Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phương pháp điều chế độ rộng xung gián đoạn (DPWM) cho nghịch lưu ba pha T-NPC

Lí do chӑQÿӅ tài

1Jj\QD\ÿLӋn tӱ công suҩt là mӝWOƭQKYӵc ÿӏQKKѭӟng ӭng dөng và liên QJjQK1yÿyQJYDLWUzTXDQWUӑng trong viӋc chuyӇQÿәLYjÿLӅu khiӇn công suҩt ÿLӋn Các bӝ biӃQÿәLÿLӋn dӵDWUrQÿLӋn tӱ công suҩWFǊQJÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong cỏc hӋ thӕQJQăQJOѭӧng tỏi tҥo, truyӅQÿӝQJô7URQJFiFEӝ biӃQÿәi cụng suҩt thì bӝ nghӏFK OѭX '&$& JLӳ vai trò là bӝ biӃQÿәLÿLӋn áp mӝt chiӅu sang xoay chiӅXÿӇ ÿLӅu khiӇn các thiӃt bӏ xoay chiӅu mӝt pha hoһFEDSKDYjQyÿѭӧc GQJÿӇ kӃt nӕi giӳa nguӗQQăQJOѭӧng tái tҥRQKѭQăQJOѭӧng mһt trӡLKD\QăQJ OѭӧnJJLyYjOѭӟLÿLӋn

Bҵng cách nghiên cӭu phát triӇn các cҩu trúc cӫa các bӝ nghӏFKOѭXYjFiF SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn chúng ta có nhiӅu bӝ biӃQÿәi công suҩWFyFiFѭXÿLӇm KѫQFiFEӝ truyӅn thӕQJĈӇ hҥn chӃ các khuyӃWÿLӇm cӫa nghӏFKOѭXKDLEұc truyӅn thӕng, nghӏFKOѭXÿDEұFUDÿӡi vӟi nhӳQJѭXÿLӇPYѭӧt trӝLQKѭOjӭng dөng trong FiFOƭQKYӵc yêu cҫu công suҩt lӟQÿLӋn áp lӟn

GҫQÿk\OLQKNLӋn bán dүQ6L&6LOLFRQ&DUELGHÿmÿѭӧc biӃWÿӃn và ӭng dөQJWURQJOƭQKYӵFÿLӋn tӱ công suҩt Các linh kiӋn SiC có thӇ hoҥWÿӝng ӣ tҫn sӕ cao vӟi tәn hao thҩSGRÿyQkQJFDRKLӋu suҩt cӫa bӝ biӃQÿәi công suҩt So vӟi linh kiӋn Si, thì linh kiӋn SiC có mӝt sӕ ѭXÿLӇPOjÿӝ dүn nhiӋWFDRKѫQNKҧ QăQJ ÿiQKWKӫQJÿLӋQiSFDRKѫQ

Tӯ hai lí do chính trên, luұQYăn này sӁ tiӃn hành nghiên cӭu bӝ nghӏFKOѭX ba bұc sӱ dөng linh kiӋn SiC Nӝi dung cӫa luұQYăQKѭӟng tӟi phân tích hoҥWÿӝng cӫa mҥch ba pha ba bұc dҥng T-7\SH3KkQWtFKFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝng [XQJ Oj SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ vector không gian (SVPWM Space vector Pulse :LGWK 0RGXODWLRQ Yj SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ kiӇX JLiQ ÿRҥn (DPWM Discontinuous Pulse Width Modulation) HiӋu suҩt cӫa bӝ biӃn tҫn ba bұc bӏ ҧnh Kѭӣng bӣi sӵ mҩt cân bҵQJÿLӋn áp tҥLÿLӇPWUXQJWtQK9uÿLӋn áp cӫa các tө ÿLӋn

2 ÿѭӧc mҳc nӕi tiӃp cҫn cân bҵQJQKDXQrQÿLӋQiSEÿҳSRIIVHWÿѭӧc thêm vào ÿLӋn áp tham chiӃX WURQJ SKѭѫQJSKiS FkQ EҵQJ ÿLӋQ iS WK{QJWKѭӡng này Tuy nhiên, khi sӱ dөQJ SKѭѫQJ SKiS '3:0 KLӋu suҩW WKѭӡng bӏ giӟi hҥn vì viӋc chuyӇn mҥch bұt và tҳt xҧy ra liên tөc3KѭѫQJSKiSÿӅ xuҩWÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng FiFKÿLӅu chӍQKÿӝ rӝng xung mӝt cách không liên tөc cӫa chu kǤ GѭѫQJYjkP nhҵm mөFÿtFKGX\WUuWәn thҩt chuyӇn mҥch thҩSYjÿҥWÿѭӧc cân bҵQJÿLӋn áp hiӋu quҧ mà không cҫQÿҫXWѭWKD\ÿәi cho phҫn cӭng và tính toán phӭc tҥp.

MөFWLrXÿӅ tài

- Tìm hiӇu và phân tích hoҥWÿӝng cӫa nghӏFKOѭXEDSKDEDEұc dҥng T (T-

- Tìm hiӇu và sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQ693:0± Space Vector Pulse Width Modulation) cho T-NPC

- Tìm hiӇu và sӱ dөQJ SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ [XQJ JLiQ ÿRҥn (Discontinuos PWM) cho T-NPC

- Thӵc hiӋn mô phӓQJFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ cho 3L T-NPC: SVPWM và D-PWM

- Thӵc nghiӋm mҥch 3L T-NPC: dӵa trên thiӃt kӃ mүu cӫa hang Texas Instrument bao gӗm: Nghiên cӭu linh kiӋn SiC, mҥch lái cho SiC, thiӃt kӃ mҥch công suҩWÿLӅu khiӇn cho 3L T-NPC

- Sӱ dөQJYLÿLӅu khiӇn DSP TMS320F28377 lұp trình nhúng các giҧi thuұt SVPWM và D-PWM cho 3L T-NPC

3KѭѫQJSKiSWKӵc hiӋn luұQYăQGӵa trên phân tích lý thuyӃt, mô phӓng kiӇm tra và thӵc nghiӋm kiӇm chӭng

Trong quá trình tham khảo tài liệu từ các nguồn uy tín như IEEE, các nhà nghiên cứu đã tiến hành phân tích lý thuyết dựa trên các bằng chứng khoa học và xây dựng các mô hình để nghiên cứu về chủ đề đang được quan tâm.

3 phҫn mӅm chuyên ngành PSim 9.1 ThiӃt kӃ và thӵc nghiӋm phҫn cӭng dӵa trên phҫn mӅm Altium và lұp trình code trên DSP TMS320F28379D

Các kӃt quҧ mô phӓQJÿѭӧFWUuQKEj\ÿӇ ÿiQKJLiFiFSKѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ phù hӧp vӟi bӝ T-Type NPC.

Bӕ cөc luұQYăQ

Nӝi dung cӫa luұQYăQÿѭӧc trình bày bao gӗPFKѭѫQJQKѭVDX

&KѭѫQJ*Lӟi thiӋu tәQJTXDQÿӅ tài

&KѭѫQJ3KkQWtFKKRҥWÿӝng cӫa bӝ nghӏFKOѭXEDEұc ba pha dҥng T

&KѭѫQJ3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ vector không gian

&KѭѫQJ3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ[XQJJLiQÿRҥn

&KѭѫQJ0{SKӓQJSKѭѫQJSKiS3:0

&KѭѫQJ7KLӃt kӃ mҥch, thӵc hiӋn thӵc nghiӋm

&KѭѫQJ.Ӄt luұQYjÿӅ xuҩWFiFKѭӟng nghiên cӭu tiӃp theo

&+ѬѪ1*,, PHÂN TÍCH HOҤ7ĈӜNG CӪA BӜ NGHӎ&+/Ѭ8%$3+$%$

Tәng quan vӅ nghӏFKOѭXiS

Giӟi thiӋu nghӏFKOѭXiS

Bӝ nghӏFKOѭXiSOjWKLӃt bӏ biӃQÿәLÿLӋn áp mӝt chiӅXWKjQKÿLӋn áp xoay chiӅu ӣ ngõ ra vӟi tҫn sӕ mong muӕn.Trong thӵc tӃ nguӗn áp mӝt chiӅu là nguӗn ÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn rӝng rãi và quen thuӝFQKѭEuQKDFTX\SLQÿLӋn, hoһc tӯ nguӗn chӍQKOѭXô+ѫQQӳDÿLӋn ỏp ra cӫa nghӏFKOѭXiSFyWKӇ ÿѭӧFÿLӅu chӃ theo nhiӅXSKѭѫQJSKiSNKiFQKDXÿӇ có thӇ giҧPÿѭӧFVyQJÿLӅu hòa bұc cao Các linh kiӋn bán dүQ ÿѭӧc sӱ dөng trong các bӝ nghӏFK OѭX iS ÿD Gҥng, phә biӃQ QKѭIGBT, BJT, MOSFET trong các mҥFKFѫEҧn, công suҩt nhӓ và IGCT, GTO hay kӃt hӧp các bӝ chuyӇn mҥch trong các mҥch phӭc tҥSYjÿzLKӓi công suҩt lӟQKѫQCác linh kiӋn kӇ WUrQÿѭӧFÿyQJYDLWUzQKѭF{QJWҳc chuyӇn mҥch, có khҧ QăQJ ÿyQJQJҳt các dòng ÿLӋQÿLTXDQy>@± [2].

Ӭng dөng và Phân loҥi

Trong quá khӭPi\ÿLӋn mӝt chiӅXÿѭӧc sӱ dөng do sӵ dӉ GjQJWURQJÿLӅu khiӇn tӕF ÿӝ Tuy nhiên nӃu so sánh vӟL Pi\ ÿLӋn xoay chiӅX WKu Pi\ ÿLӋn mӝt chiӅu có mӝt sӕ QKѭӧFÿLӇPQKѭJLiWKjQKFDRKѫQTXiQWtQKURWRUFDRKѫQYjNKy NKăQWURQJYҩQÿӅ bҧo trì chәi than Do nhӳng vҩQÿӅ Qj\FiFPi\ÿLӋn mӝt chiӅu ÿmGҫQÿѭӧc thay thӃ bҵQJPi\ÿLӋn AC Mһt khác, nhӳng máy này lҥLNKyÿLӅu khiӇn mӝt cách hiӋu quҧ khi kӃt nӕi trӵc tiӃSYjROѭӟLÿLӋQ'Rÿy viӋc sӱ dөng ASD (Bӝ ÿLӅu chӍnh tӕFÿӝÿӇ kiӇm soát giá trӏ và tҫn sӕ cӫDÿLӋQiSÿҫu ra là rҩt cҫn thiӃW6RQJVRQJÿyOjVӵ phát triӇn cӫa các bӝ ÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ, sӵ phө thuӝc YjRFiFÿӝQJFѫ[RD\FKLӅXEDSKDÿmWăQJOrQÿiQJNӇ YuWtQKÿѫQJLҧn cӫa rotor và cҧm ӭQJÿӝQJFѫFyFKLSKtWKҩSKѫQ

Vì hҫu hӃt các ӭng dөng hiӋQQD\ÿӅu yêu cҫXÿLӅu khiӇQÿѭӧc tӕFÿӝ thay ÿәLQrQSKѭѫQJSKiS$6'ÿѭӧc sӱ dөng và nghiên cӭu Nguyên tҳc cӫa nó là biӃn

5 ÿLӋn áp xoay chiӅXNK{QJÿәLWKjQKÿLӋn áp biӃn thiên vӟi mөFÿtFKÿLӅu khiӇn tӕc ÿӝ cӫDÿӝQJFѫ[RD\FKLӅu MӝWP{KuQKÿLӇn hình trong Hình 2.1

Hình 2.1 Ͱng dͭng cͯa b͡ ngh͓FKO˱XWURQJWUX\͉Qÿ͡ng

3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ ÿӝ rӝng xung (PWM) cҫn tәng hӧSÿLӋQiSÿҫu vào ÿӇ FyÿѭӧFÿLӋQiSÿҫXUDWKD\ÿәi mong muӕn vӟi dҥQJ[XQJWѭѫQJӭng hình sin

Bӝ ÿLӅu chӍnh truyӅQÿӝng tӕFÿӝ có thӇ ÿѭӧc phân loҥi dӵa trên cҩu trúc liên kӃt biӃn tҫn: x BiӃn tҫn nguӗQÿLӋQ iS 96, FyÿLӋn áp DC-OLQNNK{QJÿәi Các tө ÿLӋn liên kӃW'&ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ cung cҩp công suҩt phҧn NKiQJFKRÿӝQJFѫYj OjPWUѫQÿLӋn áp liên kӃt mӝt chiӅu x BiӃn tҫn nguӗQÿLӋQiSÿDEұc: sӱ dөQJFiF,*%7ÿLӋn áp thҩSÿѭӧc kӃt nӕi nӕi tiӃp x BiӃn tҫn nguӗn dòng (CSI): sӱ dөQJGzQJÿLӋn DC-link x Các biӃn tҫn tҧLWKD\ÿәi (LCI): chiӃm mӝt phҫn cӫa CSI, loҥLQj\OѭX trӳ QăQJOѭӧng trong cuӝn cҧm DC-OLQNÿӇ tҥRGzQJÿLӋn gҫQQKѭKuQKVLQ x Cycloconverter: không có khҧ QăQJWtFKWUӳ QăQJOѭӧng trong DC-link Tӯng pha cӫa Cycloconverter biӃQÿәLÿLӋn áp xoay chiӅu dòng cӕ ÿӏQKWKjQKÿLӋn áp xoay chiӅu ӣ tҧi vӟi tҫn sӕ WKD\ÿәi

6 x Bӝ truyӅQ ÿӝng phân tҫng: sӱ dөng bӝ chӍQK OѭX GLRGH ED SKD KRҥt ÿӝng ӣ tҫn sӕ WUѭӧt và dùng nguӗQÿLӋQÿѭӧFQX{LÿӇ cung cҩp cho hӋ thӕng thông qua mӝt cuӝn kháng và biӃn tҫn chuyӇn mҥch dòng TӕF ÿӝ ÿӝQJ Fѫ ÿѭӧF ÿLӅu khiӇn bҵng dòng ÿLӋn DC

Ngày nay, hiӋu quҧ kinh tӃ OX{Qÿѭӧc chú trӑQJTXDQWkPKjQJÿҫu trong mӝt quy trình sҧn xuҩt, vì vұy nhu cҫXWăQJKLӋu quҧ và giҧm chi phí sҧn xuҩt là chӫ ÿӅ ÿѭӧc thҧo luұn nhiӅu nhҩWĈLӅu này có thӇ ÿҥWÿѭӧc bҵQJFiFKWăQJNtFK WKѭӟc và công suҩt cӫa tҩt cҧ thiӃt bӏ trong hӋ thӕng Và có thӇ ÿѭӧc thӵc hiӋn theo hai cách: x 7ăQJNKҧ QăQJFӫa chҩt bán dүn ӣ ÿLӋn áp cao (HV) vӟi khҧ QăQJFKһn ÿLӋQiSWăQJOrQ x Phát triӇn bӝ biӃn tҫQÿDEұc

Dӵa vào cỏc tớnh chҩt cҩu tҥo bұc (ba bұF QăP Eұc, bҧy bұc,ô FKӭc QăQJFӫa bӝ nghӏFKOѭXWҥRÿLӋQiSQJ}UDSKDKD\SKDKD\SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇQSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQÿLӅu chӃ ÿӝ rӝQJ[XQJôFiFP{KuQKEӝ nghӏFKOѭXFyWKӇ ÿѭӧc phân chia thành nhiӅu loҥi

Cҩu trúc liên kӃWѭXWKӃ FKRÿLӋn áp thҩp là VSI hai bұc Ӣ ÿLӋn áp trung bình và cao có nhiӅu loҥi cҩu trúc liên kӃt Ӣ ÿLӋn áp cao, có thӇ sӱ dөng bӝ biӃn ÿәi trӵc tiӃp (cyclo-inverter) và bӝ biӃQÿәi gián tiӃp (vӟLGzQJÿLӋn hoһFÿLӋn áp trong DC-link) Hình 2.2 trình bày các loҥi cҩu trúc cӫa biӃn tҫn sӱ dөng trong công suҩt cao [4] ± [6]

Hình 2.2 Phân lo̩i c̭u trúc cͯa b͡ bi͇Qÿ͝i công sṷt cao

Bӝ nghӏFKOѭXÿDEұc

Trong xu thӃ nghiên cӭu nhӳQJQăPJҫQÿk\Eӝ nghӏFKOѭXÿDEұc ngày FjQJÿѭӧc quan tâm, các cҩXWU~FÿDGҥng ÿѭӧc ӭng dөQJYjROѭӟLÿLӋn Khҧ QăQJ tәng hӧp cҧi thiӋn các dҥQJVyQJKjLYjÿLӋQiSWKXÿѭӧFFDRKѫQYӟLÿӏnh mӭc tӕi ÿDÿmNKLӃn bӝ biӃn tҫn ba bұc phù hӧSKѫQFKRFiFӭng dөng ӣ ÿLӋQiSFDRKѫQVR vӟLWK{QJWKѭӡng

Các cҩu trúc bӝ nghӏFKOѭXEDEұc cә ÿLӇQÿmÿѭӧc giӟi thiӋu lҫQÿҫ\QăP

Cấu trúc liên kết được cải tiến vào năm 1981 là cấu trúc diode bán dẫn ngược, hiệu quả cao hơn các cấu trúc liên kết sử dụng điện áp ngược So với cấu trúc liên kết điện áp giữa hai cực, cấu trúc này có hiệu suất tăng dòng biến thiên, giảm điện áp trên các thiết bị Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh ưu điểm của cấu trúc này trong điện biến thiên Cấu trúc liên kết ban đầu được cải tiến từ cấu trúc cầu chỉnh lưu tăng điện áp, đáp ứng yêu cầu điện áp cao bằng cách sử dụng các tụ điện ở mức cao hơn Yêu cầu về điện áp giữa hai cực 2 và cực 3 khác nhau tối đa giữa cấu trúc biến thiên 2 cực và 3 cực.

B ̫ ng 2.1 So sánh giͷa bi͇n t̯n t̯n 2 b̵c và 3 b̵c

So sánh giӳa biӃn tҫn hai bұc và biӃn tҫn ba bұc

Dòng tәn thҩt ĈLӋn áp IGBT

NghӏFK OѭX ÿD Eұc nӕi tiӃp các thiӃt bӏ chuyӇn mҥFK GR ÿy FKR SKpS Vӱ dөng ӣ ÿLӋQiSFDRKѫQVRYӟLÿӏnh mӭc cӫa thiӃt bӏ Các bӝ chuyӇQÿәi này hoҥt ÿӝng hiӋu quҧ nhӡ giҧPPpRKjLYjÿLӋQiSÿҫXUDGYGWGRÿyOjPFKRFiFWKLӃt bӏ làm viӋc hiӋu quҧ KѫQMӝt trong nhӳQJQKѭӧFÿLӇm lӟn cӫa bӝ biӃn tҫQÿDEұc là làm mҩt cân bҵQJÿLӋn áp giӳa các bұFNKiFQKDXĈLӋQiSÿҫu ra cӫa bӝ nghӏch OѭXEDEұc là dҥng sóng gҫQQKѭKuQKVLQ&iFYҩQÿӅ GRÿLӋn áp chӃ ÿӝ Common- mode tҥRUDWKѭӡng gһp phҧi trong các thiӃt bӏ nghӏFKOѭXKDLEұFWK{QJWKѭӡng ĈLӋn áp chính là thành phҫn ҧQKKѭӣQJOrQFKRÿLӋn áp trөc và làm hӓng ә trөc cӫa ÿӝQJFѫGRÿyFҧ KDLÿӅu cҫQÿѭӧc loҥi bӓ hoһc giҧm trong giӟi hҥn nhҩWÿӏnh Bӝ biӃn tҫQÿDEұc có thӇ ÿѭӧc chia thành ba loҥi chính dӵa trên cҩu trúc liên kӃt cӫa chúng:

BҵQJFiFSKѭѫQJSKiS3:0FyWKӇ WKXÿѭӧc dҥng sóng gҫQQKѭKuQKVLQ ӣ ÿҫu ra cӫa nghӏFKOѭX9jÿӇ Fyÿѭӧc cҫn phҧi có dҥng sóng chҩWOѭӧng cao, bӝ lӑc và tҫn sӕ chuyӇn mҥch cao Tính linh hoҥt có thӇ ÿҥWÿѭӧc bҵQJWiFKÿLӋn áp liên kӃt mӝt chiӅu ӣ hai nguӗn bҵQJQKDX/~FQj\ÿLӋQiSÿҫu ra có thӇ có hai mӭc ÿLӋn áp 0 và ט ௏ ವ಴ ଶ QKѭWUuQKEj\WURQJKuQK

Hình 2.3 Ví dͭ v͉ m͡WQKiQKÿ͋ WăQJV͙ b̵c cͯa pha A

Tӯ êWѭӣng trên, mô hình có thӇ ÿѭӧc mӣ rӝng cho mӝt bӝ nghӏFKOѭXED bұc tәQJTXiWQKѭ+uQKĈӇ nâng cao khҧ QăQJNKyDFӫa bӝ biӃn tҫn hai bұc WK{QJ WKѭӡng, các thiӃt bӏ chuyӇn mҥFK ÿѭӧc mҳc nӕi tiӃp Các thiӃt bӏ chuyӇn mҥFKQKDQKÿѭӧc kӃt nӕi trong chuӛi chuyӇQÿәLÿӗng thӡi sӁ tҥo ra mӭc cao dv/dt tҥLÿҫu ra cӫa biӃn tҫn Do thӵc tӃ mӭFÿLӋn áp cao dv/dt tҥRUDSKyQJÿLӋn cөc bӝ và làm giҧm khҧ QăQJFKӏXÿӵng cӫa lӟSFiFKÿLӋQĈLӅXQj\OjPGzQJÿLӋn rò rӍ WURQJÿӝQJFѫ7URQJÿӝQJFѫWUX\ӅQÿӝng, dzQJÿLӋn này gây nhiӉXÿLӋn tӯ, gây ҧQKKѭӣQJÿӃn bҧo vӋ làm viӋc cӫa máy biӃn áp và nhiӉu vӟi thiӃt bӏ ÿLӋn tӱ tӯ vùng lân cұn Tӯ mҥFKQKѭKuQKFyWKӇ mӣ rӝQJUDSKDQKѭKuQK

Hình 2.4 C̭u hình ba pha ba b̵c.

NghӏFKOѭXSKDEұc T-type

Giӟi thiӋu nghӏFKOѭXSKDEұc dҥng T

Cҩu hình bӝ nghӏFKOѭXEDEұc dҥQJ7ÿѭӧc trình bày trong nghiên cӭu [5,

@Yjÿѭӧc trình bày trong hình 2.5 [6]

Hình 2.5 C̭u hình b͡ ngh͓FKO˱XEDE̵c d̩ng T

Bӝ nghӏFKOѭXEDEұc dҥQJ7QKѭKuQK gӗm:

Nguӗn mӝt chiӅu cung cҩp cho bӝ nghӏFKOѭXFyÿӝ lӟQ9'&ÿѭӧc phân FKLDWKjQKFiFÿLӋn áp nhӓ KѫQQKӡ vào i hai tө ÿLӋn mӝt chiӅu C1 và C2 mҳc nӕi tiӃp, giá trӏ ÿLӋn áp trên mӛi tө là VDC1 và VDC2

Khӕi công suҩt gӗm ba nhánh A, B, C nӕi ra tҧi ba pha Mӛi nhánh gӗm có hai khóa công suҩWQKѭPҥch chӍQKOѭXEDSKDKDLEұc truyӅn thӕQJĈӇ WăQJVӕ bұc ÿLӋn áp ngõ ra, ba khóa công suҩt hai chiӅXÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ nӕi ngõ ra ba pha vào ÿLӇm giӳa cӫa nguӗn DC

Trong mӛi nhánh, hai khóa nӕi tӯ ngõ ra cӫa tҧLÿӃn cӵFGѭѫQJYjFӵc âm cӫa nguӗn mӝt chiӅu gӑi là khóa trên, kí hiӋu là SX1, SX4 và hai khóa còn lҥi mҳc nӕi tiӃp vӟLQKDXYjQJѭӧc cӵc nhau gӑi là khóa trung tính, ký hiӋu là SX2, SX3, vӟi X = a, b, c.

VҩQÿӅ chuyӇn mҥch trong cҩu trúc NPC dҥng T

ViӋc thêm hai bӝ chuyӇn mҥch sӁ khiӃn viӋFÿLӅu khiӇn thêm phӭc tҥp tuy nhiên tӯ nhӳQJFiFTXiWUuQKÿLӅu chӃ GzQJÿLӋQWѭѫQJWӵ sӁ có ích lӧi trong viӋc ÿLӅu chӃ Ngoài ra khi sӱ dөQJP{KuQKÿѫQJLҧQKyDKѫQFyWKӇ chӭQJPLQKÿѭӧc bӝ biӃn tҫn T-type thӵc chҩWNK{QJNKyKѫQFҩu trúc hai bұc truyӅn thӕng thông WKѭӡng Mӝt nhánh kӃt nӕi có ba trҥng thái: +DC, - DC hoһc 0 KӃt nӕi có thӇ ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng viӋFÿyQJ66Yj6Yj6WѭѫQJӭng

Hình 2.6 M͡t nhánh trong ngh͓FKO˱XSKDE̵c d̩ng T

12 ĈӇ phân tích mҥch, không mҩt tính tәng quát, 1 nhánh chӍ ÿѭӧc phân tích QKѭELӉu diӉn trong hình 2.6 Ví dө QKѭNKL6Yj6ÿyQJWKuQJ}UDVӁ kӃt nӕi vào cӵFGѭѫQJ6Yj6ÿyQJWKuQJ}UDVӁ kӃt nӕi vào cӵc âm, nӃu S2 và S3 cùng ÿyQJWKuQJ}UDVӁ kӃt nӕi vào trung tính nguӗn

VҩQÿӅ chuyӇn mҥch trong cҩu trúc T-Type NPC phө thuӝc vào chiӅu dòng ÿLӋQYjÿѭӧc phân tích theo các hình tӯ ÿӃn hình 2.16

Hình 2.7 S1 on, S4 off, S2 on và S3 off

Hình 2.8 S1 off, S4 off, S2 on và S3 off

Hình 2.9 S1 off, S4 off, S2 on và S3 on

Hình 2.7, 2.8 và 2.9 biểu diễn quá trình chuyển mạch từ trạng thái kết nối vào DC+ (bằng cách cho 2 khóa S1 và S2 ON) sang trạng thái kết nối vào N (bằng cách cho 2 khóa S1 và S2 OFF) Lúc này dòng điện sỹy ra theo chiều từ công xung qua S1 sang chý qua S2 và diode cùa S3.

Hình 2.10, 2.11 và 2.12 biểu diễn quá trình chuyển mạch từ kết nối DC+ sang kết nối ƯLN 1 NKL, liên tục cho đến khi nguồn điện được ngắt và chuyển sang nguồn Lúc này, trạng thái tại thiết bị S3 là trạng thái S3 S2 và trạng thái tại thiết bị GzQJ là trạng thái S3 S2.

7ѭѫQJWӵ, hình 2.13, 2.14 và 2.15 biӇu diӉn quá trình chuyӇn mҥch tӯ trҥng thái kӃt nӕi N sang trҥng thái kӃt nӕL'&NKLGzQJÿLӋn ӣ chiӅXGѭѫQJ

Ӭng dөQJѭXYjQKѭӧFÿLӇm cӫa bӝ nghӏFKOѭXSKDEұc dҥng T

Ngày nay, bếp từ được thiết kế cho các hệ thống hiệu suất cao trong ứng dụng áp suất và bộ chỉnh lưu công suất (PFC), và hệ thống lọc nhiễu êm.

- Bӝ nghӏFKOѭXGҥng T bao gӗm hai IGBT nӱa cҫXYjKDL,*%7ÿLӇm trung tính Bӝ nghӏFKOѭXGҥng T sӱ dөng khóa, có thӇ chһQÿLӋn áp liên kӃt '&ÿҫ\ÿӫ trong nӱa cҫu Không giӕQJQKѭFiFNKyDQӱa cҫXFiFNKyDÿLӇm trung tính chӍ phҧi chһn mӝt nӱa cӫDÿLӋn áp DC liên kӃW'RÿyFyWKӇ sӱ dөQJ,*%7FyÿLӋn áp thҩSKѫQ

- So vӟi bӝ nghӏFKOѭX13&Vӱ dөng hai khóa kӃt nӕi theo chuӛLÿӇ chһn ÿLӋn áp liên kӃW'&ÿҫ\ÿӫ thì bӝ nghӏFKOѭXGҥng T sӱ dөng mӝt khóa duy nhҩWÿӇ chһQÿLӋn áp liên kӃW'&ÿҫ\ÿӫ'RÿyWәn thҩt dүn truyӅn cӫa bӝ nghӏFKOѭXGҥng 7ÿѭӧc giҧPÿiQJNӇ so vӟi bӝ nghӏFKOѭX13&

- Tәng tәn thҩt cӫa bӝ nghӏch lѭX Gҥng T là thҩp nhҩt trong sӕ các bӝ nghӏFK OѭX ORҥL WK{QJ WKѭӡng trong các tҫn sӕ chuyӇn mҥch trung bình (4 ~ 30 kHz)

- Tө ÿLӋn nҥp xҧ thiӃu chính xác làm sai lӋch giá trӏ ӣ ngõ ra Do vұy vҩQÿӅ cân bҵQJÿLӋn áp trên các tө ÿLӋn cҫQÿѭӧc quan tâm

- Khi nâng sӕ bұc bӝ nghӏFKOѭXWKuVӕ tө ÿLӋQWăQJOjPPҥch cӗng kӅnh, khó kiӇm soát

Tәng quan vӅ SKѭѫQJSKiS693:0FKRQJKӏFKOѭXSKDEұc T-type

9HFWRUNK{QJJLDQÿѭӧc ӭng dөQJWURQJPi\ÿLӋn xoay chiӅXVDXÿyÿѭӧc mӣ rӝng triӇn khai trong các hӋ thӕQJÿLӋQEDSKD3KѭѫQJSKiSÿLӅu chӃ vector không gian có tính hiӋQÿҥLÿѭӧc sӱ dөng nhiӅXWURQJOƭQKYӵFÿLӋn tӱ công suҩt OLrQ TXDQ ÿӃQ ÿLӅu khiӇn FiF ÿҥL OѭӧQJ ÿLӋn xoay chiӅX ED SKD QKѭ ÿLӅu khiӇn truyӅQÿӝQJÿLӋn xoay chiӅXÿLӅu khiӇn cỏc mҥch lӑc tớch hӧSô

Vӟi ba pha cân bҵng, có: ୟ ൅ ୠ ൅ ୡ ൌ Ͳ (3.1) 9HFWRUNK{QJJLDQÿѭӧFÿӏQKQJKƭD ሬሬԦ ൌ ଶ ଷሺ ୟ ൅ ୠ ୨ మಘ య ൅ ୡ ୨ రಘ య ሻ (3.2) Trong ÿy ͳ ൅ ୨ మಘ య ൅ ୨ రಘ య ൌ Ͳ (3.3) TrҥQJWKiLYHFWRUNK{QJJLDQÿѭӧFÿӏQKQJKƭDQKѭVDX

B ̫ ng 3.1 B̫ng tr̩ng thái cͯa m̩ch

Trҥng thái ĈLӋn áp pha ± tâm nguӗn S1 S2 S3 S4

P +VDC/2 ON ON OFF OFF

N -VDC/2 OFF OFF ON ON

ViӋc ÿyQJFҳt các khóa công suҩt trong các nhánh pha cӫa mҥch nghӏFKOѭX tҥRUDÿLӋn áp pha tҧi vӟi vector không gian cӫDQyWKD\ÿәi nhҧy cҩp trên hình lөc JLiFÿDEұc Vӟi bӝ nghӏFKOѭXEDEұc T-NPC có tҩt cҧ 27 vector trҥQJWKiLQKѭ hình 3.1 BҧQJWUuQKEj\ÿӝ lӟn và góc pha cӫa 27 vector

Có bӕn loҥi vector: vector lӟn, vector trung bình, vector nhӓ, vector không ӭng vӟLELrQÿӝ lҫQOѭӧt ଶ୚ ౚౙ ଷ , ୚ ౚౙ ξଷ, ୚ ౚౙ ଷ , 0

Hình 3.1 Gi̫Qÿ͛ vector không gian

Hình 3.2 ĈL͉u ch͇ Vector không gian

Chia lөc giác lӟn chӭDFiFYHFWRUNK{QJJLDQWKjQKWDPJLiFÿӅu lӟn chung ÿӍnh tҥi tâm lөc giác lӟQFiFWDPJLiFÿӅu lӟn này gӑi là các sector tӯ ,ÿӃn VI

Sự dịch chuyển liên tục của vector không gian là đường tròn, nên sóng hài cũng được biểu diễn bằng hình ảnh chuyển động tròn của vector không gian Theo lý thuyết về không gian vector, sóng hài được mô tả bằng phương trình sin ba pha Vị trí dịch chuyển của vector không gian trên đường tròn xác định các sóng hài chồng lên nhau, và mối quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và dòng điện áp ra mang tính tuyến tính.

B ̫ ng 3.2 Phân lo̩i vector ͱng vͣi tr̩ng thái khóa công sṷt

Vector Trҥng thái khóa Loҥi vector ሬሬԦ ሬሬԦ ଴ PPP Không 0

20 ሬሬԦ ଻ PON Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ஠ ଺ ሬሬԦ ଼ OPN Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ஠ ଶ ሬሬԦ ଽ NPO Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ହ஠ ଺ ሬሬԦ ଵ଴ NOP Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ଻஠ ଺ ሬሬԦ ଵଵ ONP Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ଷ஠ ଶ ሬሬԦ ଵଶ PNO Trung bình ୢୡ ξ͵ ୨ ଵଵ஠ ଺ ሬሬԦ ଵଷ PNN Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨଴ ሬሬԦ ଵସ PPN Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨ ஠ ଷ ሬሬԦ ଵହ NPN Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨ ଶ஠ ଷ ሬሬԦ ଵ଺ NPP Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨஠ ሬሬԦ ଵ଻ NNP Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨ ସ஠ ଷ ሬሬԦ ଵ଼ PNP Lӟn ʹ ୢୡ ͵ ୨ ହ஠ ଷ

Kӻ thuұWÿLӅu chӃ vector không gian cho T-Type NPC

Khi vector tham chiӃu V ref quay mӝWYzQJWURQJNK{QJJLDQÿLӋn áp ngõ ra tӭc thӡi cӫa bӝ nghӏFKOѭXWKD\ÿәi theo thӡi gian trong chu kǤ Tҫn sӕ ngõ ra cӫa bӝ nghӏFKOѭXWѭѫQJÿѭѫQJYӟi tӕFÿӝ quay cӫa V ref

'RÿyYHFWRUWKDPFKLӃu V ref có thӇ diӉn tҧ QKѭVDX

&iFEѭӟc thӵc hiӋn kӻ thuұWÿiӅu chӃ vector không gian cho bӝ nghӏFKOѭX13&ED bұFÿѭӧc biӇu diӉQWURQJOѭXÿӗ KuQK/ѭXÿӗ này bao gӗPEѭӟc bao gӗm:

- ;iFÿӏnh vӏ trí cӫa vector tham chiӃu (6 sectors)

- ;iFÿӏnh vӏ trí tam giác nhӓ trong các sector

- ;iFÿӏnh vector tích cӵc YjYHFWRUNK{QJÿӇ tәng hӧp vector tham chiӃu

- Tính toán thӡi gian cӫa tӯng vector

- Xuҩt chuӛi xung dӵa vào thӡi gian cӫa các vector tәng hӧp

Hình 3.3 /˱Xÿ͛ th͹c hi QÿL͉u ch͇ vector không gian z ;iFÿӏnh vӏ trí cӫa vector tham chiӃu V ref và ba vector không gian gҫn V ref nhҩt

;iFÿӏQKYӏWUtWDP JLiFWURQJPӛLVHFWRU

;iFÿӏQKWKӡLJLDQ ÿLӅXFKӃFKRPӛL vector

;iFÿӏQKWKӡLJLDQ SKiW[XQJFKRPӛL khóa

6RViQKYӟL[XQJWDPJLiFÿӇSKiW[XQJ ÿyQJQJҳWFiFNKyD

- DӵDYjRÿӝ lӟn V ref và góc lӋch T: Khi vector tham chiӃu V ref quay thì góc lӋch T cho ta biӃt V ref ÿDQJӣ WDPJLiFÿӅu lӟn nào dӵa vào bҧng 3.3

B ̫ ng 3.3 V͓ trí cͯa V ref d͹a vào góc l ch T

Vӏ trí I II III IV V VI ĈӇ biӃt V ref ÿDQJӣ WDPJLiFÿӅu nhӓ nào ta dӵa vào hình 3.4

Hình 3.4 ;iFÿ͓nh Vref a Phân chia các sector nhӓ (1,2,3,4) trong mӝt sector lӟn b Hình chiӃu m 1 và m 2 cӫa V ref trong mӝWWDPJLiFÿӅu lӟn ChiӃu V ref lên hai cҥnh cӫDWDPJLiFWDÿѭӧc m 1 và m 2 QKѭKuQKD

Dӵa vào hình 3.4.b) ta có: a V ref sinT

V V m V T V T T ĐăâT S ãáạ (3.5) 6DXNKLWtQKWRiQÿѭӧc m 1 và m 2 , dӵa vào bҧng 3.4 ta sӁ [iFÿӏQKÿѭӧc V ref ӣ tam JLiFÿӅu nhӓ QjRWURQJWDPJLiFÿӅu lӟQPjWDÿm[iFÿӏQKÿѭӧc dӵa vào góc lӋch

B ̫ ng 3.4 V͓ trí cͯa V ref d͹a vàom 1 , m 2 m 1, m 2 Vӏ trí

6DXNKL[iFÿӏQKÿѭӧc vӏ trí cӫa V ref , tӯ ÿyVӁ [iFÿӏQKÿѭӧc ba vector không gian gҫn vӟi V ref nhҩt, cө thӇ OjEDYHFWRUÿӍnh cӫDWDPJLiFÿӅu nhӓ chӭa V ref x ;iFÿӏnh thӡi gian tác dөng T a , T b , T c cӫa tӯQJYHFWRUNK{QJJLDQÿѭӧc lӵa chӑn ĈӇ [iF ÿӏnh thӡi gian tӗn tҥi cӫa tӯng vector ta dӵa vào nguyên tҳc: Tích cӫa vector tham chiӃu V ref vӟi thӡi gian chu kǤ ÿyQJ QJҳt T s bҵng tәng các tích cӫa YHFWRUÿѭӧc chӑn vӟi thӡi gian tӗn tҥi cӫa chúng, vӟi Ts = Ta + Tb + Tc

Ví dụ, ta xét vectơ vận tốc V theo thời gian t với V(t) là V1, V2, V7 và V1 tác dụng trong khoảng thời gian Ta, V7 tác dụng trong khoảng thời gian Tb, V7 tác động trong khoảng thời gian Tc.

Hình 3.5 Vector không gian và thͥi gian t͛n t̩i cͯa chúng

T s T a T b T c (3.7) Vector V 1 , V 2 , V 7 ÿѭӧc thӇ hiӋQQKѭVDX

Tách phҫn thӵc và phҫn ҧRWURQJSKѭѫQJWUuQKWUrQWDÿѭӧc: a b c s

Tӯ ÿyWDWuPÿѭӧc thӡi gian cӫDFiFYHFWRUQKѭVDX

S T ê Đă ãá º ô â ạ ằ ơ ẳ ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ vӟi 0

7URQJÿym a là chӍ sӕ ÿLӅu chӃÿѭӧFÿӏQKQJKƭDEҵng biӇu thӭc:

(3.11) Ĉӝ lӟn lӟn nhҩt cӫa vector tham chiӃu V ref WѭѫQJӭng vӟLEiQNtQKÿѭӡng tròn nӝi tiӃp lөc giác lӟQQKѭWURQJKuQKYjEҵQJÿӝ lӟn cӫa vector vӯa

BҧQJÿѭDUDF{QJWKӭc tính toán các khoҧng thӡi gian tác dөng cӫa các vector không gian trong vùng I

B ̫ ng 3.5 Thͥi gian tác dͭng cͯa V ref trong vùng I

1 V 1 T 2 s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ V 0 T 1 2 s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ V 2 T 2s > m a sinT@

2 V 1 T 1 2s > m a sinT@ V 7 T 2s sin 1 a 3 m S T ê Đă ãá º ô â ạ ằ ơ ẳ V 2 T 1 2 s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ

3 V 1 T 2 2s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ V 7 T 2s > m a sinT@ V 13 T 2 s sin 1 a 3 m S T ê Đă ãá º ô â ạ ằ ơ ẳ

4 V 14 T 2s > m a sinT 1@ V 7 T 2 s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ V 2 T 2 2 s sin a 3 m S T ê Đă ãáº ô â ạằ ơ ẳ

Công thӭc tính thӡi gian tác dөng trong bҧng 3.4 có thӇ ÿѭӧc dùng cho các vùng

NKiF,,ÿӃn VI) vӟLÿLӅu kiӋn là mӝt bӝi sӕ cӫa

S ÿѭӧc trӯ ÿLEӣi góc lӋch T sao

FKRJyFWtQKÿѭӧc nҵm trong khoҧng tӯ ÿӃn

Sau khi tính toán thӡi gian tác dөng cӫa tӯng vector không gian, ta thiӃt lұp chuӛi ÿyQJQJҳt bҵng cách sҳp xӃp các tҩt cҧ trҥQJWKiLÿyQJQJҳt cӫa các vector không gian sao cho phù hӧp vӟL FiF WLrX FKt QKѭ Vӕ lҫn chuyӇn mҥch ít, giҧm tәn hao ÿyQJQJҳt, giҧm nhҩSQK{GzQJô

B ̫ ng 3.6 Trình t͹ ÿyQJQJ̷t trong vùng I-1, II-1, III-1, IV-1, V-1, VI-1

Hình 3.6 Trình t͹ ÿyQJQJ̷t cͯa các khóa trên cͯa I-1 trong m͡t chu kǤ ÿyQJQJ̷t

Hình 3.7 Tr̩QJWKiLÿyQJQJ̷t cͯa các khóa trên cͯa I-2 trong m͡t chu kǤ ÿyQJQJ̷t

Giӟi thiӋu

PSIM là sҧn phҭm cӫa hãng Powersimtech Inc Ĉk\OjSKҫn mӅPÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ mô phӓQJÿLӋn tӱ công suҩt và truyӅQÿӝQJÿLӋn

Vӟi khҧ QăQJP{SKӓng nhanh, giao diӋn thân thiӋn, dӉ sӱ dөng và phân tích dҥng sóng tӕt, PSIM là công cө mô phӓng mҥnh mӁ cho viӋc phân tích các bӝ biӃQÿәi ÿLӋn tӱ công suҩt, thiӃt kӃ YzQJÿLӅu khiӇn kín, và nguyên cӭu các hӋ thӕng truyӅn ÿӝQJÿLӋn ĈӇ dӉ dàng liên kӃt Code trong Psim vӟi Code CCS cho phҫn thӵc nghiӋm, trong phҫn mô phӓng, trong phҫn mô phӓng PSim, Code ÿѭӧc viӃWWUrQ&RGH&Yjÿѭӧc kӃt nӕi vӟi Psim thông qua chӭFQăQJ'//QKѭWUuQKEj\ӣ hình 5.1, 5.2 và 5.3

%ѭӟc 1: Tҥo New Project tren Visual C 2019

%ѭӟc 3: Dӏch và kiӇm tra xem file DLL có hoҥWÿӝng hay không

%ѭӟF/ѭXFQJYӟi file mô phӓng Psim

%ѭӟc 5: Chҥy mô phӓng và xem kӃt quҧ

&iFEѭӟc thӵc hiӋQÿѭӧc thӇ hiӋQWUrQKuQKÿӃn hình 5.4

Hình 5.1 Cách ḽy kh͙i DLL trong PSim

Hình 5.2 Cách t̩o Project trong Visual Studio 2019

Hình 5.3 Cách liên k͇t file C trong Visual Studio 2019 vͣi kh͙i DLL cͯa PSim

Xây dӵng mô hình trên PSim

ViӋc xây dӵQJP{KuQKWUrQ3VLPÿѭӧc thӵc hiӋn dӉ dàng thông qua hai khӕi chính: khӕi tҥo xung và khӕi công suҩt

- Khӕi công suҩWÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 5.4

- Khӕi xuҩW[XQJÿѭӧc thӇ hiӋQWURQJKuQKSKѭѫQJSKiSYHFWRUNK{QJJLDQ 693:0YjKuQKSKѭѫQJSKiS'3:0

Hình 5.4 Kh͙i công sṷt b͡ bi͇Qÿ͝i T-Type NPC xây d͹ng trên ph̯n m͉m PSim

Hình 5.5 Kh͙i xṷW[XQJWKHRSK˱˯QJSKiS693:0

Hình 5.6a Hàm t̩o offset thͱ nh̭t svm ualpha ubeta ta1 ta2 tb1 tb2 tc1 tc2 vdc K

51 uaz V uaz_star ubz V ubz_star ucz V ucz_star vdc

VC uaz ubz ucz theta3 uz2_DPWM4 VA

Min uaz_star uaz_star ubz_star ucz_star ubz_star ucz_star

Hình 5.6d 3K˱˯QJSKiS[X̭t xung theo sóng mang

5.2 Thông sӕ và kӃt quҧ mô phӓng

B ̫ ng 5.1 Thông s͙ mô ph͗ng

Tҫn sӕ ÿyQJQJҳt 20 kHz ĈLӋn áp DC ngõ vào 200 V

Tҫn sӕ ngõ ra 50 Hz ĈLӋn áp pha ngõ ra 100V s2a s4a s1b s3b s2b s4b s1c s2c s3c s4c s1a s3a

KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS693:0

Hình 5.7c 3KkQWtFK)RXULHUÿL QiSSKDWKHRSK˱˯QJSKiS693:0

Hình 5.7d ĈL QiSGk\WKHRSK˱˯QJSKiS693:0

Hình 5.7e 3KkQWtFK)RXULHUÿL QiSGk\WKHRSK˱˯QJSKiS693:0

KӃt quҧ mô phӓQJWKHRSKѭѫQJSKiS'3:0

Hình 5.8a Ba sóng mang theo SK˱˯QJSKiS'3:0

Hình 5.8d 3KkQWtFK)RXULHUÿL QiSSKDWKHRSK˱˯QJSKiS'3:0

Hình 5.8e ĈL QiSGk\WKHRSK˱˯QJSKiS'3:0

Hình 5.8f 3KkQWtFK)RXULHUÿL QiSGk\WKHRSK˱˯QJSKiS'3:0

Hình 5.10a Ba sóng mang WKHRSK˱˯QJSKiS'3:0

Hình 5.10eĈL QiSGk\WKHRSK˱˯QJSKiS'3:0

- &iFSKѭѫQJSKiS'3:0FKRNӃt quҧ GzQJÿLӋn dҥng Sin, cân bҵng

- Tӯ phân tích FFT dҥQJVyQJÿLӋn áp pha và dây cӫa tҧi, ta thҩy rҵng: sóng hài bұc cao (bӝi sӕ cӫa tҫn sӕ ÿyQJQJҳt) cӫDFiFSKѭѫQJSKiS'3:0FDRKѫQ SKѭѫQJSKiS693:0

Lӏch sӱ cӫa linh kiӋn MOSFET và SiC

Giӟi thiӋu vӅ Mosfet và Sic

Trong nhiӅu thұp kӹ qua, ngành sҧn xuҩt chҩt bán dүn không ngӯng cҧi tiӃn các thành phҫn trong silicon MOSFET nhҵPÿiSӭng nhu cҫu cӫa các nhà thiӃt kӃ bӝ chuyӇQÿәi mҥFKÿLӋn Sӵ kӃt hӧp giӳDTX\ÿӏnh cӫa mӝt sӕ chính phӫ và nhu cҫu thӏ WUѭӡng vӅ công nghӋ xanh làm nҧy sinh nhu cҫu vӅ các sҧn phҭPGQJÿӇ xây dӵng các giҧi pháp tiӃt kiӋPÿLӋQQăQJYjFyWKLӃt kӃ nhӓ gӑn

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) là một chất bán dẫn hiệu ứng trường, hoạt động bằng cách sử dụng điện trường Đây là khóa cho sự phát triển của MOSFET là thiết kế tiếp xúc giữa hai bề mặt Lớp trên cùng của MOSFET là silicon dioxide, trong khi lớp dưới là silicon tinh thể Silicon tinh thể tạo ra bán dẫn loại n, cung cấp electron cho MOSFET Tuy nhiên, một số vấn đề nảy sinh sau khi Cree tạo ra SiC 6L& 026)(7 ÿҫX WLrQ &DFEXD VLOLFRQ ÿm ÿѭӧc chӭng minh là nhân tố gây ra các vấn đề với MOSFET, dẫn đến các ưu điểm so với các chất bán dẫn khác.

SiC (Cacbua Silic) là mӝt vұt liӋu bán dүQÿmÿѭӧc phát triӇQWURQJKѫQKDL thұp kӹ Mitsubishi Electric bҳWÿҫu nghiên cӭu công nghӋ SiC nguyên tӕ YjRÿҫu nhӳQJQăP6ҧn phҭPWKѭѫQJPҥLÿҫu tiên cӫa hӑ sӱ dөng các thiӃt bӏ 6L&ÿm ÿѭӧc ra mҳt vào giӳDQăPWURQJPӝt biӃn tҫQÿѭӧc sӱ dөQJWURQJPi\ÿLӅu KzDNK{QJNKtJLDÿuQK.LULJDPLQH6DXÿyKӋ thӕng lӵc kéo chҥy bҵQJ6L&ÿҫu tiên trên thӃ giӟLÿmÿѭӧc lҳSÿһWWUrQ7jXÿѭӡQJÿҥn Shinkansen ӣ Nhұt Bҧn, vào QJj\WKiQJQăP

Trong bӕi cҧQK ÿy FiF F{QJ QJKӋ chҩt bán dүQ EăQJ UӝQJ :%* QKѭVLOLFRQFDUELGH6L&ÿm[Xҩt hiӋQÿӇ ӭng dөng trong các bӝ nguӗn xung (SMPS) có

69 các thành phҫQNêVLQKÿѭӧc cҧi thiӋn cho nhӳng nhà thiӃt kӃ có nhu cҫu Khi SiC MOSFET650V xuҩt hiӋn, bә sung thêm cho danh mөc linh kiӋn công suҩt rӡi 1200V hiӋn có, SiC trӣ thành lӵa chӑn hҩp dүQKѫQÿӕi vӟi các ӭng dөQJWUѭӟFÿk\ FKѭDWӯQJÿѭӧFQJKƭÿӃn

SiC M26)(7QJj\FjQJÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong các ӭng dөQJÿҥWÿӃn phҥm vi kilowatt, thӵc hiӋn mӑi chӭFQăQJWӯ cҩSÿLӋn cho hӋ thӕng viӉn thông và máy chӫÿӃn cung cҩp sҥc ҳc-quy cho thӏ WUѭӡQJ[HÿLӋQÿDQJSKiWWULӇQĈLӅu hҩp dүn cӫa chҩt bán dүn này nҵm ӣ ÿӝ bӅQYѭӧt trӝi so vӟLÿӕi thӫ silicon, cùng vӟi khҧ QăQJӭng dөng trong các cҩu trúc chuyӇn mҥch cӭng ӣ chӃ ÿӝ GzQJÿLӋn liên tөc (CCM) cӫa bӝ ÿLӅu chӍnh hӋ sӕ công suҩt (PFC) mà có sӱ dөng Diode bên trong khóa bán dүQ1JRjLUDWtQKQăQJKӛ trӧ tҫn sӕ chuyӇn mҥch cao cӫa chҩt bán dүQQj\KѭӟQJÿӃQ[XKѭӟng sӱ dөng các bӝ chuyӇQÿәi công suҩt nhӓ gӑn KѫQ

6LOLFRQ026)(7ÿmÿҥWÿѭӧc nhӳng cҧi tiӃQÿiQJNӇ vӅ các thông sӕ ký sinh trong nhӳQJQăPTXDQKѭQJÿһc tính vұWOêFѫEҧn cӫa silicon vүn còn cҫn phҧLÿѭӧc cҧi tiӃQKѫQQӳDĈLӅu này làm hҥn chӃ khҧ QăQJWLӃp cұn các thiӃt kӃ mҥFKÿѫQJLҧn, mӟi mҿ và sáng tҥo mà vӕn có thӇ mӣ ÿѭӡng cho các thiӃt kӃ ÿӇ phát triӇQQăQJOѭӧng xanh bӅn vӳng

SiC MOSFET là một cải tiến đáng kể trong lĩnh vực công nghệ điện tử, mang lại hiệu suất cao hơn nhiều so với các MOSFET thông thường Điều này làm cho SiC MOSFET trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chuyển mạch công suất cao, nơi mà hiệu suất tối ưu là rất quan trọng So với các vật liệu khác, SiC sở hữu khả năng dẫn điện vượt trội và chịu được điện áp cao, giúp giảm đáng kể tổn thất công suất và tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Trong vұt liӋu SiC, mӝt nӱa nguyên tӱ 6L ÿѭӧc thay thӃ bҵng nguyên tӱ Cacbon Bҵng viӋc kӃt hӧp vӟi nguyên tӱ Cacbon, tinh thӇ cӫa vұt liӋu әQÿӏnh và

Fyÿӝ xӃp chһWKѫQVRYӟi silicon Vì vұ\ÿLӋQWUѭӡQJÿӇ bӏ ÿiQKWKӫQJFDRKѫQ dүQÿӃn bӅ dày lӟp hoҥWÿӝng mӓQJKѫQVRYӟL6LĈLӅu này làm giҧm hao phí QăQJ OѭӧQJÿӗng thӡLÿLӋQiSÿiQKWKӫng cӫa thiӃt bӏ ÿѭӧFWăQJWKrPVRYӟi các thiӃt bӏ VLOLFRQWK{QJWKѭӡng

Sự phát triển của vật liệu bán dẫn công suất cao Silicon Carbide (SiC) mang đến bước đột phá trong ngành công nghiệp bán dẫn và thiết bị bán dẫn Việc sử dụng các thiết bị dựa trên SiC hứa hẹn hiệu suất chuyển mạch cao hơn và cho phép tăng mật độ công suất đáng kể so với những gì hiện có thể đạt được bằng cách sử dụng các thiết bị Silicon (Si) truyền thống Các ứng dụng của SiC trong các ngành công nghiệp điện tử đang không ngừng mở rộng, bao gồm năng lượng tái tạo, xe điện, máy bay điện và nhiều lĩnh vực khác.

&yEDÿһFÿLӇm vұt lý chính cӫa chҩt bán dүQ6L&OjPFKRQyYѭӧt trӝLKѫQ so vӟi các thiӃt bӏ 6LWK{QJWKѭӡng:

- Dòng rò rӍ thҩS KѫQ &iF Fһp lӛ trӕng electron tҥo ra ӣ SiC chұP KѫQ nhiӅu so vӟLWURQJ6LĈLӅu này sӁ làm giҧm tәn thҩt dòng rò khi công tҳt ӣ chӃWÿӝ Off so vӟi Si ӣ nhiӋWÿӝ nhҩWÿӏnh

- 7ăQJFѭӡng khҧ QăQJJLҧm sӵ cӕ nghiêm trӑQJĈLӅXQj\FyQJKƭDOjthiӃt bӏ có thӇ chӏXÿѭӧFÿLӋQiSFDRKѫQWURQJFQJPӝt nhóm thiӃt bӏ hoһc có thӇ giҧm FiFKÿLӋn ӣ cùng mӭFÿLӋQiS'RÿyFiFWKLӃt bӏ QKѭ026)(7-)(7Yj6%'Fy thӇ ÿѭӧc tҥo ra ӣ ÿLӋn áp chһQFDRKѫQVRYӟi mӭc có thӇ ÿҥWÿѭӧc vӟi Si

- HӋ sӕ dүn nhiӋt cDRKѫQFKRSKpSYұn chuyӇn nhiӋt tӯ thiӃt bӏ hiӋu quҧ KѫQ1JRjLUDÿLӋn trӣ trҥng thái thông qua công tҳc chuyӇn mҥch thҩSKѫQOjP giҧm tәn thҩt dүQÿLӋn

Các nghiên cứu gần đây chỉ ra sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực linh kiện SiC Trong nghiên cứu về hao mòn của SiC, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một mô hình thực hiện mới trên linh kiện SiC để hiểu rõ hơn về hiện tượng này.

Xây dӵng hӋ thӕng thӵc nghiӋm

MҥFKÿROѭӡng

Hình 6.4 a,b,c trình bày mҥFKOѭӡQJÿLӋn áp pha cӫa tҧLGzQJÿLӋn tҧLYjÿLӋn áp nguӗn DC

Hình 6.4c M̩FKÿRO˱ͥQJÿL n áp ngu͛n DC

KӃt quҧ thӵc nghiӋm

Hình 6.5 Board m̩ch T-type NPC hoàn ch͑nh

Hình 6.6 H th͙ng th͹c nghi m

Boach mҥch T_type NPC hoàn chӍnh bao gӗm mҥch công suҩt, mҥch lái, mҥFKÿR Oѭӧng và tҧn nhiӋWÿѭӧc tích hӧp trên cùng mӝWERDUGYjÿѭӧc trình bày trong hình 6.5 HӋ thӕng thӵc nghiӋm trong phòng thí nghiӋPÿѭӧc trình bày ӣ hình 6.6 bao gӗm hӋ thӕng tҥo nguӗn DC (tӯ bӝ chӍQKOѭYjWө DC), hӋ thӕng tҧi, bӝ lӑc ngõ, hӋ

78 thӕng hiӇn thӏ gӗPGDRÿӝQJNêYjFiFÿҫXÿRGzQJiSFDPHUDQKLӋt Vì thӡi gian làm thӵc nghiӋm tҥi PTN bӏ giӟi hҥn (giãn cách xã hӝi), nên các kӃt quҧ thӵc nghiӋPNK{QJÿѭӧc thu thұSÿҫ\ÿӫ

Hình 6.7 sóng mang cӫD SKѭѫQJ SKiS 693:0 EDR Jӗm sóng tham chiӃu dҥng KuQKVLQYjVyQJÿLӅu khiӇQVDXNKLÿѭӧc cӝng thành phҫn offset Hình 6.8 trình bày ÿLӋQiSGk\WUѭӟc bӝ lӑc và sau bӝ lӑc, kӃt quҧ cho thҩ\ÿLӋn áp sau bӝ lӑc có dҥng KuQKVLQ+uQKWUuQKEj\GzQJÿLӋn trên tҧLGzQJÿLӋn trên tҧi dҥng sin và cân bҵng

Hình 6.76yQJÿL͉u khi͋n cͯDSK˱˯QJSKiS693:0

Hình 6.8ĈL QiSGk\WU˱ͣc l͕c và sau b͡ l͕c

&+ѬѪ1*9,, KӂT LUҰN KӃt luұn x ĈӅ tài giӟi thiӋu vӅ cҩu hình và nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa bӝ nghӏFKOѭXED bұc NPC dҥng T x ĈӅ WjLWUuQKEj\SKѭRQJSKiSÿLӅu chӃ YHFWRUNK{QJJLDQÿӇ ÿLӅu khiӇn bӝ nghӏFKOѭXEDEұc NPC x ĈӅ WjLÿmQJKLrQFӭXSKѭѫQJSKiS'3:0FKRQJKӏFKOѭXEұc dҥng T x Xây dӵQJÿѭӧc mô phӓng dӵa trên phҫn mӅm Psim x ĈӅ WjLÿmSKkQWtFKWKLӃt kӃ cҩu hình mҥFKFǊQJQKѭÿm[k\GӵQJÿѭӧFFѫVӣ phҫn cӭng cho mҥch nghӏFKOѭXEDEұc dҥng T bao gӗm: mҥch công suҩt, mҥch lái, mҥFKÿROѭӧng và mҥFKÿLӅu khiӇn ĈLӇm mҥQKYjÿLӇm yӃu cҫn khҳc phөc x ĈӅ WjLÿmKRjQWKjQKÿѭӧc toàn bӝ bӝ biӃQÿәi công suҩt 3 pha ba bұc dҥng T, WURQJÿyPҥch công suҩWÿѭӧc xây dӵQJWUrQFѫVѫOLQKNLӋn mӟi hiӋn nay 6L&1JRjLUDERDUGÿLӅu khiӇQÿѭӧc sӱ dөQJOjWѭѫQJÿӕi hiӋQÿҥi và cҩu hình mҥnh (TMS320F28379D) x KӃt quҧ cӫDÿӅ WjLOjÿmWҥRUDÿѭӧc hoàn chӍnh phҫn cӭQJÿӇ tӯ ÿyiSGөng các giҧi thuұWNKiFQKDXYjÿLӅu khiӇQFiFÿӕLWѭӧQJQKѭOjÿӝQJFѫEDSKD hay ӭng dөng trong nghӏFKOѭXQӕLOѭӟi x Do hҥn chӃ vӅ thӡLJLDQYjFǊQJQKѭOjNLӃn thӭc vӅ phҫn cӭng, nên các phân tích vӅ tәn hҧo cӫa mҥFKFǊQJQKѭOjVRViQKFiFJLҧi thuұt khác nhau không ÿѭӧc thӵc hiӋn trong luұQYăQQj\9ҩQÿӅ cân bҵng tө FǊQJFKѭDÿѭӧc phân tích

+ѭӟng phát triӇQÿӅ tài x Áp dөng các giҧi thuұt DPWM khác nhau, và so sanh vӅ tәn hao, hiӋu suҩt x Nghiên cӭu áp dөng phҫn cӭng này vào trong các ӭng dөQJÿLӋn mһt trӡi nӕi Oѭӟi

[1] L M 3KѭѫQJ Yj P Q 'ǊQJ Mô ph͗QJ ĈL n t͵ công sṷt trong MATLAB/SIMULINK 1;%Ĉҥi hӑc Quӕc gia Tp Hӗ Chí Minh, 2011

[2] Bin-Wu, High-Power Converters and AC Drives, IEEE Press, 2006

[3] S Namballa, and T V .LUDQ ³$ 6SDFH 9HFWRU 3:0 6FKHPH IRU 1HXWUDO 3RLQW Clamped Multilevel Inverters,´ International Journal of Power System Operation and Management, vol 1, iss 4, 2012 ISSN: 2231 ± 4407

[4] P U Kumar, P K Das, K D M Rao, and B V 5DPDQD³0RGHOOLQJ$QG$QDO\VLV of Multilevel Inverters Using Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM),´

International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), vol 2, iss

[5] S Krstic, J Meer, and G V $VKLVK%HQGUH³&RPSDUDWLYH(YDOXDWLRQRI0RGXODWLRQ Algorithms for Neutral-Point-Clamped Converters,´IEEE Transactions on Industry

Applications, vol 41, no 2, pp 634-643, March/April 2005

[6] P Zhou, Q Chen, G Li, and C Hu, "Power losses in T-type and NPC inverters with SHEPWM strategy," 12th IEEE Conference on Industrial Electronics and

Applications (ICIEA), Siem Reap, 2017, pp 562-566

[7] T D Nguyen, J Hobraiche, N Patin, G Friedrich, DQG - 3 9LODLQ ³$ 'LUHFW Digital Technique Implementation of General Discontinuous Pulse Width 0RGXODWLRQ 6WUDWHJ\´ IEEE Trans Ind Electron., vol 58, no 9, pp 4445-4454,

[8] /$VLPLQRDHL35RGULJXH]DQG)%ODDEMHUJ³$SSOLFDWLRQRI'Lscontinuous PWM 0RGXODWLRQLQ$FWLYH3RZHU)LOWHUV´ IEEE Trans Power Electron., vol 23, no 4, pp 1692-1706, July 2008

[9] K Taniguchi, Y Ogino, DQG + ,ULH ³3:0 WHFKQLTXH IRU SRZHU 026)(7LQYHUWHU´IEEE Trans Power Electron., vol 3, no 3, pp 328±334, Jul 1988

[10] 0'HSHQEURFN³3XOVHZLGWKFRQWURORID-phase inverter with nonsinusoidal phase YROWDJHV´LQProc Int Semicond Power Converter Conf., Springer, 1977, pp 399±

[11] 62JDVDZDUD+$NDJLDQG*6WDQNH³$QRYHO3:0VFKHPHRIYROWDJHVRXUFH inYHUWHUV EDVHG RQ VSDFH YHFWRU WKHRU\´ in Proc EPE Conf., Springer, 1989, pp 1197±1202

[12] RODU+(UWODQG)&³0LQLPL]DWLRQRIWKHKDUPRQLFUPVFRQWHQWRIWKH main current of a PWM converter system based on the solution of an extreme value SUREOHP´ in Proc ICHPC, Jul 1990, pp 234±243

[13] Y Sato and K Natori, "Design Consideration of Flying Capacitor Multilevel Inverters Using SiC MOSFETs," International Power Electronics Conference

(IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia), Niigata, Japan, 2018, pp 1860-1865, doi:

[14] X Li et al., "Simple Control Strategies for dv/dt Reduction in SiC MOSFET based Modular Multilevel Converters," IEEE 7th Workshop on Wide Bandgap Power

Devices and Applications (WiPDA), 2019, pp 80-84, doi: 10.1109/WiPDA46397.2019.8998827

[15] K Kumari, S Mapa, and R Maheshwari, "Loss Analysis of NPC and T-Type Three-Level Converter for Si, SiC, and GaN based Devices," IEEE 9th Power India

International Conference (PIICON), Murthal, India, 2020, pp 1-6, doi:

[16] X Lou, G Chen, L Zhang, F Zhao, and F Wu, "An Improved Modulation Scheme IRU ³6L 6L&´ +\EULG /-Active NPC Rectifiers with Low Conduction Losses," IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Lousiana, USA, 2020, pp 2004-2009, doi: 10.1109/APEC39645.2020.9124487 [17] J D Gomez-Palomino, M P Foster, and D A Stone, "Performance evaluation of SiC MOSFET in 5-level single phase converter," 8th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2016), Glasgow, UK, 2016, pp

[18] ³10-kW, bidirectional three-phase three-level (T-type) inverter and PFC reference design.´ TIDA-01606 Internet: https://www.ti.com/tool/TIDA-01606, 2021