Wielopoziomowe przekształtniki energoelektroniczne - topologie, zasada działania, metody modulacji

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.

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.