بخشی از مقاله

چکیده

این مقاله یک روش کلیدزنی را که اخیرا با تزریق مولفه های هارمونیکی - با دامنه و مرتبه معین - به موج سینوسی - مرجع - ، انجام گردیده را بهبود داده است. در این روش کلیدزنی تزریق هارمونیک، همانند روش کلیدزنی SPWM، یک موج مرجع تزریق هارمونیک شده با یک موج مثلثی متغیر با فرکانس مقایسه می گردد. نتیجه به دست آمده از این مقایسه، زمان دادن فرمان آتش به کلیدهای قدرت را مشخص می نماید. در این روش، پارامترهای اصلی در ولتاژ خروجی، همانند اعوجاج هارمونیکی کل و نزدیک ترین مولفه هارمونیکی به مولفه اصلی، بهبود داده شده است.

در این مقاله، بعضی از پارامترها، هم در موج مرجع - مرتبه و دامنه مولفه های هارمونیکی - و هم در موج حامل - دامنه مولفه های وابسته به موج مثلثی - به عنوان متغیر فرض شده اند. نتایج شبیه سازی به دست آمده در مشخصه های ولتاژ خروجی با این روش کلیدزنی، نسبت به مقالات قبلی بهتر شده است. همچنین از توابع ریاضی برای تعریف تابع هدف مناسب استفاده شده است، و الگوریتم بهینه سازی چند هدفه ازدحام ذرات برای رسیدن به پاسخی مطلوب تر، به کار گرفته شده است.

-1 مقدمه

استفاده از اینورترها درسفینههای فضایی، منابع توان بدون وقفه، کنترل سرعت موتورهای القایی و انرژی های تجدیدپذیر متداول است. اینورترها، مبدل هایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کنند. کاهش اعوجاج هارمونیکی کل را می توان در یک سیستم ترکیبی از انرژی سلول سوختی و انرژی بادی با استفاده از روش های کلیدزنی پهنای مدولاسیون پالس نیز به دست آورد .[1] در کاربردهای توان بالا، هارمونیک هایی که در ولتاژ خروجی وجود دارند، باید تا حد ممکن کاهش داده شوند تا از اغتشاش در شبکه و بار برای رسیدن به راندمانهای بالا جلوگیری شود.

برای کنترل دور موتور، در موتور های القایی زمانی که به یک منبع AC متصل هستند، از مبدل های سری یکسو کننده و اینورتر استفاده می شود. با استفاده از روش های کلیدزنی کنترل شده، سعی بر این است تا در این مبدل ها از ایجاد ولتاژ باس13DC نامتقارن جلوگیری شود، زیرا نتایج بدی را در مشخصه های موتور القایی به وجود می آورد.[2] در اینورترها همواره سعی بر این است تا تعداد کلیدزنیها در یک دوره تا حد ممکن کاهش داده شوند تا از تلفات در نیمه هادیها به ویژه کلیدزنی در فرکانس بالا جلوگیری شود. یکی از روش های کاهش تلفات در کلیدزنی اینورترها، روش کلیدزنی نرم است .[3]

کاهش هارمونیک های موجود در سیگنال ولتاژ خروجی توسط مبدل های الکترونیک قدرت، به ویژه در کاربردهای توان متوسط و توان بالا امری مهم تلقی می گردد. یکی از روش های مطرح شده، روش کلیدزنی کاهش هارمونیکی انتخابی در پهنای مدولاسیون پالس است. در این روش، ولتاژ خروجی با کیفیت بیشتری عرضه می گردد، همچنین می توان به انتخاب هارمونیک های خاصی را حذف نمود. این امر موجب شده تا هزینه و حجم فیلترهای خروجی به شدت کاهش یابد 4]،.[5

روشهای گوناگون کلیدزنی برای کنترل ولتاژ خروجی اینورترها وجود دارد. روش کلیدزنی تزریق هارمونیک به همراه موج حامل متغیر با فرکانس، یکی از روشهای موجود کنترل پهنای پالس، در آتش کردن گیت کلیدهای قدرت است. در این روش تعداد پالسهایی - تعداد دفعات خاموش و روشن شدن - که به هر کلید در هر دوره داده می شود را مقدار پارامتر M تعیین می کند. این پارامتر در واقع ارتباطی میان مقدار ثابت فرکانس و مقدار متغیر آن که با موج سینوسی مطابق است، دارد. این مدل از مدولاسیون را به دلیل عملکرد مشابه آن با روش مدولاسیون پهنای پالس سینوسی2SPWM4، زیر شاخه ای از این روش می نامند. استفاده از این روش کلیدزنی در مقایسه با روش های قدیمی کلیدزنی پهنای مدولاسیون پالس در موتورهای القایی، موجب کاهش هر چه بیشتر تلفات گرمایی می گردد .[6]

در ماشینهای الکتریکی وجود هارمونیکها با مرتبه پایین موجب کاهش عملکرد مطلوب آنها می گردد. از اثرات ناخوشایند دیگری که می توان ذکر کرد وجود میدانهای مغناطیسی ناشی از جریان های هارمونیکی موتور در فاصله هوایی ماشین است که بعضی از آنها در جهت میدان اصلی و برخی دیگر در خلاف جهت میدان اصلی میچرخند است و موجب ایجاد سروصدا، لرزه و نوسانات وسیعی می گردند.

این هارمونیک های موجود در ولتاژ خروجی باعث می شوند تا شکل موج ولتاژ سینوسی خالص نباشد، به همین دلیل زمانی که موتور کار می کند پالس های ضربه ای را در گشتاور خود مشاهده می کند، که این امر موجب کاهش راندمان در ماشین ها می گردد. از جمله روش های کاهش این ریپل در گشتاور خروجی، انتخاب روش کلیدزنی مناسب است. روش های کلیدزنی SPWM و 53 CSVPWMروش های متداول در این زمینه هستند 7]،.[8

یکی از روش هایی که می تواند هارمونیک های ولتاژ خروجی را تا حد زیادی کاهش دهد، روش تزریق هارمونیک است. در این روش همانند روش کلیدزنی پهنای پالس سینوسی، دو موج مرجع و حامل با یکدیگر مقایسه می گردند و از مقایسه این دو موج، فرمان آتش به کلیدهای قدرت داده می شود. در مرجع [9]، با محاسبه معادلات مربوط به ولتاژ خروجی، این نتیجه به دست آمد که با تزریق مولفه های هارمونیکی سوم و نهم با دامنه های معین به مولفه اصلی می توان نتیجه مطلوب تری را در مشخصه های ولتاژ خروجی مشاهده کرد.

در مرجع [10]، روش کلیدزنی تزریق هارمونیک به همراه موج حامل مثلثی متغیر با فرکانس معرفی گردیده است. همچنین با ثابت فرض کردن دامنه های مولفه های هارمونیکی تزریق شده، مولفه های موج حامل در بازه های مشخصی امتحان شده اند. در نتیجه این آزمایشات، مشخصه های ولتاژ خروجی بهود یافته اند. الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات در سال 1995 توسط کندی ارائه گردید. اساس کار این الگوریتم، الگو برداری از رفتار دسته جمعی پرندگان بوده است.

هدف از به کارگیری این الگوریتم پیدا کردن نقاط بهینه در یک تابع هدف بوده است. استفاده از این الگوریتم موجب به دست آوردن سریع جواب های مطلوب در حوزه های جستجوی بسیار بزرگ است. زمانی که جواب بهینه چندین تابع را شامل شود، این الگوریتم را چند هدفه می نامند. الگوریتم چند هدفه بهینه سازی ازدحام ذرات1MOPSO6، با استفاده از موقعیت های گوناگون ذرات در فضای جستجو، می تواند اهداف خود را در بهینه ترین حالات به دست آورد 11]،.[12

در این مقاله پارامترهای متغیر - کنترل کننده - ، هم در موج مرجع و هم در موج حامل وجود دارند. پارامترهای متغیر در موج مرجع دامنه و مرتبه مولفه های هارمونیکی هستند که به موج مرجع تزریق شده و رفتار آنها در خروجی مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین پارامترهای متغیر در موج حامل دو مولفه W وK هستند که بر شکل موج حامل تاثیر می گذارند. در این روش نه تنها قابلیت کنترل به وسیله در دست داشتن پارامترهای گوناگون بالا می رود، بلکه می توان هارمونیکهای موجود در ولتاژ خروجی را کاهش داد و موجب کاهش در فیلتر گذاری در خروجی اینورترها شد.

-2 توصیف کوتاهی از روش 27FMTC-HIPWM

روش FMTC-HIPWM به صورت کامل در مرجع [9] توضیح داده شده است. این روش با کاهش دادن تعداد پالسهای داده شده به گیت هر کلید قدرت، موجب کمتر شدن تلفات کلیدزنی می شود. همچنین از طرفی بلکه باعث می شود که اولین مولفه هارمونیکی نزدیک به مولفه اصلی که فیلتر کردن آن بسیار پر هزینه است، افزایش یابد. بعضی از مزیت های این روش وجود مولفه اصلی - مولفه مرتبه اول - با مقداری بزرگتر است، که موجب شده این موج در ناحیه فرا مدولاسیون حرکت کند. حرکت کردن موج مرجع در ناحیه فرامدولاسیون موجب کاهش تعداد پالس های کلیدزنی می گردد، اما از طرفی موجب به وجود آمدن هارمونیک در ولتاژ خروجی می گردد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید