کنترل برداری غیرمستقیم سرعت ماشین القایی مبتنی بر اینورتر دو-سه‌ سطحی

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بین‌المللی کیش، جزیره کیش، ایران

2 گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنیمهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شرق، تهران، ایران

4 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

10.22075/jme.2019.17166.1685

چکیده

با توجه به کاهش هزینه ادوات کلیدزنی قدرت، اخیراً اینورترهای هیبرید سه‌سطحی با قابلیت تولید ولتاژ نزدیک‌تر به ولتاژ سینوسی ارائه شده‌اند. اینورتر هیبرید در عین داشتن مزایای اینورترهای سه‌سطحی رایج، در مقایسه با آنها دارای تعداد ادوات کلیدزنی کمتری است که منجر به کاهش هزینه، حجم و وزن کل مبدل خواهد شد. در این مقاله از یک اینورتر هیبرید سه سطحی دارای هشت کلید و دو دیود برای کنترل سرعت موتور آسنکرون سه فاز استفاده خواهد شد که در مقایسه با اینورتر سه‌سطحی رایج دارای چهارکلید و دو دیود کمتر است. روش کنترل برداری غیرمستقیم جهت دهی شار روتور برای کنترل سرعت پیشنهاد شده است، حلقه‌های کنترلی سیستم طراحی شده و یک روش کلیدزنی مبتنی بر موج حامل مناسب و کارا برای اینورتر هیبرید پیشنهاد شده است. برای تایید صحت کارایی مبدل پیشنهادی و کنترل آن، شبیه‌سازی‌های متنوعی در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink انجام شده است و نتایج کنترل سرعت در حالت موتوری و تغییرات پله‌ای گشتاور بار ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Indirect vector control of three phase induction motor based on a 2/3 level inverter

نویسندگان [English]

  • Mohammadjavad Ghazi Ardakani 1
  • Majid Hosseinpour 2
  • Mahdi Shahparasti 3
  • Mehdi Siahi 4
1 Kish International Branch, Islamic Azad University, Kish Island, Iran
2 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Given the cost reduction of power switching devices, 2/3level hybrid inverters have been recently presented with the voltage generation capability close to the sinusoidal voltage. The hybrid inverter, while having the benefits of the conventional three-level inverters, has fewer switching devices, which will reduce the cost, size, and total weight of the inverter. In this paper, a 2/3 hybrid inverter containing eight switches and two diodes is used to control the speed of a three-phase asynchronous motor, which has four switches and two diodes less than the conventional three-level inverter. The indirect rotor‐flux oriented vector control is proposed for speed control, the control loops of the system are designed, and a proper and efficient carrier wave based switching technique is proposed for the hybrid inverter. In order to verify the efficiency of the proposed inverter and its control, a variety of simulations are performed in the MATLAB/Simulink software and the speed control results in motor mode and step changes in load torque are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid Inverter
  • 2/3 level inverter
  • Speed Control of Induction Motor
  • Indirect Vector Control
[1] L. M. Tolbert and S. Khomfoi, "Multilevel Power Converters-Chapter 31", Power Electronics Handbook, 2nd Ed, Elsevier, 2007.
[2] Z. Lim, "Active Neutral-Point-Clamped Inverter. -Chapter 14", Advanced Multilevel Converters and Applications in Grid Integration, Wiley-Blackwell, 2018.
[3] A. Choudhury, P. Pillay and S. Williamson, "Performance Comparison Study of Space-Vector and Modified-Carrier-Based PWM Techniques for a Three-Level Neutral-Point-Clamped Traction Inverter Drive", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 4, No. 3, September 2016, pp. 1064-1076.
[4] S. S. Lee, M. Sidorov, C. S. Lim, N. R. N. Idris and Y. E. Heng, "Hybrid Cascaded Multilevel Inverter (HCMLI) With Improved Symmetrical 4-Level Submodule", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 2, February 2018, pp. 932-935.
[5] F. L. Hoadley, R. F. McElveen and T. R. Obermann, "Application Considerations for Operating VSI-FED MV Motors in Hazardous Locations", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 2, March-April 2017, pp. 1656-1668.
[6] A. R. Dash, A. K. Panda, R. Patel and T. Penthia, "Design and implementation of a cascaded transformer coupled multilevel inverter-based shunt active filter under different grid voltage conditions", International Transactions on Electrical Energy Systems, e2728, 2018.
[7] حسن فشکی فراهانی، "ارائه یک ساختار جدید برای اینورتر­های منبع ولتاژ چند­سطحی تک­فاز بر مبنای کاهش تعداد کلید­های نیمه­‌هادی"، نشریه مدل­‌سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 52، بهار 1397، صفحه 97-108.
[8] V. Ferñao Pires, A. Cordeiro, D. Foito and J. F. Martins, "Quasi-Z-Source Inverter With a T-Type Converter in Normal and Failure Mode", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 31, No. 11, November 2016, pp.7462-7470.
[9] J. He, R. Katebi, N. Weise, D. NAO and L. Wei, "A Fault-Tolerant T-Type Multilevel Inverter Topology with Increased Overload Capability and Soft-Switching Characteristics", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 3, May-June 2017, pp. 2826-2839.
[10] L. Mihalache, "A hybrid 2/3 level converter with minimum switch count", IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting, Tampa, FL, USA, Vol. 2, October 2006, pp. 611-618.
[11] J. Muniz, E. Da Silva, R. Da Nobrega and E. Dos Santos, "An improved pulse-width-modulation for the modified hybrid 2/3-level converter", 2013 Brazilian Power Electronics Conference, Gramado, Brazil, October 2013, pp. 248-253.
[12] A. Narendrababu and P. Agarwal, "Virtual Vector Modulated Hybrid 2 / 3-Level Z-source VSI for PV Applications", 9th IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), Charlotte, NC, USA, June 2018, pp.1-7.
[13] R. Rahimi, G. R. Moradi, E. Afshari, B. Farhangi and S. Farhangi, "Study of Leakage Current Phenomena in Hybrid 2/3-Level Three-Phase Transformer less Photovoltaic Grid-Connected Inverters" 1st International Conference on New Research Achievements in Electrical and Computer Engineering, 2016.
[14] سجاد صدر، داود عرب خابوری، مصطفی نمازی، "مدل­سازی سیستم کنترل سرعت قطار الکتریکی با لحاظ لغزش چرخ بر روی ریل"، نشریه مدل‌­سازی در مهندسی، دوره 14، شماره 47، زمستان 1395، صفحه 255-266.
[15] M. J. Navardi, J. Milimonfared and H. A. Talebi, "Torque and Flux Ripples Minimization of Permanent Magnet Synchronous Motor by a Predictive-Based Hybrid Direct Torque Control", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 6, No. 4, December 2018, pp. 1662-1670.
[16] K. Wang, Y. Li, Q. Ge and L. Shi, "An Improved Indirect Field-Oriented Control Scheme for Linear Induction Motor Traction Drives", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 12, December 2018, pp. 9928-9937.
[17] سعید دارابی و یوسف علی­نژاد­برمی، "موتور سوئیچ رلوکتانسی خطی شش فاز جهت نیرو محرکه­ی آسانسور"، نشریه مدل­‌سازی در مهندسی، دوره 12، شماره 36، بهار 1393، صفحه 53-63.
[18] N. Mohan, Advanced Electric Drives: Analysis, Control, and Modeling Using MATLAB/Simulink, 1st Edition, John Wiley & Sons, 2014.
[19] S. Kouro, J. Rebolledo, J. Rodríguez, "Reduced switching-frequency-modulation algorithm for high-power multilevel inverters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 54, No. 5, October 2007, pp. 2894-2901.
[20] R. Krishnan, Electric Motor Drives: Modeling, Analysis and Control, 1st Ed, Prentice Hall, February 2001.
[21] Boussak M, Azza H Ben, and Gossa M. "Sensorless Indirect Stator Field Orientation Speed Control for Single-Phase Induction Motor Drive" IEEE Trans Power Electron, Vol. 24, No. 6, 2009, pp.1618-1627.
[22] M. H. N Talib, Z. Ibrahim, N. A. Rahim, A. S. Abu Hasim and H. Zainuddin, "Performance improvement of induction motor drive using simplified FLC method", 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, Antalya, 2014, pp. 707-712.
[23] Z. Mohzani, B. P. McGrath and D.G. Holmes, "A generalized natural balance model and balance booster filter design for three-level neutral-point-clamped converters", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 51, No. 6, November-December 2015, pp. 4605-4613.
[24] S. Hashir, J. Francis and R. Sreepriya, "A novel hybrid PWM method for DC-link voltage balancing in a three level neutral point clamped inverter", International Conference on Power, Signals, Control and Computation (EPSCICON), January 2018, pp. 1-6.
[25] A. Choudhury, P. Pillay and S. S. Williamson, "A Hybrid PWM-Based DC-Link Voltage Balancing Algorithm for a Three-Level NPC DC/AC Traction Inverter Drive", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 3, No. 3, September 2015, pp. 805-816.
[26] A. Sadeghi, M. Mohamadian, M. Shahparasti, and A. Fatemi, "A new switching algorithm for voltage balancing of a three-level NPC in DTC drive of a three-phase IM", Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), March 2013, pp. 489-495.
[27] S. M. Dehghan, M. Mohamadian, and A. Yazdian Varjani, "A New Variable-Speed Wind Energy Conversion System Using Permanent-Magnet Synchronous Generator and Z-Source Inverter", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 24, No. 3, September 2009, pp. 714–724.