Mitjancament de la interferència electromagnètica en mode comú per a transformadors d'estat sòlid
Aquest article aborda aquesta brecha presentant una revisió exhaustiva de les MLCs (Multilevel Converters) de llançament continu comunes, cobrint la seva evolució topològica, característiques, comparació de topologies, tècniques de modulació, estratègies de control i àrees d'aplicació industrial. A més, es discuteixen perspectives futures i recomanacions per proporcionar als investigadors i enginyers una millor comprensió de les possibles aplicacions i avantatges d'aquests convertidors.
1.Introducció.
Tenint en compte les principals etapes evolutives de les MLCs, les topologies existents de MLCs es poden categoritzar en algunes famílies, com es mostra en la figura següent. La primera família inclou les topologies basades en CHB (Cascaded H-Bridge) i ha estat. Aquests convertidors tenen una alta modularitat i un nombre òptim de commutadors de potència per a nivells de sortida [31]. No obstant això, són necessàries múltiples fonts de DC aïllades, el que requereix l'ús de transformadors d'aïllament voluminosis o limita la seva utilització a aplicacions que tenen diverses fonts de DC aïllades. A més, la distribució desigual de la potència entre les cel·les en cascada és un dels reptes comuns en aquesta família. La segona família inclou les topologies basades en NPC (Neutral Point Clamped) com els convertidors 3L-NPC i 3L-T2C. Aquests convertidors es caracteritzen per circuits de potència robusts i protecció simple. No obstant això, l'equilibri del llançament continu és un requisit essencial en el disseny de control d'aquestes topologies. Les topologies basades en FC (Flying Capacitor) utilitzen condensadors com a components de clavatge per augmentar el nombre de nivells, formant una família de MLCs caracteritzada per una alta flexibilitat, redundàncies altes i operació tolerante a fallades. Les MLCs híbrides es formen amb cèl·lules bàsiques de les topologies convencionals i, per tant, combinen diversos avantatges de les MLCs clàssiques amb la capacitat de produir un nombre elevat de nivells. Les topologies MMC (Modular Multilevel Converter) constitueixen una família de MLCs que representa un avanç en aplicacions de tensió elevada degut a la seva alta eficiència i modularitat.
2. Topologies Comunes de Llançament Continu.
La estructura ANPC (Active Neutral Point Clamped) de tres nivells ha pogut abordar el problema de la compartició de pèrdues de potència mitjançant l'ús de dues tècniques de modulació diferents anomenades patrons de modulació I i II. En aquestes, els dos diodes de clavatge són reemplaçats per dos commutadors actius per controlar la direcció de flux de corrent en els estats zero. El patró de modulació I provoca que la major part de les pèrdues de commutació ocorrin en els commutadors exteriors de cada branca, mentre que el patró II trasllada les pèrdues de commutació als commutadors interiors. La categoria FC inclou les topologies que utilitzen FCs sense un punt neutre clavat i, per tant, no porten el problema d'equilibri del llançament continu. En aquestes topologies, els FCs s'utilitzen per reemplaçar les fonts de DC mentre generen nivells de tensió. En general, gràcies a la modularitat, aquesta família té la capacitat de generar nivells relativament més alts en comparació amb la família NPC. A més, la flexibilitat, l'operació tolerante a fallades i la millora en la compartició de pèrdues entre els commutadors són característiques prominentes d'aquestes topologies. Les convertidores multínivell híbrides (HMLCs) combinen múltiples topologies fonamentals per utilitzar les seves respectives avantatges, mentre superen algunes de les seves limitacions. Predominantment, les topologies híbrides poden millorar les capacitats d'equilibri de tensió tant per al llançament continu com per als FCs i la distribució de pèrdues de potència entre els commutadors, mentre redueixen el nombre de components actius i passius necessaris en comparació amb les topologies NPC i FC.
3. Modulació i Control.
Una classificació de les principals tècniques de control per a convertidors multínivell es mostra en la imatge inferior. Com en el convertidor de dos nivells, la estructura de control en cascada sol consistir en etapes de control exterior i interior, a més del bloc de modulació. Encara que els bucles interior i exterior són similars en els convertidors de dos nivells i multínivell, l'etapa de modulació, que principalment és necessària per a les tècniques de control escalar i orientat al camp (FOC), ha de ser adaptada a mesura que augmenta el nombre de nivells. En aquesta secció, primer es presenta una revisió dels moduladors més populars, així com els més avançats. També s'investigaran amb més detall les tècniques de control que no requereixen un modulador separat.
4. Aplicacions Industrials.
Històricament, els inversors CHB es caracteritzen per la seva modularitat, tolerància a fallades i capacitat de generar un nombre elevat de nivells de tensió en cascada. No obstant això, la necessitat de multiples fonts de DC aïllades (rectificador + transformador des del punt de vista industrial) limita la seva aplicabilitat per a una ampla gamma de rangs de potència. De fet, els inversors CHB s'utilitzen principalment en aplicacions de potència elevada (que van des de centenars de quilovatis a megavatis) on no hi ha components disponibles per a aquests rangs. D'altra banda, les topologies comunes de llançament continu es caracteritzen per l'ús d'una única font de DC, fent-les una bona alternativa en diverses aplicacions com sistemes industrials trifàsics. De fet, es poden utilitzar en moltes configuracions com 3-Leg 3-Wire, 3-Leg 4-Wire i 4-Leg 4-Wire en accionaments de motors, inversors fotovoltaics, càrregues ràpides de DC, etc.
Font: IEEE Xplore
Declaració: Respecte el original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar.
