Mân Trần Lê - RealEDU.

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ LÝ
NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG
3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019
SKC0 0 6 1 1 7

2. NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
Hướng dẫn khoa học:
TS. QUÁCH THANH HẢI
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ LÝ
NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG
3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE

3. i

4. ii

5. iii

6. iv

7. v

8. vi

9. vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Lê Thị Lý. Giới tính: Nữ.
Ngày, tháng, năm sinh: 26/02/1984. Nơi sinh: Nghệ An.
Quê quán: Nghệ An. Dân tộc: Kinh.
Tôn giáo: không.
Địa chỉ thường trú: Phường Phú Cường, Thủ Dầu Một, Bình Dương.
Điện thoại: 0984201404.
E-mail: Bacsihoasung128@gmail.com.
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC:
1. Đại học
Hệ đào tạo đại học: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 3/2010
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện - Điện tử.
2. Thạc sĩ
Hệ đào tạo đại học: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2016 đến
5/2018
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện tử.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
2012 - Nay Thủ Dầu Một, Bình Dương Giáo viên

10. viii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Lê Thị Lý

11. ix
LỜI CẢM ƠN
Công trình nghiên cứu này được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ tận tình của quý
Thầy Cô, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè. Tác giả xin được bày tỏ lời cảm ơn chân
thành tới gia đình, tất cả các tổ chức và cá nhân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác
giả hoàn thành công trình nghiên cứu của mình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Quách Thanh Hải đã tận tình hướng
dẫn tác giả trong thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô, bộ môn cơ sở Kỹ thuật
điện Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, thầy Đỗ Đức Trí đã hỗ trợ phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao
P.D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn gia đình, các bạn bè, đồng nghiệp luôn giúp đỡ tạo mọi
điều kiện thuận lợi và động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.
Học viên
Lê Thị Lý

12. x
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung luận văn nhằm nghiên cứu giải quyết bài toán triệt tiêu điện áp
common mode trên bộ nghịch lưu cascade 5 bậc, dựa trên nguyên tắc chọn tổ hợp
các khóa IBGT có các trạng thái đóng ngắt không sinh ra điện áp common mode.
Đề tài xây dựng một giải thuật đơn giản dựa trên kỹ thuật sóng mang cho phép dễ
dàng kiểm soát và giảm điện áp common-mode. Các kết quả lý thuyết được kiểm
chứng trên phần mềm mô phỏng PSIM và thực nghiệm trên mô hình điều khiển
bằng kit DSP TMS320F28355.

13. xi
ABSTRACT
The thesis study and solve the problems of eliminating common mode voltage
on 5-step cascade inverter by choosing the combination of IBGT keys with
switching states that do not generate voltage common mode. The study builds a
simple algorithm based on carrier technology to allows easy control and reduction
of common-mode voltage. The theoretical results are verified on PSIM simulation
software and experimented on the TMS320F28355 DSP model controlled kit.

14. xii
MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI................................................................................. i
LÝ LỊCH KHOA HỌC...........................................................................................vii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. viii
LỜI CẢM ƠN……………….................................................................................. ix
TÓM TẮT LUẬN VĂN………………....................................................................x
MỤC LỤC................................................................................................................xii
DANH MỤC KÍ HIỆU ẢNH SỬ DỤNG............................................................xiv
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................xv
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................xvii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN......................................................................................1
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu........................................................................1
1.2 Mục đích của đề tài ...............................................................................................2
1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài............................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3
1.5 Điểm mới của đề tài ..............................................................................................3
1.6 Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................................3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................................4
2.1 Lý thuyết về nghịch lưu ........................................................................................4
2.1.1 Khái niệm...........................................................................................................4
2.1.2 Bộ nghịch lưu áp ................................................................................................4
2.2 Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade ...................................................................5
2.2.1 Bộ nghịch lưu cầu 1 pha.....................................................................................5
2.2.2 Nghịch lưu áp 3 pha 5 bậc dạng cascade ...........................................................7
2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung (SPWM). ..................................................10
2.4 Điện áp common mode .......................................................................................12
CHƯƠNG 3 TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO MẠCH
NGHỊCH LƯU 3 PHA 5 BẬC CASCADE..........................................................14

15. xiii
3.1 Phương pháp triệt tiêu điện áp comon mode ......................................................14
3.2 Nguyên lý giải thuật............................................................................................14
3.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: ..................................................................................22
CHƯƠNG 4 MẠCH MÔ PHỎNG – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .........................23
4.1 Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha 5 bậc triệt tiêu điện áp common mode..............23
4.1.1 Sơ đồ khối: .......................................................................................................23
4.1.2 Chức năng các khối:.........................................................................................23
4.2 Kết quả mô phỏng ...............................................................................................27
4.2.1 Số liệu mô phỏng. ............................................................................................27
4.2.2 Kết quả mô phỏng mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
commom mode..........................................................................................................27
4.2.3 Đánh giá giải thuật. ..........................................................................................32
CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.........................33
5.1. Mô hình thực nghiệm........................................................................................33
5.2 Các thành phần chính của sơ đồ khối..................................................................34
5.2.1 Khối tạo sóng điều khiển..................................................................................34
5.2.2 Khối công suất..................................................................................................37
5.3 Kết quả thực nghiệm ...........................................................................................40
5.3.1 Số liệu thực nghiệm .........................................................................................40
5.3.2 Kết quả thực nghiệm mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
commom mode..........................................................................................................40
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................46
6.1 Kết luận. ..............................................................................................................46
6.2 Hướng phát triển..................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................48

16. xiv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
x: là tên pha (x = A, B, C).
SxTj, SxTjN: Các khóa bên trái pha x của bộ nghịch lưu cầu 1 pha.
SXPj, SXPjN: Các khóa bên phải pha x bộ nghịch lưu cầu 1 pha.
UDC: Điện áp nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu.
ma: chỉ số biên độ (amplitude modulation ratio)
fc: Tần số sóng mang.
fm: Tần số sóng điều khiển
Ac: Biên độ đỉnh sóng mang
Am: Biên độ đỉnh sóng điều khiển
UxN: Điện áp pha tải (pha x).
Sxi: Trạng thái của khóa chuyển mạch thứ i nhánh trên pha x
SxiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch thứ i nhánh dưới trên pha x
SxTi: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái nhánh trên bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxTiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên trái nhánh dưới bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxPi: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên phải nhánh trên bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
SxPiN: Trạng thái của khóa chuyển mạch bên phải nhánh dưới bộ nghịch lưu cầu thứ i pha x
Sx: Trạng thái tổ hợp các khóa của pha x
n: Số bậc mạch nghịch lưu.

17. xv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH TRANG
Hình 2. 1:Nghịch lưu cầu 1 pha ..................................................................................5
Hình 2. 2: Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc........................................................7
Hình 2. 3: Sơ đồ mạch nghịch lưu cascade 1 pha 5 bậc..............................................8
Hình 2. 4: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế liên tục..........10
Hình 2. 5: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế gián đoạn. .....11
Hình 2. 6: Điện áp common mode của mạch nghịch lưu 5 bậc ................................13
Hình 3. 1: So sánh vx với 4 sóng mang ....................................................................15
Hình 3. 2: Giản đồ chuyển mạch của SA, SB, SC........................................................18
Hình 3. 3: Giản đồ chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode. .........................19
Hình 3. 4: Lưu đồ giải thuật triệt tiêu điện áp common mode 3 pha 5 bậc. .............22
Hình 4. 1:Sơ đồ khối .................................................................................................23
Hình 4. 2: Khối tạo sóng mang .................................................................................23
Hình 4. 3: Khối tạo sóng điều khiển .........................................................................24
Hình 4. 4: Mạch kích cho pha A,B và pha C sử dụng mạch so sánh........................25
Hình 4. 5: Mạch kích cho pha A, B, C sử dụng F28335...........................................25
Hình 4. 6: Mạch công suất cho pha A,B,C ...............................................................26
Hình 4. 7: Tải RL ......................................................................................................26
Hình 4. 8: Dạng sóng điều khiển trước và sau khi điều chế (m = 0,866) .................27
Hình 4. 9: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).......28
Hình 4. 10: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)...........28
Hình 4. 11: Dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). .....29
Hình 4. 12: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).......29
Hình 4. 13:Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866) .....30
Hình 5. 1: Sơ đồ khối ................................................................................................33
Hình 5. 2: Mô hình thí nghiệm thực tế......................................................................33

18. xvi
Hình 5. 3: Nguồn mạch kích .....................................................................................34
Hình 5. 4: Kit vi xử lý DSP TMS320 F82335 ..........................................................35
Hình 5. 5: Mạch đệm.................................................................................................36
Hình 5. 6: Mạch kích.................................................................................................36
Hình 5. 7:Nguồn mạch công suất..............................................................................37
Hình 5. 8: Mạch công suất cho pha A,B,C ...............................................................39
Hình 5. 9: Tải RL ......................................................................................................39
Hình 5. 10: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).....40
Hình 5. 11: Điện áp pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)...........41
Hình 5. 12: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)...........41
Hình 5. 13: Dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866). .....42
Hình 5. 14: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)......42
Hình 5. 15: Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866) ....43

19. xvii
DANH MỤC BẢNG
BẢNG TRANG
Bảng 2.1: Trạng thái ngõ ra nghịch lưu cầu 1 pha......................................................6
Bảng 2. 2:Tổ hợp các trạng thái đóng ngắt (SP1 ,ST1N) ..............................................7
Bảng 2. 3:Quan hệ điện áp ra với trạng thái chuyển mạch bộ nghịch lưu cầu ...........8
Bảng 2. 4: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa công suất............9
Bảng 3. 1: Trạng thái SA, SB, SC trong một chu kì T .................................................16
Bảng 3. 2: Bảng điều kiện )
ε
,
ε
;
(ε C
B
A và giá trị K1 và K3 khi 2
F 
 .......................20
Bảng 3. 3: Bảng điều kiện )
ε
,
ε
;
(ε C
B
A và giá trị K1 và K3 khi 1
F 
 ........................21
Bảng 4. 1: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa công suất..........26
Bảng 4. 2:Số liệu mô phỏng......................................................................................27
Bảng 4. 3 :Kết quả mô phỏng trước và sau khi triệt tiêu UNO tại m = 0,4 đến 0,7.....31
Bảng 4. 4 : Kết quả mô phỏng trước và sau khi triệt tiêu UNO tại m = 0,8 đến 1.......32
Bảng 5. 1: Thông số kỹ thuật của IGBT FGA25N120ANTD tại 250
C và 1000
C ....38
Bảng 5. 2: Số liệu thực nghiệm.................................................................................40
Bảng 5. 3: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,4 đến 0,7.............................................................................................44
Bảng 5. 4: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,8 đến 1................................................................................................45

20. 1
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Trong những năm gần đây điện tử công suất đang ngày càng phát triển trên thế
giới. Ở Việt Nam, thấy được tầm quan trọng của công nghệ điện tử công suất, năm
2010 chính phủ đã phê duyệt công nhận điện tử công suất là lĩnh vực ưu tiên đầu tư
và phát triển.
Việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển nghịch lưu đã và đang được thực
hiện ngày càng nhiều hơn và với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật và công
nghệ trên thế giới, Việt Nam từng ngày hội nhập và tiếp nhận những thành tựu mới
của khoa học và công nghệ. Đặc biệt trong công nghiệp điện tử, các thiết bị điện tử
công suất được sản xất ngày càng nhiều, được ứng dụng trong công nghiệp và đời
sống hằng ngày phát triển mạnh mẽ, đi kèm theo đó là các yêu cầu trong khâu kỹ
thuật truyền động phải có độ chính xác cao và một trong những cấu trúc được
nghiên cứu đưa vào ứng dụng để điều khiển đó là các bộ nghịch lưu đa bậc có thể
tạo ra dạng sóng điện áp có dạng bậc thang ở đầu ra từ đó điện áp ngõ ra có chất
lượng cao, tổng méo hài thấp (THD), tổn hao chuyển mạch thấp [1] và cũng không
cần bộ lọc ngõ ra lớn [2], [3].
Các điều kiện chính để tạo ra số lượng các cấp điện áp ngõ ra khác nhau là sử
dụng nhiều nguồn DC độc lập hoặc liên kết các nguồn DC ảo như tụ điện hoặc máy
biến áp kết hợp với nhiều thiết bị chuyển mạch [4]. Các cấu hình đa bậc phổ biến như:
điốt kẹp (NPC) [5], kẹp tụ (FC) [6] và ghép tầng cascade (CHB) [7], [8], [9]. Nhưng
phần lớn quá trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ nghịch lưu sinh ra
điện áp Common mode ảnh hưởng đến tải, tác động lên động cơ xoay chiều làm cho
các ổ bi bị bào mòn làm giảm tuổi thọ của động cơ đã được các tác giả Nguyen-Van
Nho, Myung - Bok Kim chứng minh [10]. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để giảm
điện áp common mode trên bộ nghịch lưu mà điển hình là bộ nghịch lưu cascade. Vì

21. 2
vậy tôi đã chọn chuyên đề : “ NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG
MANG 3 PHA 5 BẬC TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE ”.
Các vấn đề về điện áp common-mode đã được nhiều tác giả nghiên cứu trong
đó có các tác giả Haoran Zhang [11], Hee-Jung Kim [12], Poh Chiang Loh [13] và
luận văn của thạc sĩ Phạm Thị Kim Thê [14] Trường Đại học sư phạm kỹ thuật
TPHCM, họ đã đạt được những kết quả nhất định, nhiều biện pháp khác nhau cũng
được đưa ra, các biện pháp về kỹ thuật điều chế độ rộng xung, điều chế vector
không gian được tập trung phát triển. Kỹ thuật điều chế nhằm giảm điện áp
common mode là biện pháp chủ động triệt tiêu hoàn toàn hoặc giới hạn điện áp
common mode trong khoảng thấp nhất.
Đề tài này tập trung giải quyết bài toán triệt tiêu điện áp common-mode cho mạch
3 pha 5 bậc. Dựa trên nguyên tắc sử dụng tổ hợp khóa có các trạng thái đóng ngắt
không sinh ra điện áp common mode.Từ đó ta có được các tổ hợp các khóa có các
trạng thái chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode để điều chế được điện áp điều
khiển theo yêu cầu. Đề tài xây dựng một giải thuật đơn giản dựa trên kỹ thuật sóng
mang cho phép dễ dàng kiểm soát và triệt tiêu điện áp common mode. Chương trình
mô phỏng và các kết quả sẽ được kiểm chứng trên phần mềm Psim, thực nghiệm trên
mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355 và sử dụng tải R - L.
1.2 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu cấu hình nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc, giải thuật để triệt tiêu
điện áp common mode do quá trình đóng ngắt chuyển mạch của các khóa trong bộ
nghịch lưu. Từ đó đưa ra giải thuật triệt tiêu điện áp common mode cho mạch
cascade 3 pha 5 bậc.
1.3Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
Đề tài có các nhiệm vụ như sau:
- Tìm hiểu cấu hình nghịch lưu Cascade 5 bậc, điện áp common mode.
- Đề xuất giải thuật triệt tiêu điện áp Common-mode .
- Mô phỏng bộ nghịch lưu Cascade 5 bậc theo giải thuật đề xuất.
- Thực nghiệm trên mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355.

22. 3
- Đánh giá kết quả đạt được.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu trên cơ sở tham khảo tài liệu, tính toán lý
thuyết, mô phỏng và thực nghiệm.
- Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng PSIM.
- Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng PSIM với lập trình với vi
mạch TMS320F28335 của tập đoàn Texas Instruments ngôn ngữ C/C++ và được
kiểm chứng bằng thực tế.
- Các thực nghiệm được thực hiện trên mô hình vật lý với các thiết bị đo của
hãng Tektronix.
1.5 Điểm mới của đề tài
Các điện áp Common mode được triệt tiêu dựa trên trạng thái đóng ngắt của
các khoá không sinh ra điện áp Common mode.
1.6 Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài có thể ứng dụng trong mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc nhằm hạn
chế được một trong những nguyên nhân làm ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.
Ứng dụng làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên nghành điện, nghành điện tử.

23. 4
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lý thuyết về nghịch lưu
2.1.1 Khái niệm
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không
đổi thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: Nghịch lưu nguồn áp và
nghịch lưu nguồn dòng. Nguồn cung cấp cho hai bộ nghịch lưu này tương ứng với
tên của nó là nguồn áp và nguồn dòng.
Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (động cơ, lò cảm ứng), dòng
điện qua các linh kiện công suất (SCR, IGBT,…) được điều khiển đóng ngắt bằng
mạch điều khiển hay mạch lái.
2.1.2 Bộ nghịch lưu áp
Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Nguồn
điện áp một chiều có thể là acqui, pin mặt trời hoặc từ mạch chỉnh lưu điện xoay
chiều đã được lọc phẳng.
Các linh kiện công suất trong mạch đóng vai trò như các công tắc. Có thể sử
dụng IGBT, MOSFET, BJT cho các mô hình công suất vừa và nhỏ, với các mô hình
công suất lớn có thể sử dụng IGCT, SCR, GTO,…
Với tải tổng quát, mỗi công tắc có một diode mắc song song. Các diode này
tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển, chiều dòng điện ngược chiều với
công tắc, với mục đích trao đổi công suất ảo giữa tải xoay chiều và nguồn một
chiều, hạn chế quá điện áp gây hư hỏng linh kiện khi kích ngắt các công tắc.
Bộ nghịch lưu áp có nhiều loại cũng như nhiều phương pháp điều khiển khác
nhau:
+ Theo số pha: nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha.
+ Theo số cấp điện áp giữa một đầu pha tải đến một điểm có điện thế chuẩn
trên mạch có: hai bậc (two level), đa bậc (multi level - ba bậc trở lên)
Bộ nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây

24. 5
động cơ dv/dt khá lớn gây ra hiện tượng common mode (UNO  0) rất lớn. Bộ
nghịch lưu đa bậc phát triển để giải quyết hạn chế của nghịch lưu hai bậc và nó
thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao và công suất lớn.
Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc là công suất của bộ nghịch lưu tăng lên,
điện áp đặt trên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng
ngắt của linh kiện cũng giảm theo; tần số đóng ngắt lớn, các thành phần hài bậc cao
của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu hai bậc.
+ Theo cấu hình bộ nghịch lưu: Nghịch lưu đa bậc thường sử dụng hai cấu trúc
chính là nghịch lưu kiểu diode kẹp (Neutral Point clamped Multilevel Inverter - NPC)
và nghịch lưu kiểu cascade (cascade multilevel inverter). Ngoài hai cấu trúc trên còn
có cấu trúc lai [15] là kết nối các kiểu cấu trúc cơ bản với các nguồn điện có trị số
khác nhau.
2.2 Bộ nghịch lưu áp 5 bậc dạng cascade
2.2.1 Bộ nghịch lưu cầu 1 pha
Mạch nghịch lưu cascade 5 bậc được xây dựng dựa trên nghịch lưu cầu pha
gồm có 4 linh kiện IBGT chia làm 2 nhánh mắc song song và mắc với một nguồn
DC mỗi nhánh có 2 IBGT nối tiếp với nhau theo sơ đồ:
Hình 2. 1:Nghịch lưu cầu 1 pha
Nguyên lý hoạt động:
Dựa vào trạng thái hoạt động của IGBT. S là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt
động với 2 trạng thái 0 và 1. Trong đó với trạng thái 0 thì IBGT không dẫn (hở
mạch) và trạng thái 1 thì IBGT dẫn.

25. 6
ST1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở trên.
ST1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên trái ở dưới.
SP1 là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở trên.
SP1N là trạng thái đóng ngắt IGBT hoạt động bên phải ở dưới.
Điều kiện để mạch hoạt động:
Trạng thái hoạt động của ST1, ST1N trái ngược nhau khi ST1 = 0, ST1N = 1 và khi
ST1 =1, ST1N =0. Ta có công thức:
ST1 + STN1 = 1 (2.1)
Tương tự ST1, ST1N thì khi SP1 = 0, SP1N = 1 và khi SP1 = 1, SP1N = 0. Ta có:
SP1 + SP1N = 1 (2.2)
Ta có:
VT1 = ST1.U (2.3)
VP1 = SP1.U (2.4)
Xác định điện áp ra
U1 = VT1 – VP1 = (ST1 –SP1).U (2.5)
Số trạng thái ST1, SP1 22
= 4 trạng thái.
Bảng 2.1: Trạng thái ngõ ra nghịch lưu cầu 1 pha.
ST1 Sp1 U1
0 1 -U
1 1 0
0 0 0
1 0 U
Hay nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu cầu 1 pha thể hiện qua tổ hợp các
trạng thái đóng ngắt (ST1, SP1N) của các IGBT mắc chéo nhau được mô tả như bảng sau:

26. 7
Bảng 2. 2:Tổ hợp các trạng thái đóng ngắt (SP1 ,ST1N)
S1 =( ST1+ SP1N) U1 (ST1 , SP1N)
0 - U (0,0)
1 0 (0,1)
1 0 (1,0)
2 +U (1,1)
Đặt S1 = (ST1+ SP1N) là trạng thái đóng cắt các khóa trong mạch nghịch lưu thì
giá trị S tương ứng với 1 giá trị điện áp ngõ ra trên tải. Từ bảng (2.1) suy ra:
U1 = S1.U – U (2.6)
2.2.2 Nghịch lưu áp 3 pha 5 bậc dạng cascade
Hình 2. 2: Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc
Mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc tạo thành từ ghép 3 mạch nghịch lưu
cascade 1 pha 5 bậc (2 bộ nghịch lưu cầu ba pha) tương ứng với 6 bộ nghịch lưu
cầu một pha.

27. 8
Xét một pha x của bộ nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc:
Hình 2. 3: Sơ đồ mạch nghịch lưu cascade 1 pha 5 bậc.
Gọi điện áp nguồn DC tại các bộ nghịch lưu cầu một pha là Uxj với x= A, B,
C. j là chỉ số bộ nghịch lưu cầu của một pha x bất kì và Uxj = UAj = UBj = UCj= U.
Gọi SxTj, SxTjN và SxPj, SxPjN là trạng thái đóng ngắt của khóa công suất nhánh
trái và nhánh phải của bộ nghịch lưu cầu thứ j pha x. Như vậy các trạng thái đóng
ngắt và các linh kiện này được kích đóng nghịch nhau:
SxTj + SxTjN = 1 (2.7)
SxPj + SxPjN = 1 (2.8)
VTj= SxTj.U (2.9)
VPj = SxPj.U (2.10)
Ux0j = VxTj – VxPj = (SxTj – SxPj).U (2.11)
Như vậy với mỗi bộ nghịch lưu cầu thứ j pha x sẽ có bảng quan hệ điện áp ra
Ux0j với trạng thái chuyển mạch như bảng 2.3.
Bảng 2. 3:Quan hệ điện áp ra với trạng thái chuyển mạch bộ nghịch lưu cầu
Ux0j SxMj SxTj SxPj SxTjN SxPNj
- Uxj -1 0 1 1 0
0 0 1 1 0 0
0 0 0 0 1 1
+Uxj 1 1 0 1 1

28. 9
Điện áp ra của pha x là:
.)
S
.
S
(
U.
U
U xPj
2
1
xTj
2
1
x0j
x0 

 
 
 j
j
(2.12)
Ta cũng có thể tính điện áp ra pha x của mạch nghịch lưu 5 bậc cascade dựa
vào trạng thái đóng ngắt của SxT1N , SxP1, SxT2N , SxP2. Ta có bảng trạng thái quan hệ
giữa điện áp ra và SxT1N , SxP1, SxT2N , SxP2 trên từng pha x .
Bảng 2. 4: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa công suất
Ux0 (SxP1, SxT1N , SxP2, SxT2N) Sx
-2U (0,0,0,0) 0
-U (0,0,0,1); (0,0,1,0); (0,1,0,0); (1,0,0,0) 1
0 (1,0,0,1); (0,0,1,1); (0,1,1,0); (1,1,0,0) (0,1,0,1); (1,0,1,0) 2
U (1,1,1,0); (1,1,0,1); (1,0,1,1); (0,1,1,1) 3
2U (1,1,1,1) 4
Dựa vào bảng trạng thái đóng ngắt ta có công thức liên quan giữa điện áp ngõ
ra nghịch lưu và trạng thái các khóa như sau:
Ux0 = (SxP1 + SxT1N+ SxP2 + SxT2N ) .U - 2U (2.13)
Gọi Sx là trạng thái chuyển mạch của pha x. Ta thấy giá trị Sx bằng với số khóa
công suất được đóng và được tính:
Sx = (SxP1 + SxT1N+ SxP2 + SxT2N ) (2.14)
Do đó, khi Sx = 0, 1, 2, 3, 4 thì tương ứng điện áp ngõ ra nghịch lưu sẽ là:
-2Ud, -Ud, 0, Ud, 2Ud và pha A, B, C có SA = 0, 1, 2, 3, 4; S B= 0, 1, 2, 3, 4; SC = 0,
1, 2, 3, 4. Mỗi giá trị Sx sẽ tương ứng với một giá trị điện áp pha ngõ ra. Vậy với cả
ba pha A, B, C (SA, SB, SB) ta sẽ có 125 trường hợp tổ hợp trạng thái chuyển mạch
(SA, SB, SC) tương ứng với 125 tổ hợp điện áp (UA0, UB0, UC0) ngõ ra.
Từ (2.20), (2.21) ta có:
Ux0 = ( Sx – 2).U (2.15)

29. 10
2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM).
Phương pháp SPWM (Sine Pulse Width Modulation) là tạo ra giản đồ xung
kích đóng ngắt các linh kiện bán dẫn công suất trong một pha tải bằng cách so sánh
các sóng mang tam giác và một tín hiệu điều khiển dạng sin.
Nếu bộ nghịch lưu n bậc thì số sóng mang (dạng tam giác) được sử dụng là n-1
(n là số bậc ), chúng có cùng tần số (fc) và biên độ đỉnh - đỉnh (Ac). Vì vậy nếu chọn
sóng mang có điện áp đỉnh thấp nhất là 0V thì giá trị đỉnh cao nhất sẽ là (n-1).Ac
(V). Sóng điều khiển (dạng sin) có tần số (fm) và biên độ đỉnh – đỉnh (Am) .Sóng
điều khiển thay đổi quanh tâm của hệ thống n-1 sóng mang. Nếu sóng điều khiển
lớn hơn sóng mang nào đó thì linh kiện tương ứng đó được điều khiển kích đóng
tương ứng ngược lại nếu sóng điều khiển nhỏ hơn sóng mang nào đó thì linh kiện bị
kích khóa.
Gọi ma chỉ số biên độ (amplitude modulation ratio):
c
m
a
1).A
(n
A
m


(2.16)
Nếu ma ≤ 1 thì biên độ sóng sin nhỏ hơn sóng mang, quan hệ giữa thành phần
cơ bản của áp ra và áp điều khiển là tuyến tính.
Hình 2. 4: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế liên tục.
Khi giá trị ma>1, biên độ tín hiệu điều chế lớn hơn biên độ sóng mang thì
biên độ hài cơ bản tăng không tuyến tính theo ma.

30. 11
Hình 2. 5: Dạng sóng mang, sóng điều khiển và xung kích điều chế gián đoạn.
Có ba cách bố trí sóng mang cùng pha, lệch pha 1800
và đối xứng qua trục
zero. Trong các phương pháp bố trí sóng mang các sóng mang dạng tam giác có tần
số cao và bố trí cùng pha (PD: In Phase Disposition) cho độ méo dạng áp dây nhỏ
nhất [16]. Sóng điều khiển vx có tần số (fm) và biên độ đỉnh – đỉnh (Am) .Dạng sóng
điều khiển thay đổi quanh tâm của hệ thống n-1 sóng mang. Do đó điện áp điều
khiển ba pha vx (x=A, B, C) có m
f
.
2.π
ω  lần lượt là [9]:
vA = Am sin ωt + c
A
.
.
2
1
n 
vB = Am sin (ωt -120) + c
A
.
.
2
1
n 
vC = Am sin (ωt -240) + c
A
.
.
2
1
n 
(2.17)
Đối với bộ nghịch lưu áp đa bậc, tỉ số biên độ ma và tỉ số tần số mf được định
nghĩa như sau:
1
1).A
(n
A
m
0
c
m
a 



(2.18)
m
c
f
f
f
m  (2.19)
Việc tăng giá trị mf sẽ dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất hiện. Điểm
bất lợi của việc tăng tần số sóng mang là vấn đề tổn hao do các khóa đóng ngắt lớn.
Độ méo dạng tổng do sóng hài THD (Total Harmonic Distortion) là đại lượng
dùng để đánh giá tác dụng của các sóng hài bậc cao (2,3…) xuất hiện trong nguồn
điện, được tính theo:

31. 12
%
100
.
U
U
THD
1
j#1
2
j



(2.20)
Phương pháp SPWM có các ưu điểm như sau:
- Đơn giản, dễ thực hiện.
- Việc điều chỉnh điện áp và tần số ra chỉ thông qua điều chỉnh biên độ và tần
số điện áp điều khiển đưa vào.
-Goị chỉ số điều chế m ta có:
dc
SPWM
1,
u
.v
3
m  (2.21)
Thành phần hài cơ bản của điện áp pha và tâm nguồn có biên độ đỉnh cực đại
v1,SPWMmax được xác định là:
2
u
v dc
SPWMmax
1,  (2.22)
Vậy phương pháp SPWM có vùng chỉ số điều chế còn tuyến tính m bị giới hạn
866
.
0
2
3
u
.v
3
m
dc
SPWM
1,


 (2.23)
2.4 Điện áp common mode
Điện áp common mode (CMM) của mạch nghịch lưu là điện áp giữa tâm tải và
tâm nguồn một chiều cung cấp cho mạch. Các chứng minh của các tác giả Nguyen-
Van Nho, Myung - Bok Kim [10] đã chỉ rõ điện áp common mode làm cho các ổ bi
bị bào mòn làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Xét bộ nghịch lưu 3 pha được kết nối với tải như Hình 2.8. Điểm N là điểm
trung tính của tải, điểm O là trung tính của bộ nghịch lưu. Điện áp giữa trung tính
tải và trung tính nguồn UN0 = - U0N được gọi điện áp common mode.

32. 13
Hình 2. 6: Điện áp common mode của mạch nghịch lưu 5 bậc
Các điện áp pha tải được tính theo :
UAN = UA0 - UN0
UBN = UB0 - UN0
UCN = UC0 – UN0
(2.24)
Khi tải 3 pha cân bằng ta có:
UAN + UBN + UCN = 0 (2.25)
Điện áp common mode UN0 được xác định theo:
3
U
+
U
+
U
U C0
B0
A0
N0  (2.26)
Từ phương trình (2.23), (2.25) các điện áp pha tải được tính như sau:
)
U
-
U
-
(2U
3
1
U C0
B0
A0
AN  (2.27)
)
U
-
U
-
(2U
3
1
U C0
A0
B0
BN  (2.28)
)
U
-
U
-
(2U
3
1
U B0
A0
C0
CN  (2.29)

33. 14
Chương 3
TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO
MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA 5 BẬC CASCADE
3.1 Phương pháp triệt tiêu điện áp comon mode
Xét bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc theo mục 2.4 ta có điện áp giữa trung tính tải
và trung tính nguồn UN0 = - U0N được gọi điện áp common mode.Vậy để điện áp
common mode bị triệt tiêu thì:
UN0 = 0 (3.1)
Từ (2.14) , (2.25) ta có :
3
6U
-
).U
S
S
(S
3
U
+
U
+
U
U C
B
A
C0
B0
A0
N0



 (3.2)
Vậy để UN0 = 0 thì :
6
S
S
S C
B
A 

 (3.3)
3.2 Nguyên lý giải thuật
Gọi vx là điện áp điều khiển pha x (x= A, B, C) ban đầu,vrx là điện áp điều
khiển tính toán từ giải thuật (sẽ đưa vào mạch điều chế). Chọn điểm “0” là điểm
ứng với đáy của sóng mang thấp nhất, biên độ các sóng mang tam giác đều bằng
nhau và bằng 1. Lúc này các ngưỡng so sánh chuyển mạch sẽ là 0, 1, 2 , 3, 4 .
Ta có điện áp điều khiển pha x ban đầu theo công thức (2.16) là:
vx = V1,x sin ωt+ 2 (3.4)
Điện áp điều khiển ba pha:
vA = Am sin ωt +2
vB = Am sin (ωt -120) +2
vC = Am sin (ωt -240) +2
(3.5)
Ta có Am = 2*m. Với m là chỉ số điều chế.
Ta xét ba sóng vA, vB, vC có giá trị như hình (3.1):

34. 15
cr4
cr3
cr2
cr1
4
3
2
1
0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T
vA =3.5
SA
SB
SC
3
1
0
3
1
1 1
4
2
1 1
3
1
1
3
1
0
vB =1.7
vC =0.8
2
3
2
3
Hình 3. 1: So sánh vx với 4 sóng mang

35. 16
Từ hình ta có các trạng thái đóng ngắt của (SA, SB, SC) là:
Bảng 3. 1: Trạng thái SA, SB, SC trong một chu kì T
Trong một chu kì T SA SB SC (SA, SB, SC)
1
t
0  3 1 0 (3, 1, 0)
2
1 t
t  3 1 1 (3, 1, 1)
3
2 t
t  3 2 1 (3, 2, 1)
4
3 t
t  4 2 1 (4, 2, 1)
5
4 t
t  3 2 1 (3, 2, 1)
6
5 t
t  3 1 1 (3, 1, 1)
T
t6  3 1 0 (3, 1, 0)
Tại vị trí (SA, SB, SC) =(3, 2, 1) thì 6
S
S
S C
B
A 

 điện áp common mode bị
triệt tiêu.
Gọi Hx là trạng thái chuyển mạch mức cao và Lx là trạng thái chuyển mạch
mức thấp của pha x ta có:
else
1
-
)
int(V
4
V
if
)
int(V
L
x
x
x
x


 
 (3.6)
1
L
H x
x 
 (3.7)
Lúc này điện áp điều khiển được tách thành 2 thành phần, phần nguyên là Lx và
phần dư được tính bởi phương trình sau:
x
x
x L
-
v
ε  ; ( 1
ε
0 x 
 ) (3.8)
Đặt:
)
ε
,
ε
,
(ε
max
ε C
B
A
max 
)
ε
,
ε
,
(ε
mid
ε C
B
A
mid 
)
ε
,
ε
,
(ε
min
ε C
B
A
min 
(3.9)
Gọi FL là tổng các phần nguyên của điện áp vx:
C
B
A
L L
L
L
F 

 (3.10)
ε
F là tổng các phần dư của điện áp vx:
min
mid
max
C
B
A
ε ε
ε
ε
ε
ε
ε
F 




 (3.11)
Từ (3.11) và (3.8) ta có:
3
F
0 
 
(3.12)

36. 17
Vì x
ε là phần dư của điện áp x
v nên 
F không chia hết cho 3 do đó chỉ có hai
trường hợp xảy ra :
 1
ε
ε
ε C
B
A 

 khi có hai trong ba giá trị )
ε
,
ε
,
(ε C
B
A nhỏ hơn 0.5 lúc
này 5
L
L
L C
B
A 

 có 6 trường hợp xảy ra:
B
A
A
C
A
B
B
C
A
C
C
B
C
A
A
B
B
C
C
A
C
B
B
A
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε












(3.13)
 2
ε
ε
ε C
B
A 

 khi có hai trong ba giá trị )
ε
,
ε
,
(ε C
B
A lớn hơn 0.5 lúc
này 4
L
L
L C
B
A 

 có 6 trường hợp xảy ra:
B
A
A
C
A
B
B
C
A
C
C
B
C
A
A
B
B
C
C
A
C
B
B
A
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε
ε
ε
;
ε
ε












(3.14)
 Xét trường hợp A
B
B
C ε
ε
;
ε
ε 
 khi 2
ε
ε
ε C
B
A 

 :
Do các sóng mang giống nhau và có Ac =1 nên ta xét trên một sóng mang. Ta có
giản đồ chuyển mạch của SA, SB, SC hình 3.2 sau:

37. 18
0.7
εB 
0.8
εC 
LA +1;LB +1; LC +1
max
ε
mid
ε
t1 t2 t3 t4 t5 t6
LB +1
LA +1
LC
LB
LA
2
3
LC+1
1
SC
SB
SA
1
D
E
B
C
A
min
ε
0.5
εA 
LA =LB = LC
0 T
2
3
1
Hình 3. 2: Giản đồ chuyển mạch của SA, SB, SC
Từ giản đồ chuyển mạch ta có:
(SA, SB, SC) = (LA, LB, LC)
(SA, SB, SC) = (LA, LB, LC +1)
(SA, SB, SC) = (LA, LB +1, LC +1)
(SA, SB, SC) = (LA +1 , LB +1, LC +1)
(3.15)
Áp dụng các trạng thái (SA, SB, SC) trong trường hợp hình (3.1) ta có:
(SA, SB, SC) = (LA, LB, LC) = (3, 1, 0)
(SA, SB, SC) = (LA, LB, LC +1) = (3, 1, 1)
(SA, SB, SC) = (LA, LB +1, LC +1) = (3, 2, 1)
(SA, SB, SC) = (LA +1 , LB +1, LC +1) = (4, 2, 1)
(3.16)
Như vậy điện áp common mode bằng không trong trường hợp:
(SA, SB, SC) = (LA, LB +1, LC +1) = (3, 2, 1) (3.17)
Từ công thức (3.17) ta thấy tại một thời điểm trong ba trạng thái của khóa
chuyển mạch thì luôn tồn tại hai trạng thái tương đương mức 1
Lx  và một trạng
thái tương đương mức x
L . Nên ta chỉ cần xét hai pha từ đó suy ra pha còn lại.
Từ đây ta suy ra giản đồ chuyển mạch của SA, SB, SC triệt tiêu điện áp common
mode như hình 3.3 sau:

38. 19
LA +1;LB +1; LC +1
LC +1
LA
LB
LC
LB+1
LA+1
SA
SB
SC
N
M
P
E LA=LB=LC
tK1
0
1
K 3
K
tK3
Z
cr
T
Hình 3. 3: Giản đồ chuyển mạch triệt tiêu điện áp common mode.
Xét hai tam giác đồng dạng AED và ACB ở hình 3.2 suy ra A
5
6 ε
)
t
(t 
 do
đó:
A
A
A
4
3
4
3
A
AVG
A, v
ε
L
T
)
t
0.(T
)
t
1.(t
0.t
L
S 







 (3.18)
Tương tự ta có:
C
C
C
AVG
C, v
ε
L
S 

 (3.19)
Từ hình 3.3 suy ra :
3
C
K
C
AVG
C, K
L
2
T
t
2
T
L
S
3




 (3.20)
1
A
K
A
K
A
K
A
AVG
A, K
-
1
L
2
T
t
L
2
T
)
t
2
T
(
L
.t
)
1
(L
S 1
1
1







 (3.21)
Để (3.18) và (3.21) có SA,AVG bằng nhau thì:
max
C
3 ε
ε
K 
 (3.22)

39. 20
Để (3.19) và (3.20) SC,AVG bằng nhau thì :
min
A
1 ε
1
ε
1
K 


 (3.23)
So sánh sóng mang với K1, K3 ta được sóng điều khiển cần điều chế , có 3
trường hợp xảy ra:
+ Khi 3
cr K
v  thì C
rC
B
rB
A
rA L
v
,
1
L
v
,
1
L
v 




+ Khi 1
cr
3 K
v
K 
 thì 1
L
v
,
L
v
,
1
L
v C
rC
B
rB
A
rA 




+ Khi 1
cr K
v  thì 1
L
v
,
1
L
v
,
L
v C
rC
B
rB
A
rA 




Tương tự xét các trường hợp còn lại ta đều có được giá trị K1 , K3 như sau:
max
3 ε
K  (3.24)
min
1 ε
1
K 
 (3.25)
Và được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 3. 2: Bảng điều kiện )
ε
,
ε
;
(ε C
B
A và giá trị K1 và K3 khi 2
F 


F Điều kiện K1 K3
2
C
B
B
A ε
ε
;
ε
ε 
 C
ε
1 A
ε
B
C
C
A ε
ε
;
ε
ε 
 B
ε
1 A
ε
C
A
A
B ε
ε
;
ε
ε 
 C
ε
1 B
ε
A
C
C
B ε
ε
;
ε
ε 
 A
ε
1 B
ε
A
B
B
C ε
ε
;
ε
ε 
 A
ε
1 C
ε
B
A
A
C ε
ε
;
ε
ε 
 B
ε
1 C
ε
Khi so sánh sóng mang với K1, K3 ta được sóng điều khiển cần điều chế là:
+ Khi 3
cr K
v  nếu max
x
3 ε
ε
K 
 thì sóng điều khiển tương ứng x
rx L
v  các
trường hợp còn lại 1
L
v x
rx 

+ Khi 1
cr
3 K
v
K 
 nếu min
x
1 ε
1
ε
1
K 


 thì sóng điều khiển tương ứng
1
L
v x
rx 
 , còn nếu max
x
3 ε
ε
K 
 thì 1
L
v x
rx 
 trường hợp còn lại x
rx L
v  .

40. 21
+ Khi 1
cr K
v  nếu min
x
1 ε
1
ε
1
K 


 thì x
rx L
v  các trường hợp còn
lại 1
L
v x
rx 

 Trường hợp 1
ε
ε
ε C
B
A 

 ta xét tương tự như trường hợp 2
ε
ε
ε C
B
A 


kết quả ta thu được giá trị K1 , K3 như sau:
max
1 ε
K  (3.26)
min
3 ε
1
K 
 (3.27)
Và được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 3. 3: Bảng điều kiện )
ε
,
ε
;
(ε C
B
A và giá trị K1 và K3 khi 1
F 


F Điều kiện K1 K3
1
C
B
B
A ε
ε
;
ε
ε 
 A
ε C
ε
1
B
C
C
A ε
ε
;
ε
ε 
 A
ε B
ε
1
C
A
A
B ε
ε
;
ε
ε 
 B
ε C
ε
1
A
C
C
B ε
ε
;
ε
ε 
 B
ε A
ε
1
A
B
B
C ε
ε
;
ε
ε 
 C
ε A
ε
1
B
A
A
C ε
ε
;
ε
ε 
 C
ε B
ε
1
Khi so sánh sóng mang với K1, K3 ta được sóng điều khiển cần điều chế , có 3
trường hợp xảy ra:
+ Khi 3
cr K
v  nếu min
x
3 ε
1
ε
1
K 


 thì sóng điều khiển tương ứng
1
L
v x
rx 
 các trường hợp còn lại x
rx L
v  .
+ Khi 1
cr
3 K
v
K 
 nếu max
x
1 ε
ε
K 
 thì x
rx L
v  , còn nếu min
x
3 ε
1
ε
1
K 



thì x
rx L
v  trường hợp còn lại 1
L
v x
rx 
 .
+ Khi 1
cr K
v  nếu max
x
1 ε
ε
K 
 thì 1
L
v x
rx 
 các trường hợp còn lại
x
rx L
v  .
Từ đây ta xây dựng được lưu đồ giải thuật triệt tiêu điện áp common mode
cho mạch 3 pha 5 bậc.

41. 22
3.3 Lưu đồ giải thuật:
Bắt đầu
Nhập vx, x=(A,B,C)
εx = vx -Lx, x =(A,B,C)
Tính Lx, x =(A,B,C)
Tính εmax, εmid ,εmin
εmax+ εmid + εmin =2
S
cr > K3 và
cr1 > K1
Đọc cr
cr ≥ K3
vrx=Lx
Xuất vrx, x=(A,B,C)
Kết thúc
K1=1- εmin , K3=εmax
S S
K3= εx
S
Đ
Đ
vrx=Lx+1, vrx=Lx+1
K1=1- εx
S
Đ
Đ
vrx=Lx+1
K3= εx
S
Đ
vrx=Lx vrx=Lx
K1= 1- εx
S
Đ
vrx=Lx+1
cr > K3 và
cr1 > K1
Đọc cr
cr ≥ K3
vrx=Lx +1
K3=1- εmin , K1=εmax
S S
K3=1- εx
S
Đ
Đ
vrx=Lx vrx=Lx
K3=1- εx
S
Đ
Đ
vrx=Lx
K1= εx
S
Đ
vrx=Lx +1 vrx=Lx+1
K1= εx
S
Đ
vrx=Lx
Đ
Hình 3. 4: Lưu đồ giải thuật triệt tiêu điện áp common mode 3 pha 5 bậc.

42. 23
Chương 4
MẠCH MÔ PHỎNG – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
4.1 Cấu hình bộ nghịch lưu ba pha 5 bậc triệt tiêu điện áp common mode
4.1.1 Sơ đồ khối:
KHỐI TẠO SÓNG
ĐIỀU KHIỂN
KHỐI TẠO SÓNG
MANG
KHỐI TẠO XUNG KÍCH
KHỐI CÔNG SUẤT
TẢI
Hình 4. 1:Sơ đồ khối
4.1.2 Chức năng các khối:
4.1.2.1 Khối tạo sóng mang.
Tạo ra sóng mang.Trong mạch này sóng mang được sử dụng có cùng pha. Do
mạch nghịch lưu áp 5 bậc nên số sóng mang được sử dụng là 4 sóng đó là cr1, cr2,
cr3, cr4. Chúng có cùng tần số là fc = 5000 Hz và cùng biên độ Ac =1. Ở đây ta chọn
điện áp đỉnh thấp nhất là 0V nên giá trị đỉnh cao nhất là 4.
Hình 4. 2: Khối tạo sóng mang

43. 24
4.1.2.2 Khối tạo sóng điều khiển.
Để điện áp common mode được triệt tiêu thì chúng ta phải tạo ra được sóng
điều khiển phù hợp từ dạng sóng điều khiển ban đầu đó là sóng sin vA, vB, vC. có
biên độ Am= 2.m ( m là hệ số điều chế) lệch pha 1200
và tần số fm =50 Hz , ω = 2.
Π. fm .Dựa vào giải thuật đã có bằng cách sử dụng các lệnh cơ bản trong Psim ta tạo
ra được sóng điều khiển phù hợp. Sóng điều khiển sau khi điều chế của ba pha là
vrA, vrB, vrC.
Hình 4. 3: Khối tạo sóng điều khiển
4.1.2.3 Khối tạo mạch kích.
Khi điện áp điều khiển vrx lớn hơn điện áp sóng mang vcr ngõ ra mạch sẽ cung
cấp xung kích cho IBGT. Ngược lại điện áp điều khiển vrx nhỏ hơn điện áp sóng
mang vcr thì IBGT sẽ không được kích.
Mạch kích IBGT sử dụng mạch so sánh và F28335
Mạch so sánh này sử dụng các cổng so sánh để thực hiện so sánh khi điện áp điều
khiển lớn hơn điện áp sóng mang thì ngõ ra mạch cung cấp xung kích cho IBGT.

44. 25
Hình 4. 4: Mạch kích cho pha A,B và pha C sử dụng mạch so sánh.
Hình 4. 5: Mạch kích cho pha A, B, C sử dụng F28335

45. 26
4.1.2.4 Khối công suất.
Bao gồm 6 mạch chỉnh lưu cầu một pha. Mỗi pha gồm hai mạch ghép nối tiếp nhau
Hình 4. 6: Mạch công suất cho pha A,B,C
Ta có điện áp ngõ ra theo tổ hợp các xung kích là:
Bảng 4. 1: Quan hệ giữa điện áp ra và tổ hợp trạng thái của khóa công suất .
Ux0 (SxP1, SxT1N , SxP2, SxT2N) Sx
-100 (0,0,0,0) 0
-50 (0,0,0,1); (0,0,1,0); (0,1,0,0); (1,0,0,0) 1
0 (1,0,0,1); (0,0,1,1); (0,1,1,0); (1,1,0,0) (0,1,0,1); (1,0,1,0) 2
50 (1,1,1,0); (1,1,0,1); (1,0,1,1); (0,1,1,1) 3
100 (1,1,1,1) 4
4.1.2.5 Khối tải.
Mạch sử dụng mỗi pha là một tải RL ghép nối tiếp.
Hình 4. 7: Tải RL

46. 27
4.2 Kết quả mô phỏng
4.2.1 Số liệu mô phỏng.
Số liệu mô phỏng được lấy để giống với thực nghiệm cũng như điều kiện của
phòng thực nghiệm.
Bảng 4. 2:Số liệu mô phỏng
Điện áp DC 50 V
Tần số sóng mang fc 5 KHz
Tải trở R 40 
Tải kháng L 10 mH
4.2.2 Kết quả mô phỏng mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
commom mode.
 Dạng sóng ngõ ra trước và sau khi sử dụng giải thuật triệt tiêu điện áp
common mode.
 Dạng sóng điều khiển trước và sau khi điều chế.
Hình 4. 8: Dạng sóng điều khiển trước và sau khi điều chế (m = 0,866)
Nhận xét: Ở (hình 4.8) dạng sóng điều khiển ban đầu là sóng sin sau khi điều
chế dạng sóng điều khiển ở ngõ ra là dạng xung đúng với nội dung của lý thuyết.

47. 28
 Điện áp pha nguồn.
UAO, UBO,UCO trước khi sử dụng giải thuật UAO, UBO,UCO sau khi sử dụng giải thuật
Hình 4. 9: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ta thấy (hình 4.9) điện áp pha khi chưa sử dụng giải thuật và sau
khi sử dụng giải thuật có dạng sóng 5 bậc, giá trị hiệu dụng 64 V.
 Điện áp dây tải (UAB).
UAB trước khi sử dụng giải thuật UAB sau khi sử dụng giải thuật
Hình 4. 10: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ở (hình 4.10) điện áp dây tải có dạng bậc, khi chưa sử dụng giải thuật
điện áp dây tải có giá trị hiệu dụng tại hài bậc 1 là 107 V. Sau khi sử dụng giải thuật,
điện áp dây tải có giá trị hiệu dụng tại hài bậc 1 không đổi bằng 107 V.

48. 29
 Dòng điện pha tải (IA).
Dòng điện pha tải trước khi sử dụng giải thuật Dòng điện pha tải sau khi sử dụng giải thuật
Hình 4. 11: Dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ta thấy (hình 4.11) dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải
thuật triệt tiêu điện áp common mode có dạng hình sin, giá trị hiệu dụng 1,5 A
nhưng dòng điện sau khi triệt tiêu có hiện tượng nhiễu do THDu tăng.
 Điện áp pha tải (UAN) và điện áp common mode (UNO).
UAN, UNO trước khi sử dụng giải thuật UAN, UNO sau khi sử dụng giải thuật
Hình 4. 12: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ở (hình 4.12) điện áp common mode sau khi triệt có giá trị hiệu dụng từ
18,5 V giảm xuống 5,6 x 10-6
V, giảm 99.9 % so với trước khi triệt. Sau khi sử dụng giải
thuật điện áp pha tải có dạng sóng và biên độ tương tự điện áp pha nguồn và có giá trị
hiệu dụng tại hài bậc 1 không đổi bằng 62 V.

49. 30
Phân tích FFT UAN trước khi sử dụng giải thuật Phân tích FFT UAN sau khi sử dụng giải thuật
Hình 4. 13:Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)
Nhận xét: Kết quả phân tích FFT điện áp pha tải (hình 4.13) cho thấy trước và
sau khi sử dụng giải thuật biên độ hài bậc 1 không đổi. Trên tổng thể biên độ tại
thành phần hài bậc cao cao hơn trước khi sử dụng giải thuật dẫn đến hệ số méo hài
tổng THDu tăng từ 0,85 % lên 2,73%, đảm bảo được tiêu chuẩn TCVN 2008-2-2.

50. 31
 Kết quả mô phỏng trước và sau khi áp dụng giải thuật triệt tiêu điện áp
common mode tại các giá trị m:
Bảng 4. 3 : Kết quả mô phỏng khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất UNO
tại m = 0,4 đến 0,7.
Chỉ số m
0,4 0,5 0,6 0,7
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
UAN(V)rms 30 30 37 37 43 43 50 50
UAO(V)rms 30 30 37 37 43 43 50 50
UAB(V)rms 53 53 65 65 75 75 88 88
IA(V)rms 0,7 0,7 0,88 0,88 1,05 1,06 1,23 1,23
THDu tải (%) 1,33 3,2 1,2 2,91 1,1 2,9 0,99 3,3
UNO(V)rms 18,2
5,7
x10-7
13,5
5.8
x10-7
15,4
6,1
x10-7
16,8
6.5
x10-7
TỉlệtriệttiêuUNO (%)
99,9 99,9 99,9 99,9

51. 32
Bảng 4. 4 : Kết quả mô phỏng khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất UNO
tại m = 0,8 đến 1
Chỉ số m
0,8 0,866 0,9 1
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
UAN(V)rms 57 57 62 62 64 64 71 71
UAO(V)rms 57 57 62 62 64 64 71 71
UAB(V)rms 100 100 107 107 111 111 124 124
IA(V)rms 1,4 1,4 1,52 1,52 1,58 1,58 1,76 1,76
THDu tải (%) 0,96 3,09 0,85 2,73 0,78 2,76 0,77 2,24
UNO(V)rms 17,8
7,02
x10-7
18,5
5,6
x10-6
18,2
7,5
x10-7
14,7
8,08
x10-7
TỉlệtriệttiêuUNO (%)
99,9 99,9 99,9 99,9
4.2.3 Đánh giá giải thuật.
Ta thấy sau khi sử dụng giải thuật điện áp common mode (UNO) đã được triệt
tiêu 99,9 % với m = 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,866; 0,9; 1. Các giá trị hiệu dụng ở
điện áp pha tải, điện áp pha nguồn, điện áp dây tải tại hài bậc 1 trước và sau khi áp
dụng giải thuật không đổi. Khi m càng cao thì điện áp ngõ ra tăng, điện áp tải tăng.
Nhưng dòng điện có hiện tượng nhiễu hơn trước khi sử dụng giải thuật do THDu
tăng.

52. 33
Chương 5
THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1. Mô hình thực nghiệm
Mô hình thí nghiệm cho bộ nghịch lưu Cascade 5 bậc triệt tiêu điện áp
common mode được xây dựng theo sơ đồ khối (hình 5.1) và mô hình thí nghiệm
thực tế (hình 5.2).
MẠCH ĐỆM
NGUỒN MẠCH
KÍCH
MẠCH KÍCH
MẠCH CÔNG
SUẤT
TẢI
Card DSP
TMS320F28335
MÁY TÍNH
NGUỒN MẠCH
CÔNG SUẤT
Hình 5. 1: Sơ đồ khối
Hình 5. 2: Mô hình thí nghiệm thực tế

53. 34
5.2 Các thành phần chính của sơ đồ khối.
5.2.1 Khối tạo sóng điều khiển.
5.2.1.1 Nguồn mạch kích.
Từ nguồn điện 220V/50Hz, thông qua biến áp cách ly để có được các nguồn
đôi 15Vac độc lập nhau. Các nguồn đôi này qua các cầu điốt và các IC Tip 120 để
nâng dòng và IC ổn áp 7905 để có được các nguồn điện áp một chiều cấp cho mạch
kích có nguồn (+15V) và (-5V).
Hình 5. 3: Nguồn mạch kích
5.2.1.2 Card DSP TMS320F28335
TMS320F28335 là một trong những series mạnh nhất của dòng xử lý tín hiệu
số 32 bit TMS320C2000 nằm trong nhóm sản phẩm của hãng Texas Instruments.
Người sử dụng có thể phát triển phần mềm điều khiển hệ thống của họ bằng ngôn
ngữ bậc cao như C/C++ được đổ xuống từ máy tính. TMS được trang bị lõi (core)
hỗ trợ tính toán số thực với dấu phẩy động (FPU). Dung lượng bộ nhớ RAM là
68kbyte và bộ nhớ flash 512kbyte, tần số xung clock lên tới 150MHz, với mỗi chu
kỳ lệnh là 6.67ns, tốc độ xử lý cao cho phép chúng ta nhúng các hệ thống đòi hỏi
cần đáp ứng cao.

54. 35
Hình 5. 4: Kit vi xử lý DSP TMS320 F82335
 Chức năng chính bao gồm các khối sau:
 Có 88 chân giao tiếp vào ra GPIO (General-Purpose IO) chân có thể kết
nối đến 1 trong 8 ngắt bên ngoài.
 16 kênh ADC 12 bit (0 – 3V) cho phép thời gian chuyển đổi nhanh (tối đa 80ns).
 18 kênh PWM trong đó có 6 kênh tốc độ cao sử dụng chức năng truy cập
bộ nhớ trực tiếp DMA.
 Sử dụng mã chương trình C/C++ và Assembly
 3 Timer 16 bit và 32 bit cho phép thực hiện cả những chức năng
bios/boot.
 Có đầy đủ các chức năng giao tiếp UART, SPI, SCI và truyền thông
eCAN.
 DSP có điểm thuận lợi là chúng ta có thể viết các giải thuật này trên
Matlab hoặc Psim rồi nhúng các giải thuật này xuống DSP.
 Khả năng debug online, breakpoint giúp chạy chương trình từng bước,
liên tục hay có thể tạm dừng.
 Các chân TMS320 F28335 được sử dụng
Tín hiệu xung kích sẽ được đưa ra các chân GPIO_34, GPIO_32, GPIO_30,
GPIO_28 tương ứng pha A. GPIO_87, GPIO_22, GPIO_20, GPIO_18 tương ứng
pha B. GPIO_16, GPIO_26, GPIO_24, GPIO_15 tương ứng pha C.

55. 36
5.2.1.3 Mạch đệm.
Từ 12 tín hiệu điều khiển ở ngõ ra của kit DSP TMS320 F28335 qua mạch
đệm tín hiệu điều khiển được tạo thêm 12 tín hiệu đảo bằng cách sử dụng IC
74HC14, tất cả các tín hiệu này được đưa đến mạch kích. Mặt khác nhằm tránh sự
tác động của tín hiệu đi ngược từ mạch kích vào DSP TMS32F28335 ta thực hiện
mạch đệm để bảo vệ DSP TMS32F28335 khi mạch kích có sự cố. Mạch điệm còn
làm nhiệm vụ nâng mức điện áp 3.3V từ DSP thành 5V bằng IC 74HC245 để đưa
vào mạch kích.
Hình 5. 5: Mạch đệm
5.2.1.4 Mạch kích.
Mạch kích có nhiệm vụ nhận xung kích từ mạch điều khiển (DSP
TMS32F28335) thông qua Opto TLP 250 để tạo ra xung kích đưa đến các IBGT và
cách ly giữa mạch điều khiển và mạch công suất.
Hình 5. 6: Mạch kích

56. 37
5.2.2 Khối công suất.
5.2.2.1 Nguồn mạch công suất.
Bao gồm 6 máy biến áp 1 pha tạo ra 6 nguồn xoay chiều cách ly. Các nguồn
này sẽ được chỉnh lưu bằng cầu Diode 1 pha để nạp vào tụ. Tạo ra 6 nguồn DC cách
ly cho 6 module cầu H. Ngoài ra, ngõ vào có 1 cầu dao để thao tác đóng ngắt, và 1
variac để tăng giảm điện áp ngõ vào.
Mỗi pha được thiết kế gồm 2 biến áp, 2 IC cầu Diode KBPC3510, 2 tụ điện
10000uF và 2 module cầu H.
Hình 5. 7:Nguồn mạch công suất
5.2.2.2 Mạch công suất.
IGBT FGA25N120ANTD là loại linh kiện công suất lớn, ở 250
C có thể chịu
được dòng 50A và điện áp 1200V. Xung kích được đưa vào chân G là VGES không
vượt quá ±20V. Theo thông số của nhà sản xuất đưa ra, FGA25N120ANTD có tầm
hoạt động tối đa ở nhiệt độ Tmax = 1000
C, IC = 25A.

57. 38
Bảng 5. 1: Thông số kỹ thuật của IGBT FGA25N120ANTD tại 250
C và 1000
C
Symbol Description FGA25N120ANTD Units
VCES Collector-Emitter Voltage 1200 V
VGES Gate-Emitter Voltage ± 20 V
IC Collector Current @ TC = 25°C 50 A
Collector Current @ TC = 100°C 25 A
ICM Pulsed Collector Current (Note 1) 90 A
IF Diode Continuous Forward
Current
@ TC= 100°C 25 A
IFM Diode Maximum Forward Current 150 A
PD Maximum Power Dissipation @ TC = 25°C 312 W
Maximum Power Dissipation @ TC= 100°C 125 W
TJ Operating Junction Temperature -55 to +150 °C
Tstg Storage Temperature Range -55 to +150 °C
TL Maximum Lead Temp. for soldering
Purposes, 1/8” from case for 5 seconds
300 °C
Cieg Input Capacitance VCE = 30V,
VGE= 0V,
f = 1MHz
-- 3700 -- pF
Coes Output Capacitance -- 130 -- pF
Cres Reverse Transfer Capacitance -- 80 -- pF
Qg Total Gate Charge VCE = 600V,
IC = 25A,
VGE = 15V
-- 200 300 nC
Qge Gate-Emitter Charge -- 15 23 nC
Qgc Gate-Collector Charge -- 100 150 nC

58. 39
Hình 5. 8: Mạch công suất cho pha A,B,C
5.2.2.3 Khối tải.
Sử dụng các điện trở và điện cảm có sẵn của phòng thí nghiệm để kết nối
thành hệ tải 3 pha R L.
Hình 5. 9: Tải RL

59. 40
5.3 Kết quả thực nghiệm
5.3.1 Số liệu thực nghiệm
Bảng 5. 2: Số liệu thực nghiệm
Tham số Giá trị
Điện áp DC 50 V
Tần số điện áp ngõ ra fc 5 KHz
Tải R 40 (Ω)
Tải kháng L 10(mH)
5.3.2 Kết quả thực nghiệm mạch nghịch lưu cascade 3 pha 5 bậc triệt tiêu điện
áp commom mode.
 Dạng sóng trước và sau khi sử dụng giải thuật triệt tiêu điện áp common
mode.
 Điện áp pha nguồn.
UAO trước khi sử dụng giải thuật UAO sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 10: Điện áp pha nguồn trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ta thấy điện áp pha nguồn khi chưa sử dụng giải thuật và sau khi sử
dụng giải thuật (hình 5.10) có dạng sóng ngõ ra không đổi, giá trị hiệu dụng tương
đương nhau. (m = 0,866 điện áp pha A nguồn có giá trị hiệu dụng 60 V).

60. 41
 Điện áp pha tải.
UAN trước khi sử dụng giải thuật UAN sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 11: Điện áp pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ta thấy điện áp trên tải trước khi sử dụng giải thuật và sau khi sử dụng
giải thuật (hình 5.11) có dạng sóng giống với mô phỏng. Sau khi áp dụng giải thuật,
điện áp pha tải có giá trị hiệu dụng tại hài bậc 1 không đổi bằng 58 V .
 Điện áp dây tải (UAB).
UAB trước khi sử dụng giải thuật UAB sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 12: Điện áp dây tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Ta thấy điện áp dây tải khi chưa sử dụng giải thuật và sau khi sử
dụng giải thuật (hình 5.12) có dạng sóng giống với mô phỏng. Sau khi áp dụng giải
thuật, điện áp dây tải có giá trị hiệu dụng tại hài bậc 1 không đổi bằng 99 V.

61. 42
 Dòng điện pha A tải.
Dòng điện pha tải trước khi sử dụng giải thuật Dòng điện pha tải sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 13: Dòng điện pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Dòng điện pha tải khi chưa sử dụng giải thuật và sau khi sử dụng giải
thuật (hình 5.13) có dạng sóng giống với mô phỏng. Dòng điện pha tải trước và sau
khi sử dụng giải thuật triệt tiêu điện áp common mode có giá trị hiệu dụng tương
đương nhau nhưng dòng điện sau khi triệt tiêu có hiện tượng nhiễu do THDu tăng.
 Điện áp pha tải và điện áp common mode.
UAN, UNO trước khi sử dụng giải thuật UAN, UNO sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 14: Điện áp UAN, UNO trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866).
Nhận xét: Điện áp trên pha tải trước và sau khi sử dụng giải thuật (hình 5.14) có
dạng sóng giống với mô phỏng. Điện áp common mode có giá trị hiệu dụng khi chưa
sử dụng giải thuật là 18,4 V. Sau khi sử dụng giải thuật điện áp common mode có giá

62. 43
trị hiệu dụng 3,19 V giảm 82%. Như vậy ta thấy điện áp common mode không triệt
tiêu hoàn toàn như mô phỏng do ta sử dụng nguồn điện áp thấp, chất lượng nguồn
DC 3 pha không hoàn toàn giống nhau, tổn hao trên linh kiện khác nhau. Sau khi áp
dụng giải thuật giá trị hiệu dụng điện áp pha tải tại hài bậc 1 không đổi bằng 58 V.
Phân tích FFT UAN trước khi sử dụng giải thuật Phân tích FFT UAN sau khi sử dụng giải thuật
Hình 5. 15: Phân tích FFT UAN trước và sau khi sử dụng giải thuật (m = 0,866)
Nhận xét: Kết quả phân tích FFT cho thấy điện áp pha tải trước và sau khi sử
dụng giải thuật (hình 5.15) biên độ tại hài bậc 1 không đổi. Sau khi sử dụng giải thuật
biên độ tại thành phần hài bậc cao cao hơn dẫn đến hệ số méo hài tổng THDu (tới
thành phần hài bậc 49 (2,5kHz)) tăng từ 2,4 % lên 4 %, đảm bảo được tiêu chuẩn
TCVN 2008-2-2.

63. 44
 Kết quả thực nghiệm trước và sau khi áp dụng giải thuật triệt tiêu điện áp
common mode tại các giá trị m khác nhau:
Bảng 5. 3: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,4 đến 0,7.
Chỉ số m
0,4 0,5 0,6 0,7
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
UAN(V)rms 27 27 33 33 40 40 46 46
UAO(V)rms 27 27 33 33 40 40 46 46
UAB(V)rms 46 46 58 58 68 68 79 79
IA(V)rms 0,58 0,57 0,75 0,75 0,9 0,9 1,05 1,05
THDu tải (%) 5,7 6,8 5,04 6,3 4,2 4,9 3,6 4,4
UNO(V)rms
18,1 3,2 13,3 2,45 15 2,65 16,3 2,88
TỉlệtriệttiêuUNO(%)
82,3 81,5 82,3 82,3

64. 45
Bảng 5. 4: Kết quả thực nghiệm khi áp dụng và không áp dụng giải thuật đề xuất
UNO tại m = 0,8 đến 1.
Chỉ số m
0,8 0,866 0,9 1
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
Không
áp
dụng
giải
thuật
Áp
dụng
giải
thuật
UAN(V)rms 53 53 58 58 59 59 66 66
UAO(V)rms 53 53 58 58 59 59 66 66
UAB(V)rms 91 91 99 99 103 103 114 114
IA(V)rms 1,24 1,24 1,35 1,35 1,4 1,4 1,56 1,56
THDu tải (%) 2,8 4,1 2,4 4 2,7 3,6 2,6 3,2
UNO(V)rms
17,6 3,08 18,4 3,19 18 3,08 14,2 2,46
TỉlệtriệttiêuUNO(%)
82,4 82,6 82,8 82,6
 Nhận xét giải thuật:
Ta thấy điện áp pha, điện áp pha tải, điện áp dây tải trong thực nghiệm có dạng
sóng giống với mô phỏng. Các giá trị hiệu dụng ở điện áp pha tải, điện áp pha
nguồn, điện áp dây tải tại hài bậc 1 trước và sau khi áp dụng giải thuật không đổi.
Các thực nghiệm luôn tồn tại các tổn hao trên các linh kiện, cũng như chất lượng
các linh kiện nên các giá trị điện áp thực nghiệm có giá trị điện áp giảm so với mô
phỏng. Điện áp common mode tuy chưa triệt tiêu hoàn toàn nhưng giảm đáng kể
khoảng 82% đối với các giá trị m khác nhau. Do THDu tăng sau khi triệt tiêu nên
dòng điện có hiện tượng nhiễu sau khi sử dụng giải thuật, đối với m = 0,4 và m =
0,5 nên sử dụng mạch lọc để mạch hoạt động tốt hơn.

65. 46
Chương 6
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Kết luận
Sau khi thực hiện luận văn, tôi đã tìm hiểu được dạng nghịch lưu cascade 5
bậc cũng như cách tạo ra mạch nghịch lưu 5 bậc từ mạch nghịch lưu cầu một pha.
Đề tài đã nghiên cứu giải thuật điều chế sóng mang ba pha 5 bậc triệt tiêu điện
áp common mode thu được các kết quả như sau:
Khi áp dụng giải thuật đề xuất triệt tiêu điện áp common mode ta thấy rằng
giải thuật có thể sử dụng trong một khoảng điều chế rộng (m = 0,4 đến m = 1), đối
với trường hợp mô phỏng điện áp common mode được triệt tiêu hoàn toàn 99,9 %,
trong trường hợp thực nghiệm điện áp common mode giảm được 82% với nguồn
DC thấp là 50V. Như vậy ta thấy trong mô phỏng điện áp common mode bị triệt
tiêu hoàn toàn. Nhưng khi thực nghiệm do thiết kế mạch, tính toán sai số, tổn hao,
… trên các linh kiện ở trong mạch chưa chính xác giữa với mô phỏng và thực tế nên
điện áp common mode vẫn còn nhưng giá trị thấp (18%).
So với đề tài của tác giả Phạm Thị Kim Thê [14] ta thấy giải thuật đề xuất có
đặc điểm nổi bật là điện áp common mode không những giảm về biên độ mà còn
giảm được cả mật độ, trong khi giải thuật của tác giả [14] chỉ giảm được biên độ mà
không giảm về mật độ. Vì vậy giá trị hiệu dụng của điện áp common mode sau khi
giảm của tác [14] còn khá cao (trong khoảng 22% đến 32%) so với giải thuật đề
xuất (khoảng 82%).
Ngoài ra, sau khi áp dụng giải thuật giá trị hiệu dụng của điện áp pha tải, điện
áp dây tải có chứa các hài bậc cao tăng so với giá trị hiệu dụng của điện áp pha tải,
điện áp dây tải trước khi sử dụng giải thuật do THDu tăng.
Sau khi áp dụng giải thuật đề xuất thì THDu tăng nên dòng điện có hiện tượng
nhiễu, tại các chỉ số điều chế m = 0,6 đến m = 1 THDu tăng nhưng vẫn đảm bảo
được tiêu chuẩn TCVN 2008-2-2 nên không cần sử dụng mạch lọc, đối với trường

66. 47
hợp m = 0,4 và m = 0,5 THDu tăng nhưng không đảm bảo được tiêu chuẩn TCVN
2008-2-2 nên cần sử dụng mạch lọc để mạch hoạt động tốt hơn.
6.2Hướng phát triển
Đề tài nghiên cứu giải thuật điều chế sóng mang ba pha 5 bậc triệt tiêu điện áp
common mode còn có một số hạn chế như sau:
Trong quá trình thiết kế mạch do sử dụng nguồn DC thấp, chưa tính toán được
chính xác sai số, tổn hao... của mạch. Do đó khi thực nghiệm điện áp common mode
trong mạch vẫn tồn tại với giá trị thấp.
THDu tăng nên dòng điện có hiện tượng nhiễu, tại các chỉ số điều chế m = 0,4
và m = 0,5 THDu tăng nhưng không đảm bảo được tiêu chuẩn TCVN 2008-2-2.
Hạn chế về thiết bị nghiên cứu nên mới chỉ áp dụng thử nghiệm với điện áp
thấp (50V).
Vì vậy hướng phát triển của đề tài là:
Tiếp tục nghiên để triệt tiêu hoàn toàn điện áp common mode trong mạch
cascade 5 bậc.
Nghiên cứu giảm THDu sau khi điện áp common mode giảm.
Thực nghiệm với điện áp cao.
Phát triển giải thuật điều khiển với mạch Cascade có bậc cao hơn.

67. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] J. Rodriguez, L. G. Franquelo, S. Kouro, J. I. Leon, R. C. Portillo, M. A. M.
Prats, M. A. Perez, “Multilevel Converters: An Enabling Technology for
High-Power Applications,” Proceedings of the IEEE, vol. 97, no. 11, pp.
1786-1817, Nov. 2009
[2] Y. Liu, F. L. Luo, “Multilevel inverter with the ability of self-voltage
balancing,” IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 153, no. 1,
pp. 105-115, Jan. 2006.
[3] S. Kouro, M. Malinowski, K. Gopakumar, J. Pou, L. Franquelo, B. Wu, J.
Rodriguez, M. Perez and J. Leon, “Recent advances and industrial applications
of multilevel converters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2553-
2580, Aug. 2010.
[4] J. Rodriguez, J.-S. Lai, F. Z. Peng, “Multilevel inverters: A survey of
topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49,
no. 4, pp. 724-738, Aug. 2002.
[5] T. B. Soeiro, J. W. Kolar, “The new high-efficiency hybrid neutral-point-
clamped converter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 5, pp. 1919-1935,
May 2013.
[6] S. Dargahi, E. Babaei, S. Eskandari, V. Dargahi, M. Sabahi, “Flying-capacitor
stacked multicell multilevel voltage source inverters: analysis and modelling,”
IET Power Electron., , vol. 7, no. 12, pp. 2929-2987, Dec. 2014.
[7] X. Zha, L. Xiong, J. Gong, F. Liu, “Cascaded multilevel converter for
medium-voltage motor drive capable of regenerating with part of cells,” IET
Power Electron., vol. 7, no. 5, pp. 1313-1320, May 2014.
[8] K. Ding, K. W. E. Cheng, Y. P. Zou, “Analysis of an asymmetric modulation
methods for cascaded multilevel inverters,” IET Power Electron., vol. 5, no. 1,
pp. 74-85, Jan. 2012.

68. 49
[9] Quách Thanh Hải, “Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung điều khiển tối
ưu nghịch lưu đa bậc”, Luận án tiến sĩ, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2013.
[10]. Nguyen-Van Nho, Myung - Bok Kim, et al, “A Novel Carrier Based PWM
Method In Three Phase Four Wire Inverters”, Busan, Korea, 2004.
[11] Haoran Zhang, Annette von Jouanne, Shaoan Dai, Alan K.Wallace, Fei Wang,
“Multilevel inverter modulation schemes to eliminate common-mode voltages”.
Industry Applications, IEEE Transactions on, Nov/Dec 2000, Volume: 36, Page(s):
1645- 1653.
[12] Hee-Jung Kim, Hyeoun-Dong Lee, Seung-Ki Sul” A new PWM strategy for
common-mode voltage reduction in neutral-point-clamped inverter-fed AC
motor drives”, Industry Applications, IEEE Transactions on, Nov/Dec 2001,
Volume: 37, Page(s): 1840- 1845.
[13] Loh, P.C, Holmes, D.G. , Fukuta, Y. , Lipo, T.A. “Reduced common mode
carrier-based modulation strategies for cascaded multilevel inverters”.
Industry Applications Conference, 2002. 37th IAS Annual Meeting.
Conference, Page(s): 2002- 2009 vol.3.
[14] Phạm Thị Kim Thê, “Nghiên cứu điều khiển giảm điện áp Common mode cho bộ
nghịch lưu Cascade”, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp
HCM, 2015.
[15] Nguyễn Văn Nhờ,“Điện tử công suất 1”. NXB ĐHQG Tp.HCM – 2003.
[16]. D.G. Holmes, T.A.Lipo, “ Modern Pulse Width Modulation Techniques for
Power Converter”, IEEE Press, 2003.

76. S K L 0 0 2 1 5 4