بهبود ساختارهای اینورترهای چند سطحی و منبع امپدانسی با قابلیت تولید بهره ولتاژ بالا

امروزه توجه به مبدل های الکترونیک قدرت به خصوص اینورترهای چند سطحی به منظور استفاده در کاربردهای توان بالا، ولتاژ بالا به طور گسترده ای افزایش یافته است. اینورترهای چند سطحی به سه دسته اصلی اینورترهای چند سطحی از نوع برشگر دیودی (npc)، اینورتر چند سطحی خازن شناور (fc) و اینورترهای چند سطحی سری (chb) تقسیم می شوند. از بین ساختارهای اصلی اینوترهای چند سطحی، اینورترهای چند سطحی سری به دلیل کاهش در تعداد قطعات مورد نیاز به منظور تولید تعداد سطوح خروجی مشابه، قابلیت اطمینان و راندمان بالا، سادگی روش کنترلی بیش تر مورد توجه قرار گرفته اند. مهم ترین مشکل اینورترهای چند سطحی سری افزایش در تعداد منابع ولتاژ dc و ادوات الکترونیک قدرت مورد نیاز با افزایش در تعداد سطوح ولتاژ خروجی است. به همین منظور در این رساله 6 ساختار جدید برای اینورترهای چند سطحی پیشنهاد شده است. ساختارهای پیشنهادی قابلیت افزایش تعداد سطوح ولتاژ خروجی را با استفاده از کمترین تعداد اداوت الکترونیک قدرت، منابع ولتاژ dc و حداقل مقدار ولتاژ مسدود شده توسط کلیدها را دارند که منجر به کاهش هزینه و فضای مورد نیاز برای نصب اینورتر خواهد شد. در اینورترهای چند سطحی روش فرکانس کلیدزنی پایه به دلیل کاهش در تلفات کلیدزنی بیش تر مورد توجه قرار گرفته است. مهم ترین مشکل این روش کنترلی متفاوت بودن توان کشیده شده از منابع ولتاژ dc است که سبب افزایش هزینه نگهداری اینورتر خواهد شد. بر این اساس روش های کنترلی شارژ متعادل معرفی شده اند. از آن جایی که امکان استفاده از این روش های کنترلی در اینورترهای چند سطحی نامتقارن وجود ندارد در این رساله ساختار جدیدی از اینورتر چند سطحی سری نامتقارن ارائه شده که قابلیت استفاده از روش های شارژ متعادل برای آن وجود دارد. یکی دیگر از مبدل های الکترونیک قدرت که قابلیت استفاده از منابع انرژی نو را داشته و به دلیل وجود مشکلاتی در اینورترهای منبع ولتاژ و منبع جریان مورد توجه قرار گرفته است مبدل منبع امپدانسی می باشد. هم چنین اینورترهای منبع ولتاژ و منبع جریان به ترتیب به صورت کاهنده، افزاینده عمل می کنند و لذا عمل کرد افزاینده- کاهنده ندارند. لذا مبدل های منبع امپدانسی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از مشکلات مبدل های منبع امپدانسی پایین بودن بهره ولتاژ خروجی می باشد که افزایش در مقادیر بالا سبب افزایش تلفات توان و ناپایداری می شود. از طرف دیگر با افزایش در اندازه چرخه کاری حالت اتصال کوتاه شاخص مدولاسیون افزایش خواهد یافت. در این رساله به منظور افزایش در مقدار بهره ولتاژ بدون نیاز به افزایش در چرخه کاری حالت اتصال کوتاه دو ساختار جدید پیشنهاد شده است. این ساختارها در دو حالت جریان پیوسته برای منبع ولتاژ ورودی و جریان ناپیوسته برای آن مورد بررسی قرار گرفته اند. هم چنین با توسعه ساختار پیشنهادی ساختارهای دو طبقه، سه طبقه و توسعه یافته پیشنهاد شده است. این ساختارها قابلیت دستیابی به میزان مطلوب از بهره ولتاژ را با افزایش در تعداد طبقات دارند. هم چنین کاهش در جریان عبوری از ادوات الکترونیک قدرت از دیگر مزایای این ساختارها می باشد. در نهایت صحت مطالب ارائه شده برای ساختارها و روش کنترلی پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی مورد تائید مجدد قرار گرفته است.