مقایسه روش های pwm در مبدل های چندسطحی و ارائه ی روش بهبود یافته

یک مبدل چندسطحی، ساخت ولتاژ خروجی دلخواه را با ترکیب چندین ولتاژ ورودی dc ممکن میسازد. از این رو، این دسته مبدلها در کاربردهای صنعتی ولتاژ بالا و جریان dc، محرکه های الکتریکی، ادوات facts و... کاربرد گستردهای دارند. مبدلهای چندسطحی نوعی از مبدلهای الکترونیک قدرت محسوب میشوند که در عین دارا بودن اعوجاج اندک ولتاژ، توانایی ساخت ولتاژ بالا را نیز دارند. این ویژگی مهم سبب شده تا مبدلهای چندسطحی در سالیان اخیر، بخش عمدهای از تحقیقات در زمینهی الکترونیک قدرت را به خود اختصاص دهد. تا کنون، توپولوژیهای متنوعی برای مبدلهای چندسطحی ارایه شده است. در این میان، مبدل کلمپ دیودی، خازن شناور و مبدل پل h کاسکاد سه ساختار اصلی و شناخته شده برای مبدلهای چندسطحی هستند. با ترکیب این سه ساختار اصلی، مبدلهای چندسطحی هیبرید حاصل میشود. در میان توپولوژیهای متنوع مبدلهای چندسطحی، ساختار پل h کاسکاد به دلیل ساختار مدولار و نیز سادگی کنترل مورد توجه بیشتری میباشد. برای کنترل مبدلهای چندسطحی و کاهش محتوای هارمونیکی شکل موج خروجی، روشهای کنترلی مختلفی بهکار میرود که در این پژوهش سعی شده تا به تعدادی از آنها پرداخته شود. روشهای مدولاسیون پهنای پالس مبتنی بر موج حامل (carrier based pwm)، مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی(svpwm)، مدولاسیون پهنای پالس با حذف هارمونیکهای معین (shepwm) ، مدولاسیون اعوجاج هارمونیکی کمینه بهینه شده (omthd) از مهمترین روشهای کنترلی مورد استفاده در مبدلهای چندسطحی هستند. در این پژوهش، تکنیک omthd با هدف یافتن مقدار کمینهی thd و با در نظر گرفتن اندازهی هارمونیک اصلی ولتاژ خروجی مبدل چندسطحی کاسکاد به عنوان قید، به کار رفته است. الگوریتم ژنتیک نیز بعنوان ابزار بهینهسازی، برای حل مسالهی کمینهسازی thd برای این تکنیک در نظر گرفته شده است. به منظور مقایسهی دو روش omthd و shepwm، پس از معرفی یک رابطهی تحلیلی بین سطوح ولتاژ پلهای و زوایای آتش در مبدل چندسطحی کاسکاد، از هر دو روش shepwm و omthd برای کنترل مبدل چندسطحی کاسکاد استفاده شده است. روش هموتوپی بعنوان ابزار حل معادلات غیرخطی مربوط به حذف هارمونیکهای مرتبه پایین در shepwm و الگوریتم ژنتیک بعنوان روش بهینهسازی در omthd برای بدست آوردن مقدار کمینهی thd حاصل از رابطهی تحلیلی بین زوایای آتش و سطوح ولتاژ بکار میروند. روش مدولاسیون پهنای پالس مبتنی بر موج حامل با دو روش کنترلی omthd و shepwm تفاوتهای عمدهای دارد. این تفاوت از آن جهت است که در دو روش مذکور، زوایای آتش و سطوح ولتاژ از پیش محاسبه میشوند و میتوانند در جهت تامین هدفی خاص، تغییر یابند. لیکن در مدولاسیون پهنای پالس مبتنی بر موج حامل، پارامترهای دامنه، فاز، فرکانس و... مربوط به موج حامل و مرجع، تخمین زمان فرمان قطع و وصل ادوات کلیدزنی را بسیار مشکل و در فرکانسهای بالا عملا غیر ممکن میسازد. ازاینرو در این پژوهش، با در نظر گرفتن رنج پایین فرکانس برای باندهای حامل و ایجاد تغییرات محدودی در مقدار این فرکانسها، سعی شده تا مقدار قابل قبولی برای میزان thd حاصل از این روش محاسبه، و با دو روش کنترلی ذکر شده مقایسه شود.