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 فضای 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 مسیرهای 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