شکل موج های ولتاژ مرجع برای پیاده سازی PWM براساس حامل، از PWM براساس بردار فضایی اینورتر سه سطحی در شکل (۲-۱۱) برای ۹/۰ = m و ۱۵۵/۱داده شده است. می توان از شکل (۲-۱۰-b) و شکل (۲-۱۱-b) مشاهده کرد که آفست مد مشترک اضافه شده در مورد اینورتر دو سطحی و اینورتر سه سطحی برای ۱۵۵/۱= m یکسان است.

شکل ‏۲‑۱۱: پیاده سازی PWMبراساس حامل از PWMبراساس بردار فضایی، برای اینورتر سه سطحی (a) 9/0 = m و (b) 155/1= m.

مدلسازی درایو موتور القایی

کنترل ولتاژ نقطه خنثی

اینورتر سه سطحی دارای سه سطح ولتاژ در لینک DC آن می باشد؛ مثبت (P)، منفی (N) و نقطه خنثی (O)؛ همانطور که در شکل (۳-۱) نشان داده شده است. باید برای تولید ولتاژ خروجی مناسب با بهره گرفتن از استراتژی های مدولاسیون بحث شده در بخش قبل، تفاوت ولتاژ در میان این سطوح در باس DCثابت نگه داشته شود. به طور کلی اینورتر سه سطحی توسط یک منبع تغذیه ولتاژ دو ترمینال تغذیه می شود، که تفاوت ولتاژ ثابت بین ترمینال های مثبت و منفی اینورتر را حفظ می نماید.
با این حال ولتاژ نقطه خنثی می تواند در طول حالت گذرا، بعلت عدم ایده­آل بودن دستگاه و یا بوسیله تحمل مقادیر خازن لینک DC و غیره، متفاوت باشد. این امر مستلزم یک کنترل اضافی برای ولتاژ نقطه خنثی می باشد. دو راه برای کنترل ولتاژ نقطه خنثی وجود دارد:
مدار اضافی برای حفظ ولتاژ در مقدار ثابت [۳۸]، [۳۹]، [۴۰]، و [۴۱].
کنترل کننده هایی برای اصلاح سیگنال های مدوله کننده به منظور انجام کنترل ولتاژ نقطه خنثی.

مدارهای کنترل ولتاژ نقطه خنثی

به طور کلی، مقاومت های بالایی در دو سر خازن های لینک DC برای تعادل ولتاژ متصل شده است. در [۴۱] نشان داده شده است که آنها می توانند تحت شرایط خاصی به تلفات قابل توجه کمک کنند. یک مدار تعادل ولتاژ فعال شامل تقسیم کننده ولتاژ امپدانس بالا و یک مدار مکمل تعقیب کننده -امیتر در [۴۱] ارائه شده است، همانطور که در شکل (۳-۱) نشان داده شده است. ترانزیستورهای دو قطبی ولتاژ بالا برای این پیکربندی مورد نیاز می باشند ، اما آنها بهره جریان پایین (معمولا ۴۰) به علت منطقه پایه موثر وسیع دارند. بنابراین این توسط یک سری از اهداف عمومی ترانزیستورهای سیگنال کوچک ولتاژ پایین با بهره جریان بالا (معمولا۶۰۰-۸۰۰) تحقق می یابد. اما تعداد بالای قطعات یک نقطه ضعف است؛ چون این بر قابلیت اطمینان تاثیر می گذارد و نیاز به منطقه PCB بزرگتر خواهد بود.
شکل ‏۳‑۱: مدار تعادل ولتاژ برای خازن الکترولیتی لینک DC.
می توان با بهره گرفتن از مد سوئیچینگ مبدل قدرت به صورت یک مدار تعادل ولتاژ بر اشکال تعداد بالای قطعات غلبه کرد. مبدل باک- بوست (کاهنده- افزاینده) دو جهته می تواند به عنوان یک مدار تعادل ولتاژ خازن لینک DC مورد استفاده قرار گیرد [۳۸] همانطور که در شکل (۳-۲) نشان داده شده است. سوئیچ های مورد نیاز برای تحقق این امر باید سوئیچ های دو ربعی و از نظر جریان دو جهته باشند. IGBT با دیود غیر موازی را می توان برای این هدف مورد استفاده قرار داد. این مدار براساس اصل مبدل باک- بوست (کاهنده- افزاینده) کار می کند. اگر v_dc1> v_dc2 باشد، سیکل وظیفه سوئیچ بالا باید بیشتر از ۵/۰ باشد و انرژی از خازن بالا به شارژ خازن پایین منتقل خواهد شد و بالعکس.
شکل ‏۳‑۲: مبدل باک- بوست (کاهنده- افزاینده) دو طرفه بعنوان مدار تعادل ولتاژ فعال.
اندازه مبدل تعادل ولتاژ لینک DC به عوامل زیادی بستگی دارد. یکی از آنها انرژی است که می تواند در سلف مورد استفاده در مبدل ذخیره شود. اگر انرژی بالا باشد، تعادل می تواند بسیار سریع بدست آید اما نیاز به یک سلف بزرگ است. نمونه توان بالای این توپولوژی با اینورتر پنج سطح در [۴۰] ،[۳۹] ارائه شد. در [۳۹] یک اینورتر پنج سطح MVA 1 برای کاربرد ولتاژ بالا با مدار تعادل ولتاژ در ۶ کیلو ولت آمپر نامی در نظر گرفته شده است. مدارات تعادل ولتاژ فعال کنترل مستقل از ولتاژ نقطه خنثی برای اینورتر چند سطحی فراهم می کند. با این حال آنها نیاز به سخت افزار اضافی دارند که باعث می شود این راه حل ها برای کاربردهای هزینه پائین جذاب نباشند.

کنترل ولتاژ نقطه خنثی با بهره گرفتن از روش PWM

ولتاژ نقطه خنثی توسط جریان نقطه خنثی معلوم می شود، و جریان نقطه خنثی براساس یک تابع از سیکل های وظیفه جریان های سه فاز و فاز خروجی تعیین می شود. زمانی که یک فاز به نقاط مختلف در باس DC متصل می شود، می تواند بدون تغییر ولتاژ خروجی خط به خط اصلاح شود. به عبارت دیگر، سیکل وظیفه از فازهای مختلف می تواند با اضافه کردن آفست مد مشترک به ولتاژهای مرجع برای PWM بدون تاثیر متوسط​​ولتاژ خط به خط تغییر کند. آفست مد مشترک می تواند به عنوان یک متغیر کنترل برای کنترل کننده ولتاژ نقطه خنثی مورد استفاده قرار گیرد.
فایده استفاده از کنترل ولتاژ نقطه خنثی توسط تکنیک های PWM این است که آن به یک مدار سخت افزار اضافی و یک کنترل کننده برای سخت افزار نیاز ندارد. این تکنیک ها تنها به یک کنترل کننده ولتاژ نقطه خنثی نیاز دارند که خروجی می تواند به صورت یک افست مد مشترک یا سیکل وظیفه برای فازهای مختلف وابسته به روش، مورد استفاده قرار گیرد.
کنترل کننده های مختلف ولتاژ نقطه خنثی نیاز به مدل هایی برای دینامیک ولتاژ نقطه خنثی دارند. از آنجا که ولتاژ خنثی نقطه بستگی جریان نقطه خنثی دارد، پرداختن به تجزیه و تحلیل جریان نقطه خنثی ضروری است. روش های مدولاسیون بر سیکل های وظیفه فازها به نقطه خنثی تاثیر می گذارند. از آنجا که روش های مدولاسیون می تواند به دو گروه تقسیم شوند؛ PWM براساس حامل و PWMبراساس بردار فضایی؛ جریان نقطه خنثی را می توان از دو دیدگاه مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار داد:
روش PWM براساس حامل.
روش PWM براساس بردار فضایی.

روش PWMبراساس حامل برای تجزیه و تحلیل جریان نقطه خنثی

در روش PWM براساس حامل برای اینورتر سه سطحی، شکل موج های مرجع ولتاژ سه فاز (شکل موج های مدولاسیون) با دو شکل موج حامل مثلثی مقایسه می شوند؛ بصورتی که در شکل (۲-۸) نشان داده شده است. اگر شکل موج مرجع بزرگتر از صفر باشد، آن با حامل ۱ مقایسه می شود و اگر کمتر از صفر باشد، آن با حامل ۲ مقایسه خواهد شد. از شکل (۲-۸)، سیکل وظیفه که برای یک فاز متصل شده به باس مثبت یا منفی در یک دوره سوئیچینگ است، می تواند با بهره گرفتن از تقارن مثلث ها بدست آید. این وابسته به ولتاژ مرجع یک فاز است (نگاه کنید به معادله (۳-۱))، و بصورت زیر می باشد[۴۲]:

یا

که در آن