NGHIÊN cứu bộ NGHỊCH lưu 3 PHA 5 bậc cầu h gồm 2 bộ NPC 3 bậc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU PHA BẬC CẦU H GỒM BỘ NPC BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU PHA BẬC CẦU H GỒM BỘ NPC BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU PHA BẬC CẦU H GỒM BỘ NPC BẬC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THU HÀ Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016   LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:   Họ và tên: TRẦN TUẤN ANH, Giới tính: Nam  Ngày, tháng, năm sinh: 22/03/1977, Nơi sinh: Bình Thuận  Quê quán: Bến Tre, Dân tộc: Kinh  Địa chỉ liên lạc: 399 Tổ NDTQ số 5, Ấp Phú Hòa, Xã Châu Hòa,  Huyện Giồng Trôm, Tỉnh Bến Tre.   Di động: 0986 71 22 33; Email: trantuananh0986712233@outlook.com  Điện thoại cơ quan: 075 3822294   Fax: 075 3820103   II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:   Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 10/1992 đến 07/1997  Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM  Ngành học: Kỹ thuật Điện – Điện Tử  III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP  ĐẠI HỌC:   Thời gian  Nơi công tác  Từ 06/2001   Công ty Đường Bến Tre  Công việc đảm nhiệm  Nhân viên kỹ thuật  đến 5/2002  Ấp Thuận Điền, Xã An  Hiệp, Huyện Châu Thành,  Tỉnh Bến Tre  Từ 5/2002  Công ty Đông lạnh thủy sản  đến 9/2003  xuất khẩu Bến Tre (DL22)  Trang i  Nhân viên kỹ thuật    Ấp 9, Xã Tân Thạch, Huyện  Châu Thành, Tỉnh Bến Tre  Từ 9/2003   Trường Trung học Kỹ Thuật  Giáo viên  đến  Công nghiệp Bến Tre  12/2004  Ấp 2, Xã Sơn Đông, Huyện  Châu Thành, Tỉnh Bến Tre  Từ 12/2004  Trường Cao Đẳng Bến Tre  đến nay  Ấp 1, Xã Sơn Đông, Huyện  Châu Thành, Tỉnh Bến Tre  Trang ii  Giảng viên    LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.  Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai   công bố trong bất kỳ công trình nào khác  Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 10 năm 2016  (Ký tên và ghi rõ họ tên)      TRẦN TUẤN ANH      Trang iii    LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Trần Thu Hà, Ths. Đỗ Đức Trí, đã  tận tình hướng dẫn tôi để thực hiện luận văn.  Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư  Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi  trường học tập tốt cho tôi.  Xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ  thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ cho sử dụng phòng thí nghiệm Điện tử công  suất nâng cao D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.  Cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học.  Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.  Học viên    TRẦN TUẤN ANH      Trang iv    TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện kỹ thuật điều chế sóng mang có kiểm soát thông qua việc  cân bằng điện áp trên hai tụ nhằm giảm độ méo dạng sóng ngõ ra cung cấp cho tải  trong bộ nghịch lưu NPC 5 bậc lai. Kỹ thuật này sử dụng việc giám sát điện áp trên  hai tụ để điều khiển đóng ngắt các khóa công suất một cách hợp lí nhằm đảm bảo  điện áp cung cấp ra tải ít bị méo dạng nhất. Với kỹ thuật xây dựng giải thuật cân bằng  điện áp trên tụ được trình bày trong nghiên cứu, chỉ số THD điện áp có thể giảm từ  28,10% xuống 27,57%, THD dòng điện giảm từ 2,35% xuống mức 0.75%. Trong đề  tài này, tác giả có so sánh giữa hai giải thuật điều khiển có cân bằng điện áp trên tụ  và không điều khiển cân bằng điện áp trên tụ. Kết quả của giải thuật được kiểm chứng  qua mô phỏng và qua quá trình thực nghiệm.  Luận văn thực nghiệm trên phần cứng với IGBT 25N120. Các giải thuật điều  khiển đề xuất được thực hiện trên vi xử lý điều khiển tín hiệu số DSP TMS320F28335  với  kỹ  thuật  lập  trình  nhúng  từ  mô  hình  mô  phỏng  trên  phần  mềm  MATLAB/SIMULINK kết hợp chương trình Code Composer Studio V6 tự động biên  dịch ra ngôn ngữ C và nạp cho vi xử lý mà không cần phải lập trình lại.      Trang v    ABSTRACT   In this project, the Controlled Pulse Wide Modulation (CPWM) is performed  through the balance of two capacitors voltage to reduce output waveform distortion  provides load on a hybrid 5 level NPC inverter. This technique is applied to monitor  the voltage on the capacitor to control two switching the power lock sensibly to ensure  the load voltage supply at least distortion. With techniques balancing algorithms on  the  capacitor  voltage,  the  voltage  THD  index  decreased  from  28.10%  down  to  27.57%,  the  current  THD  down  from  2.35%  to  0.75% This  study  presents  a  comparative  study  of  Capacitor  Voltage  balance  and  unbalance  techniques.  The  proposed results can be verified through the simulation and the experiment.  The project has been experienced on the hardware of IGBT STGW25N120.  The proposed control techniques have been implemented on DSP - F28335 with the  embedded programming technique of the simulation model in MATLAB/Simulink  combined  with  the  software  Code  Composer  Studio  Version  6,  which  compile  automatically to C-language and download to processor without programming again.      Trang vi    MỤC LỤC   LÝ LỊCH KHOA HỌC   i  LỜI CAM ĐOAN   iii  LỜI CẢM TẠ  . iv  TÓM TẮT LUẬN VĂN   v  ABSTRACT   vi  MỤC LỤC   vii  DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT   ix  DANH SÁCH HÌNH  . x  DANH SÁCH BẢNG  xiii  Chương 1  . 1  TỔNG QUAN  . 1  1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài  nước   1  1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài  . 4  1.3. Mục đích của đề tài  . 5  1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài:   5  1.5. Phương pháp nghiên cứu  . 5  1.6. Điểm mới của đề tài:   5  1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài:  6  Chương 2  . 7  CƠ SỞ LÍ THUYẾT   7  2.1 Tổng quan về nghịch lưu   7  2.2 Các cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc   8  2.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) nghịch lưu 3 pha 5 bậc lai NPC  13  Chương 3  . 20  KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA BỘ  NGHỊCH LƯU BA PHA NĂM BẬC GỒM HAI MẠCH NPC BA BẬC   20  3.1  Nguyên lí bộ nghịch lưu ba pha năm bậc NPC  . 20  3.2  Kỹ thuật điều khiển bộ nghịch lưu ba pha năm bậc NPC   21  Trang vii    3.3  Mô phỏng giải thuật đề xuất trên bộ nghịch lưu ba pha năm bậc NNPC   27  3.4  Kết luận   41  Chương 4  . 42  XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM   42  VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM   42  4.1  Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm   42  4.2  Mô tả chi tiết mô hình thực nghiệm   42  4.3  Tổng thể mô hình thực nghiệm đã thi công  . 56  4.4   Mô tả mô hình thực nghiệm bằng kỹ thuật lập trình nhúng  . 57  4.5  Kết quả thực nghiệm   58  CHƯƠNG 5   77  KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI   77  5.1 Những kết quả đạt được  77  5.2 Kết luận   77  5.3 Hướng phát triển của đề tài   78  TÀI LIỆU THAM KHẢO   79  PHỤ LỤC  80      Trang viii    DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT   A  Ac  Am    : Ampe – Đơn vị đo dòng điện        : Biên độ đỉnh sóng mang            : Biên độ đỉnh sóng điều khiển          : Alternative Phase Opposition Disposition     - sóng mang dạng tam giác bố trí dịch pha 180      : Tụ lọc nguồn DC.          : Controled Pulse Width Modulation – Điều chế sóng mang có kiểm soát      : Tần số sóng mang                IA  K  L  m  ma    : Tần số sóng điều khiển      : Neutral Point clamped Multilevel H-bridge Inverter     - Nghịch lưu đa bậc kiểu diode kẹp cầu H    : Dòng điện tải pha A.      : Số khóa chuyển mạch/1 pha      : Điện cảm tải.          : Chỉ số điều chế.        : Tỉ số điều chế biên độ        mf    APOD  C  CPWM  Fc  fm  H-NPC  MSPWM  PD  PWM  R  S  THD  V  Vac  Vd  Vref                    Trang ix                                                                    : Tỉ số tần số          : Modified Sin Pulse width modulation   – Điều chế độ rộng xung cải biên  : In Phase Disposition - sóng mang dạng tam giác bố trí cùng pha.   : Pulse width modulation - điều chế độ rộng xung  : Điện trở tải.          : Các khóa đóng ngắt.        : Total Harmonic Distortion - Tổng méo dạng do sóng hài.  : Voltage – Đơn vị đo điện áp      : Điện áp dây nguồn lưới ba pha.        : Điện áp DC của bộ chỉnh.    : Điện áp tải tham chiếu                         DANH SÁCH HÌNH   Hình 2. 1: Bộ nghịch lưu áp dạng NPC   8  Hình 2. 2: Bộ nghịch lưu áp dạng kẹp tụ   9  Hình 2. 3: Bộ nghịch lưu đa bậc Cascade . 10  Hình 2. 4: Bộ nghịch lưu áp dạng H-NPC   11  Hình 2. 5: Bộ nghịch lưu áp NPC (gồm 2 bộ NPC)   12  Hình 2. 6: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế liên tục  . 15  Hình 2. 7: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế gián đoạn   15  Hình 2. 8: Đường đặc tuyến giữa chỉ số m và tỉ số biên độ sóng sin/biên độ sóng  mang   15  Hình 2. 9: Dạng sóng điều khiển và sóng mang MSPWM   16  Hình 2. 10: Dạng xung kích trong MSPWM   17  Hình 2. 11: Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu 3 bậc  . 19  Hình 3. 1: Bộ nghịch lưu gồm 2 mạch NPC 3 bậc dùng nguồn chung   20 Hình 3. 2: Lưu đồ phát xung PWM dùng nhiều sóng mang  21 Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lí tạo xung PWM bằng nhiều sóng mang   23 Hình 3. 4: So sáng sóng mang và Uđk tạo xung kích   24 Hình 3. 5: Kết quả mô phỏng so sánh 1 sóng sin với 4 sóng mang  . 25 Hình 3. 6: Mô tả nguyên lí giải thuật   26 Hình 3. 7:Lưu đồ giải thuật   27 Hình 3. 8: Sơ đồ khối trong Matlab  . 28 Hình 3. 9: Sơ đồ khối mô phỏng biến tần lai 5 bậc NPC   28 Hình 3. 10: Khối nguồn DC và chi tiết khối nguồn DC trong mô phỏng cân bằng tụ    29 Hình 3. 11: Điện áp và dòng điện tải khi chưa sử dụng giải thuật cân bằng tụ   29 Hình 3. 12:Kết quả phân tích FFT điện áp trên tải với m=0.8   30 Hình 3. 13:Kết quả phân tích FFT dòng điện tải với m=0.8   30 Hình 3. 14:Kết quả phân tích FFT điện áp tải với m=0.866   31 Hình 3. 15: Kết quả phân tích FFT dòng tải với m=0.866   31 Hình 3. 16: Dạng sóng điện áp và dòng điện tải với m=0.9   32 Hình 3. 17: Kết quả phân tích FFT điện áp tải với m=0.9   32 Hình 3. 18: Kết quả phân tích FFT dòng điện tải với m=0.9   33 Hình 3. 19: Điện áp và dòng điện tải khi sử dụng giải thuật cân bằng tụ   33 Hình 3. 20: Kết quả phân tích FFT điện áp tải với m=0.8   34 Hình 3. 21: Kết quả phân tích FFT dòng điện tải với m=0.8   34 Hình 3. 22: Kết quả phân tích FFT điện áp tải với m=0.866   35 Hình 3. 23: Kết quả phân tích FFT dòng điện tải với m=0.866   35 Hình 3. 24: Kết quả phân tích FFT điện áp tải với m=0.9   36 Hình 3. 25: Kết quả phân tích dòng điện trên tải với m=0.9   36 Trang x    Hình 3. 26: Điện áp trên tụ khi chưa cân bằng  . 37 Hình 3. 27: Độ chênh lệch điện áp khi tụ V cân bằng   37 Hình 3. 29: Mô hình mô phỏng kỹ thuật cân bằng điện áp tụ  . 38 Hình 3. 30: Điện áp DC trên hai tụ không cân bằng  . 38 Hình 3. 31: Méo dạng áp tham chiếu   39 Hình 3. 32: Sơ đồ khối chức năng của khối Comparator and selector  39 Hình 3. 33: Sóng điều khiển sau khi được xử lí qua khối Comparator and selector 40 Hình 3. 34: Điện áp VA1A2, VB1B2, VC1C2   40 Hình 3. 35: Dạng sóng dòng tải Ita, Itb, Itc  . 40 Hình 3. 36: kết quả phân tích FFT cho thấy THD=0.75%   41   Hình 4. 1: Sơ đồ tổng thể mô hình thực nghiệm   42 Hình 4. 2: Cầu chỉnh lưu và sơ đồ nguyên lí   43 Hình 4. 3: Sơ đồ đấu tụ   43 Hình 4. 4: Sơ đồ nối dây board 1 mạch gồm 12 IGBT   44 Hình 4. 5: Mạch in board 12 IGBT   44 Hình 4. 6: Board mạch thực tế gồm 2 bộ NPC 3 bậc   45 Hình 4. 7: Hình dạng và sơ đồ chân của IGBT FGA25N120  . 45 Hình 4. 8: Sơ đồ đấu dây bộ tải RL   46 Hình 4. 9: kit vi xử lí DSP TMS32F28335   47 Hình 4. 10: Sơ đồ bố trí 176 chân PGF/PTP LQFP của F28335   49 Hình 4. 11: Sơ đồ khối chức năng của DSP F28335   50 Hình 4. 12: Sơ đồ nguyên lí hoạt động IGBT Driver   51 Hình 4. 13: Sơ đồ mạch đệm nhằm nâng mức tín hiệu điều khiển từ Card DSP   52 Hình 4. 14: Mạch đệm thực tế 24pin   52 Hình 4. 15: Sơ đồ thiết kế mạch driver   53 Hình 4. 16: Sơ đồ tổng quan nguyên lí hoạt động mạch cảm biến áp   54 Hình 4. 17: Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến áp   54 Hình 4. 18: Mạch in board mạch cảm biến áp   55 Hình 4. 19: Mạch cảm biến dòng sử dụng ACS712  . 55 Hình 4. 20: Nguyên lí hoạt động cảm biến ACS712   56 Hình 4. 21: Mô hình thực tế mạch NPC 5 bậc Lai gồm 2 bộ NPC 3 bậc   56 Hình 4. 22: Sơ đồ tín hiệu của hệ thống thực nghiệm với kỹ thuật lập trình nhúng. 57 Hình 4. 23: Mô hình thực nghiệm với kỹ thuật nhúng Simulink/Matlab . 58 Hình 4. 24: Dạng sóng xung kích không điều khiển cân bằng điện áp tụ khi mô  phỏng (a), và thực nghiệm (b).  . 59 Hình 4. 25: Dạng sóng điện áp tâm nguồn pha a trên tải khi mô phỏng (a), và thực  nghiệm (b)   59 Hình 4. 26: Dạng sóng dòng điện pha a khi mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)   60 Trang xi    Hình 4. 27: Kết quả phân tích THD dòng tải khi mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)    60 Hình 4. 28: Mô hình lập trình nhúng giải thuật cân bằng áp tụ  . 61 Hình 4. 29: Hình dạng xung kích giữa mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)   61 Hình 4. 30: Dạng sóng điện áp tâm nguồn pha a khi điều khiển cân bằng điện áp tụ  giữa mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)   62 Hình 4. 31: Dạng sóng dòng điện tải pha a khi thực hiện điều khiển cân bằng điện  áp tụ giữa mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)  . 62 Hình 4. 32: Kết quả phân tích THD dòng tải giữa mô phỏng (a), và thực nghiệm (b)    63 Hình 4. 33: Dạng sóng điện áp và dòng điện với Fsm=3kHz  . 64 Hình 4. 34: Dạng sóng điện áp và dòng điện khi Fsm=15kHz   64 Hình 4. 35: dạng sóng điện áp và dòng điện khi Fsm=20kHz   65 Hình 4. 36: Đặc tính đáp ứng điện áp theo tần số đóng ngắt   65 Hình 4. 37: Đặc tính đáp ứng dòng điện theo tần số đóng ngắt   66 Hình 4. 38: Dạng sóng điện áp và dòng điện tải với Vd=50V   66 Hình 4. 39: Dạng sóng điện áp trên tải với Vd=60V   67 Hình 4. 40: Dạng sóng dòng điện trên tải với Vd=60V   67 Hình 4. 41: Dạng sóng điện áp trên tải với Vd=70V   67 Hình 4. 42: Dạng sóng dòng điện trên tải với Vd=70V   68 Hình 4. 43: Dạng sóng điện áp trên tải với Vd=80V   68 Hình 4. 44: Dạng sóng dòng điện trên tải với Vd=80V   68 Hình 4. 45: Dạng sóng điện áp trên tải với Vd=90V   69 Hình 4. 46: Dạng sóng dòng điện trên tải với Vd=90V   69 Hình 4. 47: Dạng sóng điện áp trên tải với Vd=100V   69 Hình 4. 48: Đặc tuyến THD điện áp theo chỉ số m  . 75 Hình 4. 49: Dạng sóng điện áp 3 pha trên mô phỏng (a) và thực nghiệm (b)   76 Hình 4. 50: Khảo sát độ lệch pha của 3 pha   76   Trang xii    DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: So sánh THD khi thay đổi chỉ số điều chế m   33  Bảng 2: So sánh THD điện áp và dòng điện khi thay đổi m  . 36  Bảng 1: So sánh THD dòng điện tải giữa hai giải thuật điều khiển   63 Bảng 2: So sánh THD khi thay đổi điện áp Vd   70 Bảng 3: So sánh THD điện áp giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi chỉ số  điều chế m   72     Trang xiii  Chương 1  Chương TỔNG QUAN   1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu  Từ  thập  niên  80  của  thế  kỷ  XX,  kỹ  thuật  điện  tử  chỉ  được  ứng  dụng  trong  những mạch điều khiển, đo lường, khống chế, bảo vệ…hệ thống điện công nghiệp  gọi là điện tử công nghiệp.  Đến thập niên 90 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đã ứng dụng khá rộng rãi và  thành công trong việc thay thế các khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn  cho  những  phụ  tải  một  pha,  ba  pha,  làm  các  bộ  nguồn  công  suất  lớn  trong  công  nghiệp…Với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, điều khiển dễ dàng, đáp ứng tần số được  mở rộng, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng được cải  tiến dần.   Ngày nay, với tốc độ phát triển công nghiệp rất nhanh, đi kèm theo đó là các  yêu cầu cao trong khâu truyền động động cơ, đó là khâu không thể thiếu được trong  các dây chuyền công nghiệp. Nhiệm vụ chính của hệ thống truyền động là thực hiện  điều khiển chính xác các cơ cấu chấp hành để tạo nên các chuyển động phức tạp.   Việc phát triển công nghệ bán dẫn đã giúp chế tạo các bộ điều khiển điện tử  công suất để đáp ứng yêu cầu truyền động ngày càng phức tạp trên. Một trong những  thiết bị góp phần quan trọng trong lĩnh vực điều khiển truyền động điện đó là bộ biến  đổi tần số hay còn gọi là biến tần. Có 2 loại biến tần là biến tần tĩnh và biến tần động.  Biến tần tĩnh dựa trên việc điều khiển đóng ngắt các khóa bán dẫn công suất và chúng  được sử dụng trong một số ứng dụng như: Bộ biến đổi tần số cho động cơ, bộ lưu  điện (UPS), nguồn cấp điện chung và cũng cho bộ cấp năng lượng trên mặt đất (GPU)  cho máy bay. Biến tần tĩnh thường được chia ra thành 2 loại là biến tần trực tiếp và  Trang 1  Chương 1  biến tần gián tiếp. Việc điều khiển biến tần gián tiếp tập trung vào điều khiển mạch  nghịch lưu, tức là điều khiển biến đổi DC/AC. Nghiên cứu điều khiển nghịch lưu đã  có từ hơn 30 năm qua. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các phương pháp  điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày một nhiều hơn và chủ yếu tập  trung vào các mạch nghịch lưu đa bậc. Hiện nay có 2 hướng nghiên cứu về giải thuật  nghịch lưu đa bậc là kỹ thuật nghịch lưu theo điều chế vector không gian và kỹ thuật  nghịch lưu điều chế sóng mang. Năm 2005, tạp chí IEE Proceedings Electric Power  Applications đã đăng tải nghiên cứu của Nguyen Van Nho và Myung-Joong Youn,  trong bài viết này các tác giả đã nêu ra một lý thuyết mới cho phép giải tích hóa tương  quan SVPWM và CPWM. Kết quả nghiên cứu trên đã giúp thống nhất hai trường  phái nghiên cứu SVPWM và CPWM, hoàn thiện kỹ thuật đa điều chế cho phép điều  khiển toàn diện bộ nghịch lưu đa bậc. Hiện nay bộ nghịch lưu áp đa bậc 3 pha được  sử dụng rộng rãi do những ưu điểm của nó như công suất cao hơn, chất lượng dòng  điện và điện áp ngõ ra tốt hơn, mạch lọc ngõ ra nhỏ hơn v.v  và ứng dụng thực tiễn  của nó đạt hiệu quả rất cao. Với cấu hình nghịch lưu 3 bậc chúng ta đã có khá nhiều  nghiên cứu và về cơ bản nghịch lưu 3 bậc đã bắt đầu tiến tới việc sản xuất và thương  mại hóa. Tuy nhiên, cấu hình nghịch lưu 3 bậc cũng đã bắt đầu bộc lộ một số nhược  điểm  mà  ta khó  khắc  phục. Ví dụ  như độ  méo  hài  tổng  khá  lớn,  điện  áp common  mode khá lớn [3,6] và việc triệt tiêu điện áp này là khá khó khăn. Vì vậy vấn đề đặt  ra là phải nghiên cứu cấu hình mới giải quyết thỏa mãn các yêu cầu thực tế đề ra. Cấu  hình nghịch lưu 5 bậc lai là một cấu hình nghịch lưu cho thấy nhiều khả năng đáp  ứng điều này. Chính vì vậy việc chọn hướng nghiên cứu của đề tài là: “ Nghiên cứu  bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc gồm 2 bộ NPC 3 bậc ” là phù hợp và cấp bách.  1.1.2 Các kết nước công bố 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước:   Trong  những  năm  vừa  qua  các  nhóm  nghiên  cứu  trong  nước  có  khá  nhiều  nghiên cứu về nghịch lưu đa bậc. Nghiên cứu bộ nghịch lưu ba pha năm bậc NPC của  tác giả Danh Tuấn Lê đã trình bày mô phỏng và thực nghiệm bằng phương pháp điều  Trang 2  Chương 1  chế mới cho biến tần lai H-NPC 5 bậc sử dụng một sóng mang có số lần chuyển mạch  ít, hiệu quả trong việc giảm common-mode với THD Uta = 7.4% [1].  Vấn đề cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng ZeroSequence  Volttage  đã  được  tác  giả  Lê  Văn  Mạnh  Giàu  trình  bày  mô  phỏng  trên  Matlab với nhiều chỉ số điều chế và tải khác nhau để kiểm tra độ chính xác của giải  thuật, với số lần chuyển mạch cao và THD Uta= 35,66% [2].  Năm 2012, tại hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về cơ điện tử - VCM – 2012 nhóm  tác giả Nguyễn Văn Nhờ, Đới Văn Môn, Trần Quốc Hoàn, Quách Thanh Hải đã trình  bày một nghiên cứu nhằm cân bằng điện áp hai tụ điện một chiều trong nghịch lưu 3  bậc NPC, với số lần chuyển mạch cao và THD Uta= 50,99% [3].  Trong  luận  án  tiến  sĩ  “Nghiên  cứu  kỹ  thuật điều  chế  độ  rộng  xung  để  điều  khiển tối ưu nghịch lưu đa bậc”, tác giả Quách Thanh Hải đã phân tích các cấu trúc  nghịch lưu đa bậc bao gồm các nghịch lưu chuẩn truyền thống và các mạch nghịch  lưu lai hiện nay (bằng mô phỏng và thực nghiệm) [4].  1.1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước  Có khá nhiều nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài đã đề xuất trong đó  phải kể đến các nghiên cứu sau:  -  “A  Novel  Switching  Sequence  Design  for  Five-Level  HNPC-Bridge  Inverters With Improved Output Voltage Spectrum and Minimized Device Switching  Frequency” [5]. Đây là nghiên cứu tiêu biểu cho hướng điều chế sử dụng kỹ thuật  SVPWM. Bài báo tập trung trình bày một trình tự chuyển mạch theo điều chế vector  không gian nhằm tối ưu hóa cho các cải thiện giảm hài bậc cao và giảm tần số chuyển  mạch  của  các  khóa  công  suất.  Cấu  hình  nghịch  lưu  trong  nghiên  cứu  là  cấu  hình  nghịch lưu lai 5 bậc. Trong đó, mỗi pha của nghịch lưu bao gồm hai nhánh NPC, một  nhánh được kết nối với thiết bị đầu ra (tải) và nhánh còn lại kết nối với điểm trung  tính. Mỗi được cung cấp bởi nguồn DC độc lập.   Trang 3  Chương 1  -  “A  Multilevel  SVPWM  Algorithm  for  Linear  Modulation  and  Over  Modulation Operation” [6]. Bài báo này đề xuất một thuật toán SVPWM chung cho  biến  tần  đa bậc  dựa trên  tiêu  chuẩn SVPWM hai  bậc. Kể từ  khi các phương pháp  SVPWM đa cấp đề xuất sử dụng điều chế hai bậc để tính toán trước đó, việc tính toán  trên cho một biến tần n bậc trở nên dễ dàng hơn. Các thuật toán SVPWM đề xuất có  thể được áp dụng trong cả hai chế độ điều chế tuyến tính và chế độ quá điều chế. Biến  tần 5 bậc NPC sử dụng các phương pháp đã được đề xuất ở trên, với số lần chuyển  mạch ít và THD