بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راههاي موثر در کاهش تلفات انرژي الکتریکی، جلوگیري از آسیب رسیدن به تجهیزات و بهینه کردن مصرف، به ویژه براي الکتروموتورهاي با توان بالا کاهش هارمونیکها می باشد. در این مقاله یک اینورتر چند سطحی کاسکاد جدید که در آن از ترانسفورماتورهاي سه فاز، و یک منبع ولتاژDC استفاده شده است، مورد بررسی قرار میگیرد. به جهت ساختار آن، در مقایسه با دیگراینورترهاي مرسوم، ویژگیهایی وجود دارد که عبارتند از : تعداد المانهاي کمتر، فرکانس سوئیچینگ برابر با فرکانس اصلی، استفاده از تنها یک منبع ولتاژ DC، ضریب هارمونیک ولتاژ پایین، THD پایین و حذف هارمونیکهاي انتخابی با یک استراتژي مناسب سوئیچینککه با روشهاي عددي بدست می آید. در پایان با توجه به زوایاي سوئیچینگ بدست آمده از روشهاي عددي، اینورتر پیشنهادي با استفاده از سه ترانسفورماتور سه فاز شبیه سازي میشود.
کلید واژه- اینورتر چند سطحی کاسکاد، ترانسفورماتور سه فاز، هارمونیک
-1 مقدمه
در سالهاي اخیربا توجه به نیاز صنعت به گسترش تجهیزات الکترونیک قدرت جهت بالا بردن بهره وري و بهینه کردن مصرف تجهیزات و همچنین گسترش و توسعه انرژي هاي نو، اختلالات و هارمونیکهاي شبکه نیز به همان سرعت در حال رشد می باشند.کیفیت پایین اینورترهاي اولیه عامل مهم تولید این هارمونیکها میباشد. اولین تاثیر هارمونیکها بر کارکرد ماشینهاي الکتریکی است که می تواند علاوه بر اینکه باعث آسیب رسیدن به آنها شود، تلفات توان را هم به شدت بالا ببرد .[1] جهت حذف آنها، تکنیکهاي مختلفی در سالهاي اخیر ارائه شده است که بسیار موثر بوده و تاحدود زیادي اختلالات ناشی از آنها را از بین می برند .[ 2,3,4]
شاید پیش از اینکه متخصصین به فکر حذف این هارمونیکها بیفتند اولین موضوعی که ذهن آنها را به خود مشغول کرد، این بود که چگونه می توان مانع از به وجود آمدن هارمونیکها شد.یکی از این راه حلها استفاده از شکل موجهاي پلکانی استکه براي اولین بار تحت عنوان اینورترهاي چند سطحی در سال 1981 توسط نابائی1 و به منظور کاهش دامنه هارمونیکها و فرکانس سوئیچینگ اینورترهاي سه فاز معرفی شدند.[5] این مبدلها هم اکنون کاربردهاي زیادي در سیستمهاي قدرت با توان بالا از قبیل درایوهاي قدرت AC، ادوات FACTS و جبران کننده هاي توان راکتیو پیدا کرده اند. [6,7] اینورترهاي چند سطحی به سه گروه اصلی تقسیم بندي میشوند، که عبارتند از :در این مقاله یک اینورتر چند سطحی کاسکاد جدید که در آن از ترانسفورماتورهاي سه فاز استفاده شده است[8]، مورد بررسی قرار میگیرد که در مقایسه با دیگر اینورترهاي مرسوم، داراي ویژگیهاي زیر میباشد :
تعداد المانهاي کمتر.
فرکانس سوئیچینگ برابر با فرکانس اصلی.
استفاده از تنها یک منبع ولتاژ .DC
ضریب هارمونیک ولتاژ پایین تر.
THD پایین تر.
جهت حذف هارمونیکهاي مرتبه پایین، زوایاي سوئیچینگ مناسب را با استفاده از تئوري مانده ها2 بدست آورده و در پایان با توجه به این زوایاي سوئیچینگ، اینورتر پیشنهادي با استفاده از سه ترانسفورماتور سه فاز شبیه سازي میشود.شکل1 یک اینورتر کاسکاد تک فاز معمولی را نشان میدهد که در آن به تعداد سلها، به منبع ولتاژ مستقل DC نیاز است .[9] همچنین شکل2 یک اینورتر کاسکاد تک فاز تقویت شده با ترانس تک فاز3 را نشان میدهد.[10] همانطور که دیده میشود، در این مدل هرفاز نیازمند یک منبع ولتاژ مستقل DC است.
-3 اینورتر پیشنهادي
-1-3 ساختار مداري اینورتر
ساختار کلی اینورتر پیشنهادي در شکل3 نشان داده شده است که در آن از K ترانسفورماتور سه فاز استفاده میشود. با در نظر گرفتن K=3 ساختار اینورتر مورد نظر جهت شبیه سازي بدست می آید که در شکل 4 نشان داده شده است.همانگونه که دیده میشود، در این مدل، تنها از یک منبع ولتاژ DC استفاده شده، ترانسفورماتورهاي سه فاز داراي اتصال ستاره مثلث میباشند و فازهاي مشابه درترانسفورماتورها به صورت سري با هم قرار میگیرند. هر سل کاسکاد ولتاژ Vak را تولید میکند که تبدیل شده آن در ثانویه ترانس VAK خواهد بود. در اینصورت مطابق شکل3،اگر ولتاژهاي دو فاز دیگر را Vbk و Vck و تبدیل شده آنها راVBK و VCK در نظر بگیریم ، با توجه به وجود اتصال مثلت در ترانسفورماتورها را بطه - 1 - برقرار خواهد بود.
