بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله با هدف کاهش تلفات کلیدزنی، ساختار چندسطحی جدیدی پیشنهاد شده که در مقایسه با سایر مبدلهای مورد بررسی، دارای تعداد کلید کمتر بوده و در نتیجه از پیچیدگی کمتری برخوردار است. برای ایجاد توزیع همگن در استفاده از منابع dc نیز، ساختار چندسطحی دیگری ارائه شده که از الگوی کلیدزنی ویژهای پیروی مینماید. هر دو ساختار پیشنهادی از نوع متقارن غیرماژولار هستند. راهبرد مدولاسیون در این مبدلها نیز از نوع SPWM با بهرهگیری از چند سیگنال کریر مثلثی است. تحلیلهای لازم برای بررسی کارایی ساختارهای فوق با استفاده از MATLAB/Simulink صورت پذیرفته است.
-1 مقدمه
مبدلهای چند سطحی به دلیل ایجاد ولتاژ نزدیکتر به سینوسی، THD کمتری در خروجی تولید مینمایند که این مزیت باعث شده تا ساختارهای چندسطحی به عنوان مبدلهایی مناسب جهت ات صال ریز شبکه به شبکه، مورد توجه قرار گیرند .[1] این مبدلها دارای انواع مختلفی بوده و از دیدگاههای گوناگون قابل د ستهبندی ه ستند. مبدلهای چند سطحی از نظر ساختار به دو دستهی ماژولار و غیرماژولار تقسیم شده و در هر دو دستهی فوق امکان استفاده از چندین منبع dc وجود دارد که در صورت برابری ا ندازهی ول تاژ در ه مهی م نابع، م بدل به عنوان مت قارن شناخته شده و در غیر این صورت نامتقارن نامیده می شود.
در [2] ساختار کلی مبدلهای چندسطحی ماژولار و تعدادی از واحدهای پایهی رایج در آنها نشان داده شده است. از جملهی معروفترین ساختارهای ماژولار میتوان به مبدل آب شاری تمام-پل یا CHB اشاره نمود. یک بررسی مقایسهای بین CHBهای مت قارن و غیرمت قارن در [3] و یک تحل یل ن تایج با اع مال نوع ویژهای از PWM در [4] بر روی ساختار CHB هفت سطحی نامتقارن انجام شده است.
در [5] نیز یک ساختار CHB نامتقارن 27 سطحی ارائه و تحلیل شده است. مطالعهی ساختار CHB پنج سطحی متقارن با اعمال دو روش مدولا سیون نیز در [6] صورت گرفته است. ساختارهای چند سطحی ماژولار متنوعی در مقالات پیشنهاد شده که [7] و [8] حاوی دو نمونه از آنها است. این ساختارها با ا ستفاده از چند منبع و با هدف کاهش تعداد کلیدها طراحی و پی شنهاد شدهاند.
مبدلهای غیرماژولار نیز دارای انواع پر کاربردی هست ند که به عنوان مشهورترین آن ها میتوان ساختارهای NPC و Flying Capacitor را نام برد. از این گروه نیز نمونههای متعددی در مقالات پی شنهاد شده که در [9] نمونهای از آن آورده شده است. اما در کار انجام شده؛ دو ساختار پیشنهادی با هدف کاهش کلیدها در اولین طرح آمده و در ادا مهی نیز برای ای جاد توزیع همگن در به کارگیری م نابع dc، توپولوژی مداری دیگری طراحی و پیشنهاد شده است.
-2 ساختاری برای کاهش کلیدها
شکل 1 مبدلی را نشان میدهد که به منظور کاهش تعداد کلیدها در [8] آمده است. در این مبدل ویژگیهای تعداد منابع m، تعداد کلید S، تعداد کلید روشن Son برای ساختار n سطحی به شکل زیر بوده و محدودیت ایجاد سطوح نیز توسط رابطهی - 4 - بیان شده است: این ساختار در میان مقالات گوناگون بررسی شده، دارای کمترین تعداد کلید بوده و با استفاده از هشت کلید قادر به ایجاد ولتاژ خروجی با هفت سطح است.
شکل 3 ساختار عمومی مبدل پیشنهادی با هدف کاهش تعداد کلیدها را نشان میدهد. این ساختار از دو بخش پل و سازندهی سطوح ولتاژ خروجی تشکیل شده و برای افزایش تعداد سطوح ولتاژ خروجی، به ازای هر دو سطح فقط یک منبع سریشده با یک کلید مورد نیاز است. برای بیان چگونگی عملکرد این مبدل، ساختار پنجسطحی آن در شکل 4 و نحوهی کلیدزنی مربوطه در جدول 1 آورده شده است. این ساختار پیشنهادی با استفاده از شش کلید، ولتاژ خروجی با پنج سطح را ایجاد مینماید. مبدل پیشنهادی پنجسطحی در مقایسه با ساختار شکل 1 تعداد کلید برابر داشته ولی در بخش سازندهی سطوح، نیاز به دیود ندارد. اما ساختار شکل 2 از یک کلید بیشتر نسبت به مبدل پیشنهادی بهره میگیرد.
بر اساس جدول 1 و مطابق شکل 5 - a - ، برای ایجاد سطح صفر در ابتدای نیمسیکل مثبت، دو کلید H1 و H3 از بخش پل روشن می شوند. طبق شکل 5 - b - نیز، سطح مثبت اول با ات صال منبع V1 از طریق کلیدهای S1، H1 و H2 در خروجی تولید میگردد. برای سطح مثبت دوم، با توجه به شکل 5 - c - ، مجموع ولتاژ هر دو منبع DC توسط کل ید های S2، H1 و H2 در خروجی ظاهر میشود.
سطح مثبت سوم نیز همانند سطح مثبت اول و با همان منبع و کلیدها ساخته میشود. همانطور که در شکل 5 - d - نشان داده شده، برای ایجاد خروجی صفر در انتهای نیم سیکل مثبت، کلیدهای H2 و H4 از بخش پل وصل میشوند. در نیمسیکل منفی، کلیدزنی در بخش سازندهی سطوح مطابق نیمسیکل مثبت ا ست اما در بخش پل بهجای دو کلید H1 و H3، کلیدهای H2 و H4 به کار گرفته میشوند. در شکلهای 5 - e - و 5 - f - کلیدهای روشن و خاموش به ترتیب برای ایجاد سطوح منفی -V و -2V به نمایش درآمده است.
