Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống như than đá và dầu mỏ đối mặt với nguy cơ cạn kiệt, việc phát triển và ứng dụng các nguồn năng lượng sạch (điển hình như năng lượng mặt trời, năng lượng gió hoặc các phương tiện giao thông thuần điện) đang trở thành định hướng tất yếu cho sự phát triển bền vững. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống năng lượng tái tạo và lưu trữ sơ cấp chỉ tạo ra dòng điện một chiều (DC). Để cấp nguồn cho các phụ tải công nghiệp và dân dụng hoạt động bằng điện xoay chiều (AC), hệ thống bắt buộc phải tích hợp các bộ nghịch lưu (inverter) nhằm thực hiện quá trình biến đổi DC-AC, đồng thời kiểm soát biên độ điện áp và tần số cung cấp cho tải.

Các bộ nghịch lưu áp hai mức truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế kỹ thuật rõ nét khi vận hành ở dải công suất và điện áp lớn. Đáng kể nhất là tốc độ biến thiên điện áp theo thời gian ($dv/dt$) rất cao, tạo ứng suất điện áp lớn lên lớp cách điện của thiết bị, đồng thời phát sinh độ méo dạng sóng hài tổng (THD) cao và điện áp chế độ chung (Common Mode Voltage - CMV). Để giải quyết triệt để các tồn tại này, cấu trúc nghịch lưu đa mức (Multilevel Inverter) được nghiên cứu ứng dụng nhằm giảm ứng suất điện áp trên các van bán dẫn công suất, cho phép tăng tần số đóng cắt tương đương, làm mịn dạng sóng điện áp ngõ ra và triệt tiêu đáng kể các thành phần hài bậc cao.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài khóa luận "Thiết kế thi công mô hình sử dụng biến tần đa bậc điều khiển tải RL" do nhóm tác giả Nguyễn Đức Thắng và Trần Thanh Sang thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Nhân Bổn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã tập trung vào việc nghiên cứu, mô phỏng và chế tạo thực nghiệm bộ biến tần đa bậc nhằm đánh giá chất lượng điện áp đầu ra cấp cho tải RL.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

  1. Áp dụng nền tảng lý thuyết điện tử công suất để xây dựng và triển khai mô hình bộ biến tần ba pha năm bậc (khảo sát cấu trúc diode kẹp NPC và cầu H nối tầng Cascade).
  2. Xây dựng mô hình mô phỏng hoàn chỉnh hoạt động của hệ thống nghịch lưu trên phần mềm Matlab/Simulink nhằm kiểm chứng nguyên lý vận hành.
  3. Thu thập thông tin, tính toán và đánh giá so sánh đặc tính kỹ thuật của các cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha năm bậc (NPC, Flying Capacitor, Cascade).
  4. Khảo sát các dạng sóng ngõ ra (điện áp pha, điện áp dây, điện áp tải, điện áp CMV) và đánh giá định lượng tác động của các chỉ số điều chế ($m$) cùng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PD-PWM và POD-PWM) đến đặc tính vận hành của tải RL.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ nghịch lưu áp ba pha năm bậc, giải thuật điều chế độ rộng xung đa mức dựa trên sóng mang (Carrier-based PWM), vi điều khiển xử lý tín hiệu số Kit DSP TMS320F28379D, và khối tải tĩnh ba pha $R-L$.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng phần mềm và triển khai thi công, đo đạc thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Điện công nghiệp, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình thực hiện đề tài diễn ra từ ngày 01/04/2025 đến ngày 17/06/2025.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết biến đổi điện năng tĩnh trong điện tử công suất, tập trung vào ba cấu hình nghịch lưu đa mức kinh điển:

  1. Cấu trúc nghịch lưu diode kẹp (Neutral Point Clamped - NPC): Sử dụng các tụ điện mắc nối tiếp để phân chia điện áp DC-link thành các mức điện áp trung gian. Các diode kẹp có nhiệm vụ giữ điện áp trên các khóa bán dẫn ở mức điện áp của tụ. Với $n$ tụ điện nối tiếp, hệ thống tạo ra $n+1$ mức điện áp đóng cắt, giúp tốc độ biến thiên $dv/dt$ giảm khoảng 4 lần so với bộ nghịch lưu hai mức. Tuy nhiên, khi số bậc tăng cao ($n > 3$), việc duy trì cân bằng điện áp giữa các tụ DC-link và số lượng diode kẹp gia tăng trở thành rào cản kỹ thuật lớn.
  2. Cấu trúc nghịch lưu tụ bay (Flying Capacitor): Thay thế các diode kẹp bằng các tụ điện lơ lửng độc lập. Mạch có ưu điểm linh hoạt trong điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, đồng thời giảm yêu cầu về bộ lọc đầu ra khi số mức tăng. Dù vậy, số lượng tụ điện lớn làm tăng chi phí phần cứng và thuật toán điều khiển cân bằng điện áp tụ rất phức tạp.
  3. Cấu trúc cầu H nối tầng (Cascade H-Bridge): Ghép nối tiếp các bộ biến đổi cầu H một pha độc lập. Mỗi pha của bộ nghịch lưu năm bậc gồm 2 mạch cầu H nối tiếp, sử dụng các nguồn DC riêng biệt. Cấu trúc này giảm thiểu số lượng linh kiện so với NPC và Flying Capacitor ở cùng số bậc, cho phép điện áp chịu tải trên mỗi van bán dẫn giảm xuống còn khoảng 57% so với mức ban đầu, đồng thời triệt tiêu hoàn toàn vấn đề mất cân bằng điện áp tụ DC. Do đó, nhóm tác giả đã chọn cấu hình Cascade để thi công phần cứng thực nghiệm.
Tiêu chí so sánh (trên một pha) Diode kẹp (NPC) Tụ bay (Flying Capacitor) Cầu H nối tầng (Cascade)
Nguồn DC yêu cầu 1 nguồn chung chia áp 1 nguồn chung chia áp Các nguồn DC độc lập
Diode kẹp bổ sung Yêu cầu số lượng lớn Không sử dụng Không sử dụng
Tụ điện cân bằng Cần tụ chia áp DC-link Rất nhiều tụ bay lơ lửng Không cần tụ kẹp
Ứng suất điện áp van Phân bố không đều khi bậc cao Bằng điện áp tụ kẹp Giảm còn ~57% điện áp danh định
Độ phức tạp mở rộng bậc Rất phức tạp ($n > 3$) Phức tạp trong điều khiển Rất linh hoạt (thêm cầu H)

Về kỹ thuật điều chế, nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều chế độ rộng xung đa mức dựa trên sóng mang (Multilevel Carrier-based PWM). Đối với bộ nghịch lưu $n = 5$ bậc, giải thuật cần $n - 1 = 4$ sóng mang tam giác có cùng tần số $f_c$ và biên độ đỉnh-đỉnh $A_c$, so sánh trực tiếp với tín hiệu điều khiển hình sin tần số công nghiệp để kích đóng/ngắt các khóa bán dẫn IGBT:

  • Kỹ thuật PD-PWM (Phase Disposition): Cả bốn sóng mang tam giác đều đồng pha với nhau tuyệt đối.
  • Kỹ thuật POD-PWM (Phase Opposition Disposition): Bốn sóng mang được bố trí đối xứng qua trục hoành, trong đó các sóng mang nằm phía trên trục hoành ngược pha $180^\circ$ so với các sóng mang nằm phía dưới trục hoành.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp tài liệu: Khảo sát các công trình khoa học, giáo trình chuyên ngành về điều khiển nghịch lưu đa bậc.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Sử dụng Matlab/Simulink để xây dựng cấu trúc mạch động lực IGBT, giải thuật tạo xung PD/POD, khối đo lường THD và đo điện áp chế độ chung (CMV).
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Thiết kế, chế tạo mạch phần cứng hoàn chỉnh, lập trình tạo xung trên Kit DSP TMS320F28379D, kết nối phụ tải $R-L$ với các thông số $R = 100,\Omega$, $L = 100\text{ mH}$, tần số $f = 50\text{ Hz}$, thu thập dữ liệu qua máy hiện sóng.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống biến tần đa bậc ba pha 5 bậc điều khiển tải tĩnh được thiết kế và triển khai đồng bộ từ mô hình mô phỏng số đến phần cứng thực nghiệm, bao gồm các phân hệ chính sau:

[DSP TMS320F28379D] ---> [Mạch đệm & Cách ly] ---> [Mạch nghịch lưu công suất IGBT] ---> [Tải RL ba pha]
         ^                           ^
         |                           |
  [Khối nguồn nuôi] -----------> [Mạch LCD hiển thị]

Kiến trúc phần cứng và công nghệ chế tạo

  1. Khối điều khiển trung tâm (Kit DSP TMS320F28379D):
    • Vi xử lý kiến trúc 32-bit hiệu suất cao, tần số quét xung nhịp lên đến 150 MHz, tích hợp khối tính toán dấu phẩy động 64-bit và bộ nhân MAC 32x32 bit.
    • Trang bị 18 kênh PWM độc lập, trong đó có 6 ngõ ra HRPWM (High-Resolution PWM) với độ phân giải thời gian đạt 150 ps, hỗ trợ xuất xung đồng thời cho toàn bộ các van bán dẫn của ba pha.
    • Tích hợp 4 bộ chuyển đổi 12-bit ADC với 16 kênh thu nạp tín hiệu, tốc độ chuyển đổi đạt 80 ns.
    • Hỗ trợ lập trình điều khiển trực tiếp thông qua liên kết nhúng từ môi trường Matlab/Simulink hoặc Code Composer Studio (CCS) bằng ngôn ngữ C/C++.
  2. Khối mạch đệm và kích lái (Driver/Buffer Circuit):
    • Có nhiệm vụ khuếch đại dòng điện và điện áp của các xung điều khiển logic (3.3V từ DSP) lên mức điện áp kích mở chuẩn cho cực cổng IGBT, đồng thời thực hiện cách ly quang/điện nhằm bảo vệ an toàn cho bộ vi xử lý DSP khỏi các xung quá áp từ mạch động lực.
  3. Khối mạch nghịch lưu công suất:
    • Sử dụng các van bán dẫn công suất IGBT được bố trí theo cấu trúc cầu H nối tầng ba pha. Các đường mạch in công suất được tính toán để chịu dòng tải và hạn chế điện cảm ký sinh.
  4. Khối nguồn nuôi và hiển thị:
    • Mạch nguồn thực nghiệm cung cấp các cấp điện áp một chiều cách ly ổn định (+5V, $\pm 15\text{V}$) phục vụ mạch đệm và Kit DSP. Mạch hiển thị LCD tích hợp để theo dõi trạng thái vận hành của hệ thống.
  5. Mô hình tải thực nghiệm:
    • Tải điện ba pha đấu hình sao, gồm điện trở công suất $R = 100,\Omega$ và cuộn cảm quấn lõi sắt từ $L = 100\text{ mH}$. Tổng trở của tải tại tần số công nghiệp $f = 50\text{ Hz}$ được xác định theo biểu thức: $$Z_L = 2\pi f L = 2 \times \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-3} \approx 31{,}42,\Omega$$ $$Z = \sqrt{R^2 + Z_L^2} = \sqrt{100^2 + 31{,}42^2} \approx 104{,}82,\Omega$$ $$\cos\varphi = \frac{R}{Z} = \frac{100}{104{,}82} \approx 0{,}954$$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu sử dụng năng lượng sạch và các phương tiện chạy điện. Chương làm rõ mục đích chế tạo biến tần đa bậc ba pha 5 bậc, xác định rõ nhiệm vụ xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab/Simulink và kiểm chứng thực nghiệm trên tải $R-L$. Phạm vi đề tài được giới hạn ở việc khảo sát cấu trúc biến tần 5 bậc, so sánh hai giải thuật điều chế PD-PWM và POD-PWM khi thay đổi chỉ số điều chế $m$ từ 0.2 đến 1.0.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống về phân loại bộ nghịch lưu áp, phân tích chuyên sâu ba cấu trúc biến tần đa mức: NPC (Neutral Point Clamped), Flying Capacitor và Cascade H-Bridge. Tác giả chỉ ra rằng cấu trúc Cascade là giải pháp tối ưu nhất cho đề tài nhờ khả năng triệt tiêu bài toán cân bằng điện áp DC-link và giảm điện áp đặt lên linh kiện xuống 57%. Đồng thời, chương phân tích chi tiết toán học và giản đồ thời gian của hai giải thuật điều chế độ rộng xung đa sóng mang PD-PWM và POD-PWM, kèm theo tài liệu kỹ thuật chi tiết của vi điều khiển DSP TMS320F28379D (kiến trúc bộ nhớ, ngoại vi ePWM, ADC, ngắt PIE và các chế độ bảo vệ EALLOW).

Chương 3: Mô phỏng lý thuyết

Chương 3 thiết lập mô hình hệ thống trên Matlab/Simulink bao gồm: khối nguồn sin chuẩn 3 pha, khối tạo 4 sóng mang tam giác, khối so sánh tạo xung kích, khối cầu công suất IGBT ba pha và khối tải $R-L$ ($R = 100,\Omega$, $L = 100\text{ mH}$). Tác giả khảo sát chi tiết ảnh hưởng của hệ số điều chế $m$ ($m = 0{,}2; 0{,}4; 0{,}8; 1{,}0$) đến chất lượng điện áp đầu ra:

  • Khi $m = 0{,}2$: Biên độ sóng điều khiển nhỏ hơn biên độ sóng mang, điện áp pha chỉ xuất hiện dạng 3 bậc (biến thiên trong dải $-50\text{V}$ đến $+50\text{V}$). Điện áp dây thể hiện 5 bậc (dao động từ $-100\text{V}$ đến $+100\text{V}$). Điện áp trên tải $R-L$ có dạng gần sin với biên độ từ $-20\text{V}$ đến $+20\text{V}$. Về điện áp chế độ chung (CMV), phương pháp PD-PWM làm CMV biến thiên trong dải $\pm 25\text{V}$, trong khi POD-PWM thu hẹp độ biến thiên của CMV về mức $\pm 15\text{V}$.
  • Khi $m = 0{,}4$: Tương tự, điện áp pha dao động trong dải $-50\text{V}$ đến $+50\text{V}$ (3 bậc), điện áp dây biến thiên từ $-100\text{V}$ đến $+100\text{V}$ (5 bậc). Điện áp tải tăng biên độ lên khoảng $-40\text{V}$ đến $+40\text{V}$. Điện áp CMV tiếp tục duy trì đặc tính: phương pháp PD dao động quanh $\pm 25\text{V}$, trong khi phương pháp POD đạt mức tối ưu hơn với biên độ dao động chỉ $\pm 15\text{V}$.
  • Khi $m = 0{,}8$ và $m = 1{,}0$: Số bậc điện áp pha và điện áp dây được khai thác đầy đủ, dạng sóng điện áp trên tải tiệm cận hoàn hảo sóng sin và độ méo hài tổng THD giảm rõ rệt.

Chương 4: Thực nghiệm và phân tích kết quả

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình chế tạo phần cứng: từ sơ đồ nguyên lý, mạch in thực tế của khối đệm kích, mạch nguồn nuôi, khối nghịch lưu IGBT, mạch hiển thị LCD đến khối tải thực tế. Sau đó, tác giả tiến hành nạp giải thuật điều khiển từ phần mềm vào Kit DSP TMS320F28379D, vận hành hệ thống thực tế và đo đạc các dạng sóng: điện áp pha, điện áp dây, dòng điện tải và điện áp common-mode ở các chỉ số điều chế $m = 0{,}2; 0{,}4; 0{,}8; 1{,}0$. Các kết quả đo đạc thực nghiệm khẳng định mạch hoạt động ổn định, dạng sóng đo được trên máy hiện sóng có sự tương đồng chặt chẽ với giản đồ mô phỏng trong Matlab/Simulink.

Chương 5: Kết luận

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt lý thuyết, mô phỏng và mô hình thực nghiệm; thẳng thắn chỉ ra các nhược điểm phần cứng còn tồn tại và đề xuất định hướng nghiên cứu tiếp theo cho hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể, được ghi nhận thông qua số liệu mô phỏng và thực nghiệm có trong văn bản:

  1. Về mặt thiết kế và chế tạo:
    • Chế tạo thành công mô hình phần cứng nghịch lưu ba pha 5 bậc hoạt động hoàn chỉnh, tích hợp mạch đệm cách ly, mạch nguồn phụ trợ và màn hình LCD giám sát.
    • Ứng dụng thành công Kit DSP TMS320F28379D để thực thi giải thuật điều chế độ rộng xung đa mức trong thời gian thực, nạp trực tiếp cấu hình từ môi trường Matlab/Simulink.
    • Mạch vận hành ổn định khi thay đổi chỉ số điều chế $m$ trên dải từ 0.2 đến 1.0.
  2. Về phân tích định lượng dạng sóng và điện áp chế độ chung (CMV):
    • Đánh giá định lượng sự biến thiên điện áp đầu ra theo hệ số điều chế:
Thông số khảo sát Phương pháp PD-PWM ($m = 0{,}2$) Phương pháp POD-PWM ($m = 0{,}2$) Phương pháp PD-PWM ($m = 0{,}4$) Phương pháp POD-PWM ($m = 0{,}4$)
Số bậc điện áp pha 3 bậc 3 bậc 3 bậc 3 bậc
Biên độ điện áp pha $-50\text{V} \ đến \ +50\text{V}$ $-50\text{V} \ đến \ +50\text{V}$ $-50\text{V} \ đến \ +50\text{V}$ $-50\text{V} \ đến \ +50\text{V}$
Số bậc điện áp dây 5 bậc 5 bậc 5 bậc 5 bậc
Biên độ điện áp dây $-100\text{V} \ đến \ +100\text{V}$ $-100\text{V} \ đến \ +100\text{V}$ $-100\text{V} \ đến \ +100\text{V}$ $-100\text{V} \ đến \ +100\text{V}$
Biên độ điện áp tải $-20\text{V} \ đến \ +20\text{V}$ $-20\text{V} \ đến \ +20\text{V}$ $-40\text{V} \ đến \ +40\text{V}$ $-40\text{V} \ đến \ +40\text{V}$
Biên độ điện áp CMV $\pm 25\text{V}$ $\pm 15\text{V}$ $\pm 25\text{V}$ $\pm 15\text{V}$
  1. Đóng góp học thuật và giải pháp đề xuất:
    • Chứng minh cấu trúc nghịch lưu 5 bậc giúp giảm áp chịu tải trên mỗi van bán dẫn xuống khoảng 57% so với mức ban đầu, cho phép sử dụng van định mức điện áp thấp hơn trong các ứng dụng điện áp cao.
    • Xác nhận bằng thực nghiệm và mô phỏng rằng kỹ thuật điều chế POD-PWM có khả năng ức chế biên độ điện áp chế độ chung (CMV) vượt trội hơn so với PD-PWM (giảm độ biến thiên từ $\pm 25\text{V}$ xuống $\pm 15\text{V}$), giúp giảm nguy cơ rò điện và hạn chế sự cố phóng điện phá hủy lớp cách điện cuộn dây của tải.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên quá trình chế tạo và vận hành thực nghiệm, nhóm tác giả đã thẳng thắn ghi nhận các mặt hạn chế kỹ thuật hiện tại:

  • Dạng sóng điện áp ngõ ra thực nghiệm chưa đạt độ trơn nhẵn tối ưu do các cuộn cảm $L$ trong khối tải thực nghiệm được quấn thủ công, dẫn đến độ tự cảm giữa các pha không hoàn toàn đồng đều.
  • Mạch phần cứng thực tế chịu tác động của nhiễu tín hiệu và sụt áp do các linh kiện điện tử bán dẫn và phần tử thụ động chưa đạt được điều kiện làm việc trong môi trường lý tưởng.
  • Độ méo hài tổng (THD) và điện áp common-mode phát sinh trong quá trình chuyển mạch vẫn cần các giải pháp can thiệp giải thuật triệt để hơn.

Hướng mở rộng và phát triển đề tài:

  • Nghiên cứu phối ghép và ứng dụng mô hình biến tần đa bậc này vào các hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo thực tế như pin quang điện (năng lượng mặt trời) hoặc tuabin gió.
  • Cải tiến và tối ưu hóa các giải thuật điều chế nâng cao nhằm triệt tiêu sâu hơn sóng hài bậc cao và điện áp common-mode, từ đó nâng cao hệ số công suất của toàn hệ thống.
  • Tối ưu hóa các yếu tố kết cấu cơ khí, bố trí mạch in và điều kiện môi trường nhằm triệt tiêu sai số và suy giảm nhiễu tín hiệu trong quá trình vận hành lâu dài.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Cung cấp tài liệu tham khảo trực quan về phương pháp xây dựng mô hình nghịch lưu đa bậc trên Matlab/Simulink và quy trình nạp mã tự động xuống dòng vi điều khiển công nghiệp DSP TMS320F28379D của Texas Instruments.
  • Kỹ sư thiết kế thiết bị Điện tử công suất: Cung cấp dữ liệu đo đạc thực nghiệm đối chứng với mô phỏng lý thuyết về hai phương pháp điều chế kinh điển PD-PWM và POD-PWM, làm căn cứ lựa chọn giải thuật khi thiết kế bộ nghịch lưu cho các hệ thống yêu cầu giảm thiểu điện áp common-mode (CMV).
  • Phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu: Chương 3 và Chương 4, nơi trình bày chi tiết sơ đồ khối ghép nối vi điều khiển với khối van IGBT, bảng trạng thái đóng ngắt của bộ biến tần năm bậc và các kết quả đo nghiệm sóng CMV ở các chỉ số điều chế khác nhau.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận lựa chọn cấu trúc nghịch lưu nào cho mô hình thi công thực nghiệm và lý do là gì? Khóa luận lựa chọn cấu trúc cầu H nối tầng (Cascade H-Bridge) để thi công mô hình thực nghiệm ba pha 5 bậc. Lý do là cấu trúc này giúp giảm thiểu số lượng linh kiện so với dạng NPC và Flying Capacitor, linh hoạt mở rộng số bậc bằng cách ghép thêm cầu H, loại bỏ hoàn toàn bài toán phức tạp về cân bằng điện áp trên các tụ phân áp DC-link, và giúp giảm điện áp chịu tải trên mỗi van bán dẫn xuống còn khoảng 57% so với mức ban đầu.

2. Điểm khác biệt cốt lõi giữa hai giải thuật điều chế PD-PWM và POD-PWM trong đề tài là gì? Cả hai phương pháp đều dùng 4 sóng mang tam giác có cùng tần số và biên độ để điều chế bộ nghịch lưu 5 bậc. Điểm khác biệt nằm ở góc pha giữa các sóng mang: trong PD-PWM, tất cả 4 sóng mang đều đồng pha với nhau; trong khi ở POD-PWM, các sóng mang nằm đối xứng qua trục hoành có pha ngược nhau $180^\circ$ (các sóng mang phía trên trục hoành ngược pha với các sóng mang phía dưới).

3. Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp Common Mode (CMV) biến thiên như thế nào ở hai kỹ thuật PD và POD? Trong các kết quả mô phỏng ở chỉ số điều chế $m = 0{,}2$ và $m = 0{,}4$, điện áp common-mode của phương pháp PD-PWM biến thiên trong dải quanh $\pm 25\text{V}$, trong khi ở phương pháp POD-PWM, độ biến thiên của điện áp common-mode được thu hẹp đáng kể, chỉ dao động trong phạm vi $\pm 15\text{V}$.

4. Thiết bị xử lý số nào được sử dụng để điều khiển hệ thống và cấu hình phần cứng của nó có điểm gì nổi bật? Đề tài sử dụng Kit DSP TMS320F28379D. Thiết bị này sở hữu CPU 32-bit xung nhịp 150 MHz, tích hợp bộ nhân MAC 32x32 bit, 18 ngõ ra PWM (gồm 6 ngõ ra HRPWM độ phân giải 150 ps), bộ chuyển đổi 12-bit ADC 16 kênh với thời gian chuyển đổi nhanh 80 ns, bộ nhớ DMA 6 kênh, cùng cơ chế bảo vệ mã nguồn 128-bit.

5. Những nguyên nhân nào được nhóm tác giả chỉ ra khiến dạng sóng thực nghiệm chưa đạt mức tối ưu? Nhóm tác giả chỉ rõ hai nguyên nhân kỹ thuật chính: thứ nhất, các cuộn dây điện cảm của khối tải thực nghiệm được quấn thủ công dẫn đến thông số không hoàn toàn đồng đều giữa các pha; thứ hai, hệ thống chịu ảnh hưởng bởi nhiễu sóng và các linh kiện bán dẫn công suất trong thực tế chưa đạt được các đặc tính lý tưởng như trong phần mềm mô phỏng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thanh Sang và Nguyễn Đức Thắng đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu, mô phỏng và thi công thực nghiệm mô hình biến tần ba pha 5 bậc điều khiển tải tĩnh $R-L$. Hệ sinh thái phần cứng tích hợp thành công vi điều khiển cao cấp DSP TMS320F28379D với khối nghịch lưu IGBT và mạch đệm cách ly, vận hành chính xác các giải thuật điều chế PD-PWM và POD-PWM ở các chỉ số điều chế khác nhau. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng trên Matlab/Simulink có độ tương thích cao, khẳng định ưu thế nổi bật của kỹ thuật POD-PWM trong việc ức chế điện áp common-mode và chứng minh tính khả thi của cấu trúc nghịch lưu đa mức cho các hệ thống năng lượng tái tạo trong tương lai.