Modelling and simulation of a cascaded H-bridge multilevel single source inverter

Abstract

Çok seviyeli eviriciler olan uçan kapasitör, diyot-kenetli ve kaskad H-köprü eviriciler özellikle orta ve yüksek güç uygulamalarında çok popülerdirler. Bu çalışma, on bir - seviyeli çıkış gerilimi üretmek ve 11. mertebeden harmonik bozulmasını ortadan kaldırmak için tek DC kaynağı kullanarak bir kaskad H-köprü modülünü incelemektir. İki farklı durum incelenmiştir. Bu durumlardan ilkinde izolasyon trafosuz evirici daha sonraki durumda ise evirici izolasyon trafolu olarak incelenmiş ve ikinci durumda daha doğru sonuç vermiştir. Her iki durumda da eviricinin istenen sonuçları verdiği kanıtlanmıştır. Beklenen topoloji DC kaynaklarının ve anahtarlama elemanlarının sayısını azaltmıştır. Farklı modülasyon teknikleri çok seviyeli evirici için kullanılabilir, ancak bu çalışma da selektif harmonik eliminasyon (SHE) olarak bilinen modülasyon tekniği kullanıldı. Bu modülasyon tekniği taşıyıcıların sayısını azaltarak anahtarlama kayıplarını, toplam harmonik bozulmayı (THD) azaltır ve güç kalitesini artırır. Her iki durum için elde edilen simülasyon sonuçlarına göre, bu SHE temel bileşeninin parçalara bölmesi ile seçilen harmoniklerin ortadan kaldırma yeteneğine sahip olduğu görülmektedir. Önerilen kaskad çok seviyeli eviricinin performansı PSIM kullanılarak değerlendirilmiştir ve % 0.94 THD elde edilmiştir. Son olarak 500 wattlık tek fazlı darbe genişlik modülasyonlu 2-seviyeli güç eviricisinin deneysel bir laboratuvar çalışması yürütülmüştür.Anahtar Kelimeler - Kaskad H-köprü Evirici, Harmonik Eliminasyon, Güç Kalitesi.

Multilevel inverters such as flying capacitor, diode-clamped, and cascaded H-bridge inverters are very popular particularly in medium and high power applications. This work focuses on a cascaded H-bridge module using a single DC source in order to generate an eleven-level output voltage, and eliminate 11th order harmonic distortion. Two different cases have been investigated, the first case without isolation transformer while the second case with isolation transformer, and the later gives more accurate result, both the cases proved to be within desired result. The anticipated topology reduces the number of dc sources and switching elements. Different modulation techniques can be used for the multilevel inverter, but in this work features modulation techniques known as selective harmonic elimination (SHE) is utilized. This modulation technique reduces the number of carriers with reduction in Switching Losses, Total Harmonic Distortion (THD), and increases Power Quality (PQ). Based on the simulation result obtained for both cases, it appears SHE has the ability to eliminate selected harmonics by chopping off part of the fundamental component. The performance evaluation of the proposed cascaded multilevel inverter is done using PSIM and THD of 0.94% was obtained. Finally a laboratory experiment of 500 watt pulse width modulation 2-level power inverter was carried out.Key words- Cascaded H-Bridge Inverter, Harmonic Elimination, Power Quality.