Pregled topologije i primjene upravljanja srednje-visokonaponskim elektroničkim transformatorima III

3.3 Stegnuta višerazinska topologija

Prikazana je višerazinska topologija s neutralnom točkom stezanja (NPC). Osim NPC topologije stegnute diodom, NPC topologije također uključuju tip letećeg kondenzatora i hibridni tip stezanja, između ostalog. Međutim, zbog velikog volumena kondenzatora, NPC topologije još uvijek uglavnom koriste pasivne ili aktivne sklopne uređaje za stezanje. Uzimajući višerazinsku topologiju stegnutu diodom kao primjer, u topologiji trofaznog ispravljačkog stupnja, svaki fazni krak sastoji se od kaskadnih sklopnih tranzistora i steznih dioda, spojenih paralelno na jednu visokonaponsku istosmjernu sabirnicu. U literaturi je predložena jednofazna PET topologija s ispravljačkim stupnjem koji koristi četverozavni krug stegnut diodom. Na jednu visokonaponsku istosmjernu sabirnicu slijede ulazno-serijski-izlazno-paralelni DAB-ovi, kao što je prikazano. Ova topologija se može proširiti u trofaznu strukturu, a broj naponskih razina može se mijenjati na temelju podnošljivih naponskih razina uređaja i naponske razine visokonaponske strane. Poput MMC topologije, NPC topologija se također može primijeniti u fazi izolacije, spajajući visokonaponsku istosmjernu sabirnicu na... Izolacijski transformator, kao što je prikazano. U literaturi je primijenjen trorazinski diodno stegnuti NPC pretvarač na visokonaponsku stranu LLC rezonantnog pretvarača, provjeravajući ga na prototipu od 166 kW/2 kV ~ 400 V. U literaturi je primijenjen trorazinski diodno stegnuti NPC krug na trofazni DAB, postižući idealne naponske i strujne karakteristike DAB-a.

Kada se NPC topologija koristi kao ispravljački stupanj, ne zahtijeva izolirane istosmjerne sabirnice, što smanjuje broj transformatora izolacijskog stupnja. Nadalje, u trofaznim strukturama nema dvostrukog valovitog napona linijske frekvencije na sabirnici. Međutim, budući da stegnuta topologija zahtijeva veliki broj steznih uređaja, broj steznih uređaja se povećava s povećanjem broja razina, što otežava proširenje razina i postizanje redundancije. Što se tiče upravljanja, struje koje teku u svaki sabirnički kondenzator NPC pretvarača su različite, što dovodi do neravnoteže napona kondenzatora. Za NPC topologije iznad tri razine ne postoji učinkovit algoritam za uravnoteženje napona. Osim toga, nedosljedna vremena rada prekidača unutar i izvan krakova dovode do neravnomjernog zagrijavanja, što se može riješiti samo promjenom ukupne topologije kruga.

Brojne poteškoće uzrokovane širenjem razina znače da se NPC topologije mogu primijeniti samo na srednjim/visokim naponskim razinama putem serijskog spajanja uređaja ili korištenjem visokonaponskih SiC uređaja. Međutim, na nižim naponskim razinama, u usporedbi s topologijom jednog H-mosta, trorazinski NPC ima samo upola manju naponsku otpornost i naponsko opterećenje na svakom sklopnom tranzistoru, dok proizvodi više naponskih razina, što rezultira nižim zahtjevima za filtriranje izlaza. Ima značajne prednosti primjene kao inverterski stupanj na niskonaponskoj strani PET-a. Na primjer, u literaturi je korišten trorazinski diodno stegnuti NPC kao inverterski stupanj PET-a za pogon trofaznog motora, provodeći eksperimentalnu provjeru i postižući dobre performanse pogona motora i performanse buke.