بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به تحلیل تبادل انرژی بین خازن لینک dc و بخش ac فیلتر فعال موازی در مواقع گذرا وآرامش میپردازد. بوسیله روابط تحلیلی و شبیه سازی نشان داده میشود که قسمت عمده توان فعالی که درمواقع گذرا ازخازن عبور میکند به عنوان انرژی درسلف لینک ac ذخیره میشود. در این مقاله بعد از بدست آوردن مدل دستگاه - plant - ، کنترل کننده ولتاژ طراحی شده، و با استفاده از یک شاخه پیشخور در مدار کنترل از افت شدید ولتاژ در مواقع گذرا اجتناب میشود. بنابراین میتوان طراحی را بر اساس حالت آرامش خازن انجام داد که نتیجه آن کاهش در اندازه خازن لینک dc و صرفه جویی در قیمت میباشد.
–1 مقدمه
امروزه عناصر الکترونیک قدرت به طور چشمگیری در تجهیزات صنعتی ازقبیل درایوها و یکسوکنندهها استفاده میشوند. چنین تجهیزاتی بخاطر ماهیت غیر خطی شان تولید هارمونیک درشبکه میکنند که این هارمونیکها باعث اثرات مخربی چون ضریب توان پایین شبکه، بازده پایین، خرابی تجهیزات دیگر - مثلا خازنهای قدرت در اثر اضافه ولتاژ ناشی از رزونانس آسیب میبینند - و تداخل با سیستمهای مخابراتی میشوند.[1]
در ابتدا برای نگه داشتن هارمونیکها در یک حد معقول استفاده از فیلترهای پسیو مرسوم بود. اما این فیلترها دارای مضراتی مانند اندازه بزرگ، رزونانس و جبران ثابت میباشند2]و.[3 بنابراین فیلتر پسیو نمیتوانست مشکل هارمونیکها را بطور کامل حل کند. با بالا رفتن قابلیتهای عناصر سوئیچینگ و پردازشگرهای دیجیتال، وسایل استاتیکی جبرانگر مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. یکی از وسایلی که جهت کاهش سطح هارمونیکهای شبکه بطور موثر میتواند بکار رود فیلتر فعال است.
فیلترهای فعال به دو صورت، سری - ولتاژ - یا موازی - جریان - میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. درشکل - - 1 بلوک دیاگرام کلی فیلتر فعال موازی از نوع اینورتر منبع ولتاژ نشان داده شده است که شامل سه بخش است. بخش اول شامل آشکارساز سیگنال مرجع که وظیفه جداکردن سیگنال هارمونیک ازجریان بار را دارد. بخش دوم شامل منبع جریان تزریق هارمونیک و بخش سوم شامل مدار کنترل است.
بخش دوم در واقع یک اینورتر منبع ولتاژ است. مدار کنترل شامل دو قسمت است، کنترل کننده ولتاژ که نقش تثبیت ولتاژ خازن لینک dc را به عهده دارد و کنترل کننده جریان که با عملکرد صحیح آن جریان منبع یا فیلتر باید بدون خطا سیگنال مرجع را دنبال کند. مراجع 4 ]و[5 نحوه آشکارسازی سیگنال مرجع و کنترل کننده جریان را بررسی میکنند.
یک فیلتر خوب باید عملکرد ردیابی و دینامیک سریع داشته باشد، بطوریکه جریان فیلتر، سیگنال مرجع را بدون خطا در مواقع آرامش و گذرا دنبال کند. جهت حصول این امر باید آشکارساز سیگنال مرجع وکنترل کننده جریان سریع باشند. همچنین ولتاژ لینک dc به اندازه کافی بزرگ باشد. در صورتی که ولتاژ خازن بیش از حد مجاز افت کند، فرآیند جبران هارمونیک مطلوب نخواهد بود. لذا باید اندازه خازن و کنترل کننده ولتاژ به گونهای باشند که ریپل، افت ولتاژ و اضافه ولتاژخازن در حد مجاز قرار گیرد.
هدف از این مقاله تحلیل توان لحظه ای مبادله شده بین سلف لینک - Laf - ac و خازن میباشد. سپس مدل دستگاه جهت کنترل ولتاژ استخراج شده و با ارائه کنترل کننده جدید از افت و اضافه ولتاژ جدی خازن درمواقع گذرا جلوگیری میگردد. با این دستاورد طراحی خازن به جای اینکه براساس حالت گذرا انجام شود، براساس حالت آرامش انجام شده و لذا اندازه خازن کاهش مییابد که این امر از طریق شبیه سازی بر روی فیلتر فعال تک فاز موازی نشان داده شده است.
-2 اصول عملکرد یک فیلتر فعال موازی
وظیفه فیلتر فعال تزریق یک جریان هارمونیکی به شبکه است بطوریکه جریان کشیده شده از شبکه سینوسی و همفاز با ولتاژ شبکه باشد.
-3 معیارهای انتخاب خازن لینک DC
خازن به عنوان یک عنصر ذخیره کننده انرژی در فیلتر فعال ازنوع اینورترمنبع ولتاژ بکارمی رود. دو عامل اساسی وجود دارد که باعث تغییرات ولتاژ خازن اثر میشوند. یک عامل جریانهای هارمونیکی وراکتیو بارمی باشند. اگرفیلتربدون تلفات فرض شود این جریانهای هارمونیکی از سلف لینک - Laf - ac و به تبع آن از خازن عبور کرده و باعث تغییرات لحظهای ولتاژ خازن میشود که به صورت ریپل ولتاژ ظاهر میشود. اما بدلیل اینکه این جریان فاقد مولفه اصلی همفاز با ولتاژ شبکه میباشد، در متوسط ولتاژ خازن تغییری ایجاد نمی شود.
عامل دوم که گاهاً باعث ایجاد تغییرات شدید ولتاژ میشود، حالتهای گذرایی است که در اثر تغییر بار به وجود میآیند. مثلا حالت راه اندازی - start up - یا تغییرات قابل ملاحظه بار نمونه ای از حالتهای گذرا میباشند. معمولا اندازه خازن بر اساس حالت آرامش انتخاب میشود بدین صورت که توان لحظه ای تحویلی بوسیله خازن که توسط جریانهای هارمونیکی عبوری از آن ایجاد میشود را بدست میآورند و مقدار خازن را طوری انتخاب میکنند که ریپل ایجاد شده روی ولتاژ از یک حد معین مثلا پنج درصد ولتاژ تجاوز نکند. در مرجع[6] رابطه - 5 - برای توان راکتیو و هارمونیکی عبوری از فیلتر داده شده است.
چون فیلتر باید هم در حالت آرامش و هم در حالت گذرا عملکرد مطلوبی داشته باشد، باید از ریپل وافت شدید ولتاژ خازن جلوگیری شود. لذا باید خازن هم بر اساس حالت آرامش وهم براساس حالت گذرا طراحی شود و هر کدام که دارای مقدار بزرگتری باشد، مقدار مناسب برای خازن خواهدبود. از آنجا که طراحی براساس حالت آرامش اغلب منجر به اندازه کوچکتری برای خازن میشود، لذامی توان با پیداکردن منشا تغییرات شدید خازن در مواقع گذرا، این افت را جبران کرد و طراحی را بر اساس حالت آرامش انجام داد. به این ترتیب بدون اینکه اندازه خازن بزرگ شود، بوسیله الگوریتم کنترل ولتاژ خازن ازافت و ریپل جدی ولتاژ روی خازن اجتناب میشود.
-4 تبادل توان لحظه ای بین خازن لینک
DC وسمتac فیلتر توان لحظهای که به سمت ac فیلتر وارد میشود، برابر توان لحظه ای خارج شده ازسمت dc می باشد. شکل - 2 - مدار معادل در دو سمت را نشان میدهد. مقاومت R برای مدلسازی تلفات فیلتر در نظر گرفته شده است.
