I. Giới thiệu tổng quan về đề tài
Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử công suất, bộ chỉnh lưu ba pha ba bậc T-NPC đã chứng tỏ được ưu điểm vượt trội so với các cấu hình chỉnh lưu khác. Bộ chỉnh lưu ba pha không chỉ cung cấp điện áp ổn định mà còn giảm thiểu sóng hài và cải thiện hệ số công suất. Luận văn này sẽ đi sâu vào việc nghiên cứu kỹ thuật điều chế và điều khiển bộ chỉnh lưu với mục tiêu chính là tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống. Các phương pháp điều chế hiện đại như GNPWM (General Nearest three space vector Pulse Width Modulation) sẽ được áp dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra, đảm bảo cân bằng điện áp điểm trung tính, từ đó nâng cao chất lượng điện năng.
1.1 Lý do chọn đề tài
Sự gia tăng nhu cầu về hiệu suất và chất lượng điện năng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng đã thúc đẩy nghiên cứu về công nghệ chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu ba pha ba bậc T-NPC nổi bật với khả năng cung cấp điện áp cao hơn và chất lượng điện năng tốt hơn. Việc áp dụng các giải pháp điều chế tiên tiến giúp giảm thiểu sóng hài, nâng cao hiệu suất hoạt động, và đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về chất lượng điện năng. Điều này làm cho nghiên cứu về bộ chỉnh lưu này trở nên cần thiết và có tính ứng dụng cao.
II. Phân tích hoạt động của bộ chỉnh lưu 3LT2NPC
Bộ chỉnh lưu ba pha ba bậc T-NPC được cấu tạo từ 12 khóa bán dẫn cùng với hai tụ điện ở đầu ra và một bộ lọc LCL. Phân tích bộ chỉnh lưu 3LT2NPC cho thấy rằng cấu trúc này cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra một cách linh hoạt và hiệu quả. Sự chuyển trạng thái của bộ chỉnh lưu diễn ra mượt mà, giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng. Việc áp dụng các phép biến đổi như biến đổi Clarke và Park giúp chuyển đổi giữa các hệ tọa độ, từ đó tối ưu hóa việc điều khiển và giám sát hoạt động của bộ chỉnh lưu.
2.1 Các phép biến đổi
Các phép biến đổi như biến đổi Clarke và biến đổi Park đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hoạt động của bộ chỉnh lưu. Biến đổi Clarke giúp chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ, trong khi biến đổi Park cho phép chuyển đổi từ hệ tọa độ αβ sang dq. Những phép biến đổi này không chỉ giúp đơn giản hóa các phép toán mà còn cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển và giám sát điện áp và dòng điện.
III. Kỹ thuật điều chế vectơ không gian dạng tổng quát cho bộ chỉnh lưu 3LT2NPC
Kỹ thuật điều chế vectơ không gian dạng tổng quát (GNPWM) cho bộ chỉnh lưu 3LT2NPC là một trong những phương pháp tiên tiến được sử dụng để cải thiện hiệu suất hoạt động. GNPWM giúp tối ưu hóa việc điều khiển điện áp đầu ra và cân bằng điện áp điểm trung tính. Việc áp dụng thuật toán DSOGI-PLL để xác định góc pha điện áp lưới cũng là một yếu tố quan trọng, giúp nâng cao độ chính xác trong điều khiển. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng GNPWM có thể giảm thiểu sóng hài bậc cao và cải thiện hệ số công suất.
3.1 Mục tiêu điều chế độ rộng xung cho bộ chỉnh lưu 3LT2NPC
Mục tiêu chính của kỹ thuật điều chế GNPWM là giảm thiểu sóng hài và cải thiện hiệu suất điều khiển. Việc sử dụng GNPWM cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra một cách chính xác, đồng thời đảm bảo cân bằng điện áp điểm trung tính. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng điện năng mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển đổi. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng GNPWM có thể đạt được hệ số công suất gần như đơn vị, điều này là rất quan trọng trong các ứng dụng thực tế.
IV. Giải pháp PLL bộ điều khiển điện áp dòng điện cân bằng điện áp điểm trung tính
Giải pháp PLL (Phase Locked Loop) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định góc pha điện áp lưới, từ đó giúp điều khiển điện áp và dòng điện một cách chính xác. Hệ thống điều khiển cho bộ chỉnh lưu 3LT2NPC được thiết kế để tối ưu hóa cả điện áp và dòng điện, đồng thời đảm bảo cân bằng điện áp điểm trung tính. Việc áp dụng các giải thuật điều khiển hiện đại giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình hoạt động.
4.1 Thuật toán vòng khóa pha PLL
Thuật toán vòng khóa pha PLL là một phương pháp hiệu quả để xác định góc pha điện áp lưới. PLL giúp đồng bộ hóa tín hiệu đầu vào với tín hiệu điều khiển, từ đó cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển điện áp và dòng điện. Việc sử dụng PLL trong bộ chỉnh lưu 3LT2NPC cho phép nâng cao hiệu suất hoạt động và giảm thiểu sóng hài, đồng thời đảm bảo rằng điện áp đầu ra luôn ổn định và đáp ứng các yêu cầu của tải.
V. Mô phỏng bộ chỉnh lưu 3LT2NPC bằng phần mềm PLECS
Việc mô phỏng bộ chỉnh lưu 3LT2NPC bằng phần mềm PLECS cho phép kiểm chứng các lý thuyết và phương pháp điều chế đã được nghiên cứu. Phần mềm này cung cấp một môi trường mô phỏng mạnh mẽ, giúp phân tích hoạt động của bộ chỉnh lưu trong các điều kiện khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ chỉnh lưu 3LT2NPC có thể đạt được hiệu suất cao và chất lượng điện năng tốt, từ đó khẳng định tính khả thi của các giải pháp điều chế và điều khiển đã đề xuất.
5.1 Mô phỏng kỹ thuật điều chế vectơ không gian dạng tổng quát
Kết quả mô phỏng kỹ thuật điều chế vectơ không gian dạng tổng quát cho bộ chỉnh lưu 3LT2NPC cho thấy khả năng giảm thiểu sóng hài và cải thiện hệ số công suất. Các tham số đầu vào được điều chỉnh để đạt được các mục tiêu như điện áp đầu ra ổn định và cân bằng điện áp điểm trung tính. Mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng GNPWM có thể đạt được hệ số công suất gần như đơn vị, điều này là rất quan trọng trong các ứng dụng thực tế.
VI. Thực nghiệm và kết quả thực nghiệm
Thực nghiệm được thực hiện trên mạch công suất TIDA-01606-10kW với vi điều khiển TMS320F28379D của Texas Instruments. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ chỉnh lưu 3LT2NPC không chỉ hoạt động ổn định mà còn đạt được hiệu suất cao trong việc điều chỉnh điện áp và dòng điện. Việc kiểm chứng các kết quả mô phỏng với thực nghiệm thực tế giúp khẳng định tính đúng đắn của các lý thuyết và phương pháp đã được nghiên cứu.
6.1 Giới thiệu DSP TMS320F28379D và phần cứng
Việc sử dụng vi điều khiển TMS320F28379D trong thực nghiệm cho phép điều khiển chính xác các tham số của bộ chỉnh lưu 3LT2NPC. TMS320F28379D là một vi điều khiển mạnh mẽ với khả năng xử lý nhanh và tích hợp nhiều tính năng điều khiển, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ chỉnh lưu hoạt động ổn định và đáp ứng tốt các yêu cầu về chất lượng điện năng.
VII. Kết luận và hướng phát triển đề tài
Luận văn đã trình bày chi tiết về nghiên cứu kỹ thuật điều chế và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha TNPC. Các kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh rằng bộ chỉnh lưu 3LT2NPC có thể đạt được hiệu suất cao và chất lượng điện năng tốt. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thuật toán điều khiển và mở rộng ứng dụng của bộ chỉnh lưu trong các lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp đến năng lượng tái tạo.
7.1 Hướng phát triển
Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trong điều khiển bộ chỉnh lưu, như sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quá trình điều khiển. Ngoài ra, việc mở rộng ứng dụng của bộ chỉnh lưu 3LT2NPC trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo và công nghiệp cũng là một hướng đi tiềm năng. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
