Luận văn Nghiên cứu, phát triển bộ nghịch lưu ða bậc giảm số lượng công tắc bán dẫn (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, phát triển bộ nghịch lưu ða bậc giảm số lượng công tắc bán dẫn (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG HOÀN TIÊN NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÐA BẬC GIẢM SỐ LƯỢNG CÔNG TẮC BÁN DẪN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 0 5 2 5 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG HOÀN TIÊN NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ LƯỢNG CÔNG TẮC BÁN DẪN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH KHAI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2017
3. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang i
4. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang ii
5. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 3 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Lương Hoàn Tiến Trang iii
6. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. NGUYỄN MINH KHAI, đã tận tình hướng dẫn tôi để thực hiện luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quy thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi. Xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ sử dụng phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Cảm ơn ba mẹ, anh chị em và bạn bè đã động viên tôi trong suốt thời gian học. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn. Học viên Lương Hoàn Tiến Trang iv
7. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT LUẬN VĂN Bộ nghịch lưu một pha năm bậc hình T (T-Type inverter) là bộ nghịch lưu có số lượng khóa bán dẫn ít hơn so với các bộ nghịch lưu một pha năm bậc thông dụng. Nhờ đó mà hiệu quả kinh tế tăng lên và kích thước của bộ nghịch lưu giảm đi. Khi kết hợp bộ nghịch lưu hình T với cấu hình nghịch nguồn-Z, bộ nghịch lưu mới sẽ khắc phục được các nhược điểm mà các bộ nghịch lưu thông dụng đang gặp phải như là cho phép khác khóa bán dẫn trên cùng một nhánh dẫn đồng thời (trùng dẫn), cho điện áp ngõ ra cao hơn điện áp nguồn cấp, điện áp ngõ ra được điều khiển dễ dàng bằng cách thay đổi hệ số ngắn mạch. Để tài này tập trung nghiên cứu, tìm hiểu bộ nghịch lưu hình T và cấu hình nghịch lưu nguồn Z. Từ đó, đề tài đề xuất một cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc được kết hợp giữa bộ nghịch lưu hình T và cấu hình nghịch lưu nguồn Z. Dựa trên cấu hình nghịch lưu đề xuất, đề tài phân tích hoạt động, nghiên cứu giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu và đề xuất các giải thuật điều khiển xung ngắn mạch. Một bộ điều khiển PID cho điện áp trên thanh cái DC và điện áp ngõ ra được áp ứng vào bộ nghịch lưu đề xuất nhằm minh họa cho khả năng điều khiển dễ dàng của bộ nghịch lưu này. Các kết quả lý thuyết sẽ được kiểm chứng trên phần mềm mô phỏng PSIM và thực nghiệm trên mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28355 và FPGA Cyclone II EP2C5T144. Trang v
8. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ABSTRACT A single phase five level T-Type inverter is an inverter which has less power switches than the conventional single phase five level inverters. Therefore, it increase the economic efficiency and reduce the size of inverter. When a T-Type inverter is combined with Z-source inverter, the conventional inverter defects will be overcome such as able to run shoot-thought mode, buck-boost voltage with single-stage conversion, the output voltage control is easy. This thesis focus on studying the single phase five level T-Type inverter and the Z-source inverter operating principles. Thence, a T-type inverter and Z-source inverter combined inverter is proposed. Base on the proposed inverter, this thesis analysis the operating principles, studies inverter control algorithms and develops shoot-through control strategies. A PID controller for DC-link voltage and RMS voltage is applied to prove for the easy control of proposed inverter. To verify the performance, PSIM simulation is used and a laboratory prototype is constructed base on a TMS320F28335 controller and FPGA Cyclone II EP2C5T144. Trang vi
9. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT LUẬN VĂN v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH HÌNH x DANH SÁCH BẢNG xiii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2. Mục đích của đề tài 4 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 4 1.4. Phương pháp nghiên cứu 4 1.5. Điểm mới của đề tài 5 1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài 5 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1. Lý thuyết về nghịch lưu 7 2.1.1. Khái niệm 7 2.1.2. Bộ nghịch lưu áp 7 2.1.3. Nghịch lưu đa bậc một pha 8 2.2. Nghịch lưu một pha năm bậc hình T 12 2.2.1. Cấu hình 12 2.2.2. Nguyên lý hoạt động 12 2.2.3. Phương pháp điều khiển 13 2.3. Nghịch lưu tăng áp và nghịch lưu nguồn Z 14 2.3.1. Nghịch lưu truyền thống kết hợp với bộ tăng áp 14 2.3.2. Nghịch lưu nguồn Z 15 Chương 3. BỘ NGHỊCH LƯU MỘT PHA NĂM BẬC NGUỒN Z HÌNH T 19 3.1. Cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T 19 3.1.1. Trạng thái không ngắn mạch 21 3.1.2. Trạng thái ngắn mạch 22 Trang vii
10. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3.2. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung(PWM) 26 3.2.1. Phương pháp điều khiển độ rộng xung với chế độ ngắn mạch toàn phần 27 3.2.2. Phương pháp điều khiển độ rộng xung với chế độ ngắn mạch hỗn hợp 29 3.3. So sánh cấu hình nghịch lưu nguồn Z hình T với các bộ nghịch lưu truyền thống 31 3.4. Ứng dụng bộ điều khiển PID cho bộ nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T 32 Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 34 4.1. Mô hình thực nghiệm 34 4.2. Mô tả chi tiết 35 4.2.1. Mạch nghịch lưu nguồn Z hình T 35 4.2.2. Mạch điều khiển 37 4.3. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm 40 4.3.1. Kết quả với phương pháp ngắn mạch toàn phần 41 4.3.2. Kết quả với phương pháp ngắn mạch hỗn hợp 43 4.3.3. Kết quả ứng dụng bộ điều khiển cho nghịch lưu nguồn Z hình T 48 Chương 5. KẾT LUẬN 50 5.1. Kết luận 50 5.2. Hướng phát triển 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 55 Trang viii
11. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT Vd: nguồn áp vào VPN: điện áp trên thanh cái DC VC: điện áp trên tụ iL: dòng điện qua cuộn cảm D: tỷ số ngắn mạch trong mỗi chu kỳ iPN: dòng điện ngắn mạch M: Chỉ số điều chế. S: Các khóa đóng ngắt. Vac: điện áp ra bộ nghịch lưu Vt: Điện áp trên tải. C: Tụ điện R: Điện trở tải. L: cuộn cảm. fs: Tần số sóng mang. f0: Tần số cơ bản sóng điều khiển. PID: proportional integral derivative PWM: pulse width modulation DSP: digital signal processing Trang ix
12. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Các cấu hình nghich lưu hình T 2 Hình 2.1: Cấu hình mạch nghịch lưu năm bậc dạng NPC 8 Hình 2.2: Cấu hình mạch nghịch lưu năm bậc dạng tụ kẹp 9 Hình 2.3: Cấu hình mạch nghịch lưu năm bậc dạng cascade 11 Hình 2.4: Cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc hình T 12 Hình 2.5: Kỹ thuật điều chế xung cho bộ nghịch lưu hình T 14 Hình 2.6: Cấu hình nghịch lưu truyền thống kết hợp bộ tăng áp dc-dc 15 Hình 2.7: Cấu hình nghịch lưu nguồn Z 16 Hình 2.8: Mạch tương đương của bộ nghịch lưu nguồn-Z. (a) Trạng thái không ngắn mạch, diode dẫn; (b) Trạng thái ngắn mạch, diode khóa. 16 Hình 3.1: Cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T 19 Hình 3.2: Các trạng thái hoạt động của cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T 20 Hình 3.3: Sơ đồ hoạt động tương đương ở trạng thái không ngắn mạch 21 Hình 3.4: Sơ đồ đồ hoạt động tương đương ở chế độ ngắn mạch toàn phần 23 Hình 3.5: Sơ đồ hoạt động tương đương ở chế độ ngắn mạch một nửa. (a) Ngắn mạch nửa trên. (b) Ngắn mạch nửa dưới. 24 Hình 3.6: Sơ đồ tạo xung điều khiển với phương pháp ngắn mạch toàn phần 27 Hình 3.7: Sơ đồ tạo xung điều khiển với phương pháp ngắn mạch hỗn hợp 30 Hình 3.8: Bộ điều khiển PID cho bộ nghịch lưu nguồn Z hình T 33 Hình 3.9: Mô hình điều khiển nghịch lưu nguồn Z hình T với ổn đinh điện áp DC- link và điện áp trên tải thông qua điện áp trên tụ và điện áp nguồn 33 Hình 4.1: Mạch thực nghiệm nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z Hình T 34 Hình 4.2: Sơ đồ khối của mô hình thí nghiệm cho nghịch lưu nguồn Z hình T 35 Hình 4.3: Mô hình thực tế thí nghiệm cấu hình nghịch lưu nguồn Z hình T 35 Hình 4.4: Hình dạng và sơ đồ chân của IGBT FGA25N120AN 36 Hình 4.5: Hình dạng và sơ đồ chân của diode DSEI60-06A 36 Hình 4.6: Mạch nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z Hình T 36 Hình 4.7: Kit vi xử lý DSP TMS320F28335 37 Trang x
13. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 4.8: Kit FPGA Cyclone II EP2C5T144 37 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mosfet Driver 38 Hình 4.10: Sơ đồ tổng quan nguyên lý hoạt động mạch cảm biến áp. 39 Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch đo áp dùng cảm biến lem LV-25p 39 Hình 4.12: Mạch đo áp 40 Hình 4.13: Kết quả mô phỏng với phương pháp ngắn mạch toàn phần 41 Hình 4.14: Dạng sóng mô phỏng của mạch khi sử dụng ngắn mạch toàn phần 41 Hình 4.15: Kết quả thí nghiệm với phương pháp ngắn mạch toàn phần. Từ trên xuống: điện áp DC-Link, điện áp ngõ ra, dòng điện trên tải, điện áp DC nguồn cấp. 42 Hình 4.16: Dạng sóng thực nghiêm của mạch khi sử dụng phương pháp ngắn mạch toàn phần. Từ trên xuống: DC-link, Điện áp ngõ ra VAB, Điện áp trên Q0, Xung kích trên Q0. 42 Hình 4.17: Chất lượng và công suất điện ngõ ra với ngắn mạch toàn phần. (a) Giá trị của ngõ ra. (b) Thành phần sóng hài của ngõ ra (đo đến hài thứ 50) 43 Hình 4.18: Kết quả mô phỏng với phương pháp ngắn mạch hỗn hợp 44 Hình 4.19: Dạng sóng mô phỏng của mạch sử dụng phương pháp ngắn mạch hỗn hợp khi hoạt động ở chế độ ngắn mạch toàn phần 44 Hình 4.20: Dạng sóng mô phỏng của mạch sử dụng phương pháp ngắn mạch hỗn hợp khi hoạt động ở chế độ ngắn mạch một nửa 44 Hình 4.21: Dạng sóng mô phỏng của mạch sử dụng ngắn mạch hỗn hợp khi chuyển trạng thái hoạt động từ ngắn mạch một nửa sang ngắn mạch toàn phần. 45 Hình 4.22: Kết quả thí nghiệm với phương pháp ngắn mạch toàn phần. Từ trên xuống: điện áp DC-Link, điện áp ngõ ra, dòng điện trên tải, điện áp DC nguồn cấp. 45 Hình 4.23: Dạng sóng thực nghiệm của mạch khi sử dụng phương pháp ngắn mạch hỗn hợp ở chế độ hoạt đông ngắn mạch toàn phần. Từ trên xuống: DC-link, Điện áp ngõ ra VAB, Điện áp trên Q0, Xung kích trên Q0. 46 Hình 4.24: Dạng sóng thực nghiệm của mạch khi sử dụng phương pháp ngắn mạch hỗn hợp ở chế độ hoạt đông ngắn mạch một nửa. Từ trên xuống: DC-link, Điện áp ngõ ra VAB, Điện áp trên Q0, Xung kích trên Q0. 46 Trang xi
14. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 4.25: Dạng sóng thực nghiệm của mạch khi sử dụng phương pháp ngắn mạch hỗn hợp khi chuyển chế độ hoạt động từ ngắn mạch toan phần sang ngắn mạch một nửa. Từ trên xuống: DC-link, Điện áp ngõ ra VAB, Điện áp trên Q0, Xung kích trên Q0. 47 Hình 4.26: Chất lượng và công suất điện ngõ ra với phương pháp ngắn mạch hỗn hợp. (a) Giá trị của ngõ ta. (b) Thành phần sóng hài của ngõ ra (đo đến hài thứ 50)47 Hình 4.27: Kết quả điện áp ngõ ra khi ứng dụng bộ điều khiển PID. Từ trên xuống: điện áp nguồn DC, điện áp ngõ ra (VAB) 49 Trang xii
15. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH BẢNG Bảng 2-1: Các trạng thái hoạt động của bộ nghịch lưu hình T 13 Bảng 3-1: Các trạng thái hoạt động của nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T 26 Bảng 3-2: Bảng so sánh các cấu trúc nghịc lưu thông dụng với cấu hình nghịch lưu đề xuất (Các bộ nghịch lưu đều dùng tụ để chia điện áp từ một nguồn DC) 32 Bảng 4-1: Các thông số của mạch 40 Bảng 4-2: So sánh THD dòng điện giữa phương pháp ngắn mạch toàn phần và phương pháp ngắn mạch một nửa 48 Trang xiii
16. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Cùng với đà phát triển kinh tế Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa và tăng trưởng xuất khẩu sẽ khiến nhu cầu tiêu thụ điện năng gia tăng. Tổng cục Thống kê Việt Nam ước tính nhu cầu điện sẽ tiếp tục tăng trưởng 10%-12% mỗi năm, từ 196.8 TWh trong năm 2015 lên 615.2 TWh trong năm 2030. Theo hồ sơ trình Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) năm 2013, Việt Nam dự báo công suất phát điện trong năm 2015 là khoảng 40 GW và năm 2030 là 140 GW. Hiện nay ở nước ta có hai nguồn sản xuất điện năng chủ yếu đó là thủy điện và nhiệt điện. Nhiệt điện hiện nay chủ yếu là ba nguồn: nhiệt điện than, nhiệt điện khí và nhiệt điện dầu. Với nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng và tình trạng nguồn nguyên nhiên liệu sản xuất điện làm ảnh hưởng không hề nhỏ đến môi trường cũng như sự phát triển bền vững của Việt Nam. Việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch trong đó có phát triển mạnh năng lượng mặt trời góp phần tạo thêm nguồn cung cấp điện năng và bảo vệ môi trường là xu hướng tất yếu không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này một cách có hiệu quả, cần phải biết các đặc trưng, tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt trái đất và cần phải kết nối nguồn năng lượng này thông qua hệ thống lưới thông minh có sẵn bằng các bộ nghịch lưu có khả năng kết nối với điện xoay chiều. Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra điện năng một chiều, điện năng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều bởi bộ nghịch lưu.
17. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Các bộ nghịch lưu [1] được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ, bộ lưu điện, xe điện, hệ thống phân phối điện Các bộ nghịch lưu phổ biến hiện nay gồm có các loại cấu hình phổ biến như:  Dạng diode kẹp (NPC).  Dạng tụ kẹp (Flying capacitor inverter).  Dạng ghép tầng (cascade). Các cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc kể trên đều có chung đặc điểm là đều sử dụng tám khóa bán dẫn. Việc sử dụng nhiều khóa bán dẫn khiến cho giá thành của bộ nghịch lưu tăng cao và kích thước của bộ nghịch lưu lớn. Những năm gần đây, đã có nhiều bài báo được công bố nhằm tìm hiểu, ứng dụng và phát triển bộ nghịch hình T như bài báo [2] cho cấu hình một nhánh một khóa hình T, [3] cho cấu hình một nhánh hai khóa hình T, [4] cho cấu hình ba pha hình T. Các cấu hình nghịch lưu này đem đến nhiều ưu điểm nhưng nổi trội nhất là ưu điểm sử dụng ít các khóa bán dẫn hơn các cấu hình nghịch lưu đa bậc truyền thống nhưng kỹ thuật điều khiển thì hoàn toàn tương tự. Do đó, cấu hình nghịch lưu hình T trở thành xu thế nghiên cứu cho các đề tài, ý tưởng nhằm giảm số lượng khóa bán dẫn trong mạch. Q13 Vd Q11 V Q1 Lf d A Q13 Q12 Vd Q1 Q3 Q2 Q3 B D D 1 2 L R f t Q21 Rt Q Vd Q C N 0 A B 23 V D4 D3 Vd d Q Q Q4 23 Q22 2 Q4 (a) (b) (c) Hình 1.1: Các cấu hình nghịch lưu hình T Các cấu hình nghịch lưu đa bậc trong trên đều có ưu điểm riêng. Tuy nhiên, các cấu hình này đều có chung các hạn chế sau:  Thứ nhất là điện áp xoay chiều ngõ ra luôn nhỏ hơn điện áp nguồn một chiều cung cấp. Trang 2
18. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Thứ hai là các khóa bán dẫn trên cùng một nhánh không thể đóng đồng thời được vì lúc đó xảy ra tình trạng ngắn mạch nguồn áp một chiều làm hư hỏng thiết bị.  Và cuối cùng là việc tạo ra khoảng thời gian chết trong quá trình chuyển mạch của các khóa bán dẫn này cũng làm tăng độ méo dạng áp. Đối với những nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo như pin mặt trời (PV), pin nhiên liệu (fuel cell) , điện áp ngõ ra của các dạng năng lượng này là điện một chiều có giá trị điện áp thấp, không ổn định phụ thuộc theo thời gian, môi trường làm việc. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo này để chuyển đổi thành điện xoay chiều 220V/380V, đòi hỏi điện áp một chiều trước khi đưa vào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn hơn 310 Vdc (giá trị điện áp đỉnh của 220 Vac). Điện áp một chiều có giá trị lớn có thể thực hiện bằng cách mắc nối tiếp các tấm pin điện áp thấp với nhau, đồng nghĩa với số lượng pin phải nhiều, lắp đặt trên diện tích rộng lớn. Điều này chỉ thích hợp với hệ thống công suất lớn. Với những hệ thống công suất nhỏ, để tạo ra điện xoay chiều 220V/380 từ nguồn điện áp thấp, người ta thường dùng:  Một là dùng máy biến áp tần số thấp (50Hz) để tăng điện áp xoay chiều ngõ ra.  Hai là dùng bộ tăng áp điện một chiều (dc-dc boost converter) phía trước mạch nghịch lưu. Phương pháp thứ hai dùng bộ tăng áp dc-dc hiện đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên nó cũng có một vài nhược điểm như là sử dụng hai bộ biến đổi (dc-dc và dc-ac) làm tăng kích thước, giảm hiệu suất của toàn hệ thống, thêm bộ tăng áp dc-dc sẽ làm tăng giá thành, thêm các thiết bị điều khiển đóng ngắt (IGBT, MOSFET ) và mạch lái để điều khiển các thiết bị đóng ngắt này. Năm 2003, giáo sư Peng từ Đại học Zhenjang Trung Quốc đưa ra cấu hình nghịch lưu nguồn Z [5] với nhiều ưu điểm hơn so với cấu hình tăng áp khác như là:  Có khả năng tăng áp, giảm áp với một chặng chuyển đổi duy nhất (dc-ac);  Cho phép cả hai khóa bán dẫn trên cùng một nhánh đóng cùng lúc. Do đó thời gian chết tạo ra trong quá trình chuyển mạch giữa các khóa được loại bỏ. Trang 3
19. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Với những ưu điểm đó, cấu hình nghịch lưu nguồn Z đang được rất nhiều các nhà khoa học nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. Điển hình như là các cấu hình tăng áp mới được phát triển từ nguồn Z: cấu hình tăng áp tăng cường cho nguồn Z [6], cấu hình Quasi Z-source [7], cấu hình Quasi switch boost [8], cấu hình TZ-source [9]; Các ứng dụng của nguồn Z trong điều khiển động cơ [10]-[11] hay các cấu hình ghép nối giữa nghịch lưu đa bậc với nguồn Z nhằm tận dụng được những ưu điểm của nguồn Z như là: cấu hình kết hợp nghịch lưu NPC ba pha với nguồn Z [12], nguồn Z kết hợp với cấu hình cầu H ghép tầng (cascade) [13]-[14], cấu hình nguồn Z với nghịch lưu ma trận [15]. Nắm bắt được xu hướng nghiên cứu của thế giới trong lĩnh vực nghịch lưu, đề tài đề xuất cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T nhằm giảm số lượng các khóa bán dẫn đồng thời tận dụng các ưu điểm của bộ nghịch lưu nguồn Z để khắc phục các hạn chế của bộ nghịch lưu hình T. Dựa trên cấu hình đề xuất, các giải thuật tạo xung điều khiển cho bộ nghịch lưu cũng được đề xuất. 1.2. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu cấu hình nghịch lưu hình T và nghịch lưu nguồn Z, từ đó đề xuất cấu hình kết nối giữa hai cấu hình trên nhằm tạo ra bộ nghịch lưu một pha năm bậc mới có số lượng khóa bán dẫn ít hơn các cấu hình nghịch lưu truyền thống và khắc phục được các hạn chế của nghịch lưu hình T. 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Để đạt mục đích trên, đề tài có các nhiệm vụ sau:  Tìm hiểu cấu hình nghịch lưu hình T và cấu hình nghịch lưu nguồn Z  Đề xuất cấu hình nghịch lưu một pha năm bậc nguồn Z hình T  Đề xuất các kỹ thuật điều chế xung PWM kết hợp với xung ngắn mạch cho cấu hình mới.  Ứng dụng bộ điều khiển PID để điều khiển ổn định điện áp ngõ ra cho cấu hình nghịch lưu đề xuất. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Trang 4
20. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu về các bộ nghịch lưu, mạch tăng áp và các giải thuật điều khiển từ các tạp chí khoa học, các hội nghị chuyên môn, các bài báo nghiên cứu công bố trên thư viện điện tử IEEEXPLORE, springer  Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế PWM để điều khiển mạch nghịch lưu tăng áp.  Ứng dụng các kỹ thuật điều chế xây dựng mô hình mô phỏng và thuật toán điều khiển sử dụng phần mềm chuyên dụng Psim để mô phỏng cho bộ nghịch lưu tăng áp một pha  Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng Code Composer Studio với vi mạch TMS320F28335 của tập đoàn Texas Instruments kết hợp với vi mạch FPGA Cyclone II EP2C5T144 trên phần mềm Quartus II và được kiểm chứng bằng thực tế.  Các thực nghiệm được thực hiện trên mô hình vật lý với các thiết bị đo hiện đại của hãng Tektronic và Hioki, so sánh với kết quả mô phỏng. 1.5. Điểm mới của đề tài Đề tài đã đề xuất một cấu hình nghịch lưu mới nhằm sử dụng ít các khóa bán dẫn hơn các cấu hình nghịch lưu truyền thông, đồng thời khắc phúc được các hạn chế của bộ nghịch lưu hình T như giải quyết được hạn chế trong việc tăng áp ngõ ra, cho phép hoạt động ở chế độ ngắn mạch. 1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài  Đề tài có thể ứng dụng trong hệ thống pin năng lượng mặt trời (PV), pin nhiên liệu (fuel cell) hay điện gió, nơi mà cần chuyển đổi điện một chiều biên độ thấp thành điện xoay chiều điện thế cao, hoặc dùng trong các nhà thông minh sử dụng pin năng lượng mặt trời thay thế cho điện lưới khi mất điện  Nghiên cứu làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành điện và điện tử, đặc biệt trong lĩnh vực điện tử công suất. Trang 5