طراحی و شبیه سازی اینورتر سه سطحی : پایان نامه ارشد برق قدرت گرایش فشار قوی

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوان طراحی و شبیه سازی اینورتر سه سطحی در 155 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده تحقیق طراحی و شبیه سازی اینورتر سه سطحی :

اینورترها می توانند از یک ولتاژ dc ثابت یا متغیر،ولتاژهای ac  تکفاز وسه فاز تولید نمایند.روش های گوناگونی برای کنترل ولتاژ خروجی اینورتروجود دارد که در این پایانامه از یک سیستم اینورتر با ورودی پنل خورشیدی معرفی شده است .در این سیستم ابتدا ولتاژ حاصل از پنل خورشیدی توسط یک مبدل بوست،به ولتاژ تنظیم شده تبدیل می گردد.سپس این ولتاژDC با استفاده ازیک اینورتر سه سطحی با کنترل SVM به ولتاژ متناوب تبدیل می شود.استفاده ازاینورتر سه سطحی باعث کاهش فرکانس کلید زنی وکاهش تلفات می شود.برای بررسی صحت عملکرد،سیستم درمحیط simulinkنرم افزار matlab شبیه سازی شده است

ویژگی های اینورتر

كاهش انرژی مصرفی و لذا كاهش هزینه برق، كاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور ، امكان تغییر سرعت موتور، امكان تغییر جهت حركت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امكان كار موتور در شرایطی كه ولتاژ ورودی متغیر است، امكان كنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی كردن حركت.

اینورتر به صورت هوشمند میزان بار وارده به موتور را تشخیص داده و متناسب با همان بار، به موتور جریان می دهد و این جریان در بسیاری از مواقع از جریان نامی موتور كمتر است. دستگاهی الكترونیكی است كه بوسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد.]15[

دیگر كاربردها ی آن می توان به موارد زیر اشاره كرد :

**تنظیم كننده سرعت موتور (كنترل دور)

**تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به كنتاكتور

**روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی

**كاهش ضربه های مكانیكی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مكانیكی

**حفاظت موتور در مقابل افزایش ولتاژ و جلوگیری از آسیب دیدن موتور

فهرست مطالب تحقیق طراحی و شبیه سازی اینورتر سه سطحی :

فصل اول: مقدمه  2

1-1-مقدمه  2

1-1-1-کاربردهای اینورتر در صنعت : 3

1-2-دسته بندی اینورترها از لحاظ کارکرد : 3

1-2-1-اصول کار مدارات اینورتر: 4

1-3-ویژگی های  اینورتر    8

فصل دوم: مروری بر گذشته  12

2-1-انواع  اینورترها 12

2-1-1-اینورتر های ولتاژ  13

2-1-2-اینورتر تکفاز  15

2-1-3-اینورتر سه فاز  27

2-1-4-اینورتر از لحاظ تعداد سطوح: 36

2-1-5-انواع اینورتر چند سطحی: 38

2-1-6مزایا ومعایب اینورتر چند سطحی   39

2-1-6-1-مزایا 40

2-1-6-2معایب: 40

2-2-طراحي هاي پيشرفته : 40

فصل سوم: مدلسازی   43

3-1-انواع مدلاسیون فضای برداری     43

3-1-1-مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (spwm)  43

3-1-2-مدولاسیون هیسترزیس   44

3-1-3-اجرای محاسبات SVM با استفاده از تکنیک کلاسه بندی بردارها 45

3-3-مطالعه مدارهای اصلی از مبدل های سه سطحی     50

3-3-1-توپولوژی مدار و اصل کار کردن از مبدل های سه سطحی: 50

3-3-2-مدل بندی ریاضی مبدل سه سطحی: 51

3-3-3-بردار های سه سطحی: 53

3-4-تئوریSVM  : 54

3-5-تجزیه و تحلیل برداری اینورتر سه فاز: 57

3-6-اینورتر سه سطحی NPC: 62

فصل چهارم:سیستم خورشیدی   67

4-1-تحلیل و عملکرد سلول خورشیدی     67

4-1-1-معرفی انرژی خورشیدی و چگونگی تولید آن  67

4-2-تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی     68

4-3-مزایا و معایب انرژی خورشیدی   69

4-4-تاريخچه سلول هاي خورشيدي   71

4-5-علل احتياج به سلول خورشيدي   71

4-6-انواع سلول های خورشیدی   72

4-6-1-سلول هاي تك‌بلوري   72

4-6-2- سلول‌هاي چندبلوري   72

4-6-3-سيليسيم بي شكل  72

4-7-سيليكون چگونه سلول خورشيدي را مي‌سازد؟  73

4-7-1-ساخت سلول هاي خورشيدي   75

4-7-2-سلول هاي خورشيدي پيشرفته  75

4-8-تشریح یک سلول    76

4-9-سیستم های فتوولتائیک    78

4-9-1-معرفی پدیده فتوولتائیک    78

4-9-2-معرفی سیستم های فتوولتائیک و مزایا و معایب این سیستم ها 79

4-9-2-1-مزایای تولید الکتریسته با استفاده از سیستم های فتوولتائیک    79

4-9-2-2-معایب سیستم های فتوولتائیک    80

4-9-3-کاربرد سیستم های فتو ولتائیک    80

4-9-4-آشنایی با بخش های مختلف یک سیستم فتو ولتائیک کامل    81

4-9-5-راندمان سلول های خورشیدی     82

4-9-6تاثیر افزایش درجه حرارت محیط بر پارامترهای مشخصه الکتریکی سلول خورشیدی   82

4-9-7-تاثیر تغییر میزان انرژی جذب شده از خورشید در منحنی مشخصه الکتریکی سلول خورشیدی   83

4-9-8-افزایش راندمان سلول های فتوولتائیک    83

4-10-اجزای سیستم های فتوولتائیک    85

4-10-1-پنل یا مدول خورشیدی   85

4-10-2-تنظیم کننده 86

4-10-3واحد ذخیره سازی انرژی در سیستم های فوتوولتائیک    86

4-10-4-تنظیم کننده ولتاژ خروجی   87

4-10-5-اینورتر ولتاژ  88

4-11-طبقه بندی سیستم های فوتوولتائیک از لحاظ نحوه تامین بار مصرف کننده 88

فصل پنجم:شبیه سازی   91

5-1-مقایسه اینورتر های چند سطحی با یکدیگر    91

5-2-شبيه سازي انواع مختلف اينورترها و حذف هارمونيك ها 93

5-2-1-مدار شبيه سازي شده يك اينورتر تكفاز و ارائه نتايج  93

5-2-2-مدار شبيه سازي شده يك  اينورتر سه فاز تمام پل  95

5-2-3-ولتاژ خروجي اينورتر  96

5-2-4-شبیه سازی اینورتر  دو سطحی   98

5-2-5-شبیه سازی اینورتر سه سطحی     100

5-2-6-فيلتر كردن ولتاژ خروجي و حذف هارمونيكهاي ولتاژ خروجي   101

5-3-شبيه سازي اينورترهاي چند طبقه و مينيمم كردن ميزان THD در آن  104

5-3-1-ساختار اينورتر  104

5-3-2-عناصر و اجزاي استفاده شده در شبيه سازي   104

5-3-3-مدار شبيه سازي شده اينورتر هفت سطحی   105

5-3-4-ولتاژ خروجي اينورتر هفت سطحی و ميزان THD به ازاي شاخص مدولاسيون m=0.7  106

5-3-5-ولتاژ خروجي اينورتر و ميزان THD به ازاي شاخص مدولاسيون m=0.8  108

5-3-6-ولتاژ خروجي اينورتر و ميزان THD به ازاي شاخص مدولاسيون m=0.84  109

5-3-7-ولتاژ خروجي اينورتر و ميزان THD به ازاي شاخص مدولاسيون m=0.9  110

5-3-8-مقايسه ميزانTHD حاصل از شبيه سازي  به ازاي چهار شاخص مدولاسيون مختلف   111

5-3-9-نحوه محاسبه زواياي كليد زني در متلب   112

5-3-10-ساير موارد  112

5-4-طراحي و شبيه سازي يك نمونه فيلتر براي سيستم فتوولتائيك     114

نتیجه گیری: 130

فهرست شکل ها تحقیق شبیه سازی اینورتر

شکل1-2: شکل موج خروجی ولتاژ و جریان اینورتر تکفاز تمام پل  5

شکل1-3: شمای کلی یک اینورتر تکفاز تمام پل و شکل موج ولتاژ و جریان خروجی   6

شکل2-1: ولتاژ تغذیه شده توسط یکسوکننده دیودی   14

شکل 2-2: اینورتر ولتاژ تکفاز  16

شکل 2-3 :حالت ها ، متغییر های کلید زنی و شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت کار موج مربعی ساده . 19

شکل 2-4 :حالت ها ، متغییر های کلید زنی و شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت کار موج مربعی بهینه  20

شکل 2-5: شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف)m=1  (ب) m=0/5  (N=10)  22

شکل 2-6: شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف)m=1  (ب) m=0/5  (N=10)  23

شکل 2-7: طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز : الف ) حالت موج مربعی ، ب) حالت موج مربعی بهینه  24

شکل 2-8 : طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف ) N=10 (ب) N=20   (m=1)  25

شکل 2-9: طیف هماهنگی جریان خروجی در اینورتر ولتاژ تکفاز : (الف) حالت موج مربعی ،(ب) حالت موج بهینه  26

شکل 2-10: طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف ) N=10 (ب) N=20   (m=1)  27

شکل 2-11:شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ تکفاز : ( الف ) حالت موج مربعی بهینه ، (ب) حالت PWM N=20   (m=1)  28

شکل 2-12: طیف هماهنگی جریان ورودی در اینورتر تکفاز : الف حالت موج مربعی بهینه ب) حالت حالت PWM N=20   (m=1)  29

شکل 2-13: اینورتر ولتاژ سه فاز  31

شکل 2-14: حالت ها ، متغییر های کلید زنی ، و شکل موج ولتاژ اینورتر ولتاژ سه فاز ،در حالت موج مربعی   31

شکل 2-15 : شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی ( بار RL )  32

شکل 2-16 : شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی   33

شکل 2-17:شکل موج های متغییر کلید زنی و ولتاژ خروجی در اینورتر در یه حالت PWM (N=10 ,m=0/75)  33

شکل 2-18:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)  34

الف ) زاویه بار 30درجه   ب) زاویه بار 60 درجه (N=12 ,m=0/75)  34

شکل 2-19:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)  34

الف ) زاویه بار 30درجه   ب) زاویه بار 60 درجه (N=12 ,m=0/75)  35

شکل 3-1:مدلاسیون پهنای پالس سینوسی   44

شکل3-2:مدولاسیون هسترزیس سه سطحی   45

شکل 3-3:الف بردار حالت های کلید زنی SVM سه فاز. ب)نمودار جعبه ای SVM با کلاسه بندی بردارها برای اینورتر منبع ولتاژ را نشان می دهد. 47

شکل2-4:الف:اینورتر سه فاز سه سطحی ب: بارو فیلتر  48

شکل 3-5 :مدار اصلی مبدل سه سطحی   51

شکل 3-6: شبیه سازی مدل مبدل سه سطحی   52

شکل 3-7: بردار ولتاژ برای مبدل سه سطحی   54

شکل(3-8): معادل بین سیستم سه فاز و نمایش برداری   55

شکل3-9 : اینورتر منبع ولتاژ سه فاز  57

شکل3-10: شکل موج ولتاژ خروجی و حالت برنامه نویسی بدون PWM    58

شکل3-11: بردارهای سوئیچینگ مربوط به عملکرد غیر مدوله، اینورتر  58

شکل3-12: شکل موج جریان فاز خزوجی   59

شکل3-13: مسیر بردار جریان در صفحه مختلط   61

شکل3-14: شماتیک یک اینورتر سه سطحی NPC  63

شکل3-15: دیاگرام مدولاسیون فضای برداری برای یک اینورتر سه سطحی NPC  64

شكل 4-1:  (الف) سيليكون نوع N و (ب) سيليكون نوعP – اثر ميدان الكتريكي روي سلول فوتوولتايي   76

شكل 4-2: (A)  سيليكون نوع N و (B) سيليكون نوعP  عملكرد سلول فوتوولتايي   77

شكل 4-3: ساختار يك مولد سلول سيليكونيPV   78

شكل 5-1 مدار شبيه سازي شده يك اينورتر تكفاز  93

شكل 5-2 خروجي AC اينورتر تكفاز  94

شكل 5-3 مدار  شبيه سازي شده يك  اينورتر سه فاز تمام پل  95

شكل 5-4ولتاژ خروجي اينورتر-فازهاي R , S, T  96

شكل 5-5 وضعيت هدايت يا عدم هدايت IGBT ها 97

شکل 5-6- شکل موج ولتاژ دو سطحی   98

شکل 5-7-مقدار THD اینورتر دو سطحی   99

شکل 5-8-ولتاژ های خروجی اینورتر سه سطحی   100

شکل 5-9-مقدار THD اینورتر سه سطحی   101

شكل5-10- اينورتر با فيلتر ميان گذر  102

شكل 5-11-ولتاژ خروجي پس از فيلتر شدن  103

شكل5-12-اینورتر هفت سطحی   105

شكل5-13-مدار شيبه سازي شده اينورترهفت سطحی   106

شكل 5-14- ولتاژ خروجي اينورترهفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازاي m=0.7  107

شكل 5-15 ميزان THD به ازاي m=0.7  107

شكل 5-16 ولتاژ خروجي اينورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازاي m=0.8  108

شكل 5-17 ميزان THD به ازاي m=0.8  108

شكل 5-18 ولتاژ خروجي اينورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازاي m=0.84  109

شكل 5-19 ميزان THD به ازاي m=0.84  109

شكل5-20-  ولتاژ خروجي اينورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازاي m=0.9  110

شكل5-21- ميزان THD به ازاي m=0.9  111

شكل 5-22- نمودار درصد THD بر حسب شاخص مدولاسيون – رسم شده با متلب   111

شكل 5-23- نحوه روشن خاموش بودن ترانزيستورها در THD مينيمم  113

شكل5-24-  فيلتر شبيه سازي شده 114

شكل5-25- نمودار شكل موج قبل از فيلتر شدن (ورودي فيلتر)  115

شكل5-26-نمودار شكل موج بعد از فيلتر شدن (خروجي فيلتر)  115

شكل5-27 نمودار سيستم قدرت قبل از فيلتر گذاري   116

شكل5-28 نمودار شكل موج ها قبل از فيلتر گذاري   117

شكل5-29  نمودار سيستم قدرت بعد از فيلتر گذاري   118

شكل5-30- نمودار شكل موج ها  بعد از فيلتر گذاري   119

شكل 5-31-ساده ترين مبدل DC به DC از نوع چاپر كاهنده 120

شكل5-32-ولتاژ ورودي و همچنين ولتاژ خروجي چاپر  121

شكل 5-33- يك مبدل DC به DC داراي خروجي نسبتا ثابت و قابل كنترل  122

شكل 5-34- ولتاژ ورودي  و ولتاژ دو سر ديود و  همچنين ولتاژ خروجي مبدل  123

شكل 5-35- ساختار شبيه سازي شده  سيستم فتوولتائيك را در نرم افزار متلب   124

شكل 5-36 – نمودار نحوه تابش   125

شكل 5-37- ولتاژ توليد شده در يك سلول خورشيدي   125

شكل 5-38- ولتاژ خروجي ذخيره ساز انرژي(ورودي مبدل dc-dc)  126

شكل 5-39- ولتاژ خروجي مبدل dc-dc (ولتاژ ورودي اينورتر)  126

شكل 5-40 ولتاژ خروجي اينورتر ( داراي هارمونيك هاي اضافي)  127

شكل 5-41 ولتاژ خروجي پس از فيلتر شدن (داراي هارمونيك بسيار كم)  127

شكل 5-42 ولتاژ خروجي پس از فيلتر شدن (داراي هارمونيك بسيار كم) – در بازه زماني كوچكتر  128

شكل 5-43- ولتاژ خروجي اينورتر ( داراي هارمونيك هاي اضافي)  128

شكل 5-44- ولتاژ خروجي پس از فيلتر شدن (داراي هارمونيك بسيار كم)  129

شكل 5-45- ولتاژ خروجي پس از فيلتر شدن (داراي هارمونيك بسيار كم) – در بازه زماني كوچكتر  129

فهرست جداول

جدول 2-1 :بررسی ساق های اینورتر در زمان خاموش و روشن بودن کلید  17

جدول 2-2: حالت عملکرد اینورتر در موج مربعی   18

جدول 2-3: قوانین کنترل اینورتر در حالت مربعی بهینه  19

جدول 2-3: نتیجه ولتاژ خروجی خط به خط و خط به نول  30

جدول 3-1 : حالت های مختلف کلیدزنی در اینورتر سه سطحی   49

جدول3-2: حالت های سوئیچینگ شاخه A   64

جدول3-3: زمان ساکن هر قسمت برای اینورتر NPC سه فاز  66

جدول3-4: حالت های فازها در بخش 2  66

جدول 4-1: مقايسه ميزانTHD حاصل از شبيه سازي  به ازاي چهار شاخص مدولاسيون مختلف   111

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.