پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق با موضوع کنترل مبدل DC-DC باک

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق با موضوع کنترل مبدل DC-DC باک

به تعداد 105 صفحه قابل ویرایش ورد

 

 

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه…………. 2

1-2- پیشینه و سوابق…………… 3

1-3- مروری بر گذشته کنترل سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون………….. 4

1-4- اهداف این پایان نامه………… 9

1-5- جنبه‌های نوآوری این پایان نامه…………… 10

 

فصل دوم: مقدمه‌ای بر مبدل باک

2-1- مبدل باک step-down(buck) converter………………. 12

2-2- حالت هدایت پیوسته مبدل باک……………. 15

2-3- ریپل ولتاژ خروجی مبدل باک…………… 17

2-4- مزایا مبدل باک…………… 19

2-5- معایب مبدل باک…………. 19

2-6- مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ…………… 19

2-7- معایب منابع تغذیه سوئیچینگ……. 20

2-8- کنترل مبدل DC-DC باک……………….. 20

2-9- بهبود پاسخ حالت دائمی با طراحی کنترل کننده مد لغزشی……………….. 21

2-10- توصیف مبدل………….. 21

2-11- مدل سازی مبدل باک……. 22

2-12- مدل فضاي حالت مبدل باك………. 22

2-13- کنترل مد لغزشی مبدل باک(sliding mode control)………….. 25

2-14- تئوری کنترل لغزشی………. 25

2-15- طراحی کنترلر مد لغزشی(SMC)………………. 26

2-16- تعیین سطح لغزش…………. 27

2-17- اعمال شرط لغزش…….. 28

2-18- کنترل لغزشی مبدل باک……………. 28

2-19- تعیین قانون کنترل……… 30

2-20- مزایای کنترل مد لغزشی…………….. 31

2-21- معایب کنترل مد لغزشی………… 32

2-22- نکات……….. 32

 

فصل سوم: مقدمه‌ای بر ژنراتورها

3-1- ژنراتور قدرت……………. 35

3-2- دسته‌بندی ژنراتورها با توجه به نوع توربین گردنده روتور…………. 35

3-2-1- ژنراتورهای dc…………………… 35

3-2-2- ژنراتور القایی….. 35

3-2-3- ژنراتور سنکرون………… 36

3-3- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن…………… 38

3-4- ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سیم‌پیچی……….. 39

3-4-1- معادلات پایه متناسب با dq0………. 41

3-4-2- معادلات اصلی ریاضی ژنراتور سنکرون…………. 43

3-5- نظریه سیستم تحریک………………… 44

3-5-1- سیستم تحریک چیست؟………………….. 44

3-5-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک…….. 45

3-5-2-1. تولید جریان روتور………….. 45

3-5-2-2. منبع تغذیه…………… 45

3-5-2-3. سیستم تنظیم کننده خودکار ولتاژ (میکروکنترلر)…….. 45

3-5-2-4. مدار دنبال کننده خودکار………. 46

3-5-2-5. کنترل تحریک……………. 46

3-5-2-6. محدود کننده جریان روتور………… 46

3-5-2-7. محدود کننده مگاوار…………. 47

3-5-2-8. محدود کننده شار اضافی………. 47

3-5-2-9. تثبیت‌کننده سیستم قدرت…….. 47

وظایف سیستم تحریک……………. 47

3-6- مدلسازی یکسو ساز تریستوری شش پالسه……………. 48

3-6-1- تریستورو مشخصه استاتیکی آن…………… 48

3-6-2- یکسو ساز شش تریستوری………… 52

 

فصل‌چهارم: نتایج حاصل از شبیه‌سازی

4-1- مقدمه……………. 56

4-2- شبیه سازی یکسو ساز شش پالسه تریستوری……….. 56

4-3- شبیه سازی مبدل باک و خواص آن…………… 58

4-3-1- نحوه طراحی مبدل باک………….. 58

4-4- بررسی THDو FFTدر ولتاژ ورودی به تحریک ژنراتور……………. 64

4-5- شبیه‌سازی ژنراتور سنکرون……………… 67

4-5-1- معادلات دینامیکی ژنراتور سنکرون………… 68

4-5-2- بلاک s-function……………. 77

4-5-2-1- مراحل شبیه‌سازی بلاک s-function…………….. 77

4-5-2-2- Flagها در s-function……….. 79

4-6- متغیرهای مورد استفاده در سیمولینک……. 80

 

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهاد برای آینده

5-1- نتیجه‌گیری……………. 88

5-2- پیشنهادات برای آینده………. 89

منابع و مأخذ……………….. 90

پیوست‌ها………….. 92

 

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول (1-1) فهرست علایم و اختصارات شکل (1-1)……………….. 6

جدول(4-1) مقادیر پارامترهای مربوط به مبدل باک…………… 61

جدول(4-2): flagهای محیط متنی………………… 79

 

فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل(1-1) اجزای کنترل اتوماتیک……………… 5

شکل(1-2) بلوک دیاگرام سیستم کنترل دیجیتال…… 7

شکل (1-3) دیاگرام شماتیک سیستم تحریک استاتیک……….. 8

شکل (1-4) سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون به همراه مبدل باک –بوست……. 8

 

شکل (2-1-a) نمایی از یک مبدل………… 12

شکل (2-1-b) ولتاژ خروجی متوسط…………… 12

شکل (2-2-a) شمایی از تقویت کننده خطی……………. 14

شکل (2-2-b) شکل موج ورودی Voi به فیلتر پایین گذر………………. 14

شکل(2-2-c) مشخصات فیلتر پایین گذر یا میرایی ایجاد شده توسط مقاومت بار R……….. 14

شکل (2-3-a) شکل موج های حالت کار هدایت پیوسته………… 15

شکل (2- 4) ولتاژهای خروجی برای حالت هدایت پیوسته…………… 18

شکل (2-5) نمای شماتیک مبدل باک………….. 21

شکل (2-6) مدلسازی مبدل در فضای حالت……….. 22

شکل(2-7) مسیرهای سیستم و خط لغزش یک مبدل باک در فضای صفحه فاز…………… 23

شکل 2-8) کنترل مبدل توسط مد لغزشی……………… 24

شکل (2-9) نواحی موجود برای کنترل لغزشی در حالتی که ……. 30

شکل (2-10) نواحی محدود برای کنترل لغزشی در حالتی که …….. 30

شکل (2-11) رسم همزمان مسیرهاي فازمعادلات حالت باك…….. 31

شکل (2-12) مسیرفازدرمحدوده خط لغزش……….. 31

شکل (2-13) نمایش گرافیکی کنترل مد لغزشی نشان می‌دهد که سطح لغزش S=0 که داریم =خطای ولتاژ متغیر

و =ولتاژ خطای دینامیکی نسبی……….. 32

 

شکل(3-1) شمایی از ژنراتور dc……………. 36

شکل(3-2) شمایی از ژنراتور القایی………… 37

شکل(3-3) شمایی از ژنراتور سنکرون…………. 37

شکل(3-4) شمایی از ژنراتور سنکرون a)ساختار ژنراتور سنکرون b) دیاگرام سیم‌پیچی مدار……. 43

شکل(3-5) نمایی از نظریه سیستم تحریک ژنراتور سنکرون…….. 44

شکل(3-6) شمایی از سیستم تحریک………. 44

شکل(3-7) جایگاه سیستم تحریک در تولید انرژی الکتریکی……….. 49

شکل‏(3-8) سیستم تحریک در نیروگاه……… 49

شکل(3-9) ساختمان تریستور……………….. 49

شکل(3-10) علامت اختصاری تریستور………… 50

شکل(3-11) مشخصه تریستور در غیاب جریان گیت……….. 51

شکل (3-12) توزیع بار a) بدون اعمال ولتاژ b) با اعمال ولتاژ…………. 53

شکل (3-13) توزیع بار با اعمال ولتاژ مثبت………. 54

 

شکل(4-1): یکسو ساز شش پالسه تریستوری……… 56

شکل(4-2) ولتاژ خروجی یکسو ساز شش پالسه تریستوری………… 57

شکل(4-3) ولتاژ خروجی مبدل باک………… 57

شکل(4-4) ساختار مبدل باک……………… 58

شکل(4-5) رگولاتور مبدل باک………….. 59

شکل(4-6) مدار مبدل باک……………… 59

شکل (4-7) مدار شبیه‌سازی شده مبدل باک……… 60

شکل(4-8) شبیه‌سازی مبدل باک بدون اعمال مد لغزشی………… 62

شکل(4-9) ولتاژ خروجی مبدل باک با اعمال مد لغزشی………. 63

شکل(4-10) حالت زوم شده ولتاژ خروجی مبدل باک با اعمال مد لغزشی……… 63

شکل(4-11) ولتاژ خروجی مبدل باک بدون اعمال مد لغزشی……….. 64

شکل(4-12) ولتاژ خروجی مبدل باک بعد از اعمال مد لغزشی……… 65

شکل(4-13) مقدار THD ولتاژ ورودی تحریک ژنراتور در حالتی که مبدل باک وجود نداشته باشد….. 65

شکل(4-14) مقدار THD ولتاژ ورودی تحریک ژنراتور در حالتی که مبدل باک وجود داشته باشد….. 66

شکل(4-15) مقدار FFT ولتاژ تحریک ژنراتوربا اعمال مبدل باک…… 66

شکل(4-16) مقدار FFT ولتاژ تحریک ژنراتور بدون اعمال مبدل باک…… 67

شکل(4-17) شبیه سازی مربوط به ژنراتور سنکرون……. 69

شکل(4-18) ولتاژ اعمالی به میدان ژنراتور سنکرون……….. 70

شکل(4-19) حالت زوم شده ولتاژ اعمالی به میدان ژنراتور سنکرون………. 70

شکل(4-20) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a………… 71

شکل(4-21) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فازa………. 71

شکل(4-22) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b……………….. 71

شکل(4-23) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فازb………. 72

شکل(4-24) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c………….. 72

شکل(4-25) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c………. 73

شکل(4-26) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در راستای d از محور dq……….. 73

شکل(4-27) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در راستای q از محور dq………. 74

شکل(4-28) گشتاور الکتریکی خروجی از ژنراتور سنکرون…………. 74

شکل(4-29) حالت زوم شده گشتاور الکتریکی خروجی از ژنراتور سنکرون……….. 75

شکل(4-30) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a…………….. 75

شکل(4-31) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b…………. 76

شکل(4-32) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c……………. 76

شکل (4-33) نمایی از بلاک s-function در سیمولینک…… 77

شکل (4-34) نمایی کلی از کار در بلاک سیمولینک…………. 77

شکل (4-35) نمایی کلی از چرخه شبیه‌سازی s-function……….. 78

شکل(4-36) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط a (ولتاژ منبع)………….. 80

شکل(4-37) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط b (ولتاژ منبع)……… 80

شکل(4-38) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط c (ولتاژ منبع)…………… 81

شکل(4-39) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به تولیدکننده 6 پالسه……… 81

شکل(4-40) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مبدل تریستوری……….. 82

شکل(4-41) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ماسفت موجود در مبدل باک………… 82

شکل(4-42) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به دیود موجود در مبدل باک……….. 83

شکل(4-43) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RL در مبدل باک………… 83

شکل(4-44) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RC در مبدل باک………… 84

شکل(4-45) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مقاومت R در مبدل باک………. 84

شکل(4-46) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک……. 85

شکل(4-47) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم کنترل‌کننده مد لغزشی در مبدل باک…… 85

شکل(4-48) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به سوئیچینگ در زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک… 86

شکل(4-49) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به بلاک s-function…. 86

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق با موضوع کنترل مبدل DC-DC باک

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.