Boä bieán taàn tröïc tieáp (cycloconverter)

Boä bieán taàn tröïc tieáp-Cycloconverter, taïo neân ñieän aùp xoay chieàu ôû ngoõ ra vôùi trò hieäu duïng vaø taàn soá ñieàu khieån ñöôïc. Nguoàn ñieän aùp xoay chieàu vôùi taàn soá vaø bieân ñoä khoâng ñoåi cung caáp naêng löôïng cho boä bieán taàn naøy.

Boä bieán taàn tröïc tieáp duøng ñeå ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñoäng cô ñieän xoay chieàu.

Theo quaù trình chuyeån maïch, boä bieán taàn tröïc tieáp ñöôïc phaân bieät laøm hai loaïi: boä bieán taàn coù quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc vaø boä bieán taàn coù quaù trình chuyeån maïch cöôõng böùc.

Boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch cöôõng böùc chöùa caùc linh kieän töï chuyeån maïch nhö GTO, transistor. Chuùng ñöôïc trình baøy veà nguyeân lyù hoaït ñoäng trong chöông boä bieán ñoåi ma traân (Matrix conveter).

Boä bieán taàn vôùi quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc ñöôïc söû duïng nhieàu trong coâng nghieäp. Tính phuï thuoäc ôû ñaây bieåu hieän khaû naêng ngaét doøng ñieän qua linh kieän thöïc hieän nhôø taùc duïng cuûa ñieän aùp nguoàn xoay chieàu hoaëc söùc ñieän ñoäng xoay chieàu cuûa taûi. Do ñoù, maïch chæ caàn trang bò thyristor thoâng thöôøng. Vôùi taûi coâng suaát lôùn, vieäc söû duïng linh kieän chuyeån maïch töï nhieân nhö SCR coù yù nghóa raát quan troïng vì hieäu quaû kinh teá cuûa thieát bò.

Do phuï thuoäc vaøo ñieän aùp xoay chieàu cuûa nguoàn neân taàn soá ñieän aùp ôû ngoõ ra bò giôùi haïn ôû möùc thaáp hôn taàn soá ñieän aùp nguoàn. Boä bieán taàn naøy ñöôïc öùng duïng trong caùc truyeàn ñoäng ñoäng cô coâng suaát lôùn toác ñoä chaäm.

5.3.2. Boä bieán taàn tröïc tieáp moät pha

* Phaân tích hoaït ñoäng boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc ñieän aùp nguoàn xoay chieàu

Sô ñoà caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.

Xeùt boä bieán taàn tröïc tieáp moät pha treân hình veõ H5.61.

Boä bieán taàn coù caáu taïo cuûa boä chænh löu keùp. Do ñoù, phaân tích hoaït ñoäng vaø phöông phaùp ñieàu khieån boä bieán taàn gioáng nhö boä chænh löu keùp. Ñieàu khaùc bieät so vôùi chöùc naêng cuûa boä chænh löu keùp laø boä bieán taàn coù quaù trình ñieän aùp treân taûi - töùc ñieän aùp chænh löu ñoåi daáu moät caùch lieân tuïc vaø tuaàn hoaøn.

Sô ñoà ñieàu khieån boä bieán taàn tröïc tieáp theo phöông phaùp ñieàu khieån rieâng ñöôïc veõ minh hoïa treân hình H5.63. Maïch logic lieân quan ñeán caùc tín hieäu ñöôïc moâ taû keøm theo baûng B5. Quaù trình ñieän aùp vaø doøng ñieän caùc phaàn töû maïch ñöôïc veõ treân hình H5.62a.

Theo ñoù, toàn taïi moät khoaûng thôøi gian doøng taûi baèng zero khi noù thöïc hieän ñoåi daâu töø döông sang aâm vaø ngöôïc laïi.

Ñoà thò ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi cuõng nhö ñoà thò caùc doøng ñieän thaønh phaàn ñi qua caùc boä chænh löu tia 3 xung trong tröôøng hôïp ñieàu khieån ñoàng thôøi cac boä chænh löu ñöôïc veõ treân hình H5.62b. Ñieän aùp taûi xoay chieàu taïo thaønh coù theå phaân tích thaønh soùng haøi cô baûn coù taàn soá baèng taàn soá yeâu caàu cuûa aùp taûi vaø caùc soùng baäc cao vôùi taàn soá phuï thuoäc vaøo soá xung ñieän aùp chænh löu.

Chaát löôïng ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi ñöôïc caûi thieän roõ reät vôùi boä chænh löu nhieàu xung, ví duï tröôøng hôïp cycloconverter goàm caùc boä chænh löu caàu ba pha taïo neân coù daïng soùng ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi cho treân hình H5.64.

Quan heä giöõa ñieän aùp ñieàu khieån vaø ñieän aùp taûi.

Ñieän aùp ñieàu khieån cho moãi taûi nghòch löu coù theå choïn daïng sin (hoaëc daïng chöõ nhaät, daïng hình thang....). Ñieän aùp ñieàu khieån vaø soùng haøi cô baûn cuûa aùp taûi coù taàn soá baèng nhau vaø bieân ñoä tæ leä vôùi nhau.

Ta giaû thieát raèng, chu kyø aùp ñieàu khieån lôùn hôn nhieàu so vôùi chu kyø aùp chænh löu (söû duïng boä chænh löu 24,36....xung ). Do doù, coù theå xem quaù trình aùp ñieàu kh ieån khoâng thay ñoåi trong chu kyø ñang xeùt, töông töï nhö vaäy soùng haøi cô baûn ñieän aùp cuûa taûi taïo thaønh coù ñoä lôùn khoâng ñoåi trong chu kyø ñang xeùt vaø baèng chính trò trung bình ñieän aùp chænh löu.

Ñieàu naøy coù nghóa laø trò töùc thôøi cuûa soùng haøi cô baûn cuûa aùp ra laø trò trung bình ñieän aùp chænh löu taïi thôøi ñieåm ñang xeùt.

Goïi: - u_t(1) laø soùng haøi cô baûn cuûa ñieän aùp taûi

- u_ñk laø haøm soùng ñieàu khieån

- U_d0...trò trung bình ñieän aùp chænh löu khi goùc ñieàu khieån baèng 0

- U_pM bieân ñoä ñieän aùp ñoàng boä daïng raêng cöa hoaëc daïng cosin

Neáu aùp ñieàu khieån daïng sin coù bieân ñoä laø U_ñkM vaø taàn soá ω:

U_ñk = UñkM.sin(ωt)

Ñieän aùp taûi coù soùng haøi cô baûn thay ñoåi theo heä thöùc:

Khi soùng ñieàu khieån coù bieân ñoä baèng bieân ñoä soùng raêng cöa, soùng haøi cô baûn cuûa aùp taûi coù bieân ñoä baèng Ud0.

Boä bieán taàn tröïc tieáp coù caùc caáu hình daïng ñaày ñuû, ñoái xöùng (H5.65a,b), trong ñoù phuï thuoäc kieåu ñaáu cuûa nguoàn, ta phaân bieät caáu truùc söû duïng chung nguoàn töø moät cuoän thöù caáp maùy bieán aùp vaø caáu truùc coù nguoàn rieâng cho töøng pha taûi. Caáu truùc coù chung cuoän thöù caáp maùy bieán aùp ñoøi hoûi maïch taûi ba pha coù ñieåm trung tính ñeå hôõ . Neáu caùc pha taûi khoâng theå phaân caùch ñoäc laäp, coù theå söû duïng caáu truùc maïch bieán taàn tröïc tieáp coù nguoàn rieâng (H5.65b). Vôùi caáu truùc maïch bieán taàn hình H5.65b söû duïng nguoàn chung, khi thöïc hieän chuyeån maïch caùc linh kieän nhoùm nöûa treân cuûa maïch caàu, hieän töôïng ngaén maïch nguoàn coù theå xaûy ra.

Boä bieán taàn tröïc tieáp ba pha coù quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc aùp nguoàn xoay chieàu.

Caùc caáu truùc tieát kieäm linh kieän seõ taïo neân söï khoâng ñoái xöùng cuûa caùc nhaùnh linh kieän. Hai daïng bieán taàn tröïc tieáp khoâng ñoái xöùng ñöôïc veõ minh hoïa treân hình H5.65c vaø H5.65d.

Treân hình H5.66 veõ sô ñoà maïch coâng suaát boä bieán taàn tröïc tieáp goàm caùc boä chænh löu tia ba pha vôùi nguoàn chung. Caùc boä chænh löu keùp coù theå ñöôïc ñieàu khieån theo phöông phaùp rieâng leû hoaëc ñoàng thôøi (coù doøng caân baèng). Tuy nhieân, vieäc söû duïng chung nguoàn treân trong thöïc teá seõ coù nhöõng khoù khaên do quaù trình chuyeån maïch trong töøng nhoùm boä chænh löu taïo neân. Do ñoù, vôùi yeâu caàu chaát löôïng cao, caùc boä chænh löu cho töøng pha taûi seõ ñöôïc ñaáu vaøo töøng pha nguoàn caùch ly rieâng (hình H5.65b).

Taàn soá haøi cô baûn cuûa cô baûn cuûa ñieän aùp ra f2 cho bôûi heä thöùc:

vôùi: l laø toång soá xung aùp chænh löu chöùa trong nöûa chu kyø aùp taûi m laø soá pha f1 laø taàn soá aùp nguoàn xoay chieàu

Neáu boä bieán taàn do caùc boä chænh löu keùp maïch tia ba pha taïo thaønh, ta coù: f_2max ≈ 0,43 f₁ (thöïc teá söû duïng ñeán giôùi haïn f₁ / 3) vaø trong tröôøng hôïp do caùc boä chænh löu keùp maïch caàu ba pha taïo thaønh, ta coù: f_2max=0,6 f₁ (thöïc teá khoaûng f₁/2 )

Öu ñieåm cuûa boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc ñieän aùp nguoàn laø maïch chæ caàn thyristor thoâng thöôøng. Neáu soá xung aùp chænh löu lôùn, daïng aùp treân taûi coù daïng gaàn nhö sin. Toån hao phaùt sinh do ñoùng ngaét linh kieän thaáp, boä bieán taàn khoâng caàn maïch loïc trung gian neân coù hieäu suaát cao.

Neáu söï coá xaûy ra trong quaù trình chuyeån maïch ôû moät pha naøo ñoù, boä bieán taàn vaãn tieáp tuïc hoaït ñoäng bình thöôøng duø löôùi ñieän bò bieán daïng. Boä bieán taàn coù khaû naêng laøm vieäc ôû taàn soá thaáp.

Khuyeát ñieåm cuûa maïch laø soá linh kieän söû duïng nhieàu vaø do ñoù maïch ñieàu khieån phöùc taïp. Do boä bieán taàn laøm vieäc treân nguyeân lyù ñieàu khieån pha cuûa boä chænh löu neân heä soá coâng suaát thaáp.

Sô ñoà maïch coâng suaát gioáng nhö treân hình H5.65, tuy nhieân phöông caùch ñieàu khieån linh kieän SCR khaùc bieät.

Boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc coù theå cho ñieän aùp taûi vôùi taàn soá cao hôn taàn soá nguoàn aùp xoay chieàu neáu ñieän aùp chuyeån maïch laáy töø ñieän aùp cuûa taûi. Trong tröôøng hôïp naøy, taûi coù tính dung khaùng, chaúng haïn ñoäng cô ñoàng boä kích töø dö.

Caùc boä chænh löu keùp A,B,C ñöôïc ñieàu khieån ñeå taïo doøng ñieän qua taûi daïng 6 böôùc. Do ñoù, taïi moãi thôøi ñieåm, chæ toàn taïi doøng ñieän qua hai nhaùnh thyristor trong caùc boä chænh löu, chaúng haïn doøng qua moät thyristor nhoùm A⁺ vaø moät thyristor nhoùm B⁻ - Traïng thaùi (A⁺ B^-) . Söï thay ñoåi vai troø daãn ñieän giöõa caùc nhoùm taïo neân caùc traïng thaùi maïch

U_VB1 = U_t1 - U_t2 (giaû söû boû qua aùp treân caùc cuoän khaùng caân baèng).

Khi U_VB1 > 0 : xung kích ñoùng seõ laøm B₁ ñoùng.

Do ñieän aùp chuyeån maïch cuûa A₁ cuõng chính laø aùp khoùa treân thyristor B₁ phuï thuoäc vaøo ñieän aùp caùc pha taûi neân quaù trình chuyeån maïch ôû ñaây ñöôïc goïi laø quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc vaøo aùp taûi.

Khi ñieän aùp treân taûi nhoû (chaúng haïn ñoäng cô chaïy vôùi vaän toác chaäm), ñieän aùp chuyeån maïch khoâng ñuû tin caäy, vieäc kích ñoùng vaø ngaét thyristor coù theå döïa vaøo ñieän aùp nguoàn xoay chieàu. Luùc ñoù, quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc aùp nguoàn xoay chieàu. Ví duï ñeå ngaét doøng ñieän ñang daãn qua thyristor A1 cuûa nhoùm A+ vaø ñoùng thyristor B3 cuûa nhoùm B+ , xung kích ñöa vaøo B3 taïi thôøi ñieåm maø ñieän aùp treân U_B3 döông töùc laø:

U_B3 = U₃ - U₁ + U_t1 - U_t2 ≈ U₃ - U₁ > 0 (do U_t1, U_t2 nhoû )

3. 
   So saùnh boä bieán taàn tröïc tieáp vaø boä bieán taàn giaùn tieáp
   

Daïng cuûa soùng ñieän aùp ra: thuaän lôïi hôn trong tröôøng hôïp boä bieán taàn tröïc tieáp, ñoái vôùi chuùng, ta coù theå duøng caùc maïch ñieàu khieån ñôn giaûn ñeå ñaït ñöôïc daïng doøng ñieän taûi gaàn nhö hình sin.

Phöông phaùp chuyeån maïch: raát thuaän tieän trong tröôøng hôïp boä bieán taàn tröïc tieáp.

Do taùc duïng cuûa quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc beân ngoaøi trong caùc boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch phuï thuoäc, ta coù theå ñaït coâng suaát raát lôùn haøng chuïc MW so vôùi tröôøng hôïp boä bieán taàn giaùn tieáp vôùi quaù trình chuyeån maïch ñoäc laäp (khoaûng ñôn vò MW). Quaù trình chuyeån maïch ñoäc laäp cuûa caùc boä bieán taàn giaùn tieáp ñoøi hoûi ít chi tieát baùn daãn so vôùi tröôøng hôïp boä bieán taàn tröïc tieáp. Chaúng haïn, boä bieán taàn giaùn tieáp ba pha goàm 12 thyristor chính vaø caùc boä chuyeån maïch. Boä bieán taàn tröïc tieáp ba pha goàm caùc boä chænh löu 6 xung ñoøi hoûi ñeán 36 thyristor Heä soá coâng suaát: toát nhaát trong boä bieán taàn giaùn tieáp söû duïng phöông phaùp ñieàu khieån ñoä xung roäng cuûa ñieän aùp ra (PWM).

Boä nghòch löu coù nhieäm vuï chuyeån ñoåi naêng löôïng töø nguoàn ñieän moät chieàu khoâng ñoåi sang daïng naêng löôïng ñieän xoay chieàu ñeå cung caáp cho taûi xoay chieàu.

Ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån ôû ngoõ ra laø ñieän aùp hoaëc doøng ñieän. Trong tröôøng hôïp ñaàu, boä nghòch löu ñöôïc goïi laø boä nghòch löu aùp vaø tröôøng hôïp sau laø boä nghòch löu doøng.

Nguoàn moät chieàu cung caáp cho boä nghòch löu aùp coù tính chaát nguoàn ñieän aùp vaø nguoàn cho boä nghòch löu doøng coù tính nguoàn doøng ñieän. Caùc boä nghòch löu töông öùng ñöôïc goïi laø boä nghòch löu aùp nguoàn aùp vaø boä nghòch löu doøng nguoàn doøng hoaëc goïi taét la øboä nghòch löu aùp vaø boä nghòch löu doøng.

Trong tröôøng hôïp nguoàn ñieän ôû ñaàu vaøo vaø ñaïi löôïng ôû ngoõ ra khoâng gioáng nhau, ví duï boä nghòch löu cung caáp doøng ñieän xoay chieàu töø nguoàn ñieän aùp moät chieàu, ta goïi chuùng laø boä nghòch löu ñieàu khieån doøng ñieän töø nguoàn ñieän aùp hoaëc boä nghòch löu doøng nguoàn aùp.

Caùc boä nghòch löu taïo thaønh boä phaän chuû yeáu trong caáu taïo cuûa boä bieán taàn. ÖÙùng duïng quan troïng vaø töông ñoái roäng raõi cuûa chuùng nhaèm vaøo lónh vöïc truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô xoay chieàu vôùi ñoä chính xaùc cao. Trong lónh vöïc taàn soá cao, boä nghòch löu ñöôïc duøng trong caùc thieát bò loø caûm öùng trung taàn, thieát bò haøn trung taàn. Boä nghòch löu coøn ñöôïc duøng laøm nguoàn ñieän xoay chieàu cho nhu caàu gia ñình, laøm nguoàn ñieän lieân tuïc UPS, ñieàu khieån chieáu saùng, boä nghòch löu coøn ñöôïc öùng duïng vaøo lónh vöïc buø nhuyeãn coâng suaát phaûn khaùng.

Caùc taûi xoay chieàu thöôøng mang tính caûm khaùng (ví duï ñoäng cô khoâng ñoàng boä, loø caûm öùng), doøng ñieän qua caùc linh kieän khoâng theå ngaét baèng quaù trình chuyeån maïch töï nhieân.

Do ñoù, maïch boä nghòch löu thöôøng chöùa linh kieän töï kích ngaét ñeå coù theå ñieàu khieån quaù trình ngaét doøng ñieän.

Trong caùc tröôøng hôïp ñaëc bieät nhö maïch taûi coäng höôûng, taûi mang tính chaát dung khaùng (ñoäng cô ñoàng boä kích töø dö ), doøng ñieän qua caùc linh kieän coù theå bò ngaét do quaù trình chuyeån maïch töï nhieân phuï thuoäc vaøo ñieän aùp nguoàn hoaëc phuï thuoäc vaøo ñieän aùp maïch taûi.

Khi ñoù, linh kieän baùn daãn coù theå choïn laø thyristor (SCR).

Boä nghòch löu aùp cung caáp vaø ñieàu khieån ñieän aùp xoay chieàu ôû ngoõ ra. Trong caùc tröôøng hôïp khaûo saùt döôùi ñaây ta xeùt boä nghòch löu aùp vôùi quaù trình chuyeån maïch cöôõng böùc söû duïng linh kieän coù khaû naêng ñieàu khieån ngaét doøng ñieän.

Nguoàn ñieän aùp moät chieàu coù theå ôû daïng ñôn giaûn nhö acquy, pin ñieän hoaëc ôû daïng phöùc taïp goàm ñieän aùp xoay chieàu ñöôïc chænh löu vaø loïc phaúng.

Linh kieän trong boä nghòch löu aùp coù khaû naêng kích ñoùng vaø kích ngaét doøng ñieän qua noù, töùc ñoùng vai troø moät coâng taéc. Trong caùc öùng duïng coâng suaát nhoû vaø vöøa, coù theå söû duïng transistor BJT, MOSFET, IGBT laøm coâng taéc vaø ôû phaïm vi coâng suaát lôùn coù theå söû duïng GTO, IGCT hoaëc SCR keát hôïp vôùi boä chuyeån maïch.

Vôùi taûi toång quaùt, moãi coâng taéc coøn trang bò moät diode maéc ñoái song vôùi noù. Caùc diode maéc ñoái song naøy taïo thaønh maïch chænh löu caàu khoâng ñieàu khieån coù chieàu daãn ñieän ngöôïc laïi vôùi chieàu daãn ñieän cuûa caùc coâng taéc. Nhieäm vuï cuûa boä chænh löu caàu diode laø taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho quaù trình trao ñoåi coâng suaát aûo giöõa nguoàn moät chieàu vaø taûi xoay chieàu, qua ñoù haïn cheá quaù ñieän aùp phaùt sinh khi kích ngaét caùc coâng taéc.

6.2.1. Boä nghòch löu aùp moät pha

Boä nghòch löu aùp moät pha daïng maïch caàu (coøn goïi laø boä nghòch löu daïng chöõ H) (hình H5.1a) chöùa 4 coâng taéc vaø 4 diode maéc ñoái song.

Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc vaø ñoà thò aùp taûi ñöôïc veõ treân hình 5.1b.

Boä nghòch löu cuõng coù theå maéc döôùi daïng maïch tia (hình H5.2).

Maïch goàm hai coâng taéc vaø hai diode maéc ñoái song vôùi chuùng. Maïch taûi vaø ngoõ ra cuûa boä nghòch löu caùch ly qua maùy bieán aùp vôùi cuoän sô caáp phaân chia. Phía Trong tröôøng hôïp khoâng söû duïng maùy bieán aùp caùch ly phía taûi, nguoàn ñieän aùp moät chieàu caàn thieát keá vôùi nuùt phaân theá ôû giöõa (hình H5.3), ñaây laø daïng maïch nghòch löu aùp nöûa caàu.

Trong thöïc teá maïch boä nghòch löu aùp ba pha chæ gaëp ôû daïng maïch caàu (hình H5.4a)

Maïch chöùa 6 coâng taéc S1,S2....S6 vaø 6 diode ñoái song D1,D2....D6.

Taûi ba pha coù theå maéc ôû daïng hình sao (H5.4b) hoaëc tam giaùc (H5.4c).

Caùc boä nghòch löu vöøa ñöôïc moâ taû ôû phaàn 5.1.1 vaø 5.1.2 chöùa 2 khoùa baùn daãn (IGBT) treân moãi nhaùnh pha taûi. Chuùng ñöôïc goïi chung laø loïai nghòch löu aùp 2 baäc (two- level VSI), ñöôïc aùp duïng roäng raõi trong phaïm vi coâng suaát vöøa vaø nhoû. Khaùi nieäm hai baäc xuaát phaùt töø quaù trình ñieän aùp giöõa ñaàu moät pha taûi (vò trí 1,2,3) ñeán moät ñieåm ñieän theá chuaån treân maïch dc (ñieåm 0) (pole to phase voltage) thay ñoåi giöõa hai baäc giaù trò khaùc nhau, ví duï khi choïn ñieåm coù ñieän theá chuaån laø taâm nguoàn dc thì ñieän aùp töø pha taûi ñeán taâm nguoàn thay ñoåi giöõa (+U/2) vaø (-U/2) trong quaù trình ñoùng ngaét caùc linh kieän. Boä nghòch löu aùp 2 baäc coù nhöôïc ñieåm laø taïo ñieän aùp cung caáp cho cuoän daây ñoäng cô vôùi ñoä doác (dV/dt) khaù lôùn vaø gaây ra moät soá vaán ñeà khoù khaên bôûi toàn taïi traïng thaùi khaùc zero cuûa toång ñieän theá töø caùc pha ñeán taâm nguoàn dc (common-mode voltage) (xem daïng ñieän aùp uNO). Boä nghòch löu aùp ña baäc ñöôïc phaùt trieån ñeå giaûi quyeát caùc vaán ñeà gaây ra neâu treân cuûa boä nghòch löu aùp 2 baäc vaø thöôøng ñöôïc söû duïng cho caùc öùng duïng ñieän aùp cao vaø coâng suaát lôùn.

Öu ñieåm cuûa boä nghòch löu aùp ña baäc: coâng suaát cuûa boä nghòch löu aùp taêng leân; ñieän aùp ñaët leân caùc linh kieän bò giaûm xuoáng neân coâng suaát toån hao do quaù trình ñoùng ngaét cuûa linh kieän cuõng giaûm theo; vôùi cuøng taàn soá ñoùng ngaét, caùc thaønh phaàn soùng haøi baäc cao cuûa ñieän aùp ra giaûm nhoû hôn so vôùi tröôøng hôïp boä nghòch löu aùp hai baäc.

Ñoái vôùi taûi coâng suaát lôùn, ñieän aùp cung caáp cho caùc taûi coù theå ñaït giaù trò töông ñoái lôùn,

Caùc caáu hình cô baûn cuûa boä nghòch löu aùp ña baäc:

Caáu hình daïng cascade (Cascade inverter):[28],[48] -hình H5.5b, söû duïng caùc nguoàn dc rieâng, thích hôïp söû duïng trong tröôøng hôïp nguoàn dc coù saün ví duï döôùi daïng acquy, battery. Cascade inverter goàm nhieàu boä nghòch löu aùp caàu moät pha gheùp noái tieáp, caùc boä nghòch löu aùp daïng caàu moät pha naøy coù caùc nguoàn DC rieâng.

Baèng caùch kích ñoùng caùc linh kieän trong moãi boä nghòch löu aùp moät pha, 3 möùc ñieän aùp (-U,0,U) ñöôïc taïo thaønh. Söï keát hôïp hoïat ñoäng cuûa n boä nghòch löu aùp treân moät nhaùnh pha taûi seõ taïo neân n khaû naêng möùc ñieän aùp theo chieàu aâm (-U,-2U,-3U,..,-nU), n khaû naêng möùc ñieän aùp theo chieàu döông (U,2U,3U,..,nU) vaø möùc ñieän aùp 0. Nhö vaäy, boä nghòch löu aùp daïng cascade goàm n boä nghòch löu aùp moät pha treân moãi nhaùnh seõ taïo thaønh boä nghòch löu (2n+1) baäc.

Taàn soá ñoùng ngaét trong moãi modul cuûa daïng maïch naøy coù theå giaûm ñi n laàn vaø dv/dt cuõng giaûm ñi nhö vaäy. Ñieän aùp treân aùp ñaët leân caùc linh kieän giaûm ñi 0,57n laàn. Cho pheùp söû duïng linh kieän IGBT ñieän aùp thaáp.

Ngoaøi daïng maïch goàm caùc boä nghòch löu aùp moät pha, maïch nghòch löu aùp ña baäc coøn coù daïng gheùp töø ngoõ ra cuûa caùc boä nghòch löu aùp 3 pha (H5.5c). Caáu truùc naøy cho pheùp giaûm dv/dt vaø vaø taàn soá ñoùng ngaét coøn 1/3. Maïch cho pheùp söû duïng caùc caáu hình nghòch löu aùp ba pha chuaån. Maïch nghòch löu ñaït ñöôïc söï caân baèng ñieän aùp caùc nguoàn dc, khoâng toàn taïi doøng caân baèng giöõa caùc module. Tuy nhieân, caáu taïo maïch ñoøi hoûi söû duïng caùc maùy bieán aùp ngoõ ra.

Caáu hình nghòch löu chöùa caëp diode keïp: (Neutral point Clamped Multilevel Inverter (NPC) hoaëc- diode clamped multilevel inverter):-hình H5.5a, söû duïng thích hôïp khi caùc nguoàn dc taïo neân töø heä thoáng ñieän ac. Boä nghòch löu ña baäc chöùa caùc caëp diode keøm coù moät maïch nguoàn DC ñöôïc phaân chia thaønh moät soá caáp ñieän aùp nhoû hôn nhôø chuoãi caùc tuï ñieän maéc noái tieáp.

Giaû söû nhaùnh maïch dc goàm n nguoàn coù ñoä lôùn baèng nhau maéc noái tieáp. Ñieän aùp pha – nguoàn dc coù theå ñaït ñöôïc (n+1) giaù trò khaùc nhau vaø töø ñoù boä nghòch löu ñöôïc goïi laø boä nghòch löu aùp (n+1) baäc. Ví duï choïn möùc ñieän theá 0 ôû cuoái daõy nguoàn, caùc möùc ñieän aùp coù theå ñaït ñöôïc goàm (0,U,2U,.,nU). Ñieän aùp töø moät pha taûi (ví duï pha a) thoâng ñeán moät vò trí baát kyø treân maïch dc (ví duï M) nhôø caëp diode keïp taïi ñieåm ñoù (ví duï D1, D1’). Ñeå ñieän aùp pha- nguoàn dc ñaït ñöôïc möùc ñieän aùp neâu treân (ua0=U), taát caû caùc linh kieän bò “keïp” giöõa hai diode (D1, D1’) –goàm n linh kieän noái tieáp lieân tuïc keà nhau, phaûi ñöôïc kích ñoùng (ví duï S1, S5’,S4’,S3’,S2’), caùc linh kieän coøn laïi seõ bò khoùa theo qui taéc kích ñoái nghòch. Töông öùng vôùi 6 tröôøng hôïp kích ñoùng linh kieän “bò keïp” giöõa 6 caëp diode (hai caëp diode “keïp” ôû hai vò trí bieân laø tröôøng hôïp ñaëc bieät), ta thu ñöôïc 6 möùc ñieän aùp pha- nguoàn dc : 0,U,2U,..,5U. Vì coù khaû naêng taïo ra 6 möùc ñieän aùp pha- nguoàn dc neân maïch nghòch löu treân hình H5.5a coøn goïi laø boä nghòch löu 6 baäc.

Daïng maïch nghòch löu aùp ña baäc duøng caëp diode keïp caûi tieán daïng soùng ñieän aùp taûi vaø giaûm shock ñieän aùp treân linh kieän n laàn. Vôùi boä nghòch löu ba baäc, dv/dt treân linh kieän vaø taàn soá ñoùng ngaét giaûm ñi moät nöûa. Tuy nhieân vôùi n>3, möùc ñoä chòu gai aùp treân caùc diode seõ khaùc nhau. Ngoaøi ra, caân baèng ñieän aùp giöõa caùc nguoàn dc (aùp treân tuï) trôû neân khoù khaên, ñaëc bieät khi soá baäc lôùn.