Convertidor multinivel convencional (MLC) proporcionan dispositivos con el alto rendimiento y la eficiencia necesarios para seguir el ritmo de la tecnología avanzada, pero sus sistemas complejos y la gran cantidad de interruptores electrónicos de potencia y circuitos de soporte necesarios agregan un costo adicional y surge un sistema voluminoso. A continuación, describimos modificaciones efectivas de MLC que mejoran los tipos de convertidores tradicionales utilizando técnicas avanzadas.
MLC es una técnica para generar formas de onda de alto voltaje a partir de componentes de bajo voltaje. Adecuado para aplicaciones de alta potencia con dispositivos que demandan una potencia moderada. MLC tiene múltiples ventajas, como una forma de onda de salida mejorada, armónicos más bajos y pérdidas de conmutación más bajas. Son una excelente opción para áreas donde se necesitan grandes cantidades de energía en el rango de voltaje bajo/medio. Los MLC se utilizan en aplicaciones industriales de CA/CA para proporcionar corriente de entrada sinusoidal de factor de potencia unitario a los reguladores para proteger equipos sensibles como computadoras, equipos médicos y configuraciones de telecomunicaciones de fuentes de alimentación de baja calidad. Los MLC de CC/CA se utilizan en las industrias del gas, el petróleo, la minería y la marina. En aplicaciones de energía renovable de baja potencia, los MLC son una solución eficaz a los problemas de eficiencia.
Los MLC vienen en tres topologías diferentes: condensador volador (FC), abrazadera de punto neutro (NPC) y puente H en cascada. Puede modificar la topología de tipo NPC para generar un convertidor llamado topología de tipo T. Esta topología reduce las pérdidas de conducción (una desventaja de NPC), pero aún tiene pérdidas de conmutación altas. Luego, los investigadores presentaron un sistema de 5 niveles que minimizaba el estrés del voltaje del interruptor simplemente cambiando la topología de tipo T de 3 niveles. Contenía todas las ventajas del tipo T con improvisación de forma de onda y reducción armónica. Otras modificaciones presentaron un sistema centrado en altas pérdidas de conmutación. Es un convertidor de alta eficiencia tipo T en el que los interruptores externos se reemplazan con MOSFET de SiC.
Tabla de contenido
Formación de t tipo TOpología
Figura 1: Inversor tipo T de 5 niveles de una pata de 3 niveles
La figura anterior muestra un inversor monofásico típico formado con tres niveles de patas en T. Un total de 8 dispositivos de potencia (es decir, S1a-S4a y S1b-S4b) y diodos en antiparalelo. Este circuito se puede configurar con dos patas de 3 niveles de emisor común (CE) o colector común (CC). Estos permiten la introducción de dos nuevas patas utilizando dos interruptores MOSFET de SiC en el exterior y dos MOSFET de Si de menor capacidad como interruptores bidireccionales, como se muestra a continuación.
Figura 2: Nueva pata tipo T para (a) configuración CC y (b) configuración CE
En la Fig. 2a, se forma una pata modificada (pata A) conectando los terminales de S.1ael terminal colector del interruptor S2a, y el terminal colector de S3a Punto “x”. Esta configuración es una configuración CC de interruptor bidireccional. De manera similar, la otra pata deformada (pata B) se forma usando S.4ael terminal emisor del interruptor S2a, y terminales emisores de S3a Punto “y”. Esta configuración es una configuración CE de conmutador bidireccional, como se muestra en la Figura 2b.
p operativoprincipio de afcinco nivelesInversor monofásico tipo T
Figura 3: Inversor formado usando nuevas patas en T con SiC
La figura anterior muestra un nuevo circuito inversor, un inversor tipo T monofásico de 5 niveles. Consta de dos patas tipo T avanzadas y modificadas de 3 niveles. Este circuito es una versión simplificada ya que no hay diodo de abrazadera. nivel de tensión obtenido en Va0 y Vb0 Hay 3 niveles de voltaje y el voltaje obtenido como salida es de 5 niveles de voltaje y se evalúa mediante la siguiente fórmula:
Ⅴabdominales = Ⅴa0 − Ⅴb0
Para facilitar el control, la lógica complementaria se logra eligiendo la numeración adecuada de los interruptores para obtener la simetría requerida. Se define un límite de conmutación para detener la conducción al mismo tiempo.Entonces +=1, donde X = 1, 2 y y = a, b.
FIGURA 4: MODOS DE FUNCIONAMIENTO Y CIRCUITOS DE TRAYECTORIA DE CORRIENTE
La figura anterior muestra el circuito de estado de conmutación del nuevo inversor Pata A. Qxy 1 si el interruptor respectivo está cerrado y 0 si el interruptor está abierto. Una corriente de fase fluye desde uno de los nodos del enlace de CC. Dependiendo del estado de conmutación, la tensión del condensador respectivo se emite en el lado de CA. Un análisis más detallado muestra que el nuevo inversor tipo T ayuda a reducir el estrés de voltaje total en los interruptores en la pata A y la pata B del inversor. Otra ventaja es que la pata A y la pata B son independientes entre sí y se utilizan para formar un convertidor multifásico.
simulaciónresultado de afcinco nivelesConvertidor tipo T monofásico
Figura 5: Esquema de modulación basado en constelación de fase
Hay varias técnicas de modulación disponibles, incluidos los esquemas de modulación de ancho de pulso que también se utilizan para otras topologías. Sin embargo, en este artículo nos centraremos en la modulación de constelación de fase, como se muestra en la figura anterior. Usando Wave 1 y Wave 2 como portadores, genere señales de conmutación Q1y y Q2y. Las ondas moduladas sinusoidales están desfasadas 180°.
Se simuló un convertidor monofásico de 5 niveles tipo T utilizando la técnica de modulación de constelación de fase. Se conectó a la salida una carga de 125 V, 1 kVA, 0,8 lag pf, 50 Hz y se utilizó un voltaje de enlace de CC de 200 V. A partir de este resultado, durante la tensión positiva del tramo A, la tensión de tensión del enlace de CC completa aparece solo en Q2a, de manera similar para el tramo B, durante la salida negativa, la tensión del enlace de CC completa aparece en Q1b. sólo en ambos extremos de la . El siguiente diagrama muestra la salida de una pata y la salida de voltaje del nuevo convertidor.
Figura 6: Salida de una pata y salida de voltaje del nuevo convertidor
comparación de dSonido anormal five-lReveltondisculpa
Se consideran varios factores al comparar la nueva topología de tipo T con las topologías tradicionales de tipo T, NPC, FC y CHB, como los componentes necesarios, la fuente de alimentación aislada y los requisitos del diodo de sujeción. La cantidad de interruptores principales es casi la misma, pero los diodos de sujeción y los capacitores se eliminan en algunas topologías. Esta nueva topología de tipo T también se enfoca en reducir el estrés de voltaje, reemplazando los interruptores Si convencionales con interruptores SiC ventajosos. Por lo tanto, además de reducir el estrés y minimizar el número de interruptores, la frecuencia de conmutación se puede aumentar para las mismas pérdidas, aumentando así la eficiencia y confiabilidad del convertidor.
Figura 7: Comparación de diferentes topologías de 5 niveles
Conclusión
Los resultados de la simulación muestran que esta topología tipo T es aplicable dentro de las tolerancias deseadas. Esto reduce la cantidad de interruptores de abrazadera y brinda beneficios tales como menos interruptores bidireccionales. Estas nuevas topologías de patas tipo T exhiben una tensión de voltaje de conmutación más baja que los tipos T tradicionales. Estas patas independientes se pueden usar para realizar sistemas polifásicos y las celdas de puente H se pueden usar para lograr niveles de voltaje más altos. Además, las pérdidas se pueden calcular y comparar con topologías convencionales para implementar inversores y convertidores AC/DC/AC altamente eficientes. Por lo tanto, se pueden realizar investigaciones para mitigar el impacto del voltaje en los interruptores que aún enfrentan el estrés de voltaje máximo.
este artículo Publicado por primera vez en Power Electronics News