بخشی از مقاله
چکیده
مبدلهای ماتریسی بدلیل مزایایی که دارند در سالهای اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. و امروزه در بسیاری از مبدلهای AC-AC بکار می روند . با توجه به مشخصات این مبدلها ، می توان به سادگی از الگوریتم کنترل پیشبین در کنترل این مبدلها استفاده نمود. در این مقاله با شبیه سازی یک موتور القایی که از طریق مبدل ماتریسی تغدیه می شود با روش الگوریتم پیشبین اقدام به کنترل پارامترهای کلیدی موتور همچون دور و کنترل گشتاور نموده ضمن اینکه با تعریف ضرایب وزنی مختلف، تاثیر الگوریتم مذکور بر کاهش برخی پارامترهای دیگر همچون توان راکتیو دریافتی از شبکه ویا ولتاژ حالت مشترک مورد بررسی قرار می گیرد.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر با به میان آمدن بحثهایی نظیر کیفیت توان و همچنین بهینه سازی مصرف انرژی و لزوم اعمال کنترل بر روی توان مصرفی تجهیزات الکتریکی و بطور خاص موتورهای ac که بخش از زیادی از مصرف انرژی الکتریکی در صنایع را به بخود اختصاص داده اند، استفاده از کنترل کننده های موتور - درایوها - با استقبال و کاربرد روزافزون روبرو شده اند. امروزه بیشتر درایوهای ac از روشهای کلاسیک کنترل دور و گشتاور همچون روش v/f ویا روشهای پیشرفته تری مانند روشFOC1 و یا روش DTC2 استفاده می کنند.
با پیشرفت سیستمهای دیجیتال در سالهای اخیر و انقلاب در پردازش سیگنالهای دیجیتالی، روشهای کنترلی جدید همانند کنترل فازی، کنترل مد لغزشی و کنترل پیش بین به گستردگی و به سرعت در حال باز نمودن جای پای خود در صنعت هستند و هر روز کاربردهای تازه ای برای آنها یافته می شود .از طرف دیگر پیشرفتهای سالهای اخیر در تکنولوژی ساخت نیمه هادی ها نه تنها استفاده از آنها را در توانها و ولتاژهای بالاتر امکانپذیرنموده است، بلکه این امکان را فراهم کرده که از روشهای کنترلی متنوع و جدیدتری در کنترل کلیدهای نیمه هادی ازجمله IGBT ها و همچنین GTOها استفاده نمود .و از جنبه کنترلی هم قابلیتهای بالای این کلید ها باعث شده است که روشهای جدید و الگوریتمهای متنوعی برای کنترل مبدلهای قدرت و همچنین چیدمان این کلیدها بوجود آید یکی از این مبدلهای جدید مبدلهای ماتریسی هستند .
.1 مبدل های ماتریسی
مبدلهای ماتریسی را می توان به نوعی یک سیکلو کانورتر1تکامل یافته دانست، این مبدلها از نظر ساختاری به دونوع مستقیم 2 و غیر مستقیم3 تقسیم می شوند که در اینجا ما در مورد مبدلهای مستقیم که کاربرد بیشتری داشته و از نظر ساختاری ساده تر هستند بحث خواهیم کرد این مبدلها در حقیقت از 9 عدد سویچ دوطرفه هدایتگر- جریان و سد کننده ولتاژ4ساخته شده اند که به نحوی بصورت ماتریسی به هم متصل می شوند که بتوان هر فاز ورودی را به هرکدام از فاز های خروجی در هر لحظه متصل نمود
اولین مبدل ماتریسی ac -ac در سال 1976 معرفی شد[2] البته در آن زمان چون نیمه هادی های قدرت مورد عموما تایریستوری و خاموش شونده با بار5 بودند [3]استفاده از مبدلهای ماتریسی با استقبال زیادی مواجه نگردیدند. در سال 1980 در مقاله ای که توسط آقای ونتورینی6 وآلنسیا7 منتشر شد
موضوع مبدلهای ماتریسی بطور جدی مورد بحث قرار گرفت و برای این مبدلها یک مدل ریاضی ارائه گردید همچنین یک روش کلید زنی که به روش ونتورینی مشهور شد برای آنها ابداع گردید [4]چند سال بعد از کارهای ونتورینی اولین الگوریتم های کنترل برداری برای مبدلهای ماتریسی ارائه گردید [5] که راه را برای ورود مبدلهای ماتریسی به صنعت بیش از پیش باز کرد و راه را برای استفاده از آنها در کنترل موتورهای القایی هموار نمود
نمودار - شکل - 2 نگاهی اجمالی به انواع روشهای کلیدزنی که در مبدلهای ماتریسی استفاده می شود دارد
شکل :1مبدل ماتریسی
از مزایای مبدلهای ماتریسی می توان به عدم وجود عناصر خازنی بزرگ و حجیم ، بدلیل نبود خط DC در ورودی ودر نتیجه ابعاد و اندازه بسیار کوچکتر آنها نسبت به مبدلهای رایج در بازار اشاره کرد همچنین راندمان بالا و تلفات کم و ضریب توان قابل تنظیم در اولیه از مزایای دیگری این مبدلها هستند در مقابل مزایای فوق می توان مسائلی چون کموتاسیون پیچیده و بهره پایین ولتاژ در این مبدلها را بعنوان عیب برشمرد.
شکل :2روشهای کلیدزنی در مبدلهای ماتریسی
اجزای اصلی سیستمی شامل یک مبدل ماتریسی مستقیم در شکل - 5-2 - دیده می شود که شامل منبع تغذیه سینوسی، فیلتر ورودی، مبدل ماتریسی - شامل 9 عدد کلید دوطرفه - IGBT و بار یا مصرف می باشد، کلیدها مرکب مورد استفاده در مبدلهای ماتریسی،ساخته شده از دو عدد IGBTو دارای دو گیت بوده که برای عبور جریان از هر طرف باید یکی از گیتها تحریک شود اگر موقعیت این کلیدها را با Si,j نشان دهیم به معنای این است که هر کلید فاز i را در ورودی به فاز j در خروجی متصل می کند. با این توصیف برای یک مبدل 3*3 می توان گفت :
i= {A,B,C} و j={a,b,c}
هر کلید می تواند دو حالت باز یا بسته داشته باشد .
Si,j= 0 switch off - 1 -
Si,j= 1 switch on×
که با توجه به اینکه 9 عدد کلید داریم . کل حالتهای کلید زنی برابر 29=512 عدد خواهد شد.
از میان 512 حالت کلید زنی امکانپذیر برای مبدل ماتریسی فقط 27 حالت آن مجاز و قابل اجرا خواهد بود. این 27 حالت مجاز از اعمال محدودیتهای زیر بر مبدل بدست می آیند لذا در حالت کلی هر حالت کلید زنی قابل اجرا باید دارای شرایط ذیل باشد:
· هرگونه عملیات کلید زنی نباید منجر به اتصال کوتاه منبع تغذیه در ورودی شود.
· با توجه به طبیعت القایی اکثر بارها ، هیچکدام از فازهای خروجی نباید در حالت مدار باز قرار گیرند .
محدودیتهای اعمال شده در بالا را می توان بصورت رابطه زیر بیان نمود :
بعبارت دیگر در شکل - - 1 برای محدودیت اول در ستونها در هرستون حداکثر یک کلید می تواند بسته باشد . و برای محدودیت شماره دوم برای سطرها حداقل دو کلید در هر دوسطر مختلف باید بسته باشند.
