حذف هارمونیک انتخابی و کنترل جریان / ولتاژ در توپولوژی منبع جریان / ولتاژ: یک رویکرد یکپارچه

چکیده

کلمات کلیدی

معرفی

حذف هارمونیک انتخابی در VSR/I ها 

حذف هارمونیک انتخابی تعمیم یافته پیشنهادی در CSR/Iها

جدول 1- جدول صحت قطع متناوب سیگنال اساسی و مولد پالس کوتاه سازی

تولید و و توزیع پالس های کوتاه سازی

جدول 2. جدول صحت برای ترکیب کننده و توزیع کننده پالس کوتاه سازی

نتایج تجربی و شبیه سازی

نمودار زمانی برای مولد الگوی قطع متناوب رائه شده

نتایج تجربی

جدول 3: مقایسه فرکانس سوئیچینگ

نتیجه گیری

ترجمه شکل ها

شکل1) توپولوژی های مبدل برق سه فاز

a) یکسوکننده منبع ولتاژ b) یکسوکننده منبع جریان c) معکوس کننده منبع ولتاژ d) معکوس کننده منبع جریان

شکل2) حذف هارمونیک های انتخابی در یکسوکننده و معکوس کننده منبع ولتاژ برای حذف هارمونیک 5ام و 7ام 

a) الگوی قطع متناوب  b) ولتاژ ac متعارف  c)طیف ولتاژ 

شکل 3) گوشه های تیز برای حذف هارمونیک انتخابی در معکوس کننده و یکسوکننده های منبع ولتاژ جهت دستیابی به کنترل ولتاژ اصلی به عنوان یک تابع خط ولتاژ معمولی اصلی

a) حذف هارمونیک پنجم و هفتم

b) حذف هارمونیک پنجم، هفتم و یازدهم

شکل 4) حذف هارمونیک های انتخابی در معکوس کننده ها و یکسوکننده های منبع ولتاژ برای حذف هارمونیک پنجم، هفتم و یازدهم (N-1 =3)    m = ./8.

a) الگوی قطع متناوب SL    b)ولتاژ خط      c) طیف ولتاژ خط

شکل 5) طرح تولید کننده قطع متناوب سیگنال حذف هارمونیک انتخابی برای معکوس کننده ها و یکسوکننده های منبع ولتاژ

شکل6) طرح مولد قطع متناوب سیگنال حذف هارمونیک انتخابی ارائه شده برای معکس کننده و یکسوکننده های منبع جریان

شکل7) نمودار زمانی برای مولد قطع متناوب سیگنال ارائه شده برای حذف هارمونیک پنجم، هفتم و یازدهم 

  (N-1=3)، m = 0.8 /.

 a) منبع جریان خط ira و منبع جریان فاز ma.

b) قطع متناوب سیگنال برای معکوس کننده و یکسوکننده منبع ولتاژ S1 

c)قطع متناوب سیگنال اصلی برای معکوس کننده و یکسوکننده های منبع جریان Sa1 

d) پالس کوتاه سازی Sd 

e) سیگنال کمکی Sb1 

ادامه شکل7) دیاگرام زمانی برای مولد سیگنال قطع متناوب ارائه شده برای حذف هارمونیک پنجم، هفتم و یازدهم (N-1 = 3) ، 0.8 = m .  

f) پخش کننده پالس   Se1  g) پالس های کوتاه سازی برای سوئیچ های 1و 4 Sf1 .  h)  قطع متناوب سیگنال برای سوئیچ 1 Se1.    i)  جریان خط معمولی ia .     j) طیف جریان خط متعارف

شکل 8- نتایج تجربی برای حذف هارمونیک انتخابی ارائه شده در معکوس کننده و یکسوکننده منبع جریان (m=0.8 )

a) حذف هارمونیک 5 ام و 7 ام (N-1=1)

b) حذف هارمونیک 5ام، 7 ام و یازدهم (N-1=3)

شکل موج 1: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ 1 در یک معکوس کننده /  یکسوکننده منبع ولتاژ

شکل موج 2: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ 1 در یک معکوس کننده / یکسوکننده منبع جریان

شکل موج 3: جریان خط متعارف ia 

شکل موج 4: طیف 3.

جدول 3: مقایسه فرکانس سوئیچینگ

شکل 9: نتایج تجربی برای حذف هارمونیک انتخابی ارائه شده در معکوس کننده / یکسوکننده منبع جریان برای حذف هارمونیک 5، 7 و 11 ام (N-1=3) برای یک افزایش گام در شاخص مدولاسیون از m=0.25/  به m=0.85/ .

شکل موج 1: منبع جریان خط ira .

شکل موج 2: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ 1 در یک معکوس کننده / یکسوکننده منبع جریان Se1.

شکل موج 3: جریان خط متعارف ia

شکل 10: نتایج تجربی برای حذف هارمونیک انتخابی ارائه شده در یکسوکننده و معکوس کننده‌های منبع جریان برای یک تأخیر °30 درجه در فاز مرجع. m=0.85/ .

شکل موج 1: جریان خط مرجع ira 

شکل موج 2: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ 1 در یک معکوس کننده/ یکسوکننده منبع جریان Se1.

شکل موج 3: جریان خط مرجع ia .

شکل 11: نتایج تجربی برای حذف هارمونیک های انتخابی ارائه شده در معکوس کننده و یکسوکننده منبع جریان برای حذف هارمونیک 5 ام، 7 ام، و 11 ام به 5 ام، 7 ام، 11 ام، 13 ام و 17 ام (N-1=3 به N-1=5)

شکل موج 1: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ یک در یکسوکننده / معکوس کننده منبع ولتاژ S1 

شکل موج 2: سیگنال قطع متناوب برای سوئیچ یک در یکسوکننده / معکوس کننده منبع ولتاژ S1     m=0.85/ 

شکل موج 3: جریان خط متعارف ia

این مقاله رویکردی یکپارچه برای الگوهای مولد مدوله شده عرض پالس یکسوکننده ها و معکوس کننده های منابع جریان سه فاز ارائه می دهد که حذف هارمونیک انتخابی بدون قید و کنترل جریان اصلی را میسر می سازد رویکردی برای زاویه های تیز یا قطع متناوب الگوهای مطرح شده برای یکسوکننده ها و معکوس کننده های منبع ولتاژ در ترکیب با یک مدار منطقی به منظور تولید الگوهای قطع متناوب CSR / I ها مورد استفاده قرار می گیرد. مداری که همچنین شامل پالس های کوتاه طبیعی و متقارن انتشار یافته می باشد. بنابراین این نگرش از تداخل موقیت مکانی پالس های کوتاه جلوگیری می کند و مجموعه ای از معدلات غیر خطی اختصاص یافته به CSR/I ها را تعریف و حل میکند. به علاوه این رویکرد می تواند هارمونیک های فرد یا زوج دلخواه را حذف کند. ( به طور مثال کنترل جریان اصلی و حذف هارمونیک های پنج، هفت و یازدهم) این پیشرفتی قبل از وجود تکنیک ها و رویکرد جدیدی برای طرح تولید است. نتایج تجربی و شبیه سازی شده برای شرایط عملیاتی دینامیک و استاتیک به منظور تایید کارایی این دیدگاه ارائه شده است.

توپولوژی های برق استاتیک سه فاز به معکوس کننده ها و یکسوکننده های منبع جریان (VSR/I) ها و معکوس کننده ها و یکسوکننده های منبع جریان (CSR/I) ها تقسیم بندی می شوند.(شکل 1 را نگاه کنید) ظهور ادوات سوئیچینگ با قابلیت های خاموش سازی( مانند ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق سازی شده(IGBT)، ترانزیستورهای قطع گیت(GTO)ها) که VSR ها را به وجود آورده است (شکل 1 (a)) به طور گسترده ای برای تبدیل ac به dc در کاربردهایی مانند راه اندازی موتور، منابع تغذیه، منابع تغذیه بدون وقفه(UPS) و جبران کننده های برق ایستا (STATCOM) استفاده می شوند.VSI ها (شکل 1 (c) ) در بیشتر کاربردهای تبدیل dc به ac مانند درایو موتورهای سنکرون و القایی، سیستم های ups و به طور کلی منابع برق ac استاندارد شده اند. هر چند کمتر معمول است توپولوژی منبع جریان (شکل 1 (b) و (d) ) در سیستم های ذخیره سازی انرژی مغناطیسی سوپرالقایی و در تعدادی از فرایندهای صنعتی مانند تحریک های با سرعت قابل تنظیم توان بالا یافت می شوند که عملیات چهار ربعی، ولتاژهای تقریبا سینوسی ترمینال موتور،ارائه جواز ناپایداری ولتاژ و حفاظت اتصال کوتاه ذاتی ملاحظات مهم منابع (1) و (2) هستند. استفاده از الگوهای قطع متناوب ( استفاده از یک سیگنال جهت سوئیچ کردن فعال و غیر فعال سازی بخش دیگری از سوئیچ برای یک دوره مورد نظر) مدوله شده عرض پالس PWM) ) برای کنترل شبکه برق در یک چنین توپولوژی هایی پایه دسترسی به پاسخ های دینامیک سریعتر و شکل موج های ac نزدیک تر به سینوسی است. چندین تکنیک PWM در مقالات گزارش شده است که می تواند به آنلاین(بر خط) (3) (5) (مانند PWM سینوسی و بردار فضا) یا آفلاین(برون خط) (6) (9)(مانند حذف هارمونیک های انتخابی و کنترل حجم اساسی) تقسیم بندی شود. تکنیک های مدولاسیون آنلاین به طور گسترده در مقالات منتشر شده مستند شده اند. آنها در ابتدا برای VSR/I ها و سپس برای CSR/I ها توسعه یافتند. در واقع تکنیک های بر پایه حامل(برای پیاده سازی آنالوگ) و تکنیک های بر پایه بردار فضا(برای پیاده سازی دیجیتال) در حال حاضر برای هر دو پیکربندی کاربردی هستند.(5) الگوی قطع متناوب مناسب برای CSR/I ها بر پایه قوانین یکسان که نیازمندی های ویژه همانطور که پالس های کوتاه سازی بدون احتساب تداخل هیچ یک از موقعیت های آنها توسعه داده شده اند، قابل تحصیل است. علاوه بر این از زمانی که قوانین بنیادی یکسان استفاده شده است، نتیجه شکل موج جریان متعارف ac در CSR/I ها و شکل موج ولتاژ متعارف ac در VSR/I ها یکسان هستند. بنابراین دوگانگی بین توپولوژی منابع جریان و ولتاژ نیز به منظور پیاده سازی آنلاین توسعه داده شده است. به عبارت دیگر، حذف هارمونیک های ترتیب پایین یک پدیده مهم در بسیاری از کاربردهایی است که الگوهای PWM با فرکانس سوئیچینگ فرکانس پایین مورد نیاز است. این موردی از توپولوژی های بر پایه CSR/I ها است که ممکن است تشدیدهایی بین فیلتر ورودی / خروجی ظرفیتی و یک مدار ورودی / خروجی القایی یافت شود. به عنوان یک راه حل، تکنیک های حذف هارمونیک انتخابی (SHE) به منظور میسر ساختن حذف هارمونیک های ترتیب پایین در VSR/I ها معرفی شوند و آخرین انتشارات، تکنیک های SHE تعمیم یافته در CSR/I ها (9) را معرفی کرده است. به منظور یافتن الگوهای تعمیم یافته روش های ارئه شده زاوی های تیز را پیدا کردند و پالس های کوتاه سازی را توسط تعریف و حل یک مجموعه معادلات غیر خطی مختص به CSR/I شناسایی کردند. بنابراین کنترل دامنه جریان اصلی و یک شماره فردی از حذف هارمونیک ترتیب پایین قابل انجام می باشد.این مقاله یک روش جدید برای تولید الگوهای PWM سه فاز شش سوئیچ ارائه می دهد که حذف هرمونیک های منتخب غیر تحمیلی و کنترل دامنه جریان اصلی را ممکن می سازد.این روش از زاوی های تیز یا الگوهای قطع متناوب توسعه یافته برای VSR/I ها در ترکیب با یک مدار منطقی در تولید الگوهای قطع متناوب برای CSR/I ها استفاده می کند. مدار همچنین پالس های کوتاه شده توزیعی طبیعی و متقارن را شامل می شود.بر خلاف تکنیک های موجود، این روش از تداخل پالش های کوتاه شده جلوگیری می کند و گروه عناصر غیر خطی اختصاصی CSR/I ها را مشخص و حل می کند.علاوه بر این، روش پیشنهادی می تواند عدد زوج یا فرد مطلق هارمونیک ها را (مثلا کنترل جریان اصلی و حذف هارمونیک های پنجم، هفتم و یازدهم) بدون هیچ افتی در سوئیچینگ فرکانس حذف کند. نتایج آزماشی و شبیه سازی شده برای معتبر ساختن کارایی این روش ارائه شده است.