پایان نامه سینوسی سازی خروجی اینورترها
مقدمه
تبديل ولتاژ و جريان DC به AC به كمك اينورترها تحقق مي يابد. اينورتر از يك منبع DC تغذيه مي شود ولي ولتاژ و جريان خروجي ac مولفه هاي اصلي بزرگي با دامنه و فركانس قابل تنظيم دارند. بسته به نوع منبع، اينورترهاي ولتاژ (VSIها) و اينورترهاي جريان (CSIها) مشخص مي شوند. علاوه بر يكسوكننده ها، اينورترهاي ولتاژ متداول ترين مبدلهاي الكترونيك قدرت به شمار مي روند.روشهاي مدوله سازي پهناي پالس در اينورترهاي ولتاژ براي كنترل ولتاژ يا جريان به كار مي روند. در اينورترهاي ولتاژ، متغيرهاي كنترل شده فركانس و دامنة مولفة اصلي ولتاژ خروجي هستند.
روشهاي متعددي براي كنترل PWM اينورترهاي ولتاژ با ولتاژ كنترل شده مطرحند و بررسي دقيق آنها كار واقعاً مشكلي است. بنابراين، در اينجا تنها تعدادي از متداول ترين روشها براي این کار شرح داده مي شود.
مشخصات مطلوب روش PWM به صورت زيرند:
1) بهره برداري خوب از منبع تغذيه DC، يعني دستيابي به مقدار تا حد ممكن زياد بهره ولتاژ، KV، كه با تعريف زير:
كه در آن VLL,1,P(max) ماكزيمم مقدار اوج مولفه اصلي ولتاژ خروجي خط به خط است كه به كمك روش مورد نظر امكان دارد.
2) خطي بودن كنترل ولتاژ به طوري كه بتوان داشت :
كه در آن M بيانگر نسبت كنترل دامنه است. طبق معمول، نسبت كنترل دامنه به صورت نسبت ولتاژ خروجي واقعي (مقدار موثر يا اوج ولتاژ خط به خط يا خط به نول) به ماكزيمم مقدار قابل دسترس اين ولتاژ تعريف مي شود.
3) داشتن دامنه هاي كم در هارمونيك هاي مرتبه پايين ولتاژ خروجي به منظور حداقل كردن محتواي هارمونيكي جريان خروجي که كيفيت جريان خروجي،خود به نوعی با افزايش تعداد كليد زني در هر سيكل ولتاژ خروجي بهبود مي يابد.
فصل اول
مدولاسیون پهنای پالس مربعی
مدولاسیون پهنای پالس مربعی
در این فصل ، اصول تبدیل ولتاژ و جریان DC به AC، با بکار بردن اینورترهای الکترونیک قدرت توضیح داده می شود. همچنین اینورترهای ولتاژ و جریان ، در حالتهای کار موج مربعی وPWM شرح داده شده است . به طور معمول ، برای تغذیه اینورتر ولتاژ یا از ولتاژ تغذیه شده توسط یکسو کننده دیودی همانطور که در شکل (1-1) نشان شده است استفاده میشود و یا از دیگر منابع DC مانند با طری ( به طور مثال، در خودروهای تغذیه شده توسط باطری) تا مین می شود.
شكل (1-1) : ولتاژ تغذيه شده توسط يكسوكننده ديودي
1-1- اينورتر تكفاز
نمودار مداري يك اينورتر تكفاز ولتاژ با استفاده از كليدهاي قدرت نيمرساناي تمام كنترل شونده در شكل(1-2) نشان داده شده است. به فرض يك منبع ولتاژ ايده آل، ولتاژ DC ورودي، Vi را فراهم سازد. برای جلوگیری از اتصال کوتاه شدن منبع (اتصال کوتاه ساق) كليدهاي هر ساق اينورتر نبايد همزمان روشن شوند.
شكل (1–2) : اینورتر ولتاژ تكفاز
كليدهاي نيمرسانا، حتي نوع سريعشان، براي عبور از يك حالت هدايت به حالت ديگر به زمانهاي گذار معيني نياز دارند. بنابراين، در عمل، براي اجتناب از اتصال كوتاه ساق، هر كليد اندكي پيش از روشن شدن كليد ديگر همان ساق خاموش مي شود. بازه زماني ميان سيگنالهاي خاموشي و روشني كليدها “زمان تهي يا مرده” ناميده مي شود.
براي سادگي، زمان مرده برابر صفر فرض مي شود. بنابراين، هر ساق اينورتر تنها مي تواند دو حالت داشته باشد: يا كليد بالايي (آند- مشترك) روشن و كليد پاييني (كاتد- مشترك) خاموش است و يا برعكس. بنابراين، متغيرهاي كليدزني b,a را مي توان به ساقهاي خاص نسبت داده و به صورت رابطه زير تعريف كرد:
(1-1)
بدين ترتيب حالت اينورتر با نماد ab2 مشخص مي شود. اگر به عنوان مثال، 1= a و 1= b باشد، اينورتر در حالت 3 است چون 3= 2(11). واضح است كه تنها چهار حالت، 0 تا3، امكان پذير است.
وقتي كه يك متغير كليد زني معين مقدار يك را دارد، سر مثبت منبع تغذيه به سر متناظر خروجي اينورتر متصل مي شود. برعكس، مقدار 0 نشان مي دهد كه يك اتصال بين سر منفي منبع تغذيه و سر متناظر خروجي اينورتر ايجاد شده است. در نتيجه، ولتاژ خروجي اينورتر ، ، عبارتست از:
|
و تنها سه مقدار براي ولتاژ خروجي ممكن است: 0 ، -Viو+Vi ،كه به ترتيب، به حالتهاي 0 يا 3، 2، 1 مربوط مي شوند.
وقتي كه جهت جريان خروجي ، i0 ، به گونه اي است كه نمي تواند در كليدي كه روشن شده است، جريان يابد، ديود چرخش آزاد موازي با كليد يك مسير بسته براي جريان فراهم مي كند. اگر، به عنوان مثال، مطابق شكل (1-2) ، جريان خروجي مثبت، و كليد SB روشن باشد، مسير جريان اجباراً از طريق ديود DB بسته مي شود. به طريق مشابه، مي توان به سادگي شرايطي را كه تحت آنها هريك از سه ديود ديگر براي هدايت پيوسته جريان خروجي لازم مي شوند ، تعيين كرد. اگر بار كاملاً مقاومتي باشد ديودهاي چرخش آزاد لزومي ندارد. اما، در غير اين صورت، قطع جريان در اندوكتانس بار باعث اضافه ولتاژهاي خطرناك مي شود. از اينرو ديودهاي چرخش آزاد جريان راكتيو، (تاخیر °90 نسبت به مولفه اصلي ولتاژ خروجي) هدايت مي كند.
ساده ترين حالت عملكرد اينورتر كه به موج مربعي معروف است با قوانين كنترل زير توصيف ميشود:
|
كه در آنها w بيانگر فركانس خروجي اصلي اينورتر است. تنها حالتهاي 1 و2 به كار رفتهاند. شكل موجهاي ولتاژ و جريان خروجي در يك بار RL براي كاركرد اينورتر به صورت موج مربعي در شكل (1-3) نشان داده شده است . مقدار موثر مولفه اصلي ولتاژ خروجي، V0,1 ، و محتواي هارمونيكي، V0,h، اين ولتاژ به ترتيب Vi 9.0 و Vi435.0 هستند، لذا اعوجاج هارمونيكي كل ، dh ،483.0 است.
با اعمال حالتهاي 0 و3 به اندازه 81.0 راديان (°5.46) بين حالتهاي 1 و2، مطابق شكل (1-4)، اعوجاج هارمونيكي كل ولتاژ خروجي مينيمم مي شود. سپس ، در مقايسه با حالت كاري مربعي ساده، مولفه اصلي ولتاژ خروجي با 8% كاهش به مقدار Vi828.0 مي رسد،ولي اعوجاج هارمونيك ي كل نيز با 40% كاهش به مقدار 29.0 مي رسد. قوانين كنترل در حالت كار مربعي بهينه به صورت زيرند:
|
كه در آن (°2.23) rad405.0 = ad.
شكل (1–3) : حالتها، متغيرهاي كليد زني، و شكل موجهاي ولتاژ جريان خروجي اينورتر ولتاژ تكفاز در حالت كار موج مربعي ساده
شكل (1-4) : حالتها، متغيرهاي كليد زني، و شكل موجهاي ولتاژ و جريان خروجي اينورتر ولتاژ تكفاز در حالت كار موج مربعي بهينه
كيفيت عملكرد اينورتر با استفاده از PWM باز هم بهتر مي شود. در طول سالهاي گذشته روشهاي PWM متعددي، براي اينورترهاي ولتاژ معرفي شدهاند. ولي در اينجا به منظور نمايش اصول كار، روش PWM ساده بر مبناي تابع مدوله كننده سينوسي، ، در نظر گرفته مي شود.
|
طبق معمول در مبدلهاي PWM ، سيكل ولتاژ خروجي به N بازه كليد زني برابر تقسيم مي شود. با اختصاص به مقادير متوسط متغيرهاي كليد زني b,a در بازه كليد زني nام، قوانين كنترل اينورتربه صورت زيردر مي آيند:
كه در آن m معرف شاخص مدوله سازي و an زاويه مركزي بازه n ام است. مقادير زاويه مركزي، an ، پهناي پالس ، gx,n ، زاويه روشني، a1x,n ، و زاويه خاموشي a2X,n كه در آنها X نماينده ساق، A يا B ، اينورتر است ، توجه كنيد كه مقدار متوسط متغير كليد زني a در بازه كليد زني n ام، ، برابر با نسبت كاركرد كليد SA ، DA,n، است. همين مورد را درباره متغير كليد زني b و كليد SB نيز تكرار كرد بنابراين ، مي توان عرض هرپالس را طبق رابطه زير محاسبه كرد: :
كه در آنها از معادله (-15) به دست مي آيند. و عرض پالس
مي باشند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.