تحلیل و شبیه سازی اینورترهای npc مبتنی بر مبدل های منبع امپدانسی
چکیده
مبدل منبع امپدانسی در سال 2003 پیشنهاد شده است. این مبدل با به کارگیری از یک شبکه امپدانسی منحصر به فرد موجب ایجاد یک مبدل تک-مرحله ای می شود که می تواند ولتاژ خروجی را کاهش و یا افزایش دهد. ساختار اینورتر منبع امپدانسی دارای دو حالت عملکرد کلی یعنی حالت مدار باز صفر (shoot-through) و حالت غیر مدار باز (non-shoot-through) می باشد. هم چنین در ساختار این اینورتر از یک دیود ( یا سوئیچ) ماقبل شبکه lc نیز استفاده شده است. لزوم استفاده از این دیود بدین دلیل است که بتواند ولتاژ بالا در حالت سوئیچینگ shoot-through را تحمل بکند. قابل ذکر است که به دلیل ناپیوسته بودن جریان، وجود این دیود یک حالت عملکرد نامطلوب را در طول دوره حالت سوئیچینگ non-shoot-through به وجود خواهد آورد. از طرفی، شبکه منبع امپدانسی به عنوان ذخیره ساز انرژی، تضمین کننده درجه فیلتراسیون دوبل در ورودی اینورتر، میراکننده ریپل های جریان و نوسانات ولتاژ در مدار dc می باشد. بنابراین ملزومات مورد نیاز برای سلف ها و خازن ها در اینورتر zsi کم تر از ملزومات مربوط به اینورترهای vsi یا csi خواهند بود. یکی دیگر از موارد مورد مطالعه، مربوط به اینورترهای نوع z-npc می باشد. در اینورتر z-npc سه سطحی به جای استفاده از دو منبع ولتاژ یا دو خازن با نقطه مشترک از دو اینورتر منبع امپدانسی با دو ولتاژ ورودی بدون نقطه مشترک استفاده می شود. لذا به عنوان یک نتیجه ، اینورترهای منبع امپدانسی می تواند با اطمینان در اینورترهای چند سطحی مبتنی بر ساختار "برشگر دیودی" به کار برده شود. یک مبدل قدرت جدید دیگر به نام مبدل z-h، با بهره گیری از مفهوم مبدل منبع امپدانسی در سال 2008 پیشنهاد گردید. یکی از ویژگی های منحصر بفرد مبدل z-h این است که می تواند به طور مستقیم و بدون هیچ تغییری در ساختارش برای انواع تبدیل های dc-dc، dc-ac، ac-dc و ac-ac به کار گرفته شود. اصول عملکرد مبدل z-h و اینورتر منبع امپدانسی مشابه بوده و دارای معادلات یکسانی در حالت افزاینده می باشند. ساختار مبدل جدید، متشکل از یک شبکه امپدانسی شبیه به اینورتر منبع امپدانسی بوده اما از لحاظ اتصال دارای تفاوت هایی می باشد. یکی دیگر از تفاوت های موجود در مقایسه با اینورتر منبع امپدانسی، حذف شدن دیود ماقبل شبکه lc می باشد. از طرفی مبدل z-h همانند یک مبدل منبع ولتاژ می باشد، یعنی دیگر هیچ حالت سوئیچنیگ shoot-through در آن وجود ندارد. ویژگی های خاص موجود در مبدل z-h را می توان در ساخت یک اینورتر z-h نیز به کار برد. اینورتر z-h شبیه به یک اینورتر پل- h متداول می باشد با این تفاوت که اینورتر z-h شامل دو سلف و دو خازن در یک ساختار متقارن است. وجود این ساختار متقارن، امکانی را فراهم می کند که مبدل z-h بتواند به آسانی در کاربردهای ac-ac توسعه و گسترش یابد. از لحاظ تئوری در ساختار یک مبدل ac-ac از نوع z-h، می توان ولتاژ ac را تا هر مقدار دلخواهی افزایش داد. یک تفاوت عمده و شاخص مابین مبدل ac-ac از نوع z-h و مبدل ac-ac منبع امپدانسی این است که ولتاژ خروجی مبدل ac-ac از نوع z-h دارای یک شکل موج سینوسی بوده و به همین جهت دیگر هیچ نیازی به استفاده از فلیتر اضافی در مدار نخواهد بود. بنابراین مبدل ac-ac از نوع z-h دارای ساختار بسیار ساده ای خواهد بود.