การออกแบบและวิเคราะห์คอนเวอร์เตอร์หลายระดับ แบบ 4 สถานะ

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการออกแบบและวิเคราะห์คอนเวอร์เตอร์หลายระดับ แบบหลายสถานะ โดยใช้เอช-บริดจ์ คอนเวอร์เตอร์และหม้อแปลงคาสเคด ซึ่งต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเดียวกัน และด้านออกของหม้อแปลงแต่ละชุดต่อกันแบบอนุกรม เพื่อสร้างรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าด้านออกให้มีคุณภาพสูง สามารถสร้างจำนวนระดับได้จำนวนมาก เหมาะที่จะนำไปประยุกต์ใช้กับระบบพลังานทดแทน การทวนสอบทำโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการจำลอง MATLAB/Simulink เพื่อวิเคราะห์รูปคลื่นแรงดัน และความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์รวมของแรงดัน (THDV) ของ 2, 3 และ 4 สถานะ ซึ่งสามารถสร้างรูปคลื่นแรงดันด้านออกเป็นพีดับเบิ้ลยูเอ็มได้ 5, 11 และ 27 ระดับ ตามลำดับ และสามารถสร้างรูปคลื่นแรงดันด้านออกเป็นคอนเวอร์เตอร์หลายระดับจำนวน 9, 27 และ 81 ระดับ ตามลำดับ ผลการจำลองโดย MATLAB/Simulink คอนเวอร์เตอร์ 27 และ 81 ระดับ และพีดับเบิ้ลยูเอ็ม 29 ระดับ มีความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์ของแรงดันรวม (THDV) ไม่เกิน 5% โดยที่ความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์ของแรงดันรวมของคอนเวอร์เตอร์ 27 ระดับ มีค่า 3.018% น้อยกว่าพีดับเบิ้ลยูเอ็ม 29 ระดับ และสามารถลดจำนวนอุปกรณ์สวิตชิ่งได้ 4 ตัว หรือสามารถลดจำนวนอุปกรณ์สวิตชิ่งจากคอนเวอร์เตอร์ทั่วไปถึง 40 ตัว ดังนั้นจึงออกแบบสร้างเครื่องต้นแบบคอนเวอร์เตอร์ 27 ระดับ แบบ 3-สถานะ โดยใช้ MATLAB/Simulink ในการสร้างสัญญาณผ่าน eZdspTMS320F2812 เพื่อไปควบคุมวงจรมอสเฟตกำลัง ผลการทดลองการทำงานของเครื่องต้นแบบ 27 ระดับ แบบ 3-สถานะ สามารถสร้างรูปคลื่นแรงดันด้านออกได้คุณภาพสูง และความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์ของแรงดันรวมไม่เกิน 5% จากประโยชน์ที่กล่าวมาแล้วนั้น คอนเวอร์เตอร์ที่นำเสนอจึงเหมาะที่จะนำไปใช้งานแทนคอนเวอร์เตอร์แบบเดิมที่ใช้อุปกรณ์สวิตชิ่งจำนวนมาก ในการนำไปใช้งานกับระบบพลังงานทดแทน

This thesis is designed and analysis of multi-stage multilevel converters. It consists of H-bridge converters and cascade transformers connected to the same dc linkvoltage and their output connected in series through output transformers. To product high-quality output voltage wave, it synchronizes a large number of output voltages, for application of renewable energy system. The validity of the proposed system is verified by MATLAB/Simulink computer-aided simulation for analysis of voltage waveforms and total harmonic distorsion of voltages (THDV) of 2, 3 and 4 stages. Its can generated 5, 11 and 29 level respectively for multilevel PWM converters, and can generated 9, 27 and 81 levels respectively for multilevel converters. MATLAB/Simulink simulation result, THDV of 27, 81 levels converters and 29 levels PWM converters are less than 5%, and THDV of 27 level converter is 3.018% less than 29 level PWM converter and it can saved 4 switching devides or can saved 40 switching devices from conventional multilevel converter. There for, design the prototype of 3-stage 27 level converter, by use MATLAB/Simulink program generated control signal through eZdspTMS320F2812 Digital signal processor for controll power MOSFETs circuits. Experimental results, it can generated high-quality output voltage waveform and THDV less than 5% . Base on these merits, the proposed converters is likely to substitute for the conventional counterparts in a practical application of renewable energy system.