M CL C
1.1. Tổng quan lĩnh v c nghiên c u ................................................................................ 1
1.2 M c đích c a đ tài .................................................................................................... 3
1.3 Nhi m v và gi i h n c a đ tài ................................................................................. 3
1.4 Ph

ng pháp nghiên c u............................................................................................ 3

1.5 Đi m m i c a đ tài. .................................................................................................. 4
1.6 Giá tr th c ti n c a đ tài. ......................................................................................... 4
Ch

ng 2: C S LÝ THUY T ........................................................................................ 6

2.1 Tổng quan v ngh ch l u đa b c. ............................................................................... 6
2.1.1 Khái niệm. ............................................................................................................ 6
2.1.2 Phân loại. ............................................................................................................. 6
2.2 Các c u trúc b ngh ch l u đa b c. ............................................................................ 7
2.2.1 Cấu trúc bộ nghịch l u NPC (Neutral Point Clamped). ..................................... 7
2.2.3 Cấu trúc bộ nghịch l u kẹp tụ (Flying capacitor inverter). ................................ 8
2.2.4 Cấu trúc bộ nghịch l u dạng cascade. ............................................................... 9
2.2.5. Nhận xét ............................................................................................................ 10
2.3 K thu t đi u ch đ r ng xung (PWM) cho b ngh ch l u 3 pha 5 b c Cascade. . 10
2.3.1 Ph ơng pháp điều chế độ rộng xung sin SPWM. .............................................. 10
2.3.2 Ph ơng pháp điều chế độ rộng xung cải biến (MSPWM: Modified SPWM). ... 12
2.3.3 Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật PWM. .............................................. 13
2.4 S l ợc đ ng c không đồng b ba pha. .................................................................. 15
2.4.1 Cấu tạo. .............................................................................................................. 15
2.4.2

u điểm và nh ợc điểm. ................................................................................... 15

2.4.3 Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha. .................................... 16
2.4.4 Các yêu cầu đối với việc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha............... 20
Ch ng 3:K THU T ĐI U KHI N SÓNG MANG VÀ K T QU MÔ PH NG
C A B NGH CH L U BA M CH CASCADE 5 B C.............................................. 23
3.1 S đồ nguyên lý b ngh ch l u ba pha cầu H gồm ba m ch Cascade 5 b c. ........... 23
vi


3.1.1. Cấu trúc bộ nghịch l u áp . .............................................................................. 23
3.2 K thu t đi u khi n b ngh ch l u ba pha Cascade 5 b c. ..................................... 23
3.2.1 Xét nguyên lý 1 pha của bộ nghịch l u Cascade 5 bậc. .................................... 23
3.2.2. Các trạng thái đóng ngắt của các khóa. ........................................................... 25
3.2.3 Kỹ thuật PWM dùng sóng mang ........................................................................ 25
3.3 Các thuật toán mô phỏng trong bộ nghịch l u. .................................................... 28
3.3.2 Thuật toán điều chế sóng mang theo ph ơng pháp APOD (Alternative Phase
Opposition Disposition). ............................................................................................. 36
3.3.3 Thuật toán điều chế sóng mang theo ph ơng pháp IPD (In Phase
Disposition). ................................................................................................................ 38
3.3.4 Thuật toán điều chế sóng mang theo ph ơng pháp POD. ................................ 40
3.3.5 Kết quả mô phỏng điều khiển ngõ ra của bộ nghịch l u từ 20 đến 50Hz điều
khiển động cơ không đồng bộ 3 pha. .......................................................................... 42
Ch ng 4: XỂY D NG MÔ HÌNH TH C NGHI M VÀ K T QU TH C
NGHI M ........................................................................................................................... 47
4.1 S đồ tổng th mô hình th c nghi m ....................................................................... 47
4.2 Mô t chi ti t mô hình th c nghi m. ........................................................................ 47
4.3 Tổng th mô hình th c nghi m đƣ thi công: ............................................................ 62
4.4 . Mô t hình th c nghi m bằng k thu t l p trình nhúng. ........................................ 63
4.1.1 Sơ đồ tín hiệu hệ thống lập trình nhúng. ........................................................... 63
4.5 Mô hình l p trình nhúng trên Matlab/Simulink. ...................................................... 64

4.6 K t qu th c nghi m k thu t đi u ch sóng mang. ................................................ 64
4.6.1 Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang PWM. .............................................. 64
4.6.2 Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang theo ph ơng pháp APOD . ............. 69
4.6.3 Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang theo ph ơng pháp POD. ................ 70
4.6.4 Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang theo ph ơng pháp IPD. .................. 72
4.6.5 Kết quả thực nghiệm điều chế sóng mang theo ph ơng pháp dịch pha. ........... 74
4.6.6. Sử dụng mạch lọc thông thấp RL ở ngõ ra bộ nghịch l u. ............................... 76
4.6 K t qu th c nghi m đi u khi n ngõ ra c a b ngh ch l u từ 20 đ n 60Hz. ........... 78
Ch

ng 5: K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N Đ TÀI. ....................................... 81
vii


5.1 K t lu n .................................................................................................................... 81
5.2 H

ng phát tri n c a đ tài ...................................................................................... 81

TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 82

viii


DANH SÁCH CH

VI T T T


m: Ch số đi u ch .
Vd: Đi n áp DC c a b ch nh.
S: Các khóa đóng ngắt.
Vac: Đi n áp dây nguồn l

i ba pha.

C: T l c nguồn DC.
R: Đi n tr t i.
L: Đi n áp t i.
fs: Tần số sóng mang.
f0: Tần số c b n sóng đi u khi n.
: Phần d c a áp đi u khi n sau khi đƣ trừ phần nguyên.
Vref: Đi n áp t i tham chi u
IA: Dòng đi n t i pha A.

ix


DANH M C HÌNH
Hình 2.1: B ngh ch l u áp d ng NPC ............................................................................... 7
Hình 2.2: B ngh ch l u áp d ng kẹp t . ............................................................................ 8
Hình 2.3: B nghich l u áp đa b c d ng Cascade .............................................................. 9
Hình 2.4: D ng sóng mang, sóng đi u khi n vƠ xung kích đi u ch liên t c. .................. 11
Hình 2.5 D ng sóng mang, sóng đi u khi n vƠ xung kích đi u ch gián đo n. ............... 12
Hình 2.6: Đ ng đặc tuy n gi a ch số m và t số biên đ sóng sin/biên đ sóng
mang. ................................................................................................................................. 12
Hình 2.7 D ng sóng đi u khi n và sóng mang MSPWM ................................................. 13
Hình 2.8: D ng xung kích trong MSPWM ....................................................................... 13
Hình 2.9: Hình d ng sóng mang APOD ........................................................................... 14

Hình 2.10: Hình d ng sóng mang IPD .............................................................................. 14
Hình 2.11: D ng sóng mang POD .................................................................................... 14
Hình 2.9: C u t o bên trong m t đ ng c KĐB roto lồng sóc ......................................... 15
Hình 2.10: S đồ thay th m t pha đ ng c không đồng b ............................................ 16
Hình 2.11: Đ ng đặc tính c c a đ ng c không đồng b ba pha................................. 18
Hình 2.12: H đặc tính c c a đ ng c KĐB khi thay đổi tần số nguồn ......................... 20
Hình 2.13: Đặc tính c c a đ ng c KĐB khi thay đổi tần số nguồn k t hợp v i thay
đổi đi n áp ......................................................................................................................... 20
Hình 3.1: S đồ nguyên lý. ............................................................................................... 23
Hình 3.2: S đồ phân tích m t nhánh Cascade 5 b c........................................................ 24
Hình 3.3: B ng tr ng thái đóng ngắt các khóa .................................................................. 25
Hình 3.4: L u đồ phát xung PWM dùng nhi u sóng mang ............................................. 26
Hình 3.5: S đồ nguyên lý t o xung PWM bằng nhi u sóng mang .................................. 27
Hình 3.6: K t qu mô ph ng so sánh 1 sóng sin v i 4 sóng mang ................................... 28
Hình 3.7: S đồ khối mô ph ng trong Matlab .................................................................. 29
Hình 3.8. Mô hình mô ph ng vòng h b ngh ch l u 3 pha ............................................. 29
Hình 3.9. Khối t o áp đi u khi n ...................................................................................... 30
Hình 3.10. Áp c i bi n ...................................................................................................... 30
Hình 3.11. Khối t o sóng tam giác .................................................................................... 31
Hình 3.12: D ng sóng. ...................................................................................................... 31
Hình 3.13. S đồ khối t o xung kích ................................................................................ 32
Hình 3.14: T o xung kích.................................................................................................. 33
Hình 3.15: D ng sóng đi u khi n cho các cặp linh ki n. .................................................. 33
Hình 3.16: D ng sóng áp ngh ch l u. ............................................................................... 34
Hình 3.17: D ng sóng đi n áp t i ngh ch l u.................................................................... 34
Hình 3.18: D ng sóng dòng t i ngh ch l u. ..................................................................... 34


Hình 3.19: Tần số ngõ ra c a b ngh ch l u ..................................................................... 35
Hình 3.20: Phân tích FFT c a áp ngh ch l u theo ph ng pháp PWM............................ 35

Hình 3.21: D ng sóng đi u ch theo ph ng pháp APOD ............................................... 36
Hình 3.22: Xung kích các khóa pha A. ............................................................................. 36
Hình 3.23: D ng sóng áp ngõ ra c a b ngh ch l u .......................................................... 37
Hình 3.24: Phân tích FFT c a áp ngh ch l u theo ph ng pháp APOD. ......................... 37
Hình 3.25: D ng sóng đi u ch theo ph ng pháp IPD ................................................... 38
Hình 3.26: Xung kích pha A ............................................................................................. 38
Hình 3.27: D ng sóng áp ngõ ra c a b ngh ch l u .......................................................... 39
Hình 3.28: Phân tích FFT c a áp ngh ch l u theo ph ng pháp IPD ............................... 39
Hình 3.29: D ng sóng đi u ch sóng mang theo ph ng pháp POD ............................... 40
Hình3.30: Xung kích pha A .............................................................................................. 40
Hình 3.31: D ng sóng ngõ ra c a áp ngh ch l u sau khi l c. ........................................... 41
Hình 3.32: Phân tích FFT c a áp ngh ch l u theo ph ng pháp POD. ............................ 41
Hình 3.33: D ng sóng áp ngh ch l u tần số 20Hz. ......................................................... 43
Hình 3.34: D ng sóng áp ngh ch l u tần số 30Hz. ......................................................... 43
Hình 3.35: D ng sóng áp ngh ch l u tần số 50Hz. ........................................................... 44
Hình 3.36: Đáp ng tốc đ đ ng c v i tần số 20Hz........................................................ 44
Hình 3.37 : Đáp ng tốc đ đ ng c v i tần số 30Hz....................................................... 45
Hình 3.38: Đáp ng tốc đ đ ng c v i tần số 60Hz........................................................ 45
Hình 4.1: S đồ tổng th mô hình th c nghi m ................................................................ 47
Hình 4.2: S đồ khối phần c ng. ...................................................................................... 47
Hình 4.3: Cầu ch nh l u KBPC3510................................................................................. 48
Hình 4.4: T HCGFA 10000F-350VDC ........................................................................ 48
Hình 4.5: Hình d ng vƠ s đồ chân c a IGBT FGA25N120 ............................................ 49
Hình 4.6: S đồ đ u dây t i đèn ........................................................................................ 50
Hình 4.7: Kit vi xử lý DSP TMS320F28335 .................................................................... 50
Hình 4.8: S đồ bố trí 176 chân PGF/PTP LQFP c a F28335 ......................................... 53
Hình 4.9: S đồ khối ch c năng c a DSP F28335 ........................................................... 54
Hình 4.10: S đồ nguyên lý m ch đ m. ............................................................................ 55
Hình 4.11: M ch đ m th c nghi m.................................................................................. 55
Hình 4.12: S đồ nguyên lý ho t đ ng IGBT Driver ........................................................ 56

Hình 4.13: S đồ nguyên lý m ch driver .......................................................................... 56
Hình 4.14 S đồ m ch driver th c nghi m. ...................................................................... 57
Hình 4.15 S đồ nguyên lý m ch nguồn. .......................................................................... 57
Hình 4.16 S đồ m ch nguồn th c nghi m. ...................................................................... 57
Hình 4.17: S đồ tổng quan nguyên lý ho t đ ng m ch c m bi n áp. ............................. 58
Hình 4.18: S đồ nguyên lý m ch c m bi n áp ................................................................ 59
Hình 4.19: M ch th c t c a c m bi n áp ......................................................................... 59


Hình 4.20: M ch c m bi n dòng sử d ng ACS712 ......................................................... 60
Hình 4.21: Nguyên lý ho t đ ng m ch c m bi n ACS712 ............................................... 60
Hình 4.22: S đồ nguyên lý ho t đ ng m ch c m bi n ACS712 ..................................... 61
Hình 4.23: M ch th c t c m bi n dòng sử d ng came bi n ACS712 ............................. 61
Hình 4.24: Mặt trên mô hình th c nghi m. ....................................................................... 62
Hình 4.25: S đồ tín hi u c a h thống th c nghi m v i k thu t l p trình nhúng .......... 63
Hình 4.26: Mô hình th c nghi m v i k thu t nhúng từ Matlab/Simulink. ..................... 64


Ch ơng I

GVHD: TS. Nguyễn Thị L ỡng
Ch

ngăI:ăT

NG QUAN

1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu
Nh ng th p niên 70-80 c a th k XX, k thu t đi n tử ch đ ợc ng d ng
trong nh ng m ch đi u khi n, đo l


ng, khống ch , b o v …h thống đi n công

nghi p g i lƠ đi n tử công nghi p.
Đ n th p niên 90 c a th k XX, k thu t đi n tử đƣ ng d ng khá r ng rãi và
thành công trong vi c thay th các khí c đi n từ dùng đ đóng ngắt cung c p nguồn
cho nh ng ph t i m t pha, ba pha, làm các b nguồn công su t l n trong công
nghi p…V i u đi m lƠ kích th

c nh g n, d đi u khi n và thu n ti n, đáp ng

tần số đ ợc m r ng, kh năng v công su t, đi n áp, dòng đi n vƠ đ tin c y ngày
cƠng đ ợc c i ti n dần.
Ngày nay, v i tốc đ phát tri n công nghi p r t nhanh, đi kèm theo đó lƠ các
yêu cầu cao trong khâu truy n đ ng đ ng c , đó lƠ khơu không th thi u đ ợc trong
các dây chuy n công nghi p. Vi c đi u khi n chính xác đ t o nên các chuy n đ ng
ph c t p là nhi m v c a h thống truy n đ ng.Từ vi c phát tri n công ngh bán
d n đƣ ch t o các b đi u khi n đi n tử công su t đ đáp ng yêu cầu truy n đồng
ngày càng ph c t p trên. M t trong nh ng thi t b góp phần quan tr ng trong lĩnh
v c đi u khi n truy n đ ng đi n đó lƠ b bi n đổi tần số hay còn g i là bi n tần.
Bi n tần tĩnh đi n đ ợc sử d ng trong m t số ng d ng nh : B bi n đổi tần
số cho đ ng c , b l u đi n (UPS), nguồn c p đi n chung vƠ cũng cho b c p năng
l ợng trên mặt đ t (GPU) cho máy bay. M t b đi n mặt đ t cung c p cho máy bay
v i nguồn năng l ợng bên ngoài trong th i gian dừng t i sân bay. Hi n nay chúng
đ ợc ng d ng trên khắp th gi i ch y u lƠ do qui đ nh sơn bay đòi h i ph i có s
chuy n đổi sang đi n đ gi m ti ng ồn và ô nhi m không khí từ các đ ng c ph n
l c.
Vi c nghiên c u đi u khi n ngh ch l u đƣ có từ h n 30 năm qua.Trong nh ng
năm gần đơy, vi c nghiên c u các ph


ng pháp đi u khi n ngh ch l u đƣ vƠ đang

đ ợc th c hi n ngày m t nhi u h n. Đối t ợng chính trong các nghiên c u này,
th i kỳ đầu, th

ng là nghiên c u ngh ch l u theo ph

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

ng pháp đi u ch đ r ng

Trang 1


Ch ơng I

GVHD: TS. Nguyễn Thị L ỡng

sóng mang (Carriers Pulse Width Modulation ậ CPWM). Ch đ n nh ng năm cuối
1980 các nghiên c u m i đƣ thu đ ợc nhi u thành qu nh t là nghiên c u theo
ph

ng pháp vector không gian (Space Vector Pulse Width modulation ậ

SVPWM).
Gi a nh ng năm 90 c a th k tr

c, m t h


ng nghiên c u m i đƣ hình

thành là nghiên c u v quan h gi a CPWM và SVPWM.Tuy nhiên, vi c xác đ nh
t

ng quan đầy đ gi a hai hình th c đi u ch này gặp nhi u khó khăn.Năm 1999,

F.Wang (GE-USA) xác đ nh đ ợc m t số t

ng quan (ch a hoƠn ch nh) cho ngh ch

l u 3 b c.Năm 2001 và 2002, các gi i thích c a X.He (China) cho ngh ch l u 3 b c
d a vƠo ph

ng pháp c a Blasko cũng ch đúng cho m t số tr

ng hợp. Nhi u cố

gắng cho phát tri n và thống nh t k thu t SVPWM vƠ CPWM đ ợc D.G.Holmes
và T.A.Lipo và các chuyên gia c ng tác c a h

Singapore, Nh t, HƠn vƠ Đ c gi i

quy t trong m t th i gian dài và h tìm th y m t số t

ng quan c c b và công bố

thành chu i các bài báo trên các t p chí danh ti ng c a IEE và IEEE.
Tuy nhiên, các cố gắng ch ng minh mối quan h đầy đ c a các nhóm nghiên

c u trên đ u không thành công k c các công trình m i nh t 2004. Nhóm c a
Silva-Brasil (PESC-2004) trong Ủ đ nh đi theo lỦ lu n t
đ t k t qu c c b mà nhóm D.G.Holmes tìm th y tr

ng t c a Blasko đƣ ch

c đó. Năm 2005, t p chí IEE

Proceedings Electric Power Applications đƣ đăng t i nghiên c u c a Nguyen Van
Nho và Myung-Joong Youn, trong bài vi t này các tác gi đƣ nêu ra m t lý thuy t
m i cho phép gi i tích hóa t
đƣ giúp thống nh t hai tr

ng quan SVPWM vƠ CPWM.K t qu nghiên c u trên
ng phái nghiên c u SVPWM và CPWM, hoàn thi n k

thu t đa đi u ch cho phép đi u khi n toàn di n b nh ch l u đa b c.
Đƣ các tác gi [3]; [4]; [5] đ a ra ph

ng pháp đi u khi n và th c hi n mô

ph ng trên phần m m Matlab c a b ngh ch l u 3 pha 5 b c d ng Cascade. Tuy
nhiên trong lu n văn nƠy chúng ta t p chung vào hai v n đ chính đó lƠ: Áp d ng
thu t toán Sine Pulse Width Modulation (SPWM) đ đi u khi n và mô ph ng trên
phần m m Matlab và xây d ng mô hình th c nghi m đ so sánh gi a k t qu mô
ph ng và k t qu th c t .

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n


Trang 2


Ch ơng I

GVHD: TS. Nguyễn Thị L ỡng

1.2 Mục đích của đề tài
M c đích c a đ tài là xây d ng mô hình ngh ch l u ba pha 5 b c d ng
cascade và so sánh k t qu lý thuy t v i k t qu mô hình th c t . V i k thu t đi u
ch đ ợc đ a ra tôi mong muốn nó đ m b o xác v i tính toán th c t vƠ đ méo
d ng c a các sóng đi u ch (THD) th p h n, thi t th c h n các ph

ng pháp tr

c

đơy.
1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
 Tính ch n phần c ng cho m ch ngu n 3 pha cầu H, g m 3m ch CASCADE 5
b c.
- D li u đầu vào và yêu cầu ngõ ra.
- S đồ h thống, nguyên lý ho t đ ng, đ nh nghĩa vƠ gi i thích ch c năng các
khối.
- Ch n m ch công su t: Máy bi n áp, m ch ch nh l u, m ch ngh ch l u, ch n
linh ki n bán d n, m ch b o v IGBT, t l c.
- Tính ch n nguồn cho Card đi u khi n, m ch lái IGBT.
- Ch n m ch c m bi n đi n áp, c m bi n dòng đi n, m ch nguồn cho b c m
bi n.

Thành l p mô hình và mô ph ng trên Matlab
Th c hi n mô ph ng trong các ch đ ho t đ ng khác nhau đ đánh giá ch t
l ợng c a đi n áp ngõ ra.
L p trình nhúng DSP F28335 bằng Matlab/Simulink
Xây d ng mô hình th c nghi m và l p trình vi xử lý tín hi u số DSP F28335
bằng ph

ng pháp nhúng từ Matlab/Simulink.

Đánhăgiá, báo cáo các k t qu mô ph ng và k t qu th c nghi m
1.4 Ph ơng pháp nghiên cứu.
- Nghiên c u các k thu t đi u ch PWM, l p gi i thu t cho các ph
mô ph ng đánh giá từng ph

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

ng pháp, ch n ph

ng pháp,

ng pháp đi u ch tối u nh t.

Trang 3


Ch ơng I
-


GVHD: TS. Nguyễn Thị L ỡng

ng d ng k thu t đi u ch xây d ng mô hình mô ph ng và thu t toán đi u

khi n sử d ng phần m m Matlab cho b ngh ch l u ba pha cầu H gồm ba nhánh
Cascade năm b c.
- Th c nghi m l p trình nhúng vi xử lý DSP F28335, thi t k mô hình vƠ đo đ t
k t qu , so sánh v i k t qu mô ph ng.
1.5 Điểm mới của đề tài.
- Đ tƠi đƣ xây d ng mô hình th c nghi m đ ki m ch ng l i k t qu mô ph ng
từ đó ch n ra k thu t đi u ch tốt nh t cho t i.
- Th c hi n k thu t l p trình nhúng từ Matlab sau khi đƣ mô ph ng gi i thu t
đúng theo yêu cầu, giúp ng

i l p trình d ti p c n và l p trình nhanh h n.

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài.
- Đ tài có th

ng d ng đ t o ra b bi n tần lai 7 b c Cascade có kh năng đi u

ch nh đi u áp tốt h n vƠ ng d ng vào trong th c t đi u khi n đ ng c không đồng
b ba pha.
- Nghiên c u làm tài li u gi ng d y cho sinh viên chuyên ngƠnh đi n, đặc bi t
trong lĩnh v c đi n tử công su t.
-

ng d ng ph

ng pháp l p trình nhúng từ Matlab/Simulink đ l p trình vi xử


lý t o s thu n lợi cho vi c nghiên c u các gi i thu t đối v i ng

i l p trình không

chuyên.

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 4


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng
Ch

ngă2:ăC ăS ăLụăTHUY T

2.1 Tổng quan v ngh ch l u đa b c.
2.1.1 Khái ni m.
B ngh ch l u đa b c có nhi m v chuy n đổi năngl ợng từ nguồn đi n m t
chi u không đổi sang nguồn xoay chi u đ cung c p cho t i xoay chi u. B ngh ch
l u áp lƠ m t b ngh ch l u có nguồn m t chi u cung c p là nguồn áp vƠ đối t ợng
đi u khi n ngõ ra lƠ đi n áp.
B ngh ch l u áp cung c p vƠ đi u khi n áp xoay chi u

ngõ ra, nguồn đi n


áp m t chi u có th lƠ: pin đi n, ắc quy, đi n áp m t chi u đ ợc ch nh l u từ đi n
áp xoay chi u đ ợc l c phẳng…Các t i xoay chi u th

ng mang tính c m kháng

nh đ ng c xoay chi u, lò c m ng…), dòng đi n qua các linh ki n không th
đóng ngắt bằng quá trình chuy n m ch t nhiên. Do đó, linh ki n trong b ngh ch
l u áp ph i có kh năng kích đóng, ngắt dòng qua nó. Trong các ng d ng v i công
su t l n có th dùng GTO, IGBT hoặc SCR k t hợp v i b chuy n m ch.M i linh
ki n còn mắc thêm diode đối song đ h n ch đi n áp phát sinh khi kích ngắt linh
ki n.
2.1.2 Phân lo i.
B ngh ch l u áp có nhi u lo i cũng nh nhi u ph

ng pháp đi u khi n khác nhau:

+ Theo số pha: ngh ch l u m t pha, ngh ch l u ba pha.
+ Theo số c p đi n áp gi a m t đầu pha t i đ n m t đi m có đi n th chuẩn
trên m ch có: hai b c (two level), đa b c (multi level - ba b c tr lên)
B ngh ch l u áp hai b c có nh ợc đi m là t o đi n áp cung c p cho cu n dây
đ ng c v i đ dốc (dv/dt) khá l n gây ra m t số v n đ khó khăn b i tồn t i tr ng
thái khác zero c a tổng đi n th từ `các pha đ n tâm nguồn DC (commonmode
voltage) l n. B ngh ch l u đa b c phát tri n đ gi i quy t h n ch c a ngh ch l u
hai b c vƠ nó th

ng đ ợc sử d ng cho các ng d ng đi n áp cao và công su t l n.

u đi m c a b ngh ch l u áp đa b c là công su t c a b ngh ch l u tăng lên,
đi n áp đặt trên các linh ki n gi m xuống nên công su t tổn hao do quá trình đóng


HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 6


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

ngắt c a linh ki n cũng gi m theo; tần số đóng ngắt l n, các thành phần hài b c cao
c a đi n áp ra gi m nh h n so v i b ngh ch l u hai b c.
+ Theo c u hình b ngh ch l u: d ng cascade (cascade converter), d ng ngh ch
l u ch a diode kẹp NPC (neutral point clamped multi converter), d ng ngh ch l u
kẹp t (Flying capacitor converter),các lo i ngh ch l u lai,..

2.2ăCácăcấuătrúcăb ăngh chăl uăđaăb c.
2.2.1 Cấu trúc b ngh chăl uăNPCă(NeutralăPointăClamped).
Sử d ng trong tr ng hợp khi các nguồn DC t o nên từ h thống đi n AC. B
ngh ch l u đa b c NPC có m t m ch nguồn DC đ ợc phân chia thành m t số c p
đi n áp nh h n nh chu i các t đi n mắc nối ti p. Gi sử m ch nguồn DC gồm n
nguồn có đ l n bằng nhau mắc nối ti p, đi n áp nguồn DC có th đ t đ ợc n+1 giá
tr khác nhau và số b c đi n áp ngh ch l u lƠ n+1 b c.

Vd/2

+
-


Vd/2

+
-

Vd

Hình 2.1: B ngh ch l u áp d ng NPC
B ngh ch l u áp đa b c dùng diode kẹp c i ti n d ng sóng đi n áp t i và gi m
s tăng v t đi n áp trên linh ki n n lần. V i b ngh ch l u đa b c, dv/dt trên linh
ki n và tần số đóng ngắt gi m đi m t n a. Tuy nhiên v i n > 3, m c đ ch u gai áp
trên các diode khác nhau, ngoài ra cân bằng đi n áp gi a các nguồn DC (áp trên t )
tr nên khó khăn, đặc bi t khi số b c l n.

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 7


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2.2.3 Cấu trúc b ngh chăl uăkẹp t (Flying capacitor inverter).

A
B


Vd

C

Hình 2.2: B ngh ch l u áp d ng kẹp t .
u đi m chính c a b ngh ch l u nƠy lƠ:
+ Khi tần số tăng cao thì không dùng b l c.
+ Có th đi u ti t công su t tác d ng và công su t ph n kháng từ đó có th
đi u ti t đ ợc phân bố công su t trong l

i dùng bi n tần.

Nh ợc chính c a b ngh ch l u nƠy lƠ:
+ Số l ợng t công su t l n tham gia trong m ch nhi u d n đ n giá thƠnh tăng
vƠ đ tin c y gi m.
+ Vi c đi u khi n khó khăn khi số b c ngh ch l u tăng cao.

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 8


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2.2.4 Cấu trúc b ngh chăl uăd ng cascade.

A

+
-

Vd/2

+
-

Vd/2

B

+
-

+
-

C

Vd/2

+
-

Vd/2

Vd/2


+
-

Vd/2

Hình 2.3: B nghich l u áp đa b c d ng Cascade
Sử d ng các nguồn DC riêng, thích hợp cho tr
sẵn, ví d d

ng hợp sử d ng nguồn DC có

i d ng acquy, pin. B ngh ch l u Cascade gồm nhi u b ngh ch l u

áp cầu H m t pha ghép nối ti p v i nhau. Bằng cách kích đóng các linh ki n trong
m i b ngh ch l u áp m t pha, ba m c đi n áp (-Vd/2, 0, Vd/2) đ ợc t o thành. S
k t hợp ho t đ ng c a n b ngh ch l u áp trên m t nhánh s t o nên n m c đi n áp
âm (-Vd/2, -2*Vd/2, ...-n*Vd/2); n m c đi n áp d

ng (Vd/2, 2*Vd/2,…n*Vd/2) vƠ

m c áp 0. Nh v y, b ngh ch l u áp d ng cascade gồm n b ngh ch l u áp m t pha
trên m i nhánh s t o thành b nghich l u (2n+1) b c.
Tần số đóng ngắt trong m t linh ki n có th gi m đi n lần, vƠ dv/dt cũng v y.
Đi n áp đặt lên các linh ki n gi m đi 0,57 lần, cho phép sử d ng IGBT đi n áp th p.
Ngoài ra còn có d ng ghép từ ngõ ra c a b ngh ch l u áp bap ha, c u trúc này cho
phép gi m dv/dt và tần số đóng ngắt còn 1/3. M ch ngh ch l u đ t đ ợc s cân
bằng đi n áp các nguồn DC, không tồn t i dòng cân bằng gi a các module. Tuy
nhiên cần sử d ng bi n áp


HVTH: Lý Tr nh Tr

ngõ ra.

ng S n

Trang 9


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2.2.5. Nh n xét
Trong các d ng s đồ vừa nêu trên tuy m i s đồ đ u có nh ng u vƠ nh ợc
đi m riêng nh ng thông d ng nh t v n là d ng cascade và d ng NPC vì s đồ dùng
t khó th c hi n b i vì m i nhóm t trong m ch đ ợc n p v i m c đi n áp khác
nhau khi m ch làm vi c v i số b c l n. Trong chuyên đ này ch phân tích b
ngh ch l u áp d ng s đồ c u trúc d ng CASCADE 5 b c.

2.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) cho bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc
Cascade.
2.3.1ăPh ngăphápăđi u ch đ r ng xung sin SPWM.
SPWM: Sin Pulse Width Modulation. Đ t o ra gi n đồ xung kích đóng ngắt
các linh ki n trong m t pha t i, ng

i ta so sánh m t sóng mang tam giác và m t tín

hi u đi u khi n d ng sin. Đối v i b ngh ch l u n b c, số sóng mang đ ợc sử d ng
là n-1, chúng có cùng tần số vƠ biên đ đ nh đ nh.G i Am và fm lần l ợt lƠ biên đ

đ nh ậ đ nh và tần số c a sóng đi u khi n; Ac và fc lần l ợt lƠ biên đ đ nh ậ đ nh và
tần số sóng đi u khi n (sóng đi u ch ).Sóng đi u khi n thay đổi quanh tâm c a h
thống sóng n-1 mang.N u sóng đi u khi n l n h n sóng mang nƠo đó thì linh ki n
t

ng ng đó đ ợc đi u khi n kích đóng t

ng ng ng ợc l i n u sóng đi u khi n

nh h n sóng mang nƠo đó thì linh ki n b kích khóa.
G i ma ch số biên đ (amplitude modulation ratio):
ma =

Am
Ac

(2.1)

N u ma ≤ 1 thì biên đ sóng sin nh h n sóng mang, quan h gi a thành
phần c b n c a áp ra vƠ áp đi u khi n là tuy n tính.
G i mf là t số đi u ch tần số (frequency modulation ratio):
mf =

fc
fm

(2.2)

Vi c tăng giá tr mf s d n đ n vi c tăng giá tr tần số sóng hài xu t hi n. Đi m
b t lợi c a vi c tăng tần số sóng mang là v n đ tổn hao do dóng ngắt l n.


HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 10


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

Đối v i b ngh ch l u 1 pha, biên đ áp pha hƠi c b n:
Ut(1)m = ma × Uv i Vd là tổng đi n áp nguồn DC

(2.3)

Đối v i b ngh ch l u 3 pha, biên đ áp pha hƠi c b n:
U t(1)m = ma ×

Vd
2

(2.4)

Hình 2.4: D ng sóng mang,ăsóngăđi u khi năvƠăxungăkíchăđi u ch liên t c.
Khí giá tr ma>1, biên đ tính hi u đi u ch l n h n biên đ sóng mang thì
biên đ hƠi c b n tăng không tuy n tính theo ma. Lúc này, bắt đầu xu t hi n sóng
hài b c cao tăng dần cho đ n khi đ t
Ph


m c gi i h n cho b i ph

ng pháp 6 b

c.

ng pháp SPWM đ t đ ợc ch số l n nh t trong vùng tuy n tính khi biên

đ sóng đi u ch bằng biên đ sóng mang. Khi đó:
mSPWM_max =

U(1) m

(2.5)

U(1) m-six_step

V i: U(1)m lƠ biên đ hƠi c b n.
U(1)m-six_step lƠ biên đ c c đ i hài b c cao theo ph

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

ng pháp 6 b

c.

Trang 11



Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

Vd
π
m SPWM_max = 2 = = 0.785
2
Vd 4
π

Hình 2.5 D ng sóng mang, sóng đi u khi n vƠ xung kích đi u ch gián đo n.

m
1
0,785

0
1
Hình 2.6: Đ
mang.

Am/Ac

ng đặc tuy n gi a ch số m và t sốbiên đ sóng sin/biên đ sóng

2.3.2ăPh ngăphápăđi u ch đ r ng xung c i bi n (MSPWM: Modified
SPWM).

Nh ợc đi m c a ph ng pháp SPWM lƠ kh năng đi u khi n tuy n tính ch
th c hi n v i ch số đi u ch m nằm trong ph m vi 0 ≤ m ≤ 0.785 (t
ma ≤ 1). Đ m r ng ph m vi đi u khi n tuy n tính, ph

ng ng v i

ng pháp đi u ch đ r ng

xung sin c i bi n đƣ đ ợc áp d ng, trong đó m i sóng đi u ch đ ợc c ng thêm tín
hi u th t không (sóng b i ba). Ph

ng pháp nƠy cho phép th c hi n đi u khi n

tuy n tính đi n áp t i v i ch số đi u ch nằm trong ph m vi 0 ≤ m ≤ 0.907, biên đ
sóng hài b c m t đi n áp t i đ t đ ợc c c đ i bằng Vd

3 ch số đi u ch c c đ i

tính bằng:

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 12


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

m MSPWM_max =

Vd 3
π
=
=0.907
2  Vd π 2 3

(2.6)

Nguyên lý th c hi n: gi n đồ kích đóng linh ki n cũng d a vào k t qu so
sánh các tín hi u đi u khi n và sóng mang (d ng tam giác) tần số cao. Sóng đi u
ch đ ợc t o thành bằng cách c ng thành phần tín hi u sin v i thành phần hài b i
ba (thành phần th t không).V i ph

ng pháp nƠy ch số đi u ch trong vùng đi u

ch tuy n tính có th đ t l n h n 0,907.

Hình 2.7 D ng sóng đi u khi n và sóng mang MSPWM

Hình 2.8: D ng xung kích trong MSPWM
2.3.3 Các d ng sóng mang dùng trong k thu t PWM.
 Hai sóng mang k c n liên ti p nhau s b d ch 180 đ - APOD (Alternative
Phase Opposition Disposition).

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n


Trang 13


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2
Uc1
Uc2
Uc3
Uc4

1.5

1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5

-2

2


4

6

8

10

12

14

16

18

Time (s)

-4

x 10

Hình 2.9: Hình d ng sóng mang APOD
 Bố trí cùng pha ậ IPD (In Phase Disposition): T t c các sóng mang đi u
cùng pha.
2
Uc1
Uc2
Uc3

Uc4

1.5

1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5

-2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1


1.2

1.4

1.6

1.8

2

Time(s)

-3

x 10

Hình 2.10: Hình d ng sóng mang IPD
 Bố trí đối x ng qua tr c zero ậ POD (Phase Opposition Disposition): các
sóng mang nằm trên tr c zero s cùng pha nhau, ng ợc l i các sóng mangcùng
nằm d

i tr c zero s b d ch đi 180 đ .

2
Uc1
Uc2
Uc3
Uc4

1.5


1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5

-2

2

4

6

8

10

Time(s)

12

14

-4

x 10

Hình 2.11: D ng sóng mang POD

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 14


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2.4 Sơ l ợc động cơ không đồng bộ ba pha.
2.4.1 C u t o.
Đ ng c không đồng b (KĐB) gồm hai lo i: Đ ng c roto dơy qu n và
đ ng c roto lồng sóc.
Đ ng c không đồng b đ ợc sử d ng đ đi u khi n trong đ tƠi lƠ đ ng c
roto lồng sóc công su t 750W, tần số đ nh m c 50Hz/60Hz.

Hình 2.9: C u t o bên trong m t đ ng c KĐB roto lồng sóc
2.4.2 u đi m và nh ợc đi m.
2.4.2.1ă uăđi m.
 C u t o đ n gi n, đặc bi t lƠ đ ng c roto lồng sóc.
 Làm vi c tin c y, chắc chắn, giá thành h , tr ng l ợng, kích th


c nh h n

so v i đ ng c m t chi u cùng công su t đ nh m c.
 Chi phí v n hành, b o trì, sửa ch a th p,.....
2.4.2.2.ăNh

căđi m.

 Vi c đi u ch nh tốc đ và khống ch các quá trình quá đ khó khăn h n so
v i máy đi n m t chi u b i vì các thông số c a máy đi n xoay chi u là các
thông số bi n đổi theo th i gian.
 Đ ng c không đồng b roto lồng sóc có các ch tiêu kh i đ ng x u (dòng
kh i đ ng l n, mômen kh i đ ng nh ).

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 15


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

2.4.3 Đặc tính c c a đ ng c đi n không đồng b ba pha.
2.4.3.1ăăPh

ngătrìnhăđặcătínhăc .


Theo lý thuy t máy đi n, khi coi đ ng c vƠ l

i đi n lƠ lỦ t

ng, nghĩa lƠ ba

pha c a đ ng c đối x ng, các thông số dây qu n nh đi n tr vƠ đi n kháng không
đổi, tổng tr m ch từ hóa không đổi, b qua tổn th t ma sát và tổn th t trong lõi
thép vƠ đi n áp l

i hoƠn toƠn đối x ng, thì s đồ thay th m t pha c a đ ng c nh

hình 2.18.

Hình 2.10: S đồ thay th m t pha đ ng c không đồng b
Trong đó:
 U1: Tr số hi u d ng c a đi n áp pha stato (V)
 I� , I1, I’2: Dòng đi n từ hóa, dòng đi n stato vƠ dòng đi n roto đƣ quy đổi v
stato (A)
 X�, X1, X’2: Đi n kháng m ch từ hóa, đi n kháng stato vƠ đi n kháng roto
đƣ quy đổi v stato (Ω)
 R�, R1, R’2: Đi n tr tác d ng m ch từ hóa, m ch stato và m ch roto đƣ quy
đổi v stato (Ω)
N u g i tốc đ từ tr

ng quay lƠ ωo (rad/s) hay no (vòng/phút) thì tốc đ

quay c a roto lƠ ω ( hay n ) luôn nh h n (ω < ωo ; n < no). Sai l ch t

ng tối


gi a hai tốc đ g i lƠ đ tr ợt s:

s

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

0   n0  n

0
n0

(2.12)

Trang 16


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

Từ đó ta có :ω = ωo (1 ậ s)
Hay :n = no (1 ậ s)
V i : 

2n
60


Ta có : n 0 

60f1
p

o 

Suy ra:

2n o 2f1

60
p

(2.13)

f1: Tần số đi n áp đặt lên cu n dây stato
p: Số đôi c c từ c a đ ng c
Ph

ng trình đặc tính c c a đ ng c không đồng b bi u di n mối quan h

gi a mômen quay và tốc đ c a đ ng c có d ng :

M

3U12 R '2
2



R '2 

so  R1 
X

nm
s 



,[Nm]

(2.14)

Trong đó :
Xnm : Đi n kháng ngắn m ch, Xnm = X1 + X’2
2.4.3.2ăăĐ

ngăđặcătínhăc .

V i nh ng giá tr khác nhau c a s (0 ≤ s ≤ 1), ph
c a M. Đ
đ

ng trình cho nh ng giá tr

ng bi u di n M = f(s) trên tr c t a đ sOM nh hình 2.3, đó lƠ

ng đặc tính c c a đ ng c đi n xoay chi u không đồng b ba pha.


HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 17


Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

Hình 2.11: Đ
Đ

ng đặc tính c c a đ ng c không đồng b ba pha

ng đặc tính c có đi m c c tr g i lƠ đi m t i h n K. T i đi m đó:

dM
0
ds
Gi i ph

ng trình ta có:

s th  
Thay vƠo ph

R '2
2

R12  X nm

(2.15)

ng trình đặc tính c ta có:

M th 

3U12

(2.16)

2
2o (R1  R12  X nm
)

Vì ta đang xem xét trong gi i h n 0 ≤ s ≤ 1 (ch đ đ ng c ) nên giá tr sth và
Mth c a đặc tính c trên hình ng v i d u(+).
Đặc tính c c a đ ng c đi n xoay chi u KĐB lƠ m t đ

ng cong ph c t p

có hai đo n AK và BK phân b i đi m t i h n K. Đo n AK gần thẳng và c ng . Trên
đo n nƠy momen đ ng c tăng khi tốc đ gi m vƠ ng ợc l i. Do v y đ ng c lƠm

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 18



Chương II

GVHD: TS. Nguyễn Thị Lưỡng

vi c trên đo n này s ổn đ nh. Đo n BK cong v i đ dốc d

ng . Trên đo n này

đ ng c lƠm vi c không ổn đ nh .
Trên đ

ng đặc tính c t nhiên, đi m B ng v i tốc đ ω = 0 ( s = 1 ) vƠ

momen m máy:

M mm

3U12 R '2

o (R1  R '2 )2  X 2nm 

(2.17)

Đi m A ng v i momen c n bằng 0 ( Mc = 0 ) và tốc đ đồng b :

o 
2.4.3.3


nhăh

2f1
p

(2.18)

ng c a tần s ngu n f1 đ năđặcătínhăc

Khi thay đổi f1 thì theo(2.6) tốc đ đồng b ωo thay đổi, đồng th i X1, X2
cũng b thay đổi (vì X = 2πfL), kéo theo s thay đổi c a c đ tr ợt t i h n sth và
momen t i h n Mth.
Quan h đ tr ợt t i h n theo tần số sth = f(f1) và momen t i h n theo tần số
Mth = f(f1) là ph c t p nh ng vì ωo và X1 ph thu c t l v i tần số f1 nên có th từ
các bi u th c c a sth và Mth rút ra:

s th ~

1
f1
(2.19)

M th ~

1
2
f1

Khi tần số f1 gi m, đ tr ợt t i h n sth và momen t i h n Mth đ u tăng nh ng
Mth tăng nhanh h n.

Khi gi m tần số f1 xuống d

i tần số đ nh m c f1dm thì tổng tr c a các cu n

dây gi m nên n u gi nguyên đi n áp c p cho đ ng c s d n đ n dòng đi n đ ng

HVTH: Lý Tr nh Tr

ng S n

Trang 19