Közép-nagyfeszültségű elektronikus teljesítménytranszformátorok topológiájának és vezérlési alkalmazásainak áttekintése III.

3.3 Rögzített többszintű topológia

A képen a nullapont-rögzített (NPC) többszintű topológia látható. A dióda-rögzített NPC topológia mellett az NPC topológiák közé tartoznak többek között a repülőkondenzátoros és a hibrid-rögzített típusok is. A nagy kondenzátortérfogat miatt azonban az NPC topológiák továbbra is többnyire passzív vagy aktív kapcsolóeszközöket használnak a rögzítéshez. A dióda-rögzített többszintű topológia példájaként véve, egy háromfázisú egyenirányító fokozat topológiában minden fáziság kaszkádba kapcsolt kapcsolótranzisztorokból és szorítódiódákból áll, amelyek párhuzamosan kapcsolódnak egyetlen nagyfeszültségű egyenáramú sínhez. A szakirodalom egyfázisú PET topológiát javasol egy egyenirányító fokozattal, amely egy négyszintű dióda-rögzített áramkört használ. Egyetlen nagyfeszültségű egyenáramú sínt bemeneti-soros-kimeneti-párhuzamos DAB-ok követnek, ahogy az ábrán látható. Ez a topológia bővíthető háromfázisú struktúrává, és a feszültségszintek száma az eszköz ellenállási feszültségszintjei és a nagyfeszültségű oldali feszültségszint alapján módosítható. Az MMC topológiához hasonlóan az NPC topológia is alkalmazható leválasztási fokozatban, a nagyfeszültségű egyenáramú sínt a... Leválasztó transzformátor, ahogy az ábrán látható. A szakirodalom egy háromszintű, diódás NPC átalakítót alkalmazott egy LLC rezonáns átalakító nagyfeszültségű oldalára, egy 166kW/2kV~400V prototípuson igazolva azt. A szakirodalom egy háromszintű, diódás NPC áramkört alkalmazott egy háromfázisú DAB-ra, ideális DAB feszültség- és áramkarakterisztikákat érve el.

Amikor az NPC topológiát egyenirányító fokozatként használják, nincs szükség leválasztott egyenáramú sínekre, ami csökkenti a leválasztó fokozatú transzformátorok számát. Továbbá háromfázisú struktúrákban nincs kettős vonali frekvenciájú feszültséglüktetés a sínen. Mivel azonban a lefogott topológia nagyszámú lefogó eszközt igényel, a lefogó eszközök száma a szintek számának növekedésével növekszik, ami megnehezíti a szintbővítést és a redundancia elérését. Vezérlés szempontjából az NPC konverter egyes sínkondenzátoraiba folyó áramok eltérőek, ami a kondenzátor feszültségének kiegyensúlyozatlanságához vezet. Három szint feletti NPC topológiák esetén nincs hatékony feszültségkiegyenlítő algoritmus. Ezenkívül a karokon belüli és kívüli kapcsolók inkonzisztens működési ideje egyenetlen melegedéshez vezet, amit csak az áramkör teljes topológiájának megváltoztatásával lehet megoldani.

A szintbővítés okozta számos nehézség miatt az NPC topológiák csak közepes/nagy feszültségszinteken alkalmazhatók eszközök soros összekapcsolásával vagy nagyfeszültségű SiC eszközök használatával. Alacsonyabb feszültségszinteken azonban, egy H-híd topológiához képest, egy háromszintű NPC feszültségtűrése és feszültségterhelése minden kapcsolótranzisztoron csak a fele, miközben több feszültségszintet ad ki, ami alacsonyabb kimeneti szűrési követelményeket eredményez. Jelentős alkalmazási előnyökkel rendelkezik, mint inverter fokozat egy PET alacsony feszültségű oldalán. Például a szakirodalom egy háromszintű, diódával rögzített NPC-t használt egy PET inverter fokozataként egy háromfázisú motor meghajtására, kísérleti ellenőrzést végezve, és jó motorhajtási teljesítményt és zajteljesítményt elérve.