توسعه‌ي مبدل‌هاي اصلاح ضريب توان بدون پل با كليدزني نرم برپايه‌ي مبدل باك-بوست با كاهش تعداد المان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

اتصال بارهاي غيرخطي به شبكه قدرت كه عمدتاً شامل يكسوسازها هستند، موجب اعوجاج قابل‌توجهي در شكل‌موج جريان شبكه و تزريق هارمونيك‌هاي مختلف به شبكه مي‌شود. به‌منظور هم‌شكل و هم‌فاز شدن جريان و ولتاژ، استفاده از بلوك مبدل اصلاح ضريب توان (PFC) پس از يكسوكننده ضروري است. به منظور كاهش تعداد المان‌هاي نيمه‌هادي در مسير توان و افزايش بازده كلي مدار، مبدل‌هاي اصلاح ضريب توان بدون پل معرفي شده‌اند. از مبدل‌هاي كليدزني پايه كه به‌عنوان مبدل اصلاح ضريب توان استفاده مي شود، مبدل باك به دليل وجود زاويه‌ي مرده در جريان ورودي، كمتر كاربرد دارد. همچنين بزرگ بودن ولتاژ خروجي و تنش ولتاژ المان‌ها در مبدل بوست، كاربرد آن را محدود مي‌نمايد. از مزاياي مبدل‌هاي نوع باك-بوست به ويژه مبدل‌هاي PFC نوع چوك و سپيك مي‌توان به امكان توليد ولتاژ خروجي كوچكتر و بزرگتر از ولتاژ ورودي، عدم وجود محدوديت در كاربرد، عدم وجود زاويه‌ي مرده در جريان ورودي و عدم نياز به فيلتر در ورودي اشاره نمود. از ويژگي‌هاي مهم يك مبدل اصلاح ضريب توان، پارامتر بازده است كه با روش‌هايي نظير كليدزني نرم مي‌توان آن را بهبود داد. در اين پژوهش در راستاي تحقق هدف اصلي كه ارائه‌يك مبدل بدون‌پل مشتق شده از باك-بوست با قابليت كليدزني نرم كامل و كاهش تعداد المان است، سه مبدل معرفي شده و توسعه يافته‌است. مبدل پيشنهادي اول، يك مبدل PFC بدون‌پل نوع چوك است كه با كاهش تعداد كليد اصلي با حفظ نرخ ولتاژ و جريان، به كاهش هزينه‌ي كلي كمك مي‌كند. با اضافه نمودن يك سلول گذار ولتاژ صفر (ZVT) ساده و ادغام شده با مبدل اصلي، شرايط روشن شدن در ولتاژ صفر (ZVT) براي كليد اصلي فراهم است كه تلفات كليدزني و تلفات روشن شدن خازني را در اين حالت برطرف مي كند. چون شرايط كليدزني نرم براي تمامي المان‌ها فراهم است مي‌توان فركانس كليدزني را افزايش داد. همچنين تحليل بازده و اعوجاج هارمونيك كل (THD) در مبدل پيشنهادي اول در گستره‌ي مختلفي از ولتاژ ورودي انجام شده‌است كه نشان مي‌دهد عملكرد مدار در ولتاژهاي ورودي مختلف صحيح بوده و THD جريان در محدوده تعيين شده توسط استاندارد باقي مي‌ماند. همچنين بازده مبدل در ولتاژ كاري بزرگتر بيشتر است و THD جريان در ولتاژ كاري كمتر، كاهش مي‌يابد. جهت رفع مشكل مبدل اول كه از دست رفتن خاموش شدن كليد كمكي به‌صورت نرم در حوالي نقاط گذراز صفر است، مبدل پيشنهادي دوم كه يك مبدل بدون پل نوع سپيك مي‌باشد پيشنهاد شده است. اين مبدل تمام مزاياي مبدل اول به‌علاوه‌ي حفظ كليدزني نرم كامل براي تمامي المان‌ها در شرايط تغييرات ولتاژ ورودي و بار و همچنين بهبود بهره‌ي مدار را دارد. مدار ZVT اضافه شده به مبدل اصلي، انرژي ذخيره شده در خازن اسنابر و سلف موجود در مدار ZVT را به‌خروجي انتقال مي‌دهد و باعث بهبود بهره مبدل مي‌گردد. كارايي مبدل در سه ولتاژ ورودي مورد بررسي قرار گرفته است و نتايج به دست آمده مشابه مبدل پيشنهادي اول مي‌باشد و بازده در ولتاژ كاري بيشتر و THD در ولتاژ كاري كمتر بهبود مي‌يابد. THD جريان ورودي در هر سه ولتاژ ورودي در محدوده تعيين شده توسط استاندارد باقي مي‌ماند. مبدل پيشنهادي سوم به منظور رفع مشكلات دو مبدل پيشنهادي اول و دوم ارائه شده‌است و از نوع بدون‌پل سپيك است. اين مبدل ويژگي كليدزني نرم كامل ZVS را به همراه بهبود ساختار سپيك ارائه مي‌دهد. همچنين كليد كمكي از نوع دو طرفه بوده كه امكان حذف يك دايود فوق سريع را فراهم مي‌آورد. در اين مبدل تلفات روشن شدن خازني به طور كامل حذف شده‌است. همچنين سلول كمكي ساده‌ي اضافه‌شده به مبدل امكان تأثير موثر در بهره مبدل را فراهم مي‌كند. تحليل بازده و THD مبدل پيشنهادي سوم در ولتاژهاي ورودي و بارهاي مختلف حاكي از عملكرد مناسب مبدل پيشنهادي سوم است. بازده اين مبدل در ولتاژ ورودي بيشتر افزايش يافته و THD جريان در ولتاژ ورودي كمتر كاهش مي‌يابد؛ اما اين مقدار THD در محدوده تعيين شده توسط استاندارد باقي مي‌ماند.

233401

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان