14653

1388 دكتري

دكتري

الكترونيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1397

ده، [159]، 8ص.: مصور، جدول، نمودار

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

حميدرضا كارشناس، محمدصادق گلسرخي

1398/03/08

كتابنامه

برق و كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

1398/03/08

2533702

چکیده برای توان های باالتر از 1 kW استفاده از سیستم سه فاز نسبت به تک فاز دارای ارجحیت است مبدل های یکسوکننده سه فاز امروزه استفاده های فراوانی دارند از جمله کاربرد های این مبدل ها میتوان به درایو با قابلیت تنظیم سرعت ASDS منابع تغذیه بدون وقفه UPS شارژ باطری در خودروهای الکتریکی و منبع تغذیه برای سیستم های مخابراتی نام برد ساده ترین راهی که برای تبدیل انرژی AC به DC به کار برده میشود استفاده از پل دیودی و تریستوری به همراه یک خازن بزرگ است این روش در عین سادگی باعث ایجاد هارمو نیک های زیادی در جریان ورودی میشود که این هارمونیک ها میتوانند مشکالتی مانند اعوجاج در ولتاژ ورودی افزایش تلفات هدایتی در ترانسفرمرهای شبکه قدرت افزایش تلفات در شبکه انتقال و ایجاد تداخل با سیگنال های کنترلی و ارتباطی را ایجاد کنند از این رو تالش های گسترده برای ارائه یکسوکنندههایی با ضریب توان باال صورت گرفته است و ساختارهای متفاوتی مناسب برای توان های متفاوت معرفی شده است در کاربرد های توان باال و هنگامی که کیفیت جریان ورودی مهم است استفاده از مبدل های پیچیده تر با کلید های بیشتر مانند مبدل شش کلیدی بوست متداول است اما استفاده از این مبدل ها به دلیل پیچیدگی مدار کنترل و باال بودن هزینه پیاده سازی برای کاربرد های 1 kW تا 6 kW مقرون به صرفه نیست بکارگیری سه مبدل تک فاز جداگانه نیز مشکالتی چون تداخل بین فاز ها و باال بودن تعداد المانهای نیمه هادی را دارد تقریبا تمامی مبدل های تک کلید نوع PWM با عملکرد در حالت گسسته جریان یا ولتاژ میتوانند به عنوان یکسوکننده سه فاز مورد استفاده قرارگرفته شوند در مبدل های گسسته جریان و ولتاژ با بکار گیری تنها یک کلید و بدون نیاز به سنسور و مدار کنترل جریان به جریان ورودی شکل داده میشود تا سینوسی و هم فاز با ولتاژ ورودی متناظرش شود در بخش مقدمه این رساله تبعات پایین بودن کیفیت توان و روش های مختلف اصالح ضریب توان فعال معرفی شده است در فصل دوم مبدل هایی که در حالت گسسته ولتاژ یا جریان کار میکنند توضیح شده است ابتدا مبدل بوست با عملکرد در حالت گسسته جریان توضیح داده شده و معایب آن نیز بیان میشود مبدل باک نیز با عملکرد در حالت گسسته ولتاژ نیز به صورت مختصر توضیح داده شده است در مورد تحقیقات و روش هایی که برای بهبود کارایی مبدل های حالت گسسته جریان و ولتاژ صورت پذیرفته است بحث شده است در فصل سوم دو مدار اصالح ضریب توان سپیک معرفی میشود در مبدل اول بدون المان کمکی شرایط خاموش شدن تحت ولتاژ صفر برای مبدل سپیک با جریان ورودی گسسته فراهم می شود اما در این ساختار THD جریان ورودی مطلوب نیست بنابراین در قسمت دوم یک مبدل اصالح ضریب توان نوع سپیک دیگر ارائه شده که با بکار گیری تنها یک کلید ضریب توان نزدیک به واحد و THD کمتر از 5 را برای جریان ورودی فراهم میکند در مبدل پیشنهادی بر خالف مبدل های نوع باک و بوست کیفیت جریان ورودی مستقل از ولتاژ و بارخروجی است و در فصل چهارم این مبدل از لحاظ بازدهی و قیمت با سایر مبدل ها گسسته جریان مقایسه شده است در فصل پنجم ساختار دو کلیدی و بهبود یافته مبدل فصل سوم ارائه شده است در ساختار دو کلیدی استرس ولتاژ نسبت به ساختار تک کلیدی با ضریب 3 کاهش پیدا میکند همچنین با استفاده از تزویج بین سلف های ورودی و خروجی تعداد هسته های مغناطیسی به نصف کاهش پیدا کرده است در این فصل توضیح داده شده که چگونه با تنظیم ضریب تزویج بین سلف های ورودی و خروجی ریپل جریان ورودی به مقدار قابل توجهی کاهش داده میشود به منظور تایید کارایی برای هر دو مبدلهای تک و دو کلیدی نمونه های عملی آزمایشگاهی ساخته شده است بر اساس مقایسه فصل چهارم مبدل بوست پربازده ترین مبدلی است که به عنوان اصالح کننده ضریب توان میتواند مورد استفاده قرار بگیرد بنابراین اگر بازدهی بسیار باال مورد نیاز باشد به ناچار باید از مبدل بوست استفاده شود ساختار اصالح ضریب توان بهبود یافته بر اساس مبدل بوست در فصل ششم ارائه می شود که با کاهش زمان دشارژ سلف های ورودی THD جریان ورودی برای مبدل بوست را کاهش داده است این ساختار بازدهی باال و کیفیت باالی جریان ورودی را به صورت هم زمان دارا می باشد در فصل هفتم یک ساختار یک طبقه مبتنی بر م بدل بوست اصالح شده فصل ششم و دو مبدل دوکلیدی فورواد در هم تنیده ارائه شده است در این ساختار وظیفه تنظیم و ایزوالسیون ولتاژ خروجی و شکل دادن به جریان ورودی به صورت همزمان در یک طبقه صورت می پذیرد در این ساختار همچنین ولتاژ باس میانی توسط یک مدار کنترل ساده به صورت نسبی کنترل میشود تا از باالزدگی ولتاژ در بارهای سبک و ولتاژ های ورودی باال جلوگیری شود در فصل هشتم از ساختار بهبود یافته مبدل فصل ششم و مبدل تمام پل به منظور ایجاد ساختار دو طبقه ا

Improvement and implementation of three phase power factor correction converters with operation in discontinuous mode Reza foroozeshfar r foroozeshfar@ec iut ac ir Date of Submission 2012 9 01 of Electrical and Computer Engineering DepartmentIsfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranSupervisor Dr Ehsan Adib e adib@cc iut ac irAdvisor Dr Hosein Farzanehfard hosein@cc iut ac irDepartment Graduate Program Coordinator Dr Gholam Reza Yousefi Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranAbstract Three phase AC DC power converters are vastly applied in industrial applications to remove low frequencyharmonic from current absorbed from utility grid Because of simpler structure and lower cost discontinues modeconverter are better option respect continuous mode converters for lower power applications below 6kw At firsta DCM SEPIC converter with very low input current THD is introduced The proposed converter can absorbcontinuous currents with very low THD from utility grid over wide ranges of input voltage and output power Intwo switch SEPIC converter voltage stress and number of magnetic switches of first converter are reduced Although very low THD can be achieved by SEPIC converter but its efficiency is lower that boost converter Ina new introduced boost converter THD and input current ripple of boost is improved PFC converter commonlyfollower by a dc dc converter for isolation and regulation purpose A single stage converter with very input currentTHD and controlled intermediate bus voltage is also proposed Single stare converter due high switching losseshasn t high efficiency so a new two stage boost full bridge configuration AC DC converter with very low THDand high efficiency is introduced Keywords Three phase AC DC converter three phase rectifier Power factor correction Introduction Three phase AC DC power converters are vastly applied in industrial applications including adjustable speeddrives uninterruptible power supplies battery energy storage systems electroplating welding units andinverters AC DC rectification is usually performed using diode or thyristor bridge rectifier with a large outputcapacitor This type of rectifier operates at low power factor and injects significant amount of harmonics into thepower system Harmonics in the input current have many adverse effects such as distortion of input voltage increased conduction losses increased volt ampere rating of the power system equipment s error in metering andmalfunctioning of utility relays and many other problems Three phase AC DC power converters are vastlyapplied in industrial applications to remove low frequency harmonic from current absorbed from utility grid Upto now many converters associated with various current shaping techniques by employing several active switchesare introduced to improve power quality of three phase systems to acceptable level Six switch three phaserectifiers are one of the preferred topologies for implementation of active input current shaping in three phase AC DC converters This circuit suffers from high switching losses and severe problems due to reverse recovery ofswitches anti parallel diodes These converters are not suitable for low power applications due to high numberof the active switches and complicated control circuit Three phase PFC can be implemented by using standardsingle phase PFC converters in modular approach In modular technique the number of components applied isstill high Because of simpler structure and lower cost discontinues mode converter are better option respect

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

حميدرضا كارشناس، محمدصادق گلسرخي