Three Phase Multi Level Inverter Structure with Half H-Bridge Module for Industrial Applications

Year 2021, Volume: 21 Issue: 3, 579 - 585, 30.06.2021

Ersoy Beşer , Esra Kandemir Beşer

https://doi.org/10.35414/akufemubid.702382

Abstract

In this paper, a new three phase multi-level inverter topology has been developed for industrial purposes. Half H-bridge level modules exist in the inverter structure. In order to change the number of levels in the output voltage, the number of level modules is changed. With the increase in the number of levels, the output voltage approaches the sinusoidal form and the total harmonic distortion (THD) values in the voltage and current decrease. The proposed inverter structure is very flexible and switching signals can be found by the generated equations. The switching strategy is not complicated. Proposed inverter was simulated for different levels and voltage and current waveforms were obtained. THD values of these waveforms were calculated. Compared with the classical Space Vector Modulation (SVM) and Pulse Width Modulation (PWM) inverters, it is seen that both current and voltage harmonics are low together. However, current harmonics are low in conventional SVM and PWM inverters, but voltage harmonics are high. The improved inverter also closes this gap by reducing the voltage harmonics. In addition, another disadvantage of conventional SVM and PWM inverters is the high voltage stresses (dv/dt) on the switching elements. Since the proposed inverter has levels on the output voltage, the dv/dt stresses on the switches are also low. Additionally, the developed inverter structure has the switch number advantage compared to its counterparts.

Keywords

Multilevel inverter, Half H-bridge, Total harmonic distortion (THD), 3-phase

Endüstriyel Amaçlı Yarım H-Köprü Modüllü Üç Fazlı Çok Seviyeli Evirici Yapısı

Abstract

Bu makalede, endüstriyel amaçlı çok seviyeli yeni bir evirici topolojisi geliştirilmiştir. Evirici yapısında yarım H-köprü seviye modülleri bulunmaktadır. Evirici çıkış gerilimindeki seviye sayısını değiştirebilmek amacıyla seviye modüllerinin sayısı azaltılıp arttırılabilmektedir. Seviye sayısının artması ile birlikte çıkış gerilimi sinüsoidal forma yaklaşmakta ve eviricideki gerilim ve akımdaki toplam harmonik bozunumu (THB) değerleri düşmektedir. Önerilen evirici yapısı oldukça esnektir ve anahtarlama sinyalleri verilen eşitlikler yardımıyla bulunabilmektedir. Anahtarlama stratejisi karmaşık değildir. Önerilen evirici yapısı farklı seviyeler için simüle edilerek gerilim ve akım dalga şekilleri elde edilmiştir. Bu dalga şekillerinin THB değerleri hesaplanmıştır. Önerilen evirici klasik Uzay Vektör Modülasyonlu (UVM) ve Darbe Genişlik Modülasyonlu (DGM) eviriciler ile kıyaslandığında hem akım hem de gerilim harmoniklerinin birlikte düşük olduğu görülmektedir. Oysa ki klasik UVM ve DGM eviricilerde akım harmonikleri düşük olmakla beraber gerilim harmonikleri yüksektir. Önerilen evirici gerilim harmoniklerini de düşürerek bu açığı kapatmaktadır. Ayrıca klasik UVM ve DGM eviricilerin bir diğer dezavantajı anahtarlama elemanları üzerindeki gerilim streslerinin (dv/dt) yüksek olmasıdır. Önerilen eviricide çıkış geriliminde seviyeler bulunduğundan anahtarlar üzerindeki dv/dt stresleri de düşük olmaktadır. Dolayısıyla klasik sistemlerdeki bir diğer dezavantaj da bu yapı ile yok edilmiştir. Ayrıca geliştirilen evirici yapısı literatürdeki benzerleri ile kıyaslandığında anahtar sayısı avantajına sahiptir.

Keywords

Çok seviyeli evirici, Yarım H- köprü, Toplam harmonik bozunumu (THB), 3-faz

References

• Boora, K. and Kumar, J., 2019. A novel cascaded asymmetrical multilevel inverter with reduced number of switches. IEEE Transactions on Industry Applications, 55 (6), 7389-7399.
• Dhanamjayulu, C., Arunkumar and G. and Elangovan, D., 2019. Real-time implementation of novel 49-level asymmetric cascaded multilevel inverter. Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), 1-5.
• Islam, N.J., Sarker, S., Merazul Islam N.M. and Reza, S., 2019. Implementation of finite control set model predictive control on 7-level flying capacitor multilevel inverter using space vector. 1st International Conference on Advances in Science, Engineering and Robotics Technology (ICASERT 2019).
• Majareh, S.H.L., Sedaghati, F., Hosseinpour, M. and Mousavi-Aghdam, S. R., 2019. Design, analysis and implementation of a generalised topology for multilevel inverters with reduced circuit devices. IET Power Electronics, 12 (14), 3724-3731.
• Majumdar S., Mahato, B. and Jana, K.C., 2020. Implementation of an optimum reduced components multicell multilevel inverter (MC-MLI) for lower standing voltage. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67 (4), 2765-2775.
• Pore, T.R., Rathod, A.A. and Patil, S.K., 2019. Performance analysis of cascaded H-bridge multilevel inverter with variable frequency ISPWM technique. Innovations in Power and Advanced Computing Technology(i-PACT), 1-5.
• Ray, R., Shadh, M.A. and Reza, S., 2019. Cascaded H-Bridge multilevel inverter using SVPWM modulation. 1st International Conference on Advances in Science, Engineering and Robotics Technology (ICASERT 2019).
• Rodriguez, J., Jih-Sheng, L. and Fang Zheng, P., 2002. Multilevel inverters: A survey of topologies, controls, and applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 49 (4), 724–738.
• Sabyasachi, S., Borghate, V.B., Karasani, R.R., Maddugari, S.K. and Suryawanshi, H.M.,2017. Hybrid control technique-based three-phase cascaded multilevel inverter topology. IEEE Access, 5, 26912-26921.
• Saeidabadi, S., Gandomi, A.A., Hosseini, S.H., Sabahi, M. and Gandomi, Y.A., 2017. New improved three-phase hybrid multilevel inverter with reduced number of components. IET Power Electronics, 10 (12), 1403 1412.
• Salem, A., Ahmed, E.M., Orabi, M. and Ahmed, M., 2016. Study and analysis of new three-phase modular multilevel inverter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 63 (12), 7804- 7813.
• Sutar, M.S., More, D. S. and Kumar, A., 2019. Mixed multilevel inverter topology for high power medium voltage applications. International Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GUCON), 69-74.