مقدمه
مبدل های چند سطحی اولین بار در سال 1975 معرفی شدند. با توجه به افزایش تقاضا برای مبدل های با توان بالا، ولتاژ بالا و همچنین با در نظر گرفتن اینکه کلیدهای نیمه هادی نمی توانند در ولتاژها و توان های با رنج های بالا کار کنند تمایل به استفاده از مبدل های چند سطحی افزایش یافته است. گسترش استفاده از انرژی های نو و تجدیدپذیر مانند پیل های سوختی، سلول های خورشیدی و غیره… که عموماً دارای سطح ولتاژ dc با مقدار پایینی هستند استفاده از مبدل های چند سطحی را به عنوان یک تکنولوژی جدید برای تبدیل این انرژی ها به شکل موج با دامنه دلخواه بیشتر افزایش داده است. در حال حاضر توجه به مبدل های چند سطحی بیشتر و بیشتر شده است و این نوع مبدل ها پتانسیل خوبی برای توسعه و گسترش دارند.
یک مبدل چند سطحی به عنوان یک مبدل الکترونیک قدرت وسیله ای است که می تواند یک شکل موج پله ای دلخواه ولتاژ / جریان ac را با استفاده از چندین منبع ولتاژ / جریان dc به عنوان ورودی تولید نماید. براساس این تعریف مبدل های چند سطحی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
– مبدل چند سطحی از نوع ولتاژ که در آن با استفاده از چندین منبع ولتاژ dc، ولتاژ ac مورد نظر تولید می شود.
– مبدل چند سطحی از نوع جریان که در آن با استفاده از چندین منبع جریان dc، جریان مورد نظر ac تولید می شود.
مهمترین نوع مبدل چند سطحی که بیشتر در مقالات تشریح می شود مبدل منبع ولتاژ است، اما در بعضی از کاربردها مانند فیلترهای اکتیو موازی، جبران کننده VAr و غیره نیاز به مبدل چند سطحی از نوع منبع جریان است.
2- مبدل چند سطحی از نوع ولتاژ
در این نوع مبدل ها ولتاژ خروجی مطلوب با استفاده از چندین منبع ولتاژ dc با اندازه های کوچک به عنوان ورودی ایجاد می شود. با افزایش تعداد منابع ولتاژ dc در سمت ورودی، می توان در خروجی مبدل، ولتاژ با شکل موج نزدیک به سینوسی تولید کرد. شکل (1) ساختار پایه یک مبدل چند سطحی از نوع منبع ولتاژ را نشان می دهد. این مدار از 4 کلید قدرت و یک منبع ولتاژ dc تشکیل شده است. در این مبدل هر کلید از یک IGBT و یک دیود با اتصال موازی – معکوس تشکیل شده است. در صورتی که بار مبدل، اهمی خالص باشد نیازی به دیودها نخواهد بود. این مبدل قادر است سه سطح ولتاژ (Vdc،- 0، +Vdc) در ترمینال های خروجی خود ایجاد کند. در صورتی که کلیدهای S1 و S4 روشن باشند ولتاژ خروجی مبدل Vdc+ و اگر کلیدهای S2 و S3 روشن باشند ولتاژ خروجی Vdc- خواهد شد. جهت ایجاد ولتاژ صفر در خروجی مبدل باید کلیدهای S1 و S2 و یا S3 و S4 به طور همزمان روشن شوند. توجه شود که اگر کلیدهای واقع در یک بازوی پل، به طور همزمان روشن شوند منجر به اتصال کوتاه شدن منبع ولتاژ dc ورودی خواهد شد. شکل(2) یک نمونه از ولتاژ خروجی این مبدل را نشان می دهد. مطابق شکل(2) در این مبدل هر عنصر کلیدزنی در هر سیکل از ولتاژ خروجی فقط یک بار سوئیچ می شود در نتیجه تلفات کلیدزنی به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت. این روش کلیدزنی تحت عنوان کلیدزنی فرکانس پایه معروف است.
3- مبدل چند سطحی از نوع جریان
در این نوع از مبدل ها، از منبع جریان به جای منبع ولتاژ در ورودی های مبدل استفاده می شود. توجه شود که معمولاً برای ساخت منبع جریان dc از سلف های بزرگ استفاده می شود در صورتی که در منابع ولتاژ از خازن های بزرگ استفاده می کنند. شکل(3) یک نمونه از مبدل های چند سطحی از نوع منبع جریان را نشان می دهد. مبدل نشان داده شده در شکل (3) قادر است سه سطح جریان (Idc+، 0، -Idc) را در خروجی خود تولید کند. نحوه عملکرد این مبدل مشابه مبدل نشان داده شده در شکل (1) است. با توجه به محدودیت هایی که در اندازه منابع dc جریان در عمل وجود دارد از این نوع مبدل ها، در عمل کمتر و یا استفاده نمی شود. بنابراین در این تحقیق، تمرکز بر روی مبدل های چند سطحی از نوع ولتاژ خواهد بود.
فهرست مطالب:
1) مقدمه 1
2) مبدل چند سطحی از نوع ولتاژ 1
3) مبدل چند سطحی از نوع جریان 2
4) مزایای مبد لهای چند سطحی 2
5) انواع مبدل های چند سطحی 3
1) مبدل های چند سطحی از نوع برشگر دیودی 3 -5
2) مبدل های چند سطحی از نوع خازن شناور 7 -5
3) مبدل های چند سطحی از نوع کاسکاد 10 -5
1-3 ) مبدل های چند سطحی کاسکاد متقارن و نامتقارن 12 -5
6) روش های شارژ متقارن برای مبد لهای چند سطحی کاسکاد 16
7)نتایج شبیه سازی 20
1) نتایج شبیه سازی برای مبدل 7 سطحی کاسکاد متقارن 20 -7
1) روش کنترلی کلاسیک 20 -1 -7
2) روش کنترلی شارژ متقارن تمام موج 22 -1 -7
3) روش کنترلی شارژ متقارن نیم موج 23 -1 -7
2) نتایج شبیه سازی برای مبدل 11 سطحی کاسکاد نامتقارن 24 -7
1) روش کنترلی کلاسیک 24 -2 -7
2) روش کنترلی شارژ متقارن تمام موج 26 -2 -7
3) روش کنترلی شارژ متقارن نیم موج 28 -2 -7
مراجع 31
روش های شارژ متقارن مبدل های چند سطحی کاسکاد
