Ayarlanabilir hızlı sürücülerin şebeke arayüzleri için 30 darbeli bir doğrultucu tasarımı

Değişken hızlı motor sürücülerinin şebeke arayüzünde kullanılan 6 darbeli doğrultucular şebekeden yüksek harmonik bileşenler içeren akımlar çekmektedirler. Şebekeden çekilebilecek akımın harmonik seviyesinin uluslararası standartlarda belirtilen sınırlar içerisinde olabilmesi için kullanılan yöntemlerden biriside doğrultucu darbe sayısının arttırılmasıdır. Bu çalışmada, geniş yük aralığında çalışan alternatif akım motor sürücülerinde kullanılmak üzere yaklaşık birim güç faktörlü 30 darbeli bir doğrultucu tasarlanmıştır. 30 darbeli doğrultucu girişinde kullanılmak üzere aralarında $12^0$ faz farkı bulunan 5 adet üç fazlı gerilim seti üreten çatal yıldız bağlı bir oto transformatör önerilmiştir. Önerilen oto transformatörün gücü toplam yük gücünün sadece %20,9’u olmaktadır. Böylece transformatör boyutları ve sistem maliyeti azaltılmıştır. Tasarlanan 30 darbeli doğrultucu MATLAB/Simulink’de modellenmiş ve benzetim çalışmaları yapılmıştır. Benzetim sonuçlarından düşük yük koşullarında dahi 30 darbeli doğrultucu akım harmoniklerinin uluslararası standartlarda belirlenen sınırlar dâhilinde olduğu, birim güç faktörüne çok yakın değerlerin elde edildiği görülmektedir.

30 Pulse rectifier design for grid interfaces of the variable speed drives

Six pulse rectifiers that are used in grid interfaces of variable speed drives draws currents that include harmonic components from grid. Increasing the rectifier pulse number of the rectifier is one of the useful methods that are used to keep the harmonic in the limits of international standards. In this study, a near unity power factor 30 pulse rectifier is designed for alternating current motors that operate under heavily varying load conditions. $12^0$ phase shifted five three-phase voltage sets that are needed for 30 pulse rectification are generated by proposed star-differential autotransformer. Proposed autotransformer’s power is only 20.9% of output power. So transformer size and system total cost is reduced. The designed autotransformer is modeled and simulated with MATLAB/Simulink. It is seen from simulation results that, the line current harmonics of the 30 pulse rectifier are in the limits of international standards even under the light load condition, and the nearly unity power factor is achieved.

PDF

___

1- Singh, B., Bhuvaneswari, G., Garg, V., “Power quality improvements in Vector-Controlled Induction Motor Drive Employing Pulse Multiplication in AC-DC Converters”, IEEE Transaction Power Delivery, Vol. 21, No 3, 1578-1586, 2006.
2- Vas, P., Sensorless Vector Control and Direct Torque Control, Oxford Univ. Pres, Oxford, U.K., 1999.
3- IEEE Std. 519-1992, IEEE Recommended practice and requirements for harmonic control in electrical power systems, Newyork IEEE, 1992.
4- IEC 61000-3-4, Limitation of harmonic current in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A, 1998.
5- Alexa D, Sirbu A, D. Dobrea M. “An analysis of three-phase rectifiers with near-sinusoidal input currents”, IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 51, No 4, 884-891, 2004.
6- Hahn J. Kang M. P. Enjeti N, I. Pitel J., “Analysis and design of harmonic subtractors for three phase rectifier equipment to meet harmonic compliance”, IEEE Applied Power Elect. Conf. and Exposition; New Orleans, Louisiana, 211– 217, 6-10 February 2000.
7- Oguchi K, Maeda G, Hoshi N, Kubata T., “Coupling rectifier systems with harmonic cancelling reactors”, IEEE Ind. Appl. Magazine, Vol. 7, Issue 4, 53–63, 2001.
8- De Seixas F. J. M., Barbi I., “A 12 kW threephase low THD rectifier with high-frequency isolation and regulated DC output”. IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 19, 371-377, 2004.
9- Kanath G. R., Benson D., Wood R., “A novel autotransformer based 18-pulse rectifier circuit” IEEE Applied Power Elect. Conf. and Exposition, Dallas, Texas, 795–801, 10-14 March 2002.
10- Sefa, İ, Altın N., “Kesintisiz Güç Kaynakları İçin 18 Darbeli Bir Doğrultucu”, Politeknik Dergisi, Cilt 9, Sayı 3, 147-152, 2006.
11- Skibinski G., Guskov N., Zhou D., “Cost effective multi-pulse transformer solutions for harmonic mitigation in ac drives”, IEEE Industry Applications Conference, Salt Lake City, 1488-1498, 12-16 October 2003.
12- Hammond, R., Johnson, L., Shimp, A., Harder, D., "Magnetic Solutions to Line Current Harmonic Reduction", Proc. of Conf. Power Conversion, Galway, Ireland, 354-364, 14-16 Sept. 1994.
13- Singh, B., Bhunaveneswari, G., Garg, V., “24- Pulse AC-DC Converter for Power Quality Improvement in Vector Controlled Induction Motor Drives”, Electric Power Components and Systems, Vol. 34, No 10, 1077-1098, 2006.
14- Garg, V., Singh, B., Bhuvaneswari, G., “A Tapped Star Connected Autotransformer Based 24-Pulse AC-DC Converter for Power Quality Improvements in Induction Motor Drives”, International Journal of Emerging Power Systems, Vol. 7, Issue 4, 1-22, 2006.
15- Singh, B., Bhunaveneswari, G., Garg, V., “An Improved Power-Quality 30-Pulse AC-DC for Varying Loads”, IEEE Transaction Power Delivery, Vol. 22, No 2, 1179-1187, 2007.
16- Singh, B., Bhuvaneswari, G., Garg, V., Chandra, A., “Star Connected Autotransformer Based 30- Pulse AC-DC Converter For Power Quality Improvement In Vector Controlled Induction Motor Drives” IEEE Power India Conference, New Delhi, India, 1-6, 10-12 April 2006.
17- Sefa, İ., Altın, N., “Dengesiz Şebeke Koşullarında Çalışan 18 Darbeli Doğrultucularda Harmoniklerinin Azaltılması Üzerine Bir Yaklaşım”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Politeknik Dergisi, Vol.10, No.3, 229- 234, 2007.