برای اطلاع از آخرین مقالات علمی و اخبار کرونا(COVID-19) کلیک کنید

مشخصات

عنوان:

طراحی و ساخت یکسوساز سه فاز مبتنی بر IGBT با ضریب قدرت واحد و الگوریتم کنترل برداری بهبودیافته



گروه تخصصی:  فنی و مهندسی

سازمان مجری:  پژوهشکده برق 

گروه پژوهشی: مبدل های الکتریکی و سیستمهای قدرت

پژوهشگران: 
سیدجعفری سیدمرتضی (مسئول طرح)
پیچان محمد (همکار طرح)
فاضلی مهدی (همکار طرح)
صدری مهدی (همکار طرح)
میرزابیاتی امیر (همکار طرح)
قربانعلی افجه محسن (همکار طرح)
نظری گوار علی اصغر (همکار طرح)

تاریخ خاتمه:  شهریور 1394

کارفرما: 

خروجی طرح: 
 
تلفن: 77896688-021

نشانی سازمان مجری: تهران، نارمک، خیابان فرجام، خیابان شهید حیدرخانی، خیابان شهید ملک لو، شماره 9، کدپستی: 16849، صندوق
 

چکیده:

امروزه با توجه به پیشرفت های حاصل در ساخت نیمه هادی های سریع و پرقدرت، بسیاری از مشکلات ناشی از مصرف کننده های الکتریکی در شبکه برق در حال مرتفع شدن می باشند. یکی از مشکلات مهم این تجهیزات که به شبکه برق متصل می گردند تولید هارمونیک چه از نوع ولتاژ و چه از نوع جریان و همچنین مصرف کننده های با ضریب قدرت کمتر از یک ( (PF<1 می باشند. یکی از مهم ترین دستگاه های برقی که منشاء اختلال در شبکه برق می شود یکسوسازهای مبتنی بر نیمه هادی تریستور و حتی دیودی می باشد. در کشورهای پیشرفته تمامی مصرف کننده های الکترونیکی از شارژر تلفن همراه، لامپهای الکترونیکی کم مصرف، منابع تغذیه کامپیوترها، لوازم الکترونیکی خانگی تا تجهیزات الکترونیکی صنعتی در حال تبدیل شدن طراحی خود به نوع جدید در جهت حذف هارمونیک و رسیدن به ضریب قدرت واحد می باشند. در این میان استفاده از یک سوسازهای بر پایهIGBT دارای مزایای زیر می باشد: 1- جریان ورودی تقریبا سینوسی بوده و دارای ضریب توان واحد می باشد، 2- ولتاژ خروجی تقریبا ثابت بوده و ضربان کمی دارد، 3- امکان انتقال توان به صورت دو طرفه وجود دارد. در این طرح پژوهشی طراحی و پیاده سازی یک یکسوساز سه فاز مبتنی بر IGBT با الگوریتم کنترلی برداری بهبود یافته مورد بررسی قرار می گیرد. در ساختار ارایه شده ولتاژ خروجی لینک DC قابلیت تغییرات پیوسته را دارد و ضریب توان در سمت ورودی یکسوساز در تمامی بارها واحد بوده و هیچ توان راکتیوی از شبکه کشیده نمی شود. روش های گوناگونی برای کنترل یکسوساز مورد بررسی قرار گرفت که در نهایت روش کنترل برداری جریان به عنوان بهترین گزینه انتخاب گردید زیرا این روش قابلیت کنترل مستقیم جریان ورودی و در نتیجه کیفیت آن را دارد. علاوه بر این، بر اساس تجربیات و بررسی ساختار عملی پیاده سازی شده روش کنترلی برداری نیز در جهت حذف بیشتر هارمونیک های جریان ورودی بهبود داده شد. علاوه بر این نکاتی که در پیاده سازی دیجیتال این روش کنترلی می باید مورد بررسی قرار بگیرد تا کیفیت ساختار کنترلی تحت تاثیر قرار نگیرد نیز به دقت ارایه شده است. بر اساس شبیه سازی هایی که در نرم افزار Solid Work انجام گردید، جانمایی مناسب برای قطعات در تابلوی برق در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از شبیه سازی و عملی بدست آمده تایید کننده مزیت و قابلیت های یکسوساز سه فاز می باشد. در حالت عملکرد پایدار در خروجی ولتاژ متغیر و با ضربان بسیار کمی را خواهیم داشت. همچنین در این حالت THD جریان ورودی نیز زیر 5% بوده که استانداردهای بین المللی مانند IEEE511 را برآورده می کند. نتایج حاصل از آزمایش حالت پویایی نشان می دهد تحت تغییرات 50% بار خروجی سیستم کنترلی قابلیت دنبال کردن تغییرات را درکمتر از چند سیکل دارا می باشد.در نهایت نیز عملکرد سیستم با استفاده از روش کنترل برداری بهبود یافته مورد آزمایش عملی قرار گرفت که نتایج حاصله نشان از کاهش حدود 2% مقدار THD جریان ورودی و کاهش چشم گیر هارمونیک های 5 و 7 را دارا می باشد.



کلیدواژگان: IGBT، یکسوساز مبتنی بر مدولاسیون پهنای پالس، ضریب قدرت واحد

 
 
Title:

Design and implementation of three phase IGBT-based rectifier with unity power factor and improved vector control algorithm



Abstract:

Nowadays, silicon power devices have been developed very much which can remove many of utility problems. One of the main problems of the utility is generating voltage and current harmonics to the grid. Besides, some consumers absorb reactive power which results in low power factor (PF<1). Thyristor or diode-based rectifiers are one of the most sources of the mentioned problems. In developed countries all electronic consumers such as cell phone battery chargers and power supplies and moreover, industrial equipments are designed in order to neither generate harmonics nor absorb reactive power. IGBT-based rectifiers offer several advantages such as: 1- the input current is sinusoidal current synchronized with grid voltage (unity power factor), 2- the output voltage is fixed and low-ripple, 3- Bidirectional power transfer capability. In this research project, design and implementation of three phase IGBT-based rectifier with improved vector control is considered. In this rectifier, the output DC-Link voltage is adjustable continuously and also, it provides unity power factor in all loads. Among several control methods have been proposed for three phase rectifiers, vector control is used since it can directly control the input current quality. Besides, the current vector control is improved in order to decrease the input current THD. Moreover, some tips for digital implementation is considered. Based on some simulation in Solid Work software, suitable locating and placing of equipments is selected and performed on a power panel. An extend simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed rectifier structure. The considered rectifier provides adjustable output DC voltage with low ripple. Also, the THD value of the input current is below 5% which satisfy international standards like IEEE511. At dynamic condition, a 50% step change is done in output load and the control system track the changes in few cycles. Finally, the performance of the rectifier with improved current vector control is considered. The results show the almost 2% THD value reduction of input current and also, the significant reduction of 5th and 7th harmonic order of input current.



Keyword(s): IGBT, PWM Rectifier, Unity Power factor