LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 1
Chương 1
GIỚI THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU ÁP
I. Giới thiệu
1. Bộ nghòch lưu
Bộ nghòch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không
đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều cung cấp cho tải xoay chiều.
Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nếu đại lượng được
điều khiển ở ngõ ra là điện áp, bộ nghòch lưu được gọi là bộ nghòch lưu áp , ngược lại là bộ
nghòch lưu dòng
Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghòch lưu áp có tính chất nguồn điện áp và nguồn
cho bộ nghòch lưu dòng có tính chất nguồn dòng điện. Các bộ nghòch lưu tương ứng được
gọi là bộ nghòch lưu áp nguồn áp và bộ nghòch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ
nghòch lưu áp và bộ nghòch lưu dòng
Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở ngõ ra không giống nhau, ví
dụ bộ nghòch lưu cung cấp cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều, ta
gọi chúng là bộ nghòch lưu điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp hoặc bộ nghòch lưu dòng
nguồn áp
Các bộ nghòch lưu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của biến tần. ng dụng
quan trọng và tương đối rộng rãi của chúng nhằm vào lónh vực truyền động điện động cơ
xoay chiều với độ chính xác cao. Trong lónh vực tần số cao, bộ nghòch lưu được dùng trong
các thiết bò lò cảm ứng trung tần, thiết bò hàn trung tần. Bộ nghòch lưu còn làm nguồn điện
xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục USP, điều khiển chiếu sáng, bộ
nghòch lưu còn ứng dụng trong lónh vực bù nhuyễn công suất phản kháng.
2. Bộ nghòch lưu áp
Bộ nghòch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra, nguồn điện áp
một chiều có thể là: ắc quy, pin điện, điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng …
Linh kiện trong bộ nghòch lưu áp có khả năng kích đóng, ngắt dòng qua nó. Trong
các ứng dụng nhỏ và vừa có thể sử dụng transistor BJT, MOSFET, IGBT. Ở phạm vi công
suất lớn có thể dùng GTO, IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch.

Với tải tổng quát, mỗi diode còn trang bò một diode mắc đối song với nó. Các diode
mắc đối song này tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển có chiều dẫn ngược lại
với chiều dẫn điện của các công tắc. Nhiệm vụ của bộ chỉnh lưu cầu diode là tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình trao đổi công suất ảo giữa nguồn một chiều và tải xoay chiều, qua
đó hạn chế quá điện áp phát sinh khi kích ngắt các công tắc.
3. Phân loại bộ nghòch lưu áp
Bộ nghòch lưu áp có rất nhiều loại cũng như nhiều phương pháp điều khiển khác
nhau.
- Theo số pha điện áp đầu ra : nghòch lưu áp 1 pha, 3 pha,…
- Theo số cấp giá trò điện áp giữa đầu pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên
mạch có: hai bậc (two-level), đa bậc (Multi_level – từ 3 bậc trở lên)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 2
- Theo cấu hình của bộ nghòch lưu: dạng cascade (cascade inverter), dạng nghòch
lưu chứa diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter),
- Theo phương pháp điều khiển:
+ Phương pháp điều rộng
+ Phương pháp điều biên
+ Phương pháp điều chế độ rộng xung ( SH-PWM
+ Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến ( Modified PWM)
+ Phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM – Carrier Based PWM)
II. Bộ nghòch lưu áp đa bậc
1. Giới thiệu
Bộ nghòch lưu hai bậc chứa hai khoá bán dẫn trên mỗi nhánh pha tải được gọi chung
là nghòch lưu áp hai bậc ( two-level VSI ). Chúng được ứng dụng rộng rãi trong phạm vi
công suất vừa và nhỏ. Khái niệm hai bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu một pha
tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch thay đổi giữa hai bậc giá trò khác nhau. Bộ
nghòch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây động cơ với độ
dốc ( dv/dt ) khá lớn và gây ra một số vấn đề khó khăn bởi tồn tại trạng thái khác zero của
tổng điện thế từ các pha đến tâm nguồn DC ( hiện tượng common-mode voltage ).

Bộ nghòch lưu áp đa bậc được phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu trên của
bộ nghòch lưu áp hai bậc và thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công
suất lớn.
Các Ưu Điểm của bộ nghòch lưu áp đa bậc:
Công suất của bộ nghòch lưu áp tăng lên. Đối với tải công suất lớn, điện áp cung
cấp cho tải có thể đạt giá trò tương đối lớn.
Điện áp đặt lên linh kiện bò giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình
đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo.
Với cùng tần số đóng ngắt, các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm
nhỏ hơn so với trường hợp bộ nghòch lưu áp hai bậc.
2. Cấu hình bộ nghòch lưu áp đa bậc
Theo cấu hình của bộ nghòch lưu áp đa bậc ta có 2 dạng: dạng cascade (cascade
inverter), dạng nghòch lưu chứa diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped Multilevel
Inverter),… Trong luận văn này, ta khảo sát cấu hình nghòch lưu chứa diode kẹp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 3

Hình 1.1 Nghòch lưu chứa diode kẹp NPC
a. bộ nghòch lưu áp 3 bậc b. bộ nghòch lưu áp 5 bậc
Sử dụng thích hợp khi các nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC. Bộ nghòch lưu đa
bậc chứa các cặp diode kẹp có một mạch nguồn DC được phân chia thành 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 có thể đạt được ( n+ 1 ) giá trò khác nhau và từ đó bộ nghòch lưu được gọi là
bộ nghòch lưu áp ( n+ 1 ) bậc. Ví dụ chọn mức điện thế 0 ở cuối dãi 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 vò trí bất kỳ trên nhờ cặp diode kẹp tại điểm đó. Để điện áp pha-nguồn DC đạt được
mức điện áp nêu trên ( U
a0
= U ), tất cả các linh kiện bò kẹp giữa hai diode– gồm n linh

kiện mắc nối tiếp liên tục kề nhau, phải được kích đóng, các linh kiện còn lại phải được
khoá theo nguyên tắc kích đối nghòch. Như hình vẽ trên, tạo ra 3 mức điện áp pha – nguồn
DC nên mạch lưu trên gọi là bộ nghòch lưu 3 bậc.
Bộ nghòch lưu áp đa bậc dùng diode kẹp cải tiến dạng sóng điện áp tải và giảm
shock điện áp trên linh kiện n lần.Với bộ nghòch lưu ba bậc, dv/dt trên linh kiện và tần số
đóng cắt giảm đi một nửa.Tuy nhiên với n > 3, mức độ chòu gai áp trên các diode sẽ khác
nhau. Ngoài ra, cân bằng điện áp giữa các nguồn DC ( áp trên tụ ) trở nên khó khăn, đặc
biệt khi số bậc lớn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 4
3. Phân tích bộ nghòch lưu áp
3.1 Phân tích điện áp bộ nghòch lưu áp ba pha


Hinh 1.2 Bộ nghòch lưu áp 3 bậc
Giả thiết tải ba pha đối xứng thoả mãn hệ thức
u
ta
+u
tb
+u
tc
= 0 (1.1)
Ta tưởng tượng nguồn áp U được chia thành hai nửa bằng nhau với điểm nút phân thế
O( một cách tổng quát, điểm phân thế có thể chọn ở vò trí bất kỳ trên mạch nguồn DC)
Gọi N là điểm nút của tải ba pha dạng sao. Điện áp pha tải u
ta
,u
tb
,u

tc.
ta có :
u
ta
= u
a0
- u
NO

u
tb
= u
b0
- u
NO
(1.2)
u
tc
= u
c0
- u
NO
Điện áp u
a0
,u
b0
, u
c0
được gọi là điện áp pha tâm nguồn các pha a,b,c.
Từ (1) và (2)

=> 0 = u
a0
+ u
b0
+u
c0
-3u
NO

=> u
NO
= (u
a0
+ u
b0
+u
c0
)/3 (1.3)
Thay u
NO
vào biểu thức tính điện áp mỗi pha tải, ta có:
u
ta
= (2u
a0
– u
b0
–u
c0
)/3

u
tb
= (-u
a0
+ 2u
b0
–u
c0
)/3 (1.4)
u
tc
= (-u
a0
– u
b0
+2u
c0
)/3
điện áp dây trên tải:
u
tab
=u
a0
– u
b0
;
u
tbc
= u
b0

-u
c0
; (1.5)
u
tca
=u
c0
-u
a0
Từ đó ta thấy quá trình điện áp và quá trình dòng điện ngõ ra của bộ nghòch lưu áp
ba pha sẽ được xác đònh khi ta xác đònh được các điện áp trung gian

u
a0 ,
u
b0
,u
c0

Qui tắc kích đóng đối nghòch: cặp công tắc chung nút tải được kích đóng theo qui tắt
đối nghòch nếu như hai công tắc trong cặp luôn trong trạng thái một được kích đóng và một
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 5
được kích ngắt. Trạng thái cả hai cùng kích đóng (trạng thái ngắn mạch điện áp nguồn )
hoặc cùng kích ngắt không được phép
3.2 Phân tích điện áp bộ nghòch lưu áp đa bậc

Xét bộ nghòch lưu áp n bậc dạng chứa cặp diode kẹp ( NPC ). Gọi U là độ lớn điện
áp trên mỗi tụ riêng lẻ. Phụ thuộc độ lớn điện áp pha-nguồn DC cần thiết lập, các linh kiện
bò kẹp giữa cặp diode nối đến một điện thế trên mạch DC cần thiết lập sẽ ở trạng thái kích.

Điện áp pha-tâm nguồn DC tính từ điểm đấu dây của pha tải đến một điện thế trên mạch
DC.
Trạng thái đóng ngắt của các khoá bán dẫn trên một nhánh tải của các pha a, b, c
phải thoả mãn điều kiện kích đối nghòch :

1SS
'
ajaj
=+ ;

1
'
=+
bjbj
SS ;

1SS
'
cjcj
=+
(1.6)
Với j = 1, 2, 3, …( n- 1 ).
Khi kích đóng ngắt các linh kiện theo đúng nguyên tắc trên ta có được giản đồ xung
kích cho các khoá. Tính toán tương tự bộ nghòch lưu áp ba pha hai bậc ta có các điện áp
pha tải : ( nếu tải Y )

3
uuu2
u
coboao

ta
−
−
=
;

3
uuu2
u
coaobo
tb
−
−
=
; (1.7)

3
uuu2
u
aoboco
tc
−
−
=

Và :
3
uuu
u
coboao

NO
+
+
=

3.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p đa Bậc

a. Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p ba Bậc

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 6

Hình 1.3 - Bộ nghòch lưu 3 bậc
Xét bộ nghòch lưu áp ba bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.3. Gọi U là độ lớn
điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ phụ thuộc độ lớn điện áp pha. Các linh kiện kẹp giữa cặp diode
nối đến một điện thế trên mạch DC cần thiết lập sẽ ở trạng thái kích. Điện áp pha-tâm
nguồn DC đạt các giá trò cho trong bảng sau:
Với x = a, b, c

Bảng 1.1
V
out
= V
xo
S
x2
S
x1
S
x2

’
S
x1
’
U 1 1 0 0
0 0 1 1 0
-U 0 0 1 1
Ta thấy có 3 mức điện áp ứng với 3 trạng thái đóng ngắt linh kiện cho mỗi pha.Vậy,
có 3
3
= 27 trạng thái đóng ngắt cho 3 pha.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 7
b. Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghòch Lưu p Năm Bậc

Hình 1.4 Bộ nghòch lưu áp 5 bậc
Xét bộ nghòch lưu áp năm bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.4. Gọi U là độ lớn
điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ. Chọn điểm tâm nguồn DC tại vò trí giữa ( như hình 1.4 ).
Ta có bảng trạng thái đóng ngắt như sau:
Bảng 1.2
V
out
= V
xo
S
x4
S
x3
S

x2
S
x1
S
x4
’
S
x3
’
S
x2
’
S
x1
’
2U 1 1 1 1 0 0 0 0
U 0 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0 0
-U 0 0 0 1 1 1 1 0
-2U 0 0 0 0 1 1 1 1
Với x = a, b, c
Ta thấy có năm mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái đóng ngắt. Vậy có tổng
cộng 5 trạng thái đóng ngắt các linh kiện cho một pha, nên có 5
3
= 125 trạng thái đóng ngắt
cho 3 pha.

c. Trạng thái đóng ngắt bộ nghòch lưu áp bảy bậc
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 8


Hình 1.5 Bộ nghòch lưu áp 7 bậc
Xét bộ nghòch lưu áp bảy bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.5. Gọi U là độ lớn
điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ.Chọn điểm tâm nguồn DC tại vò trí giữa .
Ta có bảng trạng thái đóng ngắt như sau: Với x = a, b, c
Bảng 1.3
V
out
=V
xo
S
x6
S
x5
S
x4
S
x3
S
x2
S
x1
S
x6
’
S
x5
’
S
x4

’
S
x3
’
S
x2
’
S
x1
’
3U 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
2U 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
U 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0
-U 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0
-2U 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
-3U 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1
Ta thấy có 7 mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái đóng ngắt.Vậy có tổng cộng
7 trạng thái đóng ngắt các linh kiện cho một pha, nên có 7
^3
= 343 trạng thái đóng ngắt cho
3 pha.
d. Trạng thái đóng ngắt bộ nghòch lưu áp 11 bậc
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 9

Hình 1.6 Bộ nghòch lưu áp 11 bậc
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 10
Xét bộ nghòch lưu áp 11 bậc dạng chứa cặp diode kẹp như hình 1.6. Gọi U là độ lớn

điện áp trên mỗi tụ riêng lẻ.Chọn điểm tâm nguồn DC tại vò trí giữa ( như hình 5 ).
Ta có bảng trạng thái đóng ngắt bên dưới.Với x = a, b, c
Bảng 1.4
S
x10
’

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
S
x9
’

0
0
0
0
0
0
0
0

0
1
1
S
x8
’

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
S
x7
’

0
0
0
0
0
0
0
1

1
1
1
S
x6
’

0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
S
x5
’

0
0
0
0
0
1
1
1

1
1
1
S
x4
’

0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
S
x3
’

0
0
0
1
1
1
1
1

1
1
1
S
x2
’

0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
S'
x1
’

0
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
S
x1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
S
x2

1
1
1
1
1
1
1
1
1
0

0
S
x3

1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
S
x4

1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
S

x5

1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
S
x6

1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
S
x7


1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
S
x8

1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
S
x9

1
1

0
0
0
0
0
0
0
0
0
S
x10

1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
V
xo

5U
4U
3U
2U

U
0
-U
-2U
-3U
-4U
-5U
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 11
Ta thấy có 11 mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái đóng ngắt.Vậy, có tổng
cộng 11 trạng thái đóng ngắt các linh kiện cho một pha, nên có 11
3
= 1331 trạng thái đóng
ngắt cho 3 pha.
4. Vecto không gian bộ nghòch lưu áp đa bậc
4.1. Khái niệm vector không gian
Ta giả sử cho đại lượng 3 pha
cba
v,v,v
cân bằng, thoả hệ thức:

0=++
cba
vvv
(1.8)
Thực hiện phép biến hình từ các đại lượng ba pha
cba
v,v,v sang đại lượng
vector
v

r
theo hệ thức :

) (
2
cba
vavavkv ++=
r
(1.9)
Trong đó :
2
3
2
1
3/2
jea
j
+−==
π
(1.10)
Phép biến hình thực hiện như trên được gọi là phép biến hình vector không gian và
đại lượng
v
r
được gọi là vector không gian của đại lượng ba pha.
Hằng số k có thể chọn với các giá trò khác nhau.Với k = 2/3 ta có phép biến hình
không bảo toàn công suất.Với k =
3/2 phép biến hình bảo toàn công suất.
Để minh hoạ cụ thể cho khái niệm này ta xét các đại lượng ba pha dạng cosin như
sau:


)
3
4
cos(.
)
3
2
cos(.
)cos(.
π
θ
π
θ
θ
−−=
−−=
−=
omc
omb
oma
xVv
xVv
xVv
(1.11)
Vector không gian theo đònh nghóa sẽ là :

⎥
⎦
⎤

⎢
⎣
⎡
−−+−−+−= )
3
4
cos( )
3
2
cos( )cos(.
3
2
2
π
θ
π
θθ
omomom
xVaxVaxVv
r


[]
)(
.)sin(.)cos(
o
xj
moom
eVxjxVv
θ

θθ
−
=−+−=
r
(1.12)
Như vậy, trong toạ độ vuông góc
β
α
−
, vector không gian v
r
có biên độ V
m
bắt đầu
từ vò trí
o
j
m
eV
θ
. sẽ quay quanh trục toạ độ với tần số góc
ω
.
4.2 Vector Không Gian Của Bộ Nghòch Lưu p Đa Bậc
Quá trình đóng ngắt các linh kiện tạo ra điện áp ba pha tải.Theo lý thuyết về không
gian vector thì điện áp ba pha đó có thể biểu diễn dưới dạng vector không gian và nó sẽ
thay đổi nhảy cấp trên hình lục giác đa bậc.Vò trí của mỗi vector điện áp trong không gian
sẽ phụ thuộc vào các trạng thái đóng ngắt kinh kiện.
Sau nay ta tiến hành khảo sát cụ thể cho các bộ nghòch lưu áp 3 bậc, 5 bậc, 7 bậc và
11 bậc để xác đònh giản đồ vector không gian điện áp.

a. Vector không gian của bộ nghòch lưu áp ba bậc
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 12
Khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện của bộ nghòch lưu áp 3 bậc tạo nên 27 trạng
thái khác nhau.Ta xét mỗi trạng thái được minh hoạ bởi tổ hợp ( k
a
k
b
k
c
) , với:

2,1,0
2,1,0
2,1,0
=
=
=
c
b
a
k
k
k
(1.13)
Và k
a
, k
b
, k

c
là hệ số trạng thái tương ứng của các pha a, b, c. Các hệ số này phụ
thuộc vào cách quy ước trước, giả sử quy ước như sau: (sự quy ước này dựa vào bảng trạng
thái đóng ngắt )

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
==
==
==
=
12
11
1:0
21
'
21
'
2
'
1
aa
aa
aa
a
SS
SS

SSkhi
k



⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
==
==
==
=
12
11
1:0
21
'
21
'
2
'
1
bb
bb
bb
b
SS
SS

SSkhi
k
;
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
==
==
==
=
12
11
1:0
21
'
21
'
2
'
1
cc
cc
cc
c
SS
SS
SSkhi
k

(1.14)
Trong quá trình kích, quy luật đóng ngắt đối nghòch phải tuân thủ:

1
1
'
11
'
22
=+
=+
xx
xx
SS
SS
(1.15)
Với x = a, b, c.
Ví dụ như : Trạng thái (000) là
1
'
2
'
1
==
aa
SS ; 1
'
2
'
1

==
bb
SS ; 1
'
2
'
1
==
cc
SS
Trạng thái (200) là
1
21
=
=
aa
SS ; 1
'
2
'
1
==
bb
SS ; 1
'
2
'
1
==
cc

SS
Theo đònh nghóa vector không gian, tương ứng 27 trạng thái kích dẫn linh kiện ta thu
được 19 vò trí vector không gian của vector điện áp tạo thành, bao gồm 12 vector nằm trên
đỉnh và trung điểm của hình lục giác lớn bao ngoài, sáu vector điện áp nằm trên 6 đỉnh của
hình lục giác bên trong và vector không tại tâm của hình lục giác ( hình 6 ).Đối với các
vector nằm tại đỉnh các hình lục giác bên trong, tồn tại hai trạng thái kích dẫn khác nhau
của linh kiện nhưng lại có cùng chung vò trí vector không gian.Ngoài ra, tồn tại ba trạng
thái kích dẫn khác nhau cho cùng vò trí vector không.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 13

Hình 1.7 - Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu áp 3 bậc
b. Vector không gian của bộ nghòch lưu áp 5 bậc
Tương tự đối với bộ nghòch lưu áp 3 bậc, khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện của
bộ nghòch lưu áp 5 bậc tạo nên 5^3 = 125 trạng thái khác nhau. Mỗi trạng thái được minh
loạ bởi tổ hợp k
x
với x=a,b,c
k
x
= 0,1,2,3,4

⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨

⎧
====−
====−
====
====
====
=
1''''2
1'''1
1''0
1'1
12
4321
3214
2143
1432
4321
xxxx
xxxx
xxxx
xxxx
xxxx
x
ssss
ssss
ssss
ssss
ssss
k
(1.16)



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 14
22-1
11-2
2-1-1
1-2-2
210
10-1
0-1-2
201
1-10
0-2-1
2-12
1-21
102
0-11
-1-20
-202
20-2
0-22
-12-1
-21-2
012
-101
-2-10
222
111
000

-1-1-1
-2-2-2
-122
-211
021
-110
-20-1
120
01-1
-10-2
02-2
-1-12
-2-21
-220
2-20
12-2
22-2
-12-2
-22-2
-22-1
-11-2
02-1
21-2
12-1
01-2
21-1
10-2
220
11-1
00-2

020
-11-1
-20-2
-120
-21-1
-121
-210
221
110
00-1
-1-1-2
121
010
-10-1
-2-1-2
20-1
1-1-2
2-1-2
2-2-2
200
1-1-1
0-2-2
211
100
0-1-1
-1-2-2
2-2-1
2-10
1-2-1
122

011
100
-2-1-1
212
101
0-10
-1-2-1
112
001
-1-10
-2-2-1
2-11
1-20
202
1-11
0-20
2-21
1-12
0-21
2-22
1-22
0-12
-1-21
002
-1-11
-2-20
-1-22
-221
022
-111

-200
-222
-212
-112
-201
-102
-2-11
-2-12
-2-22

Hình 1.8 - Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu áp 5 bậc
c. Vector không gian của bộ nghòch lưu áp 7 bậc
Khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện của bộ nghòch lưu áp 7 bậc tạo nên 7^3 =
343 trạng thái khác nhau. Mỗi trạng thái được minh loạ bởi tổ hợp k
x
với x=a,b,c

x
k =-3,-2,-1,0,1,2,3

⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨

⎧
======−
======−
======−
======
======
======
======
=
1''''''3
1'''''2
1''''1
1'''0
1''1
1'2
13
654321
543216
432165
321654
216543
165432
654321
xxxxxx
xxxxxx
xxxxxx
xxxxxx
xxxxxx
xxxxxx
xxxxxx

x
ssssss
ssssss
ssssss
ssssss
ssssss
ssssss
ssssss
k
(1.17)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 15

Hình 1.9 - Giản đồ vector điện áp bộ nghòch lưu áp 7 bậc
d. Vector không gian của bộ nghòch lưu áp 11 bậc
Khả năng điều khiển kích dẫn linh kiện của bộ nghòch lưu áp 11 bậc tạo nên 11^3 =
1331 trạng thái khác nhau. Mỗi trạng thái được minh loạ bởi tổ hợp k
x
với x=a,b,c

x
k
=-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5

⎪
⎪
⎪
⎪
⎪

⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
==========−
==========−
==========−
==========−
==========−
==========
==========
==========
===
=======
==========
==========
=
1''''''''''5
1'''''''''4
1''''''''3
1'''''''2
1''''''1

1'''''0
1''''1
1'''2
1''3
1
'4
15
10987654321
98765432110
87654321109
76543211098
65432110987
54321109876
43211098765
32110987654
21109876543
11098765432
10
987654321
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
xx
xxxxxxxx

xxxxxxxxxx
x
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
ssssssssss
s
sssssssss
k
(1.18)
Hình 1.10 mô tả giản đồ vectơ điện áp bộ nghòch lưu áp 11 bậc.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 16
5.Vấn đề điện áp common mode (c.m)
Điện áp common mode (CM) được đònh nghóa là điện áp giữa trung tính cuộn dây
stator và trung tính nguồn. Được mô tả bằng biểu thức
u
NO
= (u
a0
+ u
b0
+u

c0
)/3 (1.19)

Hình 1.11
Các vấn đề do điện áp common mode gây ra:
• Bộ nghòch lưu tạo ra điện áp common mode với tần số và biên độ cao. Khi điện
áp vượt quá điện áp phá huỷ của chất bôi trơn trong bạc đạn, xuất hiện dòng điện
qua ổ đỡ trục.Với sự xuất hiện dòng điện qua ổ đỡ làm cho ổ đỡ bò mòn nhanh hơn.
Mối quan hệ giữa độ bào mòn ổ đỡ với điện áp C.M thể hiện qua thể tích của lượng
kim loại bò bào mòn ổ đỡ tỷ lệ với năng lượng do điện áp C.M đặt trên ổ đỡ. Điện
áp này xuất hiện chủ yếu do các biến thiên dV/dt trên bộ biến tần sử dụng các khoá
điện tử.
• Ngoài việc bào mòn các ổ đỡ trong động cơ, dòng rò C.M (I
cm
) còn có khả năng
gây đóng cắt sai trên các relay bảo vệ dòng tác động nhanh.

Hình 12: Dòng common-Mode trong bộ biến tần – động cơ.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 17
Việc phá hỏng ổ đỡ gây ra bởi điện áp C.M cảm ứng bởi bộ biến tần chỉ được nhận
biết trong một vài năm trở lại đây. Hiện tượng này ngày càng được nhiều người quan tâm
trong suốt thập niên vừa qua theo đà phát triển của việc ứng dụng kỹ thuật biến tần. Việc
tăng đáng kể số lượng các sự cố về ổ đỡ trong các biến tần khi có thêm một số đặc tính mới
ứng dụng trong các bộ biến tần gần đây đã thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm của các
nhà nghiên cứu về biến tần. Mặt khác nhiều sự chú ý quan tâm đến việc giảm tần số của
bộ biến tần dẫn đến giảm dòng qua ổ đỡ bằng cách sử dụng các phản kháng đường dây, kỹ
thuật cách ly C.M và các mạch lọc thông thấp dùng để suy giảm thành phần tần số cao của
phổ dòng. Ngoài ra, kỹ thuật triệt bỏ C.M còn thừa hưởng từ nhiều vấn đề đã nhận biết từ
trước của các dòng cảm ứng từ tuần hoàn qua ổ đỡ ví dụ như các chổi nối đất cho trục động

cơ và cách điện cho các ổ đỡ hiện vẫn còn là các phương pháp thông dụng nhất trong kỹ
thuật này. Động cơ cảm ứng được cách ly về tónh điện để triệt bỏ điện áp C.M nguồn phát
sinh ra dòng phá hư ổ đỡ. Cũng có phương án sử dụng cấu trúc cuộn dây đối xứng bên
ngoài nhằm giảm điện áp trên mạch C.M giữa động cơ và bộ biến tần. Cuối cùng là các kỹ
thuật triệt tiêu tích cực sử dụng sự thay đổi trên các phần mềm điều khiển được đề nghò bổ
sung các mạch điện tử công suất để triệt giảm điện áp C.M của ngõ ra VSI.
Qua nhiều nghiên cứu về C.M, nhìn chung người ta đều đồng ý rằng mối quan hệ
giữa điện áp C.M với rotor là điện dung giữa chúng với nhau. Nguyên nhân cơ bản của
điện áp C.M chính là sự đột biến về điện áp (dV/dt) làm phát sinh dòng điện nạp xả trên
các điện dung bên trong động cơ.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 18

Chương 2
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG ĐIỀU KHIỂN
BỘ NGHỊCH LƯU ÁP
Các bộ nghòch lưu áp thường điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ rông xung
PWM (pulse ưidth modulation) và qui tắt kích đóng đối nghòch. Qui tắc kích đóng đối
nghòch đảm bảo dạng áp tải tuân theo giản đồ kích đóng công tắc và kỹ thuật điều chế độ
rộng xung có tác dụng hạn chế tối đa các ảnh hưởng bất lợi của sóng hài bậc cao xuất hiện
ở phía tải
1. Giới thiệu Phương Pháp Điều Chế Độ Rộng Xung sin
Phương pháp còn có tên Subharmonic PWM (SH-PWM), Multilevel carrier based
PWM. Để thực hiện tạo giản đồ kích đóng các linh kiện trong cùng một pha tải, ta sử dụng
một số sóng mang (dạng tam giác) và một tín hiệu điều khiển (dạng sin). Đối với bộ nghòch
lưu áp n bậc, số sống mang được sử dụng là (n-1).Chúng có cùng tần số f
c
và cùng biên độ
đỉnh – đỉnh A

c
. Sóng điều chế (hay sóng điều khiển) có biên độ đỉnh bằng A
m
và tần số f
m
,
dạng sóng của nó thay đổi chung quanh trục tâm của hệ thống ( n-1) sóng mang. Nếu sóng
điều khiển lớn hơn sóng mang nào đó thì linh kiện tương ứng sóng mang đó sẽ được kích
đóng, trong trường hợp sóng điều khiển nhỏ hơn sóng mang tương ứng của nó, linh kiện
trên sẽ bò khoá kích.
Đối với bộ nghòch lưu áp đa bậc, chỉ số biên độ m
a
và chỉ số tần số m
f
được đònh
nghóa như sau:

(2.1)

(2.2)

Nếu m
a
≤ 1 (biên độ sóng sin nhỏ hơn biên độ sóng mang) thì quan hệ giữa biên độ
thành phần cơ bản áp ra và áp điều khiển là tuyến tính
Khi giá trò ma >1, biên độ tín hiệu điều chế lớn hơn biên độ sóng mang thì biên độ
áp hài cơ ản điện áp ra tăng không tuyến tính theo biến ma. Lúc này, bắt đầu xuất hiện
lượng sóng hài bậc cao tăng dần cho đến khi đạt được mức giới hạn cho bởi phương pháp 6
bước. Trường hợp này còn gọi là quá điều chế ( overmodulation).
2.Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM

Các sóng mang dạng tam giác có tần số cao. Có thể chia thành ba loại như sau:
2.1 Bố trí cùng pha (PD: In Phase Disposition) : Tất cả các sóng mang đều cùng pha
nhau.
m
c
f
c
m
a
f
f
m
An
A
m
=
−
=
).1(
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 19

Hình 2.1-Dạng sóng PD
2.2 Hai sóng mang kế cận liên tiếp nhau sẽ bò dòch 180 độ –gọi là APOD
( Alternative Phase Opposition Disposition )

Hình 2.2 -Dạng sóng APOD
2.3 Bố trí đối xứng qua trục zero (POD – Phase opposition Disposition).
Tất cả các sóng mang nằm trên trục 0 sẽ cùng pha nhau và tất cả các sóng
mang nằm dưới trục 0 sẽ dòch đi 180 độ.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 20

Hình 2.3 -Dạng sóng POD
Trong các phương pháp bố trí sóng mang, phương pháp bố trí các sóng mang đa bậc
cùng pha cho độ méo dạng áp dây nhỏ nhất.Riêng đối với bộ nghòch lưu áp 3 bậc, phương
pháp POD và APOD cho cùng kết quả.
3. Mô phỏng bộ nghòch lưu áp đa bậc bằng phương pháp SPWM

3.1 Mô phỏng bộ nghòch lưu áp 3 bậc
a. Phân tích:
Xét xung kích cho các linh kiện
S
1
, S
2
, S
1
’
, S
2
’
được thiết lập trên cơ sở so sánh
sóng điều khiển u
rx
với sóng mang u
p1
( đối với xung kích cho cặp S
a1
và S

a3
) và u
p2
( đối
với xung kích cho cặp S
a2
và S
a4
), với x=a,b,c. Cụ thể là :

)1;0(
)0;1(
)1;0(
)0;1(
'
222
'
222
'
111
'
111
==⇒<
==⇒>
==⇒<
==⇒>
SSuu
SSuu
SSuu
SSuu

pra
pra
pra
pra
(2.3)
Từ giản đồ thiết lập trên, điện áp pha – tâm nguồn DC được xác đònh :

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
==−
==
==
=
)1(
)1(0
)1(
2
'
1
'
1
'
2
21
SSU
SS
SSU

u
xo
(2.4)
b. Mô phỏng:
Mạch mô phỏng như hình 2.4
Trong đó sóng điều khiển có tần số 50Hz, tỉ số điều chế m=0,8. Sóng mang tam
giác PD 1000Hz. các nguồn DC cân bằng có tổng điện áp 500V.Tải RL: R=1
Ω , L=0.02H.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 21

Hình 2.4 Mạch mô phỏng bộ nghòch lưu áp 3 bậc

Hình 2.5 Điện áp điều khiển và sóng mang tam giác PD
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 22

Hình 2.6 Điện áp pha-Tâm nguồn DC 3 pha

Hình 2.7 Phân tích Furiê điện áp pha-tâm nguồn DC pha A

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 23

Hình 2.8 Điện áp phatải 3 pha


Hình 2.9 Phân tích Furiê điện áp phatải pha A



Hình 2.10: Dòng tải pha 3 pha

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 24













Hình 2.11: Phân tích Furiê dòng tải pha A


Hình 2.12 Điện áp Common Mode

Hình 2.13 Độ méo dạng điện áp pha A (thd = 0.46)
3.2 Mô phỏng bộ nghòch lưu áp 5 bậc
a. Phân tích:
Xét xung kích cho các linh kiện S1, S2, S3, S4, S1’, S2’, S3’, S4’ được thiết lập trên
cơ sở so sánh sóng điều khiển u
rx
với sóng mang up1 ( đối với xung kích cho cặp S1 và S1’

), up2 ( đối với xung kích cho cặp S2 và S2’ ), up3 ( đối với xung kích cho cập S3 và S3’ ),
up4 ( đối với xung kích cho cập S4 và S4’ ), với x=a,b,c .Cụ thể là :
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN VĂN NHỜ
SVTH: LÊ ANH VŨ Trang 25

)1;0(
)0;1(
)1;0(
)0;1(
'
222
'
222
'
111
'
111
==⇒<
==⇒>
==⇒<
==⇒>
SSuu
SSuu
SSuu
SSuu
pra
pra
pra
pra



)1;0(
)0;1(
)1;0(
)0;1(
'
444
'
444
'
333
'
333
==⇒<
==⇒>
==⇒<
==⇒>
SSuu
SSuu
SSuu
SSuu
pra
pra
pra
pra
(2.5)
Từ giản đồ thiết lập trên, điện áp pha – tâm nguồn DC được xác đònh :

⎪
⎪

⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
−
−
=
U
U
U
U
u
xo
2
0
2
(2.6)
b. Mô phỏng:

Hình 2.14 Mạch mô phỏng bộ nghòch lưu áp 5 bậc
Trong đó sóng điều khiển có tần số 50Hz, tỉ số điều chế m=0,8. Sóng mang tam
giác PD 1000Hz. các nguồn DC cân bằng có tổng điện áp 500V.Tải RL: R=5
Ω , L=0.01H.