برای زیر بخش ۲
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
(۳-۱۳)
برای زیر بخش ۴
برای زیر بخش ۶
شکل ۳‑۶: متوسط جریان نقطه خنثی برای PWM بردار فضایی.
به طور مشابه جریان نقطه خنثی را می توان برای یک ششم های دیگر محاسبه نمود. جریان نقطه خنثی برای PWM بردار فضایی با ۹/۰ = m ، A 15= Im ، و°۳۰ θ= در شکل (۳-۶) نشان داده شده است. این را می توان از شکل (۳-۶) مشاهده نمود که متوسط جریان نقطه خنثی در طی یک دوره زمانی سوئیچینگ دارای فرکانسی است که سه برابر فرکانس پایه خروجی است.
روش های مختلف PWM ، سیکل وظیفه حالات مختلف سوئیچینگ را بدون تغییر ولتاژ خط به خط مجدد توزیع می کنند. در این روش، جریان نقطه خنثی می تواند تغییر کند. تجزیه و تحلیل کلی برای محاسبه جریان نقطه خنثی براساس دیاگرام بردار فضایی در [۴۵] ارائه شده است.
کنترل ولتاژ نقطه خنثی
روش های مختلف تجزیه و تحلیل جریان نقطه خنثی، برای تعیین دینامیک ولتاژ نقطه خنثی استفاده می شود و این روش ها را می توان برای تنظیم کنترل ولتاژ نقطه خنثی مورد استفاده قرار داد. برای یک تکنیک مدولاسیون براساس حامل نشان داده شده است که جریان نقطه خنثی می تواند از طریق تغییر آفست مد مشترک کنترل شود. روش های مختلف PWM برای کاهش تغییرات ولتاژ نقطه خنثی و کنترل کننده ها هستند که اضافه کردن افست مد مشترک به ولتاژهای مرجع سه فاز در [۴۲]، [۴۳]، [۴۴]، [۴۶]، [۴۷] و [۴۸] ارائه شده است.
افست مد مشترک که منجر به مقدار متوسط صفر جریان نقطه خنثی در طی دوره سوئیچینگ می شود، در [۴۲] محاسبه شده است. محاسبه آفست مد مشترک به آگاهی از زاویه ضریب قدرت، زاویه فاز و دامنه ولتاژهای مرجع نیاز دارد. با این حال محاسبه می شود آفست مد مشترک محاسبه شده می تواند بیش از حد ماکزیموم آفست مد مشترک باشد که می تواند تحت شرایط خاصی اضافه شود. این نتایج غیر صفر جریان نقطه خنثی ممکن است باعث نوسان در ولتاژ نقطه خنثی شود و خازن لینک DC باید طوری طراحی شود تا نوسانات محدود گردد. رویکرد مشابه برای اضافه کردن یک آفست مد مشترک برای کاهش جریان نقطه خنثی می تواند در مرجع [۴۶] یافت شود.
روش طراحی کنترل کننده حلقه بسته برای کنترل ولتاژ نقطه خنثی در [۴۳]، [۴۴] مورد بحث قرار گرفته است. در این کنترل، آفست مد مشترک DC به صورت یک متغیر کنترل استفاده می شود. با این حال یک معادله که رفتار دینامیکی جریان نقطه خنثی به عنوان تابعی از متغیر کنترل برای تغییرات کوچک را توصیف می نماید، باید استخراج شود. معادله سیگنال کوچک به دلیل رابطه غیر خطی بین جریان نقطه خنثی و افست مد مشترک مورد نیاز است ، که توسط معادله (۳-۸) داده شده است. معادله سیگنال کوچک می تواند با در نظر گرفتن مشتقات جزئی معادله (۳-۸) و با توجه به voff بدست آید. که توسط معادله زیر داده شده است [۴۴]:
(۳-۱۴)
با بهره گرفتن از (۳-۱۴) یک کنترل کننده ساده و متناسب می تواند برای تعادل ولتاژ نقطه خنثی طراحی شود. بلوک دیاگرام سیستم کنترل در شکل (۳-۷) نشان داده شده است.
شکل ۳‑۷: سیستم کنترل حلقه بسته برای کنترل ولتاژ نقطه خنثی.
روش مورد بحث در [۴۳] به ضریب قدرت جریان های بار نیاز دارد و محاسبه ضریب قدرت به منظور پیاده سازی در طول گذراها می تواند دشوار باشد. از سوی دیگر، روش بحث شده در [۴۴] مستلزم تغییر در پارامترهای کنترل کننده است، اگر جهت پخش توان تغییر کند. یک الگوریتم کنترل بهبود یافته در [۴۸] ارائه شده است که به ضریب قدرت و جهت پخش توان نیاز نیست. این روش به آگاهی از جریان های سه فاز و ولتاژهای لینک DC نیاز دارد. در این روش، افست مد مشترک که به مراجع ولتاژ سه فاز اضافه می شود، وابسته به جریان های فاز و خروجی کنترل کننده محاسبه می شود.
در روش های بحث شده در بالا از PWM سینوسی استفاده می شود که یک محدودیت حداکثر شاخص مدولاسیون از ۱را دارد. با این حال، PWM بردار فضایی دارای قابلیتی است تا اجازه دهد حداکثر شاخص مدولاسیون تا ۱۵۴۷/۱ در داخل محدوده خطی بالا رود. برای PWM بردار فضایی، جریان نقطه خنثی می تواند از طریق تغییر سیکل های وظیفه حالات زائد (اضافی) سوئیچینگ کنترل شود که بردار فضایی با داشتن طول Vdc.(3/1) را تحقق می بخشد.
در PWM بردار فضایی، یک بردار با بهره گرفتن از دو حالت زائد (اضافی) سوئیچینگ تحقق می یابد. به عنوان مثال، اگر بردار مرجع در زیربخش ۱ باشد، تنها VS0 با بهره گرفتن از حالات زائد (اضافی) سوئیچینگ (+ ۰ ۰) و (۰ – – ) تحقق می یابد. اگر بردار فضایی VS1باشد، با بهره گرفتن از (۰۰- ) تحقق می یابد؛ حتی اگر بردار فضایی VS1 بتواند با بهره گرفتن از حالت سوئیچینگ (+ + ۰) و ( ۰۰- ) تحقق یابد و جریان نقطه خنثی توسط حالت (۰۰-) ایجاد شده باشد. روش ارائه شده در [۴۹] از تمام حالات زائد (اضافی) سوئیچینگ در یک دوره سوئیچینگ استفاده می کند تا جریان نقطه خنثی را تغییر دهد و ولتاژ نقطه خنثی را کنترل نماید. سیکل های وظیفه حالات سوئیچینگ با بهره گرفتن از یک کنترل کننده تغییر خواهند نمود.
شرح مفصلی از کنترل کننده می تواند در [۴۹] یافت شود. در این روش باید متذکر شد که اگر بردار مرجع در سکتور فرعی۱،۲،۳ و یا ۴ نهفته باشد ، تمامی حالات سوئیچینگ که برای ایجاد VS0 و VS1 نیاز می شود، استفاده می شود. از طرف دیگر، اگر بردار مرجع در سکتور فرعی ۵ و ۶ نهفته باشد ، تنها حالات سوئیچینگ که مورد نیاز برای ایجاد VS0 یا VS1 است، استفاده می شود. اگر تمام حالات سوئیچینگ که مورد نیاز برای ایجاد VS0 و VS1 هستند، استفاده شود، یک فاز با مقدار متوسط باید ۴ مرتبه به جای ۲ مرتبه در یک دوره سوئیچینگ روشن گردد. اگر سکتور فرعی ۱ و ۲ در نظر گرفته شده باشد، توالی سوئیچینگ (+ + +) (+ + ۰) (+ ۰ ۰) (۰ ۰ ۰) (۰ ۰ -) (۰- -) (- – -) خواهد شد و معکوس. این را می توان از این توالی مشاهده نمود که فاز b در یک دوره سوئیچینگ چهار بار سوئیچ می شود؛ بعبارت دیگر + → ۰ → – → ۰→ +، در حالی که فاز a از + به ۰ سوئیچ می شود و فاز C بین – و ۰ سوئیچ می شود.
روش مورد بحث در [۴۹] از تمام حالات سوئیچینگ استفاده می نماید و در نتیجه تلفات را افزایش می دهد. با این حال، در[۵۰] نشان داده شد که PWM ناپیوسته می تواند برای کنترل ولتاژ نقطه خنثی مورد استفاده قرار گیرد. در این روش، بردار VS0 و VS1 با بهره گرفتن از فقط یکی از حالات اضافی سوئیچینگ تحقق می یابد. حالات سوئیچینگ به گونه ای انتخاب می شوند که یک فاز در یک دوره سوئیچینگ روشن نیست. انتخاب فازی که روشن نباشد، بستگی به زاویه ضریب قدرت دارد. تعادل ولتاژ نقطه خنثی با تنظیم سیکل وظیفه حالات زائد (اضافی) سوئیچینگ در این روش نمی تواند به دست آید. به این دلیل که این روش تنها از یکی از حالات سوئیچینگ اضافی استفاده می نماید، اما بار به خازن های لینک DC می تواند با انتخاب توالی مناسب کنترل شود.
جریان کشیده شده از خازن های لینک DC وابسته به زاویه ضریب قدرت نیز می باشد. توالی سوئیچ مشابه می تواند خازن بالای لینک DC را بیشتر از خازن پایین لینک DC یا بالعکس بسته به زاویه ضریب قدرت، باردهی نماید. این ویژگی برای تعادل ولتاژهای خازن های لینک DC و کنترل ولتاژ نقطه خنثی استفاده می شود.
کنترل کننده های بحث شده در بالا دارای محدودیت های مختلف بسته به خود تکنیک های پیاده سازی می باشند. روش بحث شده در [۴۲] جریان نقطه خنثی صفر فقط تحت شرایط خاصی تولید می نماید و این روش قادر به تولید جریان نقطه خنثی صفر در شاخص مدولاسیون بالا نمی باشد. روش مورد بحث در [۴۳]، [۴۴] همچنین نمی تواند ولتاژ نقطه خنثی را در شاخص مدولاسیون بالا کنترل کند، چرا که آن اختلاف (آفست) مد مشترک DC را به مرجع ولتاژ اضافه می کند و در شاخص مدولاسیون بالا، کنترل کننده ممکن است تقاضای یک افست مد مشترک نماید، که مرتبط با ولتاژ مرجع بزرگتر از ۱ می باشد. کنترل پیشرفته مورد بحث در [۴۶]، [۴۷]، [۴۸] و [۵۰] نیاز به آگاهی از جریان های فاز و یا زاویه ضریب قدرت دارد و خروجی کنترل کننده به آن بستگی دارد. اجرای چنین کنترل کننده ای به این دلیل است که پیچیده است.
بسیاری از تکنیک های PWM بحث شده در بالا با PWM سینوسی و PWMبردار فضایی کار می کنند. با این حال، متوسط جریان نقطه خنثی در طی یک دوره سوئیچینگ صفر نیست و می توان آن را از شکل (۳-۳) و شکل (۳-۶) مشاهده نمود که مقدار پیک آن می تواند به اندازه ای بالا باشد، بصورتی که برای مقدار پیک جریان بار A15، جریان نقطه خنثی مقدار A8 را خواهد داشت و آن تابعی از زاویه ضریب قدرت بار، پیک جریان بار، و شاخص مدولاسیون می باشد. پیک جریان اندازه خازن لینک DC را تعیین می نماید؛ چون جریان نقطه خنثی، نوسان ولتاژ هارمونیک سوم در نقطه خنثی را ایجاد می کند و پیک مقدار نوسان ولتاژ توسط خازن های لینک DC تعیین می شود. این در [۵۱] نشان داده شده است که اندازه خازن های لینک DC برای نقطه خنثی نگهداشتهشده اینورتر سه سطحی می تواند۵۰ درصد بیشتر از یک اینورتر دو سطحی برای یک فرکانس خروجی ثابت عملکردی باشد. استراتژی های مختلف مدولاسیون به منظور کاهش حجم خازن های لینک DC توسعه داده شده است. این تکنیک های PWM و کنترل کننده های ولتاژ نقطه خنثی برای آنها در بخش بعدی مورد بحث قرار گرفته است.
تکنیک های PWM و کنترلرهای با جریان صفر نقطه خنثی
جریان نقطه خنثی یکی از عوامل مهم تصمیم گیری در زمان انتخاب خازن های لینک DC برای نقطه خنثی نگهداشتهشده اینورتر سه سطحی می باشد؛ همانطور که در بخش قبل بحث شده است. اگر متوسط جریان نقطه خنثی طی یک دوره سوئیچ بتواند به صفر برسد، اندازه خازن لینک DC را می توان کاهش داد. برخی از استراتژی های مدولاسیون که مقدار متوسط صفر جریان نقطه خنثی را تضمین کند، در نوشته های علمی پیشنهاد شده است[۵۲]، [۵۳]. این استراتژی مدولاسیون از حالات سوئیچ زائد (اضافی) در نقطه خنثی نگهداشتهشده اینورتر سه سطحی استفاده می نماید.
تکنیک های PWM با جریان صفر در نقطه خنثی
این روش در شکل (۳-۴) نشان داده شده است که حالات مختلف سوئیچینگ باعث ایجاد جریان نقطه خنثی می گردد. حالات زائد (اضافی) سوئیچینگ از بردار با طول ۳/ vdc همان جریان نقطه خنثی را ایجاد می نماید، اما در جهت مخالف. این ویژگی برای کنترل جریان نقطه خنثی استفاده شده است. با این حال، اگر بردارهای زائد (اضافی) سوئیچینگ برای مقدار مساوی از زمان در یک دوره سوئیچینگ بکار گرفته شود، متوسط جریان نقطه خنثی ایجاد شده توسط آنها صفر خواهد شد. با بهره گرفتن از این روش، جریان نقطه خنثی می تواند فقط برای شاخص مدولاسیون پائین حفظ شود. برای شاخص مدولاسیون بالا، اگر بردار ولتاژ مرجع در سکتور فرعی ۶-۲ از شکل (۳-۵) نهفته باشد، به بکارگیری بردار vM نیاز خواهد داشت که به جریان نقطه خنثی کمک خواهد کرد. جریان نقطه خنثی با توجه به vM نمی تواند صفر باشد، زمانی که این بردار حالات زائد (اضافی) سوئیچ ندارد. استراتژی PWM در [۵۲] ارائه شده است، که بر این مشکل غلبه می نماید و اجازه می دهد تا ولتاژ نقطه خنثی را بر روی طیف گسترده ای از شاخص مدولاسیون و برای هر بار سه فاز سه سیم کنترل نماید.
در روشی که در [۵۲] ارائه شده است، بردارهای مجازی به صورت ترکیبی از حالات سوئیچینگ تعریف شده اند، به گونه ای است که هر بردار مجازی مقدار متوسط صفر جریان نقطه خنثی را تولید می نماید. با بهره گرفتن از این بردارهای مجازی، هر بردار ولتاژ مرجع تولید شده است. از آنجا که متوسط جریان نقطه خنثی تولید شده توسط هر بردار صفر است، متوسط جریان نقطه خنثی در طول دوره سوئیچینگ صفر خواهد شد. بردارهای مجازی برای یک بخش از دیاگرام بردار فضایی در شکل (۳-۸) نشان داده شده است. این را می توان از شکل (۳-۸) مشاهده نمود که بردارهای مجازی VZ0، VZL0 و VZL1 توسط حالت های سوئیچینگ (۰۰۰)، (+- -) و(+ + -) تولید می شوند و این حالت های کلیدزنی هیچ جریان نقطه خنثی تولید نمی کنند.
متغیر های VZS0 و VZS1 توسط همه حالت های زائد (اضافی) کلیدزنی تولید می شوند، همانطور که در بالا توضیح داده شده است. باید اشاره شود که در این استراتژی مدولاسیون، یک بردار مجازی به صورت ترکیبی از سه حالت کلیدزنی (۰ – – ) ، (+ ۰ -) و (+ + ۰) تعریف شده است. این سه حالت برای مقدار مساوی از زمان به منظور تولید بردار مجازی بکار گرفته می شود. این بردار مجازی توسط vZM نمایش داده می شود. سه حالت سوئیچینگ که در تولید بردار مجازی استفاده می شود، به گونه ای انتخاب می شوند که جریان نقطه خنثی تولید شده برابر با جمع جریان فاز خروجی شوند. در یک ششم اول دایره نمودار بردار فضایی (۰ – -)، (+ ۰ -) و (+ + ۰) انتخاب می شوند؛ زیرا جریان نقطه خنثی تولید شده توسط آنها به ترتیب برابر با ias، ibs و ics می باشند. از آنجا که مجموع این جریان ها برای سیستم سه فاز سه سیم صفر می باشد، متوسط جریان نقطه خنثی تولید شده توسط این بردار مجازی نیز صفر خواهد بود.
شکل ۳‑۸: بردارهای فضایی مجازی برای یک ششم اول دایره دیاگرام بردار فضایی.
جدول ۳-۲:توالی سوئیچینگ برای PWM با بردارهای مجازی.
این بردارهای مجازی دوباره در زیر بخش های یک ششم دایره دیاگرام بردار فضایی تعریف می شوند. این را می توان از شکل (۳-۸) مشاهد نمود که در این مورد ۵ زیر بخش در یک ششم دایره آن وجود دارد. بردار ولتاژ مرجع نهفته در یک سکتور فرعی، توسط سه بردار مجازی ایجاد می گردد که از سه راس مثلث سکتور فرعی می باشد. نکته مهم دیگر در مورد این استراتژی PWM این است که یک فاز که در یک دوره سوئیچ ، مقدار ولتاژ متوسط دارد، ۴ بار به جای ۲ بار در یک دوره سوئیچ روشن می شود. در یک ششم اول دایره نمودار بردار فضایی، فاز b مقدار ولتاژ متوسط دارد و آن ۴ بار در یک دوره سوئیچینگ روشن می شود. این در جدول (۳-۱) نشان داده شده است که توالی کلیدزنی در هر سکتور فرعی را تشریح می کند، که فاز b از ترمینال N به ترمینال O و ترمینال O به ترمینال P و بالعکس در هر سکتور فرعی روشن می شود. این افزایش کلیدزنی در اینورتر را نتیجه می دهد.
جزئیات این استراتژی مدولاسیون با بردارهای مجازی را می توان در [۵۲] یافت. از نقطه نظر پیاده سازی، استراتژی PWM براساس حامل و PWM بردار فضایی در [۵۳] مورد بحث قرار گرفت. با توجه به[۵۳]، هر فاز دو سیگنال مدولاسیون دارد (یک سیگنال مدولاسیون برای حامل۱ و دیگری برای حامل۲) و سیگنالهای مدولاسیون برای یک فاز بصورت زیر بدست آمده است: