تقلیل تداخل الکترومغناطیسی حالت مشترک برای ترانسفورماتورهای جامد

     این مقاله با ارائه مروری جامع بر ترانسفورماتورهای پیوند مستقیم معمولی (MLCs)، شامل تکامل توپولوژیک، ویژگی‌ها، مقایسه توپولوژی‌ها، تکنیک‌های مدولاسیون، استراتژی‌های کنترل و زمینه‌های کاربرد صنعتی، به این نقص پاسخ می‌دهد. علاوه بر این، دیدگاه‌های آینده و پیشنهادات بحث شده تا به محققان و مهندسان درک بهتری از کاربردهای بالقوه و مزایای این ترانسفورماتورها ارائه شود.

1. مقدمه.

     با در نظر گرفتن مراحل تکاملی اصلی MLCs، توپولوژی‌های موجود MLCs می‌توانند به چند خانواده تقسیم‌بندی شوند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. خانواده اول شامل توپولوژی‌های مبتنی بر CHB است و دارای مدولاریتی بالا و تعداد بهینه سوئیچ‌های قدرت برای سطوح خروجی [31] است. با این حال، نیاز به منابع DC جداگانه متعدد وجود دارد که موجب استفاده از ترانسفورماتورهای عایق‌بندی سنگین یا محدود کردن کاربرد آنها به برنامه‌هایی که چندین منبع DC جداگانه دارند می‌شود. علاوه بر این، توزیع نامساوی انرژی بین سلول‌های قدرت کASCADE یکی از چالش‌های رایج در این خانواده است. خانواده دوم شامل توپولوژی‌های مبتنی بر NPC مانند 3L-NPC و 3L-T2C است. این ترانسفورماتورها با مدارهای قدرت محکم و حفاظت ساده مشخص می‌شوند. با این حال، تعادل پیوند DC یک نیاز ضروری در طراحی کنترل این توپولوژی‌ها است. توپولوژی‌های مبتنی بر FC از خازن‌ها به عنوان مولفه‌های کلیمینگ برای افزایش تعداد سطوح استفاده می‌کنند و یک خانواده MLC با انعطاف‌پذیری بالا، قابلیت‌های زیاد و عملکرد تحمل‌پذیر خطا را تشکیل می‌دهند. MLCs هیبریدی از سلول‌های اساسی توپولوژی‌های سنتی تشکیل شده‌اند و بنابراین مزایای چندین MLC کلاسیک را با قابلیت تولید تعداد بالایی از سطوح ترکیب می‌کنند. توپولوژی‌های MMC یک خانواده MLC را تشکیل می‌دهند که به دلیل کارایی و مدولاریت بالا برای کاربردهای فشار بالا پیشرفتی را نشان می‌دهند.

2. توپولوژی‌های پیوند مستقیم معمولی.

   ساختار سه‌سطحی ANPC قادر به حل مشکل توزیع تلفات قدرت از طریق استفاده از دو تکنیک مدولاسیون مختلف به نام‌های الگو I و II شده است. در اینجا دو دیود کلیمینگ با دو سوئیچ فعال جایگزین شده‌اند تا جهت جریان در حالت‌های صفر کنترل شود. الگو I باعث می‌شود که بیشتر تلفات سوئیچینگ در سوئیچ‌های بیرونی هر ساقه رخ دهد، در حالی که الگو II تلفات سوئیچینگ را به سوئیچ‌های داخلی منتقل می‌کند. دسته Fc شامل توپولوژی‌هایی است که از FCs بدون نقطه خنثی کلیمینگ استفاده می‌کنند و بنابراین مشکل تعادل پیوند DC را ندارند. در این توپولوژی‌ها، FCs برای جایگزینی منابع DC در حالی که سطوح ولتاژ را تولید می‌کنند استفاده می‌شوند. به طور کلی، بлагодаря модульности, эта семья способна генерировать относительно более высокие уровни по сравнению с семьей NPC. Более того, гибкость, устойчивая к отказам работа и улучшенное распределение потерь между ключами являются заметными характеристиками этих топологий. Гибридные многоуровневые преобразователи (HMLCs) сочетают несколько основных топологий, чтобы использовать их преимущества, одновременно преодолевая некоторые из их ограничений. В основном, гибридные топологии могут улучшить способность балансировки напряжения как для постоянного звена, так и для FC, а также распределение потерь мощности между ключами, при этом снижая количество необходимых активных и пассивных компонентов по сравнению с топологиями NPC и FC.

3. مدولاسیون و کنترل.

   طبقه‌بندی اصلی تکنیک‌های کنترل ترانسفورماتورهای چندسطحی در تصویر زیر نشان داده شده است. همانند ترانسفورماتور دوسطحی، ساختار کنترلی کASCADE معمولاً شامل مراحل کنترلی بیرونی و داخلی به اضافه بلوک مدولاسیون است. اگرچه حلقه‌های داخلی و بیرونی در ترانسفورماتورهای دوسطحی و چندسطحی مشابه هستند، مرحله مدولاسیون که عموماً برای تکنیک‌های کنترل اسکالر و میدان-محور (FOC) لازم است، باید با افزایش تعداد سطوح تنظیم شود. در این بخش، ابتدا مروری بر مدولاتورهای پرطرفدار و پیشرفته‌تر ارائه شده است. همچنین، تکنیک‌های کنترلی که نیاز به مدولاتور جداگانه ندارند به طور دقیق‌تر بررسی خواهند شد.

4. کاربردهای صنعتی.

   از نظر تاریخی، ترانسفورماتورهای CHB با مدولاریتی، تحمل خطا و توانایی تولید تعداد بالایی از سطوح ولتاژ از طریق کASCADE سلول‌ها مشخص می‌شوند. با این حال، نیاز به چندین منبع DC جداگانه (مستقیم‌ساز+ترانسفورماتور از دیدگاه صنعت) محدودیت‌های کاربردی آنها را برای محدوده گسترده‌ای از توان‌ها محدود می‌کند. در واقع، ترانسفورماتورهای CHB بیشتر در کاربردهای توان بالا (از صدگان کیلووات تا مگاوات) که اجزای موجود برای چنین توان‌هایی در دسترس نیستند، استفاده می‌شوند. از طرف دیگر، توپولوژی‌های پیوند مستقیم معمولی با استفاده از یک منبع DC واحد مشخص می‌شوند که آنها را به یک جایگزین خوب در برنامه‌های مختلف مانند سیستم‌های صنعتی سه‌فاز تبدیل می‌کند. در واقع، آنها می‌توانند در مجموعه‌های مختلفی مانند 3-ساقه 3-سیم، 3-ساقه 4-سیم و 4-ساقه 4-سیم در موتورهای دیواره‌ای، مبدل‌های PV، شارژرهای DC سریع و غیره استفاده شوند.

منبع: IEEE Xplore

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، در صورت نقض حق تکثیر لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.