I. Tổng quan về nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha năm bậc tại HCMUTE
Nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha năm bậc tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển và tối ưu hóa các kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu đa bậc. Bộ nghịch lưu là một phần quan trọng trong hệ thống điện, có khả năng chuyển đổi điện áp DC thành AC với chất lượng cao. Đặc biệt, bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC được nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất và giảm thiểu số lần chuyển mạch của các khóa công suất. Kỹ thuật điều chế sóng mang và điều chế độ rộng xung (PWM) được áp dụng để tối ưu hóa quá trình này. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp điện tử.
1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về nghịch lưu đa bậc, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất. Các nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp điều chế mới có thể giảm thiểu đáng kể số lần chuyển mạch và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Nghiên cứu của Bùi Thanh Hiếu về bộ nghịch lưu ba pha cầu H cho thấy hiệu quả trong việc giảm common-mode và THDU. Ngoài ra, các nghiên cứu quốc tế cũng đã đề xuất nhiều giải pháp tối ưu cho bộ nghịch lưu đa bậc, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này.
1.2. Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất và độ tin cậy trong các hệ thống điện công nghiệp. Việc nghiên cứu và phát triển bộ nghịch lưu ba pha năm bậc không chỉ giúp cải thiện hiệu suất năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành. Năng lượng tái tạo và các ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa cũng đang ngày càng cần thiết, đòi hỏi các giải pháp công nghệ tiên tiến. Đề tài này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn cao, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp điện tử tại Việt Nam.
II. Cơ sở lý thuyết về bộ nghịch lưu ba pha năm bậc
Cơ sở lý thuyết về bộ nghịch lưu ba pha năm bậc H-NPC bao gồm các cấu trúc và nguyên lý hoạt động của nó. Cấu trúc bộ nghịch lưu H-NPC cho phép điều khiển điện áp đầu ra với độ chính xác cao và giảm thiểu độ méo hài. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) được sử dụng để điều khiển các khóa công suất, giúp tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc áp dụng các phương pháp điều chế như SVPWM và CPWM đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng việc sử dụng hàm offset trong điều chế có thể giảm số lần chuyển mạch của các khóa công suất, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu.
2.1. Các cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc
Bộ nghịch lưu đa bậc có nhiều cấu trúc khác nhau, trong đó cấu trúc H-NPC là một trong những cấu trúc phổ biến nhất. Cấu trúc này cho phép điều khiển điện áp đầu ra với độ chính xác cao và giảm thiểu độ méo hài. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp. Cấu trúc H-NPC cũng cho phép giảm thiểu số lần chuyển mạch, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
2.2. Kỹ thuật điều chế sóng mang
Kỹ thuật điều chế sóng mang (PWM) là một phần quan trọng trong việc điều khiển bộ nghịch lưu. Các phương pháp điều chế như Sin PWM và MSPWM đã được áp dụng để tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc sử dụng các kỹ thuật điều chế mới giúp cải thiện chất lượng điện áp đầu ra và giảm thiểu số lần chuyển mạch của các khóa công suất. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng việc áp dụng hàm offset trong điều chế có thể giảm số lần chuyển mạch của các khóa công suất, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu.
III. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hiệu quả của các giải pháp đề xuất trong nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha năm bậc. Các mô phỏng được thực hiện trên phần mềm MATLAB/SIMULINK cho thấy rằng số lần chuyển mạch của các khóa công suất có thể giảm đến 30% so với các phương pháp truyền thống. Kết quả thực nghiệm trên phần cứng với IGBT STGW25N120K cũng cho thấy sự phù hợp với các kết quả mô phỏng. Việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển mới đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu.
3.1. Kết quả mô phỏng
Mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK cho thấy rằng việc áp dụng hàm offset trong điều chế sóng mang giúp giảm số lần chuyển mạch của các khóa công suất. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng số lần chuyển mạch có thể giảm đến 30%, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu. Các chỉ số THD cũng được cải thiện, cho thấy chất lượng điện áp đầu ra tốt hơn so với các phương pháp truyền thống.
3.2. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm trên phần cứng với IGBT STGW25N120K cho thấy sự phù hợp với các kết quả mô phỏng. Các chỉ số điện áp và dòng điện đều đạt yêu cầu, cho thấy rằng các giải pháp đề xuất trong nghiên cứu có thể áp dụng thực tế. Việc thực nghiệm cũng cho thấy rằng các kỹ thuật điều khiển mới giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu.