Nghiên cứu nghịch lưu đa bậc

Trong công nghiệp, nhất là trong kỹ thuật truyền động đòi hỏi điều chỉnh tốc độ động cơ phải chính xác, thiết bị nhỏ gọn, tổn thất ít điện năng, đạt hiệu quả cao.Nguồn cấp cho động cơ đư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-LÊ HOÀI THANH NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 60520202

Tp Hồ Chí Minh 11/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-LÊ HOÀI THANH NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 60520202

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Tp Hồ Chí Minh 11/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công nghệTP HCM ngày

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ HOÀI THANH Giới tính: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 21/10/1975 Nơi sinh: LONG AN

Chuyên ngành:KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV:1341830060

I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU NGHỊCH LƯU ĐA BẬC

II- Nhiệm vụ và nội dung:

Nhiệm vụ

Từ việc nghiên cứu tài liệu, đề tài cần mạch thực nghiệm để minh chứng chokết quả nghiên cứu, cho nên đề tài cần mô phỏng mạch Từ đó lắp mạch thực nghiệm cho thấy kết quả của quá trình nghiên cứu

Nội dung

 Nghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu.

 Nghiên cứu phương pháp điều chế.

III- Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài)

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/12/2015

V- Cán bộ hướng dẫn:PGS TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kếtquả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳcông trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

LÊ HOÀI THANH

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản Lý Khoa Học Và Đào TạoSau Đại Học, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Công Nghệ TPHCM đã điềukiện cho tôi được học tập, tiếp cận với khoa học kỹ thuật và được làm việc với ThầyPGS TS Nguyễn Thanh Phương đã nhiệt tình giúp đỡ tôi khi thực hiện đề tài luậnvăn tốt nghiệp này

Tôi chân thành cám ơn thầy, cô Trường Đại Học Công Nghệ tp HCM,Trường Đại Học Bách Khoa tp HCM đã tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi nhữngkiến thức quý báu trong khóa học vừa qua

Xin chân thành cảm ơn các bạn học viên cùng khóa cũng đã giúp tôi trao đổikiến thức chuyên môn, tài liệu học tập

Xin chân thành cảm ơn BGH, Thầy Cô Trường Cao Đẳng Nghề long an đãtạo điểu kiện vể thời gian, thiết bị nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn này

Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng chophép nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi kính mong nhận được

sự thông cảm và đóng góp ý kiến quý báo của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp

để luận văn được hoàn thiện tốt hơn

Xin cám ơn

TÓM TẮT

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất nên việc chế tạocác linh kiện điện tử công suất lớn không còn trở ngại Các linh kiện công suất cóđiện áp làm việc đến hàng nghìn vôn, công suất đến hàng kw

Trong công nghiệp, nhất là trong kỹ thuật truyền động đòi hỏi điều chỉnh tốc

độ động cơ phải chính xác, thiết bị nhỏ gọn, tổn thất ít điện năng, đạt hiệu quả cao.Nguồn cấp cho động cơ được đưa vào mạch chỉnh lưu, bộ nghịch lưu để biến đổinguồn một chiều thành nguồn xoay chiều cung cấp cho động cơ Với bộ nghịch lưunày ta có thể điều khiển được tần số của chúng nên tần số ngõ ra thay đổi làm tốc độđộng cơ sẽ thay đổi theo

Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của bộ biến tần, ngoài ra bộ nghịch lưucòn rất nhiều ứng dụng khác như máy hàn điện tử, bộ nghịch lưu nguồn trong hệthống pin mặt trời, nguồn UPS

Bộ nghịch lưu càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trongđời sống, tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng của bộ nghịch lưu là dạng sóng ngõ raphải càng giống sin càng tốt Xuất phát từ yêu cầu trên luận văn tập trung vào việcnghiên cứu các dạng mạch nghịch lưu, phương pháp điều chế dạng sóng, sau đódùng phần mềm Matlab để mô phỏng để từ đó điều chỉnh thông số của mạch saocho kết quả ngõ ra của mạch nghịch lưu là tốt nhất Trong luận văn này, tập trungnghiên cứu, khảo sát và lắp mạch thực nghiệm dạng NPC 5 bậc, từ đó đánh giáđược kết quả nghiên cứu và các biện pháp khắc phục để dạng sóng ngõ ra đạt yêucầu

Nowadays, with the strong development of power electronics to themanufacture of electronic components power no longer obstacles The powerelectronics work with working voltages up to thousands of voltages, power up tohundreds kW

In industry, especially in technical control require adjusting the motor speed

to be accurate, compact, low power loss, high efficiency The power of the motor isput into rectifier, inverters convert the direct current into alternating current powersupply to the motor With this inverter, we can control the frequency of the outputfrequency, we should change the engine speed

Inverters are an important component of the inverter, inverter in additionthere are many other applications such as electronic welding machines, powerinverters in solar systems, UPS power

Inverter has been widely used in industry as well as in life, the criteria forassessing the quality of the inverter output waveform to be as similar as possiblesin Starting from the requirements on, thesis focuses on the study of the forminverter circuit, waveform modulation methods, then use Matlab software simulate

so that adjustment of circuit parameters that result lane out of the best invertercircuit In this thesis, focused research, survey and experimental circuit assemblyNPC form 5 places, from which evaluate research results and the correctivemeasures to waveform output desired unsatisfactory

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục v

Danh mục các từ viết tắt vi

Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh vii

Chương 0 Mở đầu 1

1.1 Tỏng quan lĩnh vực nghiên cứu 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3 1.3 Mục đích của đề tài 4

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: 6

1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài: 6

Chương I Tổng quan về nghịch lưu và nghịch lưu đa bậc 7

1 Sự cần thiết của bộ nghịch lưu 7

2 Bộ nghịch lưu 9

2.1 Bộ nghịch lưu trực tiếp 9

2.2 Bộ nghịch lưu gián tiếp 13

3.Bộ nghịch lưu đa bậc 18

3.1 Giới thiệu 18

3.2 Phân tích bộ nghịch lưu áp đa bậc 27

Chương II Kỹ thuật điều chế 32

1.Phương pháp điều chế sóng mang 32

1.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin 32

1.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến 34

2 Điều chế vectơ không gian PWM 35

2.1 Khái niệm vectơ không gian 35

2.2 Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc 36

Chương III Kết quả mô phỏng 44

1.Giới thiệu Matlab 44

2.Mô hình hóa mạch 45

3 Kết quả mô phỏng 47

Chương IV Kết quả thực nghiệm 52

1 Giới thiệu kit STM32F4 52

2 Sơ đồ mạch động lực 59

3 Kết quả thực nghiệm 64

Chương V Đánh giá và hướng phát triển đề tài 65

Tài liệu tham khảo 66

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DSP : Digital Signal Processor

IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor

PLL : Phase Locked Loop

PWM : Pulse-Width Modulation

SVM : Space Vector Modulation

SPWM : Space vector Pulse-Width Modulation

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Biểu diễn khoảng dẫn của các van bán dẫn và dòng điện của nguồn cấp 10

Hình 1.2 Mạch nghịch lưu trực tiếp .12

Hình 1.3 Sơ đồ bộ nghịch lưu gián tiếp 14

Hình 1.4 Các dạng mạch nghịch lưu 14

Hình 1.5 Mạch nghịch lưu dòng 15

Hình 1.6 Mạch nghịch lưu 3 pha 16

Hình 1.7 Mạch nghịch lưu dòng 3 pha 17

Hình 1.8 Mạch nghịch lưu NPC 21

Hình 1.9 Nghịch lưu đa bậc dạng dùng tụ điện thay đổi 22

Hình 1.10 Dạng Cascade Inverter 24

Hình 1.11 Dạng Cascade Inverter dùng biến áp 25

Hình 1.12 Nghịch lưu 5 bậc NPC 3 pha 27

Hình 1.13 Nghịch lưu 5 bậc NPC 1 pha 30

Hình 2.1 Quan hệ giữa biên độ sóng mang và sóng điều khiển 33

Hình 2.2 Quan hệ giữa biên độ sóng mang và sóng điều khiển 35

Hình 2.3 Nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade 37

Hình 2.4 Vector không gian của điều chế đa bậc 39

Hình 2.5 Nguyên lý điều chế vector không gian 40

Hình 3.1 Mạch mô phỏng bộ nghịch lưu 5 bậc NPC 46

Hình 3.2 Dạng sóng xung kích IGBT pha A 47

Hình 3.3 Dạng sóng xung kích IGBT pha B 47

Hình 3.4 Dạng sóng xung kích IGBT pha C 48

Hình 3.5 Dạng sóng điều khiển sin và sóng mang tam giác 48

Hình 3.6 Điện áp 3 pha - tâm nguồn DC 49

Hình 3.7 Điện áp pha tải 3 pha 49

Hình 3.8 Điện áp pha tải sau khi qua bộ lọc thông thấp 50

Hình 3.9 Dòng điện tải 3 pha 50

Hình 4.1 Biểu đồ sự phát triển dòng ARM 52

Hình 4.2 Ứng dụng của STM 52

Hình 4.3 Cấu trúc của STM32F4 54

Hình 4.4 Kit STM32F4 55

Hình 4.5 Sơ đồ bố trí của STM32F4 56

Hình 4.6 Sơ đồ mạch động lực 59

Hình 4.7 Sơ đồ mạch in mạch động lực 60

Hĩnh 4.8 Mạch Kit STM32F4 61

Hình 4.9 Mạch đệm xung kích 61

Hình 4.10 Mạch nguồn cấp mạch động lực 62

Hình 4.11 Mạch công suất 1 pha 62

Hình 4.12 Sơ đồ kết nối của mạch nghịch lưu .63

Hình 4.13 Sơ đồ kết nối của mạch nghịch lưu kết nối với tải 62

Hình 4.14 Dạng sóng kích pha A .64

CHƯƠNG 0 MỞ ĐẦU 1.1 ực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài ước

1.1.1 c h ực iê cứ

- Từ thập niên 80 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử chỉ được ứng dụng trongnhững mạchđiều khiển, đo lường, khống chế, bảo vệ…hệ thống điện công nghiệpgọi 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 cấpnguồn cho những phụ tải một pha, ba pha, làm các bộ nguồn công suất lớn trongcông 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 càngđược cải tiến dần

- Hiện nay, các linh kiện điện tử công suất được ứng dụng rất nhiều trong côngnghiệp, đặc biệt trong kỹ thuât truyền động để điều khiển tốc độ động cơ trongnghiệp Đó chính là bộ biến tần ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệpcũng như trong đời sống Bộ nghịch lưu là thành phần chủ yếu của bộ biến tần, các

bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, máy hàn điện tử,nghịch lưu hòa lưới Bộ nghịch lưu còn được ứng dụng trong các thiết bị chuyểnđổi trong gia đình bộ nghịch lưu dùng trong pin mặt trời, nguồn UPS Hiện nay, các

bộ nghịch lưu còn được nghiên cứu và phát triển nhằm đạt được yêu cầu cao về chấtlượng cũng như giảm tổn hao công suất trên các van

1.1.2 Các kết ả tro à oài ước được cô bố

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứ tro ước:

- Năm 2012, tại hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về cơ điện tử - VCM – 2012nhóm 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 trongnghịch lưu 3 bậc NPC, với số lần chuyển mạch cao và THDUta = 50,99% [9]

- Trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung để điềukhiển 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) [11].

- Phan Quốc Dũng, Lê Minh Phương, Lê Đình Khoa, Giải thuật điều chếvector không gian cải tiến cho nghịch lưu ba pha bốn khóa, Tạp chí Khoa học vàCông nghệ, Viện KHCN Việt Nam, Tập 46- Số 6, 2008

Phan Quốc Dũng, Lê Minh Phương, Lê Đình Khoa, Giải thuật điều chếvector không gian cải tiến cho nghịch lưu ba pha bốn khóa, Tạp chí Khoa học vàCông nghệ, Viện KHCN Việt Nam, Tập 46- Số 6, 2008

Phan Quoc Dung, L.D.Khoa L.M.Phuong, H.T.Thanh, Phương pháp điềuchế véc –tơ không gian cải tiến cho bộ nghịch lưu ba pha bốn khóa trong điều kiệnmất cân bằng áp tụ DC, Tạp chí Khoa học công nghệ 6 trường ĐH, số 70, p.12-17,2009

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứ oài ước

Có khá nhiều nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài đã đề xuất trong đóphải kể đến các nghiên cứu sau:

A Three Phase Three-level PWM Switched Voltage Source Inverter

with Zero Neutral Point Potential

Won-Sik Oh*, Sang-Kyoo Han*, Seong-Wook Choi* and Gun-Woo Moon† Dept

of Electrical Engineering and Computer Science, Korea Advanced Institute ofScience and Technology, Korea

- Nhóm tác giả nghiên cứu và mô phỏng mạch nghịch lưu 3 bậc 3 pha và so sánh với mạch nghịch lưu có số bậc cao hơn, từ đó đánh giá được chất lượng của mạch

Design and Implementation of Seven Level Cascaded H-Bridge Inverter Using Low frequency transformer with Single DC Source

T Singaravelu1, M.Balasubramani2 , J.Gowrishankar3

School of Electrical and Electronics Engineering, SASTRA University, Tirumalaisamudram,Thanjavur,Tamilnadu-613 401

- Tác giả mô phỏng nghịch lưu 7 bậc dạng cầu cascade với biến áp ngõ ra, so sánh với mạch thực nghiệm để đánh giá chất lượng của mạch

Operation and Design of Multilevel Inverters

Dr Keith Corzine

University of Missouri - RollaDeveloped for the Office of Naval Research

December 2003

- Tác giả nghiên cứu về hoạt động và khảo sát các dạng sóng của các dạng mạchnghịch lưu có nhiều bậc, từ đó đánh giá chất lượng của từng dạng mạch cũng như

ưu, khuyết điểm của từng dạng mạch

Hybrid 5-level inverter fed induction motor drive

Dr P.V.V Rama Rao_, P Devi Kiran, A Phani Kumar

Department of Electrical and Electronics Engineering, Shri Vishnu EngineeringCollege for Women Bhimavaram - 534

202, Andhra Pradesh, India

- Tác giả mô phỏng và phân tích dạng sóng mạch nghịch lưu 5 bậc dạng cầu H vớisóng điều chế SVPWM

Analysis of Cascaded Five Level Multilevel Inverter UsingHybrid Pulse Width Modulation

M.S.Sivagamasundari1, Dr.P.Melba Mary2

1Assistant Professor,2Principal,Department of EEE,V V College of Engineering,Tisaiyanvilai

- Tác giả phân tích và mô phỏng mạch nghịch lưu 5 bậc dạng cascade với phươngthức điều chế độ rộng xung PWM

1.2 Tính cấp thiết củ đ tài, ý k o ọc và thực tiễn của đ tài

- Với các ứng dụng bộ nghịch lưu trong thực tế, hiệu quả kinh tế của nghịchlưu đem lại Việc cần nghiên cứu về cấu tạo, phương thức điều chế để tạo ra các bộnghịch lưu với chất lượng cao nhất để phục vụ trong ngành điện ngày càng hiệu quảcao hơn là cần thiết nhất hiện nay

- Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, nhất là công nghệ sản xuất vi mạch đạtđến công nghệ IC đã cho ra đời các chíp, kit thông dụng và được sử dụng rộng rãinhư hiện nay Linh kiện điện tử công suất lớn cũng đã sản xuất suất lớn đến vài kw

và điện áp làm việc lên đến hàng kv Với các điều kiện thuận lợi trên, việc nghiêncứu và thực nghiệm các mạch nghịch lưu để ứng dụng hiệu quả trong thực tế là cầnthiết

- Ngày nay, với sự phát triển các kit đã tạo bước đột phá trong việc ứng dụngcác kit này vào việc nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế mà điển hình là ứng dụngkit STM32F4 vào thực nghiệm mạch nghịch lưu năm bậc.

- Giải thuật điều khiển hiện đại đòi hỏi bộ điều khiển phải xử lý với tốc độ rấtnhanh Công cụ để thực hiện triệt để vấn đề này tại thời điểm hiện nay là KITSTM32F4 kết hợp với Matlab Đây là một công cụ mạnh, linh hoạt mà giá thành lạirất phù hợp

- Việc kết hợp giữa KIT STM32F4 và Matlab sẽ tạo ra nhiều bộ điều khiểnlinh hoạt, giúp người học hiểu rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tựđộng hóa mà không cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng

- Thiết lập mô hình mạch thực nghiệm, từ kết quả của mô hình ta đánh giá lạikết quả của quá trình nghiên cứu, đồng thời từ kết quả này ta đưa ra cá biện pháp khắc phục các tồn tại của mạch nghịch lưu năm bậc

1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài:

- Về lý thuyết, đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu các giải thuật nghịch điều chếxung chế, các dạng mạch nghịch lưu đa bậc Từ các nghiên cứu trên luận văn đềxuất giải thuật tạo xung cũng như chọn dạng mạch nghịch lưu đa :

- Thành lập mô hình mạch và mô phỏng mạch nghịch lưu năm bậc trênMatlab

- Thiết lập mô hình và lập trình nhúng kit STM32F4 bằng Matlab simulink

để chạy chương trình mô phỏng

- Các giải thuật đề xuất sẽ được kiểm nghiệm, đánh giá trên mô hình thựcnghiệm và được so sánh với các giải thuật chuẩn để có các kết luận khoa học vàchính xác

- Đánh giá, báo cáo các kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm :

- Với những ưu điểm của kỹ thuật điều chế cũng như dạng mạch nghịch lưuNPC thì dạng nghịch lưu này vẫn còn những hạn chế chưa được khắc phục :

* Sóng hài bậc cao vẫn còn tồn tại

* Vấn đề điện áp common mode chưa khắc phục

* Tổn hao công suất trên các van

1.5 P ươ p áp iê cứu

- Nghiên cứu nhu cầu và ứng dụng của bộ nghịch lưu đa bậc

-Nghiên cứu tham khảo tài liệu, tính toán lý thuyết, kết hợp mô phỏng và thực nghiệm

- Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng Matlab

- Lập trình điều khiển trên kti STM32F4 và được kiểm chứng bằng thực tế

- Nhận xét đánh giá và so sánh kết quả : Thiết kế mạch thực nghiệm, đánh giátoàn bộ chất lượng của mạch thực nghiệm Từ đó đưa ra kết quả sau cùng của quátrình nghiên cứu, đồng thời từ kết quả của thực nghiệm ta điều chỉnh các thông sốsao cho đạt yêu cầu đặt ra

1.6 Điểm mới củ đ tài:

-Trên cơ sở giải thuật điều chế sóng mang, luận văn đã tiến hành nghiên cứu, tổng hợp và thực nghiệm nhằm đánh giá kết quả của quá trình nghiên cứu

-Với kit STM đa dụng, giá thành rẻ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế so với các kit chuyên dụng giá thành cao

-Từ kết quả mô phỏng Matlab simulink, ta nhúng vào kit STM Đây là điểm mạnh của kit Như vậy, với mỗi kit ta có thể chạy nhiều chương trình mà rất hiệuquả

- Thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm có thể được ứng dụng cho các nghiên cứu về nghịch lưu

1.7 Giá trị thực tiễn củ đ tài:

- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các dạng nghịch lưu bậc cao hơn

- Xác định được các giải thuật điều chế sóng mang, kết hợp với kit STM để điều khiển các van sao cho dạng sóng đạt yêu cầu

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để giải quyết vấn đề tối ưu hoá trongmạch nghịch lưu đa bậc thực tế

- Xây dựng được mô hình nghịch lưu đa bậc căn bản, có thể tăng số bậcnghịch lưu và có khả năng chuyển sang các cấu hình nghịch lưu với số bậc thấphơn để thực hiện các thực nghiệm theo các yêu cầu khác.

CHƯƠNG I ỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU VÀ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC

1 Giới thiệu bộ nghịch lưu

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiềukhông đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều.Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện, tương ứng ta có bộnghịch lưu áp và bộ nghịch dòng

Các bộ nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộnghịch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưudòng Các bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của bộ biến tần Ứngdụng quan trọng và tương đối rộng rãi của chúng nhằm vào lĩnh vực truyền độngđiện, điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều với độ chính xác cao Trong lĩnh vựctần số cao, bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bịhàn trung tần Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhucầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, bộ nghịch lưucòn được ứng dụng vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng

Ngày nay, linh kiện điện tử công suất lớn được sản xuất và sử dụng nhiềutrong các lĩnh vực khác nhau như hệ thống truyền tải, hệ thống phân phối điệnnăng, dùng trong công nghiệp Đặc biệt linh kiện điện tử được dùng trong các ứngdụng có công suất cao và tần số làm việc lớn Do đó vấn đề linh kiện không còn làtrở ngại, các linh kiện này có thể làm việc với áp hàng nghìn volt, công suất có thểlên đến vài kw, vì vậy bộ nghịch lưu có thể lam việc với các cấp điện áp cao hơn

và thiết bị sẽ được điều khiển tốt hơn

Các bộ điều khiển tốc độ động cơ được áp dụng rộng rãi với hiệu suất caonhư máy nghiền, máy bơm, quạt các bộ điều khiển này là các biến tần 2 bậc nhỏgọn, dễ điều khiển nhưng nó chỉ phù hợp với công suất nhỏ, hơn nữa dạng sóngđiện áp ngõ ra có thành phần hài bậc cao khá lớn và tổn hao tương đối lớn Để cảithiện chất lượng dạng sóng ngõ ra thì bộ nghịch lưu đa bậc được áp dụng, với ưuđiểm như giảm định mức dv/dt trên từng linh kiện làm tăng công suất của bộnghich lưu và dạng sóng ở ngõ ra được cải thiện rất tốt

Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển cho nghịch lưu đa bậc đượcnghiên cứu và ứng dụng như phương pháp điều chế độ rộng xung sin SPWM,

phương pháp điều chế vectơ không gian SVPWM đã cho kết quả nhất định Tuynhiên, các phương pháp này gặp khó khăn trong việc điều khiển các van Và mộttrong những phương pháp điều khiển nghịch lưu đa bậc đơn giản hơn nhờ sự hổ trợcủa kỹ thật số cũng như dựa vào những ưu điểm của kỹ thuật đa điều chế.

Những năm gần đây, sự phát triển công nghệ vi mạch rất cao thì khả năngtích hợp các chip xử lý càng lớn, các vi xử lý, các vi điều khiển ngày càng được sửdụng phổ biến trong công nghiệp cũng như trong đời sống Nội dung luận vănnghiên cứu và thực nghiệm với ứng dụng của kit STM32F4 điều khiển mạchnghịch lưu 5 bậc dạng NPC

Các ư điểm ịc ư đ bậc:

Bộ nghịch lưu dạng NPC mà đề tài nghiên cứu sử dụng thích hợp khi cácnguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC Bộ nghịch lưu đa bậc chứa các cặp diodekẹp có một mạch nguồn DC được phân chia thành một số cấp điện áp nhỏ hơn nhờchuỗi các tụ điện mắc nối tiếp Bộ nghịch lưu áp đa bậc dùng diode kẹp cải tiếndạng sóng điện áp tải và giảm shock điện áp trên linh kiện n lần Với bộ nghịch lưu

ba bậc, dv/dt trên linh kiện và tần số đóng cắt giảm đi một nửa Công suất bộ nghịchlưu áp tăng lên, đối với tải có công suất lớn thì điện áp cung cấp cho tải có thể đạtgiá trị lớn Điện áp đặt lên linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trìnhđóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo Với cùng tần số đóng ngắt thì các thànhphần sóng hài bậc cao của điện áp ngõ ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu 2 bậc

Xuất phát từ nhu cầu thực tế của bộ nghịch lưu đa bậc và yêu cầu của luậnvăn đặt ra cho luận văn này là nghiên cứu các dạng nghịch lưu, các phương phápđiều chế để từ đó nghiên cứu để tạo ra các bộ nghịch lưu đạt hiệu quả cao vàđược ứng dụng trong công nghiệp và đời sống

Trong nội dung luận văn nghiên cứu :

 Nghiên cứu các dạng nghịch lưu

 Nghiên cứu các phương pháp điều chế xung kích

 Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển nghịch lưu 5 bậc dạng NPC

 Khảo sát tính ổn định ở trạng thái xác lập khi đáp ứng tải là động cơ

không đồng bộ 3 pha

 Khảo sát dạng sóng điện áp ngõ ra va đưa ra biện pháp xử lý dạng

âm nên bộ nghịch lưu biến đổi cung cấp lại công suất cho lưới

2.1.1 N yê ý àm iệc củ bộ ịc ư trực tiếp:

Để thấy được nguyên lý hoạt động, ta xét mạch hoạt động của mạch nghịchlưu như hình vẽ (hình a) Đầu vào của bộ nghịch lưu là điện xoay chiều một pha,đầu ra là một phụ tải một pha thuần trở Nhóm chuyển mạch nối theo sơ đồ hai phanửa chu kì

Hình 1.1 Biểu diễn khoảng dẫn của các van bán dẫn và dòng điện của nguồn cấp.

Nhóm chuyển mạch dương được kí hiệu bắng chữ P (Positive), nhóm âm kíhiệu bằng chữ N (Negative) Dạng sóng dòng điện được vẽ như hình b, cụm P chỉdẫn trong năm nửa chu kì của điện áp, các thyritor được mồi không có trễ, điều đó

có nghĩa là coi P như là bộ chỉnh lưu diode Trong năm nửa chu kì sau chỉ có nhóm

N dẫn để tổng hợp ra phần điện áp âm của nửa chu kì điện áp ra Theo dạng sóngcủa điện áp biểu diễn trên hình b thì tần số điện áp ra bằng 1/5 tần số điện áp vào.Dạng sóng điện áp này gần với dạng của sóng điện áp hình chữ nhật và có chứa một

số lượng khá lớn các thành phần sóng hài

- Ta thấy dòng điện chảy qua van bán dẫn là 1/2 sóng hình sin còn dòng điệnnguồn cấp là hoàn toàn sin Việc điều khiển các van bán dẫn như trên không manglại hiệu quả cao trong điều khiển, sóng điện áp ra có độ sin không cao Muốn sóng

ra có dạng sin cao phải điều khiển thay đổi khoảng dẫn của các van thay đổi theomột qui luật nhất định Hình d biểu diễn gần đúng một sóng hình sin được tổng hợpbằng cách điều khiển các thời điểm mồi các thyristor

- Phương pháp này cùng với việc điều chỉnh pha làm giảm các điều hòa bậc caocủa dạng sóng điện áp đầu ra so với dạng sóng điện áo cho trước Theo các dạngsóng của dòng điện trên hình e dòng điện ra mang nhiều thành phần đập mạch ứngvới tần số nguồn, dòng điện của mạch bị biến dạng nhiều

2.1.2 L ật đi k iể ịc ư trực tiếp:

- Để thuận tiện trong việc xem xét luật điều khiển của một nhóm chỉnh lưunghịch lưu ta gọi góc mở của một nhóm là α Góc α phải được điều khiển sao cho trị

số điện áp ra trung bình trong từng khoảng của các nhóm hợp thành dạng sóng tứcthời của nghịch lưu có dạng như mong muốn

-Thông thường trong các mạch điều khiển ta thường điều khiển theo hàmarccos nên giá trị góc α phải biến thiên theo qui luật hình sin theo thời gian với chu

kì điện áp ra của bộ nghịch lưu

Hình 1.2 Mạch nghịch lưu trực tiếp

Dạng sóng biểu diễn trong hình được vẽ trong trường hợp biên độ ra lớnđiện áp ra có thẻ đạt được Cho nhóm dương làm việc để có điện áp ra cực đại,dạng sóng ứng điện áp ra ứng với góc mở bằng 0 Chuyển mạch tiếp theo phải thỏamãn một giá trị sao cho điện áp ra đạt giá trị như mong muốn Các giao điểm củasóng sin chuẩn (dạng điện áp đấu ra như mong muốn) với các sóng cosin được vẽvới cực đại tại các thời điểm góc mở bằng 0 xác định thời điểm kích mở cácthyristor Hình vẽ trên biểu diễn đầu ra của nhóm dương Ta cần phải chú ý rằngtrong chế độ chỉnh lưu góc mở của vanbán dẫn nhỏ hơn 900 (góc mở αpl ) nhưng trongchế độ nghịch lưu, trong nửa chu kì âm, góc mở phải lớn hơn 900 (góc mở αp2 ), góc βp2 làgóc mở vượt trước hay góc mở nhanh

- Quá trình xác định hoạt động cuả nhóm âm được tiến hành tương tự Trongquá trình mở các van có thể tiến hành cho mở sớm hơn để quá trình chuyển mạchkết thúc sớm hơn

- Để giảm điện áp đầu ra ta tiến hành giảm biên độ của sóng sin chuẩn ở giá trịnhư mong muốn Quá trình giảm điện áp ra đi liền với đó là thành phần sóng hàitrong dòng điện cũng tăng lên

- Quá trình điều khiển bộ nghịch lưu trực tiếp là quá trình quá phức tạp Sơ đồmạch điều khiển được trình bày trên hình 1.9 Tín hiệu phát điện có dòng điện vòngtrong bộ biến đổi sẽ chuyển tín hiệu kích mở từ nhóm này sang nhóm khác để đảmbảo phải có một nhóm bị khóa

2.2 Bộ ịc ư iá tiếp.

- Bộ nghịch lưu trực tiếp có ưu điểm là có thể đưa ra một công suất khá lớn ởđầu ra nhưng có một số nhược điểm sau:

- Chỉ có thể cho điện áp ra có tần số nhỏ hơn tần số điện áp lưới

- Khó điều khiển ở tần số nhỏ vì khi đó tổn hao sóng hài trong động cơ khá lớn

- Độ tinh và độ chính xác trong điều khiển không cao

- Sóng điện áp đầu ra không thật sự gần sin

- Chính vì những đặc điểm trên mà một loại nghịch lưu khác được đưa ra đểnâng cao chất lượng trong cung cấp nguồn đó là nghịch lưu gián tiếp Bộ nghịchlưu gián tiếp cho phép khắc phục những nhược điểm của bộ nghịch lưu trực tiếp ởtrên

-Trong bộ nghịch lưu gián tiếp thì trước khi được nghịch lưu điện áp lướiđược chỉnh lưu thành điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lưu diode hoặc bộ chỉnh lưu

có điều khiển Điện áp một chiều được qua một bộ lọc để cung cấp cho bô nghịchlưu một nguồn điện áp một chiều tương đối ổn định cho mạch nghịch lưu

Sơ đồ bộ nghịch lưu gián tiếp có sơ đồ khối như hình vẽ:

ĐC

Hình 1.3 Sơ đồ bộ nghịch lưu gián tiếp.

2.2.1 Nguyên lý oạt độ củ bộ ịc ư iá tiếp:

- Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50/60 Hz) được chỉnh lưu thànhnguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL) không điều khiển (chỉnh lưu diode) hoặcchỉnh lưu có điều khiển (chỉnh lưu thyristor), sau đó được lọc và được bộ nghịchlưu (NL) sẽ biến đổi thành điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Tùy thuộc vào bộchỉnh lưu và nghịch lưu như hình vẽ mà ta chia bộ nghịch lưu gián tiếp thành baloại:

Hình 1.4 Các dạng mạch nghịch lưu

- Bộ nghịch lưu nguồn dòng điện, chỉnh lưu thyristor (hình a)

- Bộ nghịch lưu nguồn điện áp, chỉnh lưu thyristor (hình b)

- Bộ nghịch lưu nguồn áp điều biến độ rộng xung (PWM) (hình c)

2.2.2 Bộ ịc ư ồ dò - c ỉ ư có đi k iể

2.2.2.1 Bộ ịc ư 1 p

Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu có điềukhiển, thường là dùng SCR, điện áp một chiều sau đó được đưa qua cuộn khánglọc Cuộn kháng lọc có tác dụng biến nguồn điện sau chỉnh lưu thành nguồn dòngcung cấp cho mạch nghịch lưu Đối với bộ nghịch lưu dòng điện cung cấp từ nguồndiện một chiều thực tế là không đổi, không phụ thuộc vào hiện tượng của bộnghịch lưu trong khoảng làm việc trước đó Trong thực tế thì bộ nghịch lưu nguồndòng được cung cấp bằng nguồn điện một chiều qua cuộn dây có điện cảm lớn,điều đó cho phép làm thay đổi điện áp của bộ nghịch lưu

Hình 1.5 Mạch nghịch lưu dòngCác biến thiên dòng điện được cân bằng nhờ Ldi/dt Nhưng do di/dtnhỏ nên nguồn dòng trong thực tế không thay đổi trong thời gian ngắn Chuyểnmạch đơn giản nhất của bộ nghịch lưu có dòng điện không đổi chỉ cần có các tụđiện Ta xét một mạch đơn giản có sơ đồ như hình vẽ Khi các T1 và T2 dẫn, các

tụ điện tích đện dương trên các bản cực trái Việc kích mở T3 và T4 làm các tụđiện nối vào các cực của T1 và T2 tương ứng để khóa chúng lại Bây giờ dòng điện

đi qua T3 C1 D1 qua tải sau đó qua D2 C2 T4 và về nguồn Điện áp trên hai cựccủa tụ điện sẽ đảo chiều ở một số thời điểm nhất định phụ thuộc vào điện áp củatải, các diode D3 D4 bắt đầu dẫn Dòng diện nguồn sau một thời gian ngắn sẽchuyển từ D1 sang D3 và từ D4 sang D2 Cuối cùng các diode D1 và D2 ngưngdẫn khi dòng điện qua tải hoàn toàn ngược chiều Điện áp trên các tụ đổi chiềuchuẩn bị cho nữa chu kỳ sau

2.2.2.2 Bộ ịc ư b p

Sơ đồ bộ nghịch lưu 3 pha

Hình 1.6 Mạch nghịch lưu 3 pha

- Dòng điện cấp cho động cơ có dạng xung chữ nhật và có biên độ không đổinên sụt áp trên điện cảm tản của stator bằng không và sụt áp trên điện trở statorkhông đổi Do đó điện áp trên hai cực của động cơ được tạo ra bởi tải, không phải

do mạch nghịch lưu

Hình 1.7 Mạch nghịch lưu dòng 3 pha

- Dây quấn 3 pha được bố trí đối xứng, nên điện áp qua động cơ có dạng gầnvới điện áp hình sin Trong trường hợp lý tưởng thì dòng điện có dạng hình chữnhật có biên độ không thay đổi Nhưng thực tế quá trình chuyển mạch của SCRkhông phải tức thời , các SCR cần có thời gian để dẫn và khóa hoàn toàn, nên dạngsóng của dòng điện không phải là vuông hoàn toàn Trong thời gian các T1 và T2dẫn dòng, dòng điện pha ia = -ib, các tụ chuyển mạch nạp điện có cực tính nhưhình vẽ Khi có xung mở T2, T2 sẽ dẫn và T6 sẽ bị khóa do điện áp ngược Do tải

có tính cảm dòng điện Id không bị gián đoạn ngay mà sẽ khép mạch qua D6 -C12song song với mạch nối tiếp C46 - C42 - T2 nạp cho tụ C62, điện áp trên tụ C62tăng tuyến tính cho đến khi ic xuất hiện, bắt đầu chuyển dòng của D6 cho D2, tức

là chuyển dòng từ pha a sang pha b kết thúc quá trình chuyển mạch ib =0 và ic =

id và tụ C62 phân cực ngược lại

Ư điểm củ ịc ư ồ dò :

- Có khả năng vượt qua được các sự cố chuyển mạch và tự phục hồi về trạngthái làm việc bình thường

- Có khả năng hãm tái sinh trả năng lượng về lưới bằng đảo dấu cực tính điện

áp một chiều trong khi chiều dòng điện không đổi chiều Vì vậy không cần yêu cẩuthêm bộ chỉnh lưu đảo chiều điện áp Sư làm việc của động cơ khi độ trượt âm sẽ

tự động đảo dấu điện áp một chiều vì dòng điện một chiều là đại lượng được điềukhiển Do đó trong bộ nghịch lưu nguồn dòng năng lượng sẽ tự động nghịch lưutrả về lưới

Ư điểm ịc ư đ bậc :

 Công suất của bộ nghịch lưu đa bậc rất lớn

 Điện áp đặt lên các linh kiện công suất thấp nên công suất tổn hao do

quá trình đóng ngắt của linh kiện giảm theo

 Với cùng tần số làm việc thì các thành phần sóng hài bậc cao củađiện áp ra giảm

3.1.2 P â oại bộ ịc ư áp

- Nguồn điện cung cấp cho bộ nghịch lưu áp được cung cấp từ : pin quang

điện, ăccu, điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc, .Các van dùng trong bộnghịch lưu áp có khả năng chịu được đóng ngắt tần số cao và áp làm việc lớn.Trong các bộ nghịch lưu công suất nhỏ và vừa thì ta có thể dùng BJT, MOSFET,IGBT Ở các bộ nghịch lưu công suất lớn thì dùng GTO, IGBT hoặc SCR

- Bộ nghịch lưu có rất nhiều loại, ta có thể phân loại chúng theo nhiềuphương pháp sau:

-Theo số pha điện áp ngõ ra ta có : bộ nghịch lưu 1pha, 3 pha

-Theo cấp điện áp giữa pha tải với 1 điểm điện áp chuẩn trên mạch ta có : bộ nghịch lưu 2 bậc, bộ nghịch lưu 3,5 bậc

-Theo kết cấu mạch công suất ta có : dạng cascade, dạng diode kẹp, dạng tụ kẹp -Theo phương pháp điều khiển :

- Phương pháp điều rộng xung,

- Phương pháp điều biên,

- Phương pháp điều chế độ rộng xung

- Phương pháp điều chế vectơ không gian

3.1.3 Sơ đồ các dạ ịc ư đ bậc

Có 3 dạng thường được sử dụng trong bộ nghịch lưu áp đa bậc:

• Dạng diode kẹp NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter)

• Dạng dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)

• Dạng ghép tầng cascade (Cascade Inverter)

Cấ trúc dạ Diode kẹp NPC (Diode C mped M ti e e I erter)

- Sử dụng thích hợp khi các nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC Bộnghịch lưu đa bậc chứa các cặp diode kẹp có một mạch nguồn DC được phân chiathành một số cấp điện áp nhỏ hơn nhờ chuỗi các tụ điện mắc nối tiếp

- Giả sử nhánh mạch DC gồm n nguồn có độ lớn bằng nhau mắc nối tiếp Điện

áp pha - nguồn DC (phase to pole voltage) có thể đạt được (n+1) giá trị khác nhau

và từ đó bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu áp (n+1) bậc Ví dụ chọn mứcđiện thế 0 ở cuối dãy nguồn, các mức điện áp có thể đạt được gồm (0, U,2U,3U,…nU) Điện áp từ một pha tải (ví dụ pha a) thông đến một vị trí bất kỳ trên

mạch DC (ví dụ M) nhờ cặp diode kẹp tại điểm đĩ (ví dụ D1, D1’) Để điện áp pha nguồn DC đạt được mức điện áp nêu trên (Uao = U), tất cả các linh kiện bị kẹp giữahai diode (D1, D1’) - gồm n linh kiện mắc nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kíchđĩng (ví dụ S1, S5’, S4’, S3’, S2’), các linh kiện cịn lại phải được khố theonguyên tắc kích đối nghịch Tương ứng với sáu trường hợp kích đĩng linh kiện bịkẹp giữa sáu cặp diode, ta thu được sáu mức điện áp pha - nguồn DC: 0, 1U, 2U,3U, 4U, 5U Vì cĩ khả năng tạo ra sáu mức điện áp pha - nguồn DC nên mạchnghịch lưu trên gọi là bộ nghịch lưu 6 bậc.

Bộ nghịch lưu áp đa bậc dùng diode kẹp cải tiến dạng sĩng điện áp tải vàgiảm shock điện áp trên linh kiện n lần Với bộ nghịch lưu ba bậc, dv/dt trên linhkiện và tần số đĩng cắt giảm đi một nửa Tuy nhiên với n > 3, mức độ chịu gai áptrên các diode sẽ khác nhau Ngồi ra, cân bằng điện áp giữa các nguồn DC (áp trêntụ) trở nên khĩ khăn, đặc biệt khi số bậc lớn

Hình 1.8 Mạch nghịch lưu NPC

• Các đặc điểm của biến tần đa bậc dạng diode_clamped:

- Số tụ điện là ít, nhưng phải thêm diode kẹp trong sơ đồ

- Có thể sử dụng một nguồn áp DC.

- Khi biến tần có bậc lớn hơn 3 thì điện áp mà diode kẹp phải chịu đựng là Vdc(n-2)/(n-1) cao Do đó sẽ phức tạp trong thiết kế như phải kết nối nối tiếp các diode

- Vấn đề không cân bằng điện áp các tụ điện ở biến tần đa bậc dạng này có thể gây ra quá áp trên một hay nhiều linh kiện đóng cắt

Cấ trúc dù tụ điệ t y đ i (F yi C p citor M ti e e I erter)

Hình 1.9 Nghịch lưu đa bậc dạng dùng tụ điện thay đổi

Các đặc điểm của nghịch lưu đa bậc dạng dùng tụ điện thay đổi :

- Nhược điểm chính của nghịch lưu đa bậc dạng này là số lượng tụ điện trong sơ đồ

mạch quá nhiều

- Mỗi nhánh cĩ thể được phân tích độc lập với các nhánh khác Khơng giống như dạng nghịch lưu NPC khi phân tích phải quan tâm đến cân bằng điện áp ngõ ra

- Giá trị điện dung của tụ là cao dần từ tụ lớp trong cùng đến lớp ngoài cùng

Ư điểm c í củ ịc ư dạ ày à:

- Khi số bậc tăng cao thì không cần dùng bộ lọc

- Có thể điều tiết công suất tác dụng và phản kháng nên hiện được việc điều tiếtcông suất

- Mỗi nhánh có thể được phân tích độc lập với các nhánh khác Không như nghịchlưu đa bậc dạng NPC khi phân tích phải quan tâm đến cân bằng điện áp ba pha ởngõ vào

N ược điểm:

- Số lượng tụ công suất lớn tham gia trong mạch nhiều, dẫn đến giá thành tăng và

độ tin cậy giảm

- Việc điều khiển sẽ khó khăn khi số bậc của nghịch lưu tăng cao

Cấ trúc dạ ép tầ (C sc de I erter)

Hình 1.10 Dạng Cascade Inverter.

Sử dụng các nguồn DC riêng, thích hợp trong trường hợp sử dụng nguồn DC

có sẵn, ví dụ dưới dạng acquy, battery Cascade inverter gồm nhiều bộ nghịch lưu

áp cầu một pha ghép nối tiếp, các bộ nghịch lưu áp dạng cầu một pha này có cácnguồn DC riêng.Bằng cách kích đóng các linh kiện trong mỗi bộ nghịch lưu áp mộtpha, ba mức điện áp (-U, 0, U) được tạo thành Sự kết hợp hoạt động của n bộnghịch lưu áp trên một nhánh pha tải sẽ tạo nên n khả năng mức điện áp theo chiều

âm (-U, -2U, -3U,-4U, –nU), n khả năng mức điện áp theo chiều dương (U, 2U,3U, 4U,…nU) và mức điện áp 0 Như vậy, bộ nghịch lưu áp dạng cascade gồm n bộ nghịch lưu áp một pha trên mỗi nhánh sẽ tạo thành bộ nghịch lưu (2n+1) bậc

Tần số đóng ngắt trong mỗi module của dạng mạch này có thể giảm đi n lần

và dv/dt cũng giảm đi như vậy Điện áp trên áp đặt lên các linh kiện giảm đi 0,57nlần, cho phép sử dụng IGBT điện áp thấp

Ngoài dạng mạch gồm các bộ nghịch lưu áp một pha, mạch nghịch lưu áp đabậc còn có dạng ghép từ ngõ ra của các bộ nghịch lưu áp ba pha Cấu trúc này chophép giảm dv/dt và tần số đóng ngắt còn 1/3 Mạch cho phép sử dụng các cấu hìnhnghịch lưu áp ba pha chuẩn Mạch nghịch lưu đạt được sự cân bằng điện áp cácnguồn DC, không tồn tại dòng cân bằng giữa các module Tuy nhiên, cấu tạo mạchđòi hỏi sử dụng các máy biến áp ngõ ra

Hình 1.11 Dạng Cascade Inverter dùng biến áp