Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas,Javad Ebrahimi
حمیدرضا کارشناس (استاد راهنما) جواد ابراهیمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Abdellahi Neysiani
علی عبدالهی نیسیانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Design and Implementation of a Four-Level Active Rectifier with Reduced Switch Count
In this thesis, a new four-level rectifier topology based on unidirectional switches is proposed. Rectifiers are extensively used in industrial applications as one of the main power electronic energy conversion systems. Conventional high-power rectifiers usually inject considerable low frequency harmonics to the grid. Therefore, the researchers have been trying to modify the existing converter topologies or present new topologies to reduce the distortion imposed by conventional rectifiers. The multi-level rectifiers are a proper solution for medium and high-power applications. In multi-level rectifiers, as the number of voltage level increases, the quality of input current is improved. But at the same time, the number of switching components, as well as the complexity of the system, is also increased. In this thesis, a novel 4-level rectifier topology is proposed with reduced number of active power switch. The switching states and the operation of the proposed rectifier is studied. A space vector modulation technique along with appropriate controller are implemented. A proper algorithm is proposed to balance the flying capacitor voltages. Using the PSIM software, the simulation results are provided for the 3L-Vienna, the C and the proposed rectifiers with considering a specific high-power medium-voltage industrial application. In comparison with the C and proposed topologies, the 3L-Vienna has the lower number of voltage level, higher blocking voltage of the switches and more limited inductor reactance. The simulation results show that the C and the proposed topology have the identical input voltage and current waveforms, equal blocking voltage of switches and the same efficiency. The main advantage of the proposed topology is the lower number of active switches, which is 9 as compared to C topology. In order to verify the practicability of the proposed topology, a scaled-down prototype is implemented and the associated results are presented. Key Words: Rectifier, Four-level topology, Modulation, DSP, Flying capacitor, VOC controller
در این پایان‌نامه یک ساختار جدید 4-سطحی برای کاربرد یکسوکنندگی پیشنهاد می‌شود. یکسوکننده‌ها یکی از ارکان اصلی در زمینه الکترونیک‌قدرت هستند و به وفور در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از یکسوکننده‌های دیودی در توان‌های بالا، اثرات نامطلوبی از نظر تزریق هارمونیک‌های جریان به شبکه دارند؛ بنابراین محققان در تلاش برای اصلاح ساختارهای موجود یا ارائه ساختارهای جدید برای یکسوکننده‌ها بوده‌اند. یکی از انواع یکسوکننده‌ها که عملکرد مناسبی در ولتاژهای متوسط و بالا و توان‌های متوسط و بالا دارند، یکسوکننده‌های چندسطحی هستند. در اکثر ساختارهای چندسطحی ارائه‌شده با افزایش تعداد سطوح ولتاژ و بهبود کیفیت جریان تزریقی به شبکه، تعداد کلیدهای اکتیو افزایش می‌یابد که باعث افزایش هزینه و پیچیدگی ساختار و کاهش قابلیت اطمینان آن می‌گردد. هدف این پایان‌نامه، پیشنهاد یک ساختار یکسوکننده جدید 4-سطحی با تعداد کلیدهای اکتیو کاهش‌یافته نسبت به مبدل‌های با تعداد سطوح ولتاژ یکسان است. در این پایان‌نامه، پس از معرفی انواع یکسوکننده‌های موجود، معیارهای مقایسه‌ای آن‌ها معرفی می‌گردد. سپس ساختار یکسوکننده 4-سطحی پیشنهادی می‌شود. متناسب با ساختار پیشنهادی، نحوه کلیدزنی، مدولاسیون، محدودیت‌های کلیدزنی، سیستم کنترلی و الگوریتم تثبیت ولتاژ خازن‌های شناور ارائه شده است. یکسوکننده پیشنهادی، C و 3L-Vienna به همراه سیستم کنترلی مناسب برای یک کاربرد ولتاژ-متوسط و توان-بالای مشخص، توسط نرم‌افزار PSIM شبیه‌سازی می‌شوند. یکسوکننده3L-Vienna ، معایبی همچون تعداد سطوح ولتاژ کمتر در ورودیAC، محدودیت اندازه سلف ورودی و همچنین بالابودن ولتاژ کلیدهای اکتیو، نسبت به دو ساختار دیگر دارد. با مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی مبدل C و یکسوکننده 4-سطحی پیشنهادی مشخص می‌شود که این دو ساختار، خروجی‌های یکسانی از نظر شکل موج ولتاژ، جریان، ولتاژ کلیدهای اکتیو و بازدهی برای کاربرد صنعتی معرفی‌شده دارند. اما تفاوت اصلی آن‌ها در تعداد کلیدهای اکتیو بوده که در یکسوکننده پیشنهادی تعداد کلیدهای اکتیو برابر با 9 و در مبدل C برابر 18 است. بنابراین ساختار پیشنهادی گزینه مناسب‌تری برای کاربرد صنعتی معرفی‌شده است. به منظور تایید صحت عملکرد یکسوکننده پیشنهادی، سیستم مقیاس-پایین آزمایشگاهی ساخته و نتایج آن ارائه شده است. کلمات کلیدی : 1-یکسوکننده 2-ساختار 4-سطحی 3-مدولاسیون 4-پردازنده DSP 5-خازن شناور 6-کنترل‌کننده VOC

ارتقاء امنیت وب با وف بومی