Inversor multinivell: tipus i avantatges

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Inversor:

L’inversor és un dispositiu elèctric que converteix el corrent continu (CC) en corrent altern (CA). L’inversor s’utilitza per alimentar de forma secundària d’emergència en una llar. L’inversor s’utilitza en alguns sistemes d’avions per convertir una part de la potència de CC de l’avió a CA. L’alimentació de corrent altern s’utilitza principalment per a dispositius elèctrics com llums, radar, ràdio, motors i altres dispositius.

Inversor multinivell:

Ara les moltes aplicacions industrials d’un dia han començat a requerir molta energia. Alguns aparells de la indústria, però, requereixen una potència mitjana o baixa per al seu funcionament. L’ús d’una font d’energia elevada per a totes les càrregues industrials pot resultar beneficiós per a alguns motors que requereixen una potència elevada, mentre que pot danyar les altres càrregues. Algunes unitats de motor de mitja tensió i aplicacions de serveis públics requereixen mitja tensió. L’inversor de diversos nivells s’ha introduït des del 1975 com a alternativa en situacions d’alta potència i mitja tensió. L’inversor multinivell és com un inversor i s’utilitza per a aplicacions industrials com a alternativa en situacions d’alta potència i mitja tensió.




Inversor multinivell

Inversor multinivell

Circuit general d’inversors DC-AC

La necessitat del convertidor multinivell és proporcionar una potència de sortida elevada de la font de mitja tensió. Fonts com bateries, supercondensadors i el panell solar són fonts de mitjana tensió. L’inversor de diversos nivells consta de diversos interruptors. En l’inversor de diversos nivells, els angles dels commutadors de disposició són molt importants.



Tipus d’inversors multinivell:

Els inversors multinivell són de tres tipus.

  • Inversor multinivell subjectat per díode
  • Inversor multinivell de condensadors voladors
  • Inversor de pont multinivell en cascada H

Inversor multinivell tancat amb díode:

El concepte principal d’aquest inversor és utilitzar díodes i proporciona els múltiples nivells de tensió a través de les diferents fases als bancs de condensadors que estan en sèrie. Un díode transfereix una quantitat limitada de tensió, reduint així la tensió d'altres dispositius elèctrics. La tensió màxima de sortida és la meitat de la tensió CC d’entrada. És l’inconvenient principal del convertidor multinivell subjectat per díodes. Aquest problema es pot resoldre augmentant els commutadors, els díodes i els condensadors. A causa dels problemes d'equilibri del condensador, aquests es limiten als tres nivells. Aquest tipus d’inversors proporciona una eficiència elevada a causa de la freqüència fonamental que s’utilitza per a tots els dispositius de commutació i és un mètode senzill de sistemes de transferència d’energia posterior.


Ex: inversor multinivell subjectat per díode de nivell 5, inversor multinivell subjectat per díode de 9 nivells.

  • L’inversor multinivell fixat amb díode de 5 nivells utilitza commutadors, s’utilitza un únic condensador de díodes, de manera que la tensió de sortida és la meitat de la CC d’entrada.
  • El convertidor multinivell de 9 nivells de díode fixat utilitza commutadors, els condensadors de díodes són dues vegades més que els inversors de 5 nivells de díode fixats. Així doncs, la sortida és més que l’entrada.
Inversor multinivell tancat amb díode de 5 nivells

Inversor multinivell tancat amb díode de 5 nivells

Aplicacions de l’inversor multinivell tancat amb díode:

  • Compensació de var estàtica
  • Accionaments de motor de velocitat variable
  • Interconnexions del sistema d’alta tensió
  • Línies de transmissió d'alta tensió i corrent continu

Inversor de diversos nivells de condensadors voladors:

El concepte principal d’aquest inversor és utilitzar condensadors. Es tracta d’una connexió en sèrie de cel·les de commutació fixades per condensador. Els condensadors transfereixen la quantitat limitada de voltatge als dispositius elèctrics. En aquest inversor, els estats de commutació són com en el inversor tancat amb díode. Els díodes de subjecció no són necessaris en aquest tipus d'inversors multinivell. La sortida és la meitat de la tensió CC d’entrada. És un inconvenient del convertidor multinivell de condensadors voladors. També té la redundància de commutació dins de la fase per equilibrar els condensadors de vol. Pot controlar tant el flux de potència activa com el reactiu. Però a causa del canvi d’alta freqüència, es produiran pèrdues de commutació.

EX: inversor multinivell de condensadors voladors de 5 nivells, inversor multinivell de condensadors voladors de 9 nivells.

  • Aquest inversor és el mateix que el multi-inversor de subjecció de díode
  • En aquest inversor, només s’utilitzen interruptors i condensadors.
Inversor de diversos nivells de condensadors voladors de 5 nivells

Inversor de diversos nivells de condensadors voladors de 5 nivells

Aplicacions dels inversors multinivell de condensadors voladors

  • Control del motor d’inducció mitjançant circuit DTC (Direct Torque Control)
  • L’estàtica era la generació
  • Tant les aplicacions de conversió AC-DC com DC-AC
  • Convertidors amb capacitat de distorsió harmònica
  • Rectificadors de corrent sinusoïdal

Inversor multinivell en cascada H-Bridge:

L’inversor multinivell H-bride en cascada utilitza condensadors i commutadors i requereix menys nombre de components a cada nivell. Aquesta topologia consisteix en una sèrie de cel·les de conversió de potència i la potència es pot escalar fàcilment. La combinació de condensadors i parells d’interruptors s’anomena pont H i proporciona la tensió CC d’entrada separada per a cada pont H. Consta de cèl·lules de pont H i cada cèl·lula pot proporcionar els tres voltatges diferents com ara zero, CC positiu i negatiu. Un dels avantatges d’aquest tipus d’inversors de diversos nivells és que necessita menys nombre de components en comparació amb els inversors de condensadors de vol fixats i de díode. El preu i el pes de l’inversor són inferiors als dels dos inversors. El canvi suau és possible mitjançant alguns dels nous mètodes de commutació.

Els inversors en cascada multinivell s’utilitzen per eliminar el voluminós transformador necessari en cas d’inversors multifàsics convencionals, els díodes de subjecció necessaris en cas d’inversors tancats amb díodes i els condensadors de vol necessaris en cas d’inversors de condensadors voladors. Però requereixen un gran nombre de tensions aïllades per subministrar cada cèl·lula.

Ex: inversor multinivell pont H-5, inversor multinivell fixat en pont H.

  • Aquest inversor també és el mateix que el multi-inversor de díode fixat.
5- Inversor multinivell de pont H

5- Inversor multinivell de pont H

Aplicacions del convertidor multinivell Cascaded H-Bridge

  • Accionaments del motor
  • Filtres actius
  • Conduccions de vehicles elèctrics
  • Utilització de la font d'alimentació CC
  • Compensadors del factor de potència
  • Sistemes d’enllaços de freqüència esquena amb esquena
  • Interfície amb recursos energètics renovables.

Avantatges del convertidor multinivell:

El convertidor multinivell té diversos avantatges, és a dir:

1. Voltatge de mode comú:

Els inversors multinivell produeixen voltatge en mode comú, reduint la tensió del motor i no danyen el motor.

2. Corrent d'entrada:

Els inversors multinivell poden generar corrent d’entrada amb poca distorsió

3. Freqüència de commutació:

L'inversor multinivell pot funcionar tant a freqüències de commutació fonamentals que són de freqüència de commutació més alta com de freqüència de commutació inferior. Cal tenir en compte que la freqüència de commutació més baixa significa una pèrdua de commutació menor i s’aconsegueix una eficiència més alta.

4. Distorsió harmònica reduïda:

La tècnica d'eliminació d'harmònics selectius juntament amb la topologia de diversos nivells dóna lloc a una distorsió harmònica total a la forma d'ona de sortida sense utilitzar cap circuit de filtre.

Crèdit fotogràfic:

  • Inversor multinivell fixat per díodes de 5 nivells per xplqa30.ieee
  • Inversor multinivell de condensadors voladors de 5 nivells de origen-ars
  • Inversor multinivell de pont 5-H de power.eecss