پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور

word 9 MB 30893 84
1393 کارشناسی ارشد مهندسی الکترونیک
قیمت قبل:۶۴,۷۰۰ تومان
قیمت با تخفیف: ۲۴,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • پایان‌نامه

    مقطع کارشناسی ارشد

    چکیده فارسی:

    امروزه با گسترش مصرف­کننده­های DC و بارهای غیرخطی متصل به شبکه، طراحی و ساخت مدارات اصلاح ضریب توان با استفاده از مبدل­های الکترونیک قدرت، اهمیت ویژه‌ای یافته است. با پیشرفت تکنولوژی، مدارات مجتمع در این عرصه به کمک آمده‌اند. با توجه به پیچیدگی و عملکرد غیر خطی این مبدل‌ها و نیاز به کنترل لحظه­ای جریان ورودی و ولتاژ خروجی در آنها استفاده از مدارات مجتمع و پردازشگرهای الکترونیکی امری اجتناب ناپذیر است.

          مبدل شپارد- تیلور یکی از انواع جدید مبدل­های اصلاح ضریب توان می­باشد که بدلیل عملکرد مطلوب آن در این حوزه و مشخصه‌های غیر معمول و منحصر به فرد در نگاه‌داشتن رگولاسیون ولتاژ خروجی با مقادیر ولتاژ ورودی بسیار پایین، در سالیان اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است.

    روش­های کنترل متعددی جهت کنترل پالس کلیدزنی و اصلاح ضریب توان برای مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور ارائه شده است. در این پایان نامه نیز سعی می‌شود تا با اصلاح روش کلیدزنی و ارائه یک روش کنترلی جدید به منظور کاهش تلفات کلیدزنی مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور، ضمن حفظ شکل موج جریان ورودی در حالت سینوسی (هم فاز با ولتاژ ورودی)، عملکرد مدار را بهبود داده و تلفات کلیدزنی را کاهش دهیم.  به منظور پیاده­سازی عملی این مبدل، الگوریتم روش کنترل پیشنهادی با استفاده از یک مدار کنترل ساده و کارا با استفاده از میکروکنترلر AVR  طراحی و معرفی می­شود. در انتها جهت اطمینان از صحت عملکرد مدار، نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی با مقادیر بدست آمده از آزمایشات عملی مقایسه می‌شوند. جهت رسیدن به هدف نهایی که ساخت مبدل اصلاح شده‌ی شپارد- تیلور با روش کلیدزنی جدید بر مبنای روش کنترل هیستزیس می‌باشد، در ابتدا براساس تحقیقاتی که توسط سایر محقیقین در گذشته انجام شده بود، مبدل اصلاح ضریب توان شپارد-تیلور در نرم‌افزارهای متلب و پروتئوس شبیه‌سازی گردید و پس از حصول نتایج قابل قبول، مبدل اصلاح شده در روش کنترل پیشنهادی نیز با این دو نرم‌افزار مورد شبیه‌سازی قرار گرفت. سپس با توجه به نتایج شبیه‌سازی، مدار در ابعاد آزمایشگاهی پیاده‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشات عملی در فصل چهارم آورده شده که به خوبی نشان می‌دهد، مبدل در روش کنترل پیشنهادی دارای عملکرد مطلوب می‌باشد.

    واژه‌های کلیدی: اصلاح ضریب توان، مبدل شپارد- تیلور، کنترل هیسترزیس، میکروکنترلر AVR، پیاده‌سازی و ساخت، کاهش تلفات کلیدزنی.

    1-1-     مقدمه

    الکترونیک قدرت ترکیبی از قدرت، الکترونیک و کنترل است. کنترل به بررسی مشخصه‌های دینامیک و حالت پایدار سیستم‌های با حلقه بسته می‌پردازد. قدرت، وسایل قدرت استاتیک و گردنده را که در تولید، انتقال و توزیع توان الکتریکی بکار‌گرفته می‌شوند را بررسی می‌کند. الکترونیک، مدارها و وسایل پردازشگر یا پردازنده سیگنال‌ها را بررسی می‌کند که برای بدست آوردن هدفهای کنترلی مطلوب مورد استفاده قرار می‌گیرند. الکترونیک قدرت را می‌توان به صورت کاربردهای الکترونیک حالت جامد در کنترل و تبدیل توان الکتریکی نیز تعریف کرد. الکترونیک قدرت بر اساس خاصیت کلیدزنی عناصر نیمه‌هادی قدرت پایه گذاری شده است. با پیشرفت تکنولوژی نیمه‌هادی‌های قدرت، قابلیت کار با توان و سرعت کلیدزنی بالا در ادوات الکترونیک قدرت بطور قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته است. پیشرفت در تکنولوژی میکروکنترلرها[1] تاثیر زیادی در کنترل و ایجاد روش‌های کنترلی برای عناصر نیمه‌هادی قدرت داشته است[1].

    همانطورکه قبلا اشاره شد الکترونیک قدرت بر کلیدزنی المان‌های قدرت استوار است. بکارگیری این المان‌ها معایبی را هم به همراه دارد. غیرخطی بودن این عناصر باعث به وجود آمدن اعوجاج در شکل موج جریان خط می‌شود که خود سبب بوجود آمدن معایب زیادی از جمله کاهش ضریب توان[2]  (P.F)به عنوان یکی از مهمترین اثرها می‌شود. مبدل‌های اصلاح ضریب توان[3] (PFC) ورودی را به حالت سینوسی و هم‌فاز با ولتاژ نزدیک می‌کنند. مشکل اعوجاجات جریان ورودی مدت زیادی است که شناخته شده است. اخیرا توجه به اثرات زیان آور هارمونیک‌ها منجر به ایجاد یک فرمولاسیون راهبردی و همچنین استانداردهایی گردیده است که باعث شده توجه به راههای محدود کردن اعوجاجات جریان بیشتر شود[3].

    به طورکلی PFC، ظرفیت تولید یا جذب توان راکتیو در یک بار متصل به شبکه بدون استفاده از منبع می‌باشد. ضریب توان را می‌توان نسبت توان واقعی[4] به توان ظاهری[5] و به صورت رابطه (‏1‑1) تعریف کرد:

     

    (‏1‑1)

    که در آن توان واقعی مقدار متوسط حاصلضرب ولتاژ لحظه‌ای در جریان لحظه‌ای در یک سیکل می‌باشد و توان ظاهری حاصلضرب مقدار موثر جریان در مقدار موثر ولتاژ می‌باشد. اگر ولتاژ و جریان سینوسی و هم فاز باشند، ضریب توان مقدار واحد و برابر با یک خواهد داشت. در صورتیکه ولتاژ و جریان سینوسی و غیر هم‌فاز باشند ضریب توان کسینوس اختلاف فاز آن‌ها خواهد بود. این تعریف از ضریب توان تنها در مواقعی که ولتاژ و جریان سینوسی باشند معتبر است، به عبارتی تعریف فوق از ضریب توان، تنها تحت شرایطی که بار ترکیبی از عناصر خطی مانند مقاومت، خازن و القاگر باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد، این در حالی است که معمولا در ورودی مبدل‌های اصلاح ضریب توان یک یکسوساز نیم‌موج یا تمام‌‌موج قرار دارد، که همین امر یعنی استفاده از عناصر غیرخطی در این مبدل‌ها باعث می‌شود که نتوانیم از تعریف فوق برای ضریب توان استفاده کنیم.

    1-2-     موضوع پایان‌نامه

    در یک دسته‌بندی کلی می‌توان روش‌های اصلاح ضریب توان را به دو دسته‌ی کلی اصلاح ضریب توان غیرفعال[6] و فعال[7] تقسیم‌بندی نمود. روش‌های اصلاح ضریب توان غیرفعال عموما به کنترل توان راکتیو جذب شده از منبع می‌پردازند. در روش اصلاح ضریب توان غیرفعال، برای از بین بردن اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان کشیده شده از منبع، یک خازن با ظرفیت مناسب را با بار موازی می‌کنند تا جریان و ولتاژ ورودی باهم هم‌فاز شوند.  در روش اصلاح ضریب توان فعال که در مبدل‌های اصلاح ضریب توان الکترونیک قدرت و منابع تغذیه سوییچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد، با کنترل شکل موج جریان ورودی، اصلاح ضریب توان انجام می‌شود. در روش اصلاح ضریب توان فعال پالس اعمالی به کلید‌های مبدل طوری خواهد بود که جریان ورودی سینوسی و هم‌فاز با ولتاژ منبع باشد.

    در این پایان نامه، در فصل 2 مروری بر تعاریف ارائه شده برای ضریب توان و همچنین روش‌های اصلاح ضریب توان خواهیم داشت، سپس در ادامه عملکرد مداری مبدل‌های DC که در مبدل‌های اصلاح ضریب توان مورد استفاده قرار می‌گیرند بررسی خواهند شد و در نهایت روش‌های کنترلی این مبدل‌‌ها با هم مقایسه می‌شوند و چگونگی عملکرد یکی از روش‌های کنترلی به طور کامل شرح داده خواهد شد. در فصل 3 مروری بر چگونگی عملکرد مبدل شپارد- تیلور[8] خواهیم داشت، سپس در ادامه فصل 3 به طور خلاصه به بررسی مقالاتی که در این زمینه منتشر شده‌اند خواهیم پرداخت. در انتها چگونگی عملکرد روش جدید کلیدزنی پیشنهادی شرح داده خواهد شد. در فصل 4 نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده و نتایج آزمایشات عملی با استفاده از روش کلیدزنی پیشنهادی، ارائه خواهند شد. 

    در این پایان‌نامه در ابتدا عملکرد مبدل شپارد- تیلور بعنوان یکی از انواع جدید مبدل‌های اصلاح ضریب توان مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس با تغییر در ساختار این مدار، یک روش جدید کلیدزنی بر‌مبنای روش کنترل هیسترزیس جهت کاهش تلفات مدار مذکور ارائه گردیده است. در روش پیشنهادی تلفات کلیدزنی مبدل، نسبت به روش کلیدزنی مرسوم کاهش یافته است. جهت رسیدن به هدف نهایی که ساخت مبدل اصلاح شده‌ی شپارد- تیلور با روش کلیدزنی جدید بر مبنای روش کنترل هیستزیس می‌باشد، در ابتدا براساس تحقیقاتی که توسط سایر محقیقین در کذشته انجام شده بود، مبدل اصلاح ضریب توان شپارد-تیلور در نرم‌افزارهای متلب و پروتئوس شبیه‌سازی گردید و پس از حصول نتایج قابل قبول مبدل اصلاح شده در روش کنترل پیشنهادی نیز با این دو نرم افزار مورد شبیه‌سازی قرار گرفت. سپس با توجه به نتایج شبیه‌سازی مدار در بعد آزمایشگاهی پیاده‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشات عملی در فصل چهارم آورده شده که به خوبی نشان می‌دهد، مبدل در روش کنترل پیشنهادی دارای عملکرد مطلوب می‌باشد.

     

    1-3-     نوآوری پژوهش

    امروزه با گسترش مصرف­کننده­های DC و بارهای غیرخطی متصل به شبکه، طراحی و ساخت مدارات اصلاح ضریب توان با استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت، اهمیت ویژه‌ای یافته است. با پیشرفت تکنولوژی، مدارات مجتمع در این عرصه به کمک آمده‌اند، باتوجه به پیچیدگی و عملکرد غیرخطی این نوع مبدل‌ها و نیاز به کنترل لحظه‌ای جریان ورودی و ولتاژ خروجی در آنها استفاده از مدارات مجتمع و پردازشگرهای الکترونیکی امری اجتناب‌ناپذیر است.  مبدل شپارد- تیلور یکی از انواع جدید مبدل­های اصلاح ضریب توان می­باشد که بدلیل عملکرد مطلوب آن در این حوزه، در سالیان اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. روش­های کنترل متعددی جهت کنترل پالس کلیدزنی و اصلاح ضریب توان برای مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور ارائه شده است. در این پایان نامه سعی خواهد شد تا با اصلاح روش کلیدزنی مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور، ضمن حفظ شکل موج جریان ورودی در حالت سینوسی (هم فاز با ولتاژ ورودی)، عملکرد مدار را بهبود داده و تلفات کلیدزنی را کاهش دهیم.  

    1-4-     هدف از انجام پژوهش

    استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت باعث به وجود آمدن اعوجاج در جریان خط می‌شود. اخیرا توجه زیادی معطوف به بهبود عملکرد مبدل‌ها، کاهش تلفات کلیدزنی و روش‌های کنترلی اعمال شده به آن‌ها شده است. باتوجه به افزایش بارهایی که برای عملکرد موثر خود در شبکه به ولتاژ و جریان مستقیم نیاز دارند، صرفنظر کردن از کوچکترین اعوجاجات جریان، در سمت شبکه باعث ایجاد اعوجاجات زیادی در جریان شبکه خواهد شد. بهبود ضریب توان و کاهش هارمونیک­ها و تلفات کلیدزنی حتی در مقیاس کوچک می­تواند موثر واقع شود. باتوجه به افزایش روز افزون بارهای DC در شبکه، استفاده از مبدل­های الکترونیک قدرت امری اجتناب ناپذیر است. همانطورکه قبلا اشاره شد، بکار گیری این مبدل‌ها معایبی را هم به همراه دارد. غیر خطی بودن باعث به وجود آمدن اعوجاج در شکل موج جریان خط می‌شود که خود سبب بوجود آمدن معایب زیادی از جمله کاهش ضریب توان به عنوان یکی از مهمترین اثرها می­شود. انتخاب توپولوژی و روش کنترلی مناسب با‌توجه به کاربرد و مد عملکرد مبدل جهت بهبود کیفیت و ضریب توان و کاهش تلفات کلیدزنی مهم خواهد بود.

     

     

    1-5-     مقدمه

    دستیابی به حداکثر توان در دسترس از منبع تنها در صورتی ممکن است که شکل موج ولتاژ ورودی و جریان ورودی هم فاز باشند. با استفاده از مبدل‌های اصلاح ضریب توان، پالس کلیدزنی این مبدل‌ها طوری اعمال می‌شود که هم فاز و هم شکل بودن جریان ورودی با ولتاژ ورودی تضمین شود. در واقع مبدل‌های اصلاح ضریب توان طوری رفتار می‌کنند که از ورودی آنها یک مقاومت خالص دیده می‌شود به طوریکه توان راکتیو جذب شده از منبع تقریبا صفر باشد.

    در این فصل ابتدا در بخش (‏2-2-) ضریب توان و تعاریف آن معرفی می‌شوند. سپس در بخش سوم رابطه‌‌ی بین ضریب توان و کاهش هارمونیک‌ها به طور مختصر بررسی می‌شود. در بخش چهارم روش‌های اصلاح ضریب توان معرفی می‌شوند. در بخش پنجم مبدل‌های معمول DC که از آن‌ها در مبدل‌های اصلاح ضریب توان استفاده می‌شود معرفی می‌شوند، سپس عملکرد مداری این مبدل‌ها به صورت مختصر شرح داده می‌شود. در انتها در بخش (‏2-7-) روش‌های کنترلی که برای کنترل مبدل‌های اصلاح ضریب توان مورد استفاده قرار می‌گیرد معرفی می‌شوند و روش کنترلی هیسترزیس در انتهای این بخش شرح داده خواهد شد.

    1-6-     ضریب توان

    همانطورکه قبلا اشاره کردیم ضریب توان را می‌توان نسبت توان واقعی به توان ظاهری تعریف کرد. که در آن توان واقعی مقدار متوسط حاصلضرب ولتاژ لحظه‌ای در جریان لحظه‌ای در یک سیکل می‌باشد و توان ظاهری حاصلضرب مقدار موثر جریان در مقدار موثر ولتاژ می‌باشد. اگر ولتاژ و جریان سینوسی و هم فاز باشند، ضریب توان مقدار واحد و برابر با یک خواهد داشت. در صورتیکه ولتاژ و جریان سینوسی و غیر هم‌فاز باشند ضریب توان کسینوس اختلاف فاز آن‌ها خواهد بود. تعریف فوق از ضریب توان تنها در مواقعی که ولتاژ و جریان سینوسی باشند معتبر است، به عبارتی تعریف فوق از ضریب توان، تنها تحت شرایطی که بار ترکیبی از عناصر خطی مانند مقاومت، خازن و القاگر باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد، این در حالی است که معمولا در ورودی مبدل‌های اصلاح ضریب توان یک یکسوساز نیم‌موج یا تمام‌‌موج قرار دارد، که همین امر یعنی استفاده از عناصر غیرخطی در این مبدل‌ها باعث می‌شود که نتوانیم از تعریف فوق برای ضریب توان استفاده کنیم. برای روشن تر شدن موضوع شکل ‏2‑1 ولتاژ و جریان ورودی یک مبدل را بدون اصلاح ضریب توان را نشان می‌دهد. باتوجه به شکل ‏2‑1 می‌بینیم که ولتاژ و جریان کاملا هم فاز هستند، حال اگر بخواهیم ضریب توان را به صورت کسینوس اختلاف فاز ولتاژ و جریان تعریف کنیم دچار اشتباه شده‌ایم، زیرا در این صورت ضریب توان برابر یک خواهد شد [4].

    شکل ‏2‑1 ولتاژ و جریان ورودی یک مبدل بدون اصلاح ضریب توان [4]

    رابطه‌ی کلی بین توان ظاهری و توان واقعی در زیر داده شده است:

     (‏2‑1)

    که در آن Pin توان ورودی Vin(rms) و Iin(rms) به ترتیب مقدار موثر ولتاژ ورودی و مقدار موثر جریان ورودی می‌باشند، همچنین cos  ضریب جابجایی[9] است که درواقع همان اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ می‌باشد و  cos θ ضریب اعوجاج[10] است.

    1-7-     ضریب توان و کاهش هارمونیک‌ها

    تقریبا واضح است که ضریب توان و هارمونیک‌ها با هم رابطه‌ای تنگاتنگ و معکوس دارند، یعنی اینکه هرچه هارمونیک‌ها کاهش یابند، ضریب توان بهبود می‌یابد. به طور کلی کاهش هرکدام از هارمونیک‌ها باعث کاهش آلودگی[11] جریان ورودی می‌شود. فرآیند شکل‌دهی جریان ورودی که آن را با عنوان اصلاح ضریب توان می‌شناسیم، با هارمونیک‌های موجود در شکل موج جریان ورودی باهم رابطه‌ای نزدیک دارند. روابط (‏2‑2) و (‏2‑3) به خوبی ارتباط بین ضریب توان و اعوجاج هارمونیکی کل[12] (THD) را نشان می‌دهند:

    (‏2‑2)

    (‏2‑3)

    که در آن ضریب جابجایی مقداری نزدیک به واحد دارد و THD اعوجاج هارمونیکی کل است.

    1-8-     روش‌های اصلاح ضریب توان

    در یک دسته‌بندی کلی می‌توان روش‌های اصلاح ضریب توان را به دو دسته‌ی کلی اصلاح ضریب توان غیرفعال و فعال تقسیم‌بندی نمود. روش‌های اصلاح ضریب توان غیرفعال عموما به کنترل توان راکتیو جذب شده از منبع می‌پردازند. جهت روشن تر شدن موضوع فرض کنید که بار متصل به یک شبکه سلفی باشد، در این صورت همواره ولتاژ و جریان با یکدیگر اختلاف فاز خواهند داشت. برای از بین بردن این اختلاف فاز یک خازن با ظرفیت مناسب را با بار موازی می‌کنند تا جریان و ولتاژ ورودی باهم هم‌فاز شوند. با استفاده از این روش می‌توان ضریب توان را بهبود بخشید. در روش اصلاح ضریب توان فعال که در مبدل‌های اصلاح ضریب توان الکترونیک قدرت و منابع تغذیه سوییچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد، با کنترل شکل موج جریان ورودی، اصلاح ضریب توان انجام می‌شود. در روش اصلاح ضریب توان فعال پالس اعمالی به کلید‌های مبدل طوری خواهد بود که جریان ورودی سینوسی و هم‌فاز با ولتاژ منبع باشد. شکل ‏2‑2، شکل موج‌های جریان ورودی یک منبع تغذیه را در حالت‌های مختلف (بدون اصلاح ضریب توان، اصلاح ضریب توان غیرفعال و اصلاح ضریب توان فعال) نشان می‌دهد.

    شکل ‏2‑2 شکل موج‌های جریان ورودی یک مبدل(1- بدون اصلاح ضریب توان،2-اصلاح ضریب توان غیرفعال، 3- اصلاح ضریب توان فعال، 4- ولتاژ ورودی) [4]

    در این پایان‌نامه تحقیق و پژوهش حول موضوع مبدل‌های AC/DC یک طبقه با خاصیت اصلاح ضریب توان و روش‌های کنترلی آنان جهت رسیدن به ضریب توان نزدیک به یک می‌گردد. شکل ‏2‑3 اصول عملکرد یک مبدل اصلاح ضریب توان را نشان می‌دهد. همانطورکه در شکل مشخص است، یک واحد کنترل پالس مورد نیاز جهت کلیدزنی مبدل را بر اساس نمونه ولتاژ AC ورودی، نمونه جریان ورودی و نمونه ولتاژ خروجی، طوری تامین می‌کند که ضریب توانی نزدیک به واحد داشته باشیم.

    شکل ‏2‑3 مبدل AC/DC اصلاح ضریب توان با واحد کنترل

    در واقع مبدل‌های الکترونیک قدرتی که در اینجا مورد استفاده قرار می‌گیرند،  مبدل‌های DC/DC هستند. حال اگر پل دیودی که در شکل ‏2‑3 وجود دارد را نیز بخشی از مبدل DC/DC به حساب آوریم، می‌توان مبدل را یک مبدل AC/DC یک طبقه نامید. در بسیاری از کاربردهای صنعتی لازم است که منبع ولتاژ DC ثابت به منبع DC متغیر تبدیل شود. مبدل DC/DC عمل تبدیل مستقیم DC به DC را انجام می‌دهد و به همین دلیل به مبدل DC معروف است. مبدل را می‌توان معادل DC، ترانسفورمر[13] AC با نسبت دور متغیر  پیوسته در نظر گرفت.این مبدل مشابه ترانسفورمر برای افزایش یا کاهش ولتاژ منبع نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

    1-9-     مبدل‌های DC

    دامنه کاربرد مبدل‌های DC بسیار گسترده است و در کنترل موتورهای محرک اتومبیل‌های الکترونیکی، واگن‌های کوچک داخل معادن ، جرثقیل‌ها و بالا برهای داخل آب، کامیون‌های بالابر و خطوط حمل ونقل داخل معادن بکار می‌رود. این قطعه دارای کنترل نرم شتاب، راندمان بالا و پاسخ دینامیکی سریع است. مبدل‌های DC در ترمز استردادی موتورهای DC برای باز گرداندن انرژی به منبع نیز بکار میروند و این ویژگی باعث صرفه جویی درانرژی سیستم‌های محرکه با توقفهای مکرر می‌شود. مبدل‌های DC در تنظیم کننده‌های ولتاژ DC و برای تولید منبع جریان DC بخصوص برای معکوس کننده منبع جریان[14] نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. مبدل‌های DC برحسب جهت جریان و ولتاژ به پنج نوع تقسیم می‌شوند:

    مبدل ربع اول: در مبدل ربع اول، جریان بار از سر بار وارد می‌شود. هر دو ولتاژ و جریان بار مثبت هستند. این مبدل یک ربعی است و مانند یکسوکننده عمل می‌کند.

    مبدل ربع دوم: در مبدل ربع دوم، جریان بار از سر بار خارج می‌شود. ولتاژ بار مثبت ولی جریان بار منفی است. این مبدل نیز یک ربعی است ولی در ربع دوم کار می‌کند و مانند معکوس کننده است.

    مبدل ربع اول ودوم: در مبدل ربع اول و دوم، جریان بار یا مثبت یا منفی است ولتاژ بار همیشه مثبت است. این مبدل به مبدل دو ربعی معروف است. مبدل‌های ربع اول و ربع دوم را میتوان برای ساخت این نوع مبدل ترکیب کرد.

    مبدل ربع سوم و چهارم: در مبدل ربع سوم و چهارم، ولتاژ بار همیشه منفی است. جریان بار مثبت یا منفی است.

    مبدل ربع چهارم: در مبدل ربع چهارم، جریان بار مثبت یا منفی است. ولتاژ بار مثبت یا منفی است. با ترکیب یک مبدل ربع اول ودوم و مبدل ربع سوم و چهارم می‌توان یک مبدل ربع چهارم ساخت[1].

    اساس طرز کار مبدل‌های DC را می‌توان از روی شکل ‏2‑4‑ الف توضیح داد هنگامی‌که کلید S بسته می‌شود ولتاژ ورودی Vs  دو سر بار می‌افتد. اگر کلید قطع بماند ولتاژ دو سر بار برابر صفر خواهد بود. شکل موج ولتاژ خروجی نیز در شکل ‏2‑4‑ ب نشان داده شده است. کلید مبدل را می‌توان با استفاده از BJT قدرت،MOSFET  قدرت،GTO  یا  تریستور با کموتاسیون اجباری پیاده‌سازی کرد[1].

    شکل ‏2‑4 (الف) اساس طرز کار مبدل ,DC/DC (ب) شکل موج ولتاژ خروجی [1]

    جهت کلیدزنی مبدل به یک پالس با دامنه مناسب نیاز است که عموما این پالس را می‌توان به دو صورت زیر جهت عملکرد مناسب سوئیچ به آن اعمال کرد.

    پالس با فرکانس ثابت: فرکانس کلید‌زنی مبدل ثابت نگه‌داشته می‌شود و تنها زمان روشن بودن تغییر داده می‌شود. پهنای پالس در این روش تغییر می‌کند و این نوع کنترل، کنترل مدولاسیون پهنای پالس[15] PWM)) نام دارد.

    پالس با فرکانس متغیر: فرکانس کلیدزنی مبدل متغیر است. یا زمان روشن بودن یا زمان خاموش بودن ثابت نگه‌داشته می‌شود. این روش مدولاسیون  فرکانس نام دارد. فرکانس باید در محدوده‌ی وسیعی  تغییر کند تا رنج کاملی از ولتاژ خروجی را داشته باشیم. در این نوع کنترل هارمونیک‌هایی بافرکانس‌های غیر قابل پیش‌بینی تولید خواهند شد و طراحی فیلتر آن دشوار است[1].

    مبدل‌های DC  را می‌توان جهت تبدیل یک ولتاژDC  معمولا تثبیت نشده به یک ولتاژ خروجیDC  تثبیت شده بکار گرفت. تثبیت کردن معمولا از طریق روش مدولاسیون پهنای پالس در یک فرکانس ثابت انجام می‌گیرد. بطور معمول چهار توپولوژی[16] پایه برای این نوع مبدل‌ها وجود دارد:

    توپولوژی باک[17]

    توپولوژی بوست[18]

    توپولوژی باک-بوست[19]

    توپولوژی کیوک[20] [1] .

    1-9-1-            توپولوژی باک

    در یک مبدل باک مقدار متوسط ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی است. مدار یک مبدل باک که از یک سوئیچ قدرت استفاده می‌کند در شکل ‏2‑5 نشان داده شده است. طرز کار مدار را می‌توان به دو حالت تقسیم کرد :

     

    [1] Microcontrollers

    [2] Power factor

    [3] Power factor correction

    [4] Real power

    [5] Apparent power

    [6] Passive

    [7] Active

    [8] Sheppard-Taylor

    [9] Displacement factor

    [10] Distortion factor

    [11] Pollution

    [12] Total harmonic distortion

    [13]  Transformer

    [14]  Current Source Inverter

    [15]  Pulse width modulation

    [16] Topology

    [17] Buck

    [18]  Boost

    [19] Buck-Boost

    [20] Cuk

    Today, due to the propagation of DC consumers and nonlinear loads connected to the network, designing and constructing circuits for power factor correction by using power electronic converters, has a special importance. As the technology advances, integrated circuits appeare to help in this area. Due to the complexity and non-linearity performance of these converters and the need to control the input current and the output voltage in them, using integrated circuits and electronic processors is inevitable.

    Sheppard–Taylor converter is one of the new power factor correction converters, which draw the attention of researchers in recent years due to it’s optimum performance in this area. Different control methods are presented to control the switching pulse and power factor correction for Shepard-Taylor power factor correction converter. In this thesis, I will try to modify switching method and present a new control method to reduce the switching losses of the Sheppard-Taylor power factor correction converter, while maintaining the waveform of input current in sinusoidal mode (same  phase with the input voltage) and also I will try to improve the circuit performance and reduce switching losses. For practical implementation of this converter, the algorithm proposed control method uses a simple and efficient control circuit using AVR microcontroller design is introduced. Finally, to ensure the accuracy of the circuit performance, the results of simulation are compared with the results obtained from practical experiments.

    Key Word: Power factor correction, Sheppard-Taylor converter, Hysteresis control, AVR Microcontroller, Practical implementation, Reduce the switching losses

  • فهرست:

    1-.......... مقدمه و کلیات تحقیق.. 2

    1-1- مقدمه. 2

    1-2- موضوع پایان‌نامه. 3

    1-3- نوآوری پژوهش.... 4

    1-4- هدف از انجام پژوهش.... 5

    2-.......... مقدمه‌ای بر اصلاح ضریب توان. 7

    2-1- مقدمه. 7

    2-2- ضریب توان.. 7

    2-3- ضریب توان و کاهش هارمونیک‌ها 8

    2-4- روش‌های اصلاح ضریب توان.. 9

    2-5- مبدل‌های DC.. 10

    2-5-1  توپولوژی باک... 12

    2-5-2  توپولوژی بوست... 13

    2-5-3  توپولوژی باک-بوست... 14

    2-5-4  توپولوژی کیوک... 15

    2-6- توپولوژی شپارد- تیلور 16

    2-7- روش‌های کنترلی مبدل‌های اصلاح ضریب توان.. 16

    2-7-1  روش‌ کنترل هیسترزیس.... 18

    2-8- مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 20

    2-8-1  مبدل ایزوله شده‌ی اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 21

    2-8-2  مدلسازی و کنترل مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 23

    2-9- مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور ارتقاء یافته. 26

    2-10-.......................................... مبدل بوست جدید بر اساس توپولوژی شپارد- تیلور 27

    2-11-.................. اصلاح روش کلید زنی بر اساس کنترل هیسترزیس برای مبدل شپارد- تیلور 28

    2-12-.................................................................................. جمع بندی.. 31

    3-.......... مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور. 33

    3-1- مقدمه. 33

    3-2- تحلیل مداری مبدل DC شپارد- تیلور 33

    3-3- ساختار ساده شده‌ی مبدل شپارد- تیلور 38

    3-4- روش کنترل پیشنهادی برای مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 38

    3-4-1- تحلیل مداری مبدل شپارد- تیلور در روش کنترلی پیشنهادی.. 39

    3-5- جمع بندی.. 41

    4-.......... نتایج شبیه‌سازی و آزمایشات عملی.. 43

    4-1- مقدمه. 43

    4-2- نتایج شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار متلب... 44

    4-3- نتایج شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار پروتئوس.... 50

    4-4- نتایج آزمایشات  عملی.. 53

    4-5- جمع بندی.. 60

    5-.......... نتیجه‌گیری و پیشنهادها 62

    5-1- نتیجه‌گیری.. 62

    5-2- پیشنهادها 62

    پیوست 1...............................................................................................................................................64

    ملاحظات پیاده‌سازی و ساخت... 64

    پیوست 2...............................................................................................................................................66

    اطلاعات آی‌سی‌ سنسور جریان مورد استفاده در ساخت... 66

    اطلاعات ماسفت مورد استفاده در ساخت... 69

    اطلاعات آی‌سی درایو ماسفت مورد استفاده در ساخت... 70

    مراجع...................................................................................................................................................74

    76........................................................................................................................................... Abstrac

    منبع:

    [1]   محمد رشید/ الکترونیک قدرت: مدارها ،عناصر و کاربردها/ تهران: نورپردازان/ مترجمان ابراهیم افجه‌ای، مجید مهاجر.

    [2]   جرج سی.کریسیس/ منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا، تئوری و طراحی/انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن/1388/ مترجمان حسن مرادی چشمه بیگی، سید فرزام حبیب تبار.

    N. Mohan/ Power Electronics And Drives/ MNPERE/ Minneapolis, 2003.

    ON semiconductor/ power factor correction (PFC) handbook/ ON semiconductor/ HBD853/ D/ Rev.4, Feb-2011/ pages 9-18

    F. L. Luo, H. Ye,M. Rashid/ Digital power electronics and applications. s.l. : Elsevier (USA)/ 2005.

     L. Rossetto, G. Spiazzi, and P. Tenti/ Control techniques for power factor correction converters/ in Proc. Power Electronics/ Motion Control (PEMC)/ September 1994/ pp. 1310–1318.

    D.I. Sheppard and B.E. Taylor/ A New Converter Topology Imparts Non-pulsating Currents to Input and Output Lines/ Proc. PCI/MOTOR-CON/ pp. 60-73/ 1983.

    C. K. Tse and M. H. L. Chow, "Single Stage High Power Factor Converter Using the Sheppard-Taylor Topology", 27th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1996. PESC '96 Record, 23- 27 June 1996 Page(s): 1191 -1197 vol.2.

    C. K. Tse and M. H. L. Chow, "New single-stage PFC regulator using the Sheppard-Taylor topology, " IEEETrans. Power Electronics,vol.13,Nc 5,Sept 1998,pp.842-851.

    L.Zhao, B.Zhang, H.Ma, X.Liu “Research and Experiment of Sheppard-Taylor Topology” Industrial Electronics Society, IECON 2005. 31st Annual Conference of IEEE, 2005.

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad,: ‘Modeling and control of a single-phase Sheppard–Taylor based power factor corrector’. IEEE Int. Conf. on Industrial Technology (ICIT), 2006, pp. 2785–2790.

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad,: ‘Small-signal averaged model and carrier-based linear control of a Sheppard–Taylor PFC’. IEEE Int. Symp. on Industrial Electronics (ISIE), 2007, pp. 527–532

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad,: ‘Averaged model based control of a Sheppard–Taylor PFC with nonlinearity compensation’. Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering (CCECE), 2007, pp. 1006–1009

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad,: ‘Comparative study of two  average-model-based PWM control schemes for a Sheppard Taylor PFC’. IEEE Power Electronics Specialists Conf. (PESC), 2007, pp. 2893–2898.

    M. Rezanejad, M. Dargahi, S. Lesan, A. R. Noee, M. Karami, M. Joshani,: ‘Study and control of Sheppard–Taylor DC–DC converter’. IEEE Second Int. Power and Energy Conf. (PECon), 2008, pp. 219–223.

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad,: ‘A new single-phase power factor corrector based on the sepic and Sheppard–Taylor topologies’. Proc. 29th Int. Telecommunications Energy Conf. (INTELEC), 2007, pp. 840–847.

    M. R. Abedi, F. Tahami,: ‘Analysis and design of predictive control strategy for Sheppard–Taylor based PFC rectifier’. IEEE Int. Symp. on Industrial Electronics (ISIE), 2008, pp. 397–402

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad.: ‘Small-signal averaged model and carrier-based linear control of a new Sheppard–Taylor-based PFC’. Proc. 34th Annual Conf. of IEEE Industrial Electronics (IECON), 2008, pp. 953–958

    H. Y. Kanaan, A. Hayek, K. Al-Haddad, I. Mougharbel,: ‘Design, study, modelling and control of a new single-phase high power factor rectifier based on the single-ended primary inductance converter and the Sheppard–Taylor topology’, IET Trans. Power Electron., 2009, 2, pp. 163–177

    M. R. Abedi, F. Tahami, A.A. Sahari.: ‘A predictive control strategy for the Sheppard–Taylor based PFC rectifier’. IEEE Second Int. Power and Energy Conf. (PECon), 2008, pp. 1156–1160

    M. Rezanezhad, M. Dargahi, S. Lesan, A.R. Noee.: ‘Sliding mode control of modified Sheppard–Taylor PFC converter’. IEEE Int.  Multitopic Conf. (INMIC), 2008, pp. 38–41

    C. Chiang Hua, H. Chin Chiang, C. Wei Chuang.: ‘New boost converter based on Sheppard–Taylor topology’. IET Power Electron., 2014, Vol. 7, Iss. 1, pp. 167–176

    M. Rezanejad, M. Dargahi, S. Lesan, A. R. Noee, M. Karami,: ‘New switching method for Sheppard–Taylor PFC converter’. IEEE Second Int. Power and Energy Conf. (PECon), 2008, pp. 793–796.


موضوع پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, نمونه پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, جستجوی پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, فایل Word پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, دانلود پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, فایل PDF پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, تحقیق در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, مقاله در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, پروژه در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, پروپوزال در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, تز دکترا در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, پروژه درباره پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, گزارش سمینار در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور, رساله دکترا در مورد پایان نامه ارائه روش جدید کلید زنی در مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور

پایان‌نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی برق (قدرت) چکیده فارسی: امروزه با گسترش مصرف­کننده­ های DC و بارهای غیرخطی متصل به شبکه، طراحی و ساخت مدارات اصلاح ضریب توان با استفاده از مبدل­های الکترونیک قدرت، اهمیت ویژه‌ای یافته است. با پیشرفت تکنولوژی، مدارات مجتمع در این عرصه به کمک آمده‌اند. با توجه به پیچیدگی و عملکرد غیر خطی این مبدل‌ها و نیاز به کنترل لحظه­ای جریان ورودی و ...

پایان ‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته برق گرایش قدرت چکیده خطوط انتقالی که توسط رله‌های دیستانس حفاظت می‌شوند، دارای محدودیت‌هایی در حضور جبران‌سازی سری هستند. هنگامی‌که حلقه‌ی خطا شامل خازن سری است، امپدانس دیده شده به وسیله‌ی رله‌ی دیستانس، کاهش می‌یابد. سطح جبران‌سازی در هر لحظه، به تعداد خازن‌های متصل در آن زمان بستگی دارد. بنابراین برای عملکرد صحیح رله‌ی ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc)) گرایش برق - قدرت چکیده ولتاژ و جریان های حالت مشترک به دلیل ایجاد ظرفیت خازنی پارازیتی بین سلول های خورشیدی و قاب آن ها که معمولاً زمین شده است، ایجاد می شوند. این ظرفیت ها معمولاً به صورت خازن هایی بین سرمنفی سلول خورشیدی با زمین مدل سازی می شوند. در سلول های خورشیدی که به واسطه ترانس به شبکه متصل می شوند، ایزولاسیون الکتریکی سیم ...

پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته: مهندسی برق - گرایش قدرت چکیده امروزه با وجود کاربرد وسیع بارهای حساس نظیر، ادوات الکترونیک قدرت، کامپیوترها و بارهای غیرخطی در شبکه‌های توزیع، مسئله کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. اکثر این بارها به تغییرات ولتاژ، نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ، حساس بوده و جهت عملکرد مناسب به منبع ولتاژ سینوسی نیاز دارند. بنابراین استفاده از بهسازهای ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق گرایش قدرت چکیده: استفاده از انرژی های تجدید پذیر جهت تولید انرژی الکتریکی، به طور فزاینده ای افزایش یافته است با گسترش استفاده از سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (FACTS)، جهت جبران کیفیت های توان و ولتاژ، محدوده استفاده از این انرژی ها را افزایش داده است استفاده از انواع توربین های بادی جهت تولید انرژی برق، ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد(. M.Sc) رشته مهندسی برق-قدرت چکیده در این پایان نامه طراحی کنترل کننده مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت و مقایسه آن با روشهای کنترل خطی مورد بررسی قرار گرفته­است. هدف اصلی تحقیق و توسعه در این زمینه، همواره یافتن مناسب­ترین روش کنترل به منظور پیاده­سازی کنترل حلقه بسته بر روی توپولوژی­های مختلف برشگر های الکترونیک قدرت می­باشد. به عبارت ...

پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد گرایش قدرت چکیده کنترل تولیدات پراکنده و برنامه­ریزی آنها یکی از مسائل مهم بهره­برداری سیستم­های قدرت است. هدف از این مسأله حداقل کردن هزینه بهره­برداری و آلودگی و تامین بار با رعایت قیود بهره­برداری می­باشد. افزایش تمایل به استفاده از منابع تجدید­پذیر و حرکت به سمت شبکه هوشمند باعث شده است که مسأله کنترل تولیدات پراکنده در بازار خرده فروشی با رویکردهای ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش قدرت چکیده روش کنترل مد لغزشی یکی از مهمترین روشهای کنترل غیرخطی می‌باشد که از مشخصه‌های بارز آن عدم حساسیت به تغییر پارامترها و دفع کامل اغتشاش و مقابله با عدم قطعیت است. این کنترل‌کننده ابتدا سیستم را از حالت اولیه با استفاده از قانون رسیدن به سطح تعریف شده لغزش که از پایداری مجانبی لیاپانوف برخوردار است، رسانده و سپس با استفاده ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق- قدرت چکیده آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی در سال های اخیر نفوذ بالای منابع انرژی تجدید پذیر و مشخصا انرژی باد در شبکه های قدرت مسائل جدیدی را به وجود آورده است. یکی از مهمترین این مسائل، عدم قطعیت در توان تولیدی توسط توربین های بادی است. عدم قطعیت ایجاد شده توسط انرژی باد در ریزشبکه ها که ...

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی‌‌ارشد در رشته مهندسی برق گرایش قدرت چکیده محدودیت منابع سوختی فسیلی و احتمال اتمام ذخایر انرژی فسیلی، گرمایش زمین، آلودگی‌های زیست محیطی، بی‌ثباتی قیمت و همچنین نیاز روز افزون مراکز صنعتی و شهری به انرژی، مجامع بین الملل را به فکر جایگزین‌های مناسب انداخته است. انرژی هسته‌ای، خورشیدی، زمین گرمایی، بادی و امواج اقیانوسی از این قبیل می‌باشند. ...

ثبت سفارش