Recenzie privind topologia și aplicațiile de control ale transformatoarelor electronice de putere de medie-înaltă tensiune III

3.3 Topologie multinivel cu fixare fixă

Este prezentată topologia multinivel cu prindere la punctul neutru (NPC). Pe lângă topologia NPC cu prindere la diodă, topologiile NPC includ, de asemenea, tipul cu condensatoare volante și tipul cu prindere hibrid, printre altele. Cu toate acestea, datorită volumului mare al condensatoarelor, topologiile NPC utilizează în mare parte dispozitive de comutație pasive sau active pentru prindere. Luând ca exemplu topologia multinivel cu prindere la diodă, într-o topologie cu etapă redresor trifazată, fiecare picior de fază constă din tranzistoare de comutație în cascadă și diode de prindere, conectate în paralel la o singură magistrală de curent continuu de înaltă tensiune. Literatura de specialitate a propus o topologie PET monofazată cu o etapă redresor utilizând un circuit cu prindere la diodă pe patru niveluri. O singură magistrală de curent continuu de înaltă tensiune este urmată de DAB-uri intrare-serie-ieșire-paralel, așa cum se arată. Această topologie poate fi extinsă într-o structură trifazată, iar numărul de niveluri de tensiune poate fi modificat în funcție de nivelurile de tensiune de rezistență ale dispozitivului și de nivelul de tensiune de pe partea de înaltă tensiune. La fel ca topologia MMC, topologia NPC poate fi aplicată și în etapa de izolare, conectând magistrala de curent continuu de înaltă tensiune la Transformator de izolație, așa cum se arată. Literatura de specialitate a aplicat un convertor NPC cu trei niveluri, cu diodă fixată, pe partea de înaltă tensiune a unui convertor rezonant LLC, verificându-l pe un prototip de 166 kW/2 kV ~ 400 V. Literatura de specialitate a aplicat un circuit NPC cu trei niveluri, cu diodă fixată, la un DAB trifazat, obținând caracteristici ideale de tensiune și curent DAB.

Când topologia NPC este utilizată ca etaj redresor, aceasta nu necesită magistrale de curent continuu izolate, reducând numărul de transformatoare pentru etajele de izolare. În plus, în structurile trifazate, nu există o ondulație de tensiune cu frecvență dublă pe magistrală. Cu toate acestea, deoarece topologia cu prindere necesită un număr mare de dispozitive de prindere, numărul de dispozitive de prindere crește odată cu creșterea numărului de niveluri, ceea ce face dificilă extinderea nivelurilor și dificilă realizarea redundanței. În ceea ce privește controlul, curenții care curg în fiecare condensator de magistrală al convertorului NPC sunt diferiți, ceea ce duce la un dezechilibru al tensiunii condensatorului. Pentru topologiile NPC peste trei niveluri, nu există un algoritm eficient de echilibrare a tensiunii. În plus, timpii de funcționare inconsecvenți ai comutatoarelor din interiorul și din exteriorul brațelor duc la o încălzire inegală, care poate fi rezolvată doar prin modificarea topologiei generale a circuitului.

Numeroasele dificultăți cauzate de extinderea nivelului înseamnă că topologiile NPC pot fi aplicate doar la niveluri de tensiune medie/înaltă prin conectarea în serie a dispozitivelor sau prin utilizarea dispozitivelor SiC de înaltă tensiune. Cu toate acestea, la niveluri de tensiune mai mici, comparativ cu o singură topologie cu punte H, un NPC cu trei niveluri are doar jumătate din rezistența la tensiune și solicitarea de tensiune pe fiecare tranzistor de comutare, generând în același timp mai multe niveluri de tensiune, rezultând cerințe de filtrare a ieșirii mai mici. Are avantaje considerabile în aplicare ca etaj invertor pe partea de joasă tensiune a unui PET. De exemplu, literatura de specialitate a folosit un NPC cu trei niveluri cu diodă fixată ca etaj invertor al unui PET pentru a acționa un motor trifazat, efectuând verificări experimentale și obținând performanțe bune de acționare a motorului și performanțe de zgomot.