پایان نامه ارشد برق کاهش هارمونیک های مرتبه پایین به همراه روش های شارژ متقارن برای مبدل های چند سطحی کاسکاد

اختصاصی از هایدی پایان نامه ارشد برق کاهش هارمونیک های مرتبه پایین به همراه روش های شارژ متقارن برای مبدل های چند سطحی کاسکاد دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده

امروزه مبدل های چند سطحی در مقایسه با مبدل های مرسوم دو سطحی به دلیل توانایی کار در ولتاژ متوسط و توان بالا و همچنین به دلیل مزایایی از جمله کیفیت توان بالا، مؤلفه هارمونیکی کمتر، تلفات کلیدزنی پایین تر و سازگاری الکترومغناطیسی بهتر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. این مبدل ها قادر هستند یک شکل موج پله ای دلخواه ولتاژ / جریان ac را با استفاده از چندین منبع ولتاژ / جریان dc  به عنوان ورودی تولید نمایند. با افزایش تعداد منابع ولتاژ / جریان dc در سمت ورودی، می توان در خروجی این نوع مبدل ها، شکل موج نزدیک به سینوسی تولید کرد. در این پایان نامه، تمرکز بر روی مبدل های چند سطحی از نوع منبع ولتاژ می باشد. مبدل های چند سطحی منبع ولتاژ دارای سه ساختار اصلی و چندین ساختار اشتقاقی می باشد. این ساختارها عبارتند از: مبدل های چند سطحی برشگر دیودی، مبدل های چند سطحی خازن شناور و مبدل های چند سطحی کاسکاد. با توجه به اینکه مبدل های چند سطحی کاسکاد در مقایسه با دو ساختار دیگر به منظور تولید تعداد سطوح ولتاژ خروجی یکسان، تعداد قطعات نیمه هادی قدرت کمتری نیاز دارد و در نتیجه تلفات و هزینه سیستم کلی کاهش و راندمان مبدل افزایش می یابد در این پایان نامه تمرکز بر روی مبدل های چند سطحی کاسکاد است. مبدل های چند سطحی کاسکاد به دو دسته مبدل های متقارن و نامتقارن تقسیم می شوند. در مبدل های چند سطحی نامتقارن با تعداد پل های H یکسان با مبدل های متقارن، دامنه ماکزیمم و تعداد سطوح ولتاژ خروجی مبدل افزایش می یابد و در نتیجه شکل موج خروجی به شکل موج سینوسی نزدیک تر خواهد شد.

مشهورترین روش کنترلی برای مبدل های چند سطحی کاسکاد روش کلیدزنی در فرکانس اصلی می باشد. در این روش کنترلی تلفات کلیدزنی کاهش می یابد و در نتیجه راندمان مبدل افزایش خواهد یافت. یکی از معایب عمده این روش کلیدزنی این است که منابع dc مختلف استفاده شده در پل های مختلف سهم متفاوتی در تأمین انرژی مودر نیاز بار را دارند در نتیجه این منابع شارژهای متفاوتی خواهند داشت و لذا هزینه نگهداری سیستم افزایش می یابد. به منظور متعادل کردن اندازه توان تأمین شده توسط منابع dc مختلف از روش های کنترلی شارژ متعادل استفاده می شود. روش های شارژ متعادل برای مبدل های چند سطحی کاسکاد نامتقارن قابل استفاده نیست. در این پایان نامه، الگوریتم جدیدی به منظور تعیین اندازه منابع ولتاژ dc پیشنهاد شده است که امکان اعمال روش های شارژ متعادل بر روی آن وجود دارد. با استفاده از این الگوریتم تعداد سطوح و ماکزیمم دامنه ولتاژ خروجی مبدل کاسکاد نامتقارن در مقایسه با ساختارهای متقارن افزایش می یابد و همچنین عمر مفید منابع ولتاژ dc یکسان می شود و در نتیجه هزینه نگهداری سیستم نیز کاهش خواهد یافت. مشکل دیگر این روش کنترلی ایجاد هارمونیک های مرتبه پایین نامطلوب در ولتاژ خروجی مبدل است. از آنجایی که این هارمونیک ها در فرکانس پایین هستند امکان فیلتر کردن آنها به راحتی وجود ندارد. در این پایان نامه روش کنترلی جدیدی براساس روش های کنترلی PWM چند حاملی به منظور حذف هارمونیک های مرتبه پایین ارائه می شود. این روش در مقایسه با سایر روش های PWM چند حاملی تعداد سیگنال های حامل کمتری لازم دارد و همچنین هارمونیک های مهم را در دو باند در اطراف فرکانس دو برابر فرکانس حامل تولید می کند در حالی که سایر روش های PWM چند حاملی این هارمونیک ها را در دو باند در اطراف فرکانس حامل تولید می کند لذا حذف این هارمونیک ها ساده تر می شود و سایز فیلتر مورد نیاز کاهش می یابد از نتایج دیگر این روش بهبود اعوجاج هارمونیکی کل ولتاژ خروجی مبدل می باشد. با تلفیق روش کنترلی PWM چند حاملی پیشنهادی با روش های شارژ متعادل روش کنترلی جدیدی حاصل می شود که مزایای هر دو روش کنترلی را یک جا خواهد داشت. با استفاده از نتایج شبیه سازی در محیط PSCAD/EMTDC روش های پیشنهادی مورد تأیید قرار گرفته است.

مقدمه

با توجه به افزایش تقاضا برای مبدل های با توان بالا، ولتاژ بالا و همچنین با در نظر گرفتن اینکه کلیدهای نیمه هادی نمی توانند در ولتاژها و توان های با رنج های بالا کار کنند تمایل به استفاده از مبدل های چند سطحی افزایش یافته است. گسترش استفاده از انرژی های نو و تجدیدپذیر مانند پیل های سوختی، سلول های خورشیدی و غیره… که عموما دارای سطح ولتاژ dc با مقدار پایینی هستند استفاده از مبدل های چند سطحی را به عنوان یک تکنولوژی جدید برای تبدیل این انرژی ها به شکل موج با دامنه دلخواه بیشتر افزایش داده است.

از دیگر مزایای این نوع از مبدل ها می توان به راندمان بالا، تداخل الکترومغناطیسی کم، تولید شکل موج خروجی با کیفیت مطلوب، داشتن اجزای هارمونیکی پایین تر و امکان استفاده از کلیدهای نیمه هادی با سرعت پایین تر اشاره کرد که موجب توجه بیشتر به این نوع از مبدل ها در سال های اخیر شده است. در این نوع مبدل ها ولتاژ / جریان خروجی مطلوب با استفاده از چندین منبع ولتاژ / جریان dc با اندازه های کوچک به عنوان ورودی ایجاد می شود لذا مبدل های چند سطحی به دو دسته کلی مبدل های چند سطحی با منابع ولتاژ و مبدل های چند سطحی با منابع جریان دسته بندی می شوند. از آنجایی که امکان دسترسی به منابع ولتاژ در مقایسه با منابع جریان آسان تر است و همچنین مبدل های چند سطحی از نوع ولتاژ کاربرد بیشتری دارند در این پایان نامه تمرکز بر روی مبدل های منبع ولتاژ می باشد. با افزایش تعداد منابع ولتاژ dc در سمت ورودی، می توان در خروجی مبدل، ولتاژ با شکل موج نزدیک به سینوسی تولید کرد.

تعداد صفحه : 129

فهرست مطالب:
چکیده 1
مقدمه 3
فصل اول : بررسی مبدل های چند سطحی و انواع ساختا رهای آن 6
1) مقدمه 6 -1
2) کاربرد مبدل های چند سطحی 8 -1
3) مزایا و معایب مبد لهای چند سطحی 8 -1
4) مبدل های چند سطحی از نوع منبع ولتاژ و منبع جریان 9 -1
1-4 ) مبدل های چند سطحی از نوع ولتاژ 10 -1
2-4 ) مبدل های چند سطحی از نوع جریان 11 -1
5) انواع مبد لهای چند سطحی 11 -1
1-5 ) مبدل های چند سطحی از نوع برشگر دیودی 12 -1
2-5 ) مبدل های چند سطحی از نوع خازن شناور 19 -1
3-5 ) مبدل های چند سطحی از نوع کاسکاد 26 -1
1-3-5 ) مبدل های چند سطحی کاسکاد متقارن و نامتقارن 32 -1
6) سایر ساختار های مبد لهای چند سطحی 37 -1
1-6 ) مبدل های چند سطحی تعمیم یافته 37 -1
2-6 ) مبدل های چند سطحی هیبرید 39 -1
1-2-6 ) مبدل چندسطحی هیبرید با سطوح مختلط 39 -1
2-2-6 ) مبدل چند سطحی هیبرید نامتقارن 40 -1
3-6 ) مبدل های چند سطحی با کلیدزنی نرم 43 -1
4-6 ) مبدل چند سطحی با ساختار چند ترانسفورماتوری 44 -1
5-6 ) مبدل چند سطحی با ساختار چند منبعی 45 -1
6-6 ) مبدل چند سطحی با ساختار ترانسفورماتور چند سیم پیچی 45 -1
7-6 ) مبدلهای چند سطحی کاسکاد جدید با کاهش در تعداد کلیدها و منابع -1
ولتاژ
46
dc
7) مقایسه انواع مختلف مبد لهای چند سطحی 51 -1
8) جمع بندی 52 -1
فصل دوم : روش های کنترلی در مبدل ها چند سطحی 54
1) مقدمه 54 -2
2) دسته بندی رو شهای مدولاسیون 55 -2
3) مدولاسیون با فرکانس کلیدزنی بالا 57 -2
شیفت فاز 58 PWM 1-3 ) روش مدولاسیون -2
شیفت سطح 60 PWM 2-3 ) روش مدولاسیون -2
60 Phase disposition(PD) از نوع LSPWM 1-2-3 ) روش مدولاسیون -2
از نوع 61 LSPWM 2-2-3 ) روش مدولاسیون -2
Phase Opposition disposition (POD)
از نوع LSPWM 3-2-3 ) روش مدولاسیون -2
62
Alternative Phase Opposition disposition (APOD)
64 PWM 3-3 ) مقایسه رو شهای مختلف مدولاسیون -2
1-3-3 ) طیف هارمونیکی 64 -2
2-3-3 ) فرکانس کلیدزنی 65 -2
4-3 ) تأثیر شاخص مدولاسیون دامنه در تعداد سطوح 65 -2
4) مدولاسیون با فرکانس کلیدزنی اصلی 66 -2
5) روش های شارژ متقارن برای مبدل های چند سطحی کاسکاد 69 -2
6)جمع بندی 73 -2
فصل سوم : روشهای پیشنهادی شارژ متعادل و کاهش هارمونیکهای مرتبه 75
پایین برای مبدلهای چند سطحی کاسکاد
1) مقدمه 75 -3
76 dc 2) الگوریتم پیشنهادی برای تعیین اندازه سطوح منابع ولتاژ -3
1) نتایج شبیه سازی 78 -2 -3
1-1 ) نتایج شبیه سازی برای مبدل 7 سطحی کاسکاد متقارن 79 -2 -3
1-1-1 ) روش کنترلی کلاسیک 80 -2 -3
2-1-1 ) روش کنترلی شارژ متعادل تمام موج 82 -2 -3
3-1-1 ) روش کنترلی شارژ متعادل نیم موج 84 -2 -3
2-1 ) نتایج شبیه سازی برای مبدل 15 سطحی کاسکاد نامتقارن 86 -2 -3
1-2-1 ) روش کنترلی کلاسیک 86 -2 -3
2-2-1 ) روش کنترلی شارژ متعادل تمام موج 88 -2 -3
3-2-1 ) روش کنترلی شارژ متعادل نیم موج 90 -2 -3
3) روش مدولاسیون پیشنهادی 92 -3
1) نتایج شبیه سازی 93 -3 -3
چند PWM 2) مقایسه روش مدولاسیون پیشنهادی با رو شهای مرسوم -3 -3
کریری
97
چند کریری و PWM 4) روش کنترلی هیبرید جدید بر مبنای تکنی کهای -3
روش های کنترلی شارژ متعادل
101
1-4-3 ) نتایج شبیه سازی 101
5-3 ) جمع بندی 105
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات 106
1) نتیجه گیری 106 -4
2)پیشنهادات 114 -4
مراجع 111
چکیده انگلیسی 114