کاهش مداخله الکترومغناطیسی حالت مشترک برای ترانسفورماتورهای جامد

     این مقاله با ارائه مروری جامع بر ترانس‌های چندسطحی معمولی پیوند مستقیم جریان مستقیم (dc-link MLCs)، شامل تکامل توپولوژی آنها، ویژگی‌ها، مقایسه توپولوژی‌ها، تکنیک‌های مدولاسیون، استراتژی‌های کنترل و حوزه‌های کاربرد صنعتی، به این شکاف پاسخ می‌دهد. علاوه بر این، دیدگاه‌های آینده و پیشنهادات بحث می‌شود تا به پژوهشگران و مهندسان درک بهتری از کاربردهای بالقوه و مزایای این ترانس‌ها 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 نیاز به استفاده از ترانس‌های عایق‌بندی بزرگ را می‌طلبد یا کاربری آن‌ها را به برنامه‌هایی که دارای منابع DC جداگانه متعدد هستند محدود می‌کند. علاوه بر این، توزیع نامساوی انرژی بین سلول‌های قدرت کASCADE یکی از چالش‌های معمول در این خانواده است. خانواده دوم شامل توپولوژی‌های مبتنی بر NPC مانند 3L-NPC و 3L-T2C است. این ترانس‌ها با مدارهای قدرت محکم و محافظت ساده مشخص می‌شوند. با این حال، تعادل پیوند مستقیم جریان مستقیم (dc-link) یک نیاز ضروری در طراحی کنترل این توپولوژی‌ها است. توپولوژی‌های مبتنی بر FC از خازن‌ها به عنوان اجزای کلیمینگ برای افزایش تعداد سطوح استفاده می‌کنند و خانواده‌ای از MLCs را تشکیل می‌دهند که با ویژگی‌های انعطاف‌پذیری بالا، قابلیت‌های فراوان و عملکرد تحمل‌پذیر خطا مشخص می‌شوند. HMLCs با ترکیب سلول‌های اساسی توپولوژی‌های سنتی، مزایای چندین MLC کلاسیک را با قابلیت تولید تعداد بالایی از سطوح ترکیب می‌کنند. توپولوژی‌های MMC یک خانواده از MLCs را تشکیل می‌دهند که به دلیل کارایی و مدولاریت بالا برای برنامه‌های HV یک پیشرفت مهم را نشان می‌دهند.

2. توپولوژی‌های معمولی پیوند مستقیم جریان مستقیم (dc-link).

   ساختار سه‌سطحی ANPC (Active NPC) توانسته است مسئله توزیع تلفات قدرت را با استفاده از دو تکنیک مدولاسیون مختلف به نام‌های الگوی I و II حل کند. در اینجا دو دیود کلیمینگ با دو سوئیچ فعال جایگزین شده‌اند تا جهت جریان در حالت‌های صفر کنترل شود. الگوی I باعث می‌شود که بیشتر تلفات سوئیچینگ در سوئیچ‌های خارجی هر ساقه رخ دهد، در حالی که الگوی 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 مسئله تعادل dc-link را نمی‌آورد. در این توپولوژی‌ها، FCs برای جایگزینی منابع DC در حالی که سطوح ولتاژ تولید می‌کنند استفاده می‌شوند. به طور کلی، بлагодаря مدولاریت، این خانواده توانایی تولید سطوح نسبتاً بالاتری را در مقایسه با خانواده NPC دارد. علاوه بر این، انعطاف‌پذیری، عملکرد تحمل‌پذیر خطا و بهبود توزیع تلفات بین سوئیچ‌ها ویژگی‌های برجسته این توپولوژی‌ها هستند. HMLCs با ترکیب چند توپولوژی اساسی از مزایای هر یک استفاده می‌کنند، در حالی که برخی از محدودیت‌های آن‌ها را غلبه می‌کنند. عموماً، توپولوژی‌های ترکیبی می‌توانند قابلیت‌های تعادل ولتاژ را برای هر دو dc-link و FCs و توزیع تلفات قدرت بین سوئیچ‌ها بهبود بخشند، در حالی که تعداد مؤلفه‌های فعال و غیرفعال لازم را در مقایسه با توپولوژی‌های NPC و FC کاهش می‌دهند.

3. مدولاسیون و کنترل.

   طبقه‌بندی اصلی تکنیک‌های کنترل ترانس‌های چندسطحی در تصویر زیر نشان داده شده است. همان‌طور که در ترانس‌های دو‌سطحی، ساختار کنترل کASCADE معمولاً شامل مراحل کنترل خارجی و داخلی به علاوه بلوک مدولاتور است. اگرچه حلقه‌های داخلی و خارجی در ترانس‌های دو‌سطحی و چندسطحی مشابه هستند، بلوک مدولاتور که اساساً برای تکنیک‌های کنترل اسکالر و میدان-محور (FOC) نیاز است، باید با افزایش تعداد سطوح تنظیم شود. در این بخش، ابتدا مروری بر مدولاتورهای پرکاربرد و پیشرفته‌تر ارائه می‌شود. همچنین، تکنیک‌های کنترلی که نیاز به مدولاتور جداگانه ندارند به طور دقیق‌تر بررسی می‌شوند.

4. کاربردهای صنعتی.

   تاریخیاً، ترانس‌های CHB با مدولاریت، تحمل خطا و توانایی تولید تعداد بالایی از سطوح ولتاژ با کASCADE سلول‌ها مشخص می‌شوند. با این حال، نیاز به منابع DC جداگانه متعدد (مستقیم‌ساز+ترانس از دیدگاه صنعتی) محدودیت‌های کاربرد آن‌ها را در محدوده وسیعی از توان‌ها ایجاد می‌کند. در واقع، ترانس‌های CHB بیشتر در برنامه‌های قدرت بالا (از صدگان کیلووات تا مگاوات) که مؤلفه‌های مناسب برای چنین توان‌هایی در دسترس نیستند، استفاده می‌شوند. از طرف دیگر، توپولوژی‌های پیوند مستقیم معمولی با استفاده از یک منبع DC واحد مشخص می‌شوند و آن‌ها را به گزینه‌های خوبی در برنامه‌های مختلف مانند سیستم‌های صنعتی سه‌فاز تبدیل می‌کنند. در واقع، آن‌ها می‌توانند در تعدادی از پیکربندی‌ها مانند 3-ساقه 3-سیم، 3-ساقه 4-سیم و 4-ساقه 4-سیم در موتورهای الکتریکی، ترانس‌های PV، شارژرهای DC سریع و غیره استفاده شوند.

منبع: IEEE Xplore

بیانیه: احترام به اصلیت، مقالات خوب ارزش به اشتراک گذاشتن را دارند، اگر نقض حق تکثیر وجود داشته باشد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.