پروژه آموزشی تشریح مدار يکسو کننده تک فاز-سه فاز با متلب

توضیحات

پروژه تشریح مدار يکسو کننده تک فاز-سه فاز با اصلاح ضريب قدرت اکتيو و بدون اصلاح ضريب قدرت

چکیده:

ضریب توان در یک سیستم الکتریکی AC اصطلاحی است که به نسبت توان واقعی به توان ظاهری اطلاق می‌شود و مقداری بین 0 تا 1 دارد. توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف کننده برای تبدیل انرژی الکتریکی به دیگر شکل‌های انرژی را نشان می‌دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف بین ولتاژ و جریان پدید می‌آید. با توجه به نوع بارها و میزان توان راکتیو آنها توان ظاهری می‌تواند از توان واقعی نیز بیشتر باشد. کم بودن ضریب توان (بزرگ بودن توان ظاهری نسبت به توان واقعی) در یک مدار موجب بالا رفتن جریان در مدار و در نتیجه بالا رفتن تلفات در مدار می‌شود.

یکی از مباحث مورد علاقه در الکترونیک قدرت یکسوسازها و تصحیح ضریب توان اکتیو در این ادوات می­باشد. در این پروژه، یکسوسازهای تکفاز و سه فاز یکبار در حالت بدون اصلاح ضریب توان اکتیو و بار دیگر با اصلاح ضریب توان اکتیو مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در ‏فصل 1- مقدمه ای راجع به ضریب توان، انواع بارها، بانکهای خازنی بیان خواهد شد. ‏فصل 2- اصلاح ضریب توان اکتیو در یک مدار، راندمان یکسوسازهایی که ضریب توان آنها اصلاح شده است را بحث و بررسی می­کند. در ‏فصل 3- اصلاح ضریب توان راکتیو، استفاده از مبدل اصلاح ضریب توان بوست و فیلترهای اکتیو موازی بررسی گردیده و سپس توانهای مختلف مدارات، حالات مختلف تصحیح ضریب توان بحث شده و مقایسه ای بین حالات مختلف تصحیح ضریب توان صورت می­گیرد. از ‏فصل 4- تا ‏فصل 7- شبیه سازی یکسوسازهای تکفاز و سه فاز و تصحیح ضریب توان آنها شامل توضیحات مدار، نحوه­ی اجرا، روشههای مختلف شبیه سازی، قوانین عملکرد، تحلیل جریان و ولتاژ و . . . به طور کامل بحث و بررسی میگردد. باید توجه داشت که اصلاح ضریب توان در واقع با تکنیکهای مختلفی قابل انجام است که در این پروژه از تکنیک مبدل بوست جهت طراحی و شبیه سازی استفاده شده است. بدیهی است زمانی که تمهیدات اصلاح ضریب توان اجرا و استفاده گردد مداری با ضریب قدرت بالاتر و راندمان بالاتری خواهم داشت.

واژه های کلیدی: یکسوساز، تصحیح ضریب توان، مبدل بوست، توان اکتیو، ادوات الکترونیک قدرت

 

مقدمه:

پروسه ­ی تعدیل ضریب توان در واقع تغییر ضریب توان از مقادیر کوچکتر از ۱ به مقادیر نزدیک به۱ است. این فرآیند ممکن است در طول انتقال انرژی الکتریکی و در پست‌ها تغییر ولتاژ انجام شود چرا که به این ترتیب راندمان تبدیل ولتاژ بالا می‌رود. این فرآیند همچنین در مراکز مصرف به ویژه واحدهای صنعتی نیز مرسوم است چرا که به این ترتیب گذشته از کاهش هزینه‌ها مربوط به تهیه انرژی الکتریکی هزینه‌های مربوط به انتخاب کابل و تجهیزات تغذیه نیز کاهش می‌یابد.

به طور کلی ضریب توان بالاتر در انتقال و تولید انرژی الکتریکی مناسب‌تر است چرا که در این صورت تلفات مربوط به انتقال و تولید کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های مربوط به تولید و انتقال نیز کاهش می‌یابند[[i]].

1-1-     ضریب توان:

در یک مدار کاملاً مقاومتی شکل موج جریان و ولتاژ با هم هم‌زمان هستند (یعنی در یک زمان صفر و ماکسیمم می‌شوند). حال اگر در مدار بار راکتیوی مانند خازن یا القاگر وجود داشته باشد انرژی ذخیره‌شده در این نوع بارها باعث به وجود آمدن اختلاف بین شکل موج ولتاژ و جریان می‌شود. این انرژی ذخیره‌شده به منبع بازخواهد گشت در حالیکه تأثیر مثبتی در عملکرد بار نخواهد داشت. به این ترتیب یک مدار با ضریب توان پایین در مقایسه با یک مدار با ضریب توان بالا نیازمند جریان بیشتری برای ایجاد مقدار ثابتی از توان واقعی است.

1-2-  بارهای خطی:

بارهای الکتریکی که از جریان متناوب تغذیه می‌کنند از دو نوع توان تغذیه می‌کنند؛ توان اکتیو که کار مفید را انجام می‌دهد یا در واقع به شکل مطلوب انرژی که ممکن است انرژی مکانیکی یا گرمایی باشد تبدیل می‌شود، توان راکتیو که در واقع به علت ذخیره شدن انرژی در بارها راکتیو به وجود می‌آید و در پایان هر سیکل به منبع بازمی‌گردد. در واقع ضریب توان همان نسبت بین توان ظاهری و توان واقعی است که عددی بین ۰ و ۱ خواهد بود. وجود توان راکتیو موجب خواهد شد که توان واقعی از توان ظاهری کمتر باشد و به این ترتیب ضریب توان مقداری کمتر از ۱ داشته باشد.

توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع و بار می‌شود و به این ترتیب تلفات توان در طول خطوط انتقال و توزیع افزایش خواهد یافت و در نتیجه قیمت تمام‌شده انرژی الکتریکی تحویلی افزایش خواهد یافت. به همین دلیل شرکت‌های تولیدکننده برق از مصرف‌کننده‌های خود به ویژه مصرف‌کننده‌های بزرگ می‌خواهند تا با نگه‌داشتن ضریب توان در محدوده استاندارد (در حدود ۰٫۹) از اتلاف انرژی جلوگیری کنند و در غیر این صورت جریمه خواهند شد. به این ترتیب مصرف‌کننده‌ها با نصب واحدهای اصلاح‌کننده ضریب توان در واحدهای مسکونی، تجاری و به ویژه صنعتی از پرداخت جریمه‌های اضافه جلوگیری می‌کنند.

برای مهندسین برقی که با تولید، توزیع، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی درگیر هستند ضریب توان بارهای مختلف از اهمیت بالای برخوردار است چرا که این ضریب توان می‌تواند موجب ایجاد هزینه‌های اضافی برای صنایع تولید برق و مصرف‌کننده‌ها شود. ضریب توان پایین‌تر همچنین هزینه‌های اجرای طرح‌های انتقال را نیز افزایش می‌دهد چرا که با کاهش ضریب توان نیاز به نصب تجهیزاتی مانند سوئیچ‌ها، مدار شکن‌ها, ترانسفورماتورها و … با ظرفیتی بالاتر از ظرفیت معمول را خواهد بود و ظرفیت در سیم‌کشی خطوط انتقال نیز باید افزایش یابد.

هدف از اصلاح ضریب توان، نزدیک کردن ضریب توان یک مدار AC به ۱، با استفاده از تغذیه بارهای راکتیو مخالف بار موجود است. این کار معمولاً به وسیله تغذیه میزان مشخصی خازن یا القاگر انجام می‌گیرد. برای مثال اثر القایی یک موتور را می‌توان به وسیله وصل خازن در محل نصب بار خنثی کرد. برخی اوقات که خصوصاً شبکه به حالت خازنی تمایل دارد (مانند خطوط کابلی) از القاگرها (که در این کاربرد به آنها راکتور گفته می‌شود) برای خنثی‌سازی اثر خازنی شبکه استفاده می‌شود؛ این کار عموماً در پست‌های تغییر ولتاژ صورت می‌گیرد.

به جای استفاده از خازن و برای ایجاد اثر خازنی می‌توان از یک موتور سنکرون در حالت پر تحریک نیز استفاده کرد. در این حالت میزان توان راکتیو تولیدی در موتور سنکرون وابسته به میزان جریان تحریک آن خواهد بود. مزیت استفاده از چنین بارهایی امکان تغییر میزان توان خازنی خروجی با توجه به میزان جریان تحریک است.

برخی از شکلهای پروژه:

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب پروژه متلب انجام شده

فصل 1-    مقدمه:……. 8

1-1-    ضریب توان: 8

1-2-    بارهای خطی: 8

1-3-    بانک خازنی: 9

فصل 2-   اصلاح ضریب توان اکتیو: 10

2-1-    راندمان يكسو كننده داراي PFC: 12

2-1-1-     اضافه كردن گزينه هاي ويژه (آپشن ها): 12

2-2-    مبدل‌های الکترونيکی قدرت: 14

فصل 3-   اصلاح ضریب توان راکتیو: 22

3-1-    استفاده از مبدل اصلاح ضریب توان بوست: 23

3-2-    استفاده از فیلترهای اکتیو موازی: 24

3-3-    آشنایی با توانهای مختلف مدارات الکترونیکی: 25

3-3-1-     ضریب توان (Power Factor) چیست؟. 26

3-3-2-     آشنایی با حالات مختلف تصحیح ضریب توان (PFC) 29

3-4-    مقایسه حالات مختلف تصحیح ضریب توان: 31

فصل 4-   شبیه سازی یکسوساز تکفاز: 33

4-1-    توضیحات شبیه سازی: 33

4-2-    نحوه اجرا و عملکرد شبیه سازی: 33

فصل 5-   شبیه سازی یکسوساز سه فاز: 39

5-1-    نحوه انجام شبیه سازی و مشاهده ی خروجی ها: 40

5-1-1-     شبیه سازی با روش انتگرالگیری پیوسته: 40

5-1-2-     شبیه سازی با سیستم گسسته: 40

فصل 6-   يکسو کننده تک فاز با اصلاح ضريب قدرت اکتيو: 42

6-1-    مقدمه:……. 42

6-2-    فرمول‌بندی ریاضی: 42

6-2-1-      مبدل بوست:…… 42

فصل 7-   يکسو کننده سه فاز با اصلاح ضريب قدرت اکتيو: 47

7-1-    مقدمه:……. 47

7-2-     قوانین عملکرد: 49

7-3-    تحلیل جریان ورودی: 56

فصل 8-   نتیجه گیری و پیشنهاد: 57

فهرست مراجع……58

فهرست شکلها

شکل ‏2‑1: شكل مبدل يكسو كننده 18

شکل ‏2‑2: شكل موج ولتاژ و جريان.. 20

شکل ‏2‑3: شماتیک يكسو كننده سه فاز 20

شکل ‏3‑1: شکل موجهای ولتاژ و جریان برای انواع مختلف بار 25

شکل ‏3‑2: مثلث توان و نمایش توانهای حقیقی، مختلط و ظاهری.. 26

شکل ‏3‑3: شارژ خازنهای ورودی توسط ولتاژ ورودی(بدون یکسوساز) 28

شکل ‏3‑4: نمایش ولتاژ و جریان ها 28

شکل ‏3‑5: نمایش تقابل ولتاژ و جریان توان Non PFC.. 29

شکل ‏3‑6: نمودار تقابل ولتاژ و جریان توان در Passive PFC.. 30

شکل ‏3‑7: نمودار تقابل ولتاژ و جریان توان Active PFC.. 31

شکل ‏3‑8: نمودار تغییرات ضریب توان نسبت به بار خروجی در سه حالت مختلف… 31

شکل ‏4‑1: شبیه سازی یکسوساز تکفاز در سیمولینک متلب…. 34

شکل ‏4‑2: مشخصات بلوک powergui(آپشنهای شبیه سازی و پیکربندی) 35

شکل ‏4‑3: تنظیم نوع شبیه سازی، پارامترهای شبیه سازی و تنظیمات اولیه. 35

شکل ‏4‑4: مشخصات بلوک پل دیودی(پل یونیورسال) 36

شکل ‏4‑5: پارامترهای ترانسفورماتور خطی.. 37

شکل ‏4‑6: پارامترهای دیود. 38

شکل ‏4‑7: شاخه ی RLC.. 38

شکل ‏4‑8: تنظیمات مربوط به powergui 39

شکل ‏4‑9: شکل موج ولتاژ خروجی(ولتاژ بار) یکسوسازمدار 1و 2. 39

شکل ‏4‑10: شکل موج دیودهای مدارهای 1 و 2. 39

شکل ‏5‑1: شبیه سازی مداریکسوساز 3فاز 41

شکل ‏5‑2:شکل موج ولتاژ دیود، جریان بار، جریان دیود 2 و 3، اختلاف ولتاژ دیود 2 و 3. 41

شکل ‏6‑1: مبدل بوست… 43

شکل ‏6‑2: مدار عملکرد مبدل بوست… 43

شکل ‏6‑3: مد پیوسته. 44

شکل ‏6‑4: مد گسسته. 44

شکل ‏6‑5: کنترل خط مرزی(Border Line Control) 45

شکل ‏6‑6: به کار گیری IC در Matlab قبل از PFC.. 45

شکل ‏6‑7: نتیجه ی شبیه سازی ارائه شده ی ضریب توان پایین.. 46

شکل ‏6‑8: به کارگیری PFC با استفاده از IC L6561 در Matlab. 47

شکل ‏6‑9: نتایج شبیه سازی ارائه شده با ضریب توان بهبود یافته. 47

شکل ‏7‑1: (a) مبدل ac به dc سه فاز (b) مدار معادل تکفاز 51

شکل ‏7‑2: مبدل ac به dc سه فاز متعارف… 53

شکل ‏7‑3: شکل موجهای شبیه سازی شده. (a) ولتاژهای فاز منبع ac سه فاز (b) سیگنالهای گیتینگ سوئیچ بوست ). (c) جریان ورودی یکسوساز(I_ia) و طیف آن(d) جریان خروجی یکسوساز(I_dc) و طیف آن.(e) تابع سوئیچینگ یکسوساز دیودی سه فاز و طیف آن.(f) تابع سوئیچینگ دیود بوست((D_b و طیف آن.(g) ولتاژ سوئیچ بوست. 55

شکل ‏7‑4: (a) مدار تکفاز معادل زمانیکه سوئیچ بوست روشن است. (b) مدار معادل تکفاز زمانیکه سوئیچ خاموش است. 56

فهرست جداول

جدول ‏2‑1: مزايا و معايب روش پسيو. 17

جدول ‏2‑2: مقدارهارمونيك موثردر لامپ فلورسنت… 19

جدول ‏2‑3: مقدارهارمونیک جريان در مبدل ۶ ضربه اي.. 22

  نکات قابل ذکر:

• پروژه تشریح مدار يکسو کننده تک فاز-سه فاز با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
• فایل های پروژه به صورت کامل بلافاصله پس از خرید فایل در اختیار شما قرار خواهد گرفت.

 

سفارش پروژه مشابه

درصورتیکه این پروژه دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد، با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.

سفارش پروژه متلب