ترجمه مقاله حلقه قفل فاز (PLL) براساس حذف هارمونیک‌های انتخابی برای کاربردهای بهره‌برداری

ترجمه مقاله حلقه قفل فاز (PLL) براساس حذف هارمونیک‌های انتخابی برای کاربردهای بهره‌برداری

حلقه قفل فاز (PLL) براساس حذف هارمونیک‌های انتخابی برای کاربردهای بهره‌برداری+ نسخه انگلیسی2013

Phase-Locked Loop Based on Selective Harmonics Elimination for Utility Applications

چکیده- حلقه‌های قفل شده فاز (PLL) به طور گسترده در تجهیزات الکترونیکی متصل به شبکه کاربرد دارند. استفاده از یک اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ مربع‌شکل به جای بک اسیلاتور سینوسی نیاز به یک ضرب‌کننده را کاهش داده، منجر به یک الگوریتم ساده PLL می‌شود که برای پردازنده‌های کم‌هزینه نیز مناسب است. علیرغم سادگی آن، ولتاژهای معوج شبکه باعث خطای حالت دائم فاز می‌شوند. این مقاله کاربرد یک شکل‌موج مربعی اصلاح‌شده را ارائه می‌دهد که از روش حذف هارمونی انتخابی (SHE) بدست آمده است تا مشکل خطای فاز حل شود. نتایج شبیه‌سازی و تجربی تست‌های حالت دائم و گذرا ارائه می‌شوند تا اعتبار روش‌های تکفاز و سه‌فاز SHE-PLL به اثبات برسد. تست‌های انجام شده با یک آرایش درگاه قابل‌ برنامه‌نویسی (FPGA) نشان می‌دهند که پاسخ دینامیکی روش ارائه شده مشابه PLL کلاسیک است اما پیکربندی‌ ساده‌ای دارد.

کلمات کلیدی: آرایش‌های با درگاه قابل برنامه‌نویسی (FPGA)، حلقه‌های قفل فاز (PLL)، الکترونیک قدرت.

1. 1. مقدمه

حلقه‌های قفل فاز (PLL ها) به طور گسترده در مخابرات، کنترل، اتوماسین و سیستم‌های ابزار دقیق به کار می‌روند تا سنکرون‌سازی سیگنال حاصل شود. اخیرا، PLL ها کاربردهای مختلفی را در تجهیزات الکترونیک قدرت متصل به شبکه یافته‌اند: 1) برای هماهنگی مدارهای آتش‌زنه تریستور [1]؛ 2) برای تبدیل متغیرها بین قاب مرجع‌های ساکن و گردشی سنکرون [2]، [3]؛ 3) برای محاسبه اغتشاشات سیستم قدرت در سیستم‌های پایش کیفیت توان [4]، [5]؛ و 4) برای محاسبه سیگنال‌های مرجع برای حلقه‌های داخلی کنترل در منابع غیرقابل قطع توان [5]، و مبدل‌های توان به کار رفته در سیستم‌های توزیع انرژی [3]، [7]، منجمله سیستم‌های بادی و فوتوولتائیک [8]. در این کاربردها، PLL زاویه فاز و فرکانس ولتاژ اصلی شبکه را تشخیص می‌دهد. از طرف دیگر، PLL های سه‌فاز مولفه توالی مثبت را حتی برای شبکه‌های معوج و نامتعادل تشخیص می‌دهند [3]، [20]- [9].

PLL معمولی [21]، [22] شامل یک تشخیص‌دهنده فاز (PD)، یک فیلتر حلقه (LF) و یک اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ (VCO) است (مطابق شکل1).

شکل1. ساختار کلی PLL.

شکل2. PLL تکفاز کلاسیک.

تشخیص‌دهنده فاز، سیگنال مرجع را با سیگنال فیدبک مقایسه کرده و سیگنال را تولید می‌کند که بستگی به خطای فاز بین و دارد. همه موارد بحث شده در این مقاله از تشخیص‌دهنده فاز نوع ضرب‌کننده خطی‌شده [22]-[20] با یک فیلتر پایین‌گذر (LPF) استفاده می‌کنند. فیلتر حلقه (LF) عبارات نوسانی سیگنال خطای را میرا می‌کند. اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ (VCO) یک سیگنال خروجی با فرکانس ایجاد می‌کند.