Đồ án thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình t tự sửa lỗi hở 1 khóa, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Lê Phương Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Quách Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Bộ Nghịch Lưu 3 Pha Tự Sửa Lỗi Hở 1 Khóa
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.2. TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4. NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN
• 2.1. KHÁI NIỆM NGHỊCH LƯU
• 2.2. NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC
• 2.2.1. SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP NGUỒN VÀO
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT TỰ SỬA LỖI HỞ MỘT KHÓA
• 3.1. GIẢI THUẬT SỬA LỖI HỞ MỘT KHÓA
• 3.1.1. HỞ KHÓA SA1
• 3.1.2. HỞ KHÓA SA2
• 3.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TỰ SỬA LỖI HỞ MỘT KHÓA
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 4.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ NGHỊCH LƯU
• 4.2. CHI TIẾT TỪNG MẠCH TRONG BỘ NGHỊCH LƯU
• 4.2.1. CARD XỬ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335
• 4.2.1.1. TỔNG QUÁT VỀ CARD XỬ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335
• 4.2.1.2. ĐẶC ĐIỂM VỀ CARD XỬ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335
• 4.2.1.3. CCS PHẦN MỀN LẬP TRÌNH CHO CARD XỬ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335
• 4.2.2. MẠCH NGUỒN ĐỘNG LỰC
• 4.2.3. MẠCH NGUỒN ĐIỀU KHIỂN
• 4.2.4. MẠCH NGUỒN CHO CARD TMS320F28335
• 4.2.5. MẠCH KÍCH CHO IGBT
• 4.2.5.1. IC NGUỒN QA01
• 4.2.6. MẠCH CÔNG SUẤT
• 4.2.6.1. IGBT FGH60N60SFD
• 4.2.6.2. MẠCH CÔNG SUẤT
• 4.2.7. MÔ HÌNH TỔNG THỂ
• 4.2.8. MẠCH MÔ PHỎNG
• 4.2.8.1. MẠCH NGUYÊN LÝ TRÊN PSIM
• 4.2.8.2. MẠCH TẠO XUNG KÍCH TRÊN PSIM
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ
• 5.1. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH LẤY KẾT QUẢ
• 5.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.2.1. DẠNG SÓNG XUNG KÍCH CHO CÁC KHÓA IGBT
• 5.2.2. ĐIỆN ÁP ĐIỂM A ĐẾN TRUNG TÍNH TẢI (UAN)
• 5.2.3. ĐIỆN ÁP TỪ ĐIỂM A ĐẾN TRUNG TÍNH NHUỒN (UAO)
• 5.2.5. ĐIỆN ÁP TRÊN TẢI R
• 5.2.6. DÒNG ĐIỆN NGÕ RA TRÊN TẢI
• 5.2.7. QUÁ TRÌNH CHUYỂN MẠCH VÀ THD CỦA MÔ HÌNH
• 5.3. NHẬN XÉT KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.2. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN THIẾU SÓT
• 6.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa tại HCMUTE" tập trung vào thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha, cụ thể là loại nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T. Đây là một thiết kế điện tử công suất hướng đến nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Nghiên cứu nghịch lưu 3 pha này đặc biệt chú trọng vào khả năng tự sửa lỗi, giải quyết vấn đề thường gặp là lỗi hở khóa trong các khóa nghịch lưu 3 pha. Đồ án được thực hiện tại HCMUTE, cụ thể là tại phòng thí nghiệm điện tử công suất nâng cao, dựa trên nghiên cứu nghịch lưu 3 pha đã có và kiến thức về điều khiển nghịch lưu 3 pha. Mục đích của đồ án là nâng cao chất lượng điện năng và đảm bảo tính liên tục của hệ thống, giảm thiểu thiệt hại kinh tế do sự cố. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết, mô phỏng (mô phỏng nghịch lưu 3 pha bằng phần mềm PSIM) và thực nghiệm.

1.1. Cơ sở lý thuyết về nghịch lưu 3 pha

Phần này tập trung vào cơ sở lý luận nghịch lưu 3 pha, bao gồm khái niệm nghịch lưu 3 pha, nghịch lưu 3 pha 2 bậc và nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T. Đồ án phân tích sơ đồ nghịch lưu 3 pha, nguyên lý hoạt động của từng loại, nhấn mạnh vào ưu điểm của nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T so với các loại khác. Phương pháp điều khiển nghịch lưu 3 pha, đặc biệt là kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM), được trình bày chi tiết. Phương pháp thay đổi điện áp nguồn vào cũng được nghiên cứu để tối ưu hiệu suất hệ thống. Tài liệu tham khảo bao gồm các bài báo khoa học quốc tế về thiết kế mạch nghịch lưu 3 pha, điều khiển vector nghịch lưu 3 pha, và điều khiển thang PWM nghịch lưu 3 pha. Việc hiểu rõ cấu trúc nghịch lưu 3 pha và các phương pháp điều khiển là nền tảng cho việc thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hiệu quả và đáng tin cậy.

1.2. Giải thuật tự sửa lỗi hở một khóa

Phần này trình bày trọng tâm của đồ án: giải thuật tự sửa lỗi hở một khóa. Đồ án phân tích các trạng thái lỗi khi xảy ra sự cố hở khóa trong nghịch lưu 3 pha hình T. Giải thuật tự sửa lỗi được thiết kế để đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống khi có một khóa nghịch lưu 3 pha bị hở. Thuật toán tự sửa lỗi được mô tả chi tiết, bao gồm các bước phát hiện lỗi, xác định vị trí lỗi và thực hiện các thao tác chuyển mạch để khắc phục lỗi. Đồ án sử dụng phát hiện lỗi nghịch lưu 3 pha và xử lý lỗi nghịch lưu 3 pha dựa trên kiểm soát lỗi nghịch lưu 3 pha. Chọn đoạn lỗi nghịch lưu 3 pha và khắc phục lỗi nghịch lưu 3 pha là hai khía cạnh quan trọng trong giải thuật này. Lưu đồ giải thuật tự sửa lỗi minh họa rõ ràng quy trình hoạt động. Việc áp dụng giải thuật này giúp nâng cao đáng kể độ tin cậy và khả năng hoạt động liên tục của hệ thống nghịch lưu 3 pha.

1.3. Thiết kế và thực nghiệm

Phần này mô tả quá trình thiết kế mạch nghịch lưu 3 pha, bao gồm sơ đồ khối bộ nghịch lưu, chi tiết từng mạch con như mạch xử lý tín hiệu (card xử lý tín hiệu TMS320F28335), mạch nguồn, mạch kích cho IGBT (IGBT FGH60N60SFD), và mạch công suất. Thiết kế mô hình hệ thống được trình bày, cùng với mô hình hóa nghịch lưu 3 pha. Mạch mô phỏng trên phần mềm PSIM được sử dụng để kiểm tra và tối ưu thiết kế. Quá trình thực hiện thi công mô hình hệ thống và các bước lấy kết quả thực nghiệm được trình bày rõ ràng. Kết quả thực nghiệm được phân tích và đánh giá, bao gồm các dạng sóng điện áp và dòng điện. Ngôn ngữ lập trình nghịch lưu 3 pha sử dụng cho card xử lý tín hiệu TMS320F28335 được đề cập. Đồ án cũng thảo luận về các vấn đề an toàn điện trong quá trình triển khai nghịch lưu 3 pha và vận hành nghịch lưu 3 pha.

1.4. Kết luận và hướng phát triển

Phần này tóm tắt kết quả đạt được của đồ án, đánh giá hiệu quả của giải thuật tự sửa lỗi và thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha. Các nhược điểm của đồ án được chỉ ra, cùng với hướng phát triển trong tương lai. Việc cải tiến giải thuật, nghiên cứu các loại lỗi khác, và ứng dụng vào các hệ thống thực tế là những hướng phát triển tiềm năng. Cộng nghệ nghịch lưu 3 pha liên tục được cải tiến, đồ án đóng góp vào kiến thức và ứng dụng của công nghệ này. Tài liệu nghịch lưu 3 pha được sử dụng làm cơ sở nghiên cứu, đồng thời đồ án tạo thêm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu sau này. Ứng dụng nghịch lưu 3 pha rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đồ án này góp phần cải tiến độ tin cậy của hệ thống.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh năng lượng tái tạo phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng các tấm pin năng lượng mặt trời và tuabin gió ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam nhằm phục vụ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất, qua đó giảm tải chi phí điện năng tiêu thụ. Trong các hệ thống này, bộ nghịch lưu đóng vai trò then chốt để chuyển đổi nguồn điện một chiều từ nguồn năng lượng sạch thành dòng điện xoay chiều cấp cho tải hoặc nối lưới.

Cấu trúc nghịch lưu ba pha ba bậc hình T (T-type inverter) được phát triển như một giải pháp cải tiến từ mô hình nghịch lưu diode kẹp (NPC) truyền thống. Cấu trúc hình T giữ nguyên số lượng khóa bán dẫn nhưng loại bỏ hoàn toàn các diode kẹp, giúp thu nhỏ kích thước mạch, giảm tổn thất dẫn và nâng cao hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, do số lượng linh kiện đóng cắt bán dẫn trong mạch nhiều, tần suất chuyển mạch cao làm tăng tổn hao công suất. Khóa bán dẫn lại là phần tử có xác suất hư hỏng cao nhất trong hệ thống; sự cố hỏng hóc ở một khóa đơn lẻ có thể làm bộ biến đổi ngừng hoạt động hoàn toàn, gây gián đoạn dây chuyền sản xuất và tổn thất kinh tế cho các nhà máy, xí nghiệp. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài tập trung nghiên cứu giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa bán dẫn trong mạch nghịch lưu hình T ba pha bị hở mạch nhằm đảm bảo tính vận hành liên tục và ổn định của nguồn điện.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là nâng cao chất lượng điện năng và duy trì hoạt động không gián đoạn của hệ thống khi xuất hiện sự cố hở van bán dẫn, đảm bảo điện áp ngõ ra sau sửa lỗi vẫn đáp ứng giá trị yêu cầu của tải theo quy định của lưới điện.

Căn cứ theo văn bản đồ án, 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

1. Nghiên cứu giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong mạch nghịch lưu hình T hở mạch với yêu cầu điện áp ra sau khi sửa lỗi đáp ứng giá trị định mức của tải.
2. Tìm hiểu, phân tích và xây dựng mô hình toán cấu hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T.
3. Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung sin (SPWM) áp dụng cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T.
4. Tìm hiểu và phân tích các trạng thái lỗi khi khóa công suất bị hở mạch trong bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T.
5. Đề xuất giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa công suất hở mạch trong nghịch lưu ba pha ba bậc hình T kết hợp điều khiển tầng biến đổi tăng áp.
6. Xây dựng mô hình mô phỏng và thi công mô hình thực nghiệm để kiểm chứng, đánh giá giải thuật đã đề xuất.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T, mạch biến đổi tăng áp DC-DC Boost converter và giải thuật điều khiển xử lý sự cố hở mạch một van bán dẫn công suất. Phạm vi nghiên cứu về không gian được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao D405, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Phạm vi thời gian thực hiện đề tài kéo dài trong 12 tuần (từ tháng 4 năm 2019 đến tháng 7 năm 2019).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài xây dựng trên các nguyên lý điện tử công suất cơ bản và các cấu trúc biến đổi đa bậc:

• Khái niệm nghịch lưu và nghịch lưu áp ba pha hai bậc: Cấu tạo gồm 6 khóa bán dẫn IGBT mắc cầu và 6 diode thu hồi năng lượng mắc đối song. Nguyên lý đóng cắt xác định điện áp pha tải và điện áp dây thông qua điện áp pha - tâm nguồn ($U_{ao}, U_{bo}, U_{co}$) và điện áp tâm tải - tâm nguồn ($U_{no}$).
• Cấu trúc nghịch lưu ba bậc hình T (T-type inverter): Xét trên một pha, mạch gồm 4 khóa IGBT xếp thành cấu trúc chữ T. Khóa trên nối với cực dương nguồn DC, khóa dưới nối với cực âm, và hai khóa mắc đối đầu nối điểm trung tính của nguồn với pha tải. Hệ thống tạo ra 3 mức điện áp đầu ra so với điểm trung tính nguồn: $+V_{dc}/2$, $0$, và $-V_{dc}/2$.
• Phương pháp điều chế độ rộng xung Sine (SPWM): Đồ án lựa chọn phương pháp điều chế SPWM dựa trên sóng mang. Để tạo ra 3 bậc điện áp, phương pháp sử dụng $n - 1 = 2$ sóng mang tam giác ($U_{cr1}, U_{cr2}$) cùng tần số cao ($f_c$), biên độ đỉnh - đỉnh bằng 1 xếp chồng lên nhau, so sánh trực tiếp với tín hiệu điều khiển hình sin ($U_a, U_b, U_c$) có tần số công nghiệp $f_m$ (50Hz) và chỉ số điều chế $m$.
• Mạch biến đổi DC-DC Boost Converter: Được ứng dụng để điều chỉnh điện áp nguồn một chiều cấp cho nghịch lưu khi xảy ra sự cố. Mạch hoạt động ở chế độ dẫn dòng liên tục (CCM) qua cuộn cảm, mối quan hệ giữa điện áp vào $V_i$ và điện áp ra $V_o$ tuân theo hệ thức lý tưởng $V_o = V_i / (1 - V_s)$, trong đó $V_s$ là độ rộng xung kích điều khiển van đóng cắt của mạch Boost.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ qua ba bước:

• Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu: Nghiên cứu các công trình khoa học trong và ngoài nước về cấu trúc nghịch lưu hình T, khả năng chịu lỗi (fault-tolerant) và các giải pháp điều chế PWM đa bậc.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng: Thiết lập mô hình toán học giải tích cho hệ thống khi hoạt động bình thường và khi xảy ra lỗi hở van; thực hiện mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm PSIM.
• Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế, thi công chế tạo phần cứng bo mạch công suất, mạch kích lái cách ly và lập trình điều khiển trên kit xử lý tín hiệu số DSP TMS320F28335 thông qua môi trường Code Composer Studio (CCS).

Dữ liệu nghiên cứu thu thập trực tiếp từ kết quả đo đạc các dạng sóng xung kích, điện áp pha - trung tính tải ($U_{AN}$), điện áp pha - trung tính nguồn ($U_{AO}$), điện áp dây ($U_{AB}$), dòng điện tải và phổ sóng hài (THD) từ phần mềm PSIM và máy hiện sóng trên mô hình phần cứng thực nghiệm.

Thiết kế và triển khai

Cấu trúc hệ thống phần cứng hoàn chỉnh của bộ nghịch lưu được thiết kế gồm các khối chức năng chính: nguồn cấp động lực, mạch Boost DC-DC, mạch công suất nghịch lưu 3 pha hình T, mạch xử lý tín hiệu trung tâm, mạch kích lái IGBT và tải thuần trở.

Khối chức năng	Phần cứng và linh kiện sử dụng	Thông số kỹ thuật chính
Bộ xử lý tín hiệu trung tâm	Kit DSP TMS320F28335 (Texas Instruments)	Vi xử lý 32-bit, FPU, tần số 150 MHz, 512 KB Flash, 68 KB RAM, 16 kênh ADC 12-bit, 18 kênh PWM
Mạch công suất nghịch lưu	12 khóa IGBT FGH60N60SFD	Điện áp cực đại $V_{ces} = 600V$, dòng $I_C = 120A$ (ở 25°C), nhiệt độ hoạt động tối đa 150°C
Mạch kích lái (Gate Driver)	IC nguồn QA01 kết hợp Opto TLP250	QA01: Nguồn vào 15VDC, ra -9VDC/+15VDC, cách ly 3kVDC; TLP250: Nguồn 10-35VDC, dòng ra $\pm 1.5A$, cách ly 2500 Vrms
Nguồn động lực	Biến áp hạ áp kết hợp chỉnh lưu và Mạch Boost	Điện áp nguồn ban đầu 40 VDC; nâng lên $40\sqrt{3}$ VDC khi mạch Boost hoạt động
Nguồn cấp điều khiển	Nguồn tổ ong AC/DC và Adaptor DC	Nguồn tổ ong: Vào 110-220VAC, ra 15VDC - 3A; Adaptor: Vào 110-240VAC, ra 5VDC - 2A

Nguyên lý thiết kế giải thuật tự sửa lỗi hở một khóa được phân tách theo hai tình huống sự cố:

• Sự cố hở khóa nhánh trên $S_{A1}$ (hoặc khóa nhánh dưới $S_{A3}$): Khi khóa $S_{A1}$ bị hở mạch, để duy trì hệ thống hoạt động ổn định và cân bằng pha, hệ thống thực hiện kích ngắt cưỡng bức khóa đối ngẫu $S_{A3}$ và kích đóng liên tục khóa giữa $S_{A2}$. Khi đó, điện áp pha - tâm nguồn $U_{AO}$ bằng 0. Để biên độ điện áp ra trên tải $U_{AN}$ không bị suy giảm, hệ thống điều khiển kích hoạt mạch Boost nâng điện áp nguồn $U_{dc}$ đầu vào lên $\sqrt{3}$ lần. Dựa trên công thức mạch Boost: $$\frac{U_i}{1 - U_s} = \sqrt{3} U_i \implies U_s = 1 - \frac{1}{\sqrt{3}} \approx 0.42$$ Đồng thời, phương trình điện áp tham chiếu ba pha được tái cấu trúc thành: $$U'_A = 0$$ $$U'_B = m \cdot \sin\left(\theta + \frac{5\pi}{6}\right)$$ $$U'_C = m \cdot \sin\left(\theta - \frac{5\pi}{6}\right)$$
• Sự cố hở khóa nhánh giữa $S_{A2}$: Khi khóa $S_{A2}$ bị hở mạch, xung kích cho $S_{A2}$ được đặt về 0. Pha A được tái cấu trúc chuyển sang hoạt động như nghịch lưu 2 bậc bằng cách kích luân phiên hai khóa $S_{A1}$ và $S_{A3}$ thông qua so sánh tín hiệu điều khiển với sóng mang tam giác đơn: $S_{A1} = 1$ khi $U_a < U_{cr}$ và $S_{A3} = 1 - S_{A1}$. Hai pha B và C không bị sự cố vẫn tiếp tục vận hành theo chế độ điều chế 3 bậc thông thường.

Mô hình điều khiển được lập trình trên phần mềm Code Composer Studio (CCS), liên kết cấu hình khối chức năng với PSIM để nạp trực tiếp vào bộ nhớ DSP TMS320F28335 thực thi tạo xung PWM trong thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này trình bày tổng quan về nhu cầu sử dụng các bộ biến đổi nghịch lưu trong hệ thống điện phân phối, hệ thống năng lượng mặt trời và điều khiển động cơ. Tác giả khảo sát các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về cấu trúc nghịch lưu hình T từ năm 2014 đến 2018 (các nghiên cứu của Amit Singh Jadon, các công bố trên IEEE APEC về khả năng chịu lỗi, phân tích tổn hao chuyển mạch so với NPC, và đề tài tốt nghiệp năm 2018 tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM). Chương 1 đồng thời xác định rõ phương pháp tiếp cận nghiên cứu, 6 mục tiêu - nhiệm vụ cụ thể cùng giới hạn thực hiện của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý luận

Chương 2 thiết lập nền tảng lý thuyết về bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha 2 bậc và 3 pha 3 bậc hình T. Tác giả phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý và 3 trạng thái đóng cắt của một nhánh pha hình T tương ứng với các mức điện áp $+V_{dc}/2$, $0$, và $-V_{dc}/2$. Nội dung chương đi sâu vào phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM) dùng 2 sóng mang tam giác lệch mức so sánh với một sóng điều khiển hình sin để tạo xung kích cho các van bán dẫn. Cuối chương, tác giả trình bày cấu trúc, nguyên lý tích lũy - giải phóng năng lượng của cuộn cảm và công thức tính toán tỷ số biến đổi điện áp của mạch tăng áp DC-DC Boost Converter ở chế độ dòng điện liên tục.

Chương 3: Giải thuật tự sửa lỗi hở một khóa

Chương 3 là phần đóng góp học thuật trọng tâm, trình bày toàn bộ cơ sở toán học và lưu đồ thuật toán tự sửa lỗi. Tác giả thiết lập hệ phương trình điện áp pha và điện áp dây khi hệ thống hoạt động bình thường. Khi xảy ra hở mạch khóa $S_{A1}$, việc đóng khóa $S_{A2}$ và ngắt $S_{A3}$ dẫn đến $U_{AO} = 0$; từ hệ phương trình cân bằng áp, tác giả chứng minh toán học việc biên độ điện áp tham chiếu cần nhân thêm hệ số $\sqrt{3}$, tương ứng với việc phải tăng điện áp nguồn đầu vào $U_{dc}$ lên $\sqrt{3}$ lần nhờ mạch Boost với độ rộng xung kích $U_s = 0.42$. Khi xảy ra hở khóa $S_{A2}$, tác giả thiết lập thuật toán chuyển đổi pha lỗi sang chế độ hoạt động hai bậc với xung kích $S_{A1}$ và $S_{A3}$ luân phiên. Chương này cung cấp đầy đủ hai lưu đồ thuật toán: lưu đồ giải thuật tự sửa lỗi tổng quát và lưu đồ giải thuật tạo xung kích chi tiết cho các khóa.

Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình

Chương 4 mô tả chi tiết quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo phần cứng thực nghiệm cùng mạch mô phỏng. Nội dung bao gồm:

• Thiết kế mạch công suất 3 pha gồm 12 IGBT FGH60N60SFD bố trí trên các bo mạch in riêng lẻ cho từng pha.
• Thiết kế mạch kích lái cách ly sử dụng bộ đôi linh kiện IC QA01 và Opto TLP250 nhằm bảo vệ an toàn cho bộ điều khiển số.
• Thiết kế các mạch nguồn gồm nguồn động lực 40 VDC, mạch Boost DC-DC, nguồn tổ ong 15V - 3A và adaptor 5V - 2A.
• Giới thiệu cấu trúc phần cứng kit DSP TMS320F28335, môi trường lập trình Code Composer Studio (CCS).
• Xây dựng sơ đồ nguyên lý và mạch phát xung điều khiển PWM trên phần mềm mô phỏng PSIM.

Chương 5: Kết quả

Chương 5 công bố và đối sánh toàn bộ kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM với kết quả đo đạc dạng sóng thực nghiệm trên mô hình vật lý. Tác giả trình bày các kết quả thu được theo các bước vận hành:

• Dạng sóng xung kích cấp cho các van IGBT ở trạng thái bình thường và khi chuyển trạng thái lỗi.
• Dạng sóng xung kích và mức điện áp của mạch Boost trước lỗi (40 VDC) và sau lỗi ($40\sqrt{3}$ VDC).
• Dạng sóng điện áp pha - tâm tải $U_{AN}$, điện áp pha - tâm nguồn $U_{AO}$, điện áp dây $U_{AB}$ trước và sau khi kích hoạt giải thuật sửa lỗi.
• Dạng sóng dòng điện trên tải thuần trở và quá trình chuyển mạch quá độ giữa các trạng thái.
• Phân tích và so sánh độ méo dạng sóng hài tổng (THD) của hệ thống ở ba chế độ: khi chưa xuất hiện lỗi, khi xảy ra lỗi hở khóa $S_{A1}$ và khi xảy ra lỗi hở khóa $S_{A2}$.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các kết quả mà đề tài đã đạt được đối chiếu với nhiệm vụ ban đầu; đồng thời chỉ rõ những mặt hạn chế còn tồn tại của mô hình phần cứng và đề xuất các định hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm và kiểm chứng hoàn chỉnh giải thuật tự sửa lỗi trên cả môi trường mô phỏng PSIM lẫn phần cứng thực tế.

Các số liệu và kết quả thực nghiệm chính được ghi nhận trong văn bản gồm:

• Điện áp nguồn một chiều cấp cho hệ thống: Trạng thái bình thường mạch hoạt động ở mức 40 VDC. Khi xảy ra sự cố hở khóa $S_{A1}$ hoặc $S_{A3}$, mạch Boost được kích hoạt với độ rộng xung $U_s = 0.42$, đưa điện áp nguồn vào tăng lên mức $40\sqrt{3}$ VDC (xấp xỉ 69.28 VDC), giúp điện áp đầu ra trên tải được bù đắp hoàn toàn về biên độ ban đầu.
• Điện áp ngõ ra: Dạng sóng điện áp $U_{AN}$, $U_{AO}$ và điện áp dây $U_{AB}$ sau khi thực hiện giải thuật sửa lỗi giữ được tính đối xứng, đáp ứng yêu cầu cấp điện liên tục cho tải mà không cần ngừng hệ thống.
• Chỉ số độ méo dạng sóng hài tổng (THD): Tác giả đã tiến hành đo đạc và phân tích quang phổ sóng hài ở cả ba trạng thái hoạt động:

Trạng thái hoạt động của bộ nghịch lưu	Điện áp nguồn cấp $U_{dc}$	Độ rộng xung mạch Boost ($U_s$)	Tình trạng vận hành ngõ ra	Đánh giá méo hài (THD)
Trạng thái bình thường (không lỗi)	40 VDC	0 (chưa kích Boost)	Đầy đủ 3 pha 3 bậc	Mức THD chuẩn của nghịch lưu 3 bậc
Trạng thái hở khóa nhánh trên/dưới ($S_{A1}$ hoặc $S_{A3}$)	$40\sqrt{3}$ VDC	0.42	Pha A đưa $U_{AO}=0$, bù áp qua Boost	THD tăng do biến đổi dạng sóng điều chế
Trạng thái hở khóa nhánh giữa ($S_{A2}$)	40 VDC	0	Pha A chuyển sang 2 bậc, pha B và C giữ 3 bậc	Xuất hiện sóng hài bậc cao đặc trưng 2 bậc ở pha A

Giải pháp tác giả đề xuất:

• Kết hợp linh hoạt giữa việc cấu hình lại quy luật đóng cắt của các khóa bán dẫn còn lại với việc điều khiển mạch Boost DC-DC ở tầng trước để bù đắp sự sụt giảm điện áp khi hở khóa nhánh trên/dưới.
• Chuyển đổi phương thức điều chế từ 3 bậc sang 2 bậc đối với riêng pha bị sự cố khi hở khóa nhánh giữa, giúp hệ thống không cần bổ sung thêm linh kiện phần cứng chịu lỗi phức tạp.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước (do tác giả tự nêu):

• Khác với nghiên cứu của tác giả ngoài nước năm 2016 (cần bổ sung thêm nhánh cầu chịu lỗi phụ làm tăng kích thước mạch) hay các nghiên cứu chỉ dừng lại ở mô phỏng tổn hao hoặc xử lý mất pha hoàn toàn, đề tài đề xuất một giải thuật điều khiển tự sửa lỗi mới không đòi hỏi cấu trúc phần cứng phụ trợ cồng kềnh.
• Làm chủ quy trình thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh từ mô phỏng trên PSIM đến thi công bo mạch phần cứng công suất IGBT, mạch lái và lập trình điều khiển trên DSP TMS320F28335.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được chỉ ra trong văn bản:

• Phạm vi xử lý sự cố mới chỉ tập trung vào lỗi hở mạch một khóa đơn lẻ; chưa nghiên cứu và giải quyết đối với sự cố ngắn mạch khóa bán dẫn hoặc sự cố đồng thời nhiều khóa.
• Thử nghiệm thực nghiệm chỉ mới thực hiện trên tải thuần trở (tải R) ở mức điện áp thấp (nguồn vào 40 VDC), chưa được kiểm nghiệm với tải điện cảm (R-L), tải động cơ xoay chiều thực tế hoặc hệ thống nối lưới.
• Quá trình phát hiện lỗi trên phần cứng thực tế chưa được tự động hóa hoàn toàn bằng thuật toán nhận dạng cảm biến thời gian thực, mà chủ yếu tập trung vào việc thực thi thuật toán sửa lỗi khi tín hiệu lỗi được xác lập.

Hướng phát triển của đề tài:

• Mở rộng giải thuật xử lý cho các dạng sự cố phức tạp hơn, bao gồm sự cố ngắn mạch van công suất và sự cố hư hỏng đồng thời nhiều van trên các nhánh pha khác nhau.
• Triển khai thử nghiệm hệ thống với các dạng phụ tải công nghiệp đa dạng, đặc biệt là điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha và kết nối hệ thống pin quang điện (PV) nối lưới.
• Tích hợp thêm các giải thuật chẩn đoán và nhận diện lỗi tự động dựa trên đo đạc dòng điện/điện áp tức thời đưa về các kênh ADC của DSP TMS320F28335 để chuyển mạch chế độ tự động hoàn toàn.
• Nâng cao cấp điện áp và công suất định mức của bộ biến đổi nhằm tiệm cận với các ứng dụng công nghiệp thực tế.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học thuộc các ngành Kỹ thuật Điện, Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa đang thực hiện các đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về lĩnh vực điện tử công suất nâng cao.
• Người nghiên cứu về các cấu trúc biến đổi đa bậc (multilevel inverter), đặc biệt là cấu hình biến đổi hình T (T-type topology) và các chiến lược điều chế độ rộng xung SPWM.
• Kỹ sư thiết kế phần cứng điện tử công suất cần tài liệu tham khảo thực tế về:
  • Thiết kế bo mạch in công suất sử dụng IGBT rời rạc (FGH60N60SFD).
  • Thiết kế mạch kích lái cách ly an toàn sử dụng IC nguồn QA01 kết hợp optocoupler tốc độ cao TLP250.
  • Ứng dụng và lập trình bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F28335 thông qua Code Composer Studio (CCS) kết hợp mô phỏng PSIM.

Nội dung tại Chương 3 (phương pháp toán học tái cấu trúc vector điều chế và tính toán tỷ số Boost) cùng Chương 4 (sơ đồ nguyên lý chi tiết các khối mạch phần cứng) là hai phần mang giá trị tham khảo ứng dụng thực hành cao nhất.

Câu hỏi thường gặp

1. Mạch công suất nghịch lưu trong đồ án sử dụng bao nhiêu khóa bán dẫn và mã hiệu linh kiện là gì?
Mạch công suất nghịch lưu ba pha ba bậc hình T sử dụng tổng cộng 12 khóa bán dẫn IGBT rời rạc có mã hiệu FGH60N60SFD (mỗi nhánh pha gồm 4 IGBT xếp hình chữ T). Các thông số kỹ thuật chính của linh kiện gồm: điện áp cực đại đánh thủng $V_{ces} = 600V$, dòng định mức $I_C = 120A$ tại nhiệt độ 25°C, nhiệt độ làm việc tối đa 150°C.

2. Khi xảy ra sự cố hở khóa $S_{A1}$, giải thuật điều khiển xử lý như thế nào để bù điện áp ngõ ra?
Khi khóa $S_{A1}$ bị hở mạch, hệ thống kích ngắt hoàn toàn khóa đối xứng $S_{A3}$ và kích dẫn liên tục khóa giữa $S_{A2}$, làm điện áp pha - tâm nguồn $U_{AO} = 0$. Đồng thời, bộ điều khiển kích hoạt mạch Boost DC-DC hoạt động với độ rộng xung $U_s = 0.42$ để nâng điện áp nguồn vào $U_{dc}$ lên $\sqrt{3}$ lần (từ 40 VDC lên $40\sqrt{3}$ VDC), đồng thời tái cấu trúc lại góc pha của tín hiệu điều khiển pha B và pha C nhằm bù đắp hoàn toàn biên độ điện áp trên tải.

3. Tại sao giải thuật xử lý sự cố hở khóa nhánh giữa ($S_{A2}$) không cần phải tăng điện áp nguồn Boost?
Khi khóa nhánh giữa $S_{A2}$ bị hở mạch, hệ thống đặt xung kích $S_{A2} = 0$ và chuyển đổi chế độ điều chế của riêng pha A sang nghịch lưu 2 bậc (kích luân phiên giữa khóa đỉnh $S_{A1}$ và khóa đáy $S_{A3}$ bằng việc so sánh với một sóng mang). Ở chế độ này, pha A vẫn tiếp cận được hai mức điện áp $+V_{dc}/2$ và $-V_{dc}/2$ nên biên độ điện áp không bị suy giảm theo cách thức của lỗi $S_{A1}$, do đó không cần nâng áp nguồn $U_{dc}$ bằng mạch Boost mà chỉ chịu sự thay đổi về thành phần sóng hài ngõ ra.

4. Khối điều khiển trung tâm và khối cách ly mạch kích lái sử dụng các linh kiện cụ thể nào?
Khối điều khiển trung tâm sử dụng card xử lý tín hiệu số DSP TMS320F28335 (dòng C2000 32-bit của Texas Instruments, xung nhịp 150 MHz). Khối kích lái sử dụng module nguồn cách ly DC/DC QA01 (nguồn vào 15VDC, tạo ra điện áp ngõ ra kép -9VDC và +15VDC, cách ly 3kVDC) kết hợp với IC cách ly quang tốc độ cao Opto TLP250 (dòng lái ngõ ra tối đa $\pm 1.5A$, điện áp cách ly 2500 Vrms) để phát xung kích trực tiếp vào cực cổng của các IGBT.

5. Mức điện áp và phụ tải được sử dụng trong các thử nghiệm thực tế của đồ án là bao nhiêu?
Trong các thử nghiệm mô phỏng và phần cứng thực nghiệm, đồ án sử dụng nguồn cấp một chiều động lực ban đầu là 40 VDC (được tạo ra từ máy biến áp hạ áp kết hợp bộ chỉnh lưu). Khi có lỗi hở khóa $S_{A1}/S_{A3}$, điện áp qua mạch Boost được nâng lên mức $40\sqrt{3}$ VDC (khoảng 69.28 VDC). Phụ tải được kết nối ở đầu ra ba pha của bộ nghịch lưu là tải thuần trở (tải R).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa" của sinh viên Lê Phương Thanh và Ngô Sĩ Huy đã giải quyết hoàn chỉnh vấn đề duy trì vận hành liên tục cho cấu trúc nghịch lưu ba pha ba bậc hình T khi xảy ra sự cố hở một van bán dẫn. Nghiên cứu đã xây dựng thành công giải thuật toán học tái cấu trúc vector điều khiển kết hợp điều khiển tầng biến đổi tăng áp Boost DC-DC, tính toán chính xác thông số độ rộng xung điều khiển $U_s = 0.42$ để bù đắp điện áp khi hở khóa nhánh trên/dưới và chuyển đổi chế độ hai bậc khi hở khóa nhánh giữa. Hệ thống đã được chế tạo phần cứng hoàn chỉnh với 12 IGBT FGH60N60SFD, mạch lái cách ly QA01/TLP250 và lập trình thời gian thực trên DSP TMS320F28335, cho thấy sự thống nhất giữa kết quả mô phỏng PSIM và thực nghiệm đo đạc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Ngày nay thiết bị nghịch lưu được sử dụng rất phổ biến từ trong hộ gia đình cho đến các nhà máy sản xuất trong nhiều lĩnh vực ví dụ như trong nghịch lưu nối lưới hệ thống điện phân phối[1], trong điều khiển động cơ[6], trong hệ thống điện mặt trời[7]. Nghịch lưu đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và xí nghiệp, đối với các nhà máy thì việc họ đảm bảo được tính ổn định và liên tục của những động cơ và hệ thống là vấn đề được các doanh nghiệp đặt lên hàng đầu. Nhưng thực tế nghịch lưu có cấu tạo chính từ các khóa bán dẫn do đó vẫn có khả năng hư hỏng. Mỗi 1 khóa hư hỏng thì làm biến tần ngừng hoạt động làm gián đoạn hệ thống vận hành, qua đó trực tiếp dẫn đến tổn thất kinh tế không đáng có cho các nhà máy xí nghiệp[8].

Để đáp ứng yêu cầu đó, Những năm gần đây, có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng và phát triển bộ nghịch lưu hình T[9]. Nghịch lưu hình T là bộ nghịch lưu có nhiều ưu điểm hơn so với các bộ nghịch lưu trước đó như là nghịch lưu NPC truyền thống, nghịch lưu đa cấp kẹp (DCMLI), nghịch lưu đa cấp cầu nối H (CHBMLI). Nhưng song song với các ưu điểm, do nghịch lưu hình T vẫn cần nhiều khóa đóng cắt nên khả năng hở mạch một trong các khóa trên là rất cao, nên đề tài này nhóm sẽ phân tích và vận dụng “Giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong mạch nghịch lưu hình T 3 pha bị hở mạch”.2 TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ Việc nghiên cứu các bộ nghịch lưu đã có từ hơn 30 năm qua. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các bộ nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày một nhiều hơn với nhiều kết quả có đóng góp quan trọng trong các nghành công nghiệp của thế giới.

Đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề mạch nghịch lưu hình T có thể kể đến như sau: Page | 1 do an  Tình hình ngoài nước: Trong bài báo “Design and Implementation of 3-Phase 3-Level T-type Inverter with Different PWM Techniques”[9] được công bố năm 2016, các tác giả Amit Singh Jadon, Dr. Anmol Ratna Saxen và Praveen Bansa. Nội dung bài báo nêu lên lợi ích của nghịch lưu 3 cấp hình T so với các loại nghịch lưu khác như : nghịch lưu đa cấp kẹp Diode (DCMLI), biến tần đa cấp Flying Tụ (FCMLI) và biến tần đa cấp cầu nối H (CHBMLI) đã được sử dụng rộng rãi. Các diode kẹp trong được thay thế bằng IGBT để cải thiện phân phối tổn thất bán dẫn.

Bài viết này đề xuất một cấu trúc liên kết biến tần loại T 3 cấp yêu cầu số lượng công tắc và mạch điều khiển cổng ít hơn so với các bộ biến tần đa cấp thông thường. Cấu trúc liên kết loại T đã được đề xuất trước đây ở đây được triển khai theo ba pha với các kỹ thuật PWM khác nhau. Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) là phương pháp hiệu quả nhất để kiểm soát điện áp đầu ra trong các bộ biến tần. Các sơ đồ PWM dựa trên sóng mang được sử dụng cho các bộ biến tần đa cấp là phương pháp hiệu quả nhất, được thực hiện bằng giao điểm của tín hiệu điều chế với dạng sóng mang hình tam giác.

Năm 2014, bài báo[10] “A Fault-tolerant T-type Three-Level Inverter System” được công bố trong IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC 2014, với nội dung nói về cấu hình nghịch lưu hình T, khả năng chịu lỗi tốt hơn của nghịch lưu hình T, trình bày nguyên tắc chuyển đổi từ trạng thái hoạt động bình thường sang sau sự cố khi có lỗi hở một khóa hoặc ngắn mạch. Năm 2015, bài báo[11] “Comparative Analysis of Power Losses for 3-Level NPC and T-type Inverter Modules” phổ biến trên trang IEEE, với nội dung so sánh tổn thất điện năng chuyển mạch của nghịch lưu hình T và nghịch lưu NPC trên mô phỏng PSIM. Năm 2016, bài báo[12] “Investigation of a Fault-tolerant Three-level T-type Inverter System” được công bố bởi tổ chức IEEE, nội dung bài báo đề xuất cấu hình bộ nghịch lưu hình T có thể chịu được lỗi bằng phương pháp cách ly lỗi và thêm cầu chịu lỗi vào mạch nghịch lưu hình T. Page | 2 do an  Tình hình trong nước: Hiện nay việc nghiên cứu về nghịch lưu hình T trong nước đã phần nào phổ biến có thể kế đến như nghiên cứu về cấu hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T tăng áp bằng chuyển mạch LC thực hiện trong bài báo “Three-Level Quasi-Switched Boost T-Type Inverter: Analysis, PWM Control and Verification” được đăng trên trang web chính thức của tổ chức IEEE vào năm 2017[13].

Cũng nói về đề tài nghịch lưu hình T năm 2018 hai sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Nguyễn Thái Duy, Lê Minh Quý cũng đã bảo vệ thành công đồ án tốt nghiệp đề tài “xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu lỗi”. với nội dung đề tài thực hiện xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha ba bậc hình T tăng áp điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu được sự cố mất pha ở một nhánh nghịch lưu bất kỳ. Mô hình được thực hiện dựa trên việc sử dụng card xử lý tín hiệu số DSP TMS320F28335 kết hợp với vi mạch FPGA để lập trình tạo ra các xung kích đóng, mở các IGBT tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha cấp cho tải[2].3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu để tìm ra tài liệu phù hợp với đề tài để vận dụng một cách chính xác vào đồ án. - Phương pháp mô hình hóa để vận dụng những lý thuyết đã tìm hiểu vào thực tế, để từ mô hình ta thu thập được những dữ liệu để chứng minh những lý thuyết trên là đúng.

- Phương pháp thực nghiệm khoa học để kiểm tra tính chính xác của một lý thuyết hoặc một giả thuyết mới để ủng hộ hoặc bác bỏ chúng.4 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Các nhiệm vụ cần thực hiện như sau:  Nghiên cứu giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong nghịch lưu hình T hở mạch với yêu cầu: Điện áp ra mạch nghịch lưu sau khi sửa lỗi đáp ứng giá trị yêu cầu của tải.  Tìm hiểu/phân tích/đưa ra mô hình toán cấu hình nghịch lưu hình T 3 pha 3 bậc.  Nghiên cứu kỹ thuật SPWM cho bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T.  Tìm hiểu/phân tích các trạng thái lỗi khi khóa hở mạch trong nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T.

 Đề xuất giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa hở mạch trong nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T.  Mô phỏng và đánh giá giải thuật đã đề xuất. Page | 3 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 KHÁI NIỆM NGHỊCH LƯU Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không đổi thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: nghịch lưu nguồn áp và nghịch lưu nguồn dòng.

Nguồn cung cấp cho hai bộ nghịch lưu này tương ứng với tên của nó lần lượt là nguồn áp và nguồn dòng[3]. Năng lượng một chiều được lái thành năng lượng xoay chiều bằng cách điều khiển đóng ngắt các thiết bị công suất (SCR, MOSFET, IGBT, v.v…) với các luật đóng cắt phụ thuộc vào phương pháp điều khiển được sử dụng. Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ như nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha. Người ta cũng có thể phân loại chúng theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng.

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại nghịch lưu nhưng hai cách trên là phổ biến hơn cả. Khái niệm bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu một pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch DC thay đổi giữa hai ba bặc khác nhau, ví dụ khi chọn điểm có điện thế chuẩn là tâm nguồn DC thì điện áp từ pha tải đến tâm nguồn thay đổi giữa 2 giá trị (+U/2) và (-U/2) trong quá trình đóng ngắt các linh kiện thì được gọi là nghịch lưu 2 bậc.2 NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC 2.1 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẶC Để có điện 3 pha ta dùng cầu nghịch lưu 3 pha 6 bộ đóng ngắt và diode thu hồi năng lượng như sau: Hình 2. 1 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 2 bậc Page | 4 do an 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc được cấu thành từ 6 IGBT và 6 diode mắc đối song. Các khóa công suất trên cùng một nhánh không được phép cùng dẫn.

Với giả thiết tải ba pha đối xứng thỏa mãn hệ thức[5].1) Và nguồn áp U được phân chia làm hai nửa bằng nhau với điểm nút phân thế O, gọi N là điểm nút của tải ba pha dạng sao. Điện áp pha tải Uan, Ubn, Ucn được xác định theo: 𝑈𝑎𝑛 = 𝑈𝑎𝑜 − 𝑈𝑛𝑜 {𝑈𝑏𝑛 = 𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑛𝑜 (2.2) 𝑈𝑐𝑛 = 𝑈𝑐𝑜 − 𝑈𝑛𝑜 Điện áp Uao, Ubo, Uco được gọi là các điện áp pha tâm nguồn của các pha a, b, c và Uno được gọi là điện áp tâm tải-tâm nguồn, được xác định theo: 𝑈𝑎𝑜 +𝑈𝑏𝑜 +𝑈𝑐𝑜 𝑈𝑛𝑜 = (2.3) 3 Vì vậy, điện áp pha tải và điện áp dây được tính: 2𝑈𝑎𝑜 −𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑐𝑜 Uan = 3 −𝑈𝑎𝑜 +2𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑐𝑜 Ubn = (2.4) 3 𝑈𝑎𝑜 −𝑈𝑏𝑜 −2 𝑈𝑐𝑜 Ucn = 3 Như vậy ta có thể xác định được các điện áp pha tải, điện áp dây và do đó cả dòng điện tải cũng như dòng điện pha thông qua điện áp pha – tâm nguồn Uao, Ubo, Uco Các điện áp này lại được xác định thông qua trạng thái đóng cắt của các khóa trong các nhánh pha ví dụ như Sa và Sa’ với pha a. Nếu biểu diễn trạng thái kích dẫn của linh kiện là 1 và trạng thái kích ngắt là 0 thì phương trình biểu diễn trạng thái kích của các linh kiện trong các nhánh pha của mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc như sau: 𝑆𝑎 + 𝑆𝑎′ = 1, 𝑆𝑏 + 𝑆𝑏′ =1 và 𝑆𝑐 + 𝑆𝑐′ =1 (2.5) Page | 5 do an 2.3 NGHỊCH LƯU 1 PHA 3 BẬC HÌNH T Dưới dây là sơ đồ nguyên lý mạch hình T một pha, một chu kỳ hoạt động mạch sẽ hoạt động trên 3 chế độ như hình [9]: Hình 2. 2 Mạch tương đương một pha trong mạng 3 pha 3 bậc hình T Hình 2.