مبدل های ماتریسی، در سال های اخیر به خاطر اینکه می توانند جایگزین خوبی برای اینورترهای منبع ولتاژ با مدولاسیون پهنای پالس قرار گیرند مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند. در حقیقت مبدل های ماتریسی توانایی کنترل توان در دو جهت، توانایی تولید شکل موج های سینوسی برای ورودی و خروجی و کنترل ضریب توان واحد را دارند.
البته به خاطر عدم وجود قسمت DC و حذف المان های حجیم و ذخیره کننده انرژی مثل خازن و سلف باعث طراحی مدار به صورت فشرده و کم حجم می شود. دو روش کنترلی به صورت گسترده ای برای کنترل مبدل های ماتریسی به کار برده می شود. اولی بر پایه تابع انتقال مستقیم و دومی بر پایه مدولاسیون بردار فضایی با مزیت الگوریتم ساده کنترلی می باشد.
در این پروژه کنترل دور موتور القایی به روش DTC به طور مفصل بحث می شود از ویژگی های مهم کنترل دور موتور القایی به روش DTC، پایداری، پاسخ سریع گشتاور، نیاز نداشتن به انتقال مختصات، عدم نیاز به مداری جهت تولید پالس های PWM می باشد.
در این پروژه روش جدیدی برای کنترل مبدل های ماتریسی تحت شرایط ضریب توان واحد ورودی، برای پیاده سازی کنترل مستقیم گشتاور در زمینه کنترل ماشین های القایی، مطرح می شود. با بکارگیری این روش کنترلی در حقیقت ما فواید مبدل های ماتریسی را با فواید DTC با هم یکجا داریم.
1-1- مقدمه
انتقال و کنترل انرژی یکی از مهمترین مراحل در مهندسی برق می باشد، در سال های اخیر این کار با به کارگیری نیمه هادی های قدرت و المان های ذخیره کنند انرژی مانند خازن و سلف انجام گرفته است، و بدین ترتیب چندین خانواده مبدل ها همچون یکسوسازها و اینورترها و چاپرها توسعه یافته اند. هریک از این خانواده ها مزایا و محدودیت های خودشان را دارند.
مبدل های ماتریسی، یک توپولوژی مداری پیشرفته ای می باشد که توانایی تبدیل مستقیم Ac/Ac را دارد در این نوع مبدل ها هیچ گونه لینک DC وجود ندارد.
در فصل اول در مورد روش های کنترل مبدل های ماتریسی بحث شده است. تابع انتقال مستقیم و مدولاسیون بردار فضایی دو روش کنترلی جهت کنترل این نوع مبدل ها، توضیح داده شده است. استراتژی مدولاسیون بر پایه این دو روش کنترلی ارائه شده و در پایان فصل اول مبدل ماتریسی بر پایه مدولاسیون بردار فضایی شبیه سازی شده است.
جهت پیاده سازی عملی مبدل های ماتریسی نیازمند کلیدهای دو طرفه می باشیم. این ساختار را می توان توسط دیودها و ترانزیستورهای IGBT که در بازار وجود دارد، طراحی کرد. در فصل دوم در مورد انواع ساختارهای کلیدهای دو طرفه بحث می شود. از طرف دیگر یکی از موضوعات مهم در مبدل های ماتریسی نحوه کموتاسیون جریان در این نوع مبدل هاست. جهت جلوگیری از هرگونه اتصال کوتاه و اتصال باز در مبدل های ماتریسی نحوه کموتاسیون چهار مرحله ای توضیح داده شده و در ادامه پروسه کموتاسیون چهار مرحله ای جهت پیاده سازی در FPGA به زبان VHDL شبیه سازی شده است.
در فصا سوم مروری مختصر بر انواع روش های کنترل موتورها شده است. با ذکر دلایلی روش کنترل مستقیم گشتاور جهت کنترل موتورهای القایی انتخاب می شود.
در فصل چهارم روش کنترل مستقیم گشتاور به تفصیل بحث شده است، در روش کنترل مستقیم گشتاور، گشتاور و شار استاتور به صورت مجزا کنترل می شوند و ولتاژهای اعمالی به گونه ای انتخاب می شوند که خطاهای گشتاور و شار از محدوده خاصی خارج نشود. گشتاور و شار توسط مقایسه کننده های هیسترزیس با مقادیر مرجع متناظر مقایسه شده و خروجی های مقایسه کننده ها به جدول کلیدزنی بهینه اعمال می شوند. این جدول با در نظر گرفتن موقعیت شاراستاتور، بردار ولتاژ مناسب برای موتور را انتخاب می کند. در خاتمه روش کنترل مستقیم گشتاور شبیه سازی شده و نتایج شبیه سازی بررسی می شود.
در فصل پنجم روش جدیدی برای کنترل مبدل های ماتریسی تحت شرایط ضریب توان واحد برای تولید بردارهای ولتاژ مناسبی که جهت پیاده سازی کنترل مستقیم گشتاور برای کنترل ماشین های القایی لازم است مطرح می شود. با بکارگیری این روش کنترلی در حقیقت ما فواید مبدل های ماتریسی را با فواید DTC باهم یکجا داریم.
فصل اول
مبدل های ماتریسی
1-1- مقدمه
در این فصل در مورد مبدل های ماتریسی و دو روش کنترلی که به صورت گسترده ای برای کنترل این نوع مبدل ها به کار می رود، توضیح داده می شود. روش کنترل اولی بر پایه تابع انتقال مستقیم و دومی بر پایه مدولاسیون بردار فضایی می باشد. در این فصل اساس استراتژی مدولاسیون در هر دو روش کنترلی بررسی شده و در خاتمه کنترل مبدل ماتریسی بر پایه SVM شبیه سازی شده و نتایج آن بررسی شده است.
2-1- مبدل های ماتریسی کنترل شده توسط تابع انتقال مستقیم
انتقال و کنترل انرژی یکی از مهمترین مراحل در مهندسی برق می باشد، در سال های اخیر این کار با به کارگیری نیمه هادی های قدرت و المان های ذخیره کننده انرژی مانند خازن و سلف انجام گرفته است، و بدین ترتیب چندین خانواده مبدل ها همچون یکسوسازها و اینورترها و چاپرها توسعه یافته اند. هریک از این خانواده ها مزایا و محدودیت های خودشان را دارند.
مبدل های ماتریسی، یک توپولوژی مداری پیشرفته ای است که توانایی تبدیل مستقیم Ac/Ac را دارد، در این نوع مبدل ها هیچ گونه لینک DC وجود ندارد.
مبدل های ماتریسی شامل آرایه ای از سوئیچ های دو طرفه ای می باشد و به گونه ای مرتب شده است که سه فاز منبع ولتاژ را مستقیما و بدون هیچ لینک DC و یا المان های حجیم ذخیره کننده انرژی به سه فاز طرف بار وصل می کند.
مهمترین مشخصات مبدل های ماتریسی عبارتند از:
1- ساده و فشرده بودن
2- تولید ولتاژ بار، با دامنه و فرکانس دلخواه
3- جریان ورودی و خروجی سینوسی
4- عملکرد با ضریب توان واحد
توسعه این نوع مبدل ها با کار اولیه آقایان venturini و Alesina آغاز شد آنها مدار قدرت این نوع مبدل ها را مانند ماتریسی از سوئیچ های قدرت دو طرفه ای قرار دادند و اسم مبدل های ماتریسی را برای آنها برگزیدند. روش مدولاسیون آنها به تابع انتقال مستقیم معروف می باشد که در آن ولتاژ خروجی از حاصل ضرب ماتریس مدولاسیون در ولتاژ ورودی به دست می آید.
دو مشکل اساسی و اولیه در توسعه این نوع مبدل ها وجود داشت اولی کنترل کلیدهای دوطرفه استفاده شده در مبدل ماتریسی به گونه ای که هیچ گونه اضافه جریان و پیک های اضافه ولتاژ که می توانند نیمه هادی های قدرت را بسوزانند، وجود نداشته باشد خیلی مشکل بود. این مشکل با ارائه مقالاتی در زمینه استراتژی کموتاسیون چند مرحله ای برطرف شد.
مشکل دوم در گسترش مبدل های ماتریسی تعداد زیاد المان های قدرت جهت پیاده سازی کلیدهای دوطرفه بود این مشکل نیز امروزه با پیشرفت تئوری نیمه هادی ها و قرار دادن مدارات قدرت حتی در یک مدار مجتمع مرتفع شده است.
شامل 148 صفحه فایل pdf
دانلود پایان نامه تغذیه و کنترل ماشین های القایی توسط مبدل های ماتریسی
