موسسه آموزش عالی مازیار

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته برق قدرت

       موضوع:

تحلیل تداخلات الکترومغناطیسی در سیستم کامل محرک و موتور سنکرون آهنربای دائم بهمراه ارائه یک مدل جدید فرکانس بالای موتور سه فاز وسیستم محرک با کلیدزنی فضای برداری

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر عبدالرضا اسماعیلی

استاد مشاور:

جناب آقای دکتر اسدا… کاظمی

چکیده  :

امروزه دسترسی به منابع انرژی الکتریکی از مسائل مهم در جوامع می باشد اما این منابع می باید به شکل قابل قبولی برای مصارف مختلف درآید از این رو راه کارهای تبدیل منابع انرژی از اهمیت زیادی برخوردار است و این مبدلهای الکتریکی  نیز با توجه به ساختارهای متفاوت خود کاربردهای مختلفی پیدا می کنند آنچه که در این مبدلها مد نظر است میزان تلفات و همچنین صرفه اقتصادی آنها و نوع بکارگیری آن می باشد.یکی از رویکردها استفاده از الکترونیک قدرت در طراحی این مبدلها است .از جمله مبدلهای پر کاربرد اینورترها هستند که تبدیل dcبه acرا برای کاربردهای فراوان امروزه عهده دار می باشند.

در میان اینورترها طراحی های مختلفی جهت رسیدن به اهداف کاری و رسیدن به خروجی بهتر وجود دارد از جمله آنها استفاده از اینورترهای چند سطحی میباشد که در این میان نیز پیکربندیهای متفاوتی مطرح است که با توجه به نوع کاربرد می تواند مورد استفاده قرار گیرد و با توجه به ساختار الکترونیک قدرت طراحی و

می تواند راهگشای ما برای استفاده از انرژی های نو و پیلهای سوختی و سلول های خورشیدی و..باشد.

ولتاژ مطلوب خروجی در این مبدل ها از ترکیب چندین سطح ولتاژ dc به وجود می آید. با افزایش تعداد سطوح در اینورتر، شکل موج تولید شده به شکل موج سینوسی با اعوجاج هارمونیکی کم نزدیک می شود. شکل موج ولتاژ خروجی در مبدل های چند سطحی می تواند به صورت پلکانی و یا مدولاسیون پهنای پالس سینوسی باشد . این ولتاژ در فرکانس کلیدزنی و تلفات کمتر و با سازگاری الکترومغناطیسی بیشتری نسبت به اینورترهای مرسوم به وجود می آید. با افزایش تعداد منابع dc ، اندازه ی ولتاژ روی هر یک از کلیدها کاهش یافته و بنابراین مقدار dv/dt نیز بر روی کلیدها کم می شود. ساختارهای زیادی برای اینورترهای چندسطحی مطرح شده که ساختار اتصال سری پل به دلیل ساختار ماجولی و سادگی کنترل مورد توجه خاص می باشد.

واژه های کلیدی:      اینورترهای چند سطحی، مولتی کسکید،هارمونیک های خروجی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                               صفحه

فصل- اول                       سیستمهای محرک موتور های AC

1.1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………   15

1.2اینورتر و چگونگی عملکرد آن  …………………………………………………………………………………………. 18

21 …………..………………………………………………….……..      “inverter” dc به  ac  1.2.1   مبدلهای

1.2.2 هارمونیک ها در سیستم های الکتریکی ………………………………………………………………………………………………………………………………………       23

1.2.3  اینورتر منبع ولتاژ دو سطحی و سه سطحی…………………………………………………………………………………………………………………………………..    24

1.3  مشخصات شکل موج خروجی مناسب و روش های رسیدن به آن  …………………………………………………………………………………………………   28

29  ………………………………………………………………………………………………………….. ac به dc1.4 روشهای کنترل دامنه در مبدل الکترونیک قدرت

1.4.1  کنترل فاز ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..29

31  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….   pwm1.4.2  مدوله سازی پهنای باند

37                                         1.5  موتور آهنربای دائم ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

1.5.1 معادلات موتور آهنربای دائم ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 37

1.5.2 روش کنترل میدان گردان از طریق کنترل جریان در موتور آهنربای دائم……………………………………………………………………………………………..42

1.6 تداخلات الکترومغناطیس در مبدل های قدرت …………………………………………………………………………………………………………………………………………47

1.6.1روشهای کاهش تداخل امواج الکترومغناطیس در منبع ایجاد این امواج…………………………………………………………………………………………………49

1.6.2 اندازه گیری و استانداردهای معتبر در ارتباط با تداخلات الکترومغناطیس …………………………………………………………………………………………52

فصل دوم              اینورتر های چند سطحی  …………………………………………………………………………………………………………    36

2.1  اینوتر های چند سطحی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………  55

2.2 رویکرد پیکربندی های اینورترهای چند سطحی……………………………………………………………………………………………………………………………….  58

2.3 پیکربندی های مختلف اینورترهای چند سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………  60

…………………………………………………………………………………………………………………………………60   diode clamped multi level inverter 2.3.1

………………………………………………………………………………………………………………. 66 Flying  capacitor multi level inverter(fcm)2.3.2

……………………………………………………………………………………………………………..70 cascaded  inverter multi separated sources 2.3.3

فصل سوم              اینورترهای چند سطحی کسکید با ساختار ترکیبی     ……………………………………………………………. 77

3.1 اینورترهای ولتاژ پل  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..  78

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 81blanking time3.2 زمان پوچ

3.3  ساختار تکفاز اینورتر کسکید………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 82

3.4  ساختار کسکید افزایشی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..  91

3.5 کاهش المانهای مداری در ساختار کسکید افزایشی…………………………………………………………………………………………………………………….  96

3.6 ساختار کسکید افزایشی کاهشی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………  102

……………………………………………………………  107OHSW  فصل چهارم         روش هارمونیک بهینه برای تفکیک موج پله 

4.1  مقدمه      …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………   108

4.2 شکل موج پله ای هارمونیک بهینه شده………………………………………………………………………………………………………………………………………. 111

4.2.1  اینورتر چند سطحی با تقارن ربع موج……………………………………………………………………………………………………………………………………. 111

4.2.2 سری فوریه شکل موج مورد نظر…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 113

منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..123

فهرست شکل ها

                                                                                                                                                                                             عنوان                                                                                                                                                                       صفحه

فصل اول                    سیستمهای محرک موتور های AC

شکل 1.1 انواع تبدیل توان الکتریکی و مبدلهای الکترونیک قدرت مربوط ……………………………………………………………………………………..  16

شکل 1.2 نمای کلی یک مولد قدرت…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 17

شکل 1.3 مبدل توان پایه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 18

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………20   DC شکل 1.4 شکل موج ولتاژ ورودی

شکل 5.1 شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در اینورتر پایه …………………………………………………………………………………………………..   21

شکل 1.6 ساختار پل نیمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 24

شکل 1.7 شکل موج خروجی پل نیمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26

شکل 1.8 ساختار پل…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26

شکل 1.9 شکل موج خروجی پل………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 28

شکل 1.10 روش کنترل دامنه توسط کنترل فاز………………………………………………………………………………………………………………………………… 31

34………………………………………………………………………………………………………………..PWM شکل 1.11 موج خروجی برای مبدل با استفاده از

شکل 1.12 طیف فرکانسی در حالات مختلف  …………………………………………………………………………………………………………………………………. 36

شکل 1.13 سیستم محرک .وموتور آهنربای دائم……………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

شکل 1.14 طرح شماتیک کنترل موتور آهنربای دائم…………………………………………………………………………………………………………………………….. 42

فصل دوم               اینورترهای چند سطحی

شکل 2.1  شمای تک قطبی اینورتر چند سطحی با استفاده از سوئیچ………………………………………………………………………………………………..  56

شکل 2.2 شکل موج خروجی بصورت پله ای……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 57

شکل 2.3 شماتیک کلی اینورترهای چند سطحی سه فاز…………………………………………………………………………………………………………………….. 58

سه سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….60    DCMLI شکل 2.4

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..61      DCMLI شکل 2.5 اینورتر تک فاز از

شش سطحی سه فاز ………………………………………………………………………………………………………………………………..  63 DCMLI شکل 2.6 اینورتر

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………64DCMLI شکل 2.7 ساختار های دیگر

…………………………………………………………………………………………………………………………. 66 CAPACITOR CLAMPED شکل 2.8 اینورترهای

سه سطحی……………………………………………………………………………………………………………. 67CAPACITOR CLAMPED شکل 2.9 اینورتر

……………………………………………………………………………………………………………… 70CASCCADE شکل 2.10 یک سلول اینورتر چند سطحی

شکل 2.11 اتصال سلول ها به صورت آبشاری…………………………………………………………………………………………………………………………………… 71

……………………………………………………………………………………………………….. 72CASCCADEشکل 2.12 ساختار کلی اینورتر چند سطحی

شکل 2.13 ساختار تکفاز اینورتر چند سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………… 73

فصل سوم                  اینورترچند سطحی کسکید با ساختار ترکیبی

شکل 3.1 ساختار کلی اینورتر ساده پل ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 79

شکل 3.2 الگوی سوئیچینگ برای وصل بودن یکسان تمام سوئیچ ها…………………………………………………………………………………………..80

شکل 3.3 حالت دوم الگوی سوئیچینگ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 81

شکل 3.4 زمان پوچ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 82

سطحی تکفاز………………………………………………………………………………………………………………………………..83 M اینورتر آبشار ی شکل 3.5

شکل 3.6 شکل موج ولتاژ خروجی یک اینورتر نه سطحی……………………………………………………………………………………………………………..84

…………………………………………………………………………………………………………85MATLAB شکل 3.7 شمای مدلینگ اینورتر نه سطحی در

……………………………………………………………………………………………………..86MATLAB شکل 3.8 نتایج شبیه سازی اینورتر نه سطحی در

……………………………………………………………………………………………87MATLAB شکل 3.9 مدار و نتایج شبیه سازی اینورتر 7 سطحی در

…………………………………………………………………………………………..88MATLAB شکل 3.10مدار و نتایج شبیه سازی اینورتر 9 سطحی در

ممکن …………………………………………………………………………………………………………………………………………….90DC شکل 3.11 دو اتصال منبع

شکل 3.12 اتصال کوتاه های ممکن در هر حالت……………………………………………………………………………………………………………………………. 91

………………………………………………………………………………………………………………………….93     شکل 3.13 دیاگرام مداری کسکید افزایشی

شکل 3.14 ساختار کسکید افزایشی با دو سلول………………………………………………………………………………………………………………………………. 93

شکل 3.15 شماتیک شبیه سازی و تحلیل فرکانسی کسکید افزایشی…………………………………………………………………………………………. 95

شکل 3.16 نمونه ای از مدار سلول کسکید افزایشی پیشنهادی……………………………………………………………………………………………………. 98

شکل 3.17 دیاگرام مداری سلول پیشنهادی  کسکید افزایشی……………………………………………………………………………………………………. 99

شکل 3.18 شماتیک مدل پیشنهادی کسکید افزایشی در MATLAB ……………………………………………………………………………………… 100

شکل 3.19 دیاگرام مداری ماژولی سلول پیشنهادی کسکید افزایشی………………………………………………………………………………………… 100

شکل 3.20 خروجی مدار و تحلیل فرکانسی سلول کسکید افزایشی پیشنهادی…………………………………………………………………………. 101

شکل 3.21 دیاگرام مداری ساختار کسکید افزایشی کاهشی……………………………………………………………………………………………………….. 104

شکل 3.22 شماتیک شبیه سازی مدل کسکید افزایشی و نتایج شبیه سازی……………………………………………………………………………… 105

فصل چهارم                                       روش هارمونیک بهینه برای شکل موج پله OHSW

شکل 4.1 S اینورتر چند سطحی H-BRIDG که به صورت سری به هم متصل شده اند…………………………………………………………. 109

شکل 4.2 ولتاژ خروجی S اینورتر H-BRIDG که به صورت سری به هم متصل شده اند…………………………………………………………. 110

شکل 4.3 تقارن ربع موج S  اینورتر H-BRIDG …………………………………………………………………………………………………………………………..113

شکل 4.4 یک چهارم اول شکل موج مورد نظر ………………………………………………………………………………………………………………………………114

 برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 360