Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego

T. Tarczewski

2

Zasada działania

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

2-poziomowy

3-poziomowy

n-poziomowy

rysunki pochodzą z: J. Rodríguez, Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, 2002

T. Tarczewski

3

✔

napięcie wyjściowe przekształtnika zawiera większą liczbę poziomów

(schodków), w związku z tym lepiej aproksymuje sinusoidę

✔

przy porównywalnej częstotliwości przełączania zawartość harmonicznych jest

znacznie niższa niż w przekształtniku 2-poziomowym

✔

niższy rozkład napięcia na łącznikach – mniejsze wymagania, niższe dv/dt oraz

EMI

✔

znacznie mniejsze gabaryty filtra dolnoprzepustowego LC ze względu na niższe

THD

✔

niższe straty przewodzenia i przełączania (łączniki na niższą klasę napięciową)

✔

większa liczba łączników i sterowników

✔

bardziej rozbudowane algorytmy sterowania

Podstawowe właściwości

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

T. Tarczewski

4

Topologia z diodami poziomującymi

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

3-poziomowy

S2

S1'

Vdc

S1

C2

S2'

D1

D1'

C1

-Vdc/2

Vdc/2

n

a

0

0

1

2

3

4

5

6

7

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

V

an

S2

S1'

Vdc

S1

S2'

D1

D1'

C1

C4

C2

C3

S3

S4

S3'

S4'

D2

D2'

D3

D3'

n

a

0

5-poziomowy

V

an

T. Tarczewski

5

Topologia z kondensatorami o zmiennym potencjale

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

3-poziomowy

S2

S1'

Vdc

S1

S2'

C2

C1

-Vdc/2

Vdc/2

n

a

0

C2

0

1

2

3

4

5

6

7

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

V

an

5-poziomowy

V

an

S2

S1'

Vdc

S1

S2'

C4

S3

S4

S3'

S4'

n

a

0

C4

C4

C4

C1

C2

C2

C3

C3

C3

T. Tarczewski

6

Topologia komórkowa z izolowanymi mostkami

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

9-poziomowy

rysunki pochodzą z: J. Rodríguez, Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, 2002

T. Tarczewski

7

Przekształtniki hybrydowe

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

9-poziomowy

rysunki pochodzą z: J. Rodríguez, Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, 2002

T. Tarczewski

8

Metody modulacji wielopoziomowej

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

Modulacja wektora

przestrzennego

PWM z przesunięciem

fazy

PWM z przesunięciem

poziomu

Wysoka częstotliwość

przełączania (PWM)

rysunek pochodzi z: W. Kołomyjski, Modulation Strategies for Three-level PWM Converter-fed Induction Machine Drives, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009

T. Tarczewski

9

SINUSOIDALNA PWM DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW

SINUSOIDALNA PWM DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW

WIELOPOZIOMOWYCH Z OBWODEM

WIELOPOZIOMOWYCH Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

Przesunięcie fazy

rysunki pochodzą z: W. Kołomyjski, Modulation Strategies for Three-level PWM Converter-fed Induction Machine Drives, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009

T. Tarczewski

10

SINUSOIDALNA PWM DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW

SINUSOIDALNA PWM DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW

WIELOPOZIOMOWYCH Z OBWODEM

WIELOPOZIOMOWYCH Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

Przesunięcie poziomu

rysunki pochodzą z: W. Kołomyjski, Modulation Strategies for Three-level PWM Converter-fed Induction Machine Drives, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009

T. Tarczewski

11

MODULACJA WEKTORA PRZESTRZENNEGO NAPIĘCIA

MODULACJA WEKTORA PRZESTRZENNEGO NAPIĘCIA

DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW WIELOPOZIOMOWYCH Z

DLA PRZEKSZTAŁTNIKÓW WIELOPOZIOMOWYCH Z

OBWODEM POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

OBWODEM POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

SEKTOR 2

SEKTOR 3

SEKTOR 1

SEKTOR 5

SEKTOR 6

SEKTOR 4

U

ref

=

√

U

α

2

+

U

β

2

α=

arctg

U

β

U

α

rysunki pochodzą z: W. Kołomyjski, Modulation Strategies for Three-level PWM Converter-fed Induction Machine Drives, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009

T. Tarczewski

12

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

PRZEKSZTAŁTNIKI WIELOPOZIOMOWE Z OBWODEM

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

POŚREDNICZĄCYM NAPIĘCIA STAŁEGO

Przesunięcie poziomu

Zastosowania

przekształtników

wielopoziomowych

Napęd

elektryczny

FOC

DTC

UPS

Odnawialne

źródła energii

Fotowoltaika

Turbiny

wiatrowe

Rezonans

magnetyczny

Motoryzacja

EV

HEV

Górnictwo

Taśmociąg

Akumulator

Trakcja

Interfejsy

Filtry

aktywne

FACTS

HVDC

STATCOM

O

db

io

rn

ik

rysunek pochodzi z: L. Franquelo, et. al., The age of multilevel converters arrives, IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS MAGAZINE,

2008

T. Tarczewski

13

PORÓWNANIE STRAT MOCY I SPRAWNOŚCI

PORÓWNANIE STRAT MOCY I SPRAWNOŚCI

PRZEKSZTAŁTNIKÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

PRZEKSZTAŁTNIKÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

rysunek pochodzą z: W. Kołomyjski, Modulation Strategies for Three-level PWM Converter-fed Induction Machine Drives, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009