مبدل AC-DC 24 پالسه مبتني بر اتوترانسفورماتورچنگالي به منظور بهبود شاخص هاي كيفيت توان

24-Pulse Fork Autotransformer Based Converter for Improvement of Power Quality Indices

در اين مقاله، يك مبدل ac-dc، 24 پالسه مبتني بر اتوترانسفورماتوري چنگالي به منظور بهبود شاخص هاي كيفيت توان طراحي، مدلسازي و شبيه سازي شده است. استفاده از ساختار اتوترانسفورماتور باعث كاهش نرخ كيلوولت آمپر طرح پيشنهادي نسبت به طرح مبدل 24 پالسه مبتني بر ترانسفورماتور چنگالي مي شود. بدليل انعطاف پذيري مناسب اتوترانسفورماتور پيشنهادي، مي توان از اين مبدل در كاربردهاي جايگزين نيز به آساني استفاده نمود. همچنين مبدل پيشنهادي در مقايسه با مبدل هاي 24 پالسه مبتني بر اتوترانسفورماتور موجود عملكرد مناسب تري را در بهبود شاخص هاي كيفيت توان از خود نشان مي دهد به طوري كه اعوجاج هارمونيكي كل جريان در مبدل پيشنهادي بين %2 در بار سبك تا %5 در بار كامل تغيير مي نمايد در صورتي كه اين فاكتور در مبدل هاي 24 پالسه اتوترانسفورماتوري موجود بين %4 تا %8 تغيير مي نمايد. در اين مقاله يك سري از شاخص هاي كيفيت توان و نرخ كيلو ولت آمپر و در نتيجه هزينه مورد نياز براي ساخت مبدل 24 پالسه ترانسفورماتوري و اتوترانسفورماتور چنگالي، مورد مقايسه قرار گرفته است. مبدل هاي مورد بررسي در تغذيه محركه موتور القايي درمحيط نرم افزارMATLAB و با استفاده از SIMULINK و توسط بلوك ترانسفورماتور چند سيم پيچه، مدلسازي و شبيه سازي شده اند. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه مبدل پيشنهادي در خصوص بهبود شاخص هاي كيفيت توان نتايجي يكسان با مبدل مبتني بر ترانسفورماتورچنگالي و مناسب تر از مبدل هاي اتوترانسفورماتوري موجود از خود نشان مي دهد و توانايي برآورده نمودن ملزومات استاندارد IEEE-519 (THDi < 5%) را در بارهاي متغير دارد، همچنين ضريب توان را در رنج وسيعي از عملكرد مبدل به نزديكي مقدار واحد مي رساند. با اين تفاوت كه نرخ كيلوولت آمپر مورد نياز براي مبدل 24 پالسه مبتني بر ترانسفورماتور چنگالي حدود %62/146 بار نامي مي باشد در صورتي كه اين نرخ در مبدل پيشنهادي برابر %12/87 بار نامي است كه منجر به كاهش اندازه، وزن و در نهايت هزينه مبدل پيشنهادي نسبت به مبدل 24 پالسه مبتني بر ترانسفورماتور مي گردد.

In this paper, a 24-pulse ac-dc converter is designed, modeled and simulated based on a fork autotransformer to improve power quality indices. The use of autotransformer results in reduced kVA rating of the proposed topology as compared with the transformer based 24-pulse converter. Due to the proper flexibility of the proposed topology, it can be simply utilized in other similar applications. Also the proposed converter has a better performance in power quality improvements as compared with the transformer based 24-pulse converters. Whereas the total harmonic current distortion for the given converter is between 2% in light load to 5% at full load, the same index in regular transformer based 24-pulse converter is varied from 4% to 8%. In this paper various power quality indices and kVA rating resulting in total construction cost of the 24-pulse transformer/ autotransformer based converters are compared. The investigated converters used in induction motor drive systems are modeled and simulated using multi-winding transformer block of Matlab/Simulink software. Simulation results confirmed that power quality indices related to the proposed converter are similar to those achieved by fork transformer based converter but better than existing transformer based converters, indicating its ability to fulfill the criteria required by IEEE 519 standard (THDi < 5%) under various loading conditions. Also, power factor reaches near unity under various ranges of converter operation. The kVA rating for the 24-pulse fork transformer based converter is about 146.62% of the nominal load rating comparing with 87.12% of the proposed converter topology resulting in reduced size, weight and finally cost of the proposed converter with respect to the conventional transformer based 24-pulse converters.