دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 52971 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

راهکارهای کانورتر تحمل خطا با نقطه‌ی نوترال کلمپ شده بر اساس در نظر گرفتن پایه‌ی چهارم رزونانس

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
52971 2015 9 صفحه PDF 25 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Fault-Tolerant Neutral-Point-Clamped Converter Solutions Based on Including a Fourth Resonant Leg
منبع

Publisher : IEEE (آی تریپل ای)

Journal : IEEE Transactions on Industrial Electronics, Page(s): 2293 - 2303 ISSN : 0278-0046 INSPEC Accession Number: 11988581

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
عبارات شاخص
مقدمه
شکل1. کانورتر NPC. 
شکل2. توپولوژی ارائه شده.
جدول1:وضعیت‌های کلیدزنی پایه‌ی چهارم
توپولوژی ارائه شده
شکل3. شکل‌موج جریان پایه‌ی چهارم iL در طی دوره‌ی کلیدزنی.
نتایج آزمایشگاهی
شکل4. شکل‌موج‌های ولتاژ و جریان
شکل5. نسبت کل تلفات کانورترهای چهار پایه و سه پایه‌ی استاندارد
شکل6. توپولوژی رزونانس ارائه شده.
توپولوژی رزونانس
شکل7. فرایند کموتاسیون کلیدزنی نرم.
شکل8. شکل‌موج‌های رزونانس. ا
شکل9. نسبت کل تلفات کانورترهای رزونانس چهارپایه و سه پایه
شکل10. کانورتر NPC متصل به شبکه.
شکل11. کانورتر تحمل خطا. راهکار 1.
شکل12. کانورتر تحمل خطا. راهکار 2.
شکل13. شکل‌موج‌های آزمایشگاهی
راهکار 1
راهکار 2
راهکار 3
شکل14. کانورتر تحمل خطا. راهکار 3.
شکل15. شکل‌موج‌های آزمایشگاهی
مقایسه‌ی توپولوژی‌های تحمل خطا
نتیجه‌گیری
کلمات کلیدی
راندمان، تحمل خطا، کانورتر چندسطحی، کانورتر با نقطه‌ی نوترال (NP) کلمپ‌‌شده (NPC)ريال قابلیت اطمینان، کانورترهای رزونانس، نوسان ولتاژ -
ترجمه چکیده
این مقاله توپولوژی نوین سه سطحی بر اساس کانورتر با نقطه‌ی نوترال کلمپ شده (NP) را ارائه می‌دهد. یک پایه‌ی اضافی به توپولوژی اصلی افزوده می‌‌شود. هدف اصلی از این پایه فراهم کردن قابلیت‌هایی برای تحمل خطاست. علاوه بر این، در طی حالت عملکرد طبیعی، از پایه‌ی چهارم می‌توان برای متعادل کردن ولتاژ نقطه‌ی نوترال استفاده کرد. به این ترتیب، نوسانات فرکانس پایین ولتاژ که در نقطه‌ی نوترال و تحت برخی شرایط عملکردی ظاهر می‌شوند به طور موثر از بین می‌روند. در نتیجه، راهبرد مدلاسیون سه پایه‌ی اصلی کانورتر مسئول تعادل ولتاژ نبوده و قادر است روی جوانب دیگری چون کمینه‌سازی تلفات کلیدزنی مبدل تمرکز کند. با این حال، حضور پایه‌ی چهارم موجب تلفات بیشتری می‌شود. یک توپولوژی رزونانس به منظور حداقل کردن تلفات کلیدزنی این پایه ارائه شده است. سه راهکار مختلف تحمل خطا بر اساس توپولوژی پایه‌ی چهارم بیان می‌شود. با مقایسه‌ی این توپولوژی، مزایا و معایب هر کدام مشخص می‌شود. نتایج آزمایشگاهی به منظور اثبات قابلیت و امکانپذیری این روش ارائه شده است.
ترجمه مقدمه
استفاده از کانورتر چندسطحی طی سال‌های گذشته به طور مداوم افزایش یافته است [1]-[4]. این کانورترها در کاربردهای ولتاژ متوسط و توان بالا به کار می‌رفتند. با این حال، امروزه، استفاده از آنها در کاربردهای توان پایین نیز امیدوار کننده است [5]، [6]. این بهره‌برداری گسترده از کانورترهای چندسطحی نتیجه‌ی مستقیم مزایایی است که از کاربرد آنها بدست می‌آید. شاید، مهم‌ترین مزیت آنها قابلیت تحمل ولتاژهای بالا باشد، در حالی که تجهیزات نیمه‌هادی باید اصولا تنها بخشی از این ولتاژها را تحمل کنند. از دیگر مزایای این کانورترها، اعوجاج هارمونیکی پاین ولتاژها و جریان‌ها، اندازه‌ی کوچک اجزای موردنیاز برای فیلتر کردن، محدویدت گذراهای ولتاژ dv/dt، راندمان بالا در کلیه‌ی محدوده‌ی عملکردی توان و ولتاژهای پایین مود مشترک است. در سه‌ دهه‌ی گذشته، چندین توپولوژی برای کانورتر چندسطحی توسعه یافته است. سه تا از مهم‌ترین توپولوژی‌ها عبارتند از کانورتر با دیود کلمپ‌شده [7]، [8]، کانورتر با خازن شناور [9] و اتصال متوالی پل‌های H [10]. از لحاظ تئوری با این توپولوژی‌ها می‌توان به هر تعداد سطح ولتاژی دست یافت. اما به دلیل محدودیت‌های عملی، نسخه‌های سه سطحی این کانورترها کاربرد بیشتری دارند، به خصوص نوع دیود کلمپ‌شده که به کانورتر با نقطه‌ی نوترال کلمپ‌شده (NPC) معروف است. یک دغدغه‌ی مهم در این توپولوژی که در سال‌های اخیر عمیقا مورد بررسی قرار گرفته است، نحوه‌ی حفظ ولتاژ نقطه‌ی نوترال در نصف ولتاژ لینک dc است. متاسفانه، برخی شرایط عملکردی وجود دارند که تحت آنها نوسانات فرکانس پایین ولتاژ یا حتی ناپایداری‌هایی که در نقطه‌ی نوترال ظاهر می‌شود [!1]-[13]. این حقیقت به این معناست که تجهیزات توان و خازن‌های لینک dc باید بزرگتر انتخاب شوند. علاوه بر این، تحمل خطا در بسیاری از کاربردها هر چه بیشتر اهمیت پیدا می‌کند. این موضوع به خصوص در کانورترهای چندسطحی چشم‌‌گیر است چون هر چه تعداد کلیدها بیشتر شود احتمال خطا نیز بالاتر می‌رود. در نتیجه، قابلیت اطمینان سیستم کاهش می‌یابد [14]. اخیرا چندین روش با هدف غلبه بر این مشکل ارائه شده است. در [15]-[17] راهکارهای ممکن اعمال شده به کانورترهای با خازن شناور ارائه شده است. در مرجع [8] روشی برای کانورتر با توپولوژی تعمیم یافته اعمال شده است و در [19]-[21]، راهکارهای تحمل خطا به کانورترهای متوالی به کار گرفته شده است. اخیرا برخی از روش‌های به کار رفته در کانورترهای با دیود کلمپ‌شده در [22]-[23] ارائه شده است. این روش‌ها را می‌توان به دو گروه اصلی دسته‌بندی کرد. ابتدا، به روش‌های مبتنی بر توپولوژی‌های سه پایه می‌پردازیم [22]-[27]. این روش‌ها کاملا ساده هستند، اما متاسفانه دارای معایبی می‌باشند. برای مثال، وقتی کلیدی در حال استراحت است، شاخص مدولاسیون کانورتر باید کاهش یابد و بنابراین دامنه‌ی ولتاژهای خروجی کم می‌شود. در نتیجه، این روش‌ها برای کاربردهای متصل به شبکه که در آن کانورترها به طور معمول تحت یک شاخص مدولاسیون نزدیک به بیشینه کار می‌کنند، مناسب نمی‌باشند. راهکاری برای این مشکل در [28] ارائه شده است. با این وجود، در این حالت، نیمه‌هادی‌ها باید قادر به تحمل کل ولتاژ لینک dc باشند. نتیجه‌ اینکه، این روش تنها برای کاربردهای ولتاژ پایین و توان پایین مفید است. دوم، برخی راهکارهای مبتنی بر کانورترهای چهارپایه در [29]-[32] ارائه شده است. این توپولوژی‌ها نسبت به موارد قبلی پیچیده‌تر هستند. با این حال، برخی از آنها همه‌ی مزایای کانورترهای چندسطحی، حتی پس از بروز یک خطا، را با خود دارند. علاوه بر این، برخی از این توپولوژی‌ها شامل درجات آزادی اضافی هستند که به بهبود عملکرد کانورتر در طی شرایط عملکرد طبیعی (بدون معیوب شدن نیمه‌هادی‌ها) کمک می‌کنند. کانورتر چندسطحی ارائه شده در این مقاله، در این دسته جای می‌گیرد. این کانورتر دارای توپولوژی چندپایه است که هدف اصلی آن تجهیز سیستم به قابلیت‌های تحمل خطاست. در صورت خرابی یک کلید، پایه‌ی اضافی جایگزین فاز آسیب دیده می‌شود و در نتیجه قابلیت اطمینان سیستم افزایش می‌یابد. علاوه بر این، در طی شرایط عملکرد طبیعی، پلیه‌ی چهارم می‌تواند در دستیابی به ولتاژ قابل اطمینان نقطه‌ی نوترال و حذف کامل نوسانات فرکانس پایین ولتاژ نقطه‌ی نوترال مفید باشد. علاوه براین، چون دیگر نیازی به مراقبت از اتصال ولتاژ نقطه‌ی نوترال نیست، راهبرد مدولاسیون را می‌توان روی جوانب دیگری چون حداکثر کردن راندمان توپولوژی متمرکز کرد. این کار با استفاده از یک راهبرد مدولاسیون برای سه پایه‌ی اصلی کانورتر که تلفات کلیدزنی را کاهش می‌دهد محقق می‌شود. همچنین به منظور حداقل کردن تلفات ناشی از پایه‌ی چهارم، یک ساختار رزوناسن معرفی می‌شود که تضمین می‌کند پدیده‌های کلیدزنی در این پایه تحت هر دو قانون ولتاژ صفر یا جریان صفر ایجاد شوند. این مقاله توسعه‌ی ایده‌های معرفی شده در مراجع [30] و [31] است. دو راهکار اضافی تحمل خطا معرفی می‌شود. نتایج آزمایشگاهی و ملاحظات عملی با توجه به قابلیت اطمینان و هزینه‌ی هر پاسخ نشان داده می‌شوند. این مقاله به دو بلوک اصلی تقسیم می‌شود. بلوک اول شامل بخش‌های 2 تا 4 است و توپولوژی ارائه شده و برخی راهبردهای مدولاسیون و کنترلی برای کانورتری که در حالت بدون خرابی کار می‌کند را توصیف می‌کند. بلوک دوم، که متناظر با بخش‌های 5 و 6 است سه راهکار مختلف بر اساس توپولوژی چهار پایه‌ی اساسی که قبلا ارائه شده است را بیان و تحلیل می‌کند.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله راهکارهای کانورتر تحمل خطا با نقطه‌ی نوترال کلمپ شده بر اساس در نظر گرفتن پایه‌ی چهارم رزونانس

چکیده انگلیسی

This paper presents a new three-level topology based on the neutral-point (NP)-clamped converter. An additional leg is added to the basic topology. The main purpose of this leg is to provide the converter with fault-tolerant capabilities. In addition, during normal operation mode, the fourth leg can be used to balance the NP voltage. In this way, the low-frequency voltage oscillations that appear in the NP under some operating conditions are cancelled out effectively. As a result, the modulation strategy of the three main legs of the converter does not have to take care of the voltage balance and can focus on other aspects such as, for instance, minimizing the switching losses of the converter. However, the inclusion of the fourth leg produces some additional losses. A resonant topology is proposed to minimize the switching losses of this leg. Three different fault-tolerant solutions based on the fourth-leg topology are presented. A comparison of these topologies showing their respective advantages and drawbacks is made. Experimental results are presented to show the viability of this approach.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.