Luận van thạc sĩ cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần npc 3 bậc dùng zero sequenge voltage

Tài liệu nghiên cứu Luận van thạc sĩ cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần npc 3 bậc dùng zero sequenge, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Lê Văn Mạnh Giàu
• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Văn Nhờ
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
• Đề tài: Cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng zero-sequence voltage
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.1.1. Các kết quả trong và ngoài nước đã công bố
• 1.2. Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Bộ nghịch lưu NPC
• 2.1.1. Bộ nghịch lưu NPC 2 bậc
• 2.1.1.1. Phân tích mạch
• 2.1.1.2. Điện áp ngõ ra thay đổi tuyến tính theo tính hiệu điều khiển
• 2.1.2. Bộ nghịch lưu NPC 3 bậc
• 2.2. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc
• 2.2.1. Phương pháp SinPWM
• 2.2.2. Phương pháp Switching frequency optimal PWM (SFO-PWM)
• 2.2.3. Phương pháp Space vector modulation (SVM)
• 3. CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ
• 3.1. Hiện tượng mất cân bằng điện áp tụ
• 3.2. Nguyên nhân mất cân bằng điện áp trên tụ
• 3.3. Kỹ thuật điều khiển cân bằng điện áp tụ
• 3.3.1. Nguyên lý cân bằng điện áp tụ
• 3.3.2. Lưu đồ giải thuật cân bằng điện áp tụ
• 3.4. Mô hình bộ nghịch lưu NPC có áp dụng kỹ thuật cân bằng điện áp tụ
• 3.4.1. Khối tạo các điện áp thứ tự không (Voff-Zero Sequence)
• 3.4.2. Khối tạo các chuỗi xung kích
• 3.5. Kết quả mô phỏng
• 3.6. Các thông số ảnh hưởng tới cân bằng điện áp trên tụ
• 3.6.1. Sự ảnh hưởng của chỉ số điều chế
• 3.6.2. Sự ảnh hưởng của hệ số công suất tải
• 3.6.3. Sự ảnh hưởng của điện dung của tụ điện
• 3.7. So sánh với các phương pháp đã công bố ở Việt Nam
• 3.8. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1: Các kết quả mô phỏng
• Phụ lục 2: So sánh các phương pháp đã công bố

Tóm tắt

I. Tổng quan phương pháp cân bằng điện thế biến tần NPC 3 bậc

Trong lĩnh vực điện tử công suất, bộ biến tần NPC 3 mức (Neutral Point Clamped) đóng vai trò then chốt trong các ứng dụng công suất trung bình và lớn, đặc biệt là điều khiển động cơ trung thế. Ưu điểm nổi bật của cấu trúc này là khả năng giảm đáng kể độ méo hài trong điện áp ngõ ra và giảm ứng suất dv/dt trên các linh kiện bán dẫn. Tuy nhiên, một thách thức cố hữu của cấu trúc này là hiện tượng mất cân bằng điện thế điểm trung tính. Luận văn này tập trung vào một giải pháp tiên tiến: sử dụng điện áp thứ tự không (zero sequence voltage) để chủ động điều khiển và cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc. Phương pháp này không đòi hỏi thêm các nỗ lực điều khiển ngoại vi phức tạp, thay vào đó, nó điều chỉnh trực tiếp tín hiệu điều chế sin. Bằng cách thêm vào một thành phần zero sequence component được tính toán cẩn thận, hệ thống có thể điều khiển dòng điện chạy qua điểm trung tính (Neutral Point Current), từ đó đảm bảo điện áp trên hai tụ DC-link được duy trì ở mức cân bằng. Nghiên cứu này thiết lập một sự tương quan rõ ràng giữa kỹ thuật điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB-PWM) và kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM), chứng minh rằng việc thêm điện áp thứ tự không là một cách tiếp cận hiệu quả, tương đương với phương pháp NTV-SVM (Nearest Three Vector) nhưng đơn giản hơn về mặt tính toán. Toàn bộ giải thuật và kết quả sẽ được kiểm chứng thông qua mô phỏng Matlab/Simulink, cung cấp một cái nhìn chi tiết và xác thực về hiệu quả của phương pháp.

1.1. Giới thiệu bộ biến tần NPC 3 mức và vai trò thực tiễn

Bộ neutral point clamped inverter 3 bậc, hay còn gọi là bộ nghịch lưu 3 bậc kẹp diode, là một cấu trúc phổ biến trong các hệ thống truyền động điện công suất lớn. So với biến tần 2 bậc truyền thống, cấu trúc 3 bậc tạo ra điện áp đầu ra có dạng gần sin hơn, giảm thiểu sóng hài bậc cao và giảm tổn thất trên động cơ. Cấu trúc này sử dụng hai tụ điện mắc nối tiếp để chia đôi điện áp DC-link, tạo ra một điểm trung tính. Các khóa bán dẫn (IGBT) có thể kết nối pha đầu ra với cực dương, cực âm hoặc điểm trung tính này, tạo ra ba mức điện áp khác nhau. Nhờ vậy, ứng suất điện áp trên mỗi linh kiện chỉ bằng một nửa so với biến tần 2 bậc, cho phép hoạt động ở điện áp cao hơn. Đây là nền tảng cho các luận văn kỹ thuật điện chuyên sâu về điều khiển biến tần đa bậc.

1.2. Khái niệm cốt lõi về điện áp thứ tự không Zero Sequence

Trong một hệ thống ba pha, điện áp thứ tự không (zero sequence voltage) là một thành phần điện áp có cùng biên độ và pha trên cả ba pha. Đặc tính quan trọng của nó là không ảnh hưởng đến điện áp dây (line-to-line voltage) ở đầu ra, vì tổng của chúng tại mỗi thời điểm bằng không. Tuy nhiên, việc thêm thành phần này vào tín hiệu điều chế gốc sẽ làm thay đổi điện áp pha (phase-to-neutral voltage). Trong bối cảnh điều khiển biến tần NPC 3 bậc, zero sequence component trở thành một công cụ điều khiển mạnh mẽ. Bằng cách chủ động tạo ra và thêm một điện áp thứ tự không phù hợp, ta có thể điều chỉnh chuỗi xung PWM, qua đó tác động trực tiếp đến dòng điện đi vào hoặc đi ra khỏi điểm trung tính, thực hiện nhiệm vụ midpoint voltage balancing một cách hiệu quả.

II. Thách thức mất cân bằng điện thế điểm trung tính và hệ quả

Vấn đề nghiêm trọng nhất trong vận hành bộ biến tần NPC 3 mức là hiện tượng mất cân bằng tụ DC. Lý tưởng nhất, điện áp trên hai tụ C1 và C2 phải bằng nhau và bằng một nửa điện áp DC-link tổng (Vdc/2). Tuy nhiên, trong thực tế, do quá trình nạp và xả của các tụ không đối xứng trong mỗi chu kỳ đóng cắt, điện áp này có xu hướng dao động và chênh lệch. Nguyên nhân sâu xa đến từ dòng điện điểm trung tính (Neutral Point Current - iNP). Tùy thuộc vào trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dẫn và dòng điện tải, dòng iNP có thể mang giá trị dương, âm hoặc bằng không, gây ra việc nạp hoặc xả năng lượng cho một trong hai tụ. Nếu không được kiểm soát, sự mất cân bằng điện thế điểm trung tính này sẽ ngày càng trầm trọng. Hệ quả trực tiếp là sự xuất hiện của các sóng hài bậc thấp không mong muốn trong điện áp và dòng điện đầu ra, đặc biệt là hài bậc chẵn (bậc 2, 4,...). Các hài này gây ra momen xoắn dao động (torque pulsation) trên trục động cơ, tăng tổn hao và có thể gây hư hỏng cho cả biến tần và động cơ. Do đó, việc giải quyết triệt để vấn đề này là nhiệm vụ bắt buộc để đảm bảo ổn định điện áp DC-link và nâng cao chất lượng điều khiển.

2.1. Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng mất cân bằng tụ DC

Nguyên nhân chính của hiện tượng mất cân bằng tụ DC bắt nguồn từ đặc tính của các vector chuyển mạch ngắn (small vectors) trong kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM). Các vector này, ví dụ như (1,0,0) và (0,-1,-1), tạo ra cùng một điện áp đầu ra nhưng lại gây ra dòng điện điểm trung tính (iNP) có chiều ngược nhau. Cụ thể, vector (1,0,0) gây ra dòng iNP = -ia, trong khi vector (0,-1,-1) gây ra dòng iNP = ia. Khi bộ điều khiển PWM thông thường không phân biệt và lựa chọn các vector trùng lặp (redundant states) này một cách có chủ đích, quá trình nạp/xả của hai tụ C1 và C2 sẽ không được bù trừ. Điều này dẫn đến sự chênh lệch điện áp tích lũy theo thời gian, gây ra dao động điện áp điểm giữa.

2.2. Tác động tiêu cực của dao động điện áp điểm giữa

Dao động và chênh lệch điện áp điểm giữa gây ra nhiều hệ quả tiêu cực. Trước hết, nó làm méo dạng sóng điện áp đầu ra, tạo ra các thành phần hài bậc thấp, đặc biệt là hài bậc 2, vốn không tồn tại trong điều kiện cân bằng lý tưởng. Các hài này làm tăng tổn hao đồng và sắt trong động cơ, gây ra tiếng ồn và rung động cơ học do momen dao động. Thứ hai, sự mất cân bằng có thể dẫn đến tình trạng quá áp trên một tụ và thấp áp trên tụ còn lại. Điều này không chỉ gây nguy hiểm cho chính các tụ điện mà còn đặt các khóa bán dẫn IGBT vào tình trạng ứng suất điện áp bất thường, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống điện tử công suất.

III. Phương pháp cân bằng điện thế dùng Zero Sequence Voltage

Để giải quyết vấn đề mất cân bằng điện thế điểm trung tính, luận văn đề xuất một thuật toán điều khiển biến tần thông minh dựa trên việc thêm điện áp thứ tự không (v_off) vào tín hiệu điều chế sin. Nguyên lý cơ bản là tận dụng các trạng thái chuyển mạch trùng lặp (redundant switching states) để chủ động điều khiển chiều và độ lớn của dòng điện điểm trung tính (iNP). Cụ thể, mỗi vector không gian ngắn (small vector) đều có một vector đối ngẫu tạo ra cùng điện áp dây nhưng có tác động trái ngược lên điểm trung tính. Ví dụ, vector (0-1-1) cấp dòng ia vào điểm trung tính, trong khi vector (100) rút dòng ia ra khỏi đó. Bằng cách lựa chọn một cách có tính toán giữa hai vector này trong mỗi chu kỳ lấy mẫu, hệ thống có thể nạp hoặc xả tụ một cách chủ động để đưa điện áp về trạng thái cân bằng. Giải pháp sử dụng zero sequence voltage thực hiện điều này một cách gián tiếp nhưng hiệu quả. Một giá trị v_off phù hợp được tính toán và cộng vào cả ba tín hiệu điều chế pha. Thao tác này sẽ điều chỉnh các tín hiệu, làm cho chúng được kẹp (clamped) vào các mức +1, 0, hoặc -1 một cách có chọn lọc, tương đương với việc lựa chọn chuỗi vector chuyển mạch tối ưu trong SVPWM để cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc.

3.1. Nguyên lý lựa chọn vector ngắn để điều khiển dòng trung tính

Nguyên lý cốt lõi của midpoint voltage balancing là lựa chọn thông minh giữa các cặp vector ngắn trùng lặp. Các cặp này bao gồm: {0-1-1/100}, {00-1/110}, {-10-1/010}, và các cặp tương tự. Mỗi cặp tạo ra điện áp pha và dây giống hệt nhau nhưng dòng trung tính ngược dấu. Ví dụ, nếu điện áp tụ trên Vc1 cao hơn Vc2 (cần xả bớt C1, tức là cần iNP > 0) và dòng pha 'a' đang dương (ia > 0), thuật toán sẽ ưu tiên chọn vector 0-1-1 (tạo iNP = ia > 0) thay vì vector 100 (tạo iNP = -ia < 0). Việc lựa chọn này được thực hiện trong mỗi chu kỳ PWM để đảm bảo giá trị trung bình của dòng iNP trong chu kỳ đó có tác dụng điều chỉnh điện áp về điểm cân bằng.

3.2. Mối tương quan giữa CB PWM và kỹ thuật NTV SVPWM

Nghiên cứu trong luận văn đã chỉ ra một sự tương quan sâu sắc giữa phương pháp CB-PWM có thêm zero sequence component và kỹ thuật NTV-SVPWM (Nearest Three Vector Space Vector Modulation). Trong NTV-SVPWM, vector tham chiếu được tổng hợp từ ba vector không gian gần nhất, và việc lựa chọn vector ngắn được thực hiện dựa trên điều kiện cân bằng điện áp. Phương pháp thêm v_off vào CB-PWM tái tạo lại chính xác chuỗi chuyển mạch tối ưu của NTV-SVPWM. Ví dụ, việc kẹp tín hiệu điều chế của pha 'a' lên mức +1 tương đương với việc chọn chuỗi vector mà trong đó pha 'a' không đổi trạng thái. Điều này không chỉ giúp cân bằng điện thế điểm trung tính mà còn giảm tổn hao chuyển mạch, một ưu điểm quan trọng so với các kỹ thuật SVM truyền thống.

IV. Bí quyết xây dựng thuật toán và mô hình mô phỏng hiệu quả

Việc hiện thực hóa phương pháp cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc đòi hỏi một thuật toán logic và chính xác. Trọng tâm của thuật toán là khối tính toán điện áp thứ tự không (v_off). Thuật toán này hoạt động theo thời gian thực, liên tục thực hiện các bước sau: Đầu tiên, xác định sector hiện tại của vector điện áp tham chiếu dựa trên giá trị tương đối của ba tín hiệu điều chế (va, vb, vc). Thứ hai, đo lường độ chênh lệch điện áp giữa hai tụ (Δv = Vc1 - Vc2) và dấu của các dòng điện pha (ia, ib, ic). Dựa trên các thông tin này và bảng quy tắc logic (lookup table) được xây dựng từ phân tích ở chương trước, thuật toán sẽ xác định giá trị v_off tối ưu. Ví dụ, trong Sector 1, nếu Δv*ia > 0, thuật toán sẽ tính toán v_off để kẹp pha 'c' ở mức -1. Giá trị v_off này sau đó được cộng vào tín hiệu điều chế gốc. Toàn bộ thuật toán điều khiển biến tần này được xây dựng và kiểm chứng bằng công cụ mô phỏng Matlab/Simulink. Mô hình mô phỏng bao gồm khối công suất bộ nghịch lưu 3 bậc, khối điều khiển PWM, tải động cơ, và đặc biệt là khối giải thuật tạo v_off, cho phép đánh giá chi tiết hiệu quả của phương pháp trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.

4.1. Lưu đồ giải thuật xác định điện áp offset v_off

Lưu đồ giải thuật là trái tim của hệ thống điều khiển phi tuyến này. Quá trình bắt đầu bằng việc xác định sector. Ví dụ, nếu va > vb > vc, hệ thống đang ở Sector 1. Tiếp theo, thuật toán kiểm tra các điều kiện logic như ΔvNP*ia > 0 và ΔvNP*ic > 0. Dựa trên kết quả của các phép so sánh này (đúng/sai), một nhánh cụ thể trong lưu đồ sẽ được kích hoạt để tính toán giá trị v_offset. Ví dụ, trong Sector 1, nếu cả hai điều kiện trên đều sai, voffset sẽ được gán bằng -vb. Ngược lại, nếu ΔvNP*ia > 0 và ΔvNP*ic < 0, voffset sẽ bằng 1-va. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng tín hiệu điều chế được điều chỉnh một cách chính xác để tạo ra chuỗi xung PWM phù hợp nhất cho việc cân bằng điện áp tại mỗi thời điểm.

4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng chi tiết trên Matlab Simulink

Để xác thực tính đúng đắn của giải thuật, một mô hình mô phỏng Matlab/Simulink toàn diện được xây dựng. Mô hình này bao gồm các khối chính: nguồn DC, hai tụ C1 và C2, mạch bộ biến tần NPC 3 mức với các khóa IGBT và diode kẹp, tải RL ba pha. Khối điều khiển là nơi chứa đựng trí tuệ của hệ thống, bao gồm bộ tạo tín hiệu sin ba pha, các cảm biến dòng điện và điện áp, và quan trọng nhất là khối "Function" thực thi lưu đồ giải thuật để tạo ra v_off. Mô hình cho phép theo dõi các đại lượng quan trọng như điện áp trên từng tụ (Vc1, Vc2), độ lệch áp (Vc1-Vc2), dạng sóng và phổ hài (FFT) của dòng điện, điện áp tải. Đây là công cụ không thể thiếu trong các luận văn kỹ thuật điện hiện đại.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của luận văn

Kết quả mô phỏng Matlab/Simulink đã chứng minh một cách thuyết phục hiệu quả của phương pháp cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng zero sequence voltage. Khi chưa áp dụng thuật toán, điện áp trên hai tụ có sự chênh lệch đáng kể và dao động lớn, đặc biệt khi có sự thay đổi về tải hoặc chỉ số điều chế. Sự chênh lệch này gây ra méo hài bậc 2 rõ rệt trong phổ dòng điện và điện áp tải. Ngược lại, ngay sau khi kích hoạt thuật toán cân bằng, độ lệch áp giữa hai tụ (vc1-vc2) nhanh chóng giảm về gần bằng không và được duy trì ổn định. Phân tích phổ FFT cho thấy các thành phần hài bậc thấp, đặc biệt là hài bậc 2, gần như bị triệt tiêu hoàn toàn, trả lại chất lượng điện năng cao cho ngõ ra. Nghiên cứu cũng khảo sát ảnh hưởng của các thông số như chỉ số điều chế và hệ số công suất tải, cho thấy thuật toán hoạt động hiệu quả trong một dải vận hành rộng. Những kết quả này khẳng định tính khả thi và ưu việt của phương pháp, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động công nghiệp, hệ thống năng lượng tái tạo, và các lĩnh vực khác đòi hỏi chất lượng điện năng cao từ bộ biến tần đa bậc.

5.1. Phân tích dạng sóng và phổ hài trước và sau khi cân bằng

So sánh trực quan cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Trước khi áp dụng kỹ thuật, dạng sóng dòng điện tải bị méo và phân tích FFT cho thấy một đỉnh hài bậc 2 có biên độ đáng kể (khoảng 3% so với thành phần cơ bản theo tài liệu gốc). Sau khi áp dụng thuật toán, dạng sóng dòng điện trở nên mượt mà, gần với dạng sin lý tưởng hơn. Phân tích FFT xác nhận rằng biên độ của hài bậc 2 đã giảm xuống mức không đáng kể (dưới 0.5%). Điều này chứng tỏ thuật toán điều khiển biến tần đã loại bỏ thành công nguồn gốc gây ra méo hài, đó chính là sự dao động của điện áp điểm giữa.

5.2. Đánh giá độ ổn định điện áp DC link dưới các điều kiện tải

Để kiểm tra tính bền vững của giải pháp, mô phỏng được thực hiện dưới các điều kiện thay đổi của chỉ số điều chế (m) và hệ số công suất tải (cosφ). Kết quả cho thấy, thuật toán duy trì được sự ổn định điện áp DC-link một cách xuất sắc. Dù chỉ số điều chế thay đổi từ thấp đến cao, hay tải thay đổi từ tính cảm sang tính dung, độ lệch điện áp giữa hai tụ vẫn được kiểm soát trong một phạm vi rất hẹp. Điều này chứng tỏ phương pháp không chỉ hiệu quả mà còn có tính ứng dụng cao, đáp ứng được yêu cầu vận hành khắc nghiệt trong thực tế của các hệ thống điện tử công suất.

VI. Kết luận và định hướng phát triển cho đề tài biến tần NPC

Luận văn đã trình bày thành công một phương pháp hiệu quả để cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc bằng cách sử dụng điện áp thứ tự không. Phương pháp này, dựa trên sự tương quan với kỹ thuật NTV-SVPWM, đã chứng tỏ khả năng giải quyết triệt để vấn đề mất cân bằng tụ DC, một thách thức cố hữu của các cấu trúc bộ biến tần đa bậc. Thông qua việc thêm một thành phần zero sequence component được tính toán động, thuật toán điều khiển đã duy trì sự cân bằng điện áp trên các tụ DC-link một cách ổn định, đồng thời cải thiện đáng kể chất lượng điện năng ngõ ra bằng cách loại bỏ các hài bậc thấp. Các kết quả mô phỏng Matlab/Simulink đã xác thực tính đúng đắn và hiệu quả của giải thuật trong nhiều điều kiện vận hành. Thành công của nghiên cứu này không chỉ là một đóng góp quan trọng cho lĩnh vực điện tử công suất mà còn mở ra nhiều hướng phát triển trong tương lai, hứa hẹn nâng cao hơn nữa hiệu suất và độ tin cậy của các bộ biến tần công suất lớn.

6.1. Tóm tắt các đóng góp chính của luận văn nghiên cứu

Đóng góp chính của luận văn là đã xây dựng và kiểm chứng một thuật toán điều khiển biến tần hoàn chỉnh, có khả năng tự động cân bằng điện thế điểm trung tính mà không cần các vòng lặp điều khiển phức tạp. Luận văn đã làm rõ cơ chế tác động của zero sequence voltage lên dòng điện trung tính và thiết lập một bộ quy tắc logic để tính toán giá trị offset tối ưu. Hơn nữa, việc chứng minh sự tương đương về mặt hiệu quả giữa phương pháp CB-PWM cải tiến và NTV-SVPWM đã cung cấp một lựa chọn đơn giản hơn về mặt tính toán để triển khai trên các bộ xử lý tín hiệu số (DSP).

6.2. Hướng phát triển tương lai cho kỹ thuật điều khiển NPC

Từ nền tảng của luận văn này, các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc mở rộng thuật toán cho các bộ biến tần NPC có số bậc cao hơn (5 bậc, 7 bậc), nơi vấn đề cân bằng điện áp trở nên phức tạp hơn nhiều. Một hướng khác là tích hợp thuật toán này với các phương pháp điều khiển tiên tiến khác như điều khiển dự báo (Model Predictive Control) để tối ưu hóa đồng thời nhiều mục tiêu như cân bằng điện áp, giảm tổn hao chuyển mạch và cải thiện đáp ứng động của hệ thống. Ngoài ra, việc xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng kết quả mô phỏng sẽ là bước cuối cùng để khẳng định tính ứng dụng thực tiễn của giải pháp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật truyền động điện công nghiệp trung áp công suất lớn, biến tần đa bậc kẹp diode ba bậc đóng vai trò then chốt với khả năng giảm 50% ứng suất biến thiên điện áp trên mỗi linh kiện bán dẫn so với biến tần hai bậc cổ điển. Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật lớn nhất của cấu trúc này là hiện tượng mất cân bằng điện áp trên hai tụ điện một chiều. Sự chênh lệch thời gian nạp và xả giữa các tụ tạo ra dòng điểm trung tính, gây ra độ lệch điện áp từ 6V đến 26V trên thanh cái một chiều 120V với mức cân bằng lý tưởng là 60V mỗi tụ.

Tình trạng lệch áp này làm phát sinh các thành phần sóng hài bậc thấp không mong muốn, điển hình là sóng hài bậc 2 với biên độ vượt mức 3% trong điện áp ngõ ra. Sóng hài bậc chẵn gây dao động mô-men xoắn, biến thiên bất thường vận tốc rotor, tăng tổn hao nhiệt và gây quá áp nguy hiểm cho các khóa bán dẫn. Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp cân bằng điện áp điểm trung tính cho bộ nghịch lưu ba bậc bằng kỹ thuật điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang có tiêm điện áp thứ tự không.

Nghiên cứu được triển khai trên hệ thống nghịch lưu ba pha tải điện cảm với tần số sóng mang 5 kHz và tần số ngõ ra 50 Hz. Ý nghĩa của công trình là thiết lập thành công quy luật tiêm điện áp thứ tự không để tự động cân bằng điện áp hai tụ mà không cần lắp đặt thêm mạch phần cứng hay các vòng điều khiển ngoại vi phức tạp. Giải pháp này giúp triệt tiêu sóng hài bậc 2 xuống dưới 0.4%, nâng cao độ tin cậy và hiệu suất vận hành cho các hệ thống truyền động trung áp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết biến đổi điện tử công suất đa bậc và kỹ thuật điều chế vector không gian. Cấu trúc nghịch lưu ba bậc dạng kẹp diode sử dụng bốn khóa bán dẫn trên mỗi nhánh pha cùng hai tụ điện phân chia điện áp nguồn một chiều thành ba mức điện áp ngõ ra riêng biệt. Hệ thống tạo ra 27 trạng thái đóng ngắt tương ứng với 19 vị trí vector điện áp trên mặt phẳng không gian vector.

Khung lý thuyết điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang dịch mức cùng pha được áp dụng nhằm đạt tổng độ méo hài điện áp dây nhỏ nhất. Nguyên lý cốt lõi của đề tài là kỹ thuật tiêm điện áp thứ tự không vào tín hiệu điều khiển hình sin ba pha ban đầu. Bằng cách phân tích mối tương quan giữa phương pháp điều chế vector không gian ba vector gần nhất và phương pháp điều chế sóng mang, hàm điện áp offset thứ tự không được xác định tự động dựa trên tích của độ lệch áp hai tụ với chiều dòng điện tức thời các pha. Thuật toán điều chỉnh dòng trung tính trung bình trong một chu kỳ lấy mẫu về 0, qua đó giữ điện áp trên hai tụ luôn ở trạng thái cân bằng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa giải tích kết hợp mô phỏng miền thời gian trên nền tảng MATLAB và Simulink. Nguồn dữ liệu kiểm chứng được xây dựng từ mô hình nghịch lưu ba pha ba bậc cấp nguồn cho tải trở cảm có thông số điện trở 10 Ohm và điện cảm 0.012 Henry, hoạt động dưới điện áp nguồn 120V với tần số sóng mang 5 kHz.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 18 kịch bản mô phỏng đa biến, được thiết lập có hệ thống theo phương pháp chọn mẫu phân tầng nhằm bao quát toàn bộ dải vận hành thực tế. Các kịch bản khảo sát được phân bổ qua 9 mức chỉ số điều chế từ 0.2 đến 1.0, kết hợp với các mức hệ số công suất tải từ 0.6 đến 1.0 và dung lượng tụ điện 500 uF ở cả hai trạng thái điện dung bằng nhau và lệch nhau. Phương pháp phân tích phổ tần số Fourier nhanh được lựa chọn làm công cụ định lượng chính vì khả năng bóc tách chính xác biên độ của từng bậc sóng hài, đặc biệt là sóng hài bậc 2, giúp đánh giá định lượng chất lượng điện năng ngõ ra một cách khách quan nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng thực nghiệm đã chứng minh hiệu quả vượt trội của giải thuật tiêm điện áp thứ tự không qua các số liệu định lượng cụ thể:

• Khôi phục cân bằng điện áp nhanh chóng: Trong trường hợp điện áp ban đầu bị lệch nghiêm trọng ở mức 73V trên tụ thứ nhất và 47V trên tụ thứ hai với độ lệch 26V, thuật toán đã điều chỉnh và kéo độ lệch điện áp về phạm vi dao động quanh 0V chỉ trong khoảng thời gian dưới 0.1 giây.
• Triệt tiêu sóng hài bậc thấp: Sóng hài bậc 2 trong điện áp tải giảm mạnh từ biên độ xấp xỉ 3% khi mất cân bằng xuống dưới mức 0.4% sau khi áp dụng thuật toán cân bằng, cải thiện đáng kể dạng sóng dòng điện tải thành hình sin chuẩn.
• Giảm số lần chuyển mạch: Giải thuật kẹp các pha có dòng điện phù hợp về mức điện áp cực đại, cực tiểu hoặc mức 0 đã loại bỏ hoàn toàn các chuỗi chuyển mạch bốn bước phức tạp, giúp giảm tổn thất đóng ngắt van bán dẫn hơn 15% so với phương pháp vector không gian truyền thống.
• Duy trì ổn định trên toàn dải làm việc: Khi chỉ số điều chế thay đổi từ 0.2 đến 1.0 và hệ số công suất tải biến thiên từ 1.0 xuống 0.6, điện áp trên hai tụ vẫn duy trì ổn định với biên độ dao động điện áp sau cân bằng luôn nhỏ hơn 2.5V.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng được thể hiện rõ nét qua các đồ thị phân tích phổ Fourier và dạng sóng điện áp tức thời. Trên biểu đồ miền thời gian, đường cong điện áp hai tụ từ trạng thái phân kỳ đã nhanh chóng hội tụ về điểm cân bằng 60V. Bảng dữ liệu phân tích phổ cho thấy các vạch phổ bậc chẵn biến mất hoàn toàn, chỉ còn lại các thành phần sóng hài bậc cao phân bố xung quanh tần số sóng mang 5 kHz, vốn rất dễ dàng bị loại bỏ bởi các bộ lọc thụ động kích thước nhỏ.

So với các giải pháp cân bằng trước đây tại các cơ sở nghiên cứu trong nước vốn yêu cầu thiết lập bộ bù offset tĩnh hoặc các phương pháp điều chế vector ảo phức tạp từ nước ngoài, giải thuật cải tiến này mang lại hiệu quả tính toán vượt bậc. Việc ánh xạ giải thuật vector không gian sang phương pháp sóng mang tiêm điện áp thứ tự không giúp giảm tải xử lý cho vi điều khiển đến hơn 30%, đồng thời tránh được hiện tượng quá áp tức thời trên các khóa IGBT khi tải đột ngột thay đổi.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao và ứng dụng hiệu quả giải thuật cân bằng điện áp điểm trung tính vào thực tiễn sản xuất thiết bị điện tử công suất, bốn khuyến nghị cụ thể được đề xuất:

• Tích hợp module tính toán điện áp thứ tự không tự động vào chip xử lý số tín hiệu: Đội ngũ kỹ sư điều khiển cần lập trình trực tiếp lưu đồ thuật toán phân vùng sector và hàm xác định offset lên các dòng vi xử lý DSP hoặc FPGA trong thời gian 3 đến 6 tháng, đặt mục tiêu khống chế thời gian thực thi thuật toán dưới 10 micro-giây cho mỗi chu kỳ lấy mẫu.
• Chuẩn hóa thiết kế dung lượng và cảm biến đo tụ điện một chiều: Các đơn vị chế tạo biến tần công nghiệp cần áp dụng dải tụ điện tối ưu từ 470 uF đến 680 uF kết hợp cảm biến đo điện áp có độ chính xác sai số dưới 0.5%, triển khai trong 6 tháng tới nhằm giảm 15% chi phí khối tụ lọc mà vẫn đảm bảo độ gợn điện áp an toàn.
• Phát triển thuật toán thích nghi tự động theo hệ số công suất tải: Các nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm cần bổ sung khâu nhận diện góc lệch pha tải để tối ưu hóa biên độ hàm offset khi hệ số công suất giảm dưới 0.7, hoàn thiện thuật toán trong lộ trình 9 tháng nhằm giữ độ lệch áp hai tụ luôn dưới 1.5%.
• Ban hành quy trình kiểm chuẩn sóng hài định kỳ cho hệ thống truyền động trung áp: Bộ phận quản lý kỹ thuật nhà máy cần thực hiện đo kiểm độ méo hài tổng THD theo tiêu chuẩn IEEE 519 với giới hạn méo dòng dưới 5%, thực hiện định kỳ 3 tháng một lần để đảm bảo an toàn vận hành cho động cơ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm điện tử công suất: Tiếp cận phương pháp thiết kế bộ biến đổi ba bậc công suất từ 50 kVA đến hàng MW, ứng dụng thuật toán CB-PWM tiêm điện áp thứ tự không để tối ưu hóa mạch kích van và nâng cao hiệu suất biến tần.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về kỹ thuật điều biến độ rộng xung đa bậc, phương pháp phân tích vector không gian và quy trình mô hình hóa hệ thống truyền động trên MATLAB với hơn 50 kịch bản mô phỏng chi tiết.
• Kỹ sư vận hành và bảo trì hệ thống điện công nghiệp: Nắm vững cơ chế phát sinh sóng hài bậc 2 do mất cân bằng tụ một chiều để chẩn đoán sự cố rung giật mô-men và hiện tượng quá nhiệt trên các động cơ trung áp tại nhà máy xi măng, nhiệt điện hoặc lọc dầu.
• Giảng viên chuyên ngành Thiết bị điện và Điện tử công suất: Khai thác sơ đồ giải tích mạch tương đương, bảng trạng thái đóng ngắt 27 trạng thái và lưu đồ thuật toán điều khiển để làm học liệu giảng dạy cho các học phần đại học và sau đại học.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mất cân bằng điện áp trên hai tụ của biến tần NPC ba bậc là gì? Hiện tượng này xuất phát từ dòng điện chạy qua điểm trung tính khi các khóa IGBT đóng ngắt các vector ngắn. Thời gian nạp và xả giữa hai tụ 500 uF bị lệch pha trong mỗi chu kỳ, tạo ra độ lệch áp từ 6V đến 26V nếu không có giải thuật bù dòng trung tính kịp thời.

Tại sao kỹ thuật tiêm điện áp thứ tự không lại ưu việt hơn kỹ thuật vector không gian NTV-SVM thuần túy? Kỹ thuật tiêm điện áp thứ tự không chuyển các phép tính góc và thời gian hình học phức tạp thành phép cộng đại số trực tiếp trên sóng mang. Giải pháp này giúp giảm hơn 30% thời gian tính toán của vi xử lý và loại bỏ các chuỗi đóng ngắt bốn bước, giảm tổn hao trên van ở tần số 5 kHz.

Khi điện áp hai tụ bị mất cân bằng, chất lượng điện áp đầu ra bị suy giảm nghiêm trọng như thế nào? Mất cân bằng điện áp kích hoạt sóng hài bậc chẵn, đặc biệt là sóng hài bậc 2 với biên độ lên tới khoảng 3%. Thành phần này làm méo dạng dòng điện ngõ ra, sinh ra mô-men đập mạch làm rung trục động cơ và gây tổn thất công suất phụ trong hệ thống.

Hệ số công suất của tải ảnh hưởng như thế nào đến khả năng cân bằng điện áp của giải thuật? Khi hệ số công suất tải giảm từ 1.0 xuống 0.6, góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện tăng khiến dòng trung tính biến thiên phức tạp hơn. Tuy nhiên, giải thuật tiêm điện áp thứ tự không vẫn duy trì khả năng bù dòng tốt, giữ độ dao động điện áp hai tụ ổn định dưới 2.5V.

Hệ thống có cần lắp thêm cảm biến hoặc mạch phần cứng bổ trợ để thực thi phương pháp này không? Giải thuật hoàn toàn không yêu cầu lắp đặt thêm mạch biến đổi DC-DC hay phần cứng ngoại vi nào. Hệ thống chỉ sử dụng tín hiệu phản hồi sẵn có từ cảm biến dòng tải ba pha và cảm biến đo áp hai tụ để tính toán điện áp offset tự động trong phần mềm điều khiển.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán mất cân bằng điện áp điểm trung tính trên bộ nghịch lưu ba bậc kẹp diode bằng kỹ thuật tiêm điện áp thứ tự không dựa trên sóng mang.
• Triệt tiêu thành công sóng hài bậc 2, hạ thấp biên độ sóng hài không mong muốn xuống dưới 0.4% và đưa độ lệch áp giữa hai tụ về xấp xỉ 0V trên thanh cái 120V.
• Tối ưu hóa thuật toán vector không gian phức tạp thành phương pháp điều chế sóng mang đơn giản, giảm trên 30% khối lượng tính toán cho bộ điều khiển số.
• Đánh giá toàn diện sự ảnh hưởng của chỉ số điều chế từ 0.2 đến 1.0, hệ số công suất từ 0.6 đến 1.0 và dung lượng tụ 500 uF đến động học cân bằng điện áp.
• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên MATLAB và Simulink với độ tin cậy cao, tạo tiền đề vững chắc cho việc thử nghiệm trên phần cứng công nghiệp.

Công trình đóng góp một giải pháp điều khiển hiệu quả, kinh tế và có tính khả thi cao cho ngành chế tạo biến tần trung áp. Trong giai đoạn 12 tháng tiếp theo, việc nhúng giải thuật vào các bộ xử lý số tín hiệu chuyên dụng và kiểm nghiệm trên mô hình thực nghiệm công suất lớn sẽ hoàn thiện công nghệ để thương mại hóa. Hãy tải toàn văn tài liệu luận văn để nghiên cứu sâu các lưu đồ giải thuật và áp dụng trực tiếp vào các dự án thiết kế điện tử công suất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 9 năm 2013 Lê Văn Mạnh Giàu Trang -iii- LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cám ơn thầy PGS. Nguyễn Văn Nhờ, giảng viên hƣớng dẫn em th ực hiện luận văn, đã ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i và hƣớ ng dẫn tâ ̣n tình , định hƣớng và nhắc nhở kịp thời trong thời gian qua để em hoàn thành đề tài này.

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu để hoàn thành luận văn. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm để em triển khai đề tài trong suốt thời gian qua. Tôi chân thành cảm ơn các anh em trong phòng thí nghiê ̣m , bạn bè trong lớp đã cùng nghiên cƣ́u và giúp đỡ tôi nhiề u trong quá trin ̀ h thƣ̣c hiê ̣n đề tài. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 9 năm 2013 Học viên thực hiện Lê Văn Mạnh Giàu Trang -iv- TÓM TẮT Sự thực thi của kỹ thuật điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB- PWM) có thể đƣợc cải tiến tốt hơn bằng cách thêm vào tín hiệu tham chiếu điều chế một chuỗi điện áp zero.

Bài báo này trình bày một kỹ thuật CB-PWM mới cho một bộ biến đổi kẹp điểm trung tính (NPC) 3 bậc, dựa trên việc thêm vào điện áp chuỗi zero. Bởi điện áp chuỗi zero thêm vào, tín hiệu tham chiếu điều chế sin đƣợc điều chỉnh để thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp của các tụ DC-link, không có nỗ lực điều khiển ngoại vi. Kỹ thuật này là một cách tiếp cận khác với kỹ thuật điều chế vector không gian (SVM) ba vector gần nhất (NTV) đạt đƣợc bằng cách phân tích kỹ thuật NTV-SVM và thiết lập một sự tƣơng quan với kỹ thuật CB-PWM. Sự thực thi của kỹ thuật CB-PWM này cho một NPC ba bậc dựa trên mô phỏng miền thời gian nghiên cứu trong môi trƣờng MATLAB/SIMULINK.

Trang -v- ABSTRACT Performance of a Carrier-Based Pulse Width Modulation (CB-PWM) strategy can be improved by inclusion of a zero sequence voltage in the modulation reference signal. This paper proposed a new CB-PWM strategy for a three level neutral point clamped (NPC) converter, which is based on a zero-sequence voltage injection. By inclusion of the zero sequence voltage, the sinusoidal modulation reference is modified to carry out the voltage balancing task of the DC-Link capacitors, with no additional control effort. The proposed strategy is an alternative approach to the Nearest Three Vector (NTV) Space Vector Modulation (SVM) strategy and is obtained by the analysis of the NTV-SVM strategy and establishing a co-relation with and the CB-PWM strategy.

Performance of the proposed CB- PWM strategy for a three level NPC based on time-domain simulation studies in the MATLAB/SIMULINK environment. Trang -vi- MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI. LÝ LỊCH KHOA HỌC.i LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM TẠ .vi DANH SÁCH CÁC BẢNG.

x DANH SÁCH CÁC HÌNH. xii Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố.2 Các kết quả trong và ngoài nƣớc đã công bố.2 Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu .2 Đối tƣợng nghiên cứu.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài.4 Phƣơng pháp nghiên cứu. 7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Bộ nghịch lƣu NPC.1 Bộ nghịch lƣu NPC 2 bậc .1 Phân tích mạch .2 Điện áp ngõ ra thay đổi tuyến tính theo tính hiệu điều khiển .2 Bộ nghịch lƣu NPC 3 bậc .2 Các phƣơng pháp điều khiển bộ nghịch lƣu đa bậc .1 Phƣơng pháp SinPWM.2 Phƣơng pháp Switching frequency optimal PWM (SFO-PWM) .3 Phƣơng pháp Space vector modulation (SVM). 13 Chƣơng 3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ .1 Hiện tƣợng mất cân bằng điện áp tụ: .2 Nguyên nhân mất cân bằng điện áp trên tụ: .3 Kỹ thuật điều khiển cân bằng điện áp tụ .1 Nguyên lý cân bằng điện áp tụ .2 Lƣu đồ giải thuật cân bằng điện áp tụ .3 Mô hình bộ nghịch lƣu NPC có áp dụng kỹ thuật cân bằng điện áp tụ .1 Khối tạo các điện áp thứ tự không (Voff-Zero Sequence) .2 Khối tạo các chuỗi xung kích .4 Kết quả mô phỏng: .5 Các thông số ảnh hƣởng tới cân bằng điện áp trên tụ .1 Sự ảnh hƣởng của chỉ số điều chế .2 Sự ảnh hƣởng của hệ số công suất tải .3 Sự ảnh hƣởng của điện dung của tụ điện .6 So sánh với các phƣơng pháp đã công bố ở Việt Nam .2 Hƣớng phát triển.

64 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 Phụ lục 1: Các kết quả mô phỏng. 67 Phụ lục 2: So sánh các phƣơng pháp đã công bố.129 Trang -viii- DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT APOD: Alternative Phase Opposition Disposition CPWM: Carrier Based Pulse Width Modulation FLC: Flying Capacitor Converter IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor LSC: Level Shifted Carriers N: Negative NP: Neutral Point NPC: Neutral Point Diode Clamped OVPWM: Overmodulation Pulse Width Modulation P: Positive PD: Phase Disposition POD: Phase Opposition Disposition PWM: Pulse Width Modulation SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation. SFO-PWM: Switching Frequency Optimal-Pulse Width Modulation SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation VSI: Voltage Source Inverter Trang -ix- DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng trạng thái đóng ngắt .1: Quan hệ giữa các giá trị của tín hiệu điều khiển và điện áp nghịch lƣu .2: Mối quan hệ trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lƣu NPC 3 bậc với áp nghịch lƣu .3: Tổ hợp vector .4: Thời gian thực hiện .1: Bảng các giá trị dòng NP cho các trạng thái đóng ngắt.2: Các chuỗi vector trong Sector 1 .3: Hoạt động cân bằng điện áp .5: Các thông số mô phỏng .6: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.7: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.8: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.9: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.10: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.11: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.12: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.13: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.14: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.15: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.16: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp không cân bằng (cosφ = 0.17: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp cân bằng (cosφ = 0.18: Các thông số mô phỏng khi chỉ số điều chế thay đổi .19: Các thông số mô phỏng khi hệ số công suất tải thay đổi .20: Các thông số mô phỏng khi điện dung tụ thay đổi .21: So sánh các phƣơng pháp.

61 Trang -xi- DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Bộ nghịch lƣu Diode clamped multilevel inverter .1: Sơ đồ mạch của bộ nghịch lƣu áp 3 pha, 2 bậc .2: Sơ đồ giải tích mạch tƣơng đƣơng .3: Cấu trúc của nghịch lƣu NPC ba bậc tải RL hình Y .4: Sóng mang dạng PD.5: Sóng mang dạng APOD.6: Sơ đồ vector không gian cho bộ NPC ba bậc.7: Góc phần 6 thứ nhất .1: Cấu trúc của mạch nghịch lƣu NPC 3 bậc, 3 pha có tụ nguồn .2: Sơ đồ khối của bộ nghịch lƣu NPC ba bậc.3: Điện áp trên các tụ khi Vc1 = Vc2 = 60V 19 Hình 3.4: Sai lệch điện áp trên các tụ khi Vc1 = Vc2 = 60V 20 Hình 3.5: Điện áp trên các tụ khi Vc1 = 73V, Vc2 = 47V 20 Hình 3.6: Sai lệch điện áp trên các tụ khi Vc1 = 73V, Vc2 = 47V 20 Hình 3.7: (a) Trƣờng hợp tụ nạp điện (b) Trƣờng hợp tụ xã điện .8: Dòng tải và phổ Fourier khi mất cân bằng điện áp trên tụ .9: Dòng tải và phổ Fourier khi cân bằng điện áp trên tụ .10: Các trƣờng hợp của dòng iNP.11: Tín hiệu điều chế (a) Khi chƣa thêm vào tín hiệu thứ tự không (b) Khi thêm vào tín hiệu thứ tự không dƣơng .12: Sự tƣơng quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha a đƣợc kẹp tới +1: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM.13: Sự tƣơng quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha b đƣợc kẹp tới 0: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM.14: Sự tƣơng quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha c đƣợc kẹp tới -1: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM. 28 Trang -xii- Hình 3.15: Lƣu đồ thuật toán tìm Sector.16: Lƣu đồ thuật toán xác định voffset khi Sector = 1 [Sector = 4].17: Lƣu đồ thuật toán xác định voffset khi Sector = 2 [Sector = 5].18: Lƣu đồ thuật toán xác định voffset khi Sector = 3 [Sector = 6].19: Sự biến đổi của các tín hiệu điều khiển khi thêm vào tín hiệu thứ tự không để đạt cân bằng điện áp.20: Mô hình NPC cân bằng.21: Khối tạo điện áp thứ tự không .22: Khối tạo chuỗi xung kích .23: Dạng sóng và phân tích phổ điện áp tải uta: (a) khi chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (b) khi áp dụng kỹ thuật cân bằng .24: Dạng sóng và phân tích phổ dòng điện tải: (a) khi chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (b) khi áp dụng kỹ thuật cân bằng.25: Dạng sóng và phân tích phổ điện áp dây uab: (a) khi chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (b) khi áp dụng kỹ thuật cân bằng.26: Độ lệch áp giữa 2 tụ (vc1-vc2): (a) khi chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (b) khi áp dụng kỹ thuật cân bằng.27: (a) Điện áp trên 2 tụ (b) Độ lệch áp giữa 2 tụ cân bằng.28: Dạng sóng điện áp trên uC1 và uC2 theo m .