ترجمه فارسی عنوان مقاله
حلقه قفل فاز (PLL) براساس حذف هارمونیک‌های انتخابی برای کاربردهای بهره‌برداری
عنوان انگلیسی
Phase-Locked Loop Based on Selective Harmonics Elimination for Utility Applications
| کد مقاله | سال انتشار | تعداد صفحات مقاله انگلیسی |
|---|---|---|
| 53159 | 2012 | 10 صفحه PDF |
منبع
Publisher : IEEE (آی تریپل ای)
Journal : IEEE Transactions on Power Electronics, Page(s): 144 - 153 ISSN : 0885-8993 INSPEC Accession Number: 13014477
فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
عبارات شاخص
مقدمه
شکل1. ساختار کلی PLL.
شکل2. PLL تکفاز کلاسیک.
PLL تکفاز کلاسیک
شکل3. مدل دینامیکی PLL تکفاز غیرخطی.
شکل4. مدل PLL تکفاز خطی‌شده.
شکل5. PLL با سیگنال فیدبک موج مربعی.
PLL با سیگنال فیدبک نوع موج مربعی
شکل6. موج مربعی و ولتاژ خروجی PLL.
شکل7. PLL با سیگنال فیدبک نوع موج مربعی.
تحلیل PLL سیگنال فیدبک نوع موج مربعی
ولتاژ ورودی سینوسی خالص
ولتاژ ورودی معوج
شکل8. سیگنال فیدبک SHE، برای N = 5 .
شکل9. SHE-PLL.
نتایج شبیه‌سازی و تجربی
تست‌های حالت دائم
شکل10. نتایج شبیه‌سازی. (a) ولتاژ ورودی سینوسی. (b) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم. (c) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم با جابجایی 09 درجه. ولتاژ ورودی (خط توپر)، PLL کلاسیک (خط نقطه‌چین)، PLL مربعی (خط نقطه‌چین- خط تیره)، و SHE-PLL (خط تیره).
شکل11. نتایج شبیه‌سازی. (a) ولتاژ ورودی سینوسی. (b) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم. (c) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم با جابجایی 09 درجه. ولتاژ ورودی (خط توپر)، PLL کلاسیک (خط نقطه‌چین)، PLL مربعی (خط نقطه‌چین- خط تیره)، و SHE-PLL (خط تیره).
تست‌های حالت گذرا
شکل12. نتایج شبیه‌سازی. (a) ورودی با 50% سگ ولتاژ و پرش فاز 45+ درجه. خروجی PD یعنی برای (b) PLL کلاسیک، (c) PLL موج مربعی، و (d) SHE-PLL.
شکل13. نتایج شبیه‌سازی. (a) ورودی با 50% سگ ولتاژ و پرش فاز 45+ درجه. خروجی PD یعنی برای (b) PLL کلاسیک، (c) PLL موج مربعی، و (d) SHE-PLL.
شکل14. نتایج آزایشگاهی (SHE-PLL): (a) ولتاژ ورودی، (b) خروجی سینوسی ، و (c) .
شکل15. نتایج شبیه‌سازی- پرش فرکانس از 60 به 66 هرتز. (a) سیگنال ورودی. (b) PLL کلاسیک. (c) PLL موج مربعی. (d) SHE-PLL.
SHE-PLL سه‌فاز
شکل16. بلوک دیاگرام SRF-PLL.
شکل17. PD بدست آمده از تبدیل (پارک) abc/dq
شکل18. نتایج شبیه‌سازی، SHE-PLL سه‌فاز، و تست گذرا. ولتاژهای شبکه با 50% سگ متعادل به علاوه پرش فاز 45+ درجه. (a) ولتاژهای ورودی فاز a (خط تو پر) و خروجی (خط نقطه‌چین). (b) خروجی PD .
جدول1:فازورهای مولفه‌های اصلی
جدول2:فازورهای مولفه‌های متقارن اصلی
جدول3:THDV
شکل19. نتایج شبیه‌سازی. SHE-PLL سه‌فاز و تست حالت دائم. شبکه با 2/0 ولت هارمونیک پنجم در همه فازها به علاوه ولتاژهای اصلی نامتعادل. (a) ولتاژهای ورودی (خط توپر)، (خط تیره)، و (خط نقطه‌چین). (b) ولتاژهای خروجی PLL (خط توپر)، (خط تیره) و (خط نقطه‌چین).
نتیجه‌گیری
عبارات شاخص
مقدمه
شکل1. ساختار کلی PLL.
شکل2. PLL تکفاز کلاسیک.
PLL تکفاز کلاسیک
شکل3. مدل دینامیکی PLL تکفاز غیرخطی.
شکل4. مدل PLL تکفاز خطی‌شده.
شکل5. PLL با سیگنال فیدبک موج مربعی.
PLL با سیگنال فیدبک نوع موج مربعی
شکل6. موج مربعی و ولتاژ خروجی PLL.
شکل7. PLL با سیگنال فیدبک نوع موج مربعی.
تحلیل PLL سیگنال فیدبک نوع موج مربعی
ولتاژ ورودی سینوسی خالص
ولتاژ ورودی معوج
شکل8. سیگنال فیدبک SHE، برای N = 5 .
شکل9. SHE-PLL.
نتایج شبیه‌سازی و تجربی
تست‌های حالت دائم
شکل10. نتایج شبیه‌سازی. (a) ولتاژ ورودی سینوسی. (b) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم. (c) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم با جابجایی 09 درجه. ولتاژ ورودی (خط توپر)، PLL کلاسیک (خط نقطه‌چین)، PLL مربعی (خط نقطه‌چین- خط تیره)، و SHE-PLL (خط تیره).
شکل11. نتایج شبیه‌سازی. (a) ولتاژ ورودی سینوسی. (b) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم. (c) ولتاژ ورودی با مولفه اصلی به علاوه 30% هارمونیک سوم با جابجایی 09 درجه. ولتاژ ورودی (خط توپر)، PLL کلاسیک (خط نقطه‌چین)، PLL مربعی (خط نقطه‌چین- خط تیره)، و SHE-PLL (خط تیره).
تست‌های حالت گذرا
شکل12. نتایج شبیه‌سازی. (a) ورودی با 50% سگ ولتاژ و پرش فاز 45+ درجه. خروجی PD یعنی برای (b) PLL کلاسیک، (c) PLL موج مربعی، و (d) SHE-PLL.
شکل13. نتایج شبیه‌سازی. (a) ورودی با 50% سگ ولتاژ و پرش فاز 45+ درجه. خروجی PD یعنی برای (b) PLL کلاسیک، (c) PLL موج مربعی، و (d) SHE-PLL.
شکل14. نتایج آزایشگاهی (SHE-PLL): (a) ولتاژ ورودی، (b) خروجی سینوسی ، و (c) .
شکل15. نتایج شبیه‌سازی- پرش فرکانس از 60 به 66 هرتز. (a) سیگنال ورودی. (b) PLL کلاسیک. (c) PLL موج مربعی. (d) SHE-PLL.
SHE-PLL سه‌فاز
شکل16. بلوک دیاگرام SRF-PLL.
شکل17. PD بدست آمده از تبدیل (پارک) abc/dq
شکل18. نتایج شبیه‌سازی، SHE-PLL سه‌فاز، و تست گذرا. ولتاژهای شبکه با 50% سگ متعادل به علاوه پرش فاز 45+ درجه. (a) ولتاژهای ورودی فاز a (خط تو پر) و خروجی (خط نقطه‌چین). (b) خروجی PD .
جدول1:فازورهای مولفه‌های اصلی
جدول2:فازورهای مولفه‌های متقارن اصلی
جدول3:THDV
شکل19. نتایج شبیه‌سازی. SHE-PLL سه‌فاز و تست حالت دائم. شبکه با 2/0 ولت هارمونیک پنجم در همه فازها به علاوه ولتاژهای اصلی نامتعادل. (a) ولتاژهای ورودی (خط توپر)، (خط تیره)، و (خط نقطه‌چین). (b) ولتاژهای خروجی PLL (خط توپر)، (خط تیره) و (خط نقطه‌چین).
نتیجه‌گیری
ترجمه کلمات کلیدی
- آرایش‌های با درگاه قابل برنامه‌نویسی (FPGA)، حلقه‌های قفل فاز (PLL)، الکترونیک قدرت -
کلمات کلیدی انگلیسی
—Field-programmable gate arrays (FPGA), phaselocked
loops (PLL), power electronics.
ترجمه چکیده
- حلقه‌های قفل شده فاز (PLL) به طور گسترده در تجهیزات الکترونیکی متصل به شبکه کاربرد دارند. استفاده از یک اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ مربع‌شکل به جای بک اسیلاتور سینوسی نیاز به یک ضرب‌کننده را کاهش داده، منجر به یک الگوریتم ساده PLL می‌شود که برای پردازنده‌های کم‌هزینه نیز مناسب است. علیرغم سادگی آن، ولتاژهای معوج شبکه باعث خطای حالت دائم فاز می‌شوند. این مقاله کاربرد یک شکل‌موج مربعی اصلاح‌شده را ارائه می‌دهد که از روش حذف هارمونی انتخابی (SHE) بدست آمده است تا مشکل خطای فاز حل شود. نتایج شبیه‌سازی و تجربی تست‌های حالت دائم و گذرا ارائه می‌شوند تا اعتبار روش‌های تکفاز و سه‌فاز SHE-PLL به اثبات برسد. تست‌های انجام شده با یک آرایش درگاه قابل برنامه‌نویسی (FPGA) نشان می‌دهند که پاسخ دینامیکی روش ارائه شده مشابه PLL کلاسیک است اما پیکربندی ساده‌ای دارد.
ترجمه مقدمه
حلقه‌های قفل فاز (PLL ها) به طور گسترده در مخابرات، کنترل، اتوماسین و سیستم‌های ابزار دقیق به کار می‌روند تا سنکرون‌سازی سیگنال حاصل شود. اخیرا، PLL ها کاربردهای مختلفی را در تجهیزات الکترونیک قدرت متصل به شبکه یافته‌اند: 1) برای هماهنگی مدارهای آتش‌زنه تریستور [1]؛ 2) برای تبدیل متغیرها بین قاب مرجع‌های ساکن و گردشی سنکرون [2]، [3]؛ 3) برای محاسبه اغتشاشات سیستم قدرت در سیستم‌های پایش کیفیت توان [4]، [5]؛ و 4) برای محاسبه سیگنال‌های مرجع برای حلقه‌های داخلی کنترل در منابع غیرقابل قطع توان [5]، و مبدل‌های توان به کار رفته در سیستم‌های توزیع انرژی [3]، [7]، منجمله سیستم‌های بادی و فوتوولتائیک [8]. در این کاربردها، PLL زاویه فاز و فرکانس ولتاژ اصلی شبکه را تشخیص می‌دهد. از طرف دیگر، PLL های سه‌فاز مولفه توالی مثبت را حتی برای شبکه‌های معوج و نامتعادل تشخیص می‌دهند [3]، [20]- [9].
PLL معمولی [21]، [22] شامل یک تشخیص‌دهنده فاز (PD)، یک فیلتر حلقه (LF) و یک اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ (VCO) است (مطابق شکل1).
شکل1. ساختار کلی PLL.
شکل2. PLL تکفاز کلاسیک.
تشخیص‌دهنده فاز، سیگنال مرجع را با سیگنال فیدبک مقایسه کرده و سیگنال را تولید می‌کند که بستگی به خطای فاز بین و دارد. همه موارد بحث شده در این مقاله از تشخیص‌دهنده فاز نوع ضرب‌کننده خطی‌شده [22]-[20] با یک فیلتر پایین‌گذر (LPF) استفاده می‌کنند. فیلتر حلقه (LF) عبارات نوسانی سیگنال خطای را میرا می‌کند. اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ (VCO) یک سیگنال خروجی با فرکانس ایجاد می‌کند.
اغلب سیگنال فیدبک یکسیگنال سینوسی با دامنه واحد است [11]-[1]، [23]، [24].این استراتژی در این مقاله به عنوان یک PLL کلاسیک تعریف می‌شود.
در [21] و [22]، برای پیاده‌سازی آنالوگ، VCO سینوسی با یک VCO مربع‌شکل جایگزین شد. این روش نیازی به تقویت‌کننده آنالوگ در بلوک PD (تشخیص‌دهنده فاز) ندارد و برای پیاده‌سازی‌های سخت‌افزاری با ورودی سینوسی خالص مناسب است. حاصل‌ضرب در یک سیگنال دوسطحی (1±) توسط یک مدار ترکیبی آنالوگ/ دیجیتال انجام می‌گیرد. امروزه، استراتژی شکل‌موج مربعی می‌تواند برای PLL های به کار رفته در میکروکنترلرها، DSP ها، و آرایش‌های با درگاه قابل برنامه‌نویسی (FPGA) مفید واقع شود. در این مقاله، PD شکل2 که حاصل‌ضرب را در PLL کلاسیک محاسبه می‌کند، با عملکرد جایگزین شده است و با این کار یکی از ضرب‌کننده‌ها حذف شده است. از دیگر مزایای این طرح در مقایسه با PLL کلاسیک، کاهش حافظه به کار رفته جهت جداول مراجعه طولانی است، این جداول برای ذخیره شکل موج‌های سینوسی با دقت کافی به کار می‌روند.
طبق [22]، PLL مربع‌شکل برای سیگنال‌های ورودی دارای هارمونیک مناسب نیست، چون خطای فاز حالت دائم برابر صفر نیست. ما PLL مربع‌شکل را بهبود می‌دهیم که در آن شکل‌موج مربعی اصلی با یک شکل‌موج حذف هارمونیک انتخابی (SHE) جایگزین می‌شود و در نتیجه خطای زاویه فاز PLL کمینه می‌شود.
این مقاله دارای بخش‌های ذیل است. بخش2 عملکرد PLL کلاسیک را مرور می‌کند، با تاکید بر اینکه این PLL با مولفه اصلی سیگنال ورودی همزمان (سنکرون) می‌شود. بخش3 PLL موج مربعی را توصیف می‌کند. بخش4 عملکرد PLL موج مربعی را بحث کرده و توضیح می‌دهد که چرا خطای فاز با سیگنال‌های ورودی معوج افزایش می‌یابد.
خطای فاز PLL به صورت تابعی از طیف ولتاژ شبکه محاسبه می‌شود. بخش5 الزامات شکل موج SHE مربعی مدوله شده و ارزیابی زوایای سوئیچینگ آن را بحث می‌کند. بخش6 نتایج شبیه‌سازی و تجربی را برای هر دو حالت دائم و گذرای PLL تکفاز را بیان کرده و اعتبار روش SHE-PLL را نشان می‌دهد. تست‌ها توسط یک FPGA انجام شدند. SHE-PLL سه‌فاز در بخش7 تحلیل شده و نتایج تجربی نشان داده می‌شوند. الگوریتم‌های PLL موج مربعی و SHE-PLL پاسخ دینامیکی مشابه با PLL کلاسیک دارند. با این وجود، آنها به شیوه مشابه پیاده‌سازی می‌شوند. بخش8 نیز نتیجه‌گیری می‌کند.
پیش نمایش مقاله
