شبیه سازی پروژه مبدل ACAC مستقیم سه سطحی آبشاری

مبدل‌های ACAC یا سیکلوکانورترها می‌توانند ولتاژ خروجی را کم و یا زیاد کند همچنین یک ترانسفورماتور می‌تواند ولتاژ را در خروجی افزایش و یا کاهش دهد، اما چون تغییر نسبت دور سیم پیچ به صورت دستی یا با سروو موتور انجام می‌شود دارای سرعت تنظیم پایینی است همچنین روش‌های دیگری که از مدار کنترل شده با فاز استفاده می‌کنند وجود دارند اما این روش‌ها نیز دارای

فهرست مطالب

1- مقدمه

2- ساختار مبدل

3- اصول عملکرد

4- ملاحظات طراحی

5- ساز و کار کنترل ولتاژ روی خازن شناور

6- نمونه اولیه

7- نتیجه گیری

چکیده:

مبدل‌های AC/AC یا سیکلوکانورترها می‌توانند ولتاژ خروجی را کم و یا زیاد کند. همچنین یک ترانسفورماتور می‌تواند ولتاژ را در خروجی افزایش و یا کاهش دهد، اما چون تغییر نسبت دور سیم پیچ به صورت دستی یا با سروو موتور انجام می‌شود دارای سرعت تنظیم پایینی است. همچنین روش‌های دیگری که از مدار کنترل شده با فاز استفاده می‌کنند وجود دارند اما این روش‌ها نیز دارای معایبی همچون ضریب توان ورودی کم و جریان هارمونیکی مراتب پایین در ورودی هستند که برای حل این مشکلات بایستی فیلتر پسیو بزرگی در ورودی در نظر گرفته شود.

این فیلتر بر کیفیت توان تأثیر گذاشته و نیز در خطوط انتقال ایجاد تلفات توان می‌کند. این مشکلات توسط چاپر AC با فرکانس کلید زنی بالا از بین می‌رود. با استفاده از مدولاسیون PWM ولتاژ ورودی به قسمت‌هایی برش داده می‌شود و ولتاژ خروجی را می‌توان با تغییر دوره عملکرد برشگر کنترل نمود. مزایای این روش این است که شکل موج‌های ولتاژ و جریان ورودی خروجی به سینوسی نزدیک بوده و جریان هارمونیکی ورودی کاهش یافته، همچنین اندازه فیل‌تر ورودی کاهش می‌یابد.

این مقاله، خانواده جدیدی از مبدل‌های AC-AC مستقیم سه سطحی (TL[1]) آبشاری را بر مبنای سلول‌های سوئیچ AC پیشنهاد می‌دهد که ولتاژ بالای AC ناپایدار با اعوجاج را به ولتاژ سینوسی تنظیم شده با اعوجاج هارمونیکی کل (THD[2]) پایین تبدیل می‌کنند. این خانواده ساختاری، شامل حالت‌های باک TL- بوست، باک- بوست TL و باک TL- بوست TL می‌شود. به منظور دست‌یابی به یک تبدیل AC-AC قابل اعتماد، یک راهبرد کنترل فیدبک ولتاژ گذرای دوگانه از ولتاژ خروجی و ولتاژ روی خازن شناور، در این مقاله معرفی شده است. یک نمونه VA 500 % 10 ± V 220 Hz 50 AC به V 220 Hz 50 AC با نتایج تجربی ارائه شده تا ثابت کند که این مبدل‌ها، چهار مزیت بهبود یافته هم‌زمان شامل ولتاژ پایین‌تر روی سوئیچ‌های قدرت، جریان توان دو طرفه، THD پایین ولتاژ خروجی و ضریب توان ورودی بالاتر را دارند.

1- مقدمه:

مبدل‌های AC-AC در سال‌های اخیر، به طور گسترده در حوزه‌های مختلف صنعتی به کار رفته‌اند. با این وجود، تحقیقات اخیر درباره فن آوری مبدل AC-AC عمدتاً بر مبدل‌های AC-AC دو سطحی و مبدل‌های AC-AC چند سطحی از نوع AC-DC-AC، متمرکز هستند. اولی شامل مبدل‌های AC-AC با ایزولاسیون الکتریکی و مواردی بدون هیچ ایزولاسیون الکتریکی مانند چاپرهای AC، سیکلوکانورترهای کنترل فاز تریستوری یا مبدل‌های ماتریسی است. دومی شامل مبدل‌های AC-AC بدون ایزولاسیون الکتریکی و نیز مواردی با ایزولاسیون الکتریکی فرکانس پایین یا متوسط است. امروزه، مبدل‌های AC-AC نه تنها برای ولتاژ پایین بلکه برای کاربردهای ورودی ولتاژ بالا نیز مورد نیاز هستند. در این زمینه‌ها، یک روش چند سطحی برای کاهش ولتاژ روی سوئیچ‌های قدرت با ولتاژ خروجی بهبود یافته، مؤثر است. یک روش چند سطحی ابتدا در اینورترها پیشنهاد شد؛ و سپس در مبدل‌های DC-DC و یکسو سازها توسعه یافت. تاکنون، یک روش چند سطحی که در مبدل‌های AC-AC استفاده شود، عمدتاً محدود به مبدل‌های AC-AC از نوع AC-DC-AC بوده که معایب زیادی مانند مراحل توان بیشتر، جریان توان یک طرفه، ضریب توان ورودی پایین و وفق پذیری ضعیف با بارهای مختلف دارد. بنابراین، یک مبدل AC-AC مستقیم سه سطحی (TL) آبشاری پیشنهاد شد تا مبدل‌های AC-AC چند سطحی، بهبود یابند. این مقاله یک خانواده جدید از مبدل‌های AC-AC مستقیم TL آبشاری را بر مبنای سلول‌های سوئیچ AC پیشنهاد می‌دهد. به منظور دست‌یابی به یک تبدیل AC-AC TL قابل اعتماد، یک راهبرد کنترل فیدبک ولتاژ گذرای دوگانه نیز ارائه شده است. مبدل‌های پیشنهاد شده در این مقاله دارای تبدیل توان تک مرحله‌ای (جریان متناوب فرکانس پایین[3] LFAC-LFAC)، جریان توان دو طرفه و ضریب توان ورودی بالاتر در مقایسه با مبدل‌های AC-AC TL از نوع AC-DC-AC هستند. به علاوه، این مبدل‌ها ولتاژ پایین‌تری روی سوئیچ‌های قدرت در مقایسه با مبدل‌های AC-AC دو سطحی دارند. قرار است این مبدل‌ها در یک نوع جدید از منبع تغذیه AC سینوسی تنظیم شده، ترانسفورمر الکترونیک و تنظیم کننده AC به کار روند که در آن‌ها ورودی ولتاژ بالا (خروجی) و/ یا جریان توان دو طرفه مورد نیاز است.

2- ساختار مبدل

همان طور که در شکل 1 نشان داده شده سوئیچ‌های دو سطحی (u_i, 0) و TL (u_i, u_i/2, 0) در این مقاله ارائه شده‌اند. یک سلول سوئیچ AC TL با سلول‌های سوئیچ AC دو سطحی سری شده، ایجاد می‌شود.

بر مبنای سلول‌های سوئیچ AC، خانواده جدیدی از مبدل‌های AC-AC مستقیم TL آبشاری، در شکل 2 پیشنهاد شده است. این خانواده ساختاری شامل حالت‌های باک TL- بوست، باک- بوست TL و باک TL- بوست TL می‌شود. طبق ولتاژهای خروجی مختلف، مبدل‌های AC-AC TL کنترل شده با مدولاسیون پهنای باند ([4]PWM) در حالت‌های عملکردی مختلف با سه سطح ولتاژ عمل چاپر را انجام می‌دهند. بنابراین، این مبدل‌ها می‌توانند به صورت مستقیم ولتاژ بالای AC ناپایدار با اعوجاج را به ولتاژ سینوسی تنظیم شده با اعوجاج هارمونیکی کل (THD) پایین تبدیل کنند.

---

[1] Three level

[2] Total Harmonic Distrotion

[3] low-frequency alternate-current

[4] Pulse Width Modulation