– استفاده از مبدل باک-بوست جهت کنترل سیستم تحریک استاتیک:]11[
در این روش جهت کنترل سیستم تحریک استاتیک از یک مبدل باک – بوست به استفاده شده است.
در شکل (1-3) نمایی از یک سیستم کلاسیک تحریک را نشان می‌دهد:
شکل (1-3) دیاگرام شماتیک سیستم تحریک استاتیک]11[
این سیستم تحریک شامل یک ژنراتور سنکرون و کنترلر و مبدل می‌باشد در این سیستم تحریک قدرت از طریق یک ترانسفورماتور به ترمینال ژنراتور عرضه می‌گردد.]11[
از ویژگی‌های این سیستم داشتن ثابت زمانی بسیار کوچک و ارزان بودن و نگهداری ساده می‌باشد.
ماکزیمم ولتاژ خروجی سیستم تحریک وابسته به ولتاژ ورودی AC می باشد بنابراین در هنگام بروز خطای سیستم ولتاژ کاهش می‌یابد که این عامل باعث می‌شود سیستم تحریک به ماکزیمم ولتاژ دستیابی نداشته باشد.
شکل (1-4) سیستم تحریک را با مبدل باک – بوست به نشان داده می‌شود.
شکل(1-4) سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون به همراه مبدل باک -بوست]11[
در سیستم تحریک شکل (1-4) به دلیل اینکه ولتاژ ورودی سیستم تحریک را افزایش دهیم از یک مبدل باک – بوست استفاده کردیم عملکرد مبدل بوست جهت افزایش ولتاژ ورودی به سیستم تحریک موثر می‌باشد]11[
در شکل(1-4) در قسمت A مبدل در حالت ماندگار عمل می‌کند و در قسمت B مبدل در حالت گذرا و استارت نرم (soft starting) عمل می‌کند.
مبدل افزاینده PMG(perment magnet generator) که همان ژنراتور مغناطیس دایم از سیستم تحریک AC می باشد نام دارد.
از مزایای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:]11[
1- از نظر پایداری سیستمی که با مبدل باک – بوست طراحی شده است پایدارتر است از سیستمی که این مبدل ندارد
2- این سیستم پیشنهادی در مقابل خطای سیستم قدرتمندتر نشان می دهد چون یک سیستم دوکاناله می باشد و از دو کانال سیستم را تحت کنترل قرار می دهد.
3- پایین‌ترین رنج ولتاژ کنتل برای یک سیستم تحریک معمولی 30% تا 40% از ولتاژ نامی است ولی پایین‌ترین رنج ولتاژ کنترل برای سیستم تحریک پیشنهادی 10% از ولتاژ نامی می‌باشد.
در این روش پس از انجام آزمایشات و شبیه‌سازی این نتیجه حاصل آمده که استفاده از مبدل باک – بوست در سیستم تحریک استاتیک می‌تواند روند کارکرد سیستم را بهبود ببخشد و پایداری سیستم را بالاتر برده ولی در شرایط خطا می‌تواند ثبات بیشتری نسبت به قبل داشته باشد.
1-4- اهداف این پایان‌نامه:
برای تامین تغذیه دایمی سیستم تحریک ژنراتور سنکرون برق مورد نیاز از خروجی ژنراتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. تامین برق مورد نیاز با مبدل باک کنترل شده با مود لغزشی در راستای تنظیم برق DC می‌تواند بسیار کارآمد باشد. نکته مهم در این بین کاهش هارمونیک‌های خروجی مبدل باک است که ما در این پایان‌نامه می‌خواهیم این کار را با استفاده از کنترلر مد لغزشی در مبدل باک. درنتیجه تلفات کمتر، هزینه سرمایه‌گذاری کمتر و نیاز به دایمی بودن سیستم برق تولیدی در ژنراتور سنکرون و سایر مزایای دیگر اجرای چنین پایان نامه‌ای را در جهت مناسب‌ترین الگوی طراحی تغذیه سستم تحریک لازم می‌شمارد.
کشور عزیزمان ایران به واسطه وسعت جغرافیایی دارای مراکز تولید برق متعددی می‌باشد که درصد بالایی از این مراکز همگی با استفاده از ژنراتورهای سنکرون برق مورد نیاز کشور را تولید می‌کنند. از طرف تامین برق سیستم تحریک این ژنراتورها نیازمند یک طراحی جامع و کاملی است که در تمام شرایط بتواند برق مورد نیاز این سیستم را و تنظیم ولتاژ مناسب تهیه کند. جریان مستقیم مورد استفاده در سیم‌پیچ تحریک باید عاری از هرگونه از هارمونیک باشد تا سیستم به بهترین شکل ممکن مورد بهره‌‌برداری قرار بگیرد. در این راستا باید مطالعات جامعی برای طراحی تغذیه این سیستم‌ها صورت پذیرد. این پایان‌نامه مورد استفاده بخش تولید انرژی برق و مولدهای الکتریکی می‌تواند قرار گیرد.
1-5- جنبه‌های نوآوری این پایان نامه:
تاکنون در تحقیقات انجام شده به روش تغذیه استاتیک سیستم تحریک استفاده از مبدل‌های DC/DC کاهنده توجه ویژه‌ای نشده است. همچنین استفاده از مبدل‌های افزاینده یا افزاینده- کاهنده که بعضی از تحقیقات مورد استفاده قرار گرفته شده بود، با فرض عدم استفاده از فیلترهای حذف هارمونیک بوده است. ما در این پایان‌نامه علاوه بر استفاده از روش کنترل لغزشی سعی در کاهش اثرات اغتشاشات (شامل تغییر ولتاژ وردی و تغییر بار) و تنظیم ولتاژ خروجی با دینامیک بسیار سریع و حداکثر کاهش هارمونیک‌ها خواهیم بود. همچنین با استفاده از SIMULINK/MATLAB کارآمد بودن این سیستم را نشان خواهیم داد.
فصل دوم:
مقدمه‌ای بر مبدل باک
2-1- مبدل باک step-down(buck) converter:
همانطور که نام این مبدل نشان می‌دهد ولتاژ متوسط خروجی کمتر از ولتاژ dc ورودی است. کاربرد اصلی این مبدل در منابع تغذیه dc تنظیم شده و کنترل سرعت موتورهای dc می‌باشد. ]12[
شکل(2-1-a) نمایی از یک مبدل ]12[
شکل(2-1-b) ولتاژ خروجی متوسط ]12[
برای یک بار مقاومتی شکل(2-1-a) مانند یک مبدل کاهنده عمل می‌کند. با فرض ایده‌آل بودن سوییچ و مقاومتی بودن بار ولتاژ لحظه‌ای خروجی به موقعیت سوییچ بستگی دارد با توجه به شکل(2-1-b) ولتاژ خروجی متوسط را می‌توان بر حسب نسبت بازده سوییچ به دست آورد ]12[:
(2-1)
در رابطه (2-1) داریم:
(2-2)
حال D را در رابطه (2-2 ) قرار می‌دهیم:
(2-3)
که در آن:
(2-4)
با تغییر نسبت بازدهی ton/TS می‌توان VO را کنترل کرد. مساله مهم دیگر این است که تغییرات VO نسبت به ولتاژ کنترل خطی است (همانند تقویت‌کننده‌های خطی) مدار ارائه شده در کاربردهای واقعی دو اشکال دارد ]13[: 1- در عمل بار سلفی است. حتی در بار مقاومتی همواره جریان سرگردان سلفی وجود دارد. به این ترتیب سوییچ انرژی القایی را جذب یا پراکنده می‌کند و ممکن است دچار خرابی شود. 2-ولتاژ خروجی بین صفر و Vd نوسان می‌کند که در اغلب کاربردها این نوسان قابل قبول نیست. برای رفع مشکل انرژی سلفی ذخیره شده می‌توان مانند شکل (2-2-a) از یک دیود استفاده کرد. برای حذف بخش زیادی از نوسانات ولتاژ خروجی نیز می‌توان یک فیلتر پایین گذر شامل یک سلف و یک خازن به کار برد.
شکل (2-2-b) شکل موج ورودی Voi به فیلتر پایین گذر (در واقع همان ولتاژ خروجی شکل (2-1-b) بدون فیلتر پایین گذر) را نشان می‌دهد که دارای مولفه dc برابر با VO و هارمونیک‌هایی در فرکانس سوییچینگ fs و مضارب آن باشد. مشخصات فیلتر پایین گذر یا میرایی ایجاد شده توسط مقاومت بار R در شکل (2-2-c) دیده می‌شود. فرکانس گوشه‌ای fc در این فیلتر بسیار پایین‌تر از فرکانس سوییچینگ در نظر گرفته می‌شود و به همین دلیل ریپل فرکانس سوییچینگ در ولتاژ خروجی گرفته می‌شود. در طول زمانی که سوییچ وصل است دیود شکل (2-2-a) بایاس معکوس است و ورودی انرژی را برای بار و سلف تامین می‌کند. در طول زمانی که سوئیچ قطع است. جریان سلف وارد دیود شده و بخشی از انرژی خود را به بار می‌دهد.
در تحلیل حالت ماندگار خازن فیلتر در خروجی بسیار بزرگ فرض می‌شود. این فرض در اغلب کاربردهایی که نیازمند ولتاژ لحظه‌ای نسبتاً ثابت هستند VO)= (t)VO) برقرار می‌باشد. مقدار ریپل ولتاژ خازن (ولتاژ خروجی) بعدا محاسبه می‌شود. با توجه به شکل (2-2-a) می‌توان گفت در مبدل کاهنده جریان متوسط سلف برابر با جریان متوسط خروجی io است زیرا جریان متوسط خازن در حالت ماندگار صفر است.
(2-2-a) شمایی از تقویت کننده خطی ]12[
(2-2-b) شکل موج ورودی Voi به فیلتر پایین گذر ]12[
(2-2-c) مشخصات فیلتر پایین گذر یا میرایی ایجاد شده توسط مقاومت بار R ]12[
2-2- حالت هدایت پیوسته مبدل باک]12[:
در شکل (2-3-a) شکل موج‌های مربوط به حالت کار هدایت پیوسته را نشان می‌دهد که در آن جریان سلف پیوسته است (0(t)iL). وقتی سوئیچ در دوره زمانی ton وصل است جریان سلف توسط سوئیچ عبور داده شده و دیود در بایاس معکوس قرار می‌گیرد]12[.
این مساله باعث ایجاد یک ولتاژ مثبت VL=Vd-VO در سلف (2-3-b) می‌شود. این ولتاژ باعث ایجاد افزایش خطی جریان سلف iL می‌گردد. وقتی سوئیچ قطع می‌گردد به دلیل ذخیره انرژی موجود در سلف جریان iL ادامه می‌‌یابد.این جریان از دیود ادامه می‌یابد. این جریان از دیود عبور می‌کند و در این حالت در شکل(2-3-c) داریم]12[:
(2-5) VL= -VO
شکل (2-3-a) موج های حالت کار هدایت پیوسته ]12[
(2-3-c) (2-3-b)
(2-3-c) حالت هدایت پیوسته مبدل (2-3-b) حالت هدایت پیوسته مبدل
باک وقتی سوئیچ قطع است. ]12[ باک وقتی سوئیچ وصل است. ]12[
چون در حالت کار ماندگار شکل موج باید از یک دوره زمانی تا دوره بعد تکرار شود به همین دلیل انتگرال ولتاژ سلف VL باید در طول یک دوره زمانی صفر باشد. ]12[.
اگر:
(2-6) TS = toff + ton
داریم:
(2-7)
در شکل (2-3-a) این رابطه نشان می‌دهد که مساحت‌های A و B باید برابر باشند. بنابراین:
(2-8)
داریم:
(2-9)
بنابراین در این حالت برای ولتاژ ورودی معلوم ولتاژ خروجی به شکل خطی با نسبت بازدهی سوئیچ تغییر می‌کند. این مساله به هیچ کدام از پارامترهای دیگر مدار بستگی ندارد. رابطه بالا را می‌توان با متوسط گیری از ولتاژ VOi در شکل (2-2-b) و با توجه به صفر بودن ولتاژ متوسط سلف در حالت ماندگار به دست آورد:
(2-10)
(2-11)
اگر از تلفات توان مربوط به المانهای مدارصرف نظر کنیم توان ورودی Pd با توان خروجی PO برابر خواهد بود:
(2-12) Pd=Po
بنابراین:
(2-13)
و داریم:
(2-14)

مطلب مرتبط :   پایان نامه دربارهنقطه تقاطع
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید