مقاله الکترونیک قدرت

دانلود مقاله الکترونیک قدرت

مقدمه

با پیشرفت در قطعات نیمه هادی قدرت از ۱۹۵۰‏، الکترونیک قدرت، بطور گسترده ای در کاربردهای صنعتی، نقل و انتقال، تجاری و هوا فضا رشد کرده است. الکترونیک قدرت در مورد تبدیل بهینه انرژی، کنترل و حالت دادن به توان الکتریکی با استفاده از عناصر نیمه هادی جامد بحث می کند. عمده ترین کار در الکترونیک قدرت تبدیل انرژی از  یک شکل به شکل دیگر می باشد که این می تواند توسط مبدلهای قدرت مختلف صورت گیرد. این مبدلها توسط قطعات الکترونیکی کنترل می گردد. که معمولاً این گونه مبدلها در مد سوئیچینگ کار می کنند. قطعات نیمه هادی قدرت مختلفی در مبدلها بکار می روند که با تحریک گیت آنها عمل روشن و خاموش شدن قطعات صورت می گیرد. عناصر قدرتی که معمولاً بکار می روند شامل  GTO (Gate-Turn-off Thyristor) ، MCT (Mos-Controlled-Thyristor) IGBT   (Insulated Gate Bipolar Transistor) ، MOSFET  می باشند. امروزه با افزایش تواناییهای قطعات قدرت و سهولت کنترل عناصر نیمه هادی مدرن توپولوژیهای مختلفی در ساخت مبدلهای قدرت ایجاد گردیده است که با توجه به شکل ورودی و خروجی توان‏ ، آنها را به چند دسته تقسیم می کنند:

۱-   مبدل DC به AC (اینورتر)

۲-    مبدل AC به DC (یکسو ساز)

۳-   مبدل DC به DC (چاپر)

۴-   مبدل AC به AC (کانورتر ماتریکس، سیکلو کانورتر)

امروزه با ساخت میکروپروسسورهای فرکانس بالای DSP مبدلهای با کیفیت و بهره بالا طراحی و ساخته می شود که در این مقاله طراحی و ساخت یک سیگنال ژنراتور مربعی و سینوسی که فرکانس آن توسط یک مدار میکروپروسسوری کنترل می گردد آورده شده است. که در واقع این مدار یک مبدل DC به AC می باشد که ولتاژ برق شهر توسط یک مدار یکسو ساز ساده به DC تبدیل شده و سپس این مقدار DC ثابت توسط یک مدار میکروپروسسوری بعنوان بخش کنترل و یک مدار تمام پل با قطعات نیمه هادی IGBT و درایورهای آن بعنوان بخش قدرت به یک سیگنال AC با فرکانس مختلف تبدیل می گردد.

ولتاژی که از خروجی مدار حاصل می شود یک پالس مربعی است که فرکانس آن می تواند ، از ۱ هرتز تا ۲ کیلو هرتز متغیر باشد البته با تنظیم یک فیلتر پایین گذر برای یک فرکانس خاص می توان آن را به یک سیگنال سینوسی تبدیل نمود.

با بررسی جزئیات مدار مشاهده می گردد در این مقاله ، از دروس متفاوت گذرانده شده در رشته مهندسی برق استفاده شده است  چرا که بخشی از مدار الکترونیک ، بخش دیگر الکترونیک صنعتی و بخشی دیگر نیز میکروکنترلر می باشد که با انجام این مقاله تجربه عملی نسبتاً کاملی از دروس تئوری گذرانده شده حاصل گردید. در این نوشتار نیز سعی شده است تا ضمن تشریح کامل مدار مقاله ، مطالب ضروری دیگر که می تواند مدار را بیشتر تحلیل نموده و دلایل استفاده از قطعات و المانهای بکار رفته را توضیح نماید عنوان شود  بنابراین از آنجایی که بخش عمده ای از مقاله مربوط به سوئیچ المانی از الکترونیک قدرت و کاربرد آن در مقاله مذکور می باشد، فصل اول را به مبحث الکترونیک قدرت اختصاص دادیم و از آنجایی که در این مقاله از میکروکنترلر ۸۹C52 که از خانواده میکروکنترلر ۸۰۵۱ می باشد ، استفاده شده است فصل دوم را به طور کلی به مبحث میکروکنترلر ۸۰۵۱ و جزئیات مربوط به آن اختصاص دادیم علاوه بر این لازم بود که تحلیل کلی از مقاله را ارئه دهیم لذا لازم دیدیم در فصل سوم به تشریح کامل مدار پرداخته و ضرورت استفاده از تک تک قطعات را بیان نموده و به مدار کاربردی آن نیز بپردازیم.

–

فهرست

مقدمه۱
فصل اول: الکترونیک قدرت۴
مبدل DCبه AC تکفاز۵
مدولاسیون پهنای پالس(PWM) 6
اشکال مختلف سوئچینگ PWM8
مدولاسیون PWM دو قطبی۸
مدولاسیون PWM تک قطبی۱۰
شمای PWM تک قطبی بهبود یافته۱۲
بلوک دیاگرام کلی مدار مقاله۱۴
یکسوساز تمام موج۱۵
مبدلDC بهAC16
IGBT16
ساختارسیلیکون و مدار معادل۱۷
مشخصات هدایت۱۸
مشخصات سوئیچینگ۲۰
راه انداز یا  درایور IGBT20
شرح ای سیIR211322
ملاحظات طراحی بخش درایورIR211326
برد مدار چاپی مورد نیاز برای راه اندازی ماسفت۳۳
راهنمای کمک سریع۳۴
فصل دوم:میکروکنترلر۸۰۵۱۳۵
مقدمه۳۶
تفاوت بین میکرو پروسسور و میکرو کنترلر۳۶
میکرو کنترلر۸۰۵۱۳۸
تخصیص فضای حافظهRAMدر ۸۰۵۱۴۰
توصیف پایه های ۸۰۵۱۴۲
فصل سوم:تشریح تکمیلی مدار مقاله۴۸
پل دیود و خازن صافی کننده ورودی۴۹
راه انداز پل سوئیچ های قدرت ۴۹
میکروکنترلر۸۹C5254
اپتو کوپلر و نقش آن در مدار۵۸
عملکرد مدار۵۹
کاربردهای مقاله۶۰
منابع