ارائه یک مبدل الکترونیک قدرت AC/AC سه‌فاز به سه‌فاز جدید با استفاده از شش کلید IGBT
الموضوعات :
مجتبی حیدری
1
(دانشگاه صنعتی قم)
علی یزدیان ورجانی
2
(دانشگاه تربیت مدرس)
الکلمات المفتاحية: سیستم ac/ac سه‌فاز به سه‌فاز مبدل کلید کاهش‌یافته, هینه‌کردن ظرفیت خازن‌های خط dc کاهش ضربان ولتاژ خط dc مبدل 4B,
ملخص المقالة :
اخیراً استفاده از مبدلهای کلید کاهش‌یافته در سیستم‌های الکترونیک قدرت به خاطر مزایای متعدد آنها شامل قیمت پایین‌تر، وزن و حجم کمتر و همچنین قابلیت اطمینان بالاتر، روند رو به رشدی داشته است. در این مقاله یک ساختار کلید کاهش‌یافته جدید به عنوان یک مبدل ac/ac سه‌فاز به سه‌فاز پیشنهاد می‌شود. این مبدل تنها از شش کلید فعال و شش دیود استفاده می‌کند و در میان تمام مبدلهای ac/ac سه‌فاز به سه‌فاز که پیش از این در مقاله‌ها ارائه شده است دارای کمترین تعداد کلید‌های فعال می‌باشد. از مشخصه‌های این مبدل می‌توان به ورودی و خروجی سینوسی، ضریب توان واحد و THD پایین جریان شبکه اشاره کرد. کاهش تعداد کلیدها در سیستم پیشنهادی علاوه بر کاهش تعداد مدارهای راه‌انداز و سیستم خنک‌کنندگی کلیدها، باعث کاهش قیمت تمام‌شده به خصوص در کاربردهای با ولتاژ و توان متوسط و پایین می‌شود. در این مقاله طرح مدولاسیون مبدل پیشنهادی و روش‌های کنترل بخش‌های یکسوساز و اینورتر آن ارائه می‌شود. علاوه بر این، تحلیل تعیین ظرفیت بهینه خازن‌های dc به منظور کاهش ضربان ولتاژ خط dc، متعادل‌شدن جریان شبکه و کاهش THD آن انجام گرفته است. نتایج شبیه‌سازی و نتایج آزمایشگاهی صحت عملکرد ساختار پیشنهادی را در حالت ماندگار و گذرا تأیید می‌کند.
[1] I. Takahashi and Y. Itoh, "Electrolytic capacitor-less PWM inverter," in Proc. of the IPEC'90, pp. 131-138, Tokyo, Japan, Apr. 1990.
[2] K. Kuusela, M. Salo, and H. Tuusa, "A current source PWM converter fed permanent magnet synchronous motor drive with adjustable DC-link current," in Proc. of the NORPIE'2000, pp. 54-58, Aalborg, Denmark,Jun. 2000.
[3] M. H. Bierhoff and F. W. Fuchs, "Pulse width modulation for current source converters - a detailed concept," in Proc. of the 32nd IEEE IECON'06, 6 pp, Paris, France, Nov. 2006.
[4] J. W. Kolar, F. Schafmeister, S. D. Round, and H. Ertl, "Novel three-phase AC/AC sparse matrix converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 22, no. 5, pp. 1649-1661, Sept. 2007.
[5] R. Cardenas, R. Pena, P. Wheeler, J. Clare, and G. Asher, "Control of the reactive power supplied by a WECS based on an induction generator fed by a matrix converter," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 56, no. 2, pp. 429-438, Feb. 2009.
[6] X. Liu, P. Wang, P. C. Loh, and F. Blaabjerg, "A three-phase dual-input matrix converter for grid integration of two ac type energy resources," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 60, no. 1, pp. 20-30, Jan. 2013.
[7] M. Su, H. Wang, Y. Sun, J. Yang, W. Xiong, and Y. Liu, "AC/DC matrix converter with an optimized modulation strategy for V2G applications," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 28, no. 12, pp. 5736-5745, Dec. 2013.
[8] T. D. Nguyen and H. L. Lee, "Dual three-phase indirect matrix converter with carrier-based PWM method," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 2, pp. 569-581, Feb. 2014.
[9] F. Gao, L. Zhang, D. Li, P. C. Loh, Y. Tang, and H. Gao, "Optimal pulse width modulation of nine-switch converter," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 25, no. 9, pp. 2331-2343, Sept. 2010.
[10] G. T. Kim and T. A. Lipo, "VSI-PWM rectifier/inverter system with a reduced switch count," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 32, no. 6, pp. 1331-1337, Nov./Dec. 1996.
[11] R. L. A. Ribeiro, C. B. Jacobina, E. R. C. da Silva, and A. M. N. Lima, "AC/AC converter with four switch three phase structures," in Proc. Power Electronics Specialists Conf., PESC'96, vol. 1, pp. 134-139, Jun. 1996.
[12] C. B. Jacobina, E. R. C. Silva, M. B. R. Corra, and A. M. Lima, "AC motor drive systems with a reduced-switch-count converter," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 39, no. 5, pp. 1333-1342, Sept./Oct. 2003.
[13] D. C. Lee and Y. S. Kim, "Control of single-phase-to-three-phase AC/DC/AC," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. 54, no. 2, pp. 797-804, Apr. 2007.
[14] L. Congwei, W. Bin, N. R. Zargari, and X. Dewei, "A novel three-phase three-leg AC/AC converter using nine IGBTs," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 24, no. 5, pp. 1151-1160, May 2009.
[15] X. Liu, P. Wang, P. C. Loh, and F. Blaabjerg, "A compact three-phase single-input/dual-output matrix converter," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 59, no. 1, pp. 6-16, Jan. 2012.
[16] X. Liu, P. C. Loh, P. Wang, and F. Blaabjerg, "A direct power conversion topology for grid integration of hybrid AC/DC energy resources," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 60, no. 12, pp. 5696-5707, Dec. 2013.
[17] H. Keyhani and H. Toliyat, "Isolated ZVS high-frequency-link AC-AC converter with a reduced switch count," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 8, pp. 4156-4166, Aug. 2014.
[18] C. B. Jacobina, N. Rocha, N. S. Rocha, N. S. De Moraes Lima Marinus, and E. C. dos Santos Junior, "Single-phase to three-phase DC-link converters with reduced controlled switch count," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 50, no. 2, pp. 1150-1160, Mar./Apr. 2014.
[19] L. de Macedo Barros, C. B. Jacobina, A. C. Oliveria, I. S. de Freitas, and E. R. C. da Silva, "Three-phase-to-three-phase AC/AC DC-link five-leg converters based on three- and two-level legs," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 51, no. 1, pp. 521-530, Jan./Feb. 2015.
[20] S. M. Dehghan, M. Mohamadian, and A. Yazdian, "Hybrid electric vehicle based on bidirectional z-source nine-switch inverter," IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 59, no. 6, pp. 2641-2653, Jul. 2010.
[21] M. Heydari, A. Yazdian, M. Mohamadian, and H. Zahedi, "A novel variable-speed wind energy system using permanent-magnet synchronous generator and nine-switch AC/AC converter," in Proc. 1st Power Electronic & Drive System Technologies Conf. PEDSTC'10, pp. 5-9, Tehran, Iran, Feb. 2011.
[22] M. Heydari, A. Yazdian, M. Mohamadian, and A. Fatemi, "A novel reduced switch count single-phase to three-phase AC/AC converter," in Proc. 37th Annual Conf. of IEEE Industrial Electronics Society, IECON'11, pp. 1120-1125, Melbourne, Australia, Nov. 2011.
[23] T. Kominami and Y. Fujimoto, "A novel nine-switch inverter for independent control of two three-phase loads," in Proc. IEEE Industry Applications Society Annual Conf,. IAS'07, pp. 2346-2350, Sept. 2007.
[24] S. M. Dehghan, M. Mohamadian, and A. Yazdian, "A new variable speed wind energy conversion system using permanent magnet synchronous generator and z-source inverter," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 24, no. 3, pp. 714-724, Sept. 2009.
[25] S. Yang, A. Bryant, P. Mawby, X. Dawei, L. Ran, and P. Tavner, "An industry-based survey of reliability in power electronic converters," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 47, no. 3, pp. 1441-1451, May/Jun. 2009.
