دانلود شبیه سازی اینورتر سه فاز با استفاده از مدولاسیون PWM متقارن در متلب

شبیه سازی اینورتر سه فاز با PWM

در جهان امروزی، اکثر وسایل و ماشین آلات با برق AC کار می‌کنند. در غیاب توان AC، باید روشی برای تبدیل توان DC به AC وجود داشته باشد. این تبدیل بوسیله مدار الکترونیک قدرتی به اسم اینورتر صورت می‌گیرد. کارکرد پایه یک اینورتر قدرت، تغییر ولتاژ DC ورودی، به ولتاژ AC خروجی متقارن، با اندازه و فرکانس مطلوب است. این دستگاه‌ها دارای کاربرد گسترده‌ای در منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)، درایوهای AC با سرعت قابل تنظیم، گرمایش القایی، و منابع نیروی کمکی هواپیما هستند. در صورتی که ولتاژ ورودی DC ثابت اما غیرقابل کنترل باشد، یک ولتاژ خروجی متغیر با تغییر گین مبدل اعمال می‌شود. این کار بوسیله تکنیک مدولاسیون پهنای باند صورت می‌گیرد (PWM). دو نوع اینورتر وجود دارند، یکی از آن‌ها اینورتر منبع ولتاژ، و دیگری اینورتر منبع جریان است. هنگامی که اینورتر دارای منبع DC با مقاومت ناچیز باشد (یعنی منبع ولتاژ DC ثابت در ترمینال‌های ورودی آن برقرار باشد)، آنگاه گفته می‌شود که اینورتر با تغذیه ولتاژ (VSI) برای آن برقرار است. از سوی دیگر به ازای مقاومت ورودی زیاد (یعنی منابع جریان DC پایدار در ترمینال‌های ورودی آن وجود دارند)، از آن تحت عنوان اینورتر با تغذیه جریان، یا CSI یاد می‌شود.

در تکنیک مدولاسیون پهنای باند (PWM)، پالس‌هایی با دامنه ثابت، اما چرخه‌های کار متفاوت، با مدوله سازی بازه‌های زمانی ایجاد می‌شوند. این مدولاسیون با استفاده از یک حامل و یک سیگنال مرجع صورت می‌گیرد. این دو سیگنال به یک مقایسه کننده اعمال می‌شوند و سیگنال‌های مربوطه، بر اساس منطق مقایسه کننده ساخته می‌شوند. موج مرجع، خروجی سیگنال مطلوب است که می‌تواند یک موج سینوسی یا مربعی باشد. از سوی دیگر، موج حامل معمولاً دندانه اره‌ای یا مثلثی است و فرکانس آن به شکل چشمگیری بیشتر از سیگنال مرجع می‌باشد. هارمونیک‌های درجات بالاتر در جریان بار، با استفاده از القاگر سری حذف می‌شوند. محدوده منتخب از هارمونیک‌های پایین‌تر، با انتخاب مناسب تعداد پالس در هر نیم چرخه، قابل کاهش است.

مدولاسیون پهنای باند (PWM)، یا مدولاسیون زمان پالس (PDM) روشی برای کاهش میانگین توان تحویل داده شده بوسیله یک سیگنال الکتریکی، با تجزیه مؤثر آن به قسمت‌های گسسته است. مقدار میانگین ولتاژ (و جریان) خورانده شده به بار، با تغییر حالت سوئیچ بین منبع و بار، و روشن و خاموش کردن با نرخ سریع کنترل می‌شود. این روش در کنار ردگیری نقطه توان حداکثری (MPPT)، یکی از اساسی‌ترین روش‌های کاهش خروجی پنل های خورشیدی است که از باتری استفاده می‌کنند. PWM به طور خاص مناسب کار با بارهای اینرسی همچون موتورها است. آن‌ها به آسانی تحت تأثیر سوئیچ زنی گسسته قرار نمی‌گیرند زیرا اینرسی آن‌ها منجر به واکنش دهی آهسته آن‌ها می‌شود. فرکانس سوئیچ زنی PWM باید به اندازه کافی بالا باشد تا اثری روی بار بجا نگذارد. این بدین معنی است که شکل موج بدست آمده ناشی از بار، باید حدالامکان هموار باشد. نرخ (فرکانس) سوئیچ منبع تغذیه با توجه به بار و کاربرد، بشدت دستخوش تغییر می‌شود. به عنوان مثال، سوئیچ زنی یک اجاق الکتریکی باید چندبار در دقیقه انجام بشود. در دیمر لامپ 120 هرتز است. در راه انداز موتور بین چند کیلوهرتز (KHZ) تا چند ده کیلوهرتز است. در آمپلی فایر صوتی و منبع تغذیه رایانه ده‌ها و صدها کیلوهرتز است. اصلی‌ترین مزیت PWM این است که تلفات توان در دستگاه سوئیچ زنی بشدت پایین است. هنگامی که سوئیچ خاموش است، عملاً هیچ جریانی وجود ندارد. هنگامی که روشن است و توان در حال انتقال به بار است، تقریباً هیچ افت ولتاژی دو سر سوئیچ شکل نمی‌گیرد. بدین ترتیب تلفات توان به عنوان حاصلضرب ولتاژ و جریان، در هر دو حالت نزدیک به صفر است. PWM با کنترل‌های دیجیتالی نیز عملکرد خوبی به جا می‌گذارد. بدلیل ماهیت روشن/ خاموش، آن‌ها می‌توانند براحتی چرخه وظیفه مدنظر را تنظیم بکنند. همچنین PWM در برخی سیستم‌های مخابراتی و چرخه عملکردی، جهت انتقال اطلاعات روی کانال ارتباطی بکار رفته است.

این شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب (MATLAB) انجام شده و در ادامه نیز تعدادی از تصاویر مربوط به خروجی های آن قرار داده شده اند: