بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک اینورتر مبتنی بر سوئیچینگ خازنی ارائه میشود. خروجیهای اینورتر پیشنهادی با ولتاژی بزرگتر از ولتاژ ورودی با تعویض خازنها در حالت سری و موازی ایجاد میشود. حداکثر ولتاژ خروجی توسط تعداد خازنها تعیین میشود. این اینورتر به هیچ القاگری نیاز ندارد و با ساختاری کوچکتر از یک سیستم دو مرحلهای معمولی متشکل از یک مبدل بوست و یک پل اینورتر تشکیل شده است. در این مقاله، تلفات توانی اینورتر شامل تلفات سوئیچینگ، تلفات هدایتی سوئیچها، تلفات هدایتی فیلتر خروجی، تلفات هدایتی ناشی از ریپل ولتاژ خازنهای Ck محاسبه شده است. هارمونیک خروجی آن در مقایسه با یک اینورتر ولتاژی پل کامل تک فاز معمولی کاهش مییابد. در این مقاله، ساختار مدار، عملکرد تئوری و نتایج شبیهسازی با نرمافزار MATLAB Simulink نشان داده میشود. نتایج شبیهسازی با محاسبات نظری مطابقت دارد.
واژههای کلیدی:پمپ شارژ، PWM چندحاملی، اینورتر چندسطحی، سوئیچینگ خازنی . - SC -
-1 مقدمه
امروزه در سیستمهای انرژی الکتریکی، وسایل نقلیه الکتریکی - EVS - ، سیستمهای تولید پراکنده - DG - ، کشتیهای تمام الکتریکی و زیردریاییها به مسائل زیست محیطی جهانی توجه زیادی میشود. علاوه بر مسائل زیست محیطی، رانش الکتریکی در شناور و زیردریاییها مزیتهای زیادی شامل قدرت حمل بار بیشتر، انعطافپذیری زیاد در طراحی کشتی، دستیابی به قابلیت اطمینان بالاتر، صرفهجویی در مصرف سوخت، کاهش هزینههای نگهداری و افزایش دسترسی به نیروهای کمکی دارد که بهرهگیری از آن را برای تحرک مناسب کرده است. الکترونیک قدرت، مبدلها و اینورترها، یک تکنولوژی کلیدی در این نوع سیستمها هستند[1]، .[2]
این کشتیها و زیردریاییها نیازمند یک اینورتر برای تبدیل ولتاژ DC به AC میباشند. زمانیکه ولتاژ ورودی کمتر از ولتاژ خروجی است، مبدلهای بوست و یا ترانسفورماتورها بهطور گستردهای در این سیستمها بهکار گرفته میشوند. با این حال، وجود ترانسفورماتور و یا یک القاگر در مبدل بوست باعث بزرگی سیستم میشود. این موضوع به این دلیل است که ترانسفورماتور و القاگر برای حفظ قدرت بالا بایدهستههای مغناطیسی بزرگ و سنگینی داشته باشند.[3] در یک مسئله و در نمونه آزمایشگاهی بهعنوان یک بار، یک پمپ شارژ بدون القاگر در چنین سیستمهایی اعمال شدهاست.[4] یک پمپ شارژ با سوئیچینگ خازنی ولتاژ خروجی بزرگتری از ولتاژ ورودی دارد[4]، .[5]
هنگامیکه چند خازن و منبع ولتاژ ورودی بهصورت موازی متصل میشوند، خازنها شارژ میشوند. زمانی که چند خازن و منبع ولتاژ بهصورت سری متصل میشوند، خازنها تخلیه میشوند. خروجی پمپ شارژ مجموع ولتاژ خازنها و منابع ولتاژ ورودی میباشد. با این حال، یک پمپ شارژ از المانهای سوئیچینگ بسیاری برخوردار میباشد که سیستم را پیچیده میکند. اینورتر سوئیچینگ خازنی - SC - یک اینورتر ولتاژ چندسطحی است که خروجیهای آن با سوئیچینگ خازنها ایجاد میشود[6]، .[7] ساختار اینورتر SC مشابه با پمپ شارژ میباشد. در اینورتر SC مشابه با پمپ شارژ ولتاژهای خروجی بزرگتر از ولتاژ ورودی میباشد.
با این حال، اینورتر SC نیز از المانهای سوئیچینگ بسیاری برخوردار است که سیستم را پیچیده میکند. از سوی دیگر، اینورتر مارکس که المانهای سوئیچینگ کمتری در مقایسه با اینورتر SC دارد، پیشنهاد شده است.[8] بهدلیل اصول عملکردی اینورتر مارکس میتوان آن را بهعنوان یکی از اینورترهای SC در نظر گرفت. در این مقاله، یک اینورتر SC با ساختار سادهتر نسبت به اینورتر SC معمولی ارائه میشود که شامل ساختار اینورتر مارکس و پل H میباشد. این اینورتر میتواند با سوئیچینگ خازنها به حالتهای سری و موازی، ولتاژ خروجی بزرگتر از ولتاژ ورودی را ایجاد کند. اینورتر دارای هیچ القاگری نیست که سیستم را بزرگ سازد. هارمونیکهای خروجی اینورتر پیشنهادی توسط خروجی چندسطحی کاهش مییابد. در بخش دوم، ساختار مدار معرفی میشود و روش درایو توضیح داده میشود. در بخش سوم، روش تعیین خازن شرح داده میشود. در بخش چهارم، نتایج شبیهسازی با نرمافزار MATLAB Simulink نشان داده میشود.
-2 ساختار و تحلیل نظری مدار
شکل - 1 - ساختار مدار اینورتر را نشان میدهد که در آن2 1, 2, ... , 2n k که خازنهای 2 Ck , 2 nمیدهند. سوئیچهای S1 تا S4 ، پل اینورتر میباشند. Sak, Sbk, Sck المانهای سوئیچینگ میباشند1, 2, ... k را بهصورت سری و موازی تغییرVin، منبع ولتاژ ورودی میباشد. در خروجی یک فیلتر پایین گذر از سلف L و یک خازن C تشکیل شده است. روشهای مدولاسیون بسیاری برای درایو یک اینورتر چندسطحی وجود دارد. از جمله میتوان راهبردهای مدولاسیون بردار فضایی[10] ،[11]، [12]، مدولاسیون پهنای پالس چندحامله [10]، [13]، [14]، مدولاسیون هایبرید [15]، [10]، [16]، [17]، حذف هارمونیک انتخابی[10]، [18]، [19] و کنترل نزدیکترین سطح[10] را نام برد. در این مقاله، روش PWM چندحامله بر روی اینورتر اعمال میشود. در شکل - - 2 مسیر جریان در اینورتر و در شکل - 3 - روش مدولاسیون اینورتر نشان داده شدهاست - . - n=2
