1- مقدمه و کلیات تحقیق 2
1-1- مقدمه 2
1-2- موضوع پایان‌نامه 3
1-3- نوآوری پژوهش 4
1-4-. هدف از انجام پژوهش 5
2- مقدمه‌ای بر اصلاح ضریب توان 7
2-1- مقدمه 7
2-2- ضریب توان 7
2-3-. ضریب توان و کاهش هارمونیک‌ها 8
2-4-. روش‌های اصلاح ضریب توان 9
2-5- مبدل‌های DC 10
2-5-1    توپولوژی باک 12
2-5-2    توپولوژی بوست 13
2-5-3    توپولوژی باک-بوست 14
2-5-4    توپولوژی کیوک 15
2-6-. توپولوژی شپارد- تیلور 16
2-7- روش‌های کنترلی مبدل‌های اصلاح ضریب توان 16
2-7-1    روش‌ کنترل هیسترزیس 18
2-8- مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 20
2-8-1    مبدل ایزوله شده‌ی اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 21
2-8-2    مدلسازی و کنترل مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 23
2-9-  مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور ارتقاء یافته 26
2-10- مبدل بوست جدید بر اساس توپولوژی شپارد- تیلور 27
2-11- اصلاح روش کلید زنی بر اساس کنترل هیسترزیس برای مبدل شپارد- تیلور 28
2-12- جمع بندی 31
3- مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 33
3-1- مقدمه 33
3-2-. تحلیل مداری مبدل DC شپارد- تیلور 33
3-3- ساختار ساده شده‌ی مبدل شپارد- تیلور 38
3-4- روش کنترل پیشنهادی برای مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور 38
3-4-1-  تحلیل مداری مبدل شپارد- تیلور در روش کنترلی پیشنهادی 39
3-5- جمع بندی 41
4- نتایج شبیه‌سازی و آزمایشات عملی 43
4-1- مقدمه 43
4-2-. نتایج شبیه‌سازی با بهره گرفتن از نرم‌افزار متلب 44
4-3- نتایج شبیه‌سازی با بهره گرفتن از نرم‌افزار پروتئوس 50
4-4-. نتایج آزمایشات عملی 53
4-5- جمع بندی 60
5- نتیجه‌گیری و پیشنهادها 62
5-1-. نتیجه‌گیری 62
5-2- پیشنهادها 62
پیوست 1.64
ملاحظات پیاده‌سازی و ساخت 64
پیوست 2.66
اطلاعات آی‌سی‌ سنسور جریان مورد استفاده در ساخت 66
اطلاعات ماسفت مورد استفاده در ساخت 69
اطلاعات آی‌سی درایو ماسفت مورد استفاده در ساخت 70
مراجع.74
76. Abstract
 
فهرست جداول
جدول 1 مقایسه روش‌های کنترلی اصلاح ضریب توان 18
جدول 2 مقادیر پارامترهای مورد استفاده در شبیه‌سازی با نرم‌افزار متلب 43
جدول 3 مقادیر پارامترهای مورد استفاده در شبیه‌سازی با نرم‌افزار پروتئوس 51
جدول 4 مقادیر و نوع المان‌های استفاده شده در آزمایش عملی 53
 
 
فهرست تصاویر و نمودارها
شکل ‏2‑1 ولتاژ و جریان ورودی یک مبدل بدون اصلاح ضریب توان 8
شکل ‏2‑2 شکل موج‌های جریان ورودی یک مبدل(1- بدون اصلاح ضریب توان،2-اصلاح ضریب توان غیرفعال، 3- اصلاح ضریب توان فعال، 4- ولتاژ ورودی) 9
شکل ‏2‑3 مبدل AC/DC اصلاح ضریب توان با واحد کنترل 10
شکل ‏2‑4 (الف) اساس طرز کار مبدل ,DC/DC (ب) شکل موج ولتاژ خروجی[1] 11
شکل ‏2‑5 نمودار مداری مبدل باک 13
شکل ‏2‑6 نمودار مداری مبدل بوست 13
شکل ‏2‑7 نمودار مداری مبدل باک-بوست 14
شکل ‏2‑8 نمودار مداری مبدل کیوک 15
شکل ‏2‑9 نمودار مداری مبدل شپارد- تیلور 16
شکل ‏2‑10 (الف) روش کنترل هیسترزیس برای مبدل شپارد- تیلور (ب) محدوده‌ی مجاز تغییرات جریان ورودی 19
شکل ‏2‑11 مدل دوطبقه معادل مبدل شپارد- تیلور 20
شکل ‏2‑12 جریان سلف ورودی و جریان خازن C و پالس کلیدزنی مبدل (به ترتیب از بالا به پایین) 21
شکل ‏2‑13 مبدل ایزوله‌ی شپارد- تیلور در بازه‌های زمانی مختلف از عملکرد در حالت جریان ورودی گسسته 22
شکل ‏2‑14 جریان ورودی (الف) مبدل بوست(ب) مبدل شپارد- تیلور 23
شکل ‏2‑15 سیستم کنترل بر اساس کنترل هیسترزیس برای مبدل شپارد- تیلور 24
شکل ‏2‑16 سیستم کنترل بر اساس کنترل موج حامل خطی برای مبدل شپارد- تیلور 24
شکل ‏2‑17 سیستم کنترل بر اساس کنترل موج حامل غیرخطی برای مبدل شپارد- تیلور 25
شکل ‏2‑18 بلوک دیاگرام کنترل دیجیتال مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور بر اساس الگوریتم پیش‌بین 26
شکل ‏2‑19 مبدل شپارد- تیلور ارتقاء یافته 27
شکل ‏2‑20عملکرد مبدل شپارد- تیلور در (الف) خاموش بودن کلیدها (ب) روشن بودن کلیدها 27
شکل ‏2‑21 نمودار مداری مبدل جدید بوست براساس توپولوژی شپارد- تیلور 28
شکل ‏2‑22 دوره‌های عملکرد مبدل (الف) دوره اول (ب) دوره دوم (ج) دوره سوم 29
شکل ‏2‑23 مبدل اصلاح ضریب توان شپارد- تیلور بر اساس کنترل هیسترزیس با روش کلیدزنی پیشنهادی 30
شکل ‏2‑24 مقایسه بین جریان ورودی در روش کلیدزنی پیشنهادی و روش‌های مرسوم 30
شکل ‏3‑1(الف)مسیرهای جریان در زمان خاموش بودن کلیدها (ب) مسیرهای جریان در زمان روشن بودن کلیدها 34
شکل ‏3‑2 مدل ایزوله شده‌ی مبدل شپارد- تیلور 37
شکل ‏3‑3 ساختار ساده شده‌ی مبدل شپارد- تیلور 39
شکل ‏3‑4 بازه‌های زمانی روش کلیدزنی پیشنهادی 38
شکل ‏3‑5 مسیرهای جریان مبدل در بازه زمانی اول (الف) روشن بودن Q1 و Q2 (ب) خاموش بودن Q1 و Q2 40
شکل ‏3‑6 جریان مبدل در بازه زمانی دوم (الف) روشن بودن Q1 (ب) خاموش بودن Q1 41
شکل ‏4‑1 پالس آشکارساز عبور از صفر ولتاژ ورودی (شکل موج بالایی) ولتاژ ورودی (شکل موج پایینی) 45
شکل ‏4‑2 مدار شبیه‌سازی شده توسط نرم‌افزار متلب 46
شکل ‏4‑3 شکل موج‌های ولتاژ (شکل موج بلندتر) و جریان (شکل موج کوتاهتر) ورودی مبدل با بهره گرفتن از نرم‌افزار متلب 47
شکل ‏4‑4 پالس اعمالی به گیت Q1 (شکل موج بالایی) پالس اعمالی به گیت Q2 (شکل موج وسط) جریان ورودی بعد از یکسوسازی (شکل موج پایینی) 48
شکل ‏4‑5 ولتاژ خروجی (شکل موج بالایی) و جریان ورودی مبدل (شکل موج پایینی) 49
شکل ‏4‑6 مدار شبیه‌سازی شده توسط نرم‌افزار پرونئوس 50
شکل ‏4‑7 نمونه جریان ورودی (شکل موج بالایی) ولتاژ مرجع ورودی ( شکل موج پایینی) 52
شکل ‏4‑8 جریان ورودی مبدل قبل از پل دیودی 52
شکل ‏4‑9 پالس اعمالی به گیت Q2 (شکل موج بالایی) پالس اعمال شده به گیت 1Q (شکل موج پایینی) 53
شکل ‏4‑10 تصویر مداری که در آزمایشات عملی مورد استفاده قرار گرفته است 54
شکل ‏4‑11 ولتاژ ورودی (شکل موج بالایی) و جریان ورودی (شکل موج پایینی) مبدل قبل از پل دیودی 54
شکل ‏4‑12 ولتاژ و جریان ورودی مبدل در حالت بزرگنمایی شده 55
شکل ‏4‑13 جریان ورودی مبدل و پالس اعمالی به گیت Q2 55
شکل ‏4‑14جریان ورودی مبدل و پالس اعمالی به گیت Q2 در حالت بزرگنمایی شده 56
شکل ‏4‑15 پالس اعمالی به Q1 و جریان ورودی 56
شکل ‏4‑16 پالس اعمالی به Q1 و جریان ورودی‌در حالت بزرگنمایی شده 57
شکل ‏4‑17 پالس اعمالی به Q1 (شکل موج بالایی) پالس اعمالی به Q2 (شکل موج پایینی) 57
شکل ‏4‑18 پالس اعمالی به Q1 (شکل موج بالایی) پالس اعمالی به Q2 (شکل موج پایینی) در حالت بزرگنمایی شده 58
شکل ‏4‑19 جریان ورودی و ولتاژ خروجی مبدل تحت مقادیر مختلف از ولتاژ مرجع خروجی 59
شکل ‏0‑1 طرح فیبر مدار چاپی قسمت کنترل مبدل شپارد- تیلور پیاده‌سازی شده 65
شکل ‏0‑2 طرح فیبر مدار چاپی قسمت قدرت مبدل شپارد- تیلور پیاده‌سازی شده 65
 
 
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
 
 

1-         مقدمه و کلیات تحقیق
 

1-1-         مقدمه
الکترونیک قدرت ترکیبی از قدرت، الکترونیک و کنترل است. کنترل به بررسی مشخصه‌ های دینامیک و حالت پایدار سیستم‌های با حلقه بسته می‌پردازد. قدرت، وسایل قدرت استاتیک و گردنده را که در تولید، انتقال و توزیع توان الکتریکی بکار‌گرفته می‌شوند را بررسی می‌کند. الکترونیک، مدارها و وسایل پردازشگر یا پردازنده سیگنال‌ها را بررسی می‌کند که برای بدست آوردن هدفهای کنترلی مطلوب مورد استفاده قرار می‌گیرند. الکترونیک قدرت را می‌توان به صورت کاربردهای الکترونیک حالت جامد در کنترل و تبدیل توان الکتریکی نیز تعریف کرد. الکترونیک قدرت بر اساس خاصیت کلیدزنی عناصر نیمه‌هادی قدرت پایه گذاری شده است. با پیشرفت تکنولوژی نیمه‌هادی‌های قدرت، قابلیت کار با توان و سرعت کلیدزنی بالا در ادوات الکترونیک قدرت بطور قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته است. پیشرفت در تکنولوژی میکروکنترلرها[1] تاثیر زیادی در کنترل و ایجاد روش‌های کنترلی برای عناصر نیمه‌هادی قدرت داشته است[1].
همانطورکه قبلا اشاره شد الکترونیک قدرت بر کلیدزنی المان‌های قدرت استوار است. بکارگیری این المان‌ها معایبی را هم به همراه دارد. غیرخطی بودن این عناصر باعث به وجود آمدن اعوجاج در شکل موج جریان خط می‌شود که خود سبب بوجود آمدن معایب زیادی از جمله کاهش ضریب توان[2] (P.F)به عنوان یکی از مهمترین اثرها می‌شود. مبدل‌های اصلاح ضریب توان[3] (PFC) ورودی را به حالت سینوسی و هم‌فاز با ولتاژ نزدیک می‌کنند. مشکل اعوجاجات جریان ورودی مدت زیادی است که شناخته شده است. اخیرا توجه به اثرات زیان آور هارمونیک‌ها منجر به ایجاد یک فرمولاسیون راهبردی و همچنین استانداردهایی گردیده است که باعث شده توجه به راه های محدود کردن اعوجاجات جریان بیشتر شود[3].
به طورکلی PFC، ظرفیت تولید یا جذب توان راکتیو در یک بار متصل به شبکه بدون استفاده از منبع می‌باشد. ضریب توان را می‌توان نسبت توان واقعی[4] به توان ظاهری[5] و به صورت رابطه (‏1‑1) تعریف کرد:
 

(‏1‑1)
 
که در آن توان واقعی مقدار متوسط حاصلضرب ولتاژ لحظه‌ای در جریان لحظه‌ای در یک سیکل می‌باشد و توان ظاهری حاصلضرب مقدار موثر جریان در مقدار موثر ولتاژ می‌باشد. اگر ولتاژ و جریان سینوسی و هم فاز باشند، ضریب توان مقدار واحد و برابر با یک خواهد داشت. در صورتیکه ولتاژ و جریان سینوسی و غیر هم‌فاز باشند ضریب توان کسینوس اختلاف فاز آن‌ها خواهد بود. این تعریف از ضریب توان تنها در مواقعی که ولتاژ و جریان