Keskmise ja kõrge pingega elektritrafode topoloogia ja juhtimisrakenduste ülevaade III

3.3 Kinnitatud mitmetasandiline topoloogia

Näidatud on neutraalpunktiga kinnitatud (NPC) mitmetasandiline topoloogia. Lisaks dioodiga kinnitatud NPC topoloogiale hõlmavad NPC topoloogiad muuhulgas ka lendkondensaatori tüüpi ja hübriidset kinnitatud tüüpi. Suure kondensaatori mahu tõttu kasutavad NPC topoloogiad kinnitamiseks siiski enamasti passiivseid või aktiivseid lülitusseadmeid. Näiteks dioodiga kinnitatud mitmetasandilise topoloogia puhul koosneb kolmefaasilise alaldi astme topoloogia iga faasiharu kaskaadlülitiga transistoridest ja kinnitusdioodidest, mis on paralleelselt ühendatud ühe kõrgepinge alalisvoolusiiniga. Kirjanduses on pakutud välja ühefaasiline PET-topoloogia alaldiastmega, mis kasutab neljatasandilist dioodiga kinnitatud vooluringi. Ühele kõrgepinge alalisvoolusiinile järgnevad sisend-järjestiku-väljund-paralleelsed DAB-id, nagu näidatud. Seda topoloogiat saab laiendada kolmefaasiliseks struktuuriks ja pingetasemete arvu saab muuta seadme taluvuspinge tasemete ja kõrgepinge poole pingetaseme põhjal. Sarnaselt MMC topoloogiale saab ka NPC topoloogiat rakendada isolatsiooniastmes, ühendades kõrgepinge alalisvoolusiiniga Isolatsioonitrafo, nagu näidatud. Kirjanduses rakendati kolmetasandilist dioodiga kinnitatud NPC-muundurit LLC resonantsmuunduri kõrgepinge poolel, kontrollides seda 166kW/2kV~400V prototüübil. Kirjanduses rakendati kolmetasandilist dioodiga kinnitatud NPC-ahelat kolmefaasilisele DAB-ile, saavutades ideaalsed DAB-i pinge ja voolu karakteristikud.

Kui alaldiastmena kasutatakse NPC topoloogiat, ei vaja see isoleeritud alalisvoolusiine, mis vähendab isolatsiooniastme trafode arvu. Lisaks puudub kolmefaasilistes struktuurides siinil kahekordse liinisageduse pinge pulsatsioon. Kuna aga kinnitatud topoloogia nõuab suurt hulka kinnitusseadmeid, suureneb kinnitusseadmete arv tasemete arvu suurenedes, muutes tasemete laiendamise keeruliseks ja koondamise saavutamise raskeks. Juhtimise seisukohast on NPC muunduri igasse siini kondensaatorisse voolavad voolud erinevad, mis viib kondensaatori pinge tasakaalustamatusele. Üle kolme tasemega NPC topoloogiate puhul puudub efektiivne pinge tasakaalustamise algoritm. Lisaks põhjustavad lülitite ebajärjekindel tööaeg harude sees ja väljaspool ebaühtlast kuumenemist, mida saab lahendada ainult kogu vooluahela topoloogiat muutes.

Taseme laiendamisega kaasnevad arvukad raskused tähendavad, et NPC topoloogiaid saab rakendada ainult keskmise/kõrge pinge tasemel seadmete jadaühenduse või kõrgepinge SiC-seadmete kasutamise kaudu. Madalamatel pinge tasemetel on aga kolmetasandilisel NPC-l võrreldes ühe H-silla topoloogiaga vaid pool väiksema pingetaluvust ja pingekoormust iga lülitustransistori kohta, samal ajal kui see väljastab rohkem pingetasemeid, mille tulemuseks on madalamad väljundfiltreerimise nõuded. Sellel on märkimisväärsed rakenduslikud eelised PET-transistori madalpinge poolel inverteriastmena. Näiteks kirjanduses on kasutatud kolmetasandilist dioodiga kinnitatud NPC-d PET-i inverteriastmena kolmefaasilise mootori juhtimiseks, teostades eksperimentaalset kontrolli ja saavutades hea mootori ajami jõudluse ja mürataseme.