Орташа және жоғары кернеулі қуатты электрондық трансформаторлардың топологиясы мен басқару қолданбаларына шолу III

3.3 Қысылған көп деңгейлі топология

Бейтарап нүктелі қысқыш (NPC) көп деңгейлі топологиясы көрсетілген. Диодпен қысылған NPC топологиясынан басқа, NPC топологияларына ұшатын конденсатор типі және гибридті қысқыш типі де кіреді. Дегенмен, конденсатор көлемінің үлкен болуына байланысты NPC топологиялары қысқыш үшін әлі де көбінесе пассивті немесе белсенді коммутациялық құрылғыларды пайдаланады. Диодпен қысылған көп деңгейлі топологияны мысал ретінде алсақ, үш фазалы түзеткіш саты топологиясында әрбір фазалық аяқ бір жоғары вольтты тұрақты ток шинасына параллель қосылған каскадты коммутациялық транзисторлар мен қысқыш диодтардан тұрады. Әдебиеттерде төрт деңгейлі диодпен қысылған тізбекті пайдаланатын түзеткіш сатысы бар бір фазалы ПЭТ топологиясы ұсынылған. Бір жоғары вольтты тұрақты ток шинасынан кейін кіріс-тізбек-шығыс-параллель DAB-тар келеді, көрсетілгендей. Бұл топологияны үш фазалы құрылымға кеңейтуге болады, ал кернеу деңгейлерінің санын құрылғының төзімді кернеу деңгейлеріне және жоғары вольтты бүйірлік кернеу деңгейіне байланысты өзгертуге болады. MMC топологиясы сияқты, NPC топологиясын оқшаулау сатысында да қолдануға болады, жоғары вольтты тұрақты ток шинасын қосады Оқшаулау трансформаторы, көрсетілгендей. Әдебиеттерде LLC резонанстық түрлендіргішінің жоғары вольтты жағына үш деңгейлі диодпен қысылған NPC түрлендіргіші қолданылып, оны 166 кВт/2 кВ ~ 400 В прототипінде тексерілді. Әдебиеттерде үш фазалы DAB-қа үш деңгейлі диодпен қысылған NPC тізбегі қолданылып, идеалды DAB кернеуі мен ток сипаттамаларына қол жеткізілді.

NPC топологиясы түзеткіш сатысы ретінде пайдаланылған кезде, ол оқшауланған тұрақты ток шиналарын қажет етпейді, бұл оқшаулау сатысындағы трансформаторлардың санын азайтады. Сонымен қатар, үш фазалы құрылымдарда шинадағы қос желілік жиіліктегі кернеу толқыны болмайды. Дегенмен, қысылған топология көптеген қысқыш құрылғыларды қажет ететіндіктен, деңгейлер саны артқан сайын қысқыш құрылғылардың саны артады, бұл деңгейдің кеңеюін қиындатады және артықтыққа қол жеткізуді қиындатады. Басқару тұрғысынан NPC түрлендіргішінің әрбір шина конденсаторына ағатын токтар әртүрлі, бұл конденсатор кернеуінің теңгерімсіздігіне әкеледі. Үш деңгейден жоғары NPC топологиялары үшін тиімді кернеуді теңестіру алгоритмі жоқ. Сонымен қатар, иіндердің ішіндегі және сыртындағы қосқыштардың жұмыс уақытының сәйкессіздігі біркелкі емес қыздыруға әкеледі, оны тек жалпы тізбек топологиясын өзгерту арқылы шешуге болады.

Деңгейдің кеңеюінен туындаған көптеген қиындықтар NPC топологияларын тек құрылғыларды тізбектей қосу немесе жоғары вольтты SiC құрылғыларын пайдалану арқылы орташа/жоғары кернеу деңгейлерінде қолдануға болатынын білдіреді. Дегенмен, бір H-көпір топологиясымен салыстырғанда төмен кернеу деңгейлерінде үш деңгейлі NPC әрбір коммутациялық транзистордағы кернеуге төзімділік пен кернеудің жартысына ғана ие, ал көбірек кернеу деңгейлерін шығарады, бұл шығыс сүзгілеу талаптарының төмендеуіне әкеледі. Оның ПЭТ-тің төмен вольтты жағындағы инверторлық сатысы ретінде айтарлықтай қолдану артықшылықтары бар. Мысалы, әдебиеттерде үш фазалы қозғалтқышты басқару үшін ПЭТ-тің инверторлық сатысы ретінде үш деңгейлі диодпен қысылған NPC пайдаланылды, эксперименттік тексеру жүргізді және қозғалтқыштың жақсы жетек өнімділігі мен шу өнімділігіне қол жеткізді.