آنالیز تحلیلی هارمونیک‌های خروجی اینورترهای چندسطحی در حالت کلیدزنی نامتقارن

نویسندگان

دانشگاه تبریز - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده

در کاربردهای عملی، اینورترها ممکن است دارای کلیدزنی نامتقارن باشند. به‌عنوان‌مثال کلیدهای نیمه‌هادی یک مبدل ممکن است دقیقاً یکسان نباشند یا در مدار کنترل اینورتر نامتقارنی وجود داشته باشد که منجر به عدم تقارن در کلیدزنی مبدل گردد. این عدم تقارن باعث به وجود آمدن هارمونیک‌های اضافی در ولتاژ خروجی مبدل می‌گردد. این هارمونیک‌های اضافی معمولاً در طراحی مدار در نظر گرفته نمی‌شوند بنابراین می‌توانند باعث مشکلات فراوانی گردند. برای بررسی دقیق هارمونیک‌های ایجادشده در این مقاله مدل جدیدی برای اینورتر مبتنی بر مدل switching function ارائه شده است. با استفاده از این مدل روابط تحلیلی هارمونیک‌ها برای کلیدزنی نامتقارن محاسبه گردیده است. این روابط تحلیلی می‌تواند برای بهینه‌سازی و یا حذف هارمونیک‌های نامطلوب به کار رود. صحت نتایج تحلیلی با استفاده از نتایج شبیه‌سازی بررسی شده است. همچنین یک نمونه عملی ساخته شده است تا نتایج محاسبات تحلیلی مورد بررسی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


 
   [1]      S.H. Hosseini, M. Ahmad, and S.G.  Zadeh, “Reducing the output harmonics of cascade H-bridge multilevel inverter for electric vehicle applications,” International Conference on Electrical Engineering/ Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), pp. 752-755, 2011.
   [2]      P. Palanivel, and S.S. Dash, “Analysis of THD and output voltage performance for cascade multilevel inverter using carrier pulse width modulation techniques,” IET Power Electron, vol. 4, no. 8, pp. 951-958, 2011.
   [3]      A. Mohd, E. Ortjohann, N. Hamsic, W.Sinsukthavorn,  M. Lingemann, A. Schmelter, and D. Morton, “Control strategy and space vector modulation for three-leg four-wire voltage source inverters under unbalanced load conditions,” IET Power Electron, vol. 3, no. 3, pp. 323-333, 2010.
   [4]      Y. Cho, T.L. Bella, J.S. Lai, and M.K.  Senseky, “A carrier-based neutral voltage modulation strategy for multilevel cascade inverters under unbalanced DC sources,” IEEE Transaction on Industrial Electronics, vol. 61, no. 2, pp. 625-636, 2014.
   [5]      N. Farokhnia, “S.H. Fathi, N. Yousefpoor, and M.K. Bakhshizadeh, “Minimization of total harmonic distortion in a cascaded multilevel inverter by regulating voltages of DC sources,” IET Power Electronics, vol. 5, no. 1, pp. 106-114, 2012.
   [6]      E. Babaei, and S.H.  Hosseini, “Charge balance control methods for asymmetrical cascade multilevel converters”, International Conference on Electrical Machines and Systems, Seoul, Korea, pp. 74-79, 2007.
   [7]      M.F. Kangarlu, E. Babaei, and M. Sabahi, “Cascade cross-switched multilevel inverter in symmetric and asymmetric conditions,” IET Power Electronics, vol. 6, no. 6, pp. 1041-1050, 2013.
   [8]      S.A. Gonzalez, M.I. Valla, and C.F. Christiansen, “Five-level cascade asymmetric multilevel converter,” IET Power Electronics, vol. 3, no. 1, pp. 120-128, 2013.
   [9]      M.S.A. Dahidah, and V.G. Agelidis, “Selective harmonic elimination PWM control for cascade multilevel voltage source converters: a generalized formula,” IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 23, no. 4, pp. 1620-1630, 2008.
[10]      G. Fedele, and D. Frascino, “Spectral analysis of a class of DC-AC PWM inverters by kapteyn series,” IEEE Transaction on power electronics, vol. 25, no. 4, pp. 839-849, 2010.
[11]      J. Rodriguez, L.G. Franquelo, S. Kouro, J.I. Leon, R.C. Portillo, A.M. Prats, and M.A. Perez, “Multilevel converters: an enabling technology for high-power applications,” Proceedings of the IEEE, vol. 97, no. 11, pp. 1786-1817, 2009.
[12]      B.P. McGrath, and D.G. Holmes, “Multicarrier PWM strategies for multilevel inverters,” IEEE Transaction on Industry Applications, vol. 49, no. 4, pp. 858-867, 2002.
[13]      P. Palanivel. and S.S. Dash, “Analysis of THD and output voltage performance for cascaded multilevel inverter using carrier pulse width modulation techniques,” IET Power Electronics, vol. 4, no. 8, pp. 951-958, 2011.
[14]      B.K. Lee, and M. Ehsani, “A simplified functional model for 3-phase voltage- source inverter using switching function concept,” IBM Systems Journal, vol. 26, no. 3, 1999.
[15]      P.D. Ziogas, E.P. Wiechmanni, and V.R. Stefanovic, “A computer –aided analysis and design approach forstatic voltage source inverters,” IEEE Transaction on Industry Applications, vol. IA-21, no. 5, pp. 1234-1241, 1985.
[16]      M. Schwarz, W.R. Bennet, and S. Stein, Communication Systems and Techniques, McGraw-Hill Publishing, 1966.
[17]      J. Hamman, and F.S. Van der Merwe, “Voltage harmonic generated by voltage-fed inverters using PWM natural sampling,” IEEE Trans. Power Electronics, vol. 3, no. 3, pp. 297–302, 1988.
[18]      S. Sanakhan, E.  Babaei, and M.E. Akbari, “Investigation the effect of carrier waveforms arrangement of sin sawtooth PSCPWM on dynamic balance of capacitors voltage of FCMI,” International Conference on Technical and Physical Problems of Electrical Engineering, Istanbul, Turkey, pp. 195-200, 2013.
[19]      J. Arrillaga, B.C. Smith, N.R. Watson, and A.R. Wood, Power system harmonic analysis, John Wiley & Sons Publishing, 1997.
[20]      D.G. Holmes, and B.P. McGrath, “Opportunities for harmonic cancellation with carrier-based PWM for two-level and multilevel cascade inverters,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, no. 2, pp. 574-582, 2001.