سمینار برق مدار امپدانسی Z SOURCE INVERTER

سمینار برق مدار امپدانسی Z SOURCE INVERTER

چکیده:

در این پروژه از مداری با عنوان مدار امپدانسی z-source inverterو روش کنترلی آن بحث میکنیم . مداری که قابلیت اتصال و کوپل با تمام انواع مبدلهای ac to dcو dc to acو dc to dc وac to ac را دارد .از مزایای دیگر آن ، قابلیت اتصال به هر دوی اینورترهای منبع جریانی و ولتاژی است . در واقع این مدار اتصال دو خازن و دو سلف در شرایط متقارن و بصورت ضربدری و مابین منبع dc و مبدل اسـت . اسـتفاده از ایـن مـدار بـدلیل توانـائی ایـن مـدار در افزایش و بوست ولتاژ به مقدار دلخواه (با توجه به محـدودیتهای سـخت افـزاری و ) افزایش مناسب و بموقع ولتاژ است بنـابراین در شـرایطی کـه امکـان افتـادگی ولتـاژ ( voltage sag) و فیلیکر و سایر اغتشاشات ولتاژی از سوی منبع وجود داشته باشد و یا افت ولتاژ بدلیل ایجاد جریان بالا در خط که عواملی مانند اتصالی یـا راه انـدازی موتور را دارد ،باشد میتوان از این مدار استفاده نمود . کنترل وراه اندازی موتورها و dspها نیز میتوانند بدلیل تغییر شرایط موتور با توجـه به مشخصه های سرعت موتور دچار تغییر ولتاژ شوند ، در این موقع نیز z-s میتواند نقش خوبی را ایفا کند . 12 در این پروژه ما سعی در معرفی و توضیح بیشتر مدار z-s و ایجاد قابلیت توس ط آن را داریم و در پایان توسط نرم افزار matlab نتایج شبیه سازی یک اینورتر ولتـاژی که با مدار z-s کوپل شده است را در جهت افزایش ولتاژ نشان میدهیم.

مقدمه:

روشهای بسیاری جهت بالابردن کیفیت تـوان و همچنـین کنتـرل ولتـاژ هـم از لحـاظ جلوگیری از تغییرات ناخواسته و هم تغییر خواسته کاربرد یافته است مداری دیگر برای کنترل ولتاژ که یک مدار امپدانس اسـت بـا نـام z-source موجـود است که مشخصه های بهتری نسبت به کنترلرهای دیگر میتواند ارائه کند و در تمـام انواع مبدلها اعم از dc-ac و dc-dc و ac-dc و ac-ac و درانیورترها در هر دو حالت ولتاژی و جریانی میتواند بکار رود . این مدار در اصل واسطهای بین منبع و مبدل میباشد و مزیت مشترکی را برای تمام مبــدلهای در مقیایســه بــا مبــدلهای ولتــاژی و یــا جریــانی تجــاری (معمــولی) کــه محدودیتهای در کاربردشان وجـود دارد بوجـود مـی اورنـد . بـرای معرفـی از کوپـل اینورتر و z-source استفاده میکنیم. دیودها همانطور که میدانیم در اینورتر ولتاژی بصـورت مـوازی بـا سـوئیچها و در اینورتر جریانی بصورت سری با سوئیچها بسته میشـوند کـه وظیفـه آنهـا هـدایت جریان عقب افتاده و جلوگیری از ایجاد ولتاژ معکوس در دو سر سوئیچها در اینورتر ولتاژی، و وظیفه آنها در اینورتر جریانی ایجاد ولتاژ و جلوگیری از جریـان معکـوس در سوئیچها میباشد . i)محدودیتهای اینورترهای ولتاژ تجاری(معمول و موجود ): 15 1. ولتاژ ac کمتر از ولتاژ ریـل dcمـی باشـد و ولتـاژ ac کمتـر از ولتـاژ dc ورودی میشود. بنابراین اینورترهای ولتاژ یک مدار buck نیز هستند و کاهش دهنـده ولتـاژ میباشند و برعکس مبدلهای dc به ac یک مدار boost هستند و افزایش دهنده سـطح ولتاژ میباشند . هنگامیکه نیاز به درایو بالا باشد( افزایش ولتاژ) با توجه به محدودیت ریل dc نیاز به اضافه نمودن مدار بوست dc به dc برای افزایش ولتاژ dc ورودی و به همین ترتیب خروجی acمورد نیاز میب اشد که این تجهیـز اضـافی باعـث افـزایش هزینـه و غیـره میشود که بعدا معایب مدارهای باک و بوست گفته خواهد شد . 2. سوئیچهای بالایی و پایئنی هر شاخه یـاهر فـاز آنطوریکـه مـورد دلخـواه ماسـت نمیتوانند بدلیل وجود نویز EMI ( نویز الکترومغناطیس داخلی که باعث عدم سـوئیچ شدن بموقع میشود) در هر لحظه و پشت سر هم کلید زنی شود در این حالـت (کلیـد زنی پشت سر هم) وقوع اتصال کوتاه بین پایههـای بـالائی و پـائینی و از بـین رفـتن ادوات میگردد. و همچنین باعث از بین رفتن مبدل میشود. Dead time زمانی است که برای هر دو ادوات بالائی و پائینی برای مقابله با این پدیده در نظـر مـی گیرنـد کـه متعاقبا باعث از میان رفتن و اغتشاش شکل موج و پدید آوردن هارمونیکها میگردد 3. نیاز به فیلتر LC ( فیلترپسیو) برای سینوسی شدن شکل موج ولتاژ در مقایسـه بـا اینورترهای جریان وجود دارد که کنترل اضافه و تلفات بیشتر را در بر خواهد داشت . 16 در اینورترهای جریان، منبع جریان میتواند یک سلف بزرگ بهمراه منبع ولتاژ باشد. ادوات اینورترهای جریان دارای یک جزء سوئیچ شونده بهمراه بلاک 11 مقابله کننده با جریان عکس میباشند. مانند تریستورهای فرمان پذیر خاموش شـونده (GTO) و SCR و یا ترانزیستور قدرت سری با یک دیود برای مقابله با جریـان عکـس و دارای ولتاژ در هر دو جهت ]1[ ii)معایب اینورترهای جریان : 1. میزان ولتاژ ac خروجی در اینورتر جریان همیشه کمتر از ولتـاژ dc ورودی است و زمانیکه نیاز به افزایش ac خروجی باشد ناچـار بـه اسـتفاده از مـدار boost خواهیم بود و بالعکس در مبدل ac به dc نیاز به مبـدل buck خواهـد بود که همانند اینورتر ولتاژ باعث افزایش تلفات و کنترل خواهد شد . 2. در هر لحظه از زمان و بصورت دائمی یکـی از سـوئیچهای بـالائی یـا پـائینی حداقل باید روشن باشد تا خطر مدار باز پدید نیاید موضوع مـدار بـاز بـدلیل نویز عدم روشن شدن بموقع (EMI) پدید میآید که مجبور به در نظر گرفتن این زمان (time) خواهیم بود. که موجب بهم ریختگی موج و ایجاد هارمونیک میشود (overlab) 3. سوئیچها باید در مقابل جریان عکس محدود شوند که این موضوع با در نظـر گرفتن دیود سری در ترکیب با ترانزیستورهای سـرعت بـ الا و کیفیـت خـوب مانند ترانزیستورهای دو طرفه گیت عایقی (IGBTs) اسـتفاده مـی شـود . در 17 این اینورترها نیز ناگزیر به استفاده از فیلترهای LC خواهیم بـود کـه معایـب آن در بالا گفته شد iii) هر دوی اینورترهای ولتاژ جریان دارای چند مسئله مشترک هستند : 1. هر دوی آنها نیاز به مدارات باک یا بوسـت بـرای دسـتیابی بـه تغییـر ولتـاژ خروجی دارند . 2. هر دو از لحاظ داخلی غیر قابل تغییرند بعبارت دیگر هیچکدام قابل تبـدیل بـه دیگری نیست. 3. هر دوی آنها دچار نویز EMI هستند. رفع تمام معایب مذکور باضافه محسناتی که گفته شد و بعدا گفته خواهد شد میتواند با کوپل مدار امپدانسی (z-source) با منبع dc برآورده گردد و منبع توان دلخـواه را بوجود آورد در این حالت هر دوی سلف و خازن وجود دارد .