توصيفگر ها :
مبدل‌هاي پنج‌‌سطحي , هيبريد , تعادل ولتاژ خازن , كنترلر ولتاژ گردان , مدلاسيون فضاي برداري
چكيده فارسي :
چكيده
امروزه با توجه به افزايش روزافزون كاربرد مبدل‌هاي الكترونيك قدرت در صنعت و سيستم‌هاي قدرت، طراحي ساختارهايي كه بتواند علاوه برتامين تقاضاي صنعت داراي ويژگي‌هايي نظير قيمت بهينه، قابليت اطمينان بالا، كنترل‌پذيري مناسب و كيفيت توان ايده‌آل باشد مورد توجه مهندسان و محققان بوده است. در سال‌هاي اخير با توجه به معايب و چالش‌هاي مبدل‌هاي دوسطحي استفاده از مبدل‌هاي چندسطحي در كاربردهاي توان بالا با اقبال روبرو شده است. ولي چالش اصلي اين مبد‌‌ل‌ها تعداد المان‌هاي به كار رفته در ساختارشان مي‌باشد، هر چقدر تعداد المان يك مبدل بيشتر باشد هزينه، حجم و پيچيدگي آن بيشتر و قابليت اطمينان آن كمتر مي‌باشد. از بدو معرفي ساختارهاي چند سطحي در دهه‌هاي قبل، تلاش‌هايي در زمينه كاهش ادوات در مبدل‌هاي چند سطحي شده و تعداد زيادي ساختار معرفي شده‌اند كه معمولا در برابر كاهش تعداد ادوات قابليت‌هايي را از دست داده‌اند. تثبيت ولتاژ خازن‌هاي لينك DC يكي ديگر از چالش‌هاي مبدل‌هاي چند سطحي است. عدم تعادل ولتاژ خازن‌هاي مقسم لينك DC باعث تغيير شكل موج ولتاژ خروجي مي‌شود و حتي ممكن است ولتاژ تحميل شده به بعضي از كليدهاي اكتيو بيشتر شود و موجب آسيب رساندن به آن‌ها شود. روش‌هايي هستند كه با اضافه كردن مدارهاي كمكي اضافي به مبدل، كنترل ولتاژ خازن‌هاي مقسم لينك DC را فراهم مي‌كنند. اما مشكل اصلي اين روش، بالا بودن حجم و قيمت اجزاي مدارهاي كمكي بخصوص سلف‌هاي متصل به لينك DC است. ساختارهاي زيادي براي مبدل‌هاي چند سطحي معرفي شده است كه هر كدام با توجه به ويژگي هايي كه دارند براي كاربرد خاصي مناسب هستند. در اين پژوهش يك ساختار هيبريد براي مبدل‌هاي چند سطحي معرفي شده است. در اين ساختار علاوه بر داشتن خازن شناور در ساق‌هاي مبدل، لينك DC آن‌ها توسط خازن تقسيم شده است و به همين خاطر به آن مبدل تركيبي يا هيبريد گفته مي‌شود. اين مبدل به دليل استفاده همزمان از قابليت هاي دو ساختار داراي عملكرد بهتري نسبت به هر دو ساختار مي‌باشد. چالش اصلي اين مبدل تثبيت همزمان ولتاژ خازن‌هاي لينك DC و خازن‌هاي شناور است كه مبدل بتواند عملكرد درست و مناسبي در تمام نقاط كاري داشته باشد. هدف از انجام اين پايان نامه طراحي يك مبدل پنج سطحي هيبريد با ادوات كاهش يافته است. با كاهش تعداد ادوات مي‌توان هزينه، حجم و پيچيدگي مبدل را كاهش و قابليت اطمينان مبدل را افزايش داد. با طراحي ساختار مبدل به صورت هيبريد مي‌توان همزمان از قابليت هاي دو ساختار استفاده كرده، ولتاژ تحميل شده به ادوات را كاهش و قابليت توان انتقالي مبدل را افزايش داد. همچنين يك روش مدلاسيون طراحي شده است كه بدون نياز به اضافه كردن مدار كمكي بتوان ولتاژ خازن‌هاي لينك DC و خازن‌هاي شناور را تثبيت كنيم. و در نهايت با استفاده از يك كنترلر ولتاژ گردان مناسب بتوان به اهداف ثابت نگه داشتن ولتاژ لينك DC در همه‌ي بارها و همچنين ضريب توان نزديك واحد و THD مناسب شكل موج جريان ورودي دست يافت.
واژه‌‌هاي كليدي:1- مبدل‌هاي پنج‌‌سطحي 2- هيبريد3- تعادل ولتاژ خازن 4- كنترلر ولتاژ گردان 5- مدلاسيون فضاي برداري
چكيده انگليسي :
Abstract
Today, due to the increasing use of electronic power converters in industry and power systems, design structures that can, in addition to Engineers and researchers have considered meeting the industry's demand with features such as optimal price, high reliability, accurate controllability, and ideal power quality. In recent years, due to the disadvantages and challenges of two-level converters, multilevel converters in high power applications have been successful. However, the main challenge of these converters is the number of elements used in their structure. The more elements a converter has, the higher its cost, volume and complexity, and the less reliable it is. Since the introduction of multilevel structures in previous decades, efforts have been made to reduce devices in multilevel converters. Many structures have been introduced that have usually lost their ability to reduce the number of devices. Voltage stabilization of DC-link capacitors is another challenge of multilevel converters. The voltage imbalance of the capacitors of the DC link divider causes the output voltage waveform to change. It may even increase the voltage imposed on some active switches, damaging them. Some methods provide voltage control of the DC link capacitors by adding additional auxiliary circuits to the converter. However, the main problem of this method is the high volume and price of auxiliary circuit components, especially the inductors connected to the DC link. Many structures have been introduced for multilevel converters, each suitable for a specific application due to its characteristics. In this research, a hybrid structure for multilevel converters has been introduced. In this structure, in addition to having a floating capacitor in the transformer legs, their DC link is divided by the capacitor. For this reason, it is called a hybrid converter or hybrid. This converter has better performance than both structures due to the simultaneous use of the capabilities of the two structures. The main challenge of this converter is to simultaneously stabilize the voltage of DC-link capacitors and floating capacitors so that the converter can have the proper operation in all working points. This thesis aims to design a five-level hybrid converter with reduced devices. The converter's cost and volume can be reduced by reducing the number of devices, and complexity increases the converter's reliability. By designing the converter structure as a hybrid, the capabilities of both structures can be used simultaneously. Reducing the voltage imposed on the devices increases the transmitter capability of the converter. Also, design a modelling method that can stabilize the voltage of DC-link capacitors and floating capacitors without adding an auxiliary circuit. Finally, by using a suitable rotary voltage controller, DC link voltage can be kept constant at all times, as well as the power factor close to the unit and the appropriate THD of the input current waveform.
Keywords: 1) Five-level converters 2) hybrid 3) Capacitor voltage balance 4) voltage Oriented controller 5) space Vector modulation
