شماره ركورد
22301
پديد آورنده
محمدرضا نوروزي دايني
عنوان
طراحي و پياده سازي مبدل چند سطحـي سه فاز با پيكربندي جديد و رويكرد كاهش قطعات و اثرات هارمونيكي به منظور استـفاده در سـامانه رانش الكتريكي كشتي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
الكترونيك
سال تحصيل
1392
تاريخ دفاع
1399/4/30
استاد راهنما
دكتر سيد اديب ابريشمي فر
دانشكده
برق
چكيده
مبدل¬هاي الكترونيك قدرت در صنايع مختلف از قبيل سامانه¬هاي حملونقل ، راه¬انداز موتورها ، منابع تغذيه و سامانه¬هاي بهره¬برداري از انرژي هاي نو و تجديدپذير و... كاربردهاي بسيار زيادي دارد. يكي از محدوده¬هايي كه اين مبدل¬ها استفاده مي¬شوند، محدوده ولتاژ متوسط است. مبدل¬هاي با پيكربندي متنوع در مراجع مختلف ارائهشده و برخي به مرحله توليد تجاري رسيده و در صنايع مختلف ازجمله صنايع دريايي بهكارگرفته شده است. در اين مبدل¬ها مشخصه¬هايي نظير تعداد عناصر استفادهشده، ولتاژ روي كليدها، تعداد منابع جريان مستقيم استفادهشده، فركانس كليدزني تلفات ، قابليت اطمينان ، مقدار اعوجاج¬هارمونيكي¬كلي ، تكنيك مدولاسيون، قابليت ماژولار و... هستند كه براي هر پيكربندي مورد بررسي قرار مي¬گيرد.
در اين رساله ابتدا دو پيكربندي جديد براي اينورترهاي پنج¬سطحي تك¬فاز پيشنهاد شده است. در پيكربندي¬هاي پيشنهادي از تعداد قطعات كمتري نسبت به پيكربندي¬هاي هم¬سطح مرسوم استفاده شده است و نتايج شبيه¬سازي از نقطه¬نظر تلفات با ساختارهاي مختلف مقايسه شده است. در مرحله بعد بر روي مجموعه آزمايشگاهي با توان 3كيلوات و ولتاژ خروجي 400 ولت پياده¬سازي شده است.
از پيكربندي¬هاي تك¬فاز پيشنهادي براي توليد پيكربندي سه¬فاز بهره گرفته شده است و سه ساختار جديد براي اينورترهاي سه¬سطحي، پنج¬سطحي و هفت¬سطحي سه¬فاز پيشنهاد شده است. در ساختار سه¬سطحي پيشنهادي از كمترين تعداد كليدهاي قدرت استفاده شده و نسبت به ساختارهاي مختلف برتري دارد. علاوه بر موارد ذكر شده، ساختارهاي پيشنهادي در حالت¬هاي چندسطحي تك¬فاز و سه¬فاز، تركيب به¬صورت گسترده ارائه شده است و براي كاربردهاي مختلف از قبيل سامانه¬هاي چندفازه، سلول خورشيدي، 4-Leg و ... قابل بهره¬برداري است.
ساختار سه¬فاز سه¬سطحي پيشنهادي با قابليت ماژولار براي ولتاژ 690 و توان 5كيلووات شبيه¬سازي شده و سپس اين ساختار براي ولتاژ 400 ولت و توان 3 كيلووات و اعوجاج هارمونيكي كلي كمينه پياده¬سازي شده است. ساختار ديگري نيز به¬صورت سه ¬فاز پنج¬سطحي با قابليت گسترش ولتاژ خروجي با ولتاژ 800 ولت و توان 10 كيلووات شبيه¬سازي شده و براي ولتاژ 400 ولت و توان 3 كيلوولت¬آمپر پياده¬سازي شده است. مقدار تلفات هدايتي اين ساختار نسبت به ساختارهاي هم-سطح كم¬تر است.
همچنين براي كاهش اعواج هارمونيكي، روش كليدزني جديد با سيگنال¬هاي حامل OCP-PWM ارائه شده است. در اين روش و فركانس موج حامل به محدوه1KHZ كاسته شده و در نتيجه فركانس كليدزني و تلفات كليدزني نيز كاهش يافته است. اعوجاج هارمونيكي كلي ولتاژ خروجي قبل از فيلتر در مبدل تك¬فاز به مقدار 21.79% و در مبدل سه¬فاز سه¬سطحي به مقدار 27% كاهش داده شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1399/05/26
عنوان به انگليسي
Design and Implimentation of A Novel Three-Phase Multi-level Inverter with Reduced components and Mininmum Total Harmonic Distortion for Electic Ship Propulsion
تاريخ بهره برداري
7/21/2021 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدرضا نوروزي دايني
چكيده به لاتين
Power electronics converters have various applications such as transportation, motor drives, and medium voltage. Different converters with various structures have been proposed in numerous papers which some of them have been implemented in industrial scales. In these converters parameters like number of devices, blocking voltages, number of current sources, switching frequency, reliability, total harmonic distortion, and modulation technique are issued.
In this disseration, two modified H-bridge five-level inverters and a three-phase multi-level inverter have been proposed. The inverters have the lower number of switches than the similar structures, and this feature causes low implementation cost. Simulation results have been discussed from view of point of power loss, and implementation results have been taken for a 3kVA laboratory prototype.
By using the proposed single-phase topologies, three-phase structures have been proposed, and three novel structures of three-level, five-level, and seven-level proposed. In the three-level structure the minimum number of switches has been used which this factor cannot be found in other structures. Also, all the proposed three-phase structures have been implemented for a 5kVA load. In order to obtain the modular connectivity, a modified structure with modular capability is proposed.
Besides mention parameters, the proposed structures have been extended, and their modular structures have been presented which these structures can be used in multiphase systems, four-leg or photovoltaic applications. Also, to reach better performance and obtain low harmonic components a novel method for switching scheme is proposed. The proposed pulse width modulation technique is gives rise to decreasing the voltage Total Harmonic Distortion. To examine the performance of the proposed modulation technique, the proposed inverters have been used in simulation and experimental tests. In comparison with typical pulse width modulation methods, the presented pulse width modulation approach produces low harmonic parts in the voltage of output with lower switching frequency. The OCP-PWM has been applied to the proposed single phase five-level inverter and output voltage THDv decreased to 21.79%. Also, for the proposed three-phase three-level inverter, THDv is 27%. To investigate the reliability of the presented pulse width modulation scheme for single-phase five-level converter and three-phase inverter a 3kVa/400v prototype is carried out by applying a TMS320F28335 digital signal processor.