FA
سبد خرید 0

ترانسفورماتور حالت جامد دوطرفه: طبقه¬های یکسوساز، مبدل DC به DC و اینورتر


ترانسفورماتور حالت جامد دوطرفه: طبقه¬های یکسوساز، مبدل DC به DC و اینورتر



دانلود مقاله کامل

ترانسفورماتور حالت جامد دوطرفه: طبقه­های یکسوساز، مبدل DC به DC و اینورتر

 

حامد ملااحمدیان کاسب استادیار گروه مهندسی برق موسسه آموزش عالی خراسان و مدیر عامل شرکت دانش بنیان تجهیزات ابزارآزما

 

 

اطلاعات مقاله

 

چکیده

 

 

تجهیزات هوشمند بخشی مهم و جدایی‌ناپذیر از شبکه‌های قدرت مدرن هستند. یکی از این تجهیزات جدید و در حال رشد و توسعه، ترانسفورماتور حالت جامد یا ترانسفورماتور الکترونیک قدرت است. این نوع از ترانسفورماتورها مبتنی بر کلیدهای نیمه‌هادی قدرت، ترانس فرکانس بالا و مدار کنترل و حفاظت می­باشند و نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارای قابلیت‌های اضافی متعددی از قبیل دامنه و فرکانس متغیر ولتاژ ورودی، تنظیم اتوماتیک ولتاژ خروجی و اصلاح ضریب توان ورودی می‌باشد. ترانسفورماتور مورد بررسی در این مقاله، قابلیت انتقال توان دو طرفه داشته، دارای سه طبقه یکسوساز، میانی و اینورتر می‌باشد.

 

واژگان كليدي:

ترانس حالت جامد،

یکسوساز،

مبدل DC به DC،

اینورتر.

 

 

1-مقدمه

شبکه­های مدرن انرژی الکتریکی مشتمل بر انواع تولیدکننده‌های توان الکتریکی می‌باشند. این انواع جدید دارای خروجی­های توان به شکل­های مختلفی هستند و بنابراین برای اتصال به شبکه نیاز به استفاده از مبدل­های توان دارند. مبدل‌های بکار رفته در مزارع بادی و خورشیدی نمونه‌ای از این موارد هستند. از طرف دیگر توسعه شبکه‌های هوشمند و ایجاد انعطاف بیشتر در شبکه با استفاده از ترانسفورماتورهای سنتی دارای محدودیت‌های بسیاری است. ظهور انواع جدید مبدل‌های توان و نیز شبکه‌های هوشمند، محققان را به سمت نسل جدید ترانسفورماتورها که ترانسفورماتور حالت جامد[1] (SST) نامیده می‌شوند، سوق داده است. این ترانسفورماتورها با تکیه بر مدارهای الکترونیک قدرت، قابلیت مانور و کنترل شبکه را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند. علاوه بر موارد قبلی، بهبود راندمان انتقال انرژی و کیفیت توان نیز با استفاده از فناوری جدید ترانسفورماتور حالت جامد مهیا می‌گردد.

SST، شامل یک یا چند مبدل الکترونیک قدرت و یک ترانسفورماتور یک­پارچه فرکانس بالاست. ساختار کلی ترانسفورماتور حالت جامد به‌صورت شکل (1) می­باشد.

در کاربردهایی که سطح ولتاژ ورودی یا خروجی ترانسفورماتور حالت جامد تفاوت زیادی با ولتاژ قابل تحمل کلید دارد، از تکنیک سری کردن طبقات استفاده می‌گردد. به دلیل محدودیت ولتاژ نامی کلیدهای نیمه‌هادی قدرت، تعداد طبقات سری در این مبدل­ها بالا است. از طرف دیگر با معرفی فناوری سیلیکون-کاربید[2] (SIC) برای کلیدهای نیمه‌هادی قدرت و ارائه کلیدهای تا ده کیلوولت، نمونه‌ای با تعداد طبقات کمتر و پیچیدگی پایین‌تر نیز طراحی و ساخته شده است.

ساختار پیشنهادی قابلیت انتقال توان در دو جهت را دارا بوده، اصلاح ضریب توان، رگولاسیون ولتاژ و ... را به‌خوبی به کمک حلقه­های کنترل پسخور انجام می­دهد. جهت فراهم آمدن دانش مورد نیاز برای شبیه‌سازی، تحلیل و طراحی کنترل‌کننده، در این مقاله مسئله مدل‌سازی یک­پارچه مورد توجه قرار گرفته است.
 

[1] Solid State Transformer

[2] Silicon-Carbide


شکل 1- ساختار کلی ترانسفورماتور حالت جامد [7]

 

2

-مفاهیم اساسی در ترانسفورماتور حالت جامد

 ساختارهای گوناگونی برای SST معرفی شده‌اند که می‌توان آن‌ها را به 4 دسته کلی تقسیم نمود. از میان این چهار دسته، ساختار معرفی‌شده در شکل (3) به دلیل برخورداری از ویژگی‌های بیشتر نسبت به ساختارهای دیگر مناسب‌تر به نظر می‌رسد. این ساختار دارای یک مبدل AC-DC در طبقه یکسوساز، یک مبدل DC-DC همراه با یک ترانسفورماتور فرکانس بالا برای ایزولاسیون و کاهش سطح ولتاژ در طبقه میانی و یک مبدل DC-AC در طبقه اینورتر است. طبقه اینورتر وظیفه تأمین ولتاژ AC با دامنه و فرکانس مطلوب را بر عهده دارد. با توجه به وجود اصلاح­کننده ضریب توان در طبقه یکسوساز، ضریب توان ورودی ترانسفورماتور حالت جامد، واحد می­باشد.

از طرفی وجود باس DC و خازن­های ذخیره‌ساز انرژی در این تجهیز، سبب می­شود خروجی آن تا حد زیادی از افت ولتاژ و اضافه ولتاژها تأثیر نپذیرد و امکان اتصال منابع تولید پراکنده به‌ منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم توزیع فراهم شود.


شکل 2- ساختار کلی ترانسفورماتور حالت جامد مورد بررسی

 

2-1

2-1-مقایسه با ترانسفورماتور سنتی و کاربردها

ترانسفورماتور فرکانس پایین به دلیل برخورداری از ویژگی هایی همچون قابلیت اطمینان بالا و هزینه پایین به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد و هرگونه بهبود در کارایی این تجهیز نیازمند صرف هزینه زیادی است. نکته حائز اهمیت این است که ترانسفورماتور حالت جامد دقیقاً جایگزین ترانسفورماتور فرکانس پایین نیست بلکه یک تجهیز چندکاره است که تنها یکی از قابلیت‌های آن تبدیل یک سطح ولتاژ AC به سطح ولتاژی دیگر است. سایر کارکردها و مزایای SST عبارت‌اند از: کنترل­پذیری بالا با توجه به استفاده از ادوات الکترونیک قدرت و حجم و وزن کمتر به دلیل استفاده از ترانسفورماتور فرکانس بالا.

تلفات SST حدود سه برابر ترانسفورماتور معمولی است. این محاسبه بدون در نظر گرفتن کاهش تلفات شبکه ناشی از عملکرد  SSTدر حذف هارمونیک‌ها و عدم تعادل محاسبه­شده ‌است. به این ترتیب در یک دید کلی و با در نظر گرفتن تلفات کل شبکه، ممکن است وجود SST به کاهش تلفات منجر شود. از طرف دیگر، حجم یک SST نسبت به ترانسفورماتور معمولی مشابه حدود %20 کمتر است؛ اما از لحاظ وزن، هر دو تجهیز تقریباً یکسان هستند.

کاربرد SST در برخی زمینه‌ها بسیار جذاب‌تر از ترانسفورماتور سنتی می‌باشد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای ترانسفورماتور حالت جامد در صنعت و شبکه قدرت عبارت‌اند از:

·      استفاده در سیستم­های کششی

·      کاربرد در سیستم­های تولید انرژی در دریا

·      اتصال SST بین منبع و بار یا شبکه توزیع

·      اتصال بین دو شبکه توزیع

·      اتصال بین شبکه‌های فشار متوسط و فشار ضعیف

·      اتصال بین شبکه فشار متوسط و بارها

اتصال بین تولید پراکنده و شبکه‌های هوشمند



 

شکل 3- کاربرد SST در شبکه قدرت
 

[1] Solid State Transformer

[2] Silicon-Carbide

تاریخ:1401/03/11
بازدید:208 بازدید
سلام، سوالی دارید در خدمتیم