مروری بر مدلاسیون بردار فضایی برای مبدل های منبع-Z /شبه منبع -Z سه فاز

چکیده 

کلمات کلیدی

معرفی

اصول qZSI

SVMها برای qZSI

SWM مرسوم

کلید توان برای ZSVMها

بررسی شبیه سازی و نتایج تجربی

نتیجه گیری

زیر نویس شکل ها:

شکل 1:ساختار qZSI

شکل 2:مدار معادل qZSI (a) وضعیت Shoot-through و (b) وضعیت nonshoot-through

شکل 3:SVM برای VSIهای مرسوم. (a) بردارهای فضایی ولتاژ پایه (b) ترتیب زمان کلیدزنی

شکل 4:SVM برای qZSI. (a) بردارهای فضایی ولتاژ، ترتیب زمانی (b) ZSVM6, (c) ZSVM4, (d) ZSVM2 (e) ZSVM1-I  و (f) ZSVM1-II.

شکل 5:حداکثر نرخ وظیفه Shoot-through و نرخ تنش ولتاژ qZSI هنگام استفاده از ZSVMها (a) حداکثر نرخ وظیفه Shoot-through برحسب شاخص مدولاسیون و (b) حداکثر نرخ تنش ولتاژ کلید برحسب گین ولتاژ

شکل 6:SDPAV /(NPout ) برحسب نرخ وظیفه Shoot-through برای چهار ZSVM مختلف.

شکل 7:بستر آزمایشگاهی qZSI

شکل 8:شبیه سازی و نتایج آزمایشات سیستم qZSI هنگامی که از کنترل افزایشی ساده استفاده می کند. (a) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (b) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (c) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل (d) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل

شکل 9:شبیه سازی و نتایج آزمایشات سیستم qZSI هنگامی که از ZSVM6 استفاده می کند (a) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (b) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (c) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل (d) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل

شکل 10:شبیه سازی و نتایج آزمایشات سیستم qZSI هنگامی که از ZSVM4 استفاده می کند (a) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (b) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (c) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل (d) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل

شکل 11:شبیه سازی و نتایج آزمایشات سیستم qZSI هنگامی که از ZSVM2 استفاده می کند (a) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (b) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (c) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل (d) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل

شکل 12:شبیه سازی و نتایج آزمایشات سیستم qZSI هنگامی که از ZSVM1-I استفاده می کند (a) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (b) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش، جریان سلف L1، ولتاژ فاز بار ac، و جریان (c) ولتاژ اتصالdc شبیه سازی شده و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل (d) ولتاژ اتصالdc حاصله از آزمایش و جریان سلف L1 در دو چرخه کنترل

شکل 12:منحنی های بازدهی qZSI را با استفاده از مدهای مختلف PWM

بالانویس جداول:

جدول I:حداکثر نرخ وظیفه Shoot-through، حداکثر فاکتور افزایش، حداکثر ولتاژ گین، و حداکثر تنش ولتاژ وقتی از ZSVMهای مختلف استفاده می شود

جدول II:خلاصه نتایج شبیه سازی

جدول III:خلاصه نتایج آزمایشات تجربی

مدلاسیون بردار فضایی برای مبدل های منبع-Z /شبه منبع -Z سه فاز مورد بررسی قرار گرفته است. الگوهای مختلف کلید زنی، حداکثرنرخ وظیفه shoot-through در دسترس، حداکثر تنش ولتاژ روی کلید برحسب گین ولتاژ و بازدهی، با جزئیات کامل مورد مقایسه قرار گرفته است. مجموع میانگین توان کلید، جریان تنش shoot-through را برای ارزیابی مجوع تنش بر روی کلید قدرت را در نظر گرفته است. شبیه سازی¬ها و نتایج تجربی نمونه اولیه qZSI، تحلیل¬های نظری را تایید می¬کند. شش قسمت فاصله¬های زمانی shoot-through ، اعوجاج جریان سلف را کاهش می¬دهد و بازدهی qZSIرا بهبود می¬بخشد. و نیز حداکثر تنش ولتاژ و مجموع میانگین توان کلید از تقسیم کردن shoot-through سود می¬برد. در نهایت روش تقسیم و جداسازی چنین عملکردی را برای qZSI فراهم می کند.

مبدل های منبع-Z /شبه منبع –Z، سال های متمادی توجه زیادی را برای دستیابی به تبدیل توان جهت کنترل کردن تغییرات ولتاژ ناشی از منبع dc را در یک ساختار یک طبقه به خود جلب کرده است. زوج ZSI/qZSI، شامل دو سلف و دو خازن بین مبدل (اینورتر) و منبعdc است. حالت صفر shoot-through به کلیدهای مبدل تزریق می شود تا ولتاژ dc ورودی را به سطح بالای ولتاژ افزایش دهد. زمانی که ولتاژ ورودی به اندازه کافی برای دستیابی به ولتاژ ac مورد نظر بالا باشد، ZSI/qZSI، مانند منبع ولتاژ مبدل های مرسوم عمل می کند. در مقایسه با مبدل¬های dc-dc دو طبقه، ZSI/qZSI بازدهی بیشتر و هزینه کمتری دارد. علاوه بر این قابلیت اطمینان اینورتر به طرز محسوسی افزایش پیدا می¬کند چراکه جریان اتصال کوتاه پل باعث خرابی اینورتر نمی¬شود. امروزه مطالعات مختلف در مورد ZSI/qZSI بر روی موارد ذیل متمرکز شده است 1) کنترل الگو مدل سازی و کلید زنی 2) کاربردها مانند، تبدیل توان فتو ولتائیک، پیل سوختی و الکتریکی 3) درایور (محرک) میدان القایی و 4) ساختارهای توسعه یافته مانند مبدل های ماتریس منبع-Z، مبدل های ترانس-Z-منبع و غیره. در هر صورت، حالت صفر shoot-through برای عملکرد مناسب ZSI/ qZSI در مد سریع، ضروری است. امروزه، انواع مختلفی از روش های کنترل کلیدزنی برای دستیابی به رنج وسیعی از مدلاسیون، پیاده سازی راحت، و ولتاژ تنش اندک بر روی سوئیچ ها ارائه شده اند. سه نوع SPWM شامل کنترل افزایشی ساده (SBC)، کنترل افزایشی حداکثر و کنترل افزایشی ثابت حداکثر با هم مقایسه شده اند و نتیجه اینکه کنترل افزایشی حداکثر، بالاترین ولتاژ گین را ارائه می دهد. از آنجا که روش کنترل افزایشی حداکثر، تمامی امکانات ممکن روش حالت صفر را برای دستیابی به حالت shoot-through در اختیار قرار می دهد، بنابراین اعواجاج فرکانس پایین ادوات در ولتاژ خازن و جریان سلف به وجود می آید. کنترل افزایشی ثابت حداکثر، بسیار محبوبتر است، چراکه می تواند پوش های بالایی و پایینی shoot-through را به منظور ثابت نگه داشتن نسبت وظیفه shoot-through برای دستیابی به حدکثر فاکتور افزایشی را با دقت بیشتری درست کند. اما مشکلات کلیدزنی فرکانس بالا و تضییف ناشی از سوئیچینگ همچنان برای SPWMها همچنان پابرجاست. محاسنی مانند اعوجاج جریانی اندک طول عمر طولانی در ولتاژهای بالا باعث می شود که مفهوم بردار-فضایی مرسوم، طوری اصلاح شود که برای روش ZSI/qZSI نیز قابل استفاده باشد. سیگنال های دو کلید کنترلی همان پایه پل نیز دیگر مکمل هم نیستند، اگرچه برای SVM ها نیز به همین صورت است. حالت صفر shoot-through برای اجتناب از تضعیف و اعمال اضافی کلید زنی در لحظه ابتدا یا انتهای کلیدزنی برداری تزریق می شوند. سه روش مختلف برای گسترش حالات shoot-through وجود دارند: 1) مجموع فواصل زمانی مورد نیاز برای روش shoot-through به شش قسمت یا شش زمان کلید زنی تقسیم می شوند. شش زمان کلید زنی اصلاح شده اند بنابراین در این مقاله آن را VSVM6 می نامیم. 2) فواصل زمانی shoot-through که به شش قسمت تقسیم شده اند در هر چرخه کامل می شوند ولی در مرجع [10] تنها چهار تا از آنها اصلاح شده اند، بنابراین ما در این مقاله آن را VSVM4 می نامیم. 3) مجموع فواصل زمانی مورد نیاز برای روش shoot-through به چهار قسمت قابل تحقق تقسیم می شود، ولی در مرجع [11] تنها دو زمان کلیدزنی اصلاح شده اند، بنابراین آن را ZSVM2 می نامیم. گین ولتاژ، تنش ولتاژ بر روی کلید، و اعوجاج AC سه روش ذکر شده برای SPWMها و ZSVM4 در مرجع [13] با هم مقایسه شده اند ولی در آن تنش جریانی کلید ذکر نشده است. در مرجع [18] مجموع توان کلیدزنی(SDP) برای محاسبه هر دو تنش ناشی از ولتاژ و جریان ارائه شده است. اما فرمول استخراج شده برای ZSVMx که داریم (x = 6, 4, 2) مناسب نیست، چراکه در مرجع [18] وقتی اینها با هم مقایسه می شوند، تنش ولتاژ و جریانی متفاوتی دارند. هدف این مقاله ارائه مروری بر SVMها برای ZSI/qZSI سه فاز و مقایسه بالا بردن ظرفیت، تنش ولتاژ، بهره و مخصوصا برای پیشنهاد SDP برای ZSVMx که (x = 6, 4, 2) است. این مقاله به شکل زیر سازمان دهی شده است. عملکرد qZSI در قسمت دو به تصویر کشیده شده است و انواع ZSVMها در بخش سه مورد اشاره قرار گرفته اند. مجموع میانگین SDP در بخش چهار ارائه شده است. شبیه سازی و نتایج تجربی در بخش پنجم آمده است و در نهایت بخش ششم به نتیجه گیری این مطالعه اختصاص یافته است. در توصیفی که در ادامه می آید، qZSI برای تصویر استفاده شده است. تمامی PWMها را می توان به qZSI اعمال کرد.