دانلود شبیه سازی مقاله اینورتر CHB هفت سطحی منبع تک DC با PWM سطح متغیر

اینورتر CHB

بدلیل اینکه بارهای غیرخطی در سیستم های قدرت کاربرد دارند، لذا تامین کیفیت توان مطلوب به یکی از اساسی ترین دغدغه ها تبدیل شده است. چندین سال قبل، فیلترهای اکتیو و پسیو برای کاهش هارمونیک ولتاژ / جریان در شبکه های برق ، و به تبع ارتقای کیفیت توان معرفی شدند. مبدل های اکتیو با کمک سوئیچ های نیمه هادی ، نقش مهمی در حذف هارمونیک های نامطلوب از شکل موج های ولتاژ / جریان ایفا می کنند. البته هنگامی که شرایط عملیاتی وارد ناحیه توان بالا (کیلووات و مگاوات) می شود ، این شرایط به امری اساسی تبدیل می شوند. مبدل های 12 تایی با عنوان پُل کامل، یا 6 سوئیچ ، بدون حضور فیلترهای پسیو بزرگ در خروجی، قادر به تولید شکل موج های با کیفیت نیستند. علاوه بر این، در سیستم های کاربردی با انرژی/ توان بالا ، فرکانس سوئیچ زنی و ولتاژهای نامی دستگاه های نیمه هادی ، استفاده از مبدل های متداول فعلی را با مشکل روبرو می سازند. اینورتر چندسطحی یک فناوری نوظهور است که هر دو ویژگی تولید شکل موج با ولتاژ کم ، و استفاده در سیستم های قدرت ولتاژ بالا را دارا می باشد. مبدل های چندسطحی بدلیل وجود بیشتر از یک منبع DC ، و چندین مسیر سوئیچ زنی، شکل موج چندسطحی تولید می کنند. حذف هارمونیک های ولتاژ، صرفاً با تولید شکل موج های چندسطحی به کاهش اندازه فیلتر نصب شده در خروجی اینورتر کمک می کند. از سوی دیگر، تقسیم تنش ولتاژ بین سوئیچ های مختلف، کارایی خوبی را برای سیستم های توان بالا ایجاد می کند. از سوی دیگر در اینورترهای سنتی، در هر چرخه سوئیچ زنی ، دو سوئیچ در ولتاژ اسمی بالا در وضعیت رسانش قرار دارند. توپولوژی های متعددی برای اینورترهای چندسطحی پیشنهاد شده اند ، از آن جمله می توان به توپولوژی با نقطه نول تثبیت شده (NPC)، یا پل H آبشاری (CHB) ، به عنوان مشهورترین ها اشاره نمود. NPC  از باس DC مشترک در پیکربندی 3 فاز سود می برد. CHB از ساختار ماژولی سود می برد و برای صنایع مفید است. عیب اصلی اینورترهای چندسطحی استفاده از بیشتر از یک منبع DC است و این یعنی بیشتر از سطح استاندارد صنعتی که یکسوکننده و ترانسفورماتور بکار می روند. اکثر توپولوژی های چندسطحی معرفی شده بیشتر از یک منبع DC ایزوله نیاز دارند و لذا اجرای آن ها پُرهزینه و در ابعاد وسیع صورت می گیرد. به عنوان راه حل این مشکل، توپولوژی های جالبی طراحی شده اند که صرفاً حاوی یک منبع DC هستند. سایر لینک های DC با خازن (به عنوان اجزای ذخیره انرژی) تعویض می شوند. در چنین اینورترهای چندسطحی، ولتاژهای خازن در اندازه های دلخواه تنظیم شده و سطوح ولتاژ متعددی در خروجی تولید می شوند. یک کنترل کننده ولتاژ، جز اصلی این طراحی ها است. در همین راستا، اینورتر چندسطحی CHB با تک منبع DC در تحقیقات قبلی معرفی شده است. پیاده سازی آن با تکنیک های سوئیچ زنی مختلف همچون حذف گزینشی هارمونیک و PWM انتقال فاز صورت می گیرد.

عیب اصلی این پیکربندی این است که به شاخص مدولاسیون و امپدانس بار برای تنظیم ولتاژ خازن نیاز دارد. باید اشاره کرد که این روش در شاخص های مدولاسیون بالا عملکرد خوبی بجا نمی گذارد. در پروژه حاضر، اینورتر CHB با تک منبع DC ، با استفاده از PWM انتقال سطح ، و 6 موج حامل به اجرا گذاشته شده است. این پروسه برای مدوله کردن شکل موج ولتاژ مرجع بکار می رود. ولتاژ خازن در نصف دامنه منبع DC رگولاژ می شود و شکل موج 7 سطحی در خروجی پدید می آید. مزایای اصلی PWM انتقال سطح چندحامله عبارتند از سادگی پیاده سازی سخت افزار و استفاده از فرکانس سوئیچ زنی دلخواه. هر سطح مدولاسیون و حالت سوئیچ زنی بررسی شده است تا وضعیت شارژ- دشارژ خازن مشخص بشود. سپس رگولاتور ولتاژ در تکنیک سوئیچ زنی ترکیب می شود تا بازخوردهای لازم از ولتاژهای باس DC بدست بیایند.

این شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب (MATLAB) انجام شده و در ادامه نیز تصاویر مربوط به خروجی های شبیه سازی قرار داده شده است: