شبیه سازی یک اینورتر شبه منبع امپدانسی تک فاز و کنترل آن به روش افزایندگی ساده

مقدمه

در اینورترهای منبع ولتاژی (VSIs) مرسوم، ولتاژ خروجی ac به مقدار کمتر از ولتاژ ورودی dc محدود شده است و بنابراین یک مرحله اضافی شامل مبدل افزاینده dc-dc برای بدست ­آوردن ولتاژ خروجی مطلوب بالاتر لازم است. مبدل افزاینده dc-dc مرسوم هزینه را افزایش داده و بازده مبدل توان کلی را کاهش می ­دهد. برای غلبه بر محدودیت­های VSI های مرسوم، هر دوی اینورتر منبع امپدانسی (ZSI) و اینورتر شبه منبع امپدانسی (q-ZSI) توسعه داده شده اند که در آنها لینک مرسوم dc با شبکه منبع امپدانسی Z جایگزین شده است.

هر دو مبدل ZSI و q-ZSI می­ توانند ولتاژ لینک dc را با استفاده از وضعیت shoot-through پل اینورتر با یک مرحله تبدیل توان یکتا افزایش دهند. بنابراین آنها می ­تواند شمار اجزا را کاهش داده و قابلیت اطمینان را افزایش دهند.

یک اینورتر q-ZS تکفاز در شکل 1 به همراه منبع ولتاژ ورودی و بار خروجی (شبکه) نشان داده شده است. شبکه شبه منبع امپدانسی آن از دو سلف، دو خازن و یک دیود تشکیل شده است. q-ZSI نسبت به ZSI دارای جریان هجومي کمتری است و از اجزایی با مقدارهای نامي کوچکتری تشکیل شده است.  این اینورتر دارای شش وضعیت فعال و دو وضعیت صفر مشابه با VSI بوده، اما دارای یک وضعیت اضافی بوده که در آن هر دو کلید موجود در یک پایه به طور همزمان در زمان مشخص روشن و در زمان مشخص دیگر خاموش می ­شود که به آن وضعیت shoot-through می گویند. این حالت موجب می ­شود که اینورتر خاصیت افزایندگی داشته باشد و مقدار این افزایندگی را می­توان با دیوتی سایکل D و شاخص مدولاسیون M کنترل کرد.

شکل 1) سیستم کلی متشکل از منبع، اینورتر شبه منبع امپدانسی تکفاز و بار

دو رابطه مهم مربوط به این ساختار وجود دارد که به شرح زیر است:

1) رابطه بین ولتاژ ورودی یکسو و ولتاژ خروجی Vpn شبکه منبع امپدانسی:

2) رابطه بین ولتاژ ورودی یکسو و پیک ولتاژ خروجی ac اینورتر:

که در این رابطه B شاخص افزایندگی بوده و از رابطه زیر محاسبه می شود:

بررسی شبیه سازی انجام شده

بعد از مختصر توضیحاتی در مورد اینورتر شبه منبع امپدانسی به سراغ پروژه انجام شده می رویم. در پروژه پیش رو یک مدل تکفاز از اینورتر شبه منبع امپدانسی در نظر گرفته شده و عملکرد آن در حالت تغذیه یک بار مقاومتی با استفاده از روش کنترل بوست ساده بررسی شده است. برای شبیه سازی از محیط سیمولینک نرم افزار متلب استفاده شده و سیستم مدل شده در آن در شکل 2 نمایش داده شده است. شبکه منبع امپدانسی با کادر آبی رنگ در شکل 2 مشخص شده و بلوک SBC کار کنترل و تحریک کلیدهای اینورتر را انجام می دهد.

شکل 2) سیستم کلی مدل شده در محیط سیمولینک متلب

در شکل 3 مشخصه ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی Vpn شبکه منبع امپدانسی نشان داده شده است.

شکل 3) ولتاژ ورودی و ولتاژ Vpn

در شکل 4 ولتاژ دو سر خازن C2 و جریان عبوری از سلف L1 نمایش داده شده است. انتخاب مقدار مناسب برای ظرفیت خازن ها و اندوکتانس سلفها در بدست آوردن مقدارهای هموار از مشخصه های شکل 4 با ریپل کم، لازم و ضروری است.

شکل 4) ولتاژ خازن C2 و جریان سلف L1

در نهایت در شکل 5 مشخصه های ولتاژ و جریان بار خروجی نمایش داده شده است.

شکل 5) ولتاژ و جریان بار مقاومتی

—————————————————————————————————————-

توجه: برای تهیه فایل اصلی شبیه سازی اینورتر شبه منبع امپدانسی تک فاز به همراه گزارش کار می توانید از لینک خرید استفاده کنید.