Convertitori multilivello Cascade H-Bridge: tolleranza ai guasti e analisi delle prestazioni in regime deteriorato

Questa tesi esamina il comportamento e le prestazioni del convertitore SVTH 14000, progettato e realizzato da NIDEC ASI, l'azienda presso la quale ho svolto il mio progetto di tesi. Si tratta di un convertitore multilivello a ponte a H in cascata (CHB), dotato di funzionalità di bypass dei moduli di potenza in condizioni di funzionamento degradato, nello specifico quando si verifica il guasto di al massimo un modulo per fase. L'obiettivo principale è quantificare l'impatto dei moduli bypassati sulla qualità della tensione, sulla distorsione armonica e sulle prestazioni del sistema, individuando i limiti operativi e i margini di ottimizzazione disponibili. La prima parte analizza il convertitore lato motore mediante modelli circuitali realizzati in PLECS. Tale approccio permette di quantificare tensione, corrente e potenza in funzione del numero e della posizione dei moduli guasti, valutando al contempo il relativo contenuto armonico. Sulla base dei risultati ottenuti, vengono individuate le condizioni operative più critiche e caratterizzato il comportamento del convertitore durante la riconfigurazione indotta dal bypass. Viene inoltre descritta una strategia di controllo volta a compensare gli squilibri introdotti dal bypass dei moduli. Le simulazioni confermano che l'algoritmo migliora significativamente le prestazioni armoniche e accresce la robustezza del convertitore in presenza di guasti. La seconda parte è dedicata al convertitore lato rete, con particolare attenzione al trasformatore, componente deputato all'integrazione del sistema nella rete elettrica. Vengono esaminati il ​​dimensionamento del trasformatore e la sua influenza sulle prestazioni complessive del convertitore, in termini di qualità della corrente e contenuto armonico. Attraverso simulazioni condotte su diversi scenari operativi, inclusi casi di guasto, si confrontano i risultati in funzione del numero di moduli bypassati, identificando le condizioni più critiche e le possibili direzioni per l'ottimizzazione. Nel loro insieme, questi risultati definiscono il comportamento del convertitore sia lato motore che lato rete in condizioni di funzionamento degradato e supportano l'adozione di strategie efficaci per il ripristino delle prestazioni a seguito di un guasto. Tali conclusioni contribuiscono ad ampliare il campo operativo dei convertitori multilivello nelle applicazioni industriali in cui la continuità del servizio è fondamentale.