Wielopoziomowe przekształtniki energoelektroniczne - topologie, zasada działania, metody modulacji

• Autorzy: Czmil Anna

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2020.1

Warianty tytułu

EN

Multilevel power electronic converters - topologies, operation, modulation methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zostały omówione wybrane zagadnienia dotyczące budowy topologicznej, sposobu działania i sterowania oraz metod modulacji stosowanych w przekształtnikach wielopoziomowych. Dokonano przeglądu podstawowych topologii przekształtników wielopoziomowych, do których zalicza się przekształtniki z diodami poziomującymi, przekształtniki z kondensatorami poziomującymi, przekształtniki kaskadowe oraz przekształtniki hybrydowe. Opisano ogólną strukturę działania przekształtnika wielopoziomowego składającą się z kilku etapów w zależności od jego zastosowania i topologii. W strukturze działania wyszczególniono etapy zewnętrznej pętli sterowania, wewnętrznej pętli sterowania, stabilizacji napięć DC oraz modulacji. Następnie zaprezentowano podział metod modulacji stosowanych w przekształtnikach wielopoziomowych i dokonano szczegółowego opisu wybranych metod modulacji. W dalszej części artykułu zostały szczegółowo opisane metody modulacji, tj. metoda z sygnałami nośnymi z przesuniętymi poziomami oraz metoda z sygnałami nośnymi przesuniętymi fazowo posłużyły do przedstawienia analizy strat mocy w przekształtnikach wielopoziomowych.

EN

In this paper selected issues concerning topological structure, operation and control as well as modulation methods used in multilevel converters are presented. There is reviewed general topologies of multilevel converters, which include Diode-Clamped Converters, Capacitor-Clamped Converters, Cascade Converters and Hybrid Converters. The general structure of a multilevel converter consisting of several stages depending on its application and topology is described. In the structure of operation, the stages of Outer Control Loop, Inner Control Loop, DC voltage stabilization and modulation are specified. Next, the division of modulation methods used in multilevel converters is presented and a detailed description of selected modulation methods is made. In the further part of the article the modulation methods were described in detail, i.e. the Level-Shifted Carrier Modulation Technique and Phase-Shifted Carrier Modulation Technique were used to present the analysis of power losses in multilevel converters.

Słowa kluczowe

PL

przekształtniki energoelektroniczne; układy topologiczne; sterowanie; struktura działania; metody modulacji; analiza strat mocy przekształtników

EN

power electronic converters; topology control; operation; modulation methods; power loss analysis

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2020
• Tom: z. 38 [301], nr 1-2
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Czmil Anna

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Zhang J., Xu S., Din Z., Hu X.: Hybrid Multilevel Converters: Topologies, Evolutions and Verifications, Energies, vol. 12, no. 4. 2019, s. 615, https://www.mdpi.com/1996-1073/12/4/615 (dostęp: 04.11.2019r.).
• [2] Lai J.S., Peng F.Z.: Multilevel converters-a new breed of power converters. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, 1996, pp. 509-517, https://ieeexplore.ieee.org/document/502161 (dostęp: 31.10.2019r.).
• [3] Hanzelka Z.: Rozważania o jakości energii elektrycznej (IV). Elektroinstalator, nr 12, 2001, s. 10-17.
• [4] Bayoumi E. H.: Power electronics in smart grid distribution power systems: a review, International Journal of Industrial Electronics and Drives, vol. 3, no. 1, 2016, s. 20, https://www.researchgate.net/publication/305288782_Power_electronics_in_ smart_ grid_distribution_power_systems_a_review (dostęp: 03.11.2019r.).
• [5] Zygmanowski M., Michalak J.: Przekształtniki energoelektroniczne w EP, Artykuły Referencyjne, Biblioteka Źródłowa Energetyki Prosumenckiej, Stowarzyszenie Klaster 3x20, 2014, http://bzep.pl/static/uploads/MICHALAK_ZYGMANOWSKI_ PRZEKSZTALTNIKI_ENERGOELEKTRONICZNE_W_EP2.pdf, (dostęp: 06.11.2019 r.).
• [6] Zygmanowski M.: Analiza porównawcza właściwości wybranych wielopoziomowych przekształtników energoelektronicznych przeznaczonych do układów kondycjonowania energii elektrycznej, Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, 2009.
• [7] Pieńkowski K., Knapczyk M.: Przekształtniki energoelektroniczne AC/DC/AC i AC/AC - układy topologiczne i sterowanie, Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, nr 72/2005, 2005, s. 247.
• [8] Leon J.I., Vazquez S., Franquelo L.G.: Multilevel Converters: Control and Modulation Techniques for Their Operation and Industrial Applications, Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 11, 2017, pp. 2066-2081, https://ieeexplore.ieee.org/document/8010540 (dostęp: 05.11.2019 r.).
• [9] Kazmierkowski M.P., Franquelo L., Rodriguez J., Perez M., Leon J.: High-Performance Motor Drives. IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 5, no. 3, 2011, pp. 6-26, https://www.researchgate.net/publication/261774243_High-Performance_Motor_Drives (dostęp: 12.11.2019r.).
• [10] Biskup T., Kołodziej H., Paluszczak D., Sontowski J., Michalak J., Zygmanowski M.: Przekształtnik 3-poziomowy NPC 3,3 kV do integracji z silnikiem klatkowym, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 2/2015(106), 2015, s. 163.
• [11] Leon J.I., Kouro S., Franquelo L.G., Rodriguez J., Wu B.: The essential role and the continuous evolution of modulation techniques for voltage-source inverters in the past present and future power electronics, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 63, no. 5, 2016, pp. 2688-2701, https://ieeexplore.ieee.org/document/7386640 (dostęp: 05.11.2019 r.).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).