I. Tổng quan đề tài
Nghiên cứu về nghịch lưu ba pha đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện tử công suất, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển nguồn năng lượng tái tạo. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu và phân tích các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC. Mục tiêu chính là tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu này, từ đó đề xuất các kỹ thuật điều chế phù hợp nhằm cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Các kỹ thuật PWM như kỹ thuật điều chế độ rộng xung hình sine (SPWM) và kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM) được đưa ra để so sánh và đánh giá hiệu quả trong ứng dụng thực tiễn.
1.1 Lý do chọn đề tài
Điện tử công suất đang đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa và điều khiển năng lượng, đặc biệt trong các ứng dụng năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Việc nghiên cứu nghịch lưu ba pha không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống mà còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng. Luận văn này nhằm tìm hiểu sâu hơn về các kỹ thuật điều chế PWM, qua đó góp phần nâng cao khả năng ứng dụng của các bộ nghịch lưu trong thực tiễn.
1.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu cấu trúc và hoạt động của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC, tìm hiểu và xây dựng lý thuyết cho các phương pháp điều chế PWM, thực hiện mô phỏng và thực nghiệm để kiểm chứng các lý thuyết đã xây dựng. Qua đó, luận văn sẽ đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các vấn đề như điện áp Common mode và cân bằng điện áp điểm trung tính.
II. Nghịch lưu ba pha ba bậc T NPC
Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC (3L-TNPC) được phát triển nhằm khắc phục các nhược điểm của các bộ nghịch lưu hai bậc. Ưu điểm chính của bộ này là khả năng tăng công suất và giảm điện áp đặt lên các linh kiện, từ đó giảm tổn hao trong quá trình hoạt động. Bộ 3L-TNPC bao gồm 12 khóa công suất và 2 tụ DC, giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy. Việc nghiên cứu cấu hình và nguyên lý hoạt động của bộ này là rất cần thiết để phát triển các phương pháp điều chế PWM hiệu quả hơn.
2.1 Cấu hình bộ nghịch lưu
Cấu hình của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC bao gồm 12 khóa công suất được sắp xếp theo cách tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất và cải thiện hiệu suất. Các linh kiện như BJT, MOSFET, và IGBT được sử dụng, giúp bộ nghịch lưu hoạt động ổn định và hiệu quả hơn. Việc lựa chọn linh kiện phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của bộ nghịch lưu trong các điều kiện khác nhau.
2.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu này dựa trên việc chuyển đổi giữa các trạng thái đóng và ngắt của các khóa công suất. Các trạng thái cho phép và không cho phép được xác định rõ ràng, giúp kiểm soát dòng điện và điện áp một cách hiệu quả. Việc phân tích các trạng thái chuyển mạch giúp tối ưu hóa quá trình hoạt động của bộ nghịch lưu, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
III. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha ba bậc T NPC
Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung như SPWM, SVPWM, và GNPWM được nghiên cứu và áp dụng cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC. Những kỹ thuật này không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện năng mà còn giảm thiểu các sóng hài trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Luận văn đã thực hiện mô phỏng và thực nghiệm để so sánh hiệu quả của các kỹ thuật này, từ đó đưa ra các đề xuất về phương pháp điều chế tối ưu.
3.1 Kỹ thuật SPWM
Kỹ thuật SPWM là một trong những phương pháp điều chế phổ biến nhất, sử dụng sóng mang hình sine để điều chế độ rộng xung. Kỹ thuật này giúp tạo ra điện áp đầu ra gần với dạng sóng hình sine, từ đó nâng cao chất lượng điện năng. Mô phỏng và thực nghiệm cho thấy rằng SPWM có thể giảm thiểu sóng hài và cải thiện hiệu suất của bộ nghịch lưu.
3.2 Kỹ thuật SVPWM
Kỹ thuật SVPWM được cho là một phương pháp hiệu quả hơn so với SPWM trong việc điều chế điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu. Kỹ thuật này sử dụng các vector trạng thái để điều khiển các khóa công suất, từ đó tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Kết quả mô phỏng cho thấy SVPWM có khả năng giảm sóng hài và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.
3.3 Kỹ thuật GNPWM
Kỹ thuật GNPWM được đề xuất như một phương pháp tổng quát cho việc điều chế độ rộng xung. Kỹ thuật này kết hợp các ưu điểm của SPWM và SVPWM, giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu sóng hài. Kết quả thực nghiệm cho thấy GNPWM có thể đạt được hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống.
IV. Kết luận
Luận văn đã nghiên cứu và phân tích các kỹ thuật điều chế độ rộng xung cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc T-NPC, từ đó đưa ra các giải pháp nhằm cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của các phương pháp điều chế được đề xuất. Việc áp dụng các kỹ thuật này trong thực tiễn sẽ góp phần nâng cao chất lượng điện năng và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
