لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 7
حذف هارمونیکهای باس DC در اینورترها
مقدمه:
اینورترهای منبع ولتاژ () در تنوع گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی مانند منابع توان بدون وقفه ()، تغییر دهنده فرکانس استاتیک و درایوهای سرعت متغیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این به واسطه قابلیت آنها در کنترل خطی و پیوسته فرکانس و مؤلفه‌های اصلی ولتاژ خروجی می‌باشد. به علاوه با یک الگوی بهینه اندازه فیلترهای خروجی مورد نیاز برای کاهش هارمونیکهای ناخواسته کاهش می‌یابد. در سال های اخیر روش مدولاسیون عددی عرض پالس گسترش یافته تا عملکرد را بهبود بخشد.
به طور کلی روش های الگوریتم مدولاسیون عرض پالس (PWM) بر این فرض استوارند که باس () ایده‌ال بوده و بدون ریپل است (شکل 1). در سیستم مبدل عملی، وجودیک باس dc غیر ایده‌آل کیفیت ولتاژ خروجی اینورتر را با بروز یک هارمونی ناخواسته مرتبه پایین خراب می‌کند که ممکن است قابل فیلتر کردن هم نباشد. در روش های جبرانسازی موجود معمولاً مدارات اضافی و پیچیده‌ای برای از بین بردن اثر این ریپل روی ولتاژ خروجی به کار می‌برند.
به علاوه در یک سیستم مبدل عملی در نظرگرفتن یک باس ایده‌ال به خاطر یک تعداد از محدودیت های عملی مشکل است. بسیاری از مبدل های نیاز به یک پل برای یکسو‌سازی دارند. در نتیجه هارمونی های مرتبة (که فرکانس تغذیه است) به داخل باس تزریق می‌شود. به علاوه یک عدم تعادل در تغذیه ورودی هارمونیک های اضافی از مرتبة را ایجاد می کند. در نهایت، عدم تعادل و غیر خطی بودن باراینورتر اعوجاج شکل موج ایجاد می‌کند که باعث ظاهر شدن هارمونیک های غیر مشخص در باس می‌شود. در عمل طراحی فیلتری که بتواند تمام هارمونیک های گفته شده در بالا را فیلتر کند، مشکل است.
نوسان با دامنه فرکانسی در باس نامطلوب است، به طوریکه موجب ظاهر شدن هارمونیک های مرتبه پایین یا در خروجی اینورتری که فرکانس مؤلفه اصلی اینورتر (جدول1) است، می‌شود. فیلتر کردن این هارمونیک ها به این دلیل که باعث تخریب کیفیت ولتاژ خروجی می‌شود، مشکل است. در این مقاله راه حلی برای جبرانسازی باس غیر ایده‌ال ارائه شده است.
جدول1: اثر نوسان باس dc روی ولتاژخروجی
فرکانس خروجی اینورتر
فرکانس ریپل موج
هارمونیکهای مرتبه پائین در اینورتر
50
100
50
150
50
300
250
350
این مقاله یک مولد ساده که بر اساس کنترل مرحله به مرحله ولتاژ خروجی استوار است، ارائه می‌کند. با استفاده از این روش یک ولتاژ سینوسی در خروجی بدون توجه به باس ورودی خواهیم داشت. استفاده از این روش در ادوات FACTS وسیستم های HVDC در کاهش اعوجاج هامونیکی موثر خواهد بود.
ساختار مولدپالس ارائه شده
کارکرد تک فاز
مولد الگوی استاندارد یک ساختارحلقه باز دارد که در آن الگوی کلید زنی با مقایسه سیگنال مدوله کننده سینوسی با یک سیگنال حامل ثابت به دست می‌آید. شاخص مدولاسیون با تغییر دامنه سیگنال مدولاسیون تنظیم می‌شود.
شکل 1: مبدلdc به ac
الگوی سوئیچینگ ارائه شده (شکل2) دارای یک ساختار حلقه بسته بر اساس نمونه‌گیری آنی از مقدار ولتاژ گذرنده از کلید پایین است. این ولتاژ شامل اطلاعات مربوط به نوسان ولتاژباس است. پس با کنترل کردن ولتاژ گذرنده از سویچ پایین می توانیم خروجی روی هر فاز را تنظیم کرده و اثر نوسان باس را خنثی کنیم. شکل موج در شکل3 عملکرد سیستم درشکل 2 را نشان می‌دهد.
شکل 2: مولد پالس ارائه شده برای تمام پل
ولتاژ سوئیچ پایین یک انتگرال گیر قابل ریسیت را تغذیه می‌کند. خروجی به یک مقدار مطلوب می‌رسد و سوییچ قطع می‌شود. در همان زمان خروجی انتگرالگیر صفر شده، خروجی انتگرالگیر تا پایان یک دوره تناوب سوییچینگ در صفر می‌ماند.
(a)
(b)
(c)
شکل 3: (a) ولتاژ گذرنده ازسوییچ پایین (b) خروجی انتگرالگیر (c) الگوی پالس دهی به سوییچ پایین
جبرانسازی تغییرات باس
ولتاژ گذرنده از سویچ پایین در پل دیودی شکل 2 به صورت زیر تعیین می‌شود:
فرمول 1:
شیب انتگرالگیری متناسب با مقدار لحظه‌ای ولتاژ باس است. وقتی که ولتاژ باس بالا‌تر می‌رود انتگرالگیری سریعتر می‌شود و بنابراین مقدار انتگرال سریعتر به مقدار مرجع می‌رسد و عرض پالس باریکتری تولید می‌کند و از طرف دیگر وقتی که ولتاژ باس کمتر می شود، پالس عریض‌تری تولید می‌شود. الگوی تولید شده با این انتگرالگیری همزمان تابعی از باس غیر ایده‌ال است. بنابراین مدولاتور ارائه شده می‌تواند نوسان باس را جبران کند. این کارکرد را بدون نیاز به مدارات کنترلی پیچیده بهبودی بخشد.
روش کنترل انتگرالی ارائه شده با مدارات آنالوگ به راحتی قابل انجام است. در پیاده‌سازی دیجیتالی از آنجا که خروجی انتگرال‌گیردر فرکانس سوئیچینگ تغییر می کند، یک سرعت نمونه برداری سریع نیاز دارد تا دقت عمل تأمین شود.
روش ارائه شده در این مقاله برای سه فاز نیز اجرا شده که در شکل4 نشان داده شده است. این مدار شامل سه مدولاتور مستقل است که روی سوئیچ پایین هر پایه اینور قرار داده شده و مرجع کنترل هر کدام شیفت فاز نسبت به دیگری دارد.
شکل 4: مولد پالس ارائه شده برای سه فاز
معادلات طراحی
به این ترتیب طراحی یک باس بدون نوسان انجام شده است. نکته کلیدی در روش کنترل ارائه شده، انتگرالگیر با ثابت زمانی است. از آنجایی که ولتاژ سوئیچ پایین فقط مؤلفه دارد، یک ولتاژ مرجع شامل سینوسی و به صورت زیر نیاز داریم:
) 2(
به طوریکه فرکانس خروجی اصلی اینوتر است، شاخص مدولاسیون به صورت روبرو تعریف می‌شود:
) 3(
اگر را فرکانس سوئیچینگ و را دامنه ولتاژ سنسور در نظر بگیریم، خروجی آنی انتگرالگیر به صورت زیر خواهد بود:
) 4(
ثابت زمانی انتگرالگیری طوری باید انتخاب شود که خروجی انتگرالگیر همیشه به سیگنال مرجع برسد. اگر ثابت زمانی خیلی بزرگ انتخاب شود، خروجی انتگرالگیر به سیگنال مرجع نمی‌رسد و عملکرد مدار خراب می‌شود. بزرگترین انتگرالگیری وقتی اتفاق می‌افتد که ولتاژ در ماکزیمم مقدار خود باشد به عبارت دیگر . بنابراین شرایط لازم برای انتخاب ثابت زمانی به صورت زیر است:
) 5 (
اگر معادلة بالا را بازنویسی کنیم و یا قرار دهیم خواهیم داشت:
) 6 (
قابلیت کاهش هارمونیک بوسیله اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی اندازه گرفته می‌شود که:
(8)
در یک نوسان فرکانس به اندازة فرکانسهای غالب مرتبه پایین و هستند.
شبیه سازی
به منظور بررسی مفاهیم ارائه شده، یک اینورتر سه فاز شبیهسازی شده است. پل دیودی از منبع غیر متعادل سه‌فاز تغذیه می‌شود. خروجی انتگرالگیر وقتی که به مقدار مرجع می‌رسد صفر می‌شود.
شکل 5- aولتاژdc با یک هارمونیک غالب را نشان می‌دهد. این هارمونیکها در یکسوسازهای پل دیودی تولید می شوند. شکل 5-b وc ولتاژ و جریان خروجی اینورتر را نشان می‌دهند. در شکل 6 طیف فرکانسی مربوط نشان داده شده است. درشکل 6-a هارمونیک غالب در وشکل 6-b هارمونیک ها را در و نشان می دهد. برای مطالعه عملکرد اینورتر تحت شرایط غیر فعال یکی از خطوط تغذیه کنندة پل دیودی باز شده است.
شکل7-a ولتاژ آزمایشی را نشان می دهد و شکل 8-a طیف فرکانسی مربوط با هارمونیک غالب در را نشان می‌دهد. شکل7-b ولتاژ خط به خط اینورتر و شکل8-b طیف فرکانسی مربوط به آن را نشان می دهد. این نتایج نشان می‌دهد که هارمونیک های فرکانس پایین کم شده‌اند. جریان خط و طیف آن نیز درشکل 7-c و شکل8-c نشان داده شده است.
(a)
(b)
(c)
شکل 5 : نتایج آزمایش (a)ولتاژ ورودی (b) ولتاژ خط به خط خروجی اینورتر (c) جریان خط.
مقاله درباره حذف هارمونیکهای باس DC در اینورترها