Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các hệ thống truyền động điện công nghiệp và dân dụng, việc điều khiển tốc độ và mô-men của động cơ xoay chiều (đặc biệt là động cơ không đồng bộ ba pha và động cơ không chổi than) đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Các thiết bị biến tần thương mại nhập khẩu trên thị trường (như Mitsubishi D700, Panasonic) tuy có tính năng hoàn chỉnh nhưng giá thành cao, chưa tối ưu cho các mô hình nghiên cứu, ứng dụng quy mô vừa và nhỏ hoặc các dây chuyền sản xuất nông phẩm quy mô hộ gia đình. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và định hướng ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển 32-bit kết hợp điện tử công suất, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy biến tần 3 pha" được thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều khiển thay đổi tần số và điện áp đầu ra của bộ biến đổi dựa trên thuật toán điều chế độ rộng xung hình sin (SinPWM), ứng dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 nhằm điều khiển động cơ điện ba pha theo quy luật $U/f = \text{const}$.

Hệ thống nhiệm vụ nghiên cứu được xác định bao gồm 7 mục tiêu cụ thể:

  1. Tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần ba pha hoạt động theo phương pháp điều chế SinPWM.
  2. Khai thác và cấu hình các chức năng nâng cao của khối Timer/PWM trên vi điều khiển STM32F103C8T6.
  3. Khảo sát nguyên tắc đóng cắt các khóa bán dẫn công suất trong bộ nghịch lưu cầu ba pha và giải thuật chống trùng dẫn (Deadtime).
  4. Đo đạc, kiểm tra và đánh giá dạng sóng điện áp ngõ ra ba pha bằng thiết bị đo chuyên dụng.
  5. Nghiên cứu giải thuật, lập trình phần mềm điều khiển và thi công phần cứng hoàn chỉnh.
  6. Thiết kế giao diện tùy chỉnh thông số và hiển thị tần số làm việc trên màn hình LCD 16x2.
  7. Thử nghiệm điều khiển động cơ thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp nguồn áp ba pha; thuật toán điều chế SinPWM; kỹ thuật lập trình vi điều khiển ARM Cortex-M3 (STM32F103C8T6); mạch kích và cách ly quang; mạch động lực nghịch lưu cầu MOSFET ba pha.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Đề tài được thực hiện tại xưởng thực hành và phòng thí nghiệm Bộ môn Điện tử Công nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM từ ngày 11/9/2023 đến ngày 30/12/2023.
  • Giới hạn thông số kỹ thuật hệ thống:
    • Điện áp nguồn cấp đầu vào: 220V AC (50Hz).
    • Điện áp đầu ra ba pha: 12V AC mỗi pha.
    • Dải tần số điều chỉnh ngõ ra: 20 Hz đến 100 Hz.
    • Dòng điện tải định mức: 3 A đến 5 A.
    • Công suất đầu ra: Trên 100 W.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết điện tử công suất về các bộ biến đổi tần số gián tiếp (AC-DC-AC) và kỹ thuật điều chế độ rộng xung vector/hình sin.

Phân loại và cấu trúc biến tần

Biến tần được chia thành hai nhóm chính:

  • Biến tần trực tiếp (Cycloconverter): Biến đổi trực tiếp từ nguồn xoay chiều cố định sang xoay chiều có điện áp và tần số thay đổi không qua khâu trung gian một chiều. Mạch có hiệu suất cao ở dải công suất cực lớn nhưng cấu trúc mạch rất phức tạp (cần tới 18 hoặc 36 Thyristor cho tải 3 pha), chất lượng sóng hài kém và dải tần số ra bị giới hạn ($f_{ra} < f_{lưới}$).
  • Biến tần gián tiếp: Gồm ba khâu cơ bản: Chỉnh lưu biến đổi AC thành DC; Khối lọc san phẳng điện áp/dòng điện một chiều; Khối nghịch lưu biến đổi DC thành AC có tần số thay đổi cấp cho tải. Nhóm tác giả lựa chọn cấu trúc biến tần gián tiếp nguồn áp (VSI) sử dụng tụ lọc DC link lớn để ghim áp và hỗ trợ trao đổi công suất phản kháng với tải.
Tiêu chí so sánh Biến tần trực tiếp (Cycloconverter) Biến tần gián tiếp nguồn áp (VSI)
Khâu trung gian DC Không có Có (Bộ chỉnh lưu + Bộ lọc tụ C)
Số lượng khóa bán dẫn 18 – 36 Thyristor 6 khóa công suất (MOSFET/IGBT)
Dải tần số điều khiển Bị giới hạn ($f_{out} < f_{in}$) Rộng, linh hoạt ($f_{out}$ có thể lớn hơn $f_{in}$)
Chất lượng sóng ra Sóng hài bậc thấp cao Sóng ra mịn hơn nhờ kỹ thuật PWM tần số cao
Phạm vi ứng dụng Truyền động công suất cực lớn Đa dụng, truyền động công nghiệp vừa và nhỏ

Cơ sở toán học của phương pháp điều chế SinPWM

Phương pháp SinPWM dựa trên nguyên lý so sánh sóng hình sin mẫu (tín hiệu điều khiển $V_{control}$, tần số $f_{control}$) với sóng mang tam giác tần số cao ($V_{tri}$, tần số $f_{tri}$ từ 2 kHz đến 10 kHz).

  • Tỉ số điều biến biên độ ($m_a$): $$m_a = \frac{V_{control}}{V_{tri}}$$ Trong vùng tuyến tính ($0 < m_a \le 1$), biên độ hài bậc nhất của điện áp pha tỉ lệ thuận với $m_a$. Giá trị cực đại của điện áp dây ngõ ra đạt được khi $m_a = 1$: $$V_{line-to-line-max} = \frac{\sqrt{3}}{2} V_{DC}$$

  • Hệ số điều biến tần số ($m_f$): $$m_f = \frac{f_{tri}}{f_{control}} = \frac{f_{PWM}}{f_{out}}$$ Để triệt tiêu các thành phần điều hòa bậc chẵn và sóng hài là bội số của 3 trong điện áp dây, hệ số $m_f$ được lựa chọn là số nguyên lẻ và là bội số của 3.

  • Thuật toán tạo sóng SinPWM số bằng Bảng tra (Look-up Table): Để tạo giá trị độ rộng xung biến thiên theo quy luật hàm sin trên vi điều khiển, hệ thống sử dụng một bảng tra sin gồm $N$ phần tử tương ứng một chu kỳ $2\pi$: $$N = \frac{f_{PWM(max)}}{f_{modulation(max)}}$$ Tần số ngõ ra của biến tần được xác định qua chu kỳ ngắt của Timer ($T_{ngắt}$): $$f_{out} = \frac{1}{(N + 1) \cdot T_{ngắt}} \quad \text{với} \quad T_{ngắt} = \text{PeriodValue} \times T_{clk}$$ Để tạo ra hệ thống điện áp 3 pha cân bằng, chương trình sử dụng 3 con trỏ dữ liệu trỏ vào bảng sin với khoảng cách góc lệch pha cố định là $120^\circ$ ($2\pi/3$).

  • Tính toán thời gian trễ chống trùng dẫn (Deadtime): Để ngăn chặn hiện tượng ngắn mạch nhánh cầu khi hai khóa trên cùng một pha chuyển trạng thái, thời gian trễ được cấu hình vào thanh ghi chuyên dụng của Timer: $$T_{trễ} = (\text{Giá trị thanh ghi DeadTime} + 1) \times T_{clk}$$

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mô-đun hóa đồng bộ, phân tách rõ ràng giữa mạch điều khiển xử lý tín hiệu và mạch động lực công suất cao.

       +-----------------------------------------------------------+
       |                  KHỐI NGUỒN CUNG CẤP                      |
       |  - Nguồn Adapter 220VAC -> 24VDC (6A, 150W)               |
       |  - Nguồn Adapter 220VAC -> 5VDC (3A, 15W)                 |
       |  - Khối hạ áp tuyến tính IC 7815 (24VDC -> 15VDC)         |
       +-------------+-----------------------------+---------------+
                     |                             |
                     v (24VDC)                     v (5VDC & 15VDC)
       +-------------------------+   +-----------------------------+
       |     KHỐI ĐỘNG LỰC       |   |      KHỐI ĐIỀU KHIỂN        |
       |  - Cầu H 3 pha nghịch   |   |  - MCU STM32F103C8T6        |
       |    lưu: 6 x MOSFET      |   |  - Giao tiếp LCD 16x2       |
       |    IRF540 (100V, 23A)   |   |  - Đọc chiết áp qua ADC1    |
       |  - Mạch lọc bảo vệ      |   |  - Bộ Timer 1 xuất 6 xung   |
       +------------^------------+   +--------------+--------------+
                    |                               |
                    |        +-------------------+  | (Tín hiệu PWM)
                    +--------+ MẠCH LÁI CÁCH LY  <--+
                             | 6 x Opto TLP250   |
                             | Nguồn nuôi 15VDC  |
                             +-------------------+
                                       |
                                       v
                                 +-----------+
                                 |  ĐỘNG CƠ  |
                                 |  3 PHA    |
                                 +-----------+

Kiến trúc phần cứng

  1. Khối xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 (kiến trúc ARM Cortex-M3 32-bit, tần số hoạt động tối đa 72 MHz, 64 KB Flash, 20 KB SRAM). MCU đảm nhận nhiệm vụ đọc tín hiệu điều khiển tần số từ biến trở qua kênh biến đổi tương tự - số ADC1, tính toán cập nhật bảng giá trị sin, tạo 6 kênh xung PWM lệch pha tích hợp ngắt thời gian thực và điều khiển màn hình LCD.
  2. Khối lái và cách ly (Gate Driver): Sử dụng 6 IC cách ly quang tích hợp mạch lái TLP250. TLP250 có điện áp cách ly lên tới 2500 Vrms, dòng đỉnh ngõ ra $\pm 2\text{ A}$, dải điện áp làm việc 10–35V, thời gian trễ lan truyền tối đa $0{,}5\ \mu\text{s}$, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu đóng cắt nhanh và bảo vệ tầng điều khiển khỏi xung điện áp ngược từ mạch công suất.
  3. Khối nghịch lưu công suất: Thiết kế dạng cầu 3 pha gồm 6 MOSFET kênh N mã hiệu IRF540 (đóng gói TO-220, điện áp chịu đựng cực máng - nguồn $V_{DS} = 100\text{ V}$, dòng liên tục $I_D = 23\text{ A}$, công suất tiêu tán $P_D = 100\text{ W}$, điện áp ngưỡng kích dẫn $V_{GS} = 2\text{--}4\text{ V}$).
  4. Khối nguồn nuôi hệ thống:
    • Nguồn chính: Bộ nguồn chuyển mạch AC-DC 220VAC sang 24VDC/6A (công suất 150W) cấp cho bus DC của khối nghịch lưu.
    • Nguồn kích lái: IC ổn áp tuyến tính 7815 nhận ngõ vào 24VDC để tạo ra điện áp ổn định +15VDC nuôi các IC TLP250.
    • Nguồn điều khiển: Adapter Sunshine 220VAC sang 5VDC/3A (công suất 15W) cấp nguồn cho kit vi điều khiển và màn hình LCD 16x2.
  5. Khối hiển thị: Màn hình LCD 16x2 giao tiếp với vi điều khiển ở chế độ 4-bit dữ liệu (chân D4–D7) kết hợp các chân điều khiển RS, E giúp tiết kiệm chân I/O.
Linh kiện / Thiết bị Thông số kỹ thuật danh định Vai trò trong hệ thống
STM32F103C8T6 32-bit Cortex-M3, 72MHz, 64KB Flash Khối xử lý, tạo SinPWM, tính toán và quét ADC
MOSFET IRF540 $V_{DS}=100\text{V}, I_D=23\text{A}, P_D=100\text{W}$ Khóa đóng cắt công suất trong cầu nghịch lưu 3 pha
Optocoupler TLP250 Cách ly $2500\text{ Vrms}, I_{out}=\pm 2\text{A}$ Cách ly quang và kích mở cực cổng MOSFET
Module AC-DC 24V $V_{in}=100\text{--}240\text{VAC}, V_{out}=24\text{VDC}, 6\text{A}$ Nguồn DC chính cho mạch động lực nghịch lưu
IC LM7815 $V_{out}=+15\text{VDC}, I_{out}=1{,}5\text{A}$ Ổn áp nguồn 15V nuôi tầng kích TLP250
Adapter 5V $V_{out}=5\text{VDC}, I_{max}=3\text{A}, P=15\text{W}$ Nguồn cấp cho mạch vi điều khiển và màn hình LCD
LCD 16x2 16 ký tự x 2 dòng, chuẩn HD44780 Hiển thị giá trị tần số cài đặt và trạng thái

Thiết kế phần mềm và giải thuật điều khiển

Chương trình điều khiển được xây dựng trên môi trường phát triển tích hợp STM32CubeIDE với ngôn ngữ C:

  • Cấu hình xung nhịp (RCC & Clock Tree): Thiết lập hệ thống xung nhịp thông qua bộ nhân tần PLL đạt tần số cực đại 72 MHz từ thạch anh ngoài 8 MHz.
  • Cấu hình Timer chuyên dụng (TIM1): Sử dụng chế độ Advanced-control Timer (TIM1) để tạo 3 cặp xung PWM đảo có tích hợp Deadtime phần cứng nhằm điều khiển trực tiếp 6 nhánh khóa bán dẫn.
  • Khối chuyển đổi ADC1: Cấu hình kênh ADC đọc điện áp từ biến trở điều chỉnh tốc độ, kích hoạt ngắt hoàn thành chuyển đổi để cập nhật chu kỳ Timer tương ứng với tần số ngõ ra từ 20 Hz đến 100 Hz.
  • Quy trình thực thi chương trình ngắt: Mỗi khi ngắt Timer xảy ra, chương trình tiến hành tăng các biến con trỏ bảng sin (lệch nhau $120^\circ$), tính toán giá trị độ rộng xung theo luật $U/f$ và nạp trực tiếp vào thanh ghi so sánh kênh (TIM1->CCR1, TIM1->CCR2, TIM1->CCR3).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này phân tích tổng quan bối cảnh công nghệ trong lĩnh vực truyền động điện và tự động hóa. Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc phát triển các bộ biến tần quy mô nhỏ ứng dụng kỹ thuật số. Xác định rõ ràng mục tiêu thiết kế bộ biến tần 3 pha sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6, nêu chi tiết 10 nội dung công việc triển khai, phân tích các giới hạn kỹ thuật ban đầu của hệ thống và cấu trúc đề tài thành 6 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 tập trung hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về biến tần và phương pháp điều chế:

  • So sánh chi tiết biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp.
  • Phân tích nguyên lý hoạt động của các bộ chỉnh lưu (chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu cầu một pha, chỉnh lưu tia 3 pha, chỉnh lưu cầu 3 pha) và các công thức tính toán giá trị điện áp trung bình $U_d$, dòng điện $I_d$.
  • Trình bày cấu trúc nghịch lưu áp 3 pha, quy luật kích dẫn 6 bước lệch pha $60^\circ$, biểu thức điện áp hiệu dụng pha $U_{pha} = \frac{\sqrt{2}}{3} E_d$.
  • Chi tiết phương pháp điều biến độ rộng xung đơn cực, lưỡng cực và SinPWM ba pha.
  • Thuyết minh thông số kỹ thuật, cấu hình chân và chức năng của các linh kiện: MOSFET IRF540, vi điều khiển STM32F103C8T6, IC cách ly quang TLP250, LCD 16x2, module nguồn AC-DC 24V 6A, adapter 5V và IC ổn áp 7815.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 hiện thực hóa các yêu cầu kỹ thuật thành sơ đồ nguyên lý:

  • Xây dựng sơ đồ khối chức năng của hệ thống gồm: khối nguồn, khối xử lý trung tâm, khối lái và cách ly, khối nghịch lưu, khối hiển thị và tải động cơ.
  • Thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý từng khối chức năng, bao gồm mạch cấp nguồn hạ áp 15V dùng IC 7815, mạch vi điều khiển kết nối biến trở và LCD, mạch lái TLP250 tích hợp tụ chống nhiễu và điện trở xả cực cổng, mạch cầu H ba pha dùng 6 MOSFET IRF540.
  • Trình bày các bước cấu hình ngoại vi trên phần mềm STM32CubeIDE: cấu hình xung nhịp RCC, cấu hình SYS, GPIO giao tiếp LCD, module ADC1 và chế độ tạo xung ngắt TIM1 kèm Deadtime.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình chế tạo phần cứng và xây dựng phần mềm:

  • Thiết kế mạch in (PCB) phân tách thành 2 bo mạch riêng biệt: Bo mạch điều khiển (chứa STM32, LCD, mạch giao tiếp) và Bo mạch động lực (chứa TLP250, MOSFET, tản nhiệt nhôm, tụ lọc DC link).
  • Tiến hành hàn lắp linh kiện, kiểm tra thông mạch, bố trí vị trí tản nhiệt và đóng hộp mô hình.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật chương trình chính, giải thuật ngắt Timer phục vụ đọc bảng sin và giải thuật chuyển đổi ADC1.
  • Biên dịch mã nguồn và nạp chương trình điều khiển vào chip vi điều khiển.

Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Chương này công bố các dữ liệu thực nghiệm đo đạc từ mô hình hoàn chỉnh:

  • Kết quả hiển thị tần số vận hành trực quan trên màn hình LCD 16x2.
  • Dạng sóng đo thực tế trên máy hiện sóng (Oscilloscope): Dạng xung kích PWM, khoảng thời gian trễ an toàn Deadtime thực tế được tạo ra giữa các khóa trên cùng nhánh cầu.
  • Đồ thị dạng sóng điện áp xoay chiều ngõ ra trên từng pha (Pha A, Pha B, Pha C) chứng minh tính đối xứng lệch pha $120^\circ$.
  • Đưa ra nhận xét khách quan về độ chính xác tần số, hiệu năng điều khiển tốc độ động cơ và phân tích hiện tượng phát nhiệt của linh kiện.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu so với các yêu cầu kỹ thuật ban đầu, tổng kết những kinh nghiệm thực tế trong thiết kế phần cứng điện tử công suất và định hình các hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả đo đạc và kiểm nghiệm thực nghiệm

Hệ thống đã được chế tạo hoàn thiện dưới dạng mô hình phần cứng hoạt động ổn định và đo kiểm thực tế:

  • Thông số nguồn và biến đổi: Chuyển đổi thành công nguồn điện lưới 220V AC qua bộ nguồn DC 24V/6A và biến tần nghịch lưu tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha 12V AC cấp cho động cơ.
  • Dải tần số hoạt động: Điều chỉnh mượt mà tần số ngõ ra trong dải từ 20 Hz đến 100 Hz thông qua biến trở với giá trị hiển thị thời gian thực chính xác trên LCD 16x2.
  • Dạng sóng và xung điều khiển: Dạng sóng đo đạc trên Oscilloscope xác nhận tín hiệu điều khiển PWM có dải an toàn Deadtime chuẩn xác, ngăn ngừa hoàn toàn hiện tượng ngắn mạch xuyên nhánh. Dạng sóng điện áp 3 pha đầu ra hình thành rõ nét dạng sin điều chế và lệch pha nhau $120^\circ$.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  • Làm chủ quy trình tính toán, thiết kế và thi công hoàn chỉnh một bộ biến tần gián tiếp 3 pha từ khâu phần cứng đến giải thuật nhúng vi điều khiển 32-bit.
  • Triển khai thành công giải thuật SinPWM tối ưu dựa trên bảng tra sin và ngắt Timer trên vi điều khiển STM32F103C8T6, thay thế các mạch tạo sóng tương tự phức tạp hoặc vi điều khiển 8-bit tốc độ thấp.
  • Đưa ra thiết kế mô-đun hóa kết hợp mạch lái cách ly quang TLP250 tốc độ cao, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho vi điều khiển khi làm việc với tải động cơ có tính cảm kháng lớn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận trong văn bản

  1. Chất lượng dạng sóng ngõ ra: Sóng điện áp ngõ ra của các pha vẫn còn chứa thành phần sóng hài bậc cao và nhiễu đóng cắt do chưa tích hợp bộ lọc thông thấp LC ở đầu ra.
  2. Vấn đề nhiệt độ: Khi hệ thống vận hành liên tục ở dòng tải lớn (3–5A), các van bán dẫn MOSFET IRF540 và IC ổn áp tuyến tính 7815 bị phát sinh nhiệt lượng đáng kể, dễ gây nóng cục bộ nếu tản nhiệt không đủ lớn.
  3. Phạm vi điện áp và tần số: Hệ thống mới chỉ thử nghiệm ở mức điện áp thấp 12V AC và giới hạn tần số trong dải 20–100 Hz.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Thiết kế bổ sung bộ lọc sóng hài ngõ ra (bộ lọc sin LC/LCL) để làm mịn dạng sóng điện áp và dòng điện cấp cho động cơ.
  • Tối ưu hóa cấu trúc cơ khí, nâng cấp bộ tản nhiệt nhôm lớn hơn kết hợp quạt làm mát cưỡng bức để nâng cao độ bền cho MOSFET và IC ổn áp.
  • Nâng cấp phần cứng (sử dụng IGBT công suất cao) và phát triển giải thuật điều khiển vector không gian (SVPWM) nhằm nâng cao điện áp làm việc lên mức công nghiệp 220V/380V và mở rộng dải công suất.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật cao cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Điện tử Công nghiệp, Cơ điện tử: Làm tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thiết kế mạch động lực, mạch lái cách ly quang và lập trình Timer điều khiển động cơ trên dòng chip STM32.
  • Kỹ sư thiết kế hệ thống nhúng và biến tần: Cung cấp phương pháp xây dựng bảng tra sin, công thức tính toán tần số ngắt Timer, thiết lập Deadtime phần cứng và giải thuật điều khiển tỉ lệ $U/f$.
  • Các đề tài nghiên cứu liên quan: Cung cấp tài liệu thiết kế phần cứng mẫu cho các khối nguồn AC-DC, mạch kích TLP250 và cách ly chống nhiễu trong môi trường công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng loại vi điều khiển nào và công cụ lập trình nào để điều khiển biến tần?
Đồ án sử dụng vi điều khiển 32-bit STM32F103C8T6 (lõi ARM Cortex-M3, tốc độ xung nhịp 72 MHz) và được lập trình trên môi trường phát triển tích hợp STM32CubeIDE.

2. Phương pháp điều chế độ rộng xung được áp dụng trong hệ thống là gì?
Hệ thống sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung hình sin ba pha (SinPWM) kết hợp kỹ thuật bảng tra sin (Look-up Table) và điều khiển theo quy luật $U/f = \text{const}$.

3. Khóa công suất và IC lái cách ly được lựa chọn trong mạch nghịch lưu là loại nào?
Mạch nghịch lưu sử dụng 6 MOSFET công suất kênh N mã hiệu IRF540 ($V_{DS}=100\text{V}$, $I_D=23\text{A}$, $P_D=100\text{W}$) và được kích lái gián tiếp qua 6 IC cách ly quang tốc độ cao TLP250 (nguồn cấp 15V, dòng đỉnh ngõ ra 2A, cách ly 2500 Vrms).

4. Các thông số điện áp và dải tần số ngõ ra của mô hình thực tế đạt bao nhiêu?
Mô hình biến đổi từ nguồn 220V AC qua DC link 24V để tạo ra nguồn xoay chiều ba pha ngõ ra 12V AC mỗi pha, với dải tần số điều chỉnh được từ 20 Hz đến 100 Hz, dòng tải từ 3 A đến 5 A và công suất trên 100 W.

5. Tác giả tự đánh giá những điểm hạn chế kỹ thuật lớn nhất của hệ thống là gì?
Hai hạn chế chính được tác giả nêu rõ là: dạng sóng điện áp ngõ ra của các pha vẫn còn hiện tượng nhiễu sóng hài và mạch công suất (MOSFET, IC 7815) hoạt động dễ bị nóng trong quá trình vận hành tải kéo dài.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy biến tần 3 pha" của sinh viên Phan Trường An và Trần Y Triệu đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về mặt lý thuyết lẫn chế tạo thực nghiệm. Nhóm tác giả đã làm chủ giải thuật điều chế SinPWM trên vi điều khiển STM32F103C8T6 và hiện thực hóa thành công mô hình biến tần gián tiếp nguồn áp ba pha có dải tần số 20–100 Hz cấp cho động cơ. Các dạng sóng điện áp ba pha và xung Deadtime được kiểm chứng chuẩn xác qua thiết bị đo thực tế, khẳng định tính đúng đắn của sơ đồ nguyên lý và mã nguồn điều khiển. Mặc dù còn hạn chế về mặt tản nhiệt và sóng hài ngõ ra, công trình là tài liệu tham khảo thực nghiệm có giá trị cao cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền động điện tử công suất.