بخشی از مقاله
طراحي وشبيه سازي اينورترهاي ٣ سطحي ،٥ سطحي و ٧ سطحي
چکيده :
در اين مقاله نحوه کليد زني اينورترهاي چند سطحي توضيح داده شده است . نحوه قرار گرفتن ديودها ، خازنها و کليدها در اينورتر چند سطحي با شماتيک آنها آمده است و مشاهده مي شود که با فرکانس کليد زني مناسب براي هر کليد چگونه سطوح ولتاژ مناسب توليد مي شود و همچنين نتايج شبيه سازي با استفاده از نرم افزار MATLAB مشاهده مي شود و چگونگي توليد ولتاژ سينوسي اينورترهاي ٣ سطحي ، ٥ سطحي و ٧ سطحي ، با فرکانس کليد زني دقيق نشان داده مي شود.
واژه هاي کليدي :
"اينورترهاي چند سطحي "، "کلمپ ديودي "،" پالس ژنراتور" ،" خازن لينک "
١- مقدمه
منظور از سطح در اينورترهاي چند سطحي تعداد سطوح قابل حصول در خروجي اينورتر مي باشد براي مثال اينورتر تمام پلي که در طرف ورودي ولتاژ VDC داشته باشد و بتواند در خروجي ولتاژهاي را توليد کند اينورتر ٥ سطحي ناميده مي شود. بطور خلاصه مي توان گفت که با توجّه به مزاياي زير اينورترهاي چند سطحي استفاده مي شوند.
١- کاهش فرکانس کليدزني با بالا بردن تعدادسطوح اينورتر
٢- محدود کردن ولتاژ معکوس روي سوئيچ ها باتقسيم ولتاژ
٣- کاهش مولفه هاي هارومونيکي ولتاژ خروجي اينورترهاي چند سطحي انواع مختلفي دارند از جمله اينورترهاي چند سطحي ١- باکلمپ ديودي ٢- با خازن شناور ٣- اينورترهاي چند سطحي متوالي [٥-٣-١]
در اينجا فقط نوع اينورتر چند سطحي با کلمپ ديودي را مورد بحث قرار مي دهيم .
٢- توپولوژي اينورتر چند سطحي از نوع کلمپ ديودي
توپولوژي کلمپ ديودي ، سطوح ولتاژي را که در حقيقت کسرهايي از ولتاژ منبع DC هستند بوسيله خازنهاي لينک تهيه کرده و به کمک ديودهاي کلمپ بر سر فازهاي اينورتر قرار ميدهد. در کلي ترين وضعيت براي اينورتر چند سطحي با کلمپ ديودي که داراي M سطح ولتاژ است (١-M)×٢ کليد و (٢ − M) ديود کلمپ در هر فاز وجود خواهد داشت . که براي فراهم نمودن تعداد M سطح ولتاژ به (١-M) خازن لينک نياز است براي سوئيچ کردن يکي از M سطح ولتاژ بايد (1-M) کليد که در مجاورت هم قرار دارند روشن باشد. براي مثال در يک اينورتر ٥ سطحي ٣ فاز ١٨ ديود کلمپ ٢٤ کليد و ٢٤ ديود استرداد و ٤ خازن لينک وجود دارد.[٤-٢-١]
٢-١- معرفي اينورتر ٣ سطحي کلمپ ديودي :
معمولترين کاربرد اينورتر چند سطحي را اينورتر ٣ سطحي تشکيل مي دهد کافي است تا در معادلات بالا ٣=M قرار داده شود. اين مدار شامل يک منبع DC ورودي ٢ خازن لينک ٦ ديود کلمپ و ١٢ کليد مي باشد. شکل ١ شماي کلي از يک اينورتر ٣ سطحي را نشان ميدهد. وظيفه ٢ خازن تهيه ٣ سطح ولتاژ است اگر منبع DC برابر VS باشد آنگاه اين ٣ سطح ولتاژ عبارت از است .
براي سادگي به آنها به ترتيب نمادهاي p ,o ,n داده مي شود. [١] در جدول ١ وضعيت همه ٤ کليد يک فاز براي آنکه هر کدام از ٣ وضعيت n,o, p ديده شود بدست مي آيد.
همانطور که در جدول ١ ديده مي شود براي در اختيار داشتن هر يک از سطوح ولتاژ از روشن کردن کليدهاي مجاور استفاده مي شود. در يک اينورتر ٣ سطحي که ٤ کليد در اختيار است ، براي دستيابي به هر يک از ٣ سطح ولتاژ از روشن کردن دو کليد مجاور استفاده مي شود. با روشن شدن دو کليد اول سطح ولتاژ p و با روشن شدن دو کليدآخر سطح ولتاژ N و با روشن بودن دو کليد وسط سطح ولتاژ o در اختيار خواهد بود.
براي طراحي اينورتر ٣ سطحي نياز داريم تا وضعيت روشن و خاموش بودن کليدها را براي داشتن سطح ولتاژ مناسب مورد بررسي قرار دهيم ، بنابراين طبق جدول ٢ وضعيت روشن و خاموش شدن کليدها به اينگونه است .
تاخير زماني پالس ژنراتور
اگر فرکانس کليدزني باشد هر سيکل ما ms٢ خواهد شد. بنابراين درصد روشن بودن کليدها مطابق جدول مي باشد. ولي با توجّه به وضعيت هر پريود ms٢٠ است پس در نتيجه هر واحد تأخير ما ms٥ است با توجّه به شکل پالسها ، کليد ٢، سه مرحله تأخير و کليد٣ ، يک مرحله تأخير و کليد ٤، دو مرحله تأخير نياز دارد. شکل ٢ به ترتيب شکل موج پالس ژنراتور ٣،٢،١و٤ ، شکل موج ولتاژ و جريان بار را براي يک اينورتر ٣ سطحي را نشان ميدهد.
شکل ٢: به ترتيب شکل موج پالس ژنراتور ٣،٢،١و٤ و شکل موج ولتاژ و جريان بار
٢-٢- طراحي اينوتر ٣ سطحي ٣ فاز :
همانطور که مي دانيم اينورتر٣ فاز مشابه به تک فاز مي باشد با اين تفاوت که براي فازهاي b ,c اينورتر ٣ فاز احتياج به تأخير داريم که براي فاز b برابر است با که بايد اين مقدار تأخير زماني به تک تک پالس ژنراتورهاي فاز b اضافه
