhà máy công nghiệp hiện đại. Hãy áp dụng ngay giải thuật SVC cải tiến để tối ưu hóa hiệu suất và bảo vệ thiết bị điện của bạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 0 4 5 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ***** LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TRAÀN DUÕNG KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR CHO BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC Chuyeân ngaønh : THIEÁT BÒ MAÏNG & NHAØ MAÙY ÑIEÄN Maõ soá ngaønh : 60 52 50 Tp. Hoà Chí Minh, thaùng 08 naêm 2005 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ***** LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR CHO BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC Chuyeân ngaønh : THIEÁT BÒ MAÏNG & NHAØ MAÙY ÑIEÄN Maõ soá ngaønh : 60 52 50 Hoï vaø Teân hoïc vieân : TRAÀN DUÕNG Ngöôøi höôùng daãn : TS. NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Tp.

Hoà Chí Minh, thaùng 08 naêm 2005 LÔØI CAÛM ÔN ---o0o--- Toâi xin gôûi lôøi caûm ôn chaân thaønh ñeán TS. Nguyeãn Vaên Nhôø ñaõ taän tình, höôùng daãn toâi ñeå hoaøn thaønh luaän vaên naøy. Toâi cuõng xin caûm ôn Quí thaày, coâ vaø phoøng Quaûn Lyù Khoa Hoïc – Sau Ñaïi Hoïc tröôøng Ñaïi hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Tp.HCM, Quí thaày, coâ boä moân Heä Thoáng Ñieän tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp.HCM, Caùc anh, chò quaûn lyù phoøng maùy tính khoa Ñieän – Ñieän töû ñaõ taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho toâi trong quaù trình hoïc taäp vaø hoaøn thaønh luaän vaên. Cuoái cuøng, toâi xin toû loøng bieát ôn ñeán gia ñình, baïn beø vaø ñoàng nghieäp ñaõ ñoäng vieân vaø taïo ñieàu kieän cho toâi raát nhieàu trong quaù trình hoïc taäp vaø thöïc hieän luaän vaên naøy cuõng nhö trong vieäc tìm kieám thoâng tin vaø caùc taøi lieäu khaùc coù lieân quan.

Hoà Chí Minh, ngaøy 24 thaùng 08 naêm 2005 Hoïc vieân Traàn Duõng MUÏC LUÏC PHAÀN A : MUÏC LUÏC Trang PHAÀN B : NOÄI DUNG CHÖÔNG I : GIÔÙI THIEÄU VEÀ BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC VAØ CAÙC KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ NOÙI CHUNG 1.1 TOÅNG QUAN 1 1.1 Tính caàn thieát phaûi nghieân cöùu kyõ thuaät ñieàu khieån cho boä nghòch löu ña baäc noùi chung .2 Öu ñieåm cuûa nghòch löu aùp ña baäc noùi chung.3 Öu ñieåm tieân ñoùan ban ñaàu cuûa kyõ thuaät SVC theo höôùng ñeà xuaát.4 Moät soá haïn cheá chöa ñöôïc khaûo saùt theo kyõ thuaät ñaõ ñeà xuaát. 2 GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ CAÁU TRUÙC CUÛA BOÄ NGHÒCH LÖU 3 ÑA BAÄC 1.1 Giôùi thieäu veà boä nghòch löu aùp noùi chung 1.2 Moät soá caáu truùc cô baûn cuûa maïch ñoäng löïc trong boä nghòch löu aùp ña baäc.1 Caáu truùc nghòch löu daïng Cascade ( cascade inverter ) 1.2 Caáu Truùc Nghòch Löu Chöùa Caëp Diode keïp ( Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC ).2 3 Caáu Truùc Nghòch Löu duøng tuï keïp (Capacitor-Clamped Multilevel Inverter) .3 CAÙC KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ NOÙI CHUNG 7 1.1 Quy Trình Ñoùng Ngaét cuûa caùc linh kieän coâng suaát trong boä nghòch löu aùp ña baäc.1 Toång Quaùt.2 Traïng Thaùi Ñoùng Ngaét Boä Nghòch Löu Aùp Ba Baäc 8 1.3 Traïng Thaùi Ñoùng Ngaét Boä Nghòch Löu Aùp Naêm Baäc 9 1.2 Phaân loaïi caùc kyõ thuaät ñieàu cheá noùi chung 10 1.3 Moät soá chæ tieâu ñeå ñaùnh giaù kyõ thuaät PWM cuûa boä nghòch löu 11 CHÖÔNG II : PHAÂN TÍCH CAÙC KYÕ THUAÄT PWM 2. 2 KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ DUØNG SOÙNG MANG 14 2.1 Caùc daïng soùng soùng mang duøng trong kyõ thuaät ñieàu cheá PWM 15 2.2 2 Moâ phoûng vaø phaân tích boä nghòch löu aùp ba baäc 17 2.3 Moâ Phoûng Boä Nghòch Löu AÙP 5 Baäc 20 2.3 PHÖÔNG PHAÙP TRIEÄT TIEÂU SOÙNG HAØI CHOÏN LOÏC.4 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ VECTOR KHOÂNG GIAN.